◆文/北京 安海权

路虎揽胜运动版混合动力新技术(二)

◆文/北京 安海权

(接2016年第12期)

(4)启动状态

该状态是睡眠状态和待机状态的过渡，在这一过程中，BECM初始化处理器并应用可能存储在存储器内的任何调适值。车辆指令验证：BECM会验证请求车辆混合动力系统的CAN信号保持有效，然后BECM将变为待机状态。当系统电源中断，并从断开状态变为睡眠状态时，操作数据会在不可用状态时存储于非易失性存储器中。

(5)待机状态

HVB断开。

(6)预充电状态

BECM关闭负极接触器和预充电接触器，因为电流必须通过电阻器，这样可以以可控的方式对高压电路充电，降低电流防止对接触器触点造成损坏(减少触电磨损)。触电关闭验证可通过比较第13点和第3点与第17点有关的电压进行监控。注意：熔断丝完整性通过比较第3点和第4点的电压进行监控。BECM将蓄电池电压与HV电路进行比较，并监控其达到完全充电状态所需的时间。如果高压电路充电至蓄电池电压5%以内，BECM将变为运行状态。如果车辆电路未能在640ms内充电至蓄电池电压的5%以内，将发送打开接触器的命令。BECM将返回待机状态。如果BECM在10s内3次进入预充电状态，则再次尝试预充电之前会延迟2min。

(7)运行状态

BECM关闭正极接触器，以使系统将全满的蓄电池电量输送至高压电路。然后打开预充电接触器。BECM持续监控和管理蓄电池系统以保持系统安全有效地运行，直至它从车辆接收到将系统断电的请求，或发生严重故障。使用这种将HVB连接至高压系统的方法，为BECM提供了将HVB隔离混合动力系统的装置，以便在可能损害蓄电池的情况下为HVB提供保护。

(8)关闭状态

当系统断电时，从运行状态至待机状态的操作以及诊断数据存储在非易失性存储器中。执行正极接触器焊接检查：BECM将HVB电压和通过正极接触器(第7、8点)测得的电压进行比较。采取了两种电压测量：一个位于负极总线(第17点)，另一个位于正极总线(第13点)。如果测得的压差超过10V，则认为正极接触器为封闭焊接。执行负极接触器焊接检查：BECM将HVB电压和通过负极接触器(第16点)测得的电压进行比较。采取了两种电压测量：一个来自熔丝(第3点)，另一个来自负极总线(第18点)。如果压差超过10V，则认为负极接触器为封闭焊接。

接触器对系统的安全操作至关重要，操作被密切地检查，在接触器激活前，BECM遵守严格的安全流程。如果BECM检测到蓄电池管理系统发生任何问题，它会记录相应的故障码并传输至混合动力CAN总线。故障码分为以下类别。

CAT1：指定为驱动循环中出现的错误，收集这些错误用于保修或达到数据收集目的，它们不会传输至CAN总线；

CAT3：为非严重错误指定，系统可能仍会安全运行，但是需要引起注意；

CAT6：指定为严重故障的，在系统禁用前，有5s的时间允许车辆进行校正；

CAT7：为严重故障指定，它要求立即关闭系统。

如果BECM证实接触器未打开，图10将显示于仪表盘，以警告驾驶者任何混合动力系统故障。注意：车辆仍可驾驶，但系统可能无法完全隔离HVB。HV电缆可能一直带电，操作车辆时必须格外小心。在任何情况下都不应试图停用车辆，请联系高级授权人员解决问题。BECM执行接触器执行器驱动检查：在三个执行器驱动电路(第10、11和15点)上进行续性测试，以验证它们正常工作。当上述测试出现故障时，将导致相应的故障码被记录，可能是CAT7状态，混合动力系统被禁用。

图10 混合动力系统故障图标

3.HVB组成

蓄电池组如图11所示，包括6个模块。每个模块由12个单独的串联连接电池组成，并密封在塑料壳中。每个模块都有一个蓄电池单元监控电路(CSC)，BECM用它来监测每个单个蓄电池单元的性能状态。总共有72个单独的串联连接蓄电池单元。在每个蓄电池单元正常使用期间约充电至3.5～3.9V，取决于它们的SoC，每个模块的电压约为45V。因此，蓄电池组的电压约为270V。蓄电池单元保持为6.7Ah，这意味着蓄电池组可存储1.7kW·h。

图11 高压蓄电池

锂离子蓄电池有许多优点，它无电解液，无泄漏，可快速充电。放电时，蓄电池输出电压保持不变，直至其达到SoC约20%，无充电记忆。但它也有一些缺点，其所处工作环境的不同，会产生剧烈的化学反应，因此将蓄电池电源维持在正常的工作参数内。这要求使用各种保护电路，蓄电池的温度必须维持在-30～45℃之间，超出这个参数范围，蓄电池性能受损。如果蓄电池单元残余电压低于2V，它将退化。蓄电池不容许过量充电，并更易于热失控，可能导致蓄电池燃烧。就最佳充电而言，恒定电压和电流是首选方法。

蓄电池电量控制模块(BECM)负责保护和管理蓄电池系统。其一直通过混合动力CAN总线与车辆监控控制器保持通信。蓄电池管理功能如下：

(1)监测各蓄电池单元的电压和温度；(2)防止各单元过度充电和过度放电；

(3)执行蓄电池单元平衡；

(4)计算并将SoC传输到混合动力CAN总线；

(5)计算并将可用蓄电池电量传输到混合动力CAN总线；

(6)为高压互锁回路(HVIL)供电并对其进行监测。

4.HVB冷却

维持温度在蓄电池容量和蓄电池期望使用寿命方面扮演着重要角色，每个蓄电池单元装有一个温度传感器，允许BECM监控单个和总体蓄电池温度值。当混合动力系统处于激活状态时，通过使用专用冷却回路，蓄电池温度会保持在28～32℃的范围内。蓄电池冷却回路如图12所示。尽管冷却回路包含50%水和50%乙二醇的混合物(防冻剂)，其完全独立于发动机冷却回路。冷却回路被加注，并通过除气水箱进行液位检查，除气油箱位于右后轮拱内衬后方。蓄电池冷却器与带有专用恒温膨胀阀(TXV)的车辆空调AC系统相连，HVB冷却恒温膨胀阀(TXV)如图13所示，其允许车辆AC系统为蓄电池冷却液回路提供冷却效应。BECM通过一个电动泵控制电路中的冷却液流量。电动泵如图14所示，它有三个端子，一个接地、一个点火电源和一个控制线路。流量通过来自BECM的PWM信号进行控制。冷却回路示意图如图15所示，BECM通过一个热敏电阻监控冷却液的温度；将冷却液温度和蓄电池单元温度进行比较。BECM通过改变电动泵的速度来调节和保持正确的冷却效应，从而控制冷却液流量。电动泵速度根据PWM信号的占空比发生变化。电动泵可通过PWM信号线提供诊断反馈。注意：冷却回路故障可能导致混合动力系统关闭或性能降低。BECM有两层温度保护：

(1)如果蓄电池单元的温度降至-45℃以下或升高至60℃以上，BECM将发出故障码(Cat6)。BECM将等待5s以查看故障是否清除，若没有，蓄电池系统将被禁用(接触器打开)。

(2)如果温度低于或高于蓄电池平均温度30℃，或温度读数变化大于1.2℃/s，将发出故障码(Cat3)，系统将继续正常运行，除非温度符合Cat6标准。

图12 高压蓄电池冷却回路

图13 HVB冷却恒温膨胀阀(TXV)

图14 HVB冷却液电动泵

图15 高压蓄电池HVB冷却回路

5.HVB电压/电量平衡

BECM对每个蓄电池进行开路电压测量，以执行下列功能：

● 计算总体SoC；

● 计算HVB开路电压(OCV)；

● 调节蓄电池充电电流；

● 执行蓄电池单元平衡。

每个蓄电池单元包含一个蓄电池单元监控电路(SCS)，其将单个的蓄电池单元性能数据参考传递至BECM。蓄电池单元平衡是一种从蓄电池单元获得最大电量和容量的方法，可使蓄电池充电达到接近100%SoC，而不产生过量充电及因此而损坏蓄电池单元的风险。假设该蓄电池单元包含2个蓄电池；每个蓄电池都有一个3～4V的额定工作范围。那么，总的蓄电池单元电压范围为6～8V(2x3～4V)。当完全充满至8V时，蓄电池单元将为100%SoC，当充至6V时，蓄电池单元将达到50%SoC，需要再充电。蓄电池单元充电至100%SoC，直至OCV等于8V。随着时间的推移自然老化，每个蓄电池可能形成稍微不同的充电率。当快速充电时，一个蓄电池慢慢地升至3.6V，充电器以8V OCV为目标，所以继续为蓄电池单元充电。另一个蓄电池正常充电，过充至4.4V，然后充电器停止。蓄电池OCV总计8V(3.6+4.4)，但一个蓄电池被过量充电，因而存在损坏的风险。解决方法是缓慢地为蓄电池充电，以允许2个蓄电池再同步，同时将蓄电池单元恢复至正常工作状态。

为了防止损坏的风险，充电系统将被设计成将蓄电池单元充电至较低的SoC，在80%时，蓄电池单元OCV为7.6V(3.6+4.0)。在充电器停止前，1个蓄电池将充电至3.6V，另一个蓄电池将充电至4.0V。蓄电池保持在其公差范围内，从而消除损坏的风险，蓄电池的总容量被降低，因为我们不能充电到接近100%SoC。这对HEV而言，这可能效率不高，因此系统使用了蓄电池单元平衡系统，其在睡眠状态和运行状态期间执行。BECM通过蓄电池单元监控电路监控单个蓄电池单元的SoC。BECM在休眠或运行状态下执行电量平衡，复杂的电子设备和电池监控电路可让电池电压实现平衡(同步)，以平衡单个的蓄电池单元的SoC。为了提供额外的蓄电池保护并延长蓄电池的使用寿命，BECM使蓄电池在40%～70%SoC范围内工作。

6.ENS信号(紧急通知信号)

BECM通过硬连线信号线(引脚13ENS输入)与约束装置控制模块RCM通信。信号具有三种电位状态。

(1)无事件/正常操作：由10Hz恒定信号表示，可根据需要关闭蓄电池接点。

(2)燃油切断事件：发生紧急事件，由介于250～500Hz之间不断变化的信号表示，蓄电池接点将立即打开。

(3)不健康：BECM未接收到从硬接线连接至约束模块的有效ENS信号。如果BECM通过CAN总线能收到来自RCM的有效ENS信号，蓄电池接点可能闭合。但会有故障已记录。

7.绝缘测试

BECM执行高压电路上的两个绝缘测试，以确保不存在接地故障，一个内部测试和一个外部测试。在高压电路和底盘之间进行电阻测量。

(1)内部测试：在接触器打开时，该测试检查蓄电池内的高压电路与蓄电池壳体之间的隔离。如果未在5s内获得有效结果，BECM将记录一个内部隔离故障并防止接触器关闭。

(2)外部测试：在接触器关闭后，该测试检查整个高压电路的隔离，内部包括蓄电池外壳和外部包括EPIC及MG。如果发现故障，BECM将记录一个外部隔离故障，但系统将继续正常运行。注意：如果测得的外部绝缘低于40 000Ω，BECM将会记录一个故障。短路由内置的200A熔断丝保护(不可维修)。

8.高压互锁回路(HVIL)

BECM使用一个低压完整性电路或回路监测，并确保包括高压和低压线束连接，均已牢靠连接。如果回路变为断路或电流降至临界值以下，BECM发出HVIL事件，其属于CAT7故障。如果在待机状态期间出现这种情况，接触器保持断开状态，如果在预充电或运行状态期间出现，接触器立即打开，且高压系统被禁用。高压互锁回路(HVIL)示意图如图16所示。HVIL检查仅在有效的ENS信号被BECM接收时才加以执行。当激活时，BECM(1)通过晶体管至HVIL输出管路应用12V电源。HVIL输出管路通过低压(LV)接头，然后到达EPIC(2)LV接头。EPIC包含一个电流传感器和一个150Ω的电阻器，与BECM中所示的类似。电力变频转换器模块(EPICM)确认和检查电流并根据结果，然后通过混合动力CAN总线向BECM发出HVIL正常或HVIL不正常的信息。BECM允许这种情况发生的时间为350ms。在接收HVIL正常的有效信息后，BECM然后将通过电流传感器和电阻器执行一项HVIL电路测试。HVIL回路电流和电阻值在下表中予以验证如表2所示。

表2 HVIL回路电流和电阻值

图16 高压互锁回路(HVIL)示意

9.HVB保养

HVB无可维修项目，请勿在任何情况下打开外壳。如果存在内部故障，模块必须返回到JLR。不得倒置6小时以上。如果蓄电池HV电缆被拆除，必须使用保护罩。随着时间推移，HVB会逐渐放电，即使是未连接负荷时。这称为自放电，它是锂离子蓄电池的正常行为。放电的速率用蓄电池SoC百分比表示。HEV蓄电池会以每天0.3%的速率自放电。注意：决不允许HVB低于0%SoC。在此种情况下，蓄电池可能过度放电，且有可能无法再被充满。强烈建议客户在车辆存放的过程中遵循《车主手册》中的程序(SoC将保持在30%左右)。打开点火开关，可观察仪表盘上的HVBSoC仪表，如图17所示。如果仪表显示接近或低于Min(A)，应该给HVB充电。启动发动机并提升发动机转速至约2 000r/min。继续保持发动机的转数，直至仪表显示蓄电池充满电。表针与点C对齐(65%SoC)。在正常行驶过程中，蓄电池通常被充电至50%水平左右，最大SoC通常被限制在60%(B)。然而，在某些情况下，蓄电池可能被充电至最大65%(C)，例如，以EV模式行驶或一段时间驱车下山时。在正常行驶过程中，蓄电池SoC保持在一个最佳点，以支持车辆的功能，此方法也可以维持蓄电池的状态延长使用寿命。

图17 高压蓄电池荷电状态表

10.电线电缆

高压电路是带等电位连接的IT网络，其示意图如图18所示。高压电缆如图19所示，为了便于识别，携带高电压的所有混合动力系统电缆为橙色。当车辆处于启动或激活状态时，应注意“请勿触碰橙色电缆”。

等电位连接如图20所示，其不用于携带电压或电流，仅作为防止触电的一项保护。所有部件都有一个连接带，其连接至车辆底盘，通过底盘有效地连接所有的部件以形成一个等电位区域。如果发生故障，例如发生接地故障(导体接触金属壳体)，连接系统确保所有的部件处于相同的电位(等电位)或电压，人接触任何金属壳体都不会触电。MG和eAC为它们的等电位连接使用了发动机(1)和变速器(2)接地束带。注意：如果任何等电位连接电缆紧固件当作等电位连接维修的一部分被拧松/拆除，必须对整个等电位区域进行测试。

图18 高压电路IT网络示意图

图19 高压电缆

图20 等电位连接

(未完待续)