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廣汽新能源汽車技術(shù)

2020-07-23 00:28:29·  來源：《汽車維修技師》；EDC電驅(qū)未來  作者：南粵老李  
　
GS4 PHEV 搭載的是一個廣汽集團自有知識產(chǎn)權(quán)的G-MC,這個系統(tǒng)可以說是非常先進的、智能的系統(tǒng)，他可以根據(jù)車輛負載狀況、實際路況及駕駛員的操作情況進行智能的選
GS4 PHEV 搭載的是一個廣汽集團自有知識產(chǎn)權(quán)的G-MC,這個系統(tǒng)可以說是非常先進的、智能的系統(tǒng)，他可以根據(jù)車輛負載狀況、實際路況及駕駛員的操作情況進行智能的選擇需要的輸出功率及工作模式，還有電池溫控系統(tǒng)也是業(yè)界比較少用的雙溫度控制模式。下面我就以GS4 PHEV 車型的技術(shù)特性來跟大家探討一下，總共分為七個內(nèi)容來簡述：GS4 PHEV 車型特點、機電耦合系統(tǒng)（G-MC）、集成電機控制系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、電池溫控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、其他。
一、GS4 PHEV 車型特點
1.整車技術(shù)參數(shù)
整車技術(shù)參數(shù)如表1 所示。
表1 整車技術(shù)參數(shù)
 
2.整車零件位置圖
整車零件位置圖如圖1、圖2 所示。
 
圖1 發(fā)動機艙零件位置
 
圖2 車體布置概況
室內(nèi)控制單元位置如圖3 所示。
 
圖3 控制單元位置
GS4 PHEV 車型是基于GS4 平臺開發(fā)，保留原型車的造型、車身結(jié)構(gòu)，對內(nèi)飾進行了調(diào)整，主要改變原車的動力系統(tǒng)（GMC 系統(tǒng)+電池系統(tǒng)），同時也包含空調(diào)、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)和因這些系統(tǒng)變化而產(chǎn)生的車身、底盤等結(jié)構(gòu)的變化，如圖4～圖6 所示。
 
圖4 機艙布置概況1
 
圖5 機艙布置概況2
 
圖6 儀表顯示
3.GS4 PHEV 的技術(shù)亮點
GS4 PHEV 插電混動傳祺是以傳祺GS4 為原型車進行開發(fā)，采用峰值130kW 的永磁同步電機驅(qū)動，搭載11kW 鋰動力電池，純電動狀態(tài)下，整車可行駛約60km，并可在電池電量不足時，通過車載增程器給車輛充電，車輛總續(xù)駛里程大于600km，克服了純電動車?yán)锍潭痰热秉c。整車動力充沛，0～100km/h 加速時間僅為10.9s，最高車速達180km/h，同時油耗為1.8L/100km，與同級別傳統(tǒng)車相比，油耗大幅降低。整車拓撲圖如圖7 所示。
 
圖7 整車拓撲圖
（1）制動能量回收（如圖8 所示）節(jié)能降本
 
圖8 能量回收
  • 利用原裝ESP 模塊和真空助力器，即可實現(xiàn)制動能量回收功能，低成本
  • 把制動時浪費的能量轉(zhuǎn)化為電能，增加續(xù)航里程，降低客戶運行成本
  • 在DVD 屏可進行3 種能量回收強度等級調(diào)節(jié)：無/低/高，用戶
可根據(jù)實際需求選擇不同模式（如圖9 所示）
 
圖9 等級調(diào)節(jié)
  • 制動能量回收系統(tǒng)可利用原裝ESP 模塊和真空助力器即可實現(xiàn)，無須改裝成本。RBS（再生制動系統(tǒng)）根據(jù)駕駛員制動需求，產(chǎn)生制動回饋扭矩，即轉(zhuǎn)化為電能，增加續(xù)航里程，為客戶省錢又省心，又具有ESP 的性能
（2）阿特金森發(fā)動機技術(shù)：4A15K2 發(fā)動機（如表2 所示）
表2 技術(shù)參數(shù)
 
  • 阿特金森發(fā)動機技術(shù)：采用阿特金森燃燒循環(huán)，壓縮比高達13
  • 低摩擦發(fā)動機技術(shù)：進排氣雙VVT、可變機油泵、滾子搖臂配氣機構(gòu)、正時鏈傳動系統(tǒng)、OAP 發(fā)電機、緊湊低張力附件系統(tǒng)等先進技術(shù)
  • 理想的動力及油耗：阿特金森循環(huán)發(fā)動機通過精確控制進氣門晚關(guān)，增大發(fā)動機膨脹比，減少泵氣損失，從而實現(xiàn)更高的燃燒效率。在獲得低油耗的同時，通過混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動電機來彌補阿特金森發(fā)動機低速扭矩，從而達到理想的動力及油耗性能
  • 智能控制：配備1.5L 四缸直列阿特金森發(fā)動機，在增程模式下帶動發(fā)電機發(fā)電，為整車提供能量。在高速混動模式下，參與驅(qū)動整車前進，為整車提供充沛動力
  • 該發(fā)動機配備雙頂置凸輪軸、16氣門，中間鎖止VVT 智能控制高壓縮比，油耗大幅下降，GCCS 燃燒控制專利技術(shù)，提升22%的燃燒速度降低15%的油耗，全球領(lǐng)先的珩磨工藝
  • 燃油供給裝置采用多點電子控制燃油噴射方式，配備OBD 車載故障診斷系統(tǒng)
由于在增程模式下，發(fā)電機不直接參與驅(qū)動，不受整車工況影響，可工作在最經(jīng)濟轉(zhuǎn)速2800r/min，保持最佳發(fā)電效率。
（3）國內(nèi)首創(chuàng)G-MC機電耦合系統(tǒng)
實現(xiàn)純電、增程、混動多種驅(qū)動模式，動力驅(qū)動總成如圖10所示。
 
圖10 動力驅(qū)動總成
  • 多模式驅(qū)動：通過合理控制發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電機的動力耦合輸出，實現(xiàn)純電動、串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)等多種驅(qū)動模式
  • 多功能集成：可實現(xiàn)驅(qū)動、變速傳動、動力耦合、駐車等多種功能
  • 先進的電機冷卻技術(shù)：采用電機油冷技術(shù)，冷卻效果優(yōu)
  • 模塊化應(yīng)用：結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，能夠?qū)崿F(xiàn)在跨平臺車型上的模塊化應(yīng)用
PHEV 是基于G-MC機電耦合系統(tǒng)平臺開發(fā)的新能源車型，如圖11所示。
 
圖11 PHEV車型驅(qū)動框圖
驅(qū)動動力：自主知識產(chǎn)權(quán)的機電耦合系統(tǒng)（G-MC）。
其他插電關(guān)鍵零部件：整車控制器、電機控制器、電池系統(tǒng)、充電系統(tǒng)。
整車控制器拓撲圖如圖12所示，元件說明如表3所示。
 
圖12 整車控制器拓撲圖
表3 主要元件說明
 
（4）電池包（如圖13所示）技術(shù)亮點
安全可靠高能量比三元鋰電池。
防水防塵密封性達到世界頂級IP67標(biāo)準(zhǔn)。
 
圖13 電池模塊組
  • 具有高能量（113Wh/kg）、高功率密度
  • 采用液冷設(shè)計，溫度可控，延長使用壽命
  • 殼體采用新型材料，輕量化設(shè)計，降低成本，提高電動車?yán)m(xù)駛里程
  • IP67防護
  • 采用廣汽自主開發(fā)設(shè)計，擁有知識產(chǎn)權(quán)、高可靠性能的BMS
  • 電池通過最近苛刻的強檢要求，安全可靠
參數(shù)如表4所示。
表4 GAC萬向動力電池包
 
二、機電耦合系統(tǒng)（G-MC）
GS4 PHEV采用1．5L阿特金森發(fā)動機和G-MC機電耦合系統(tǒng)，G-MC系統(tǒng)將發(fā)電機、驅(qū)動電機、離合器、傳動齒輪以及差減集成為一體；該方案采用發(fā)動機與發(fā)電機同軸、雙電機并排布置的結(jié)構(gòu)，單速比傳動，通過離合器/制動器的控制實現(xiàn)純電動、増程、混動等多種模式，如圖14所示。
 
圖14 傳動路線簡圖
純電動模式：
離合器處于分離狀態(tài)，發(fā)動機和發(fā)電機不工作，驅(qū)動電機工作，能量全部來源于動力電池，如圖15所示；該模式用于動力電池SOC高于一定值時。
 
圖15 純電動模式
低速增程模式：
離合器處于分離狀態(tài)，發(fā)動機啟動，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，驅(qū)動電機驅(qū)動車輛行駛，如圖16所示；該模式用于SOC較低時的低速行駛工況。
 
圖16 低速增程模式
高速增程模式：
離合器接合，發(fā)動機輸出動力部分驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，部分輸出與驅(qū)動電機動力耦合，最后輸出到差減，驅(qū)動車輛行駛，如圖17所示；該模式用于SOC較低時的高速行駛工況。
 
圖17 高速增程模式
三種模式的對比如表5所示。
表5 模式對比
 
機電耦合系統(tǒng)（G-MC）主要元件（如圖18所示）：
 
圖18 元件位置
  • 電機系統(tǒng)：驅(qū)動電機、發(fā)電機
  • 離合器
  • 液壓系統(tǒng)：液壓模塊、電動泵、吸濾器、機械泵
  • 傳動系及P 擋機構(gòu)
  • 殼體及其附件
  • 油管組件
  • 標(biāo)準(zhǔn)件
元件功能說明如表6所示。
表6 主要元件功能說明
 
壓濾器處于GMC冷卻油路中，作用是過濾油液中的雜質(zhì)。
集成的電機包括驅(qū)動電機和發(fā)電機，采用油冷技術(shù)；雙電機采用并排布置（如圖19所示）；發(fā)電機由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電給動力電池充電或為驅(qū)動電機供電；驅(qū)動電機經(jīng)傳動系驅(qū)動車輛行駛。
 
圖19 雙電機布置
集成的電機如圖20所示，電機說明如表7所示。
 
圖20 集成的電機
表7 電機說明
 
注意：電機其工作電壓范圍為220～460V，瞬時電流為350A。對人體非常危險，所以對電機系統(tǒng)進行維護及返修時，務(wù)必斷開電池系統(tǒng)高壓維修開關(guān)，并等待5min后，佩戴絕緣勞保用品后再進行相關(guān)操作。
傳動系實現(xiàn)將驅(qū)動電機、發(fā)動機動力耦合輸出到驅(qū)動軸；P擋機構(gòu)通過鎖止驅(qū)動電機輸出軸，實現(xiàn)P擋駐車；當(dāng)配置離合器時，中間軸大齒輪同時與驅(qū)動電機輸出軸齒輪和離合器從動齒輪嚙合；當(dāng)無離合器時，發(fā)動機無動力輸出到傳動系。
離合器位于扭轉(zhuǎn)減震器與發(fā)電機之間，為濕式多片離合器；離合器主動部分與輸入軸相連，從動部分與中間軸齒輪相連，離合器總成與輸入軸及軸承組成離合器組件；通過控制離合器的接合與分離，控制發(fā)動機動力是否輸出到車輪參與驅(qū)動，從而實現(xiàn)驅(qū)動模式的切換。因G-MC離合器使用頻率遠低于常規(guī)的MT/AT變速器，故G-MC離合器壽命長。
CCU功能如下：
  • 通過控制電子機油泵建立主回路油壓和流量
  • 通過控制電磁閥VBS 調(diào)節(jié)電機冷卻流量
  • 根據(jù)油壓傳感器和轉(zhuǎn)速反饋，通過控制電磁閥VFS 實現(xiàn)離合器的開合
  • 監(jiān)控系統(tǒng)的油壓和油溫
機電耦合變速器冷卻系統(tǒng)原理：
G-MC冷卻回路兼G-MC內(nèi)部潤滑功能、液壓控制油路功能原理如圖21、圖22所示。
 
圖21 冷卻系統(tǒng)回路
 
圖22 冷卻系統(tǒng)部件
G-MC離合器接合，如圖23所示。
 
圖23 G-MC離合器工作原理
通過圖23分析可知離合器工作的基本條件：
◆SOC 值較低（EMS 需要工作）
◆車速高于一定數(shù)值（≥60km/h）
◆整車扭矩處于較低水平（檢查整車負載和油門踏板深度）
除了以上3個條件外，還需保證整車無其他故障，方可保證整車可以進入混動狀態(tài)。
三、集成電機控制系統(tǒng)
集成電機控制系統(tǒng)是集成了ISG、TM及DC/DC三合一的控制器，其工作電壓范圍為220～460V，瞬時最高電流為445A。
集成電機控制器包括控制電路、功率驅(qū)動單元、DC/DC、高低壓接插件、內(nèi)部線束和所有相關(guān)的軟硬件等。集成電機控制器作為發(fā)電機和驅(qū)動電機的控制器，并集成了DC/DC，是一款雙電機控制器，如圖24、表8所示。
 
圖24 電機控制器
表8 電機控制器技術(shù)參數(shù)
 
注意事項：更換電機控制器時，需確保MSD維修開關(guān)已經(jīng)斷開。更換新電機控制器后需標(biāo)定旋變值。
電機控制器的作用（如圖25所示）：
◆接收整車命令
 
圖25 電機控制器功能作用
  • 將直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓，控制電機在不同轉(zhuǎn)速下的扭矩輸出
  • 將電機控制器系統(tǒng)的狀態(tài)返回給整車電機控制器主要部件功能。
電容：薄膜電容的主要功能是儲能作用，特別是在電機高速制動工況下能快速的儲存電機能量反饋的電能，同時另一個功能就是在電機啟動的瞬間能給IGBT提供較大啟動電流保證電機的順利啟動。
IGBT：電機控制器的核心零部件為IGBT，控制器通過IGBT變頻開關(guān)來控制電機的運行。
DC/DC：主要的功能是將高壓電池的電轉(zhuǎn)化成低壓為蓄電池補充電量以及給整車低壓用電器提供電能。
電機控制器通過高壓三相線與G-MC的驅(qū)動電機模塊、發(fā)電機模塊連接，如圖26所示。U、V、W三相連接的順序必須與各模塊相對應(yīng)，反之，會造成電機反轉(zhuǎn)。
 
圖26 電機控制器連接
溫度電阻：溫度1及溫度2兩組電阻在常溫下阻值在100kΩ左右屬正常。
電機控制器低壓通信線連接到發(fā)電機三相線盒里（如圖27所示），主要有電源線、旋變信號線、溫度信號線等，通過該處發(fā)往信號到控制器。
 
圖27 低壓信號連接
一般情況下，如果出現(xiàn)溫度過溫、旋變反轉(zhuǎn)、無法通信等常見故障時，應(yīng)首先排查該段線路的導(dǎo)通情況?；蛘咄ㄟ^該處接插件，測量發(fā)電機或者電機控制器的信號值是否正常。
ISG旋變信號阻值測量表：
正弦信號：3到18腳（阻值：35Ω）
余弦信號：4到11腳（阻值：35Ω）
勵磁信號：2到10腳（阻值：15Ω）
四、動力電池系統(tǒng)
（1）GS4 PHEV電池因采用三元材料并且放電功率要求較高，采用液冷平臺，相比風(fēng)冷電池，接插件增加防水設(shè)計，內(nèi)部增加液冷板，殼體需滿足IP67的防水等級，控制方面增加水位漏液、冷卻和加熱的控制。
（2）GS4 PHEV電池的布置選擇在車身底盤處，支架螺栓固定，增加了行李箱的容積和為備胎預(yù)留放置空間。
動力電池系統(tǒng)布置在后排座椅底盤，由8個M12的固定螺栓固定，手動維護開關(guān)安裝于右后排座下，需要拆下右后排座椅才能夠進行拆裝操作。
動力電池系統(tǒng)冷卻方式為液冷，重量≤138kg，由88個三元電池單體電芯組裝而成8個模組，標(biāo)稱電壓為321V，正常電壓范圍為250～369V，瞬時最大放電功率為110kW。
動力電池系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓和瞬時電流較大，對人體非常危險，在進行高壓相關(guān)操作時，務(wù)必按相關(guān)安全要求操作，做好絕緣防護。
動力電池系統(tǒng)為高壓部件（充電機除外）提供能量。通過車載充電機儲存電網(wǎng)電量，并且接收剎車制動能量回饋。
注意事項：長期存放不使用車輛時，請務(wù)必先充電至100%；每隔1 個月定期對動力電池進行充電，否則可能會引起動力電池過放，降低動力電池性能。
新能源充電流程V0版如圖28所示。
 
圖28 充電流程V0版
充電正常進行，需滿足幾個基本條件：
（1）車輛為OFF狀態(tài)；
（2）CC導(dǎo)通到VCU/CP導(dǎo)通到OBC（CCS）；
（3）OBC與其他高壓附近自檢無問題；
（4）BMS與OBC正常通信且OBC與BMS之間硬件連接（高壓）無問題。
充電結(jié)束條件：
  • SOC=100%
  • 動力電池電壓達到某定值
  • 電芯單體電壓達到某定值
 
 
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