◆文/北京 安海權(quán)

路虎攬勝運動版混合動力新技術(shù)(三)

◆文/北京 安海權(quán)

(接2017年第3期)

三、電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)

1.概述

電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)位于高壓蓄電池托盤內(nèi)，安裝在車輛底部右側(cè)。EPIC如圖21所示，其主要功能如下：①DC至AC轉(zhuǎn)換器(280V DC至280V AC)，從HVB為MG提供動力。②AC至DC轉(zhuǎn)換器(280V AC至280V DC)，從MG為HVB充電。③DC至DC轉(zhuǎn)換器(280V DC至14V DC)，從HVB為車輛電氣系統(tǒng)提供電力。

EPIC是高壓系統(tǒng)所有部件之間的中央連接，同時也連接到車輛電氣低壓系統(tǒng)?？偝砂惭b有一個控制單元，除管理上述內(nèi)容外，還同時監(jiān)控EPIC的工作狀態(tài)，并調(diào)節(jié)三相輸出，驅(qū)動電機MG。安裝至HEV的SDV6發(fā)動機的最大差別是刪除了12V發(fā)電機。當MG如發(fā)電機一樣操作時，車輛電氣系統(tǒng)和12V蓄電池通過EPIC獲取電能。EPIC包含一個DC-DC轉(zhuǎn)換器，輸出至12V電氣系統(tǒng)。EPIC通過混合CAN總線從車輛網(wǎng)關(guān)接收充電負荷請求，方法和正常的12V發(fā)電機一樣。注意：如果混合動力系統(tǒng)不能工作，蓄電池將不能充電。蓄電池可能通過至跨接柱的連接，從外部充電器上充電，方法與非HEV車輛相同。高壓蓄電池不能通過該外部充電裝置進行充電。

圖21 電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)

2.EPIC冷卻回路

高電氣負載導致EPIC內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，其同樣有一個專用的冷卻回路(中等溫度)。EPIC 冷卻回路部件如圖22所示，冷卻回路示意圖如圖23所示。回路有一個電動泵⑧，并由EPIC進行控制，方式與使用PWM信號的HVB冷卻液泵相同。EPIC可通過控制電動水泵(如位于EV模式)獨立地調(diào)節(jié)冷卻液通過中等溫度電路。EPIC溫度由一個外部溫度傳感器測量。冷卻系統(tǒng)的目的是達到65℃的最大工作溫度，若溫度達到85℃，EPIC可以降低功率輸出以控制工作溫度。冷卻回路同時通過一個5路歧管整合到中等溫度冷卻回路。

圖22 EPIC 冷卻回路部件

圖23 EPIC 冷卻回路示意圖

3.EPIC內(nèi)部部件

MG作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生三相交流(AC)電，EPIC須將交流AC轉(zhuǎn)為直流DC，為HVB充電。調(diào)節(jié)電壓，以通過直流-直流轉(zhuǎn)換器防止高壓蓄電池HVB和12V蓄電池充電過度或充電不足。MG作為電機運轉(zhuǎn)時，EPIC須從HVB中接收HV、DC，然后以正確頻率轉(zhuǎn)換為AC。此外，還需調(diào)節(jié)電壓，讓電機產(chǎn)生正確的扭矩值。

為達到此目的，EPIC使用微處理器控制的整流器來實現(xiàn)這些功能。EPIC內(nèi)部部件如圖24所示。用絕緣柵雙極型晶體管IGBT、三端子電源半導體、主要組成電子開關(guān)替換整流器中的二極管，這樣，處理器可精確管理流入/流出的MG電流。整流器包含6個IGBTs，逆變器閘驅(qū)動板控制其開關(guān)，讓極性正確的電流流過電路。AC電流量通過內(nèi)部連接電流感測裝置感應，DC電壓在圖中處測量。整流器總成溫度也通過熱敏電阻測量。為平穩(wěn)和穩(wěn)定三相的整流器輸出，圖中電路3中裝入了一個DC連接電容器。直流鏈路電容器是電氣儲存設(shè)備，隨電源電壓的變化進行充電/放電，作為直流電路的過濾器或穩(wěn)定器。eAC和直流-直流轉(zhuǎn)換器也裝有較小的電容器，執(zhí)行同樣的功能。

圖24 EPIC內(nèi)部部件

切斷電源時，如果沒有載荷消耗電容器儲存的能量，電容器保持充電的狀態(tài)。所有電容器如果自然放空，電壓達到安全水平是一個漫長的過程。EPIC設(shè)計用于將電壓從310V放電到＜60V的被動放電時間降低至少于300s。為加強安全性，EPIC裝入了低壓控制的接觸器和電阻器。蓄電池接觸器斷開時，EPIC閉合該接觸器以提供電荷泄放通道。EPIC設(shè)計用于將電壓從 310V放電到＜60V的主動放電時間降低到少于3s。如果發(fā)生緊急斷電，如將收到有效的ENS信號，或HVIL將變?yōu)閿嚅_的電路，系統(tǒng)將斷開蓄電池接觸器，閉合EPIC接觸器，放出儲存在電容器內(nèi)的能量(主動放電)，以使系統(tǒng)電源以最快的速度降低。

四、電機-發(fā)電機(MG)

1.概述

本期應納增值稅額的計算核算。月末，先將“應納稅額”專欄貸方余額結(jié)轉(zhuǎn)至“一般計稅未交增值稅”明細科目貸方，記錄當期一般計稅應交增值稅；再將“一般計稅預交增值稅”明細科目記錄的按規(guī)定可于當期結(jié)轉(zhuǎn)扣減的已預交增值稅金額結(jié)轉(zhuǎn)至本明細科目的借方，扣減當期一般計稅應交增值稅；最后，將“減免增值稅額”明細科目記錄的能在本期應納稅額中抵減的金額，結(jié)轉(zhuǎn)至“一般計稅未交增值稅”及（或）“簡易計稅應交增值稅”明細科目借方，結(jié)轉(zhuǎn)計算后 “一般計稅未交增值稅”與“簡易計稅應交增值稅”明細科目貸方余額（不含留待后期抵減的預交增值稅）之和就是本期應納稅額合計，對應增值稅納稅申報表的主表的第24行本月數(shù)。

電機-發(fā)電機(MG)位于發(fā)動機和變速器之間，代替變矩器，用于在電驅(qū)動或機械驅(qū)動時，驅(qū)動變速器。MG是一個密封式不可維修的單元，只可作為完整的總成更換。MG是一個交流同步電機，最大輸出功率為 35kW或170N·m。術(shù)語“同步”定義為轉(zhuǎn)子速度與交流輸入頻率直接成正比(轉(zhuǎn)子的速度將與施加到定子線圈的交流頻率同步)。MG結(jié)構(gòu)如圖25所示，基本原理如圖26所示。

圖25 電機-發(fā)電機(MG)結(jié)構(gòu)

圖26 電機/發(fā)電機（MG）工作原理

定子由24個線圈排列構(gòu)成。線圈分為三組，每組有8個線圈，它們串聯(lián)在一起，每組線圈對應三相輸入中的一個單相。線圈繞在定子周圍，產(chǎn)生統(tǒng)一的交變模式，轉(zhuǎn)子是32極永磁設(shè)計，可提供恒定的磁場輸出。轉(zhuǎn)子通過花鍵連接至變速器輸入軸，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，車輛發(fā)動機或MG將驅(qū)動變速器。當三個獨立的相位通電時，線圈排列形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的速度與交流輸入的頻率直接成正比，旋轉(zhuǎn)磁場還可確保電機以正確的方向旋轉(zhuǎn)。實際上，定子的旋轉(zhuǎn)磁場拉動轉(zhuǎn)子的磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。隨著轉(zhuǎn)子速度逐漸與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步，電機變?yōu)椤?鎖定”狀態(tài)，電機處于此狀態(tài)時可實現(xiàn)最大功率輸出。EPIC接收VSC的扭矩請求，計算并以正確的速度和輸出功率轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子所需的AC頻率，以提供請求的扭矩值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，反EMF(電動勢)越大，因此，隨著頻率升高，相位電壓也隨之升高，以平衡轉(zhuǎn)子的反EMF，讓扭矩輸出保持在正確水平。轉(zhuǎn)子的速度與施加于定子線圈上的AC頻率直接成正比，可用下列公式計算：

頻率設(shè)為0，便于讓EPIC獲取轉(zhuǎn)子的位置，這一動作完成時，頻率增加到算定的目標，在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生合適的旋轉(zhuǎn)磁場。低于300r/min的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速難以精確控制，因此在大多數(shù)情況下，EPIC將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在300r/min以上，這盡管要消耗一些電量，但能增強車輛的駕駛性能。HVB為EPIC逆變器提供DC電壓。由EPIC產(chǎn)生三相輸出給MG。參照圖24，每一IGBT 對由控制模塊7以與理想AC頻率一致的頻率進行PWM切換。例如1對和2對：打開IGBT 1讓正電流流過：關(guān)閉IGBT 2切斷負電流。然后控制器倒轉(zhuǎn)開關(guān)，讓負電流通過，同時切斷正電流。矢量控制策略決定6個IGBT的切換模式，以在任何速度實現(xiàn)最佳性能。矢量控制是一種可變頻率驅(qū)動(VFD)控制方法，用于控制3相AC電機的輸出。VFD方法使用兩種可控的逆變器輸出變量，即AC頻率和電壓量值。

2. 電機控制

電機的扭矩輸出和發(fā)電機的電力輸出可通過操作定子線圈激勵相對于轉(zhuǎn)子位置的正時進行調(diào)節(jié)。電機控制示意圖如圖27所示，下面分別介紹扭矩控制和發(fā)電控制。

圖27 電機控制示意圖

(1)電機扭矩控制

參照圖27，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場同步時，轉(zhuǎn)子的輸出速度與施加的AC頻率直接成正比。在這種情況下，電機功率輸出達到最大。轉(zhuǎn)子的永久磁鐵滯后于定子的旋轉(zhuǎn)磁場時，產(chǎn)生扭矩。 永久磁鐵在繼續(xù)試圖“趕上”定子的旋轉(zhuǎn)磁場的過程中，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力，即扭矩。AC輸入的正時相對于轉(zhuǎn)子的位置提前。轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場越不同步，扭矩越大，反之亦然。然而，如果轉(zhuǎn)子滯后過多，則不能跟上旋轉(zhuǎn)磁場的通路，從而退出同步，不再產(chǎn)生扭矩。

(2)發(fā)電機輸出控制

(3)解析器

解析器輸出的信號能讓EPIC在定子線圈上施加正確的頻率和電壓，以確保電機的扭矩輸出能匹配VSC發(fā)出的扭矩請求。同時確保轉(zhuǎn)子始終與旋轉(zhuǎn)磁場保持同步。如圖28所示，轉(zhuǎn)子的位置用“解析器”測量。圖28演示了一個極其簡單的包含三個線圈的解析器電路，實際上，MG裝有28個線圈，分為兩組，每組的線圈用導線串聯(lián)。這能讓EPICM精確測量轉(zhuǎn)子的位置。

圖28 解析器

激勵器初級繞組和兩個接收器線圈均固定在定子上，激勵器次級繞組固定在轉(zhuǎn)子上。激勵器初級繞組的輸入電壓為低壓12V AC電，頻率恒定。初級繞組將電流導入轉(zhuǎn)子中的次級繞組，由于輸入恒定，次級繞組不論處于哪個位置，其輸出保持恒定電流。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，電流導入兩個接收器線圈(線圈之間為90°間隔)。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈，在每一接收器線圈上產(chǎn)生兩個正弦曲線波形。接收器線圈直接輸出到 EPIC，監(jiān)測兩個信號的相對電壓幅值，以確定轉(zhuǎn)子的機械角度，從而得出電角或轉(zhuǎn)子位置。(余弦波與正弦波相同，但滯后90°)注意：為確保位置傳感器的精確度，必須考慮部件偏差。如果更換 MG或 EPIC，必須執(zhí)行校準例行程序，讓EPIC儲存位置傳感器的補償值。

3.分離離合器K0

分離離合器如圖29所示，它是濕式四板液壓離合器組件。通過應用變速箱閥塊提供的液壓機油壓力，可關(guān)閉離合器。離合器關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子耦合到內(nèi)燃機，離合器打開時，內(nèi)燃機與轉(zhuǎn)子分開。離合器組件的熱容量受操作方法及其位置的限制，因此須小心操作離合器，以防打滑。開關(guān)離合器的命令由VSC生成，通過混合動力CAN總線傳到TCM。TCM負責調(diào)整分離離合器的液壓壓力，以接合/分離離合器驅(qū)動。

離合器關(guān)閉前，調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速，這樣一來，離合器關(guān)閉時，分離離合器打滑的幾率將減到最小，動力輸入可實現(xiàn)無縫傳輸。VSC與TCM一同計算與車輛當前狀況相一致所需的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。如圖30(a)所示，如果從靜止狀態(tài)緩慢加速，MG將提供從靜止狀態(tài)啟動的動力，因此離合器將打開。所需的扭矩超過MG的性能時，發(fā)動機就會啟動，VSC將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速設(shè)置為符合MG的轉(zhuǎn)速，使其速度同步。隨著離合器關(guān)閉，這兩種驅(qū)動力實現(xiàn)無縫結(jié)合。如圖30(b)所示，從靜止狀態(tài)急加速，MG的負載增加。如果離合器關(guān)閉時發(fā)動機和MG的速度同步，這種負載將減緩發(fā)動機的速度，駕駛員會注意到這一現(xiàn)象。為進行補償，VSC計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速時會將負載考慮入內(nèi)。 離合器關(guān)閉時，增加的轉(zhuǎn)速補償預計的減緩，實現(xiàn)驅(qū)動的無縫過渡。

圖30 分離離合器控制

4.變速器集成啟動離合器(ILC)和電動油泵

集成啟動離合器(ILC)組件取代標準8HP變速器的“B”制動離合器組件。ILC能讓離合器滑動的時間延長,高達7s，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動輸入和傳動系統(tǒng)之間的扭矩變化。這能消除傳動系統(tǒng)的震動或抖動。實際上，ILC 接管了正常情況下屬于變矩器的功能。TCM 操作的ILC,驅(qū)動由MG提供時，離合器也會逐漸增加轉(zhuǎn)子的負載，過多的負載將減慢轉(zhuǎn)子的速度，導致其過度滯后于旋轉(zhuǎn)磁場，最后轉(zhuǎn)子會停止。圖31所示為集成啟動離合器(ILC)。

圖31 變速器集成啟動離合器(ILC)

圖32所示為電動油泵。參照圖31和圖32，低壓12V電動泵集成到變速器閥塊區(qū)域。當車輛靜止 (ECO 停止)以及在EV模式下駕駛時，泵為變速器和 MG離合器提供液壓機油壓力。變速器機械油泵可以提供正確的壓力和液壓機油量時(如果輸入軸轉(zhuǎn)速超過500r/min)，則泵會禁用。

圖32 電動油泵

5.電機-發(fā)電機(MG)冷卻

由于施加了高機械和電氣負載，MG中會產(chǎn)生高溫。EPIC通過MG殼體內(nèi)的溫度傳感器監(jiān)測溫度，溫度通過集成在發(fā)動機“高溫”冷卻回路內(nèi)的專用冷卻回路進行調(diào)節(jié)。電機-發(fā)電機冷卻部件如圖33所示，冷卻回路如圖34所示，在冷啟動和預熱條件下，發(fā)動機恒溫器關(guān)閉，這反過來會限制冷卻液流過MG冷卻回路。由于在這些情況下，MG要求冷卻，因此EPIC使用PWM激活的電動泵。冷卻液從散熱器底部抽出，經(jīng)過變速器機油冷卻器和MG殼體，然后回到散熱器底部。這為MG在發(fā)動機沒有發(fā)動(發(fā)動機進入ECO停止，由MG提供驅(qū)動)或恒溫器關(guān)閉的情況下提供獨立于發(fā)動機機械冷卻液的冷卻液流。

圖33 MG冷卻部件

圖34 MG冷卻回路

(未完待續(xù))