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1混合動(dòng)力系統的組成及工作原理
如圖1所示，別克君悅30h混合動(dòng)力系統主要由1.8L缸內直噴汽油機（LNK）、電控智能無(wú)級變速器（EVT）和高壓鋰電池組組成。
圖1 別克君越(參數|圖片)30H車(chē)混合動(dòng)力系統的組成
1.1 LNK發(fā)動(dòng)機
LNK發(fā)動(dòng)機采用阿特金森循環(huán)，排量1.8L，氣缸直徑80.5mm，行程88.2mm。氣缸體材料為鑄鐵，氣缸蓋材料為鑄鋁，壓縮比為11.5:1，配氣機構為雙頂置凸輪軸，每個(gè)氣缸有四個(gè)氣門(mén)，點(diǎn)火系統為單缸點(diǎn)火，供油方式為單缸。缸內直噴時(shí)，最大輸出功率為94kw，最大扭矩為175N.m。L NK發(fā)動(dòng)機采用缸內直噴、雙可變氣門(mén)正時(shí)（VVT）、兩級變量油泵、水冷式廢氣再循環(huán)（EGR）系統和排氣換熱器技術(shù)，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機的燃油經(jīng)濟性。
1.1.1二級變量油泵
如圖2所示，二級變量油泵為葉片式，安裝在曲軸前端。曲軸直接驅動(dòng)油泵轉子，帶動(dòng)葉片完成吸油和加壓過(guò)程。通過(guò)調整定子（調整環(huán)）和轉子之間的偏心度來(lái)改變油泵的排量。發(fā)動(dòng)機控制模塊（ECM）通過(guò)控制油壓控制電磁閥來(lái)實(shí)現油泵排量的變化，從而在不需要高壓潤滑油時(shí)通過(guò)減小油泵排量來(lái)降低發(fā)動(dòng)機的阻力，從而達到實(shí)現節油目標。機油壓力控制電磁閥是一個(gè)開(kāi)關(guān)電磁閥，位于機油濾清器座上方的氣缸體上，控制至機油泵的反饋油路的打開(kāi)和關(guān)閉。當油壓控制電磁閥未通電時(shí)，電磁閥處于斷開(kāi)狀態(tài)，在彈簧力作用下，定子保持在最大偏心位置，此時(shí)油泵排量最大。
圖2 雙級可變排量機油泵的結構
1.1.2 水冷式EGR系統
水冷式廢氣再循環(huán)系統主要由廢氣再循環(huán)閥、廢氣再循環(huán)閥開(kāi)度傳感器、兩個(gè)排氣溫度傳感器、冷卻換熱器及相關(guān)連接管組成。通過(guò)直流電機對EGR閥進(jìn)行線(xiàn)性控制，ECM可以精確控制EGR閥的工作時(shí)間和數量；EGR閥開(kāi)度傳感器可以實(shí)時(shí)監測EGR閥的開(kāi)度并反饋給ECM；兩個(gè)排氣溫度傳感器可以實(shí)時(shí)檢測排氣溫度冷卻后再反饋EGR系統的冷卻。效果。
當負荷中或小時(shí)，內部EGR功能由雙VVT系統實(shí)現，以減少氮氧化物排放；當負荷大時(shí)，外部水冷EGR系統開(kāi)始工作，通過(guò)廢氣再循環(huán)，燃燒室溫度降低，氮氧化物排放降低。S減少。
1.1.3排氣換熱器
排氣換熱器利用排氣溫度對冷卻液進(jìn)行加熱，以保證車(chē)輛在寒冷地區能快速預熱，同時(shí)能快速地為車(chē)輛提供熱量?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在純電動(dòng)模式下運行時(shí)，發(fā)動(dòng)機處于停止狀態(tài)，因此排氣換熱器可以有效地改善車(chē)內的暖風(fēng)效果。
如圖3所示，排氣換熱器以由熱交換器控制的電磁閥控制的模式運行。在加熱模式下，熱交換器控制電磁閥打開(kāi)通向熱交換器的閥門(mén)，通向排氣管的旁路閥關(guān)閉，廢氣通過(guò)熱交換器來(lái)加熱冷卻液；在非加熱模式下，通向熱交換器的閥門(mén)關(guān)閉，通向排氣管打開(kāi)，冷卻液未加熱。發(fā)動(dòng)機控制模塊（ECM）根據環(huán)境溫度、冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機轉速、變速器檔位和發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間等信號控制熱交換器控制電磁閥。
圖3 排氣熱交換器的結構
1.2 電控智能無(wú)級變速器
如圖4所示，電控智能無(wú)級變速器型號為5ET50，是混合動(dòng)力系統的核心部件。它集成了兩個(gè)驅動(dòng)電機/發(fā)電機、兩個(gè)行星齒輪機構、兩個(gè)離合器、扭振減震器、動(dòng)力轉換器模塊（PIM）、電液油泵、閥體等部件，其中兩個(gè)驅動(dòng)。電機/發(fā)電機和兩套行星齒輪機構的同軸布置。變速器可以實(shí)現四種不同的駕駛模式。
圖4 電控智能無(wú)級變速器的結構
1.2.1 扭轉減振器
如圖5所示，扭振減振器包含一個(gè)用于扭振減振器的旁路離合器，該離合器安裝在變速器前端，通過(guò)離合器片直接安裝在發(fā)動(dòng)機飛輪上。它的主要功能是在發(fā)動(dòng)機和變速器之間傳遞動(dòng)力。當發(fā)動(dòng)機向變速器傳遞動(dòng)力時(shí)，離合器分離，扭振減振器工作，使動(dòng)力傳遞更加平穩。在起動(dòng)條件下，離合器接合并繞過(guò)扭轉減震器，變速箱中的驅動(dòng)電機/發(fā)電機A驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機。
圖5 扭轉減振器
1.2.2 行星齒輪機構
兩組行星齒輪機構分別為輸入行星齒輪機構和輸出行星齒輪機構。輸入行星齒輪機構安裝在變速箱前端。其主要部件有輸入太陽(yáng)輪、輸入內齒圈和輸入行星架（圖6）。輸入太陽(yáng)輪通過(guò)其驅動(dòng)軸的花鍵直接連接到驅動(dòng)電機/發(fā)電機A的轉子上，輸入內齒圈外部連接到扭轉減振器上；輸入行星架通過(guò)CH連接到主減速器的輸入齒輪上。輸出功率與輸出行星架花鍵相連，駐車(chē)鎖止機構的棘輪集成在變速器中。進(jìn)入行星齒輪架。輸出行星齒輪機構安裝在變速箱后端。其主要部件是輸出太陽(yáng)輪、輸出內齒圈和輸出行星架（圖7）。輸出太陽(yáng)輪直接與驅動(dòng)電機/發(fā)電機B的轉子連接，輸出內齒圈通過(guò)低速離合器固定在殼體上。輸出行星架通過(guò)花鍵與輸入行星架相連，輸出功率輸出。
圖6 輸入行星齒輪機構
圖7 輸出行星齒輪機構
1.2.3 離合器
2組離合器分別為高速離合器和低速離合器（圖8），兩者均為液壓驅動(dòng)多片式離合器。高速離合器安裝在驅動(dòng)電機/發(fā)電機A的轉子上，高速離合器接合后，可以將驅動(dòng)電機/發(fā)電機A與輸出內齒圈連接在一起；低速離合器安裝在變速器中部，低速離合器接合后，可以將輸出內齒圈與變速器的殼體連接，從而將輸出內齒圈固定。
圖8 高速離合器和低速離合器
1.2.4 驅動(dòng)電機/發(fā)電機
2個(gè)驅動(dòng)電機/發(fā)電機均為三相永磁同步電機，電機采用條形繞組結構（圖9），相比圓形繞組，其直流阻抗更低，同時(shí)具有更好的散熱特性。
圖9 驅動(dòng)電機/發(fā)電機B
驅動(dòng)電機/發(fā)電機A安裝在變速器的后部，主要作為發(fā)電機使用，高速驅動(dòng)模式下也可以參與驅動(dòng)，另外，在車(chē)輛靜止或行駛中，它也可以作為起動(dòng)機使用，倒拖起動(dòng)發(fā)動(dòng)機。驅動(dòng)電機/發(fā)電機A最大功率為54 kW，最大轉矩為140 N·m。
驅動(dòng)電機/發(fā)電機B安裝在變速器的前部，主要作用是驅動(dòng)車(chē)輛，在車(chē)輛滑行或制動(dòng)時(shí)，作為發(fā)電機使用，回收制動(dòng)能量。驅動(dòng)電機/發(fā)電機B的最大功率為60 kW，最大轉矩為275 N·m。驅動(dòng)電機/發(fā)電機B外殼上安裝了輸出轉速傳感器，用于檢測輸出齒輪的轉速和旋轉方向。
為了實(shí)現對電機進(jìn)行矢量控制，需精確測量電機轉子的轉速、轉向及位置，為此，每個(gè)驅動(dòng)電機/發(fā)電機上均安裝了電機轉速/位置傳感器。電機轉速/位置傳感器采用了旋轉變壓器的結構形式，由3個(gè)定子線(xiàn)圈（勵磁線(xiàn)圈、正弦繞組、余弦繞組）和轉子（隨電機轉子同步旋轉）組成。
1.2.5 電源轉換器模塊
電源轉換模塊（圖10）集成在變速器內部，電源轉換器模塊內部集成了混合動(dòng)力控制模塊（HPCM）和3個(gè)電機控制模塊。HPCM的主要作用是控制電機的運行模式，與位于高壓鋰電池組總成內的混合動(dòng)力控制模塊2（HPCM2）通信，并確定內部高壓?jiǎn)⒂门c停用。3個(gè)電機控制模塊分別用于控制驅動(dòng)電機/發(fā)電機A、驅動(dòng)電機/發(fā)電機B和電動(dòng)液壓油泵。電機控制模塊內部有大功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），負責接收HPCM的指令，并對電機的轉動(dòng)方向、速度、轉矩等進(jìn)行控制，同時(shí)，電機控制模塊需實(shí)時(shí)采集電機的電壓、電流及溫度信息，并傳輸給HPCM和組合儀表，由組合儀表顯示當前車(chē)輛的運行參數。
圖10 電源轉換模塊
驅動(dòng)電機/發(fā)電機A、驅動(dòng)電機/發(fā)電機B及電源轉換模塊均采用單獨的冷卻液系統散熱，冷卻液泵為12 V電動(dòng)冷卻液泵。
1.2.6 電動(dòng)液壓油泵
電動(dòng)液壓油泵（圖11）安裝在變速器的下方，為高速離合器、低速離合器和扭轉減振器旁通離合器提供液壓，并使液壓油在變速器內部循環(huán)，起到潤滑、冷卻的作用。電動(dòng)液壓油泵電機為三相交流電機，由電源轉換器模塊直接驅動(dòng)。
圖11 電動(dòng)液壓油泵
1.2.7 閥體
管路壓力調節電磁閥（線(xiàn)性電磁閥）安裝在變速器閥體上；電磁閥體安裝在變速器閥體的側蓋上，內置4個(gè)壓力控制電磁閥，分別為高速離合器控制電磁閥、低速離合器控制電磁閥、扭轉減振器旁通離合器控制電磁閥及潤滑油路控制電磁閥。
1.3 高壓鋰電池組總成
如圖12所示，高壓鋰電池組總成主要由高壓鋰電池組、接口模塊、混合動(dòng)力控制模塊2、接觸器盒總成、手動(dòng)分離器開(kāi)關(guān)等組成。高壓鋰電池組總成位于乘客艙內后排座椅下方，其主要作用為：存儲電能；管理高壓鋰電池組充放電電量與技術(shù)狀態(tài)；控制高壓鋰電池組對外電能輸出的接通與關(guān)閉；與車(chē)輛其他模塊通信。
圖12 高壓鋰電池組總成
1.3.1 高壓鋰電池組和接口模塊
高壓鋰電池組采用韓國LG公司生產(chǎn)的三元鋰離子電池，電芯的標稱(chēng)電壓為3.6 V，標稱(chēng)容量為5.2 A·h，每10個(gè)電芯組成一個(gè)電池單元，8個(gè)電池單元依次串聯(lián)組成高壓鋰電池組。高壓鋰電池組的總電壓為3.6 V*10*8=288 V，儲存的總電能為288 V*5.2 A·h=1 497.6 W·h≈1.5 kW·h。
接口模塊位于高壓鋰電池組的上方，每個(gè)電池單元上方設置一個(gè)接口模塊，共8個(gè)。接口模塊的作用是采集每個(gè)電芯的電壓信號及每個(gè)電池單元的溫度信號，并將這些信號傳遞給混合動(dòng)力控制模塊2。接口模塊與混合動(dòng)力控制模塊2采用串行數據進(jìn)行通信。
1.3.2 混合動(dòng)力控制模塊2
混合動(dòng)力控制模塊2也可稱(chēng)為電池管理系統（BMS）模塊，位于高壓鋰電池組總成的左上方，其主要作用為：與接口模塊通信，獲取高壓鋰電池的溫度及電壓等信號；采集電流傳感器信號，估算高壓鋰電池的充電狀態(tài)及剩余電量（SOC）；管理高壓鋰電池的充放電電壓，平衡每個(gè)電芯的技術(shù)狀態(tài)，從而提高電池的使用壽命；通過(guò)接口模塊實(shí)現高壓鋰電池的電量平衡控制。
1.3.3 接觸器盒總成
接觸器盒總成位于高壓鋰電池組總成的上方，鄰近混合動(dòng)力控制模塊2，其內部集成了正極接觸器、負極接觸器、預充電繼電器、預充電電阻、手動(dòng)分離器開(kāi)關(guān)（內含熔絲）、電流傳感器等?；旌蟿?dòng)力控制模塊2通過(guò)控制上述接觸器和繼電器，實(shí)現高壓鋰電池組的高電壓輸出接通和關(guān)閉。
手動(dòng)分離器開(kāi)關(guān)串聯(lián)接入8個(gè)電池單元的回路中，內含125 A熔絲，并具有高壓互鎖功能。在維修車(chē)輛高壓相關(guān)系統時(shí)，需先拔下手動(dòng)分離器開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)高壓鋰電池組的內部回路。
1.3.4 14 V電源模塊
14 V電源模塊也可稱(chēng)為DC/DC控制器，位于高壓鋰電池組總成的上方，其作用是將高壓鋰電池組的高壓電降壓后，給蓄電池充電或向車(chē)身電器設備供電，最大供電電流為130 A。
1.3.5 高壓鋰電池組總成的冷卻
高壓鋰電池組總成采用風(fēng)冷的方式進(jìn)行冷卻，混合動(dòng)力控制模塊2通過(guò)接口模塊采集高壓鋰電池的溫度信號，對鼓風(fēng)機轉速進(jìn)行無(wú)級調節。
1.4 組合儀表
如圖13所示，組合儀表與傳統汽油車(chē)不同，取消了發(fā)動(dòng)機轉速表，增加了電力指示表、駕駛效率表及車(chē)輛準備就緒（READY）指示燈等。
1.4.1 電力指示表
電力指示表位于左側表盤(pán)內的左半部分，電力指示表指示車(chē)輛加速或減速時(shí)的功率使用情況。左下方綠色區域表示車(chē)輛正在進(jìn)行再生制動(dòng)，中間區域表示功率由發(fā)動(dòng)機或高壓鋰電池提供，上方區域表示功率用量較高。
圖13 組合儀表（高配車(chē)型）
1.4.2 駕駛效率表
駕駛效率表位于右側表盤(pán)內的左半部分，用于指導駕駛人以高效的方式駕駛車(chē)輛。當指針保持綠色并中央位置時(shí)，表示駕駛效率高；當車(chē)輛加速時(shí)，如果指針偏到表的上側時(shí)，說(shuō)明加速過(guò)急，無(wú)法優(yōu)化效率；當車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，如果指針偏到表的下側時(shí)，說(shuō)明制動(dòng)過(guò)猛，也無(wú)法優(yōu)化效率。
1.4.3 READY指示燈
將點(diǎn)火7關(guān)置于ON位，若混合動(dòng)力系統正常，READY指示燈點(diǎn)亮（綠色）。
2 混合動(dòng)力系統的工作模式
2016款別克君越30H車(chē)混合動(dòng)力系統的傳動(dòng)原理如圖14所示，其工作模式分為起動(dòng)模式、驅動(dòng)模式及能量回收模式，其中驅動(dòng)模式又分為純電機驅動(dòng)、低速驅動(dòng)、固定傳動(dòng)比驅動(dòng)及高速驅動(dòng)等4種模式。各工作模式下，發(fā)動(dòng)機、驅動(dòng)電機/發(fā)電機及離合器的狀態(tài)見(jiàn)表1所列。
圖14 2016款別克君越30H車(chē)混合動(dòng)力系統的傳動(dòng)原理
2.1 起動(dòng)模式
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機時(shí)，扭轉減振器旁通離合器接合，低速離合器和高速離合器均分離，驅動(dòng)電機/發(fā)電機A起到起動(dòng)機的作用。
起動(dòng)模式時(shí)的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：驅動(dòng)電機/發(fā)電機A→輸入行星齒輪組的太陽(yáng)輪→輸入行星齒輪組的內齒圈→扭轉減振器旁通離合器→發(fā)動(dòng)機。
2.2 純電機驅動(dòng)模式
在純電機驅動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機停止工作，低速離合器接合，高速離合器和扭轉減振器旁通離合器均分離。由于低速離合器接合，輸出行星齒輪組的齒圈被固定，驅動(dòng)電機/發(fā)電機B驅動(dòng)車(chē)輛行駛。
表1 各工作模式下發(fā)動(dòng)機、驅動(dòng)電機/發(fā)電機及離合器的狀態(tài)
純電機驅動(dòng)模式時(shí)的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：驅動(dòng)電機/發(fā)電機B→輸出行星齒輪組的太陽(yáng)輪→輸出行星齒輪組的行星架→鏈條傳動(dòng)→主減速器、差速器、半軸→車(chē)輪。
在純電機驅動(dòng)模式下，由于輸出行星齒輪組的行星架轉動(dòng)，輸入行星齒輪組的行星架也同步轉動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機停止轉動(dòng)，輸入行星齒輪組的齒圈也停止轉動(dòng)，因此，輸入行星齒輪組的太陽(yáng)輪（連接驅動(dòng)電機/發(fā)電機A）必須轉動(dòng)，此時(shí)，驅動(dòng)電機/發(fā)電機A雖然轉動(dòng)，但是不驅動(dòng)也不發(fā)電，處于空轉的狀態(tài)。
純電機驅動(dòng)模式時(shí)，倒擋與前進(jìn)擋的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)相同，可以通過(guò)改變驅動(dòng)電機/發(fā)電機B的轉動(dòng)方向來(lái)實(shí)現倒擋行駛。
2.3 低速驅動(dòng)模式
車(chē)輛以純電機驅動(dòng)模式行駛，當高壓鋰電池組的電壓降低到標定值時(shí)，車(chē)輛進(jìn)入低速驅動(dòng)模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機自動(dòng)起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)驅動(dòng)電機/發(fā)電機A發(fā)電，驅動(dòng)電機發(fā)電機B驅動(dòng)車(chē)輛行駛。低速驅動(dòng)模式時(shí)，低速離合器接合，高速離合器和扭轉減振器旁通離合器均分離。
低速驅動(dòng)模式時(shí)的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：驅動(dòng)電機/發(fā)電機B→輸出行星齒輪組的太陽(yáng)輪→輸出行星齒輪組的行星架→鏈條傳動(dòng)→主減速器、差速器、半軸→車(chē)輪。發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)驅動(dòng)電機/發(fā)電機A發(fā)電時(shí)的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：發(fā)動(dòng)機→扭轉減振器→輸入行星齒輪組的內齒圈→輸入行星齒輪組的太陽(yáng)輪→驅動(dòng)電機/發(fā)電機A→發(fā)電。
2.4 固定傳動(dòng)比驅動(dòng)模式
隨著(zhù)車(chē)速的提高（中速），車(chē)輛進(jìn)入固定傳動(dòng)比驅動(dòng)模式，此時(shí)，低速離合器和高速離合器均接合，扭轉減振器旁通離合器分離。由于低速離合器、高速離合器均接合，因此輸出行星齒輪組的齒圈、輸入行星齒輪組的太陽(yáng)輪均被固定在變速器的殼體上，即驅動(dòng)電機/發(fā)電機A停止，而發(fā)動(dòng)機、驅動(dòng)電機/發(fā)電機B均參與驅動(dòng)車(chē)輛。
發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)車(chē)輛的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：發(fā)動(dòng)機→扭轉減振器→輸入行星齒輪組的內齒圈→輸入行星齒輪的行星架→鏈條傳動(dòng)→主減速器、差速器、半軸→車(chē)輪。
驅動(dòng)電機/發(fā)電機B驅動(dòng)車(chē)輛的動(dòng)力路線(xiàn)為：驅動(dòng)電機/發(fā)電機B→輸出行星齒輪組的太陽(yáng)輪→輸出行星齒輪組的行星架→鏈條傳動(dòng)→主減速器、差速器、半軸→車(chē)輪。
2.5 高速驅動(dòng)模式
高速驅動(dòng)模式時(shí)，高速離合器接合，低速離合器和扭轉減振器旁通離合器均分離，此時(shí)，驅動(dòng)電機/發(fā)電機A、驅動(dòng)電機/發(fā)電機B及發(fā)動(dòng)機共同驅動(dòng)車(chē)輪。
在輸入行星齒輪組中，發(fā)動(dòng)機和驅動(dòng)電機/發(fā)電機A分別向輸入行星齒輪組的齒圈和輸入行星齒輪組的太陽(yáng)輪輸入動(dòng)力，再通過(guò)輸入行星齒輪組的行星架向車(chē)輪輸出動(dòng)力。在輸出行星齒輪組中，驅動(dòng)電機/發(fā)電機B和驅動(dòng)電機/發(fā)電機A分別向輸出行星組的太陽(yáng)輪和輸出行星組的內齒圈輸入動(dòng)力，再通過(guò)輸出行星齒輪組的行星架向車(chē)輪輸出動(dòng)力。
2.6 能量回收模式
當車(chē)輛處于滑行或制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機停止工作，低速離合器接合，高速離合器和扭轉減振器旁通離合器均分離。由于低速離合器接合，輸出行星齒輪組的齒圈被固定，此時(shí)，驅動(dòng)電機/發(fā)電機B被車(chē)輛反拖驅動(dòng)而發(fā)電，實(shí)現再生制動(dòng)能量回收。能量回收模式時(shí)的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：車(chē)輪→半軸、差速器、主減速器→鏈條傳動(dòng)→輸出行星齒輪組的行星架→輸出行星齒輪組的太陽(yáng)輪→驅動(dòng)電機/發(fā)電機B→發(fā)電。
