别克英朗车48V轻混系统详解

◆文/山东 刘华

2020年4月30日，2021款别克英朗车在前款车型Ecotec双喷射(非传统意义的缸内喷射+进气歧管喷射，而是指每个汽缸采用两个喷油器的进气歧管协同喷射方式，这是增压发动机全球首次采用的上述双喷射方式)涡轮增压三缸1.3T发动机、6速手自一体变速器的动力总成基础上，增加了一套48V轻混合动力系统，这是别克车型首次采用该技术。对该款车的发动机、变速器及48V轻混系统等动力总成主要零部件，厂家提供8年或160 000km的超长质保。本文将以别克英朗车型为例，对其安装的48V轻混系统进行详细介绍。

一、48V轻混系统组成

2021款别克英朗车安装的48V轻混系统除发动机、自动变速器外，还包括皮带驱动启动机/发电机BSG(Belt-Driven Starter Generator)电机及电机控制器、48V动力电池组及电池管理系统BMS(Battery Management System)、14V辅助电源模块APM(Auxiliary Power Module)、混合动力系统控制单元HCU(集成在发动机控制模块ECM内)等组成(图1)。

图1 别克英朗车48V轻混系统组成示意图

1.BSG电机及电机控制器

安装48V轻混系统的别克英朗车，取消了传统的发电机，在传统车型发电机的安装位置处，发动机横置(图2)，在发动机的右前方，如图2(b)中箭头所示，安装了BSG电机，曲轴通过一根专用皮带(美国盖茨生产)连接BSG电机并且采用专用的涨紧装置如图2(c)所示。

BSG电机为高性能、紧凑型三相永磁同步电机，主要由定子、转子、皮带轮、端盖等组成并集成了旋转变压器及温度传感器。BSG电机主要参数：重量9.5kg、峰值驱动功率8kW、峰值发电功率为10kW、最高运行转速大于15 000r/min、系统峰值效率大于83%。

图2 BSG电机及电机控制器

电机控制器集成在BSG电机后部(不允许分解维修)，电机控制器主要由逆变电路板、温度传感器及控制模块等组成，其主要作用是用于对电机的矢量控制。电机控制器具有DC/AC(直流/交流)相互转换、变频、变流等功能，以实现电机驱动或电机发电功能的控制。

BSG电机在不同的工况下，具有如下功能：启动发动机,在发动机自动启停后，再次启动时，BSG电机作为启动机快速启动发动机；48V发电,发动机驱动BSG电机发电经整流后输出48V直流电；回收能量,当车辆滑行或制动时，BSG电机作为发电机发电，实现再生制动、能量回馈；辅助驱动,在急加速等工况下，BSG电机作为驱动电机辅助发动机驱动，实现发动机及电机混合驱动；在发动机减速断油时，可以提供平滑扭矩。

2.48V动力电池组及电池管理系统模块BMS

别克英朗48V轻混车的动力电池采用了磷酸铁锂电池，安装在右前座椅的下方，其四周均用金属板材进行了保护和定位，确保安全。动力电池组由14个方形电芯组成，外部采用金属外壳进行封闭，采用自然风冷，箱体侧面还设计有散热格栅。48V动力电池组的主要参数：外形尺寸310＊180＊92mm、总重量10kg、冷却方式为自然冷却、电芯的额定电压为3.3V、电芯的额定容量为6Ah、动力电池组的总电压为46.2V、可用能量105Wh(图3)。

48V动力电池组用于储存、释放48V直流电能，其主要作用为：接收、储存BSG电机产生的48V直流电；向BSG电机输出48V直流电，经过电机控制器转换为交流三相电，实现启动发动机或辅助发动机驱动车辆行驶；向14V辅助电源模块提供48V直流电。

图3 动力电池组及电池管理模块BMS

电池管理系统模块BMS位于动力电池组的前部，其内部集成了用于检测温度、电流、电压的传感器及电路板、熔丝，并且还设计有一个位于48V回路中的接触器(图3)，若接触器处于断开状态，动力电池组将无法向外供电或接受外部电能。根据不同的工况，BMS对接触器进行控制，接通或断开内部48V电路，实现主动充电或放电控制。BMS通过CAN总线将动力电池组的电压、电流、温度、剩余电量SOC等参数提供给其他控制单元。

BMS利用内部电路板上的平衡电路，按照控制逻辑，可以实现将电压高的电池向电压低的电池放电，以达到电池组内各电芯电量平衡。执行电量平衡需满足如下所有条件：最高与最低电芯之间电压差超过阈值、最高电芯电压在3.27至3.35V之间、内部接触器已断开、电流小于100mA等。

3.14V辅助电源模块APM

辅助电源模块APM，有时也简称为DC/DC模块。别克英朗车14V辅助电源模块位于发动机舱的右前部，右前大灯的正下方，通过4个螺栓直接固定在前梁上。14V辅助电源模块是一个整体部件，主要由壳体、集成电路、散热体及输入输出连接及通风装置等组成。14V辅助电源模块采用自然风冷，基于散热考虑需要，采用铝合金外壳，外壳的侧面及端面还设计有散热栅格(图4)。

别克英朗48V轻混车的14V辅助电源模块主要参数：输入电压48V、输出电压14V、最大输出电流130A、最大输出功率1.8kW。

14V辅助电源模块是一个直流电源转换装置，其主要作用是：将动力电池组48V的直流电降压至12V直流电；向12V车身电器系统供电及给12V蓄电池充电；参与控制扭矩管理及动力电池组接触器动作控制。

14V辅助电源模块通过CAN总线与发动机控制模块ECM、混合动力控制控制单元HCU、电机控制器、电池管理系统模块BMS及自动变速器电控单元等连接。14V辅助电源模块根据发动机、48V动力电池组及12V蓄电池等的状态，根据控制逻辑智能控制14V直流电的输出。车辆行驶中，发动机减速断油时，14V辅助电源模块也可以稳定输出14V电压，以供车身电气系统可靠使用。

图4 14V辅助电源模块APM

二、48V轻混系统运行模式

安装了48V轻混系统的别克英朗车，在不同的工况下，可以实现快速启动、电机助力、智能充电、制动能量回收、电动怠速及智能停机等5种运行模式(图5)。

图5 48V轻混别克朗动车运行模式示意图

1.快速启动

车辆行驶发动机启停后，发动机再次启动是通过48V的BSG电机来实现快速启动的。安装48V轻混系统的别克英朗车，仍保留了12V系统的传统启动机。发动机冷启动(非启停启动)时，与传统车型相同，用启动机启动发动机。

2.电机助力

在48V动力电池组剩余电量超过阈值(如30%)时，在混合动力控制单元指令下按照控制逻辑，BSG电机辅助发动机驱动车辆行驶，实现发动机、BSG电机混合动力驱动，BSG电机最大助力力矩可达20N·m。

别克英朗车48V轻混系统，不能单独使用BSG电机纯电驱动车辆行驶。

3.智能充电

车辆行驶中，混合动力控制单元综合考虑48V动力电池组的剩余电量SOC和发动机工况等因素，若满足设定的条件，则发动机驱动BSG电机发电，对动力电池组进行智能充电。

4.制动能量回收

车辆行驶中滑行或制动减速时，混合动力控制单元通过电机控制器控制BSG发电并向锂动力电池组充电，实现能量回收。

5.电动怠速

车辆行驶发动机减速断油时，若48V动力电池组剩余电量充足，BSG电机输出转矩维持发动机电动怠速运转，从而延长发动机减速断油时间，进一步减低油耗。同时电动怠速也解决了启停模式下车辆空调系统的能源提供问题。

6.智能停机

车辆行驶中，若发动机处于减速断油且车速接近零时，BSG电机对发动机实施制动，协助发动机停机，降低“熄火抖动现象”。

三、48V轻混系统技术特点

与以往常规车型相比较，安装48V轻混系统的别克英朗车，在不同工况下，可以采用上述6种运行模式，因此，其动力性、经济性均得到一定程度的提高且CO2排放量显著减少。

1.燃油经济性有提高

安装48V的轻混系统的别克英朗车，滑行或制动时，发动机减速断油，因此，燃油经济性提高的同时，CO2排放量会显著减少。厂家提供的百公里油耗数据为5.3L，对比老款车型大约有9%的下降。

2.动力性有提升

车辆加速行驶时，BSG电机作为驱动电机辅助发动机驱动车辆行驶，BSG电机最大辅助驱动转矩为20N·m、最大驱动功率为8kW，对比老款车型，在降低油耗的同时，车辆的动力响应性也有所提高。

3.启动迅速

车辆行驶，发动机自动启停后，再次启动时，48V的BSG电机作为启动机快速启动发动机，与常规的12V启动系统比较，启动迅速且抖动更小。

4.成本更低

与常见的丰田混联式混合动力THS系统(以行星排作为发动机、电机1、电机2的动力耦合装置)、本田智能多模式驱动i-MMD系统(串联式但发动机可以单独驱动车辆行驶)等高压混合动力系统比较，48V轻混系统增加成本更低。在满足法规对油耗、排放等日益严格要求下，对于搭载小排量发动机的车型而言，48V轻混无疑是性价很高的有效过渡解决方案，能在较少改变车辆动力系统的同时，实现动力性能与经济性的双重提升。双喷射涡轮增压1.3T发动机+48V轻混系统，已安装在通用车系的别克英朗、GL6、威朗及雪佛兰科鲁泽等多款车上。另外，豪华品牌如全新路虎极光、奔驰S和C级、奥迪A8L及A6L以及国产品牌中的吉利博越及缤越、长安CS55等车型都均有48V轻混车型投放市场。博世、德尔福、大陆、法雷奥等为48V轻混系统的主要供应商。