丰田THS—II混合动力核心控制策略介绍（三）

◆文/江苏 田锐

DC/DC转换器内置于逆变器中，并用一个内部控制线路操控。如图30所示，HV蓄电池从一侧与内部控制线路连接，内部控制线路控制晶体管。IGCT负责内部控制线路电源。14V直流电的输出通过AMD端子和100A(DC/DC)保险给辅助蓄电池充电，直流201.6V单向转换为直流14V，转换过程分为四步：4个功率三极管对角的两个为一组同时控制，轮番导通提供变压器初级线圈201.6V的交流电流使变压器的初级线圈产生交变磁场，变压器次级的双线圈降压输出14V的交流电流，经过两个整流器二极管单向全波整流后再通过电感器的平流电路滤波，最终成为直流的14V为辅助蓄电池充电和提供车身电器电源。

图30 HV蓄电池内部控制线路

当发生故障时，动力管理控制ECU(HV CPU) 通过端子NODD发送DC/DC转换器工作停止指令。此外，DC/DC转换器具有自诊断功能，并通过端子NODD将指示正常工作或故障的信号发送至动力管理控制ECU(HV CPU)。DC/DC 转换器根据通过端子VLO接收到的占空信号控制输出电压。通过降低为响应驾驶条件的输出电压来提高燃油效率，可控制输出电压，从而使其正常情况下处于13.0～14.5V之间。端子S处监视DC/DC转换器的输出电压并对其进行控制，从而使辅助蓄电池端子电压恒定。

6.HV蓄电池充电控制

为确保HV蓄电池安全、可靠的运行，需要确定HV蓄电池系统的多个特性参数，监控其各自的临界值，并同时保证其冷却系统的正常工作。上述任务由蓄电池智能单元完成。如图31所示，蓄电池智能单元接收所需的HV蓄电池信号(电压、电流和温度)以控制混合动力系统并计算HV 蓄电池的SOC(充电状态)，还检测并传输鼓风机转速反馈电压(用于进行冷却系统控制)至HV CPU，当出现电池过载，偏离SOC阈值或者过热时，HV CPU发送断开指令切断HV蓄电池系统SMR继电器以保护电池组。蓄电池智能单元不能直接影响充电电流与荷电状态，而是仅仅通过串行通信接口向HV CPU告知HV蓄电池的工作状态，HV CPU根据蓄电池组的状态确定了蓄电池组充放电电流和功率的临界值，充电策略和动力系统运行控制策略保证将HV蓄电池的SOC维持在规定的阈值范围内，并确保其充放电功率不超过HV CPU给定的临界值。由于循环充放电会损坏蓄电池，且充放电深度越大，对电池的损伤也越大，然而借助充放电循环提高车辆传动系统的效率(例如通过电动运行与再生制动)又是必要的。因此，充电策略的确定与蓄电池大小的选择将在蓄电池寿命、成本、重量与传动系统的效率之间进行折中。蓄电池完全充电至其额定容量时，SOC为100%。蓄电池电量完全耗尽时，SOC为0%。SOC持续处于指示充满电状态的水平时，车辆沿长坡等向下行驶时能量无法回收，从而浪费能量。蓄电池需要进行一定量的放电以回收能量。此外，SOC过度下降时，可能会导致加速性能不足和蓄电池退化。因此，SOC需要保持在一定的水平。HV CPU试图将SOC保持在大约60%。如图32所示，最大值约为80%，通常75%为控制上限，最小值约为20%，通常30%为控制下限。为了使SOC始终保持在正确水平，HV CPU优化控制混合动力系统。

图31 蓄电池智能单元

图32 SOC变化示例图

7.绝缘异常检测

为安全起见，混合动力车辆的高压电路均与车身搭铁绝缘。修理手册中规定的标准绝缘电阻值在1和100MΩ之间(该值根据所测量零部件的不同而有所差异)。“泄漏检测电路”内置于蓄电池智能单元中，可持续监测高压电路和车身搭铁之间的绝缘电阻以确保其恒定。如果绝缘电阻降至低于规定值，则存储 DTC 并通过组合仪表显示屏告知驾驶员出现异常情况。如何检测绝缘电阻下降？如图33所示，泄漏检测电路允许少量的交流电流入高压电路，并检查交流电是否通过电容器自车身搭铁返回。绝缘电阻下降越多，自电容器返回的交流电波形的振幅越低。根据交流电波形的振幅检测绝缘电阻值。绝缘电阻的降幅被转化为电压值并由 HV CPU数据项目“Short Wave Highest Value”(短波最高值)进行指示，从而可通过蓄电池智能单元的泄漏检测电路进行检测。该值在4.98V时，表示绝缘良好。如果绝缘电阻下降，则“Short Wave Highest Value”(短波最高值)的值也会减小。

图33 泄漏检测电路允许少量的交流电流入高压电路

综上，为THS-II混合动力系统及其相关部件的核心控制策略，在当今汽车中，电气动力技术特别是混合动力技术已经成为现阶段最受人们关注的技术，随着人们对地球温暖化问题的日益关注和环保意识的不断提高，以及由原来矿物燃料发展到氢燃料的这些背景，人们已经充分认识到电气动力乃是其关键技术，与这种趋势同步，作为支撑电气动力的主要技术，电动机、逆变器、电池原料、加工制造、售后服务、维修保养以及再循环等相关领域的技术革新同样不可或缺，为了推进这一汽车产业整体技术革新，也期待着今后电力电子学、电池技术等相关技术领域的革新有更加活跃的持续的发展。(全文完)