别克英朗车48V轻混系统详解
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15000r/min、系统峰值效率大于83%。
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)。
(a) 外形
(b) 安装位置
(c) 结构组成
图3 动力电池组及电池管理模块BMS
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。
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)。
(a) 外形
(b) 安装位置
(c) 结构
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。
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轻混别克英朗混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。
别克英朗发动机冷却液节温器加热器控制电路
故障现象 风扇常转，需更换节温器
2011年别克英朗冷却风扇高速常转
2011年别克英朗冷却风扇高速常转怎么处理？
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故障现象
一辆2011年生产的上海通用别克手动挡英朗1.6L，发动机型号为LDE，VIN代码为LSGPB54U9BSxxxxxx,目前已行驶了56 000km，因发动机冷却风扇高速常转而送修。
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故障诊断与排除
接车后试车，发现此车冷却风扇一直高速旋转，仪表台上除水温表指示偏低外，其它一切显示正常，连接故障诊断仪GDS对进行全车系统诊断，没有发现关于冷却风扇常转相关的故障代码(图1)。
图1 从故障车上读取的故障代码
查看发动机相关数据(图2)，“所需的冷却液温度”为91℃，而冷却液的实际温度才36℃，散热器冷却液温度为18℃。
图2 故障车上的相关数据
此车是车主自行开到店里来送修的，按理说发动机的温度应该已经完全处于热机状态，可实车的发动机冷却液温度才36℃，且散热器温度更低，只有18℃。从数据上来看此车的节温器处于打开状态，导致冷却系统一直处于大循环，所以发动机冷却液温度偏低。再看发动机冷却液节温器的加热器指令却很高，为97.3%，正常情况下冷却液温度低时，发动机控制模块对电子冷却液节温器的加热器不应该有加热指令，更不会控制冷却风扇高速旋转。
可故障车的冷却风扇控制数据是冷却风扇继电器1指令和冷却风扇继电器2指令均处于接通状态，使冷却风扇处于高速旋转。既然冷却系统数据均正常，应该不会导致冷却风扇常转。另外，空调压力传感器数据显示为420kPa，完全正常。从数据上看，初步判断是节温器的加热器指令太高，导致节温器处于开启状态，同时也基本排除节温器的机械故障。
继续浏览发动机数据，发现数据中的“计算的发动机机油温度”为89℃(图3)，也在正常范围之内(注：该车没有机油温度传感器)。
图3 故障车发动机数据中的“计算的发动机机油温度数据”
故障车空气流量计总成内集成了进气温度传感器，如果进气温度传感器数据异常，发动机控制模块也会下达冷却风扇高速旋转的指令。查看关于空气流量计相关数据，发现除进气量略有偏差外，进气温度为15℃(图4)，属于正常范围。
图4 故障车空气流量计数据
导致冷却风扇常转的原因有：冷却系统温度数据、空调压力数据、进气温度信息。故障车的这些数据均在正常范围之内，只是ECU控制冷却液加热器指令很高，且冷却风扇高速旋转。据此判断可能的故障原因是发动机ECU内部故障。 尝试更换发动机ECU后故障依旧，且更换发动机ECU后用GDS诊断仪进行曲轴位置偏差学习时无法完成(图5)，提示“条件未满足”。既然上述思路无法找到故障点，那就换个突破点继续查找。首先要找到“曲轴位置偏差未成功学习”的原因。
图5 曲轴位置偏差学习未成功的数据
笔者翻阅该车的维修手册，未找到关于曲轴位置学习的条件和未成功学习的原因，只好找来其他车型的维修手册，以作参考。其他车型维修手册上介绍：如果未能成功执行曲轴位置系统偏差读出程序，检查如下状况并执行必要的校正：
1.发动机冷却液温度低于70℃(158℉)，将发动机预热到70℃(158℉)以上。
2.设置任何动力系统故障代码，参见“动力系统车载诊断(OBD) 系统检查”。如果存储的动力系统故障代码不是DTCP1336，故障诊断仪曲轴位置系统偏差读取功能将被禁用。
故障车发动机模块内部无故障代码。既然对水温有要求，将冷却风扇插头拔下后启动发动机，待发动机水温上升至70℃(图6)后再次进行曲轴位置学习,发现GDS诊断仪依旧提示“条件未满足”。
图6 将冷却风扇插头拔下后水温上升至70℃的数据
再次查看发动机数据，发现发动机电脑模块里面有组关于“车速传感器”的数据为255km/h(图7)，此车为原地着车，哪里来的车速？别克英朗手挡车没有专门的车速传感器，车速是ABS泵模块通过轮速传感器间接换算出来的。笔者将ABS插头拔下后，车速显示没有变化，依旧是255km/h。据此怀疑ABS模块内部故障或者ABS模块内部计算的车速信息没有通过数据线实时传输出去。这时，笔者突然想到，该车进店保修时ABS灯就一直点亮，而且ABS模块没有通讯，因此，很有可能是ABS系统故障导致该车的错误信息。
图7 发动机模块关于车速的故障数据
由于无法找到相同配置的车型，笔者只好找了一辆该款车的高配车型，并尝试将该车(正常车)的ABS模块插头拔下后，读取的数据是：车速信息为255km/h；发动机ECU控制电子节温器的加热器指令为97.3%；冷却风扇继电器1指令和冷却风扇继电器2指令均为关闭状态，且冷却风扇不转。与故障车上的相关数据大致相同，唯一的区别是故障车上的冷却风扇是高速旋转。至此，笔者又不得不怀疑诊断方向是否出现了偏差。
由于用来比对的正常车是自动挡，查看其TCM内部的车速信息确实是0。结合该车高速网络电路图(图8)分析：高配自动挡的车速信号是通过数据线直接从TCM获取的，ABS模块内部获取的车速信息只是用来作为辅助参考，即使ABS模块出现故障或拔下ABS模块插头，ECU和TCM还是可以通讯的，并且TCM仍然可以直接反映车辆的实际车速信息，所以ECU不会指令冷却风扇转动，至于ECU内部的数据则就是程序的问题了。而低配手动挡车ECU只能从ABS模块内部获取车速信息。
图8 2011年别克英朗高速网络电路图
为保险起见，笔者将正常车和故障车的ABS模块插头内的数据线全部断开，并将故障车的数据线跨入正常车的ABS模块内，让故障车读取正常车ABS模块的内部数据(图9)。
图9 将故障车的数据线跨入正常车的ABS模块内
将数据线跨接后，用故障车数据线读取正常车辆ABS模块的内部数据，所有数据全部恢复正常(图10)。至此，可以判断，故障车的故障点在于AB S 模块。更换ABS模块总成后，该车故障被彻底排除。
图10 数据恢复正常
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维修小结
手动挡别克英朗没有专门的车速传感器，车速是通过ABS泵模块通过轮速信号间接换算出来的，ABS模块出现故障，导致发动机ECU无法通过网络数据线得到关于车速的实时信息，为防止发动机大负荷高速行驶导致发动机温度过高，发动机ECU便指令电子节温器加热器指令为97.3%，并指令冷却风扇继电器1和冷却风扇继电器2结合使冷却风扇高速旋转。
