Audi 48V MHEV System

Бортовая сеть 48В Audi A6/A7/A8/Q7/Q8

48-вольтовый мягкий гибрид (MHEV — mild hybrid electric vehicle)
Общее описание.
Сокращение MHEV означает «мягкий гибрид» (mild hybrid electric vehicle). Обычно у таких автомобилей имеется дополнительная аккумуляторная батарея и небольшой электродвигатель, который делает возможными функции расширенной рекуперации и поддержки двигателя внутреннего сгорания (режим Boost). Приводит автомобиль в движение и вырабатывает электроэнергию исключительно двигатель внутреннего сгорания. Двигаться только на электрической тяге мягкий гибрид не способен. По своей концепции Audi A8 (модель 4N) является 48вольтовым мягким гибридом. У него имеется дополнительная аккумуляторная батарея на 48 В. Роль электродвигателя исполняет стартергенератор. Это относится к Audi A8 как с двигателем 3,0 л TFSI, так и с двигателем 3,0 л TDI. И только автомобили Audi A8, оснащённые по причине национальных ограничений двигателем 3,0 л TDI 2го поколения, не являются мягкими гибридами и не имеют бортовой сети 48 В.

Функции мягкого гибрида.
Концепция мягкого 48вольтового гибрида несёт с собой ряд новых функций, которые повышают как эффективность автомобиля, так и его комфортабельность. Дополнительные функции обусловливают наличие новых возможностей управления и индикации.

На Audi A8 (модель 4N) реализованы следующие функции:
  • режим стартстоп уже со скорости < 22 км/ч;
  • функция поддержки двигателя внутреннего сгорания со стороны стартергенератора;
  • расширенная рекуперация;
  • режим движения накатом, при котором двигатель внутреннего сгорания может выключаться;
  • более комфортный запуск двигателя внутреннего сгорания благодаря стартергенератору;
  • более комфортное выключение двигателя внутреннего сгорания благодаря стартергенератору;
  • двигатель внутреннего сгорания может быть снова запущен стартергенератором сразу же после выключения («водитель передумал»).
Улучшения благодаря стартер-генератору
Использование стартер-генератора делает обратный запуск двигателя внутреннего сгорания во время движения заметно комфортабельнее, чем при обычном стартере с редуктором. Тот факт, что стартер-генератор постоянно соединён с двигателем внутреннего сгорания через поликлиновой ремень, делает возможным повторный запуск даже тогда, когда двигатель ещё не успел полностью остановиться. Такая ситуация может возникнуть, когда, например, выключенный системой старт-стоп двигатель остановился не полностью, а водитель уже снова нажимает на педаль акселератора, потому что хочет продолжить движение (передумал).
Другое улучшение состоит в том, что стартер-генератор может целенаправленно притормаживать двигатель внутреннего сгорания при его выключении, что заметно снижает возникающие при этом вибрации. При работающем двигателе внутреннего сгорания стартер-генератор может включаться в работу как электродвигатель и в определённых диапазонах нагрузки поддерживать двигатель внутреннего сгорания, что уменьшает расход топлива. Повышение крутящего момента или мощности двигателя внутреннего сгорания (так называемый режим Boost) у Audi A8 (модель 4N) не реализовано.

Интеллектуальный режим движения накатом при выключенном двигателе
Алгоритм движения накатом ведёт себя подобно водителю, который прогнозирует ситуацию. Накат применяется, когда это целесообразно в рамках прогнозируемой ситуации. Активно движение накатом (с включённым или выключенным двигателем) запрашивает только прогнозирующая система (ассистент эффективности). Общее правило: если водитель убирает ногу с педали акселератора, автомобиль всегда переходит в режим принудительного холостого хода, за исключением случаев, когда функции прогнозирования (ассистент эффективности, круизконтроль или активный круиз‑контроль) запрашивают движение накатом. Разрешить режим движения накатом водитель может на MMI под пунктом меню «Вспомогательные системы» — «Ассистент эффективности».

Предельные значения работы системы
  • Скорость в пределах 55–160 км/ч.
  • Положение D или режим efficiency.
  • Ненажатые педали акселератора и тормоза.
  • Уклон < 4 %.
  • Подъём < 3 %.
  • Поперечное ускорение < 1,5 м/с2
Если же режим движения накатом активен, а двигатель продолжает работать, то водитель видит в комбинации приборов следующие показания: скорость больше 0 км/ч на спидометре и частоту вращения холостого хода на тахометре.
Когда активен режим движения накатом и двигатель выключается, водитель видит это в комбинации приборов. Стрелка спидометра показывает скорость от 55 до 160 км/ч, стрелка тахометра стоит на READY, горит зелёный значок старт‑стоп.
Индикация интеллектуального режима движения
Старт-стоп и система рекуперации
  • Старт-стоп
    У автомобилей Audi двигатель может выключаться системой стартстоп уже при скорости < 22 км/ч (например, при докатывании перед красным сигналом светофора). В комбинации приборов стрелка тахометра стоит на отметке READY и горит зелёный значок стартстоп.
  • Если выполнены не все требуемые условия, двигатель не выключается автоматически системой стартстоп. Возможно, что двигатель пока ещё находится в фазе прогрева, или при движении по автомагистрали масло в нём слишком сильно нагрелось, или климатическая установка препятствует автоматическому выключению двигателя и т. д. В таком случае двигатель стоящего на месте автомобиля работает на холостом ходу, в комбинации приборов водитель видит белый значок стартстоп.
  • Расширенная рекуперация
    При рекуперации кинетическая энергия используется в фазах принудительного холостого хода для подзарядки АКБ. Мягкие гибриды благодаря наличию дополнительной АКБ обладают более высокой мощностью рекуперации, чем предшествующие модели. У Audi A8 (модель 4N) с литийионной АКБ и 48вольтовым стартергенератором мощность рекуперации достигает 12 кВт. О так называемой рекуперации на принудительном холостом ходу сообщает половинчатая (на 50 %) индикация в комбинации приборов. Расширенная рекуперация запрашивается ассистентом эффективности. Индикатор в комбинации приборов светится полностью (на 100 %).
Основными компонентами бортовой сети 48 В являются стартер‑генератор с ремённым приводом, литий-ионная аккумуляторная батарея и преобразователь напряжения.
Стартер-генератор с ремённым приводом функционирует как генератор энергии для бортовой сети 48 В. Когда он выступает в качестве стартера, его следует считать потребителем в 48-вольтовой сети.
Преобразователь напряжения является связующим звеном между бортовыми сетями 48 В и 12 В. Бортовая сеть 12 В с её свинцовой батареей питает все потребители электроэнергии, работающие от напряжения 12 В. К ним на момент выхода Audi A8 (модель 4N) на рынок относятся, среди прочего, все блоки управления и 12-вольтовый стартер с редуктором. Он используется только для запуска холодного двигателя внутреннего сгорания. В остальных случаях запуск двигателя производится от 48-вольтового стартер‑генератора.

Основные компоненты системы:


1
Стартер-генератор С29

Общее описание
Конструктивно стартергенератор C29 представляет собой 48-вольтовый стартер-генератор с ремённым приводом. Выступая в качестве генератора, он заряжает 48-вольтовую АКБ и подаёт на преобразователь напряжения постоянный ток напряжением 48 В. Электродвигатель может использоваться как в качестве стартера, так и для поддержки двигателя внутреннего сгорания (функция Boost). Он имеет водяное охлаждение с электрическим водяным насосом. Стартергенератор C29 обменивается данными с блоком управления двигателя по подшине (часто называемой Private CAN) и управляет насосом охлаждающей жидкости стартергенератора V621 при помощи сигналов с широтно‑импульсной модуляцией (ШИМсигналов).

Управление насосом охлаждающей жидкости V621
Цепь управления насосом охлаждающей жидкости стартер‑генератора V621 зависит от двигателя. У двигателя 3,0 л TDI (см. рис.) насос подсоединён к стартергенератору, а у двигателя 3,0 л TFSI — непосредственно к блоку управления двигателя. Интеграция в контур охлаждения двигателя тоже варьируется в зависимости от типа двигателя. У некоторых двигателей стартергенератор охлаждается жидкостью, которая подаётся главным насосом системы охлаждения, у других — нет. У части двигателей насос V621 также берёт на себя дополнительные функции в контуре охлаждения двигателя. В программном обеспечении блока управления двигателя задано, при каких рабочих условиях происходит включение насоса охлаждающей жидкости стартергенератора. На сервисном предприятии насос может быть активирован для проверки его работы с помощью средств диагностики исполнительных механизмов.

Соединение с двигателем внутреннего сгорания
Стартер-генератор соединён с двигателем внутреннего сгорания поликлиновым ремнём. Из-за того, что стартер‑генератор является в ремённой передаче в режиме генератора ведомым, а в режиме двигателя, например при запуске, — ведущим элементом, предъявляются особые требования к натяжителю приводного ремня. Натяжной элемент натяжителя адаптирован к конкретному двигателю и может быть установлен непосредственно на стартергенераторе или на блоке цилиндров. Важно, чтобы натяжитель гарантировал максимально возможный обхват шкива стартергенератора ремнём.
C29 работает в качестве стартера
C29 работает в качестве генератора
Cтартер-генератор двигателя 3,0 л TFSI. У этого варианта натяжитель ремня располагается на блоке цилиндров.
Cтартер-генератор двигателя 3,0 л TDI. У него подковообразный натяжитель расположен прямо на торце стартергенератора.
60 Н·м
Максимальный крутящий момент при работе двигателя
Ок. 5 кВт
Длительная номинальная мощность в режиме генератора
Ок. 14 кВт
Номинальная мощность в режиме генератора (рекуперация 2), в течение максимум 5 с)
Ок. 6 кВт. Функция Boost у Audi A8 (модель 4N) ещё не была реализована
Номинальная мощность в режиме двигателя (режим Boost 1), в течение максимум 5 с)
51,5 В
Номинальное напряжение в режиме работы генератора
40 В
Номинальное напряжение при работающем двигателе
2,72–3,40 (в зависимости от двигателя)
Передаточное отношение (стартер-генератор — ДВС)
6000 об/мин
Номинальная частота вращения
40/41
Обозначения клемм 48 В плюс/минус
По шине Private CAN с блоком управления двигателя
Обмен данными
00CC
Диагностический адрес
Технические характеристики
1) Режим Boost: стартергенератор работает в качестве электродвигателя и поддерживает двигатель внутреннего сгорания.
2) Рекуперация: использование энергии торможения (то есть в режиме принудительного тормозного хода или при торможении кинетическая энергия преобразуется в электрическую и генератор выдаёт особенно высокую мощность).

2
Литий-Ионная АКБ 48В

Место установки
48вольтовая аккумуляторная батарея располагается в нише багажного отсека. Она представляет собой литий-ионную батарею. Батареи такого типа имеют преимущества перед свинцовыми батареями. У них, например, выше плотность энергии и лучше стойкость к многократным циклам разрядкизарядки. Недостатком является то, что элементы батареи требуют электронной защиты от глубокого разряда, который может привести к короткому замыканию в элементах и к выходу батареи из строя. Механические повреждения тоже могут привести к внутренним коротким замыканиям, а попадание влаги из воздуха вызывает химические реакции. Поэтому необходимо тщательно оберегать корпус АКБ от повреждений. Поскольку батарея имеет пластмассовый корпус, она укрыта защитным кожухом. Металлический кожух крепится к днищу автомобиля при помощи зажимной планки.
Обмен данными
Аккумуляторная батарея 48 В A6 подключена к шине CAN‑гибрид и доступна для диагностического тестера по диагностическому адресу 0021. Плюсовая сторона 48вольтовой сети постоянного тока обозначается как клемма 40, минусовая сторона — как клемма 41. Блок управления АКБ 48 В измеряет значения напряжения и температуры отдельных элементов и передаёт эти данные диагностическому интерфейсу шин данных J533. Кроме того, блок управления активирует четыре внутренних вентилятора, если температура АКБ превышает 28 °C.

Встроенный в АКБ блок управления
Помимо проводов 12-вольтовой цепи и шины CAN-гибрид, к встроенному в АКБ блоку управления подключены также сигнальные провода, идущие от блока управления подушек безопасности J234. В случае срабатывания подушек безопасности в аккумуляторной батарее A6 размыкается реле — 48-вольтовая бортовая сеть обесточивается.

Зарядка, пуск от внешнего источника питания, замена
При работающем двигателе 48-вольтовая АКБ подзаряжается непосредственно от стартергенератора. От внешнего зарядного устройства 12 В зарядка 48-вольтовой АКБ идёт через преобразователь напряжения. Подключение зарядного устройства непосредственно к АКБ 48 В не предусмотрено. Для пуска двигателя от внешнего источника питания имеется 12-вольтовый вывод в разветвителе TV2. Проверка АКБ (классификация) осуществляется всегда с помощью диагностического тестера. При этом оцениваются данные, которые считываются из блока управления 48вольтовой батареи.
3,68 В
Напряжение элемента
51,5 В
Номинальное напряжение в режиме работы генератора
13
Количество элементов
9,6 А·ч
Ёмкость
48 В
Номинальное напряжение
40/41
Обозначения клемм 48 В плюс/минус
По шине CAN-гибрид
Обмен данными
0021
Диагностический адрес
Технические характеристики
–30…+60 °C
Рабочая температура
Ок. 10 Кг
Масса
Воздушное, принудительное, 4 вентилятора
Охлаждение

3
Преобразователь напряжения

Место установки
Преобразователь напряжения установлен у Audi A6/A7/A8 за правой облицовкой багажного отсека, над АКБ 12 В. Получить доступ к преобразователю напряжения, как и к АКБ 12 В, можно после снятия крышки
Принцип действия
A7 — это преобразователь напряжения 48 В/12 В двустороннего действия. С одной стороны, вырабатываемое генератором напряжение 48 В преобразуется в 12 В для зарядки 12вольтовой аккумуляторной батареи. С другой стороны, при определённых условиях процесс преобразования меняет направление и уже напряжение 12 В преобразуется в напряжение 48 В. Это происходит, когда, например, к автомобилю подключено внешнее зарядное устройство через выводы для пуска от внешнего источника питания

Активация вентилятора блока управления V274
Вентилятор V274 активируется преобразователем напряжения. Три провода из 3контактного разъёма вентилятора заходят непосредственно в 10контактный разъём на преобразователе напряжения. Вентилятор работает (даже при работающем двигателе) не постоянно, а только тогда, когда преобразователю напряжения требуется принудительное охлаждение. Функция выбега (работы после выключения двигателя) у вентилятора отсутствует. В условиях сервиса для проверки вентилятора можно провести тест исполнительных механизмов для V274 по диагностическому адресу преобразователя напряжения.
Ок. 3 кВт
Мощность
30
Обозначения клемм 12 В
40/41
Обозначения клемм 48 В плюс/минус
По шине CAN-гибрид
Обмен данными
00C4
Диагностический адрес
Технические характеристики
Ок. 10 Кг
Масса
Воздушное, пассивное
Охлаждение
48вольтовая АКБ отсоединена. АКБ 12 В разряжается в соответствии с током покоя, потребляемым электрооборудованием автомобиля.
Распознано зарядное устройство — зарядное устройство 12 В заряжает АКБ 12 В. Преобразователь напряжения трансформирует напряжение в 48 В и заряжает 48-вольтовую АКБ.
Если мощность зарядного устройства настолько мала, что его зарядного тока не хватает для АКБ 12 В, то в этом цикле клеммы 15 трансформация напряжения в 48 В не происходит и аккумуляторная батарея 48 В не заряжается.
Распознано зарядное устройство — зарядное устройство 12 В заряжает АКБ 12 В. Преобразователь напряжения трансформирует напряжение в 48 В и заряжает АКБ 48 В.
АКБ 48 В поддерживает через преобразователь напряжения бортовую сеть 12 В.
Стартергенератор 48 В работает, он подзаряжает 48вольтовую АКБ и питает преобразователь напряжения. Последний, преобразуя напряжение, подзаряжает АКБ 12 В.
Примечания
Отсоединена
Заряжается
Не заряжается
Заряжается
Разряжается
Заряжается
АКБ 48 В
Разряжается
Заряжается
Заряжается
Поддерживается
Заряжается
АКБ 12 В
Разомкнуто
Замкнуто
Замкнуто
Замкнуто
Замкнуто
Реле в АКБ 48 В
Не работает
12 В → 48 В
12 В → 48 В
48 В → 12 В
48 В → 12 В
Преобразователь Напряжения
Нет
Да
Да
Нет
Нет
Внешнее ЗУ 12 В
Выкл
Выкл
Вкл
Вкл
Вкл
Клемма 15
Нет
Нет
Нет
Нет
Да
Работа
Двигателя
Хотя «нормальным» режимом для автомобиля является режим движения, помимо него возможны и другие варианты режимов работы. Ниже они сведены в таблицу с указанием состояния в них преобразователя напряжения, АКБ 48 В и АКБ 12 В.
Варианты режимов работы
Управление энергопотреблением
За управление энергопотреблением как в бортовой сети 12 В, так и в бортовой сети 48 В отвечает диагностический интерфейс шин данных J533.

Информацию о состоянии АКБ 12 В диагностический интерфейс шин данных J533 получает от блока управления для контроля АКБ J367, соединённого с J533 по шине LIN. Стартергенератор соединён подшиной с блоком управления двигателя J623, который, в свою очередь, связан с межсетевым интерфейсом по шине FlexRay. Межсетевой интерфейс обменивается данными с преобразователем напряжения и АКБ 48 В по шине CAN-гибрид.

На рисунке приводится условная схема бортовой сети 48 В, включая необходимые для её питания компоненты бортовой сети 12 В.
Контакты:
Телефон: +7 (927) 695-00-24
Почта: Audi48V@gmail.com
Дмитрий
График работы: Пн-Вс 08:00 - 20:00
Made on
Tilda