丰田混合动力汽车课件.ppt

丰田混合动力汽车（Prius-THS-车型）,山东交通学院吴际璋,内燃机和电动机混合动力源汽车，两者“取长补短，并肩战斗”，成为：低噪声、低污染、低油耗，新兴车种。英文称：HybridElectricVehicle，简称：HEV汽车。,一、混合动力汽车的优点：从两种动力源的特性曲线看出，对道路的适应性各有不同：1、发动机峰值转矩M1，出现在中速区；峰值功率P1，出现在高速区。2、电动机峰值转矩M2，出现在低速区；峰值功率P2，出现在低中速区，且下降不很明显。,3、两种动力源，功率和转矩特性可以搭配，转换工作模式，优势互补：（1）城市内行驶，为低中速区工况，以电动机为主的驱动车轮，对道路的适应性好，发动机不参加工作，做到“零排放”、“零油耗”、“低噪声”。,（2）坏路、上坡、加速，需要大动力时，为中高速区工况，发动机与电动机，同时驱动车轮。此时，可得到与大排量发动机相当的动力性。,二、混合动力汽车的分类：1、串联驱动方式发动机驱动交流发电机发电，通过变频器和蓄电池再驱动交流电动机和车轮运转行驶。发挥了电机驱动的特点，适于城市内中低速行驶。但进行能量转换驱动，燃油的能量利用率低，使系统损失较大。,2、并联驱动方式发动机直接通过发电机/电动机，驱动车轮转动，并可利用发动机或电动机单独驱动车轮，又可共同驱动车轮。因是“双动力源”驱动方式，燃油的能量利用率较高，但传动转换系统较复杂。,3、混联驱动方式是串联和并联的综合，两个电机和行星排配合，根据工况的需要，合理调节发动机和电动机功率的占有率，使发动机、发电机、电动机三者更好的优化匹配，使动力性、经济性、净化性“三丰收”。,三、混联式混合动力汽车的组成：由小排气量发动机、大功率高电压HV蓄电池、高压蓄电池电脑（HV-ECU）、变频器、变速驱动桥、电动机/发电机MG1和MG2、行星排等组成。注：其他辅助控制系统的内容，如：制动防抱死ABS内容、防滑转ASR内容、安全保护内容等，在此从略。,1、小排气量发动机因是“双动力源”驱动，具有能量互补作用，可用小排量1.5L，电控多点喷射汽油发动机，并采用可变配气相位VVT机构，智能节气门ETCS-i，功率为57Kw，转矩115N.m，100Km油耗仅34L。,2、大功率高电压HV蓄电池用镍氢电池或镍镉电池，为碱性电池，特点是：体积小、机械强度高、容量大、能承担大电流放电、充电速度快，使用寿命长，连续充电1h，即可100恢复容量。它可以通过反复的自动“放电/充电”，维持正常的使用状态。额定电压为直流200V，电压愈高，电功率愈高，使电设备可以小型化，减轻重量。,（1）由6个串联的1.2V电池为一个模块，28个模块串联为201.6V的高压蓄电池。（2）蓄电池的电极为多孔镍氢氧化物合金组成，电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。,（3）蓄电池在充电/放电时，化学反应会产生热量，用HV-ECU控制的冷却电风扇降温。（4）检修塞用于切断高压电源，维修高压电路时，应先关闭点火开关，戴上绝缘手套，拔下检修塞再施工。拔下检修塞等待5min后，使变频器电容器放电完毕后，再施工维修电路。,3、变频器是以功率晶体管为主体的增压、转换、控制多功能电路。它具有变频、升压、变流、充电功能。将蓄电池高压直流电，变为三相500V交流电，以不同的控制电流，驱动“电动机/发电机”MG1、MG2，使车轮运转。并能将500V交流电，变为200V直流电，给蓄电池充电。其外壳中有水套，利用冷却液散热，以保持正常温度。,4、HV-ECU是高压蓄电池的电脑，是汽车能量的控制中心，和犮动机ECU、变频器、MG1和MG2联网工作，它有“四大功能”（见图），进行最优化自动控制。内有电压转换器，输出高压电，并向发动机ECU系统的辅助蓄电池，提供12V直流低电压。,它始终监控着HV蓄电池的充电状态，用不同的工作模式，控制汽车合理运行，使电力的输入和输出，尽量保持“均衡状态”。并接收仪表盘上的EV模式开关信号，在车库内运行，只使用MG2电机驱动车轮，减小污染。,5、变速驱动桥为动力分配机构和变速增扭机构，是无离合器式的电控无级变速器，由电动机/发电机MG1和MG2、转速/转角传感S1、S2、行星排、无声传动链、主减速器和差速器及润滑油泵等组成。,驱动桥实物照片：,（1）电动机/发电机MG1（略小）、MG2（略大）：三相交流永磁同步电动机/发电机，为驱动力源，内燃机则为“辅助动力源”。为三相交流永磁同步发电机/电动机，为驱动力源，内燃机则为“辅助动力源”。,三相交流永磁同步发电机/电动机，用变频器控制调速，用电子开关进行换向，实现四象限运行，需用转角传感器进行极性检测，确定电机转子的位置，以便准确切换控制。它体积小、功率高、转矩大，调速范围宽，驱动转矩可变。,感应式电动机又能随机快速切换，变为交流发电机，具有再生制动发电功能。利用两个动力源MG1、MG2，可以做到“功能互补”，驱动和发电两不误，防止蓄电池亏电。,（2）电动机/发电机MG1以发电为主，在行星排之前，驱动太阳轮，为动力输入端，转速和扭矩可变，它有三个功能：A、改变驱动传动比，因它的转速和扭矩可变，输出的动力必为“低速档”；B、它不通电驱动时，又可变为小发电机，可对HV蓄电池和MG2充电和供电；C、在汽车静止时，它通电转动，驱动行星架，成为发动机的起动机。,（3）电动机/发电机MG2以驱动为主，在行星架之后，驱动齿圈和传动链，也是动力的输入端，转速和扭矩可变，它也有三个功能：A、通电后驱动齿圈和传动链，输出的动力必为“中速档”；B、转速和扭矩可变，控制驱动桥的传动比连续变化；C、滑行和制动时，反拖起动再生功能，变为大发电机，对HV蓄电池充电。,因此，发动机、电动机/发电机MG1、MG2和行星排巧妙地配合，实现了四个功能：A、实现了双动力联合或交替驱动；B、实现了大幅度的可变无级传动比；C、实现了不中断的能源再生补偿；D、实现了起动和前进、倒车驱动。,（4）行星排的工作模式：A、太阳轮Z1连接MG1转子，通电驱动时，必为“低速档”。B、齿圈Z2连接MG2转子，通电驱动时，必为“中速档”。C、行星架ZC连接发动机曲轴，驱动时，必为“高速档”。,D、发动机熄火，行星架即被制动，MG1通电驱动太阳轮，为“倒档R”。E、变频器截止MG1和MG2的控制电流，Z1及Z2即自由，只发动机和行星架C空运转，必为“空档N”。此即谓“无离合器传动系统，好处是：汽车有了空档N”。坏处是：车轮不能反拖发动机，需使MG1通电，通过太阳轮，使发动机反拖制动。,（5）转速/转角传感器S1、S2：在电机MG1和MG2中各安装1个，由橢园形永磁转子和3个定子线圈组成。永磁转子和电机转子连动，当橢园形永磁转子接近和离开各相位的线圈时，不同程度的切割磁力线，正反向感应电动势发生变化，其大小正比于磁通量的变化速率。磁极转的愈快，感应电动势愈大。,在不同的相位产生交流电压信号输出，即两个电机转子的“转速/转角转速”信号，也是确定驱动电机转子“准确位置”的极性信号。并能转换为汽车瞬时的车速信号VSS，提供给电脑ECU逻辑控制使用。,四、混联式混合动力汽车的五种工作模式：根据工况的需要，油动力和电动力的混合使用，功率占有比例各异，尽力达到优势互补，油电动力，合理搭配，两个发电机/电动机MG1和MG2，和行星排配合，交替工作，驱动和发电不间断，收支平衡，使动力性、经济性、净化性“三丰收”。,1、起动发动机运转和热起电机MG1通电运转，带动太阳轮转动，因行星排的齿圈为制动状态，行星架被驱动运转，而使发动机着火工作。发动机着火后需短暂热起，行星架又反过来驱动电机MG1发电，给HV蓄电池充电。,2、发动机和MG2同时驱动车轮MG1通过行星排驱动发电，给MG2供电，并给HV蓄电池充电。多在汽车加速、上坡、坏路、大负荷时使用。此工况使用时间占有率较少。此时，发动机通过行星架驱动齿圈，MG2也同时驱动齿圈，为：“双动力源”。如下图所示：,3、发动机不工作，由MG2电机驱动车轮MG1变为发电机，向MG2供电，并向HV蓄电池充电。多在汽车起步时，平路、等速行驶时使用，此工况使用时间占有率较多，发挥电动机优势，实现“零油耗”、“零排放”。此时，行星架为制动状态，MG2通过齿圈驱动车轮，为中速档行驶状态，同时驱动太阳轮高速旋转，使MG1快速发电补偿。,4、发动机单独驱动车轮，并通过行星架高速驱动MG1给HV蓄电池快速充电此工况多在HV蓄电池亏电时，自动转换使用。此时，MG1快速旋转发电补亏，MG2断电，成为应急动力源。,5、再生制动发电减速或制动时、下坡滑行时，发动机停止工作，并自动关闭电动力源，利用汽车的动能反拖，回收电能量，MG2变为发电机，产生大电能，向HV蓄电池快速充电。,因为它是“无离合器传动系统”，反拖时发动机不能投入制动。为了加大制动效果，变速手柄设有“B档位”开关，下长坡滑行时使用，导通后给MG1通电，通过太阳轮，反拖发动机转动，利用发动机的压缩阻力，提高制动效果。,五、变速驱动档位转换开关说明：混合动力汽车的变速驱动档位，为：P、R、N、D、B五个位置，用档位电开关信号，通讯控制方式，各档位都有指示灯，在仪表盘上显示。各档位的作用如下：,P档为停车档，停车时用，司机离车时用，坡道起步时也用，在此档位可起动发动机。它是空档N，外加机械锁止件，锁止中间减速器，并用电磁开关控制。,R档为倒车档，车停稳后挂入倒档。此时，发动机熄火，发动机及行星架即制动，电机MG1通电转动，太阳轮输出动力，齿圈反转而倒车。,N档为空档，此时，电机MG1和MG2被断电关闭，太阳轮Z1和齿圈Z2自由状态，只是发动机带着行星架空转。行驶中，如果发动机熄火，在此档位可起动发动机。,D前进档，混合动力搭配自动控制，由蓄电池电脑HV-ECU，根据工况的需要，在大范围控制区，自动变速行驶。,具体功能如下：1、自动改变驱动传动比低速、中速、高速。2、电机MG1和MG2驱动电流的自动调节。3、单动力驱动和双动力驱动，自动按需转换。4、减速、制动时，再生制动发电、充电。5、HV蓄电池亏电，自动发电快速补充。,B发动机制动档，下长坡滑行时使用，能产生再生大电能，向HV蓄电池快速充电。此时，电机MG1通电运转，通过行星排，连接曲轴和车轮，车轮反拖曲轴和电机MG2运转，大电机MG2发出大电流，给HV蓄电池快速充电。并反拖发动机转动，利用发动机的压缩阻力，提高制动效果。,六、混合动力汽车的最大特点：综上所述：混合动力汽车，能在行进中利用工况的变化，两个电机和行星排配合，随机抽空发电自我补偿，能量再生功能好，尽力做到收支平衡。实现了“热能、电能、动能”，三结合的能量回收补偿良性循环，这是汽车发展的新概念。,例如：1、放松加速踏板时根据加速踏板信号，电脑判定为“减速滑行”工况，随机断油、断电，MG2被反拖发电补充。2、踩下制动踏板时根据制动开关信号，电脑判定为“制动减速”工况，随机断油、断电，MG2被反拖发电补充。3、下长坡滑行时挂入“B”档，根据档位开关信号，电脑判定为“下坡滑行”工况，机会难得，随机断油、断电，MG2被反拖发电补充。同时MG1通电连接曲轴，加大制动效果。,七、Prius-TH-车型保温式冷却系统：1、组成一如下图所示。,2、工作原理：（1）正常工作时，发动机的水泵和散热器，完成大小循环