丰田混合动力系统THS的主要部件电机与电池.ppt

混合动力汽车检修-THS的主要部件电机、变频器与电池,主讲：韦峰,THS的主要部件电机、变频器与电池,THS,THS系统框图,Prius系统框图,HV蓄电池,制动执行器,辅助电池,空调压缩机,空调变频器,DC-DC转换器,SMR1,2and3,升压转换器,MG1,MG2,混合驱动桥,变频器,发动机,档位传感器(换档,选择),加速踏板位置传感器,车速传感器,CAN,发动机ECU(ECM),防滑控制ECU,蓄电池ECU,DLC3,HVECU,分解器型速度传感器(MG2),THS的主要部件电机、变频器与电池,THS-电机及驱动控制系统的特点在电动机和发电机之间采用AC500V高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能损耗，高效地传输动力。采用大功率电机输出，提高电机的利用率。当发动机工作效率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机动力行驶。极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量的利用率。,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1和MG2功用都是高效的交流永磁同步电机。都可作为电动机MG1作为发动机的起动机，或驱动太阳轮，辅助行星齿轮机构工作。MG2作为驱动电机驱动驱动轮，或提供坡上起步辅助。都可作为发电机MG1向MG2供电及向电池充电。MG2回收能量，向电池充电。MG1还通过调节发电量（改变发电机的转速），有效控制变速驱动桥的连续可变输出转速，实现无极变速器的功能。,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1和MG2结构有水冷却系统,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1和MG2结构定子绕组采用三相Y形连接，每相由4个绕组并联，可以在给电机输入较大电流下，获得最大转矩和最小转矩脉动。转子采用稀土永磁材料作为永磁铁，安装在转子铁芯内部（内埋式永磁转子）。转子内的永磁铁为“V”形，有效集中了磁通量，提高电机的扭矩。,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1和MG2结构MG1MG2,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1和MG2工作原理,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1、MG2转速传感器又叫触角传感器。为了满足电机静止启动和全转速范围内转矩波动的控制目的，需要利用触角传感器精确地测量MG1、MG2永磁转子磁极位置和速度。解角传感器是采用电磁感应原理制成的旋转型感应传感器，它由定子和转子组成。,THS的主要部件电机、变频器与电池,MG1、MG2转速传感器椭圆型转子与MG的永磁转子相连接，同步转动。椭圆型转子外圆曲线代表着永磁转子磁极位置。定子包括1个励磁线圈和2个检测线圈，2个检测线圈S和C轴线在空间坐标上正交，HVECU按预定频率的交流电流输入励磁线圈A，随着椭圆型转子的旋转，转子和定子间的间隙发生变化，就会在检测线圈S和C上感应出相位差90正弦、余弦感应电流，HVECU根据检测线圈S和C感应电流的波形相位和幅值，以及波形的脉冲次数，计算出MG1和MG2永磁转子的磁极位置和转速值信号，作为HVECU对电机MG1、MG2矢量控制的基础信号。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成功用为HV蓄电池、MG1、MG2、空调压缩机、备用电池、发动机、整车其他电气提供合适电压的电源。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成组成（1）逆变整流器（变频器）：将DC500V转换成AC500V，反之将AC500V转换成DC500V。（2）增压转换器DC201.6V电压增压到DC500V（反之从DC500V降压到DC201.6V）。（3）直流转换器：将HV蓄电池DC201.6V降为DC12V。（4）空调变频器：将HV蓄电池DC201.6V转换成AC201.6V交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。,空调变频器,直流转换器,空调变频器,直流转换器,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成THS-系统变频器主要电路是由电力半导体功率器件：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块组成。变频器总成内的增压转换器、逆变/整流器担负着提供电机MG1、MG2的电能转换与调控任务。,IGBT是全控型功率半导体器件，它是由MOSFET场效应管与GTR大功率达林顿晶体管结合，并由前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关速度快等优点，目前已广泛应用于变频调速，开关电源等电子领域，就全控性能而言，IGBT是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎IGBT器件本身就构成了斩波电路。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成逆变整流器（变频器）：功用：受HVECU控制，将DC500V转换成AC500V，给电动机MG1或MG2供电。反之MG1/2输出的AC500V转换成DC500V，经降压后，给HV蓄电池充电。将电流控制的信息传输给HVECU。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成逆变整流器（变频器）：组成逆变电路（以供给MG2电源为例）由绝缘栅双极型晶体管V1-V6、整流二极管D1-D6和电容器C组成电压型三相桥式逆变电路。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成逆变整流器（变频器）：原理由VHECU触发绝缘栅双极型晶体管控制极，使V1V6快速导通和关断，强行将DC500V直流电转换成三相AC500V交流电。如果改变V1V6的触发信号频率和时间，就能改变逆变器输入电机MG2定子绕组电流空间相量的相位和幅值，以适应电机MG2的驱动需要。反之，电机MG2在车辆减速或制动时产生再生制动电能，经绝缘栅双极型晶体管V1V6全控型桥式整流电路整流降压后，向HV蓄电池充电。,THS的主要部件电机、变频器与电池,V,W,U,IPM,变频器,IPM,MG,THS的主要部件电机、变频器与电池,V,W,U,IPM,变频器,IPM,MG,THS的主要部件电机、变频器与电池,V,W,U,IPM,变频器,IPM,MG,n=60f/Pf为电源频率P是磁场的磁极对数n每分钟转数。,THS的主要部件电机、变频器与电池,再生电能,V,W,U,IPM,IPM,MG,再生电压,到可变电压系统,变频器,Prius,THS的主要部件电机、变频器与电池,HVECU,MG1变频器,MG2变频器,GUUGVUGWU,MUUMVUMWU,MG2,MG1,Ext,SIN,COS,Ext,SIN,COS,MG1分解器,MG2分解器,变频器,绝缘栅双极晶体管（IGBT）的门控制,THS的主要部件电机、变频器与电池,GUU,PWM,脉冲宽度调制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。,THS的主要部件电机、变频器与电池,应用电压的增加电压控制的种类,RX400,THS的主要部件电机、变频器与电池,HV蓄电池(DC201.6V),电压传感器,变频器,电流传感器,关闭,温度传感器,MG,分解器,HVECU,失效信号,PWM(U,V,W),电机速度诊断,需求的扭矩,通讯,电机控制部分,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成增压转换器功用受控于HVECU，将HV蓄电池DC201.6V电压增压到DC500V向变频器供电。反之将从变频器输出的DC500V降压到DC201.6V，向蓄电池、直流转换器、空调变频器供电。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成增压转换器电路组成：电抗器L绝缘栅双极型晶体管V7、8二极管D7、8电容器C1,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成增压转换器原理升压时，HVECU导通和关断V8的控制极（绝缘栅双极型晶体管V8起开关作用），使电抗器L上的感应电动势与HV蓄电池DC201.6V电压叠加提供高压电源。降压时，降压时，HVECU利用绝缘栅双极型晶体管V7导通，把DC500V降压为平均值DC201.6V的直流电压，向HV蓄电池充电。,THS的主要部件电机、变频器与电池,电压的升压操作,可变电压系统,HV蓄电池,ON,变频器,288V,THS的主要部件电机、变频器与电池,电压的升压操作,201-500V直流,OFF,THS的主要部件电机、变频器与电池,电压降压运作(当充电时),可变电压系统,HV蓄电池,变频器,ON,THS的主要部件电机、变频器与电池,电压降压运作(当充电时),OFF,变频器总成,电压降压运作(当充电时),可变电压系统,HV蓄电池,变频器,ON,电压的调节由绝缘栅双极晶体管完成,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成直流转换器将HV蓄电池DC201.6V降为DC12V，为车身电器供电，同时为备用蓄电池充电。,THS的主要部件电机、变频器与电池,DCDC转换器电压转换DC201VDC12V,THS的主要部件电机、变频器与电池,DCDC转换器运作,DC12V,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成空调变频器将HV蓄电池DC201.6V转换成AC201.6V交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。,THS的主要部件电机、变频器与电池,变频器总成冷却,THS的主要部件电机、变频器与电池,电池Ni-MH高储能、低重量有风冷的冷却系统THS-通过充放电来保持HV蓄电池的SOC（充电状态）为恒定数值蓄电池、蓄电池ECU、检修塞和SMR（系统主继电器）集中于行李箱中,THS的主要部件电机、变频器与电池,电池THS-系统的蓄电池有28个模块共168个电瓶。,1.2Vx6个电瓶x28个模块=201.6V,电池盖,电池固定托架,蓄电池ECU,通风管,THS的主要部件电机、变频器与电池,电池检测塞可以切断HV蓄电池中部的高压电路。检修塞总成包括互锁的导线开关，将卡框翻起，关闭导线开关，进而切断SMR。先关闭点火开关，再拔下检修塞。,程序,戴上绝缘手套，拆下维修塞,程序,如果因为损坏或其它的原因无法取下HV电池维修塞在发动机室内接线盒中取下HV保险丝,SMR(系统主继电器),系统图,电流传感器,SMR2,SMR1,SMR3,电阻,HV蓄电池,检修塞,电源开关,空气囊传感器总成,断路传感器,互锁开关(检修塞),互锁开关(变频器盖),变频器,HVECU,电源控制ECU,电压传感器,蓄电池ECU,HV蓄电池,Prius系统框图,检修塞,CAN,蓄电池冷却风扇继电器,蓄电池冷却风扇电机,HV蓄电池,蓄