混合动力系统(部件)THS-3

1、混合动力系统,课程内容,1.为什么要发展混合动力汽车 2.国外电动汽车的发展 3.混合动力的优势 4.混合电动汽车基本概念 5.混合动力电动汽车分类 6.丰田THS-II系统 7.丰田THS-III系统 8.混合动力的维修,一.为什么要发展混合动力汽车,1.石油能源资源有限,2.大气污染,二.国外电动汽车的发展,从20世纪70年代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车商业化开发和应用。到20世纪90年代，欧美发达国家纷纷制定了汽车尾气排放标准并严格执行。,国外混合动力汽车发展情况,三.混合动力的优势,1.油耗低 2.排放低，环保 3.加速性好 4.运行宁静,四.混合动力汽车基本概念,混合动力电

2、动汽车；是指拥有两种不同动力源的汽车。这两种动力源在汽车不同的行驶状态下分别工作，或者一起工作，通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。,混合动力电动汽车,串联式混合动力电动汽车,并联式混合动力电动汽车,混联式混合动力电动汽车,五.混合动力电动汽车分类,1、串联式混合动力系统,发动机驱动发电机，电动机使用发电机发出的电能来驱动车轮，因为功率是以串联的方式流向驱动车轮的，所以称作串联式混合动力系统。,在并联式混合动力系统中,发动机和电动机都用于驱动车轮，车辆根据当时工况来选择这两种功率输出。因为功率是并联输送到车轮的，所以称作并联式混合动力系统。在这种系统中，电池充电

3、是通过转换电动机为发电机来实现的。利用电池的电能来驱动车轮。虽然它结构简单，但是由于并联式混合动力系统中只有一台电机，所以电机不能同时驱动车轮和给电池充电。,2、并联式混合动力系统,混联式混合动力系统结合了串联式混合动力系统和并联式混合动力系统，这是为了最大化的利用这两种系统的优势。、 它有两个电机，根据驾驶工况，可以选择电动机单独驱动或者电动机和发动机联合驱动，以便达到最高效率水平。而且，当需要的时候，系统在驱动车轮的同时还可以通过发电机发电。 Prius 和Estima 混合动力车都是采用这种系统。,3、混联式混合动力系统,六.丰田混合动力THS系统,1.什么是THS 2.丰田THS的发展

4、 3.丰田普锐斯的操作 4.丰田普锐斯混合动力系统的组成,一).丰田混合动力THS系统,二).丰田混合动力THS系统发展,1997年丰田公司开发出一代丰田混合动力系统，并安装使用在丰田普锐斯车型。当时的电机使用电压为274V。 2003年4月，丰田公司开发出第二代混合动力系统，即 THS-.该系统使用在丰田普锐斯车型上。 2005年12月在中国长春下线此时的电机工作电压达到了500V，并装备1.5L 的1NZ-FXE发动机配合电机工作.第二代丰田混合动力系统比第一代在汽车的提速方面有明显的改进。 2009年4月，丰田在普锐斯车型上安装了第三的混合动力系统。此时发动机排量改进为1.8L.。在中国

5、装备5ZR-FXE发动机，国外装备2ZR-FXE发动机。并将电机工作电压进一步升到650V。同时采用电子水泵，空调压缩机电压提升到244.8V，并增加ECO和POWER模式。以改善二代混合动力系统的提速性。,对比图,三).普锐斯智能钥匙的使用,1.智能开门,2.点火启动的操作,3.点火钥匙图解,4.钥匙卡槽图解,5.仪表指示灯,四.THS II 主要组件,HV电池,带转换器的变频器总成 增压转换器 变频器 DC/DC 转换器,辅助电池,发动机,动力管理控制ECU (HV CPU),混合动力传动桥 发电机(MG1) 马达(MG2),高电压线束,带马达的压缩机总成(带变频器),1.发动机系统,1.

6、1 发动机参数,1.2主要特点,1.3电子节气门,1.4冷却液热能存储系统,2.变速驱动桥,2.1 P112型驱动桥组成,2.2 MG1电机参数,2.3 MG2电机参数,2.4传动原理,2.5 工况分析,2.6 EV模式,2.7 驱动力控制,3.变频器,3.1升压装置,3.2电压转换器,4.镍氢电池组,镍氢电池组,HV电池总成,a.组件,HV电池 (电池模块),电池智能单元,服务插销连接器,HV 接线盒总成,HV电池冷却风扇(无电刷),63,b.电池散热系统,HV电池 冷却风扇,Cooling Air Flow,Intake Air Duct,排风管,HV电池,进气口 (桌椅右侧),c.充电状

7、态,目标充电率为60%。下限为40%，上限则为80%。,65,d.SMR (系统主继电器),连接和断开HV电池和高电压线束,SMRP,SMRB,SMRG,Precharge Resistor,66,d.1主继电器系统图,d.2主继电器工作原理,5.电子档杆,5.1电子档杆系统图,5.2档杆原理,5.3驻车系统,a.驻车系统图,b. 驻车执行器,c.驻车执行器组成,d.结构,e.摆线减速机构,f.驻车控制,g.驻车电路图,h.系统,6.空调系统,7.高电压线束,概要 高电压线束承受高电压，高电流,高电压线束,网状屏蔽线,护套,THS-III系统简介,THS III 主要组件,HV电池,带转换器的

8、变频器总成 增压转换器 变频器 DC/DC 转换器,辅助电池,发动机,动力管理控制ECU (HV CPU),混合动力传动桥 发电机(MG1) 马达(MG2),高电压线束,带马达的压缩机总成(带变频器),一.混合动力传动桥,概要 混合动力传动桥主要由下列组件构成,MG2,动力分配行星齿轮,油泵 (机械型),MG1,主减速 从动齿轮,中间轴齿轮,差速器小齿轮,传动桥 减震器,主减速 驱动齿轮,马达减速行星齿轮,P410 混合动力传动桥,组合齿轮单元,当传输较大动能时能减轻振动,1.传动桥减震器,2.齿轮传动机构,发动机,传动桥减震器,MG1,差速器小齿轮,主减速从动齿轮,中间轴齿轮,MG2,油泵,

9、马达减速 行星齿轮,组合齿轮单元,动力分配 行星齿轮,3.混合动力工作原理,1.起步,2.着车起步,3.低负荷,4.加速,5.D档域减速,6.B档域减速,7.倒车,结构,MG1,MG2,转子,定子,定子线圈,永久磁铁,转子,定子,定子线圈,永久磁铁,4.MG (马达发电机),MG 包括定子线圈, 永久磁铁,永久磁铁 (转子),定子线圈,4.1MG (马达发电机)结构,MG (马达发电机) 永久磁铁转子因为定子线圈的吸引和排斥旋转,2.工作原理,MG (马达发电机),MG (马达发电机),4.3 MG马达转速和扭矩,马达扭矩由电流大小控制,马达转速由电流频率控制,低扭矩,高扭矩,低速,高速,5.

10、驻车锁止执行器 结合或脱开传动桥驻车锁止机械机构,驻车锁止执行器,驻车锁止机械机构,组合齿轮 驻车锁止齿轮,5.1 变速器ECU控制驻车锁止执行器,锁止/解锁 请求,驻车锁止执行器,动力管理控制ECU(HV CPU),控制,位置,“P”或“非P”,P位置开关,换挡杆位置传感器,变速器控制ECU,二.带转换器的变频器总成,1.概要,带转换器的变频器总成,增压转换器 DC 244.8V Max. DC 650V,变频器 AC DC,DC/DC 转换器 DC 244.8V DC 14V,MG ECU 控制变频器组件,1.概要,变频器 (DC AC),带转换器的变频器总成,HV电池 (DC 244.8

11、 V),带马达的压缩机总成,传动桥,电池模块,辅助电池,增压转换器(DC 244.8 V DC 650 V max.),DC/DC 转换器辅助电池(DC 244.8 V DC 14 V),for MG2,for MG1,SMR,DC 244.8 V,MG ECU,动力管理控制ECU(HV CPU),2.主要组件,DC/DC 转换器 部分,互锁开关 (变频器端子盖),变频器端子盖,变频器电流传感器,MG ECU,电容,反应器,智能动力模块 (IPMs),3.系统图,IGBT,IGBT,变频器 (AC),IPM,增压转换器 (DC),IPM,反应器,带转换器的变频器总成,MG ECU,动力管理控制

12、ECU(HV CPU),DC/DC 转换器,MG1,MG2,HV电池,4.变频器原理 AC电压的产生,: S1和S4 转到ON,: S2和S3转到ON,+Vd,-Vd,0 V,+,-,A,B,A,A,A,B,B,AC电压,变频器 马达运作,V,W,U,IPM,IPM,MG,变频器,变频器 马达运作,IPM,IPM,MG,W,V,U,变频器,变频器 马达运作,V,W,U,IPM,IPM,MG,变频器,变频器 马达运作,V,W,U,IPM,IPM,MG,变频器,变频器 马达运作,IPM,V,IPM,MG,W,U,变频器,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,变频器 发电机运作,

13、再生电压,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,变频器 发电机运作,再生电压,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,变频器 发电机运作,再生电压,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,变频器 发电机运作,再生电压,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,变频器 发电机运作,再生电压,变频器 运作 (0扭矩控制),V,W,U,IPM,IPM,MG,变频器,W,U,W,U,V,抵消产生的电压 (V1 = V2),车轮旋转 产生了电压,V2,V1,5.增压转换器 将HV电池提供的电压增大,244.8 V,Max. 650

14、V,MG1,MG2,HV电池,增压转换器,如果电压变为2倍并且电动率不变, 那么电流将减半. 那么热能损失将降低3倍.,反应器用来进行增大电压的操作,可变电压系统,HV电池,变频器,244.8 V,反应器,特性: 抵抗电流的变化 (试图保持电流),增压运作,244.8 - 650V,OFF,降压运作(当充电时),可变电压系统,HV电池,变频器,ON,电压是由IGBT控制,5.DC/DC 转换器,DC 244.8V,DC DC 转换器,变频器总成,辅助电池,DC 14V,DC AC,AC 244.8V AC 12V,AC DC,HV电池,变频器,可变电压系统,12V 电压系统 (ECU 等.),

15、DC-DC 转换器的运作,DC 244.8V,变压器,DC AC,DC 14V,整流器 二极管,滤波 电路,辅助电池,DC DC 转换器,6.MG ECU 根据从动力管理控制ECU(HV CPU)的信号控制变频器和增压转换器,带转换器的变频器总成,MG ECU,变频器,增压转换器,所需动力、马达温度等.,变频器输出电流值 变频器温度. 故障信息 等.,控制,HV车辆控制 ECU,三.HV电池总成,电源提供 2个电池,HV电池 (DC 244.8V),辅助电池 (DC 12V),用于高电压系统 (MG, A/C压缩机),用于DC 12 V系统 (ECU, 大灯等.),HV电池,增压转换器,变频器

16、 for MG2,带转换器的变频器总成,辅助电池,带马达的压缩机总成(带变频器),DC 244.8 V,DC 14 V,混合动力传动桥,AC,DC-DC 转换器（辅助电池）,DC 244.8 V,1.高电压的应用,2.组件,HV电池 (电池模块),电池智能单元,服务插销连接器,HV 接线盒总成,HV电池冷却风扇(无电刷),3.HV电池 (电池模块),6 单元 (7.2 V) x 34 模块= DC 244.8 V,电池模块 (6 cell = 7.2 V),单元 (1.2 V),34 电池模块,HV接线盒总成,服务插销,34 电池模块,SOC (充电状况) 指示HV电池的充电状况,充电过度范围

17、,放电过度范围,SOC的充电举例,SOC控制上限,SOC 控制下限,目标SOC,SOC,时间,充电,放电,4.充电状态,5.服务插销 手动关闭高电压电路,服务插销,互锁开关,主保险丝,主保险丝,互锁开关,服务插销,19 电池模块,9 电池模块,+,-,5.1服务插销拆装流程,绝缘手套,拆卸,安装,可听到滴答声,5.2互锁开关,当联锁电路开路, 该系统会防止混合动力系统运作或关闭SMR,SMR,动力管理控制 ECU(HV CPU),ON / OFF,带转换器的变频器总成,HV电池,互锁开关 (变频器端子盖),互锁开关 (高电压线束连接器),互锁开关 (服务插销),互锁开关安装正确: 0 V 互锁

18、开关安装不正确: 12 V,ILK,连接和断开HV电池和高电压线束,SMRP,SMRB,SMRG,Precharge Resistor,HV电池,+,-,SMRG,SMRP,SMRB,Precharge Resistor,6.SMR (系统主继电器),7.冷却风扇,HV电池 冷却风扇,Cooling Air Flow,Intake Air Duct,排风管,HV电池,进气口 (桌椅右侧),将HV电池的信息传输给动力管理控制ECU(HV CPU),电池智能单元,服务插销,温度感应器,HV电池,电流感应器,电压 x 14,+,-,温度 x 3,电池智能单元,动力管理控制ECU(HV CPU),监控

19、高电压系统的绝缘电阻,传输HV电池的信息,HV电池信息,8.电池智能单元,四.带马达的压缩机总成,A/C 压缩机 A/C系统使用一个由马达驱动的电子变频器压缩机,油分离器,A/C 变频器 (DC AC),DC 244.8 V,滚动型压缩机,无电刷马达,ES14带马达的滚动型压缩机 (A/C 与变频器整合在一起),发动机,A/C 变频器产生3相交流电驱动马达,4.1带马达的压缩机总成原理,HV电池,带马达的压缩机总成,电流传感器,A/C 变频器,IGBT,温度传感器,电压传感器,电源提供电路,门极驱动电路,CPU,动力管理控制ECU(HV CPU),系统保护控制电路,输入/ 输出接口,M,4.2压缩机油,具有高绝缘性的压缩机油 (ND-OIL 11),五.辅助电池,概要 提供给ECU和辅助设备的电源，如音响等,辅助电池 (密封型号),行李箱,跨接启动,6.1发