混合动力与电动汽车(32)

第三章混合动力系统基础3.1混合动力变速器一、行星齿轮机构二、通用混合动力自动变速器（AT）三、无级变速器（带轮CVT）四、无级变速器（功率分流CVT)五、伊顿混合动力系统（AMT）丰田/雷克萨斯功率分流系统功率分流装置减速齿轮逆变器高压电池发动机机械功率路径电路径一个行星齿轮组由三个主要部件构成：环形齿轮、行星齿轮架和太阳齿轮。功率分流驱动桥内的大电动机/发电机（MG2）直接与驱动桥的最终传动连接，通过它与太阳齿轮连接。ICE与行星齿轮架连接，小电动机/发电机（MG1）与太阳齿轮连接。行星环形齿轮总是与车轮的转动方向一样，其速度与车速成正比。如果环形齿轮不转动，汽车也不移动。丰田/雷克萨斯功率分流系统丰田/雷克萨斯功率分流系统之所以叫功率分流装置是因为（与行星齿轮架相连的）ICE把输出扭矩拆分输送给太阳齿轮（MG1）和环形齿轮（MG2和主动轮）。行星齿轮组的齿轮比导致ICE发送72%扭矩给环形齿轮，其余28%扭矩发送给太阳齿轮。不考虑驱动器的工作模式的情况下，扭矩分摊百分比保持不变，因为该百分比由行星环形齿轮和太阳齿轮的齿数决定。丰田/雷克萨斯功率分流系统用于丰田混合动力系统（THS）的齿轮组的齿数是其环形齿轮齿数的2.6倍，因为它还有太阳齿轮的齿数。这表示ICE（与行星齿轮架连接）会发送72%扭矩给环形齿轮（主动轮），28%扭矩给太阳齿轮（MG1）。丰田/雷克萨斯功率分流系统环形齿轮与MG2和主动轮连接太阳齿轮与MG1连接行星齿轮架与ICE连接功率分流装置扭矩分摊百分比一般一样，功率分摊百分比随各个部件的RPM不同而变化。功率是做功的速度，是扭矩和RPM的一个函数。如果有扭矩作用在轴上，但是轴速仍是零RPM，那么没有做功，轴没有传输任何功率。扭矩分流行星齿轮组也适用相同的原理。如果太阳齿轮静止不动，它仍收到ICE扭矩的28%，但是ICE的所有功率通过环形齿轮传输给了主动轮。丰田/雷克萨斯功率分流系统汽车停止时汽车传动系统什么也不会发生。ICE关闭，两个电动机/发电机也关闭。车内的电路使用辅助电池的电能，但是传动系统本身无自动力。丰田/雷克萨斯功率分流系统电池逆变器功率分流装置主动轮最终传动汽车停止低加速度汽车以低加速度低速行驶时，它只由MG2单独驱动。这是因为低车速时电动机比ICE的效率更高。高压电池内的电路通过逆变器后发送至MG2驱动汽车行驶。丰田/雷克萨斯功率分流系统最终传动主动轮逆变器功率分流装置电池传动功率电力列线图它体现各元件之间的速度关系。发动机停止（0RPM）时，MG2向前转动（+），导致MG1向后转动（-）。丰田/雷克萨斯功率分流系统太阳齿轮行星齿轮架环形齿轮发动机正常驾驶需要更高的车速时，必须启动ICE，这样其输出功率能和MG2的输出功率结合起来。由于汽车向前行驶，所以环形齿轮也已经顺时针转动。因为行星齿轮架（与ICE连接）静止不动，太阳齿轮（由MG1驱动）用于驱动行星齿轮架顺时针转动，从而启动ICE。高压电池的电流直接通过逆变器，使MG1起动机的作用，并按顺时针转动，并转动ICE使其转速达到1000RPM，从而启动ICE。丰田/雷克萨斯功率分流系统为了启动ICE，MG1（太阳）充当发动机顺时针（CW）转动,导致行星齿轮架（与ICE连接）也CW转动。丰田/雷克萨斯功率分流系统正常驾驶ICE正在运行，它的一部分扭矩用于驱动MG1。MG1发的电用于向MG2供电或者给高压电池充电。丰田/雷克萨斯功率分流系统电池逆变器最终传动功率分流装置传动功率主动轮必要时MG1的电流用于给高压电池充电MG1的电流用于向MG2供电正常行驶丰田/雷克萨斯功率分流系统一旦ICE启动，MG1就像发电机一样运转，但是逆时针转动。ICE的输出功率被分配或者“拆分”给主动轮（环形齿轮）和MG1（太阳齿轮）。MG1生成的功率要么发送给了MG2帮助驱动汽车行驶，要么用于给高压电池充电。太阳齿轮行星齿轮架环形齿轮发动机正常行驶时，MG2向前转动（+），MG1向后转动（-）丰田/雷克萨斯功率分流系统全油门加速和高速巡航由于需要更大的加速度，MG1的功率与高压电池的功率合起来使MG2处生成更大的输出功率。也能把MG2用作发电机把它的功率输送给MG1（这时它是电动机）。电池逆变器主动轮最终传动功率分流装置传动功率电力为了达到最大加速度，高压电池也能提供电流给MG2MG1的电流用于向MG2供电全油门加速全油门加速和高速巡航此表显示MG1作为电动机使用。这提高了ICE的速度，让它产生更大的输出功率。丰田/雷克萨斯功率分流系统太阳齿轮行星齿轮架环形齿轮丰田混合动力系统中，MG2是主牵引电动机。汽车只靠电池供电运行时，MG2就是驱动汽车的电动机。很多情况下是MG2生成扭矩与ICE一起驱动汽车行驶。有时MG2也起发电机的作用。再生制动过程中，MG2产生电流给电池充电。但是除再生制动外，把MG2用作发电机，MG1用作驱动电动机帮助调整ICE的RPM，这样系统的效率更高，丰田把这个叫做能量再循环。丰田/雷克萨斯功率分流系统什么是能量再循环？丰田/雷克萨斯功率分流系统正常的能量流动过程中，MG1是电动机提供能量让MG2运行。电池逆变器主动轮最终传动功率分流装置传动功率电力MG1的电流用于向MG2供电正常能量流丰田/雷克萨斯功率分流系统特定情况下，MG2作为发电机，给MG1输送功率时，混合动力系统的效率最高。电池逆变器主动轮最终传动功率分流装置传动功率电力能量再循环减速和制动由于汽车正在减速，MG2起发电机的作用。MG2把汽车的动能（运动的能）转化成电能。ICE和MG1关闭，MG2的电流发送到逆变器，然后用于给高压电池充电。丰田/雷克萨斯功率分流系统丰田/雷克萨斯功率分流系统减速和制动MG2充当发电机给高压电池充电。电池逆变器主动轮最终传动功率分流装置传动功率电力能量再循环丰田/雷克萨斯功率分流系统倒车挡如果选择了倒车挡，高压电池的电发送到逆变器，然后在发送给MG2。MG2反向转动让车向后运动，但是这是传动系统内的其它部件被关闭。电池逆变器主动轮最终传动功率分流装置传动功率电力能量再循环MG2的极性被逆转导致它向后转动伊顿混合动力系统示意图5伊顿混合动力系统主要部件电池包(PEC)操作面板(PBSC)混合动力驱动单元（HDU）逆变器（电机控制器）*高压线及传感器未图示6伊顿混合动力系统主要部件电池包(PEC)•锰基锂离子动力电池•高压340V，4块电池组，两两串连后并联,每块电池组由48个电池单元构成•包括：电池外壳、高压电池组、电池控制单元、高压继电器、维修开关、冷却风扇等继电器及控制单元冷却风扇2个动力电池组维修开关高压直流接口连接逆变器先进的锰基锂离子动力电池----功率高,效率高,重量轻,高安全性的智能型电池！7伊顿混合动力系统主要部件逆变器•安装在整车上•与电池包及逆变器连接•按混合动力控制单元指令，实时监控整个高压系统•把电池包的高压直流电转换成高压交流电，传输给电机•把发电机的高压交流电转换成高压直流电，输送给电池包充电交流高压接口冷却液接口(2个)低压数据接口(56针)直流高压接口8伊顿混合动力系统主要部件操作面板(PBSC)•驾驶员操作界面•可通过故障灯闪烁警示驾驶员系统有故障•与TECU连接9伊顿混合动力系统主要部件倒档选择倒档时，车辆必须停稳空挡前进档，采用最佳的自动换档模式RND操作面板(PBSC)的功能Low低速档，当坡度大于10%（上坡或下坡）时选用。此种模式下会调整换档点以实现最佳的爬坡性能和发动机制动性能MANUAL手动换档模式，可以让驾驶员保持当前档位或使用升档/降档按钮选择合适的档位。驾驶员可以在任何时候选择这种模式，比如起步，过铁轨，爬陡坡等升档/降档按钮在手动模式时使用，可以实现升档或降档。故障指示灯闪烁时提醒驾驶员混合动力系统发生了故障。蜂鸣器音量倒档档位指示灯空档故障指示灯前进档手动换档模式升档降档低速档10伊顿混合动力系统主要部件混合动力驱动单元（HDU）电动选换档机构变速箱本体离合器ECAHCM/TECU电机/发电机11系统理论-其它选择模式手动模式(Manual)•默认2档起步，需要时也可以手动选择到1档起步•驾驶员可以按向上向下箭头实现升档降档•变速器会自动升档以防止发动机和电机过速，或自动降档以防止发动机熄火。低速模式(Low)•默认2档起步•低速模式下变速器会调整换档点以获得更好的动力性自动换档空档(N)当停车后，按下空挡按钮使变速器置于空档，然后拉手刹。27混合动力系统的运行模式28混合动力系统运行模式发动机启动模式发动机AutoShift(AMT)空档位置自动离合器电动机发动机启动扭矩放电模式接合电池组29混合动力系统运行模式电动机驱动模式电动机AutoShift(AMT)自动离合器发动机电动机扭矩驱动扭矩怠速分开放电电池组30混合动力系统运行模式联合驱动模式----电机助力AutoShift(AMT)电动机发动机自动离合器发动机扭矩混合扭矩驱动扭矩接合放电模式电池组31混合动力系统运行模式柴油机单独驱动模式发动机自动离合器发电机AutoShift(AMT)发动机扭矩发动机扭矩驱动扭矩充电模式（选择）接合电池组32混合动力系统运行模式再生制动模式自动离合器发电机发动机AutoShift(AMT)发动机扭矩再生制动扭矩惯性扭矩低速分离高速结合充电电池组33伊顿混合动力系统的辅助系统－冷却系统混合动力系统专用散热器水流方向34