混合动力原理及结构(下)

HV（镍氢）蓄电池拥有世界最高水平的输入输出密度，且轻型、耐用安装在TOYOTA油电混合动力系统上的高输出镍氢蓄电池具有高输入输出密度(每重量的输出)和重量轻、寿命长等特点。无需利用外界电源进行充电，也无需定期交换。全新设计了以往的电极材料及单电池(一个HV蓄电池)之间的连接结构，减少了HV蓄电池的内部电阻，因此安装在Prius普锐斯上的电池单元实现了约540W/kg的输入输出密度，居世界最高水平。另外，还使用车辆加速时的放电、减速时的再生制动器、以及用发动机行驶时产生的剩余能量来进行充电，从而累积充电放电电流，使充电状态保持稳定。不会出现放电过多或多余充电等现象，使用寿命非常长。361995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.高输出功率电动机采用交流同步原动机，小型、轻量、高效率TOYOTA油电混合动力系统的电动机中采用了交流同步原动机。该装置一直到高旋转带都可高效地产生高扭矩，同时可任意控制转数和产生的扭矩。另外它还拥有小型、轻量、高效等特点，具有优秀的动力性能，可进行顺畅的启动、加速等各种操作。采用三相交流方式。根据行驶情况准确地控制旋转磁场和旋转磁石的角度。将转子内的永久磁石排列成理想的V字形。[规格]最大电压：500V最大输出功率：50kW（68PS）/1200－1540r.p.m.最大扭矩：400Nm（40.8kgm）/0－1200r.p.m.**Prius普锐斯的数值，为日本规格。371995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.再生制动将动能再利用到电动机发电中TOYOTA油电混合动力系统中采用了“再生制动器”，它利用电动机的发电来再次利用动能。电动机通常在通电后开始转动，但是相反地让外界力量带动电动机旋转时，它又可作为发电机来发电。因此，利用驱动轮的旋转力带动电动机发电，在给HV蓄电池充电的同时，又可利用发电时的电阻来减速。该系统在制动时与液压制动器同时控制再生制动器，完美的将原来在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量。城市中行驶时反复进行的调速操作具有较高的能量回收效果，所以在低速带优先使用再生制动器。例如，Prius普锐斯在城市中行驶100km，即可再生相当于一升汽油的能量。381995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.动力控制单元拥有直流/交流变压器和可变电压转换器的动力控制单元使用电动机行驶的TOYOTA油电混合动力系统中安装有由变压器、可变电压系统、DC/DC转换器组成的动力控制单元。＜变压器＞将HV蓄电池的直流电流转换成电动机和发电机使用的交流电流。另外也将发电机和电动机发出的交流电流转换成可供HV蓄电池充电的直流电流。＜可变电压系统＞可根据需要将电动机和发电机的电源电压进行无级升压，由一般情况下的DC201.6V最大升至DC650V。这意味着由小电流可提供大的电力供给，发挥高输出电动机的性能，提供系统整体的效率。同时这也意味着变压器将变得更小更轻。＜DC/DC转换器＞将HV蓄电池和发电机发出的201.6V直流电流减压至12V，以供车辆的辅助设备、电子部件ECU作为电源使用。*1Highlander混合动力车的数值。*Prius普锐斯的数值。391995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.汽油发动机低油耗、高输出的发动机TOYOTA油电混合动力系统中安装的发动机与以往机型相比，具有低油耗，高输出的特性。例如Pruis普锐斯中配备的1NZ-FXE具有以下特点:＜高膨胀比循环＞1NZ-FXE应用了高膨胀比循环的代表性系统“艾金森循环”，是追求高效率的1.5L发动机。缩小燃烧室容积，以提高膨胀比（＊1)，即等待爆发压力在充分降低后才进行排气，由此充分利用爆发能量。(*2)＜高旋转化＞将发动机的最高转数升至5000r.p.m，提高了输出功率。在减少摩擦损失的同时提高了最高转数，所以既加大了加速时的驱动力，又实现了低油耗。运转部件的重量更轻。活塞环的张力更小。气门弹簧的反弹力更小。＜采用VVT-i＊3＞(*3)采用VVT-i＊3，可根据行驶状况细微地调节进气阀的工作时间。可在各种旋转带进行高效燃烧，为提高输出功率，降低油耗作出贡献。*1膨胀比：(膨胀行程容积+燃烧室容积)/燃烧室容积*2Highlander中没有采用*3VVT-i：VariableValveTiming-intelligent*4日本规格的数值401995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.动力分离装置将发动机产生的动力，分配给驱动系统和发电系统使用TOYOTA油电混合动力系统中安装有动力分离装置，可将发动机产生的动力分配给驱动轮和发电机。采用由齿环、小齿轮、太阳齿轮、行星支架组成的行星齿轮，高效率地分配动力。1．行星支架的旋转轴与发动机连接，通过小齿轮带动外围的齿环和内侧的太阳齿轮。2．小齿轮旋转轴直接和电动机连接，将驱动力传给车轮。太阳齿轮旋转轴直接和发动机连接，将发动机的动力转换为电能。411995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.发电机通过高旋转化来提高最大输出电力TOYOTA油电混合动力系统采用和电动机相同的交流同步型发电机，并且实现了高旋转化，提高了最大输出电力。另外还通过加大转子的强度，将最大发电的旋转带扩大到10000r.p.m.。通过采用交流同步和高旋转化，在一边发电一边行驶的同时，可供给中速带所需的大量电力。TOYOTA提高了由中低速到中速带的加速性能，实现了和高输出电动机、发动机的最佳组合。421995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.电子控制系统汽车智囊帮助实现安全、舒适和最高效率行驶ECU*是集中控制车辆中各种系统的电子装置，可称为汽车的大脑。为了实现安全、舒适、高效率行驶，TOYOTA油电混合动力系统采用EUC实时监控汽车各系统的运转情况和能量消耗情况，进行精密且高速的综合控制。·监控混合动力组成部分（混合动力系统的发动机、发电机、电动机、HV蓄电池）的运转状态。·监控通过汽车的控制网络传来的制动信息。·监控从驾驶者发出的指令(加速踏板开度、变档位置)。·监控辅助驾驶设备（如空调、加热器、前照灯、导向系统等）的能量消耗。·综合以上的监控结果，电子控制各系统，以实现安全、舒适和最高效率的行驶。*ECU:电子控制系统。431995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.Highlander混合动力车HV（镍氢）蓄电池采用新开发的金属电池槽模组，更加小型化，并提高了散热效率Highlander混合动力车上配置的高输出镍氢蓄电池采用了新开发的金属电池槽模组。它小巧到仅0.014立方米(240个单电池)，却能输出288V的高电压。并且由于提高了散热效率，可将因产生热能的影响而导致效率下降的问题控制在最低限度，从而可持续向电动机提供最佳电力。行驶中，发电机和电动机控制放电和充电，使充电状态保持稳定。441995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.后电动机高输出后电动机实现了电气式4WD和高再生效率Highlander混合动力车在前电动机之外，还安装有高输出后电动机。采用永久磁石式的交流同步原动机，将工作电压变为650V的高电压，从而提供50kW(68PS)的最高输出功率。高输出后电动机使电气式的4WD成为可能。在全速行驶以及雪地或易打滑路面行驶时，后电动机可在瞬间起动，并顺利地切换到4WD状态。另外，后电动机在制动时同时发挥充电功能，这样它可与前电动机一起实现极高的再生效率。451995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.减速机减速机用来放大电动机扭矩Highlander混合动力车中配置有最新技术之一的减速齿轮。减少前电动机的转速，将驱动力传给车轮，从而放大扭矩，产生大驱动力。与电动机的高旋转化相辅相成，实现完美的平稳加速。461995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.Camry混合动力车的电池先进的镍-TOYOTA金属混合动力车电池采用丰田的最新技术将先进的轻型镍氢电池装在了Camry混合动力车总成的心脏部位。如果说这种电池本身是个挑战，那么将富有意义的这种构件安装在车内则是更大的挑战。丰田并没有在Camry备受青睐舒适性及车内的宽敞空间上做出任何的妥协，相反地,工程师投入大量的时间研制出了无数构件的实物模型，并成功地将电池模块和显示器设备、系统主继电器、火花塞和DC-DC变换器等置于同一个主框架内，置于后座后。通过如此布置，保证了凯美瑞大型行李厢和后座行李厢的实用性。这种电池将通过功率为650V的小型升压变换器，给传动齿轮系注入45马力的动力，能够输出相当于几十所房屋所需电力的总和。471995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.Camry混合动力车的电动马达转瞬间即可得到最大扭矩Camry混合动力车在配备了汽油发动机的同时，其内部还装有小巧轻便的永久磁铁型同步AC马达。强有力的升压变换器，其最大功率可达650V；当您踩下加速器时，它将立刻启动马达而产生强大的扭矩。由此Camry混合动力车在启动时表现得就好像极其柔滑的丝绸，始终能够顺利加速。这种永久磁铁型同步马达不但可以作为原动力辅助发动机，还能进行发电。当驾驶员减速或踩下制动器踏板时，车轮将使马达转动起来，向电池输入能源；而这种能源将在电池中被保存起来，以便在驾驶中使用。[规格]最大电压：650V最大输出功率：105kW/4,500r.p.m.最大扭矩：270Nm/0-1,500r.p.m.481995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.Camry混合动力车的发动机动力总成的心脏部分是Camry迄今最为先进的成就与电动马达同步运转的汽油发动机是由新款第六代Camry所标准装备的直列四气缸发动机经过大幅度地改进而成的。这种发动机在以下几个方面作了特别改进。＜简易化＞构件轻型化，同时增强了刚性。经过改进将使发动机适应了混合化的发动方式，由此成功地从中去除了与安全带、动力转向、空调器和电瓶相关的其他零部件。＜强化＞2AZ-FXE型发动机采用了“阿特金森循环（Atkinsoncycle）”，是2.4升高膨胀率的发动机，大大提高了经济性和顺畅性。在开发过程中，丰田公司的工程师在无数的道路条件下进行模拟实验之后才掌握了在降低震动与噪音的同时能够最大限度地节省油耗，发挥其性能的控制点，从而使发动机与电动马达的配合达到了最佳的效果。＜符合世界上最为严格的尾气排放标准＞为了符合美国加州的AT-PZEV标准，丰田的工程师在发动机进气管的所有部位上进行改进，以改善空气流，优化发动机的进排气系统。这种改造同时还包括：减少内部摩擦，加强吸音性能，提高触媒作用，增强曲轴箱和发动机体的刚性。主要改造如下：*对排气歧管，扩大周围管径并降低厚度。*优化A/F（空气、燃料）传感器*优化排气用触媒基本材料中的贵金属原料[规格]2.4升四气缸DOHCEFI四气门/气缸与VVT-i最大输出功率：110kW/6000r.p.m.最大扭矩：187Nm/4400r.p.m.491995-2006TOYOTAMOTORCORPORATIONAllRightsReserved.串联式混合动力系统用电动机驱动车轮，电动机的电力来自发动机串联式混合动力系统利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。其基本结构是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。由一个小输出功率的发动机进行准稳恒性运转来带动发电