混合动力系统结构原理与检修

混合动力系统高动力HV电池发动机变频器电动传动桥高压电缆1、混合动力汽车概念(HEV——HybridElectricVehicle)由一种以上的动力驱动的汽车称为混合动力汽车。THS——ToyotaHybridSystem(丰田混合动力系统)油电混合动力→电动机+内燃机•一、HEV概述+发动机变速器发动机电动式传动桥变频转换器HV蓄电池传统车型THS•2、混合动力系统的性能在保证汽车良好动力性的同时，明显提高车辆的经济性和排放性。2.8l/100km经济性：热效率提高10%排放性：排放指标改善30%•混合动力系统的工作特性HV电池能量-+停止开始行驶全加速正常行驶制动行驶动力提供能量储存制动能量回收发动机输出动力动力不足时补充1.混合动力系统始终使发动机保持在最佳的工况下工作，从而提高汽车的经济性和排放性。2.在制动过程中，能够将再生能量存储到HV蓄电池中，从而提高汽车的经济性。•（1）串联式混合动力系统（SHEV）•3、混合动力系统的类型总效率低于内燃机，经济性降低，排放性提高。•（2）并联式混合动力系统(PHEV)车轮由发动机和电动机共同驱动。经济性提高，排放性提高，动力性趋近内燃机。•（3）混联式混合动力系统（PSHEV）同一个系统中，同时使用了串联和并联系统。经济性更高，排放性更高，动力性趋近内燃机。•（1）控制系统:HVECU（2）驱动系统：变频器、变速驱动桥•（3）辅助动力系统：发动机（4）蓄电池组：HV蓄电池MG1发动机差速器HV蓄电池变频器MG2行星齿轮机构1、混合动力系统的组成（THSII）•二、THSII组成与主要组件•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MG1MG2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ECUDLC3HVECU分解器型速度传感器(MG2)2、发动机（1NZ-FXE）•“Atkinson”循环——“阿特金森”循环•VVT-i——智能可变气门正时•ETCS-i——智能电子节气门控制系统•冷却系统•燃油系统•排放催化系统进气门延时关闭膨胀冲程压缩冲程压缩比13.0（2）VVT-i——智能可变气门正时项目1NZ-FXE(’04PRIUS)气门正时进气打开15--18BTDC关闭72-105ABDC排气打开34BBDC关闭2ATDC（3）ETCS-i电子节气门智能控制系统节气门由直流电机来驱动；油门踏板踏下程度与节气门开度不一致；节气门由HVECU来控制.散热器(供发动机)散热器(供变频器、MG1、MG2)前面排水塞(供发动机)（4）冷却系统–一体化散热器(供发动机、变频器、MG1、MG2)•采用201.6V直流HV蓄电池1.2Vx6格x28块=201.6V1.2Vx6格x28块=201.6V’06PRIUSHV蓄电池HV蓄电池•蓄电池散热控制检修塞CAN蓄电池冷却风扇继电器蓄电池冷却风扇电机HV蓄电池蓄电池冷却风扇控制器BEAN电流传感器电压+-HVECU空调ECU发动机ECU(ECM)温度蓄电池ECU(32-bit)网关ECU温度传感器(热敏电阻)HV蓄电池•充电状态SOC，用来表示HV蓄电池的充电率充电状态(StateofCharge)=充电率HV蓄电池–充电状态和电压•充电状态:相对值•电压:绝对值电压充电状态0%40%60%80%170VforPrius4、辅助蓄电池12V备用电源后备箱中有一个12V的蓄电池给大灯，音响和其它附件及所有ECU供电.•密封型电池–严禁进行快速充电.–不可使用普通电池替代.•原因:–隔离(电池液)蒸发(电池液不可补充).DC201VDC–DC转换器DC500V变频器总成辅助蓄电池DC12VDCACAC201VAC12VACDC变频器总成•DC–DC转换器–电压转换DC201VDC12VMG1MG2HV蓄电池变频器可变电压系统DC200VAC200V驱动A/C压缩机HV蓄电池变频器总成(包括了空调变频器)空调压缩机直流201.6V交流201.6V直流交流空调变频器变频器总成A/C变频器•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MG1MG2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ECUDLC3HVECU分解器型速度传感器(MG2)7、变速驱动桥总成包含交流500V的电动机/发电机（MG1/MG2）,行星齿轮机构,差速齿轮和主减速齿轮MG1(AC500V)MG2(AC500V)•（1）MG1(电动机-发电机)项目’04PRIUS类型同步交流电机功能发电机,发动机的起动机额定电压VAC500最大输出功率kW(PS)/rpm37.8(51)/9500最大输出扭矩N·m(kgf·m)/rpm45(4.58)/0–6000最大扭矩时的电流值Arms75最大转速转/分10,000rpm冷却系统水冷变速驱动桥总成•（2）MG2(电动机-发电机)项目’04PRIUS类型同步交流电机功能发电,驱动车轮额定电压VAC500最大输出功率kW(PS)/rpm50(68)/1200–1540最大输出扭矩N·m(kgf·m)/rpm400(40.8)/0-1200最大扭矩时的电流值Arms230最大转速转/分6,700rpm冷却系统水冷变速驱动桥总成•MG2控制系统电压扭矩MG2速度HV蓄电池电压500V为了使损耗最小化,要根据MG2的运行条件调节系统电压变速驱动桥总成•(3)行星齿轮机构行星齿轮齿圈行星架太阳轮变速驱动桥总成齿圈齿数:78太阳轮齿数:30λ=2.6•行星齿轮机构–MG1–太阳轮–MG2–齿圈车轮–发动机–行星架n1+λn2-(1+λ)n3=0•行星齿轮机构太阳轮:固定齿圈:旋转(输入)问题:行星架如何工作?n1+λn2-(1+λ)n3=0•行星齿轮机构行星架:固定齿圈:旋转(输入)问题:太阳轮如何工作?n1+λn2-(1+λ)n3=0•行星齿轮机构行星架:旋转齿圈:固定问题:太阳轮如何工作?n1+λn2-(1+λ)n3=0（2）档位控制和显示•依靠电信号来实施换档•采用了瞬时换档装置换档杆(瞬时换档)驻车开关换档杆运作驻车开关状态机械驻车锁止机构MG1,MG2组合仪表变速驱动桥档位显示器发动机控制发动机ECU(ECM)HVECU（3）P档开关•按下驻车开关能换入P档驻车开关驻车开关指示灯指令混合动力变速驱动桥驻车锁止机构链接换档控制执行器变速器控制ECUHVECU控制位置P档或非P档驻车开关换档杆（4）P档控制（驻车锁止控制）•按下P档开关，切换到P档•THS-II运行模式最大车速最大巡航车速驱动力车速发动机+电动机EV模式驾驶加速全加速常规车辆驱动力车速1st2nd3rd4th5th2、THSII的运行模式•（1）车辆起步及小负荷当车辆在起步、小负荷/慢加速时只使用MG2驱动车辆起步.n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式开门/锁门开后备箱门起动混和动力系统•智能进入＆起动系统–本系统能携带钥匙进行开门/锁门或起动混和动力系统的起动操作车辆起步前的起动操作按下发动机起动开关动力模式切换ACCOFFIG-ONREADY•智能进入＆起动系统•通过按下发动机起动开关进行OFF,ACC,IG-ON,READY切换车辆起步前的起动操作THS-II运行模式•2、正常行车当需要更多的动力时,MG1起动发动机.n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•正常行车发动机启动后，发动机驱动车辆前进，同时驱动MG1发电，供给MG2和HV蓄电池电能.n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•3、加速(节气门加大)在加速期间，MG2提供附加的驱动力补充发动机动力.MG1产生的电流供给MG2.HV电池也会根据加速的程度给MG2提供电流.n1+λn2-(1+λ)n3=0•4、停车充电HV蓄电池SOC低于标准值时，MG1作为起动机来起动发动机.同时,电流也流进MG2,防止齿圈转动.n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式THS-II运行模式0车速•停车充电MG1启动发动机后,发动机驱动MG1发电并给HV电池充电.n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•5、减速(D档)D档减速期间电能不再提供给MG1和MG2，MG2作为发电机给HV蓄电池充电.(再生制动功能)n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•6、减速(B档)B档减速期间，MG2产生的电能提供给MG1,MG1驱动发动机，同时,发动机燃油切断.MG1的原动力用作发动机制动.（再生制动力+发动机制动）n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•7、空档滑行(N档)N档状态，电能不再提供给MG1和MG2，但MG2仍可作为发电机给HV蓄电池充电.(再生制动功能)n1+λn2-(1+λ)n3=0THS-II运行模式•8、倒车只用MG2作为倒车动力.在SOC正常状态下,发动机在车辆倒车时不工作.n1+λn2-(1+λ)n3=0