混合动力车辆结构与原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/3/14,#,混合动力车辆,结构,与,控制原理,赵玉亮,18210717677QQ:331945160,概述,混合动力汽车（,Hybrid Electrical Vehicle,简称,HEV),是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。,本混合动力,车辆,示例,演示教学,课程,，,以丰田混合动力系统,-II(THS-II),的动力驱动系统的基本结构与控制原理,为,讲解,内容,；重点突出“混合动力协同驱动”的教学理念；了解混合动力的,电,气,化,技术与电机及其驱动控制技术、动力蓄电池技术以及燃料动力能源的合理利用等控制原理,。,THS II,组件,THS II,主要组件,HV,电池,带转换器的逆变器总成,增压转换器,逆变器,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,(,带逆变器,),THS II,主要组件由：,HV,电池、辅助电池、高电压线束、动力管理控制,ECU,、混合动力传动桥、带转换器的逆变器总成、带马达的压缩机总成、发动机等组成,。,丰田混合动力系统,-II(THS-II),对大功率的,3AZ-FXE,发动机以及,P311,混合动力传动桥中的高转速、大功率马达发电机（,MG1,和,MG2,）执行最佳的协同控制。为前轮驱动系统提供了良好的传动性能。,此外，其采用了由公称电压为直流,244.8 V,的大功率,HV,蓄电池总成和可将系统工作电压升至最高电压（直流,650 V,）的增压转换器组成的变压系统。,组件,THS II,主要组件,系统图,HV,电池,带转换器的逆变器总成,辅助电池,发动机,动力管理控制,ECU(HV CPU),带马达的压缩机总成,(,带逆变器,),混合动力传动桥,发电机,(MG1),马达,(MG2),ECM,逆变器,DC/DC,转换器,增压转换器,:,高电压线束,THS II,主要组件，通过高压线束连接构成的控制电路系统图；,电源电缆是高压、大电流的电缆，连接,HV,蓄电池与,带转换器的,逆变器、逆变器与,MG1,和,MG2,、以及逆变 器与电动逆变器压缩机。电源电缆从位于后排座椅后面的,HV,蓄电池的,HV,接线盒总成的连接器 开始,。,该电源电缆穿过地板下方，沿着地板加强件侧，延伸到发动机室内，与逆变器连接。电源 电缆被屏蔽，以减少电磁干扰。,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,高电压线束：主要承受高电压、高电流的导通输出和安全保护功能。本图所指示的是高压电束在发动机室内的安装位置；高电压线束结构由：线束和护套、网状屏蔽线组成；保证高电压、高电流的输出导通安全。,高电压线束,系统图,HV,电池,增压,转换器,MG1,变频器,带转换器的变频器总成,MG2,变频器,辅助电池,带马达的压缩机总成,(,带变频器,),Max.,DC 650 V,DC,244.8,V,DC 14 V,混合动力传动桥,AC,AC,DC-DC,转换器,For,辅助电池,DC 244.8 V,高电压线束与组件连接构成的系统图；见图示，,HV,电池通过高压线束连接的组件传输功能是：,HV,电池由高压线束输送,DC 244.8 V,供给,带转换器的变频器总成；进行三路电压输送：,1,路由增压转换器，将,DC 244.8 V,增压为,DC 650 V,提供给,变频器，变频,AC,电压，再输送,AC,电压，给混合动力传动桥中的,MG1,和,MG2,马达完成驱动功能。,2,路由,DC-DC,转换器将高压电转变为,DC14V,低压电输送给辅助电池进行充电。,3,路由,HV,电池将,DC 244.8 V,电压提供给,带马达的压缩机总成，完成驱动功能。,高电压线束,位置,带马达的压缩机总成,带转换器的变频器总成,HV,电池,混合动力传动桥,(MG1,MG2),高电压线束,本图表示，高电压线束从,HV,电池至前置安装的组件连接示例。,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,G2M,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,该混合动力传动桥包含用来驱动车辆的马达发电机,MG2,和用来生成电源的马达发电机,MG1,，采用带复合齿轮机构（由马达减速行星齿轮机构和动力分配行星齿轮机构组成）的 无级变速器，以获得平稳和安静的操作。,来自发动机,至车轮,减速器,差速器齿轮,至车轮,MG2,中间轴从动齿轮,混合动力传动桥,混合,动力传动桥复合齿轮机构驱动原理,该传动桥将发动机和,MG2,产生的原动力经过减速齿轮传输到复合齿轮机构的中间轴主动齿轮、中 间轴从动齿轮、减速主动齿轮，然后传输到差速器齿轮机构，以驱动前轮。,混合动力传动桥,齿轮传动链,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,马达减速,行星齿轮,组合齿轮单元,动力分配,行星齿轮,本图所表示传动桥基本结构。,混合动力传动桥主要由,MG1,和,MG2,、复合齿轮机构（含有马达减速行星齿轮机构和动力分 配行星齿轮机构）、中间轴齿轮机构以及差速器齿轮机构组成。该传动桥具有三轴结构。复合齿轮机构（含有马达减速行星齿轮机构和动力分配行星齿轮机构）、,MG1,和,MG2,位于主轴上。中间轴从动齿轮和减速主动齿轮位于第二轴上。差速器齿圈和差速 器齿轮机构位于第三轴上。复合齿轮机构中的动力分配,，由,行星齿轮,来完成,四种方式传输原动力。,混合动力传动桥,复合,齿轮单元,结构,驻车锁止齿轮,齿圈,(,马达减速行星齿轮,),齿圈,(,动力分配行星齿轮,),中间轴齿轮,组合齿轮单元,动力分配行星齿轮 单元,中间轴齿轮,(,组合齿轮,),马达减速行星齿轮,单元,动力传动桥,图中所表示的是复合齿轮结构的安装位置。其中,在马达减速行星齿轮机构中，太阳齿轮与,MG2,的输出轴耦合在一起，且行星齿轮架固定。,混合动力传动桥,复合,齿轮单元,齿轮传动链,MG1,MG2,发动机,到前轮,动力分配装置,太阳轮,:MG1,行星齿轮架,:,发动机,齿圈,:,组合齿轮,(,到车轮,),马达减速装置,太阳轮,:MG2,行星齿轮架,:,固定,后齿轮,:,组合齿轮,(,到车轮,),复合齿轮机构由马达减速行星齿轮机构和动力分配行星齿轮机构组成。马达减速行星齿轮机构,（其目的是减小马达的转速）用来使高转速、大功率的,MG2,与动力分配行星齿轮机构实现最佳,结合。动力分配行星齿轮机构将发动机的原动力分成二路：一路用来驱动车轮，另一路用来驱动,MG1,，因此，,MG1,可作为发电机使用。,混合动力传动桥,车辆行驶基本,操作,混合,动力,车辆控制,系统,使用发动机和,MG2,提供的原动力，并主要将,MG1,作为发电机使用。该系统根据 不同的驾驶条件优化组合这些动力。,见下例图演示。,混合动力传动桥,着车起步,车辆在正常情况下起步时使用,MG2,的原动力行驶。由,MG2,为车辆提供动力。仅以,MG2,行驶时，如果所需驱动扭矩增加，则,激活,MG1,以起动发动机。,混合动力传动桥,低负荷,车辆在,低负荷行驶时，仅,由,MG2,为车辆提供动力,，这时,所需驱动扭矩增加，则激活,MG1,以起动发动机。,混合动力传动桥,加,速,车辆在低负载和定速巡航状态下行驶时，动力分配行星齿轮机构传输发动机原动力。一部分原,动力将直接输出，其余部分将用于通过,MG1,发电。通过使用逆变器的电力路径，将该电力传输,至,MG2,，并作为,MG2,的原动力输出。,车辆行驶状态从低负载巡航变为节气门全开加速时，系统用来自,HV,蓄电池的电力为,MG2,补充原动力。,混合动力传动桥,D,档域减速,车辆在换档杆置于,D,位置的状态下减速时，发动机停止且原动力变为零。此时，车轮驱动,MG2,，使,MG2,作为发电机运行并对,HV,蓄电池充电,。,如果,车辆在较高车速时减速，则发动机将 不停止且保持预定转速，以保护行星齿轮。,混合动力传动桥,B,档域减速,车辆在换档杆置于,B,位置的状态下减速,或制动,时，发动机停止且原动力变为零。此时，车轮驱动,MG2,，再生制动功能使,MG2,作为发电机运行，将电能存储到,HV,蓄电池内。,混合动力传动桥,倒车,车辆倒档行驶时，由,MG2,提供所需动力。此时，,MG2,沿相反方向旋转，发动机保持停止，而,MG1,则沿正常方向旋转但不发电。,混合动力传动桥,马达减速行星齿轮单元,降低,MG2,转速并增加扭矩,减速比,:2.64,MG2,扭矩,车速,没有减速机构,有减速机构,本图表示,位于复合齿轮机构内的马达减速行星齿轮架是固定的。由太阳齿轮输入的,MG2,原动力被输出到齿,圈上以驱动车轮。因此，马达减速行星齿轮可以根据固定传动比降低,MG2,的转速，增大扭矩。,曲线图中表示没有减速机构和有减速机构的两种车速与扭矩关系坐标曲线。,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),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,本图表示,MG(,马达发电机,),基本结构与布置。两种类型的定子线圈，为,轻型和高效的交流永久磁铁同步马达。,MG1,发电机,：,由发动机驱动并产生高压电，以运行,MG2,和,/,或对,HV,蓄电池充电。而且，它还可作为起动机来起动发动机,。,MG1,运行从而使动力分配行星齿轮机构的,传动比与车辆驾驶条件最优匹配。,MG2,马达：,由来自,MG1,和,/,或,HV,蓄电池的电力驱动，,产生前轮原动力。,制动过程中，或未踩下加速踏板时，它将产,生电力对,HV,蓄电池再充电（再生制动）。,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),输出特性,在转子开始旋转时产生最大扭矩,扭矩,输出,马达转速,+,本图表示马达发电机输出特性曲线：是在转子开始旋转时产生的最大扭矩和输出功率。,混合动力传动桥,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,MG(,马达发电机,),由定子线圈和永久磁铁,(,转子,),组成。,三相交流电经过定子线圈的三相绕组时，马达内产生旋转磁场。通过根据转子的旋转位置和转速,控制该旋转磁场，转子中的永久磁铁受到旋转磁场的吸引而产生扭矩。产生的扭矩与电流大小大,致成比例，且转速由交流电的频率控制。此外，通过适当控制旋转磁场与转子磁铁角度，可以有 效地产生大扭矩和高转速。,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),MG,通过,3,相交流电旋转,马达发电,机中,旋转转子产生旋转磁场，在定子线圈内产生电流。,由,三相交流电输出波形,表示。,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),定子线圈的极性和磁性时刻变化,N,S,下例图，是马达发电机功能原理演示图，表示在,三相交流电经过定子线圈的三相绕组时,，,马达内产生旋转磁场。转子的旋转位置和转速,控制该旋转磁场,，定子线圈产生极性和磁性时刻变化,和永久磁铁转子因为定子线圈的吸引和排斥旋转过程,；由,三相交流电输出波形,表示。,混合动力传动桥,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,N,S,此图为,转子的旋转位置和转速,控制该旋转磁场,，定子线圈产生极性和磁性时刻变化,和永久磁铁转子因为定子线圈的吸引和排斥旋转过程。,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),N,S,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),N,S,混合动力传动桥,MG(,马达发电机,),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,本图表示马达发电机转速和扭矩的控制原理。,马达扭矩由电流大小控制，见波形图中高扭矩和低扭矩时的,三相交流电输出波形,变化。,马达转速由电流频率控制，见波形图中高速和低速时的,三相交流电输出波形,变化。,混合动力传动桥,传动桥减震器,当传输较大动能时能减轻振动,传动桥减震器,本图表示减震器的安装位置与结构。,传动桥,减震,器包含具有低扭转特性的,4,个螺旋弹簧，用来吸收发动机驱动力的转矩波动。此外，转矩波动吸收机构采用干式、单盘摩擦材料。通过使用这些零件，,减震,器结构能够很好地吸收发 动机原动力的振动。,混合动力传动桥,油泵,2,种类型油泵,机械油泵,电子油泵,(,GS450h,和,LS600h),机械油泵,电子油泵,P410 PRIUS(ZVW30),L110L LS600h,本图表示两种驱动桥,润滑系统,，所使用的润,滑,油泵，其中前驱动桥采用机械油泵；后驱动桥采用机械泵和电子泵协同供油润滑。,混合动力传动桥,机械油泵,发动机通过主轴驱动油泵以润滑齿轮,机械油泵,油泵主动齿轮,油泵从动齿轮,油泵盖,油泵转子轴,发动机,本图表示机械油泵的基来结构和安装位置。,P311,混合动力传动桥通过设在主轴上的余摆线型机油泵来润滑。该润滑系统有一个风冷型机油冷却 器总成。,.,此外，,P311,混合动力传动桥还利用减速齿轮，通过集油箱采取挡油圈式的润滑方式。该结构减小 了机油泵的驱动转矩，从而减少了驱动损失。,.,集油箱暂时存储被抛掷的油液，并向齿轮系的不同部位供油。集油箱内设有油孔，可有效地向,MG1,和,MG2,提供油液。,混合动力传动桥,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,.,复合齿轮采用机械驻车锁止机构。驻车锁爪和驻车档齿轮接合后，与复合齿轮整合在一起，用来 锁止车辆的移动。,.,驾驶员将换档杆移至,P,位置时，换档杆拉索使,1,号杆旋转。,1,号杆的旋转使驻车锁杆滑动并将驻 车锁爪往上推。这样，驻车锁爪便锁止了驻车档齿轮。,混合动力传动桥,驻车锁止执行器,变速器控制,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,混合动力传动桥,驻车锁止机械机构,变速器控制,ECU,.,换档锁止系统主要包括,换档锁止,ECU,、换档锁止电磁阀和换档锁止超控按钮。,.,换档锁止电磁阀具有内置,P,档检测开关。,.,换档锁止机构将禁止换档杆切换至,P,位置以外的任 何位置。该机构有助于防止无意的加速操作。,工作情况,：,.,换档锁止,ECU,使用,P,档检测开关检测换档杆位置，并接收刹车灯开关和主车身,ECU,（仪表板接,线,盒总成）的输入信号。接收到这些信号后，换档锁止,ECU,立即接通换档锁止电磁阀以解除换档,锁,止。,.,采用换档锁止超控按扭，可以手动超控换档锁止机构。,混合动力传动桥,驻车锁止执行器,磁阻马达,不使用碳刷和磁铁,减速机构,换档控制马达,旋转角度传感器,(Hall IC),磁铁,输出,轴,线圈,定子,转子,W,相,V,相,U,相,磁阻马达,驻车锁止执行器,本图红虚线表示驻车锁止执行器中磁阻马达的基本结构。其中磁阻马达由三相定子绕组和转子组成驱动旋转功能。,混合动力传动桥,驻车锁止执行器,控制磁阻马达,磁性引力使转子旋转,电磁铁,U,U,U,U,V,V,V,V,W,W,W,W,U,U,U,U,V,V,V,V,W,W,W,W,:,电流流向,U,U,U,U,V,V,V,V,W,W,W,W,磁性引力,本图表示的是磁阻马达驱动原理。磁阻马达由三相四组定子线圈和八凸轮转子组成圆周旋转机构；通过电流在线圈中的流动，形成定子线圈产生的磁性引力使转子旋转。如图,1,表示定子凸轮与,W-W-W-W,线圈相应位置时产生的磁性引力。图,2,表示定子凸轮与,V-V-V-V,线圈相应位置时产生的磁性引力。图,3,表示定子凸轮与,U-U-U-U,线圈相应位置时产生的磁性引力。实现控制磁阻马达圆周旋转。,混合动力传动桥,驻车锁止执行器,Cycloid,减速机构,确保完成释放操作,减速机构,换档控制马达,旋转角度传感器,(Hall IC),磁铁,输出轴,Cycloid,减速机构,内齿轮,(61,齿,),外齿轮,(60,齿,),偏心板,输出轴,偏心板中心,马达输入轴轴心,本图红虚线表示,Cycloid,减速机构。,换档控制马达进行换挡操作时，,减速机构，确保完成变速杆的释效操作。,带转换器的变频器总成,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,本图为带转换器的变频器总成及安装位置。,.,该设备将高压直流电（来自,HV,蓄电池）转换为交流电（用于,MG1,和,MG2,），反之亦然（将交流电转换为直流电）。,.,带转换器的逆变器总成由逆变器、增压转换器、智能电源模块,(IPM),和马达发电机,ECU(MG ECU),组成。,.,逆变器将,HV,蓄电池的高压直流电转换为三相交流电以驱动,MG1,和,MG2,。,.,功率晶体管的激活由混合动力车辆控制,ECU,通过,MG ECU,和,IPM,控制。此外，逆变器通过,MG ECU,将电流控制所需信息（如输出安培数或电压）传输至混合动力车辆控制,ECU,。,.,逆变器同,MG1,和,MG2,一起由与发动机散热器分离的专用冷却系统散热器冷却。,带转换器的变频器总成,概要,变频器,(DC,AC),带转换器的变频器总成,HV,电池,(DC 244.8 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,MG2,MG1,SMR,DC,244.8,V,MG ECU,动力管理控制,ECU(HV CPU),.,增压转换器将,HV,蓄电池最高电压从直流,244.8 V,升高 为直流,650 V,，反之亦然（将直流,650 V,降 低为直流,244.8 V,）。,.,变,频,器将来自,HV,蓄电池的直流电转换为交流电提供给,MG1,和,MG2,，反之亦然。此外，,变频器,器将来自,MG1,的交流电提供给,MG2,。,.DC-DC,转换器（混合动力 车辆转换器）将最高电压从直流,244.8 V,降低为直流,12 V,，以向车身电气零部件供电，并对辅助蓄电池 再充电（直流,12 V,）。,.,马达发电机,ECU(MG ECU),根据接收自混合动力车辆控制,ECU,的信号控制变,频,器和增压转换器，从而驱动,MG1,或,MG2,，或使其发电。,带转换器的变频器总成,概要,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),本图是带转换器的变频器总成,-,主要组件分解示例。,带转换器的变频器总成,概要,系统图,IGBT,IGBT,变频器,(AC),IPM,增压转换器,(DC),IPM,电抗器,带转换器的变频器总成,MG ECU,动力管理控制,ECU(HV CPU),DC/DC,转换器,MG1,MG2,HV,电池,本图为带转换器的变频器,(,逆变器,),总成控制原理系统图。,.MG1,由发动机驱动产生高压（交流），为,MG2,提供动力并对,HV,蓄电池,充电。同时，还可作为 起动机来起动发动机。,.MG2,由来自,MG1,或,HV,蓄电池的电力驱动，产生前轮动力。,.,制动期间，或未踩下加速踏板时，,MG2,发电以对,HV,蓄电池充电（再生制动控制）。,.,马达发电机,ECU(MG ECU),按照混合动力车辆控制,ECU,的指令，通过智能电源模块,(IPM),控 制,MG1,和,MG2,以驱动车辆。,6,个绝缘栅双极晶体管,(IGBT),在,ON,和,OFF,之间切换，并根据 驱动操作或发电操作控制各马达。,带转换器的变频器总成,电机控制系统,图,(PRIUS),本图表示电机控制原理系统图。,.,电机控制由,HV ECU,动力管理系统实行控制，通过车辆行驶需求扭矩通讯信号和电压传感器、温度传感器、电流传感器监视信号，对电机速度进行诊断，由变频器完成电机调速控制。,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),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,本图为变频器,-AC,电压产生的过程,：,.,如,A,图当,S1-S4,触点闭合，,S2-S3,触点启开,为,+Vd,逆变为,+Ac,电压。,.,如,B,图当,S2-S3,触点闭合，,S1-S4,触点启开,为,+Ac,电压与,-Vd,构成回路。,.,描述,了,IPM,内的绝缘栅双极晶体管,(IGBT),在,ON,和,OFF,之间切换，为马达提供三相交流电。,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),产生正弦波,AC,电压,面积,相等,Ts,Ts,Ton,Vd,Vi,=,控制,“,Ton”,产生,正弦波形,AC,Vd,本图采用正弦波形图形面积大小表示，,逆变器,控制,“Ton”,产生 正弦波形,AC,交流电,压。,下,面,演示,描述,驱动马达的基本控制,。,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达驱动,操作,V,W,U,IPM,IPM,MG,ON,ON,V,W,V,W,变频器,1,2,3,4,5,6,.,下例图描述,马达驱动,操作，,为了产生由混合动力车辆控制,ECU,计算的马达发电机所需的原动力，,MG ECU,使,IGBT,在,ON,和,OFF,之,间切换并控制速度，以控制马达发电机的转速。,.,注意观案下面几例马达驱动演示图中马达驱动操作过程，,马达发电机,ECU(MG ECU),按照混合动力车辆控制,ECU,的指令，,使,IGBT,在,ON,和,OFF,之间切换,三相交流电导通性，通过定子线圈绕组的电流流动方向完成马达速度控制。如三相正弦波形的变化。,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达驱动,操作,IPM,IPM,MG,ON,ON,W,V,U,V,W,U,ON,V,W,U,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达驱动,操作,V,W,U,IPM,IPM,MG,ON,ON,V,U,V,U,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达驱动,操作,V,W,U,IPM,IPM,MG,ON,ON,ON,V,W,U,V,W,U,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达驱动,操作,IPM,V,IPM,MG,ON,ON,W,U,W,U,W,U,变频器,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,马达发电,操作,再生电压,V,W,V,W,下,例,图描述了马达发电的基本控制。马达由车轮驱动，其三相,交流电,产生的电流用于对,HV,蓄电池充电或驱动另一台马达发电机。,请观案车轮驱动马达，产生的三相交流电，通过二极管导通，三相交流电电流的流动方向变化过程，所形成的再生电压。见三相正弦波形所示。,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达发电,操作,再生电压,V,W,U,V,W,U,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达发电,操作,再生电压,V,U,V,U,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达发电,操作,再生电压,V,W,U,V,W,U,V,W,U,IPM,IPM,MG,到可变电压系统,变频器,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),马达发电,操作,再生电压,W,U,W,U,带转换器的变频器总成,变频器,(,逆变器,),车轮旋转运作,(0,扭矩控制,),V,W,U,IPM,IPM,MG,变频器,W,U,W,U,V,ON,抵消产生的电压,(V1=V2),车轮旋转,产生了电压,V2,V1,本图描述车轮旋转运作，马达,(0,扭矩控制,),产生的电压,V2,与变频器输入电压,V1,，相抵消产生的电压是相等的。表示,0-,扭矩控制。,带转换器的变频器总成,增压转换器,将,HV,电池提供的电压增大,244.8 V,Max.650 V,MG1,MG2,HV,电池,增压转换器,电功率,=,电压,x,电流,发热量,=,电流的平方,x,电阻,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,.,本图表示,增压转换器将,HV,电池提供的电压增大概念。,.,根据混合动力车辆控制,ECU,通过,MG ECU,提供的信号，增压转换器将,HV,蓄电池电压直流,244.8 V,（公称）,升至最高电压直流,650 V,。,.,所以当电压增大后，电动率与热能量之间的关系是：,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,.,.,计算公式：,电功率,=,电压,x,电流,发热量,=,电流的平方,x,电阻,带转换器的变频器总成,增压转换器,电抗器,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,电抗器,特性,:,抵抗电流的变化,(,试图保持电流,),1,2,下例演示图表示增压转换器中的电抗器用来进行增大电压的操作过程。,.,电抗器为具有阻止电流改变特性的电子部件。如果将包含电抗器的电路接通，然后断开，则 电路断开后电抗器将试图保持电流。电压降低时，这些特性也有助于使降压,IGBT(1),的输出 平稳。通过将增压,IGBT(2),置于,ON,可快速为电抗器充电。,带转换器的变频器总成,增压转换器,增压运作,可变电压系统,HV,电池,ON,变频器,244.8 V,1,2,本图演示,增压运作,1,。,.,如图中,-,将增压,IGBT(2),置于,ON,，使,HV,蓄电池的电力（公称电压直流,244.8 V,）,为电抗器充电。从而使电抗器存储了电力。,.,(1),是降压,IGBT,，,(2),是增压,IGBT,。,带转换器的变频器总成,增压转换器,增压运作,可变电压系统,HV,电池,244.8 V,ON,变频器,可变电压系统,HV,电池,变频器,244.8-650V,OFF,1,2,.,如图中,-,将增压,IGBT(2),置于,OFF,，使电抗器产生电动势（电流持续从电抗器中流出）。电动势使电压升至最高电压直流,650 V,。,.,电抗器产生的电动势感生的电流从电抗器中流出，通过二极管流入逆变器，并以增压存储在增压侧电容器内。,.,(1),是降压,IGBT,，,(2),是增压,IGBT,。,带转换器的变频器总成,增压转换器,降压运作,(,当充电时,),可变电压系统,HV,电池,变频器,ON,1,2,本图演示,降压,(,充电时,),运作,1,。,.,逆变器将由,MG1,或,MG2,产生的用于对,HV,蓄电池充电的交流电转换为直流电（,最高电压约为,650 V,）。然后，用增压转换器将电压降至约为直流,244.8 V,。该功能通过使用占空比控制将降压,IGBT(1),在,ON,和,OFF,之间切换从而间歇性地中断由变,频,器提供给电抗器的电力来完成。,.,如图中,-,将,降,压,IGBT(1),置于,ON,，由变,频,器提供给电抗器的电力。,可变电压系统,HV,电池,变频器,ON,可变电压系统,HV,电池,变频器,带转换器的变频器总成,增压转换器,降压运作,(,当充电时,),OFF,1,2,本图演示,降压,(,充电时,),运作,2,。,.,如图中,-,将,降,压,IGBT(1),置于,OFF,，由,电抗,器提供电力存储电,容,器,内,。,带转换器的变频器总成,增压转换器,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,1,2,本图演示,降压,(,充电时,),运作,3,。,.,如图中,-,将,降,压,IGBT(1),置于,ON,，由变,频,器提供给电抗器的电力。存储电,容,器,内电力向,HV,电池充电。,.,表明电压是由,IGBT,控制。,带转换器的变频器总成,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,MG1,MG2,HV,电池,变频器,可变电压系统,12V,电压系统,(ECU,等,.),本图描述的是,DC-DC,转换器（混合动力车辆转换器）将公称电压从直流,244.8 V,降至直流,12 V,，以向车身电气零部件供电，并对辅助蓄电池再充电（直流,12 V,）。,带转换器的变频器总成,DC/DC,转换器,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,本方框图表示,DC DC,转换器的内部结构，它由晶体二极管和三极管组成的输入电压转换放大电路，通过变压器电压变频输出，再由整流二极管对电压进行整流，将交流电压转为直流电压，通过滤波电路对电流滤波后，对辅助蓄电池充电。,带转换器的变频器总成,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,本图表示,MG ECU,控制系统方框图。,.MG ECU,控制系统，,根据接收自混合动力车辆控制,ECU,的信号控 制逆变器和增压转换器，从而驱动,MG1,或,MG2,，或使其发电。,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,.),本图表示在车辆后备箱内，安装,2,个蓄电池：一个,DC 244.8V HV,电池，另一个是,DC 12V,辅助蓄电池。,HV,电池总成,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,),本图示为：,HV,电池总成，组件由：电池模块、电池智能单元、,HV,电池冷却风扇,(,无电刷,),、服务插销连接器、,HV,接线盒总成组成。,HV,电池,增压转换器,变频器,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,HV,电池总成,HV,电池,(,电池模块,),高电压的应用,DC 12 V,系统充电,驱动,A/C,压缩机,车辆行驶,本图表示,HV,蓄电池,DC 244.8V,高压电，所供给的部件电力方框图。,.,车辆行驶时，电力供给增压转换器,-,变频器,-,混合动力桥。,.DC 12V,系统充电，电力供给转换器将电力,DC12V,电能给辅助蓄电池充电。,.HV,蓄电池,DC244.8V,电能驱动,A/C,压缩机。,HV,电池总成,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,HV,蓄电池由,34,个蓄电池模块组成。各蓄电池模块均由,6,个单格组成，并通过母线模块串联在 一起。蓄电池的单格在,2,个位置相连，以减小内部电阻和提高效率。,HV,蓄电池总共有,204,个单 格（,6,个单格,34,个模块蓄电池）和,244.8 V,（,1.2 V 204,个单格）的公称电压。,HV,电池总成,HV,电池,(,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,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,什么是充电状态,？,充电,状态,(state of charge =,充电率,本图表示,SOC(,充电状况,),指示,HV,电池的充电状况：,.,车辆行驶过程中，,HV,蓄电池重复进行充电,/,放电循环，因为加速过程中对,MG2,供电，减速过程中再生制动对其充电。混合动力车辆控制,ECU,根据电流传感器检测的,HV,蓄电池充电量,/,放,电量计算,SOC,。混合动力车辆控制,ECU,根据计算出的,SOC,值持续执行充电,/,放电控制，以使,SOC,保持在目标范围内。,HV,电池总成,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,+,-,本页图表示服务插销安装在车辆后备箱的位置。,服务插销,由主保险丝和互锁开关组成。,HV,电池总成,服务插销,绝缘手套,拆卸,安装,可听到滴答声,本图表示服务插销,拆卸,和,安装方法。,维修塞把手内安装有高压电路的主保险丝和互锁的舌簧开关。,.,拉起卡子锁止器可断开互锁，从而切断,SMR,。但为确保安全，务必将电源开关置于,OFF,位置后 再拆下维修塞把手。,.,在执行任何检查或维修前，拆下维修塞把手使高压电路在,HV,蓄电池的中间位置切断，以确保维 修期间的安全。,HV,电池总成,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,HV,电池,+,-,SMRG,SMRP,SMRB,Precharge Resistor,本图表示系统主继电器,(SMR),安装在,HV,电池控制系统中的位置。,HV,电池总成,SMR,(,系统主继电器,),本图是系统主继电器控制电路的整体布置。,.,主继电器与,HV,电池控制元件安装于车辆后部，通过控制电路与车辆前部升压转转换器相关电路连接，实现高压电流的转换控制。,HV,电池总成,SMR(,系统主继电器,),系统图,系统主继电器,(SMR),控制,概述,：,接收到来自动力混合动力车辆控制,ECU,的指令后，,SMR,继电器连接并断开高压电路电源。,共使用,3,个继电器：,1,个,(SMRB),用于正极侧，,2,个（,SMRP,和,SMRG,）用于负极侧。负极侧 的,1,个继电器,(SMRP),是集成于,DC-DC,转换器（混合动力车辆转换器）内的半导体继电器。其他,2,个是安装在,HV,蓄电池总成内,HV,接线盒总成上的触点型继电器。,实现,HV,电池高压电流输出控制。,HV,电池总成,SMR(,系统主继电器,),结构,磁场线圈,电 磁 铁,闭 合 触 点,本图是,HV,电池控制系统主继电器,(SMR),的基本结构。,HV,电池总成,系统主继电器,(SMR),控制,电源接通,电源接通,:,首先，混合动力车辆控制,ECU,接通,SMRB,。然后，接通,SMRP,。混合动力车辆控制,ECU,在接通,SMRG,后，断开,SMRP,。电流首先经过电阻器，以这种方式对其进行控制，从而保护了电路中的触点，避免其因浪涌电流而受损。,HV,电池总成,系统主继电器,(SMR),控制,电源切断,电源切断,:,.,首先，混合动力车辆控制,ECU,断开,SMRG,。判定,SMRG,的触点是否烧结后，断开,SMRB,。,.,然后，混合动力车辆控