丰田混合动力系统THS的主要部件电机与电池.pptx

混合动力汽车检修 -THS-THS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池主讲：韦峰THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池THSTHS系统框图系统框图n nPrius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SMR1,2 and 3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 ECUDLC3DLC3HV ECU分解器型速度传感器(MG2)THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池nTHS-电机及驱动控制系统的特点n n在电动机和发电机之间采用在电动机和发电机之间采用在电动机和发电机之间采用在电动机和发电机之间采用AC500VAC500V高压电路传输，可以高压电路传输，可以高压电路传输，可以高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能极大地降低动力传输中电能极大地降低动力传输中电能极大地降低动力传输中电能损耗，高效地传输动力。损耗，高效地传输动力。损耗，高效地传输动力。损耗，高效地传输动力。n n采用大功率电机输出，提高采用大功率电机输出，提高采用大功率电机输出，提高采用大功率电机输出，提高电机的利用率。当发动机工电机的利用率。当发动机工电机的利用率。当发动机工电机的利用率。当发动机工作效率低时，此系统可以将作效率低时，此系统可以将作效率低时，此系统可以将作效率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机发动机停机，车辆依靠电机发动机停机，车辆依靠电机发动机停机，车辆依靠电机动力行驶。动力行驶。动力行驶。动力行驶。n n极大地增加了减速和制动过极大地增加了减速和制动过极大地增加了减速和制动过极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量程中的能量回收，提高能量程中的能量回收，提高能量程中的能量回收，提高能量的利用率。的利用率。的利用率。的利用率。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1和和和和MG2MG2n n功用功用功用功用n n都是高效的交流永磁同步电机。都是高效的交流永磁同步电机。都是高效的交流永磁同步电机。都是高效的交流永磁同步电机。n n都可作为电动机都可作为电动机都可作为电动机都可作为电动机n nMG1MG1作为发动机的起动机，或驱作为发动机的起动机，或驱作为发动机的起动机，或驱作为发动机的起动机，或驱动太阳轮，辅助行星齿轮机构工动太阳轮，辅助行星齿轮机构工动太阳轮，辅助行星齿轮机构工动太阳轮，辅助行星齿轮机构工作。作。作。作。n nMG2MG2作为驱动电机驱动驱动轮，作为驱动电机驱动驱动轮，作为驱动电机驱动驱动轮，作为驱动电机驱动驱动轮，或提供坡上起步辅助。或提供坡上起步辅助。或提供坡上起步辅助。或提供坡上起步辅助。n n都可作为发电机都可作为发电机都可作为发电机都可作为发电机n nMG1MG1向向向向MG2MG2供电及向电池充电。供电及向电池充电。供电及向电池充电。供电及向电池充电。n nMG2MG2回收能量，向电池充电。回收能量，向电池充电。回收能量，向电池充电。回收能量，向电池充电。n nMG1MG1还通过调节发电量（改变发还通过调节发电量（改变发还通过调节发电量（改变发还通过调节发电量（改变发电机的转速），有效控制变速驱电机的转速），有效控制变速驱电机的转速），有效控制变速驱电机的转速），有效控制变速驱动桥的连续可变输出转速，实现动桥的连续可变输出转速，实现动桥的连续可变输出转速，实现动桥的连续可变输出转速，实现无极变速器的功能。无极变速器的功能。无极变速器的功能。无极变速器的功能。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1和和和和MG2MG2n n结构结构结构结构n n有水冷却系统有水冷却系统有水冷却系统有水冷却系统链条的传动比改变由滚锥轴承变为滚珠轴承采用WS型变速器液MG1 发电机MG2 电动机THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1和和和和MG2MG2n n结构结构结构结构n定子绕组采用三相Y形连接，每相由4个绕组并联，可以在给电机输入较大电流下，获得最大转矩和最小转矩脉动。n转子采用稀土永磁材料作为永磁铁，安装在转子铁芯内部（内埋式永磁转子）。n转子内的永磁铁为“V”形，有效集中了磁通量，提高电机的扭矩。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1和和和和MG2MG2n n结构结构结构结构 MG1 MG2MG1 MG2项目项目04 PRIUS类型同步交流电动机功能发电、驱动车轮额定电压 VAC 500最大输出功率kW(PS)/rpm50(68)/1200 1540最大扭矩Nm(kgfm)/rpm400(40.8)/0-1200最大扭矩时的电流Arms230最大转速6,700 rpm冷却系统水冷项目项目04 PRIUS类型同步交流电动机功能发电机,发动机的起动机额定电压 VAC 500最大输出功率kW(PS)/rpm37.8(51)/9500最大扭矩Nm(kgfm)/rpm45(4.58)/0 6000最大扭矩时的电流Arms75最大转速10,000 rpm冷却系统水冷THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1和和和和MG2MG2n n工作原理工作原理工作原理工作原理THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1MG1MG1、MG2MG2MG2MG2转速传感器转速传感器转速传感器转速传感器 n n又叫触角传感器。为了满足电机静止启动和全转速范又叫触角传感器。为了满足电机静止启动和全转速范围内转矩波动的控制目的，需要利用触角传感器精确围内转矩波动的控制目的，需要利用触角传感器精确地测量地测量MG1MG1、MG2MG2永磁转子磁极位置和速度。解角传永磁转子磁极位置和速度。解角传感器是采用电磁感应原理制成的旋转型感应传感器，感器是采用电磁感应原理制成的旋转型感应传感器，它由定子和转子组成它由定子和转子组成 。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n nMG1MG1MG1MG1、MG2MG2MG2MG2转速传感器转速传感器转速传感器转速传感器 n n椭圆型转子与椭圆型转子与MGMG的永磁转子相的永磁转子相连接，同步转动。椭圆型转子连接，同步转动。椭圆型转子外圆曲线代表着永磁转子磁极外圆曲线代表着永磁转子磁极位置。定子包括位置。定子包括1 1个励磁线圈和个励磁线圈和2 2个检测线圈，个检测线圈，2 2个检测线圈个检测线圈S S和和C C轴线在空间坐标上正交，轴线在空间坐标上正交，HV HV ECUECU按预定频率的交流电流输按预定频率的交流电流输入励磁线圈入励磁线圈A A，随着椭圆型转，随着椭圆型转子的旋转，转子和定子间的间子的旋转，转子和定子间的间隙发生变化，就会在检测线圈隙发生变化，就会在检测线圈S S和和C C上感应出相位差上感应出相位差9090正弦、正弦、余弦感余弦感 应电流，应电流，HV ECUHV ECU根据根据检测线圈检测线圈S S和和C C感应电流的波形感应电流的波形相位和幅值，以及波形的脉冲相位和幅值，以及波形的脉冲次数，计算出次数，计算出MG1MG1和和MG2MG2永磁永磁转子的磁极位置和转速值信号，转子的磁极位置和转速值信号，作为作为HV ECUHV ECU对电机对电机MG1MG1、MG2MG2矢量控制的基础信号。矢量控制的基础信号。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成n n功用功用n n为为HVHV蓄电池、蓄电池、MG1MG1、MG2MG2、空调压缩机、备用电池、空调压缩机、备用电池、发动机、整车其他电气提供合适电压的电源。发动机、整车其他电气提供合适电压的电源。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成n n THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成n n组成组成n n（1 1）逆变整流器（变频器）：）逆变整流器（变频器）：）逆变整流器（变频器）：）逆变整流器（变频器）：将将DC500VDC500V转换成转换成AC500VAC500V，反之将，反之将AC500VAC500V转换成转换成DC500VDC500V。n n（2 2）增压转换器）增压转换器）增压转换器）增压转换器DC201.6VDC201.6V电压增压到电压增压到DC500VDC500V（反（反之从之从DC500VDC500V降压到降压到DC201.6VDC201.6V）。）。n n（3 3）直流转换器：）直流转换器：）直流转换器：）直流转换器：将将HVHV蓄电池蓄电池DC201.6VDC201.6V降为降为DC12VDC12V。n n（4 4）空调变频器：）空调变频器：）空调变频器：）空调变频器：将将HVHV蓄电池蓄电池DC201.6VDC201.6V转换成转换成AC201.6VAC201.6V交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。空调变频器空调变频器直流转换器直流转换器空调变频器空调变频器直流转换器直流转换器空调变频器空调变频器直流转换器直流转换器空调变频器空调变频器直流转换器直流转换器空调变频器空调变频器直流转换器直流转换器THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n nTHS-THS-系统变频器主要电路系统变频器主要电路是由电力半导体功率器件：是由电力半导体功率器件：绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管（IGBTIGBT）模块组成。）模块组成。n n变频器总成内的增压转换器、变频器总成内的增压转换器、逆变逆变/整流器担负着提供电整流器担负着提供电机机MG1MG1、MG2MG2的电能转换与的电能转换与调控任务。调控任务。IGBT是全控型功率半导体器件，它是由是全控型功率半导体器件，它是由MOSFET场效应管与场效应管与GTR大功率达林大功率达林顿晶体管结合，并由前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关顿晶体管结合，并由前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关速度快等优点，目前已广泛应用于变频调速，开关电源等电子领域，就全控性能速度快等优点，目前已广泛应用于变频调速，开关电源等电子领域，就全控性能而言，而言，IGBT是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎IGBT器件本身器件本身就构成了斩波电路就构成了斩波电路。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n n逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：n功用：功用：n受受HV ECU控制，将控制，将DC500V转换成转换成AC500V，给电动机，给电动机MG1或或MG2供电。反供电。反之之MG1/2输出的输出的AC500V转换成转换成DC500V，经降压后，给，经降压后，给HV蓄电池充电。蓄电池充电。n将电流控制的信息传输给将电流控制的信息传输给HV ECU。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n n逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：n组成n逆变电路（以供给MG2电源为例）由绝缘栅双极型晶体管V1-V6、整流二极管D1-D6和电容器C组成电压型三相桥式逆变电路。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n n逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：逆变整流器（变频器）：n原理n由VH ECU触发绝缘栅双极型晶体管控制极，使V1V6快速导通和关断，强行将DC500V直流电转换成三相AC500V交流电。如果改变V1V6的触发信号频率和时间，就能改变逆变器输入电机MG2定子绕组电流空间相量的相位和幅值，以适应电机MG2的驱动需要。反之，电机MG2在车辆减速或制动时产生再生制动电能，经绝缘栅双极型晶体管V1V6全控型桥式整流电路整流降压后，向HV蓄电池充电。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池VWUIPM变频器IPMMGONONTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池VWUIPM变频器IPMMGONONTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池VWUIPM变频器IPMMGONONn=60f/P n=60f/P f f为电源频率为电源频率P P是磁场的磁极对数是磁场的磁极对数n n每分钟转数。每分钟转数。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n再生电能VWUIPMIPMMG再生电压再生电压到可变电压系统变频器n nPriusTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池HV ECUMG1 变频器MG2 变频器GUUGVUGWUMUUMVUMWUMG2MG1ExtSINCOSExtSINCOS MG1分解器MG2分解器变频器THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池HV 蓄电池(DC201.6V)电压传感器变频器电流传感器关闭温度传感器MG分解器HV ECU失效信号PWM(U,V,W)电机速度诊断需求的扭矩通讯电机控制 部分THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n增压转换器增压转换器n功用n n受控于受控于HV ECUHV ECU，将，将HVHV蓄电池蓄电池DC201.6VDC201.6V电压增压到电压增压到DC500VDC500V向变频器供向变频器供电。电。n n反之将从变频器输出的反之将从变频器输出的DC500VDC500V降压到降压到DC201.6VDC201.6V，向蓄电池、直流转换，向蓄电池、直流转换器、空调变频器供电。器、空调变频器供电。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n增压转换器增压转换器n电路组成：n电抗器Ln绝缘栅双极型晶体管V7、8n二极管D7、8n电容器C1THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n增压转换器n原理n升压时，HV ECU导通和关断V8的控制极（绝缘栅双极型晶体管V8起开关作用），使电抗器L上的感应电动势与HV蓄电池DC201.6V电压叠加提供高压电源。n降压时，降压时，HV ECU利用绝缘栅双极型晶体管V7导通，把DC500V降压为平均值DC201.6V的直流电压，向HV蓄电池充电。THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电压的升压操作可变电压系统HV 蓄电池ON变频器288VTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电压的升压操作可变电压系统HV 蓄电池288VON变频器可变电压系统HV蓄电池变频器201-500V直流直流OFFTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电压降压运作(当充电时)可变电压系统HV 蓄电池变频器ONTHSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电压降压运作(当充电时)可变电压系统HV 蓄电池变频器288-650VON可变电压系统HV 蓄电池变频器OFF变频器变频器 总成总成n n电压降压运作(当充电时)可变电压系统HV 蓄电池变频器ON电压的调节由绝缘栅双极晶体管完成电压的调节由绝缘栅双极晶体管完成THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n直流转换器n n将将HVHV蓄电池蓄电池DC201.6VDC201.6V降为降为DC12VDC12V，为车身电器供电，同时为，为车身电器供电，同时为备用蓄电池充电。备用蓄电池充电。空调变频空调变频器器直流转换器直流转换器空调变频空调变频器器直流转换器直流转换器THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池nDCDC转换器转换器n电压转换电压转换 DC 201V DC 12VDC 201VDC DC转换器DC 500V变频器变频器 总成总成辅助蓄电池DC 12VDCACAC 201VAC 12VACDCMG1MG2HV 蓄电池变频器可变电压系统THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池nDC DC 转换器转换器n运作运作DC 12VDC 201V变压器变压器直流直流 交流交流整流二极管整流二极管滤波电路滤波电路 辅助 蓄电池直流直流转换器 THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n空调变频器n n将将HVHV蓄电池蓄电池DC201.6VDC201.6V转换成转换成AC201.6VAC201.6V交流电为空调系统中电交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。动变频压缩机供电。空调变频空调变频器器直流转换器直流转换器空调变频空调变频器器直流转换器直流转换器THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n变频器总成变频器总成变频器总成变频器总成n冷却 THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电池电池电池电池nNi-MHn高储能、低重量n有风冷的冷却系统nTHS-通过充放电来保持HV蓄电池的SOC（充电状态）为恒定数值n蓄电池、蓄电池ECU、检修塞和SMR（系统主继电器）集中于行李箱中THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电池电池电池电池nTHS-系统的蓄电池有28个模块共168个电瓶。1.2Vx6个电瓶x28个模块=201.6V电瓶单元接线盒总成检测塞电流传感器SMR2SMR3电池盖电池固定托架蓄电池ECU通风管THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电池电池电池电池n检测塞可以切断HV蓄电池中部的高压电路。n检修塞总成包括互锁的导线开关，将卡框翻起，关闭导线开关，进而切断SMR。n先关闭点火开关，再拔下检修塞。程序n n戴上绝缘手套，拆下维修塞维修插销程序n n如果因为损坏或其它的原因无法取下如果因为损坏或其它的原因无法取下HVHV电池维修电池维修塞塞n n在发动机室内接线盒中取下在发动机室内接线盒中取下HVHV保险丝保险丝SMR(系统系统 主继电器主继电器)n n系统图电流传感器SMR2SMR1SMR3电阻HV 蓄电池检修塞电源开关空气囊传感器总成断路传感器互锁开关(检修塞)互锁开关(变频器盖)变频器HV ECU电源控制ECU电压传感器蓄电池 ECUHV蓄电池蓄电池n nPrius系统框图检修塞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x 14+-HV ECU空调 ECU发动机 ECU(ECM)温度 x 4蓄电池 ECU(32-bit)网关 ECU温度传感器(热敏电阻型)THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电池电池电池电池n冷却系统n行李箱右侧有进风口和冷却风扇n有进气温度传感器和蓄电池温度传感器风扇电机控风扇电机控制单元制单元冷却风扇冷却风扇THSTHS的主要部件电机、变频器与电池的主要部件电机、变频器与电池n n电池电池n备用电池备用电池n后备箱右侧有后备箱右侧有12V12V备用蓄电池，可为大灯、音响和其他附件及备用蓄电池，可为大灯、音响和其他附件及所有所有ECUECU供电。供电。