丰田混合动力汽车.pptx

丰田混合动力汽车丰田混合动力汽车（Prius-THS-车型）车型）山东交通学院山东交通学院 吴际璋吴际璋内燃机和电动机混合动力源汽车，两内燃机和电动机混合动力源汽车，两者者“取长补短，并肩战斗取长补短，并肩战斗”，成为：，成为：低噪声、低污染、低油耗，新兴车种。低噪声、低污染、低油耗，新兴车种。英文称：英文称：Hybrid Electric Vehicle，简称：简称：HEV汽车。汽车。一、混合动力汽车的优点：一、混合动力汽车的优点：从两种动力源的特性曲线看从两种动力源的特性曲线看出，对道路的适应性各有不出，对道路的适应性各有不同：同：1、发动机峰值转矩、发动机峰值转矩M1，出现，出现在中速区峰值功率在中速区；峰值功率P1，出现，出现在高速区。在高速区。2、电动机峰值转矩、电动机峰值转矩M2，出现，出现在低速区；峰值功率在低速区；峰值功率P2，出现，出现在低中速区，且下降不很明在低中速区，且下降不很明显。显。3、两种动力源，功率和、两种动力源，功率和转矩特性可以搭配，转换转矩特性可以搭配，转换工作模式，优势互补：工作模式，优势互补：（1）城市内行驶，为低）城市内行驶，为低中速区工况，以电动机为中速区工况，以电动机为主的驱动车轮，对道路的主的驱动车轮，对道路的适应性好，发动机不参加适应性好，发动机不参加工作，做到工作，做到“零排放零排放”、“零油耗零油耗”、“低噪声低噪声”。（2）坏路、上坡、）坏路、上坡、加速，需要大动力时，加速，需要大动力时，为中高速区工况，发为中高速区工况，发动机与电动机，同时动机与电动机，同时驱动车轮。此时，可驱动车轮。此时，可得到与大排量发动机得到与大排量发动机相当的动力性。相当的动力性。二、混合动力汽车的分类：二、混合动力汽车的分类：1、串联驱动方式、串联驱动方式发动机驱动交流发发动机驱动交流发电机发电，通过变频器和蓄电池再驱电机发电，通过变频器和蓄电池再驱动交流电动机和车轮运转行驶。发挥动交流电动机和车轮运转行驶。发挥了电机驱动的特点，适于城市内中低了电机驱动的特点，适于城市内中低速行驶。但进行能量转换驱动，燃油速行驶。但进行能量转换驱动，燃油的能量利用率低，使系统损失较大。的能量利用率低，使系统损失较大。2、并联驱动方式、并联驱动方式发动机直接通过发电机发动机直接通过发电机/电动机，驱动车轮转动，并可利用发动机电动机，驱动车轮转动，并可利用发动机或电动机单独驱动车轮，又可共同驱动车或电动机单独驱动车轮，又可共同驱动车轮。因是轮。因是“双动力源双动力源”驱动方式，燃油的驱动方式，燃油的能量利用率较高，但传动转换系统较复杂。能量利用率较高，但传动转换系统较复杂。3、混联驱动方式、混联驱动方式是串联和并联的综是串联和并联的综合，两个电机和行星排配合，根据工合，两个电机和行星排配合，根据工况的需要，合理调节发动机和电动机况的需要，合理调节发动机和电动机功率的占有率，使发动机、发电机、功率的占有率，使发动机、发电机、电动机三者更好的优化匹配，使动力电动机三者更好的优化匹配，使动力性、经济性、净化性性、经济性、净化性“三丰收三丰收”。三、混联式混合动力汽车的组成：三、混联式混合动力汽车的组成：由小排气量发动机、大功率高电压由小排气量发动机、大功率高电压HV蓄电池、高压蓄电池电脑（蓄电池、高压蓄电池电脑（HV-ECU）、）、变频器、变速驱动桥、电动机变频器、变速驱动桥、电动机/发电机发电机MG1和和MG2、行星排等组成。、行星排等组成。注：其他辅助控制系统的内容，如：制动防抱死注：其他辅助控制系统的内容，如：制动防抱死注：其他辅助控制系统的内容，如：制动防抱死注：其他辅助控制系统的内容，如：制动防抱死ABSABS内内内内容、防滑转容、防滑转容、防滑转容、防滑转ASRASR内容、安全保护内容等，在此从略。内容、安全保护内容等，在此从略。内容、安全保护内容等，在此从略。内容、安全保护内容等，在此从略。1、小排气量发动机因是、小排气量发动机因是“双动力源双动力源”驱驱动，具有能量互补作用，可用小排量动，具有能量互补作用，可用小排量1.5L，电控多点喷射汽油发动机，并采用可变，电控多点喷射汽油发动机，并采用可变配气相位配气相位VVT机构，智能节气门机构，智能节气门ETCS-i，功率为功率为57Kw，转矩，转矩115N.m，100Km油耗仅油耗仅34L。2、大功率高电压、大功率高电压HV蓄电池蓄电池用镍氢电池或镍镉电池，为碱性电池，特点是：用镍氢电池或镍镉电池，为碱性电池，特点是：体积小、机械强度高、容量大、能承担大电流体积小、机械强度高、容量大、能承担大电流放电、充电速度快，使用寿命长，连续充电放电、充电速度快，使用寿命长，连续充电1h，即可，即可100恢复容量。它可以通过反复的自动恢复容量。它可以通过反复的自动“放电放电/充电充电”，维持正常的使用状态。额定电，维持正常的使用状态。额定电压为直流压为直流200V，电压愈高，电功率愈高，使电，电压愈高，电功率愈高，使电设备可以小型化，减轻重量。设备可以小型化，减轻重量。（1）由）由6个串联的个串联的1.2V电池为一个模块，电池为一个模块，28个模块串联为个模块串联为201.6V的高压蓄电池。的高压蓄电池。（2）蓄电池的电极为多孔镍氢氧化物合）蓄电池的电极为多孔镍氢氧化物合金组成，电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧金组成，电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。化锂的混合物。（3）蓄电池在充电）蓄电池在充电/放电时，化学反应会产放电时，化学反应会产生热量，用生热量，用HV-ECU控制的冷却电风扇降温。控制的冷却电风扇降温。（4）检修塞用于切断高压电源，维修高压电）检修塞用于切断高压电源，维修高压电路时，应先关闭点火开关，戴上绝缘手套，路时，应先关闭点火开关，戴上绝缘手套，拔下检修塞再施工。拔下检修塞等待拔下检修塞再施工。拔下检修塞等待5min后，后，使变频器电容器放电完毕后，再施工维修电使变频器电容器放电完毕后，再施工维修电路。路。3、变频器是以功率晶体管为主体的增压、转、变频器是以功率晶体管为主体的增压、转换、控制多功能电路。它具有变频、升压、变换、控制多功能电路。它具有变频、升压、变流、充电功能。将蓄电池高压直流电，变为三流、充电功能。将蓄电池高压直流电，变为三相相500V交流电，以不同的控制电流，驱动交流电，以不同的控制电流，驱动“电电动机动机/发电机发电机”MG1、MG2，使车轮运转。并能，使车轮运转。并能将将500V交流电，变为交流电，变为200V直流电，给蓄电池充直流电，给蓄电池充电。其外壳中有水套，利用冷却液散热，以保电。其外壳中有水套，利用冷却液散热，以保持正常温度。持正常温度。4、HV-ECU是高压蓄电池的电脑，是汽车是高压蓄电池的电脑，是汽车能量的控制中心，和犮动机能量的控制中心，和犮动机ECU、变频器、变频器、MG1和和 MG2联网工作，它有联网工作，它有“四大功能四大功能”（见图），进行最优化自动控制。内有电压（见图），进行最优化自动控制。内有电压转换器，输出高压电，并向发动机转换器，输出高压电，并向发动机ECU系统系统的辅助蓄电池，提供的辅助蓄电池，提供12V直流低电压。直流低电压。它始终监控着它始终监控着HV蓄电池的充电状态，用蓄电池的充电状态，用不同的工作模式，控制汽车合理运行，使不同的工作模式，控制汽车合理运行，使电力的输入和输出，尽量保持电力的输入和输出，尽量保持“均衡状态均衡状态”。并接收仪表盘上的。并接收仪表盘上的EV模式开关信号，模式开关信号，在车库内运行，只使用在车库内运行，只使用MG2电机驱动车轮，电机驱动车轮，减小污染。减小污染。5、变速驱动桥为动力分配机构和变速增扭机、变速驱动桥为动力分配机构和变速增扭机构，是无离合器式的电控无级变速器，由电动构，是无离合器式的电控无级变速器，由电动机机/发电机发电机MG1和和MG2、转速、转速/转角传感转角传感S1、S2、行星排、无声传动链主减速器和差速器及、行星排、无声传动链、主减速器和差速器及润滑油泵等组成。润滑油泵等组成。驱动桥实物照片：驱动桥实物照片：（1）电动机）电动机/发电机发电机MG1（略小）、（略小）、MG2（略大）：三相交流永磁同步电（略大）：三相交流永磁同步电动机动机/发电机，为驱动力源，内燃机发电机，为驱动力源，内燃机 则为则为“辅助动力源辅助动力源”。为三相交流永。为三相交流永磁同步发电机磁同步发电机/电动机，为驱动力源，电动机，为驱动力源，内燃机内燃机 则为则为“辅助动力源辅助动力源”。三相交流永磁同步发电机三相交流永磁同步发电机/电动机，用变电动机，用变频器控制调速，用电子开关进行换向，实频器控制调速，用电子开关进行换向，实现四象限运行，需用转角传感器进行极性现四象限运行，需用转角传感器进行极性检测，确定电机转子的检测，确定电机转子的位置，位置，以便准确切以便准确切换控制。它体积小、功率高、转矩大，调换控制。它体积小、功率高、转矩大，调速范围宽，驱动转矩可变。速范围宽，驱动转矩可变。感应式电动机又能随机快速切换，变感应式电动机又能随机快速切换，变为交流发电机，具有再生制动发电功为交流发电机，具有再生制动发电功能。利用两个动力源能。利用两个动力源MG1、MG2，可，可以做到以做到“功能互补功能互补”，驱动和发电两，驱动和发电两不误，防止蓄电池亏电。不误，防止蓄电池亏电。（2）电动机）电动机/发电机发电机MG1以发电为主，以发电为主，在行星排之前，驱动太阳轮，为动力输入在行星排之前，驱动太阳轮，为动力输入端，转速和扭矩可变，它有三个功能：端，转速和扭矩可变，它有三个功能：A、改变驱动传动比，因它的转速和扭矩、改变驱动传动比，因它的转速和扭矩可变，输出的动力必为可变，输出的动力必为“低速档低速档”；B、它不通电驱动时，又可变为小发电、它不通电驱动时，又可变为小发电机，可对机，可对HV蓄电池和蓄电池和MG2充电和供电；充电和供电；C、在汽车静止时，它通电转动，驱动行、在汽车静止时，它通电转动，驱动行星架，成为发动机的起动机。星架，成为发动机的起动机。（3）电动机）电动机/发电机发电机MG2以驱动为主，在行以驱动为主，在行星架之后，驱动齿圈和传动链，也是动力的输星架之后，驱动齿圈和传动链，也是动力的输入端，入端，转速和扭矩可变，它也有三个功能：转速和扭矩可变，它也有三个功能：A、通电后驱动齿圈和传动链，输出的动力必、通电后驱动齿圈和传动链，输出的动力必为为“中速档中速档”；B、转速和扭矩可变，控制驱动桥的传动比连、转速和扭矩可变，控制驱动桥的传动比连续变化；续变化；C、滑行和制动时，反拖起动再生功能，变为、滑行和制动时，反拖起动再生功能，变为大发电机，对大发电机，对HV蓄电池充电。蓄电池充电。因此，发动机、电动机因此，发动机、电动机/发电机发电机MG1、MG2和行星排巧妙地配合，实现了四个功能：和行星排巧妙地配合，实现了四个功能：A、实现了双动力联合或交替驱动；、实现了双动力联合或交替驱动；B、实现了大幅度的可变无级传动比；、实现了大幅度的可变无级传动比；C、实现了不中断的能源再生补偿；、实现了不中断的能源再生补偿；D、实现了起动和前进、倒车驱动。、实现了起动和前进、倒车驱动。（4）行星排的工作模式：）行星排的工作模式：A、太阳轮、太阳轮Z1连接连接MG1转子，通电驱动转子，通电驱动时，必为时，必为“低速档低速档”。B、齿圈、齿圈Z2连接连接MG2转子，通电驱动时，转子，通电驱动时，必为必为“中速档中速档”。C、行星架、行星架ZC连接发动机曲轴，驱动时，连接发动机曲轴，驱动时，必为必为“高速档高速档”。D、发动机熄火，行星架即被制动，、发动机熄火，行星架即被制动，MG1通电通电驱动太阳轮，为驱动太阳轮，为“倒档倒档R”。E、变频器截止、变频器截止MG1和和 MG2的控制电流，的控制电流，Z1及及Z2即自由，只发动机和行星架即自由，只发动机和行星架C空运转，必为空运转，必为“空档空档N”。此即谓。此即谓“无离合器传动系统，好处无离合器传动系统，好处是：汽车有了空档是：汽车有了空档N”。坏处是：车轮不能反拖。坏处是：车轮不能反拖发动机，需使发动机，需使MG1 通电，通过太阳轮，使发动通电，通过太阳轮，使发动机反拖制动。机反拖制动。（5）转速）转速/转角传感器转角传感器S1、S 2：在电机在电机MG1和和 MG2中各安装中各安装1个，由橢个，由橢园形永磁转子和园形永磁转子和3个定子线圈组成。永磁转个定子线圈组成。永磁转子和电机转子连动，当橢园形永磁转子接子和电机转子连动，当橢园形永磁转子接近和离开各相位的线圈时，不同程度的切近和离开各相位的线圈时，不同程度的切割磁力线，正反向感应电动势发生变化，割磁力线，正反向感应电动势发生变化，其大小正比于磁通量的变化速率。磁极转其大小正比于磁通量的变化速率。磁极转的愈快，感应电动势愈大。的愈快，感应电动势愈大。在不同的相位产生交流电压信号输出，即在不同的相位产生交流电压信号输出，即两个电机转子的两个电机转子的“转速转速/转角转速转角转速”信号，信号，也是确定驱动电机转子也是确定驱动电机转子“准确位置准确位置”的极的极性信号。并能转换为汽车瞬时的车速信号性信号。并能转换为汽车瞬时的车速信号VSS，提供给电脑，提供给电脑ECU逻辑控制使用。逻辑控制使用。四、混联式混合动力汽车的五种工作模式：四、混联式混合动力汽车的五种工作模式：根据工况的需要，油动力和电动力的混合根据工况的需要，油动力和电动力的混合使用，功率占有比例各异，尽力达到优势互使用，功率占有比例各异，尽力达到优势互补，油电动力，合理搭配，两个发电机补，油电动力，合理搭配，两个发电机/电动电动机机 MG1和和MG2，和行星排配合，交替工作，和行星排配合，交替工作，驱动和发电不间断，收支平衡，使动力性、驱动和发电不间断，收支平衡，使动力性、经济性、净化性经济性、净化性“三丰收三丰收”。1、起动发动机运转和热起、起动发动机运转和热起电机电机MG1通电通电运转，带动太阳轮转动，因行星排的齿圈运转，带动太阳轮转动，因行星排的齿圈为制动状态，行星架被驱动运转，而使发为制动状态，行星架被驱动运转，而使发动机着火工作。发动机着火后需短暂热起，动机着火工作。发动机着火后需短暂热起，行星架又反过来驱动电机行星架又反过来驱动电机MG1发电，给发电，给HV蓄电池充电。蓄电池充电。2、发动机和、发动机和MG2同时驱动车轮同时驱动车轮MG1通过行星通过行星排驱动发电，给排驱动发电，给MG2供电，并给供电，并给HV蓄电池充电。蓄电池充电。多在汽车加速、上坡、坏路、大负荷时使用。多在汽车加速、上坡、坏路、大负荷时使用。此工况使用时间占有率较少。此时，发动机通此工况使用时间占有率较少。此时，发动机通过行星架驱动齿圈，过行星架驱动齿圈，MG2也同时驱动齿圈，为：也同时驱动齿圈，为：“双动力源双动力源”。如下图所示：。如下图所示：3、发动机不工作，由、发动机不工作，由MG2电机驱动车轮电机驱动车轮MG1变为发电机，向变为发电机，向MG2供电，并向供电，并向HV蓄电池充电。蓄电池充电。多在汽车起步时，平路、等速行驶时使用，此多在汽车起步时，平路、等速行驶时使用，此工况使用时间占有率较多，发挥电动机优势，工况使用时间占有率较多，发挥电动机优势，实现实现“零油耗零油耗”、“零排放零排放”。此时，行星架。此时，行星架为制动状态，为制动状态，MG2通过齿圈驱动车轮，为中速通过齿圈驱动车轮，为中速档行驶状态，同时驱动太阳轮高速旋转，使档行驶状态，同时驱动太阳轮高速旋转，使MG1快速发电补偿。快速发电补偿。4、发动机单独驱动车轮，并通过行星、发动机单独驱动车轮，并通过行星架高速驱动架高速驱动MG1给给HV蓄电池快速充电蓄电池快速充电此工况多在此工况多在HV蓄电池亏电时，自动蓄电池亏电时，自动转换使用。此时，转换使用。此时，MG1快速旋转发电快速旋转发电补亏补亏，MG2断电，成为应急动力源。断电，成为应急动力源。5、再生制动发电、再生制动发电减速或制动时、下坡减速或制动时、下坡滑行时，发动机停止工作，并自动关闭滑行时，发动机停止工作，并自动关闭电动力源，利用汽车的动能反拖，回收电动力源，利用汽车的动能反拖，回收电能量，电能量，MG2变为发电机，产生大电能，变为发电机，产生大电能，向向HV蓄电池快速充电。蓄电池快速充电。因为它是因为它是“无离合器传动系统无离合器传动系统”，反拖时，反拖时发动机不能投入制动。为了加大制动效果，发动机不能投入制动。为了加大制动效果，变速手柄设有变速手柄设有“B档位档位”开关，下长坡滑行开关，下长坡滑行时使用，导通后给时使用，导通后给MG1通电，通过太阳轮，通电，通过太阳轮，反拖发动机转动，利用发动机的压缩阻力，反拖发动机转动，利用发动机的压缩阻力，提高制动效果。提高制动效果。五、变速驱动档位转换开关说明：五、变速驱动档位转换开关说明：混合动力汽车的变速驱动档位，混合动力汽车的变速驱动档位，为：为：P、R、N、D、B五个位置，用五个位置，用档位电开关信号，通讯控制方式，各档位电开关信号，通讯控制方式，各档位都有指示灯，在仪表盘上显示。档位都有指示灯，在仪表盘上显示。各档位的作用如下：各档位的作用如下：P档档为停车档，停车时用，司机离为停车档，停车时用，司机离车时用，坡道起步时也用，在此档位车时用，坡道起步时也用，在此档位可起动发动机。它是空档可起动发动机。它是空档N，外加机，外加机械锁止件，锁止中间减速器，并用电械锁止件，锁止中间减速器，并用电磁开关控制。磁开关控制。R档档为倒车档，车停稳后挂入倒档。为倒车档，车停稳后挂入倒档。此时，发动机熄火，发动机及行星架此时，发动机熄火，发动机及行星架即制动，电机即制动，电机MG1通电转动，太阳轮通电转动，太阳轮输出动力，齿圈反转而倒车。输出动力，齿圈反转而倒车。N档档为空档，此时，电机为空档，此时，电机MG1和和MG2被断电关闭，太阳轮被断电关闭，太阳轮Z1和齿圈和齿圈Z2自由状态，只是发动机带着行星架空自由状态，只是发动机带着行星架空转。行驶中，如果发动机熄火，在此转。行驶中，如果发动机熄火，在此档位可起动发动机。档位可起动发动机。D前进档，混合动力搭配自动控制，由前进档，混合动力搭配自动控制，由蓄电池电脑蓄电池电脑HV-ECU，根据工况的需要，根据工况的需要，在大范围控制区，自动变速行驶。在大范围控制区，自动变速行驶。具体功能如下：具体功能如下：1、自动改变驱动传动、自动改变驱动传动比比低速、中速、高速。低速、中速、高速。2、电机、电机MG1和和MG2驱驱动电流的自动调节。动电流的自动调节。3、单动力驱动和双动、单动力驱动和双动力驱动，自动按需转换。力驱动，自动按需转换。4、减速、制动时，再、减速、制动时，再生制动发电、充电。生制动发电、充电。5、HV蓄电池亏电，蓄电池亏电，自动发电快速补充。自动发电快速补充。B发动机制动档，下长坡滑行时使用，发动机制动档，下长坡滑行时使用，能产生再生大电能，向能产生再生大电能，向HV蓄电池快速充电。蓄电池快速充电。此时，电机此时，电机MG1通电运转，通过行星排，通电运转，通过行星排，连接曲轴和车轮，车轮反拖曲轴和电机连接曲轴和车轮，车轮反拖曲轴和电机MG2运转，大电机运转，大电机MG2发出大电流，给发出大电流，给HV蓄电池快速充电。并反拖发动机转动，蓄电池快速充电。并反拖发动机转动，利用发动机的压缩阻力，提高制动效果。利用发动机的压缩阻力，提高制动效果。六、混合动力汽车的最大特点：六、混合动力汽车的最大特点：综上所述：混合动力汽车，能在行进综上所述：混合动力汽车，能在行进中利用工况的变化，两个电机和行星中利用工况的变化，两个电机和行星排配合，随机抽空发电自我补偿，能排配合，随机抽空发电自我补偿，能量再生功能好，尽力做到收支平衡。量再生功能好，尽力做到收支平衡。实现了实现了“热能、电能、动能热能、电能、动能”，三结，三结合的能量回收补偿良性循环，这是汽合的能量回收补偿良性循环，这是汽车发展的新概念。车发展的新概念。例如：例如：1、放松加速踏板时、放松加速踏板时根据加速踏板信号，根据加速踏板信号，电脑判定为电脑判定为“减速滑行减速滑行”工况，随机断油、工况，随机断油、断电，断电，MG2被反拖发电补充。被反拖发电补充。2、踩下制动踏板时、踩下制动踏板时根据制动开关信号，根据制动开关信号，电脑判定为电脑判定为“制动减速制动减速”工况，随机断油、工况，随机断油、断电，断电，MG2被反拖发电补充。被反拖发电补充。3、下长坡滑行时、下长坡滑行时挂入挂入“B”档，根据档档，根据档位开关信号，电脑判定为位开关信号，电脑判定为“下坡滑行下坡滑行”工工况，机会难得，随机断油、断电，况，机会难得，随机断油、断电，MG2被被反拖发电补充。同时反拖发电补充。同时MG1通电连接曲轴，通电连接曲轴，加大制动效果。加大制动效果。七、七、Prius-TH-车型保温式冷车型保温式冷却系统：却系统：1、组成组成一如下图所示。一如下图所示。2、工作原理：、工作原理：（1）正常工作时，发动机的水泵和散热器，）正常工作时，发动机的水泵和散热器，完成大小循环控制，保持正常水温。此时，完成大小循环控制，保持正常水温。此时，流量控制阀向真空保温箱提供定量的热水存流量控制阀向真空保温箱提供定量的热水存储。储。（2）真空保温箱能使）真空保温箱能使80的冷却热水保温的冷却热水保温三天，以便下次冷起动时使用。三天，以便下次冷起动时使用。（3）冷起动时，电脑）冷起动时，电脑ECM根据水温传感根据水温传感器器CTS-1和和CTS-2的温差值，决定起动电的温差值，决定起动电动水泵和流量控制阀，使热水流入缸体，动水泵和流量控制阀，使热水流入缸体，冷热水进行位置转换，便于冷机起动。冷热水进行位置转换，便于冷机起动。（4）保温式冷却系的优点：）保温式冷却系的优点：A、起动时，机温较高，能快速冷起动和、起动时，机温较高，能快速冷起动和缩短热起时间。缩短热起时间。B、起动后，机温较高，能降低了、起动后，机温较高，能降低了HC和和CO排放量。排放量。C、减小了发动机在热起时的磨损量，提、减小了发动机在热起时的磨损量，提高使用寿命。高使用寿命。END！Thank 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