混合动力系统组件课件.ppt

1、组件THS II 主要组件HV电池带转换器的变频器总成 增压转换器 变频器 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(带变频器)组件THS II 主要组件 系统图HV电池带转换器的变频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(带变频器)混合动力传动桥发电机(MG1)马达(MG2)ECM变频器DC/DC 转换器增压转换器:高电压线束高电压线束概要 高电压线束承受高电压，高电流高电压线束高电压线束网状屏蔽线护套高电压线束系统图HV电池增压转换器MG1变频器带转换器的变

2、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 VDC 244.8 VDC 14 V混合动力传动桥ACACDC-DC 转换器 For 辅助电池DC 244.8 V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MG2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 混合动力混合动力传动桥传动桥组合齿轮单元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

3、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混合动力传动桥组合齿轮单元 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 单元混合动力传动桥组合齿轮单元 齿轮传动链MG1MG2发动机发动机到前轮到前轮动力分配装置动力分配装置 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)混合动力传动桥起步混合动力传动桥着车起步混合动力传动桥低负荷混合动力传动桥加速混合动力传动桥D档域减

4、速混合动力传动桥B档域减速再生制动声音混合动力传动桥倒车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减速比:2.64扭矩车速没有减速机构有减速机构混合动力传动桥MG(马达发电机)结构MG1MG2转子定子定子线圈永久磁铁转子定子定子线圈永久磁铁混合动力传动桥MG(马达发电机)结构混合动力传动桥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扭矩输出输出马达转速+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)定子线圈混合动力传动桥MG(马达发电机)MG 通过3相交流电旋转混合动力传动桥MG(马达发电机)定子线圈的极性和磁性时刻变化混合动

5、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混合动力传动桥MG(马达发电机)混合动力传动桥MG(马达发电机)混合动力传动桥MG(马达发电机)马达转速和扭矩马达马达扭矩扭矩由电流大小控制由电流大小控制马达转速由电流频率控制马达转速由电流频率控制低扭矩低扭矩高扭矩高扭矩低速低速高速高速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传动桥减震器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

6、泵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减速机构换档控制马达换档控制马达旋转角度传感器旋转角度传感器(Hall IC)(Hall IC)磁铁磁铁输出输出轴轴线圈线圈定子定子转子转子W

7、 相V 相U 相 磁阻马达磁阻马达 驻车锁止执行器驻车锁止执行器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UUUUVVVVWWWWUUUUVVVVWWWW:电流流向UUUUVVVVWWWW磁性引力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减速机构换档控制马达换档控制马达旋转角度传感器旋转角度传感器(Hall IC)(Hall IC)磁铁磁铁输出轴输出轴Cycloid Cycloid 减速机构减速机构 内齿轮内齿轮(61(61齿齿)外齿轮外齿轮(60(60齿齿)偏心板偏心板输出轴输出轴偏心板中心偏心板中心马达输入轴轴马达输入轴轴心心带

8、转换器的变频器总成概要带转换器的变频器总成带转换器的变频器总成增压转换器增压转换器DC 244.8V Max.DC 650V变频器变频器AC DCDC/DC 转换器转换器DC 244.8V DC 14VMG ECU控制变频器组件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带转换器的变频器总成HV电池电池(DC 244.8 V)带马达的压缩机总成传动桥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 MG2for MG1MG2MG1SMRDC 244.8 VMG ECU

9、动力管理控制ECU(HV CPU)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)带转换器的变频器总成概要 系统图IGBTIGBT变频器变频器(AC)IPM增压转换器增压转换器(DC)IPM反应器反应器带转换器的变频器总成带转换器的变频器总成MG ECU动力管理控制动力管理控制ECU(HV CPU)DC/DC 转转换器换器 MG1MG2HV电池电池带转换器的变频器总成变频器 AC电压的产生:S1和S4 转到ON:S2和S3转到ON+Vd-Vd0 V+-ABAAABBAC电压电压带转换器的

10、变频器总成变频器 产生正弦波AC电压面积面积相等相等TsTsTonVdVi=控制控制l“Ton”产生产生 正弦波型正弦波型 ACVd带转换器的变频器总成变频器 马达运作VWUIPMIPMMGONONVWVW变频器带转换器的变频器总成变频器 马达运作IPMIPMMGONONWVUVWUONVWU变频器带转换器的变频器总成变频器 马达运作VWUIPMIPMMGONONVUVU变频器带转换器的变频器总成变频器 马达运作VWUIPMIPMMGONONONVWUVWU变频器带转换器的变频器总成变频器 马达运作IPMVIPMMGONONWUWUWU变频器VWUIPMIPMMG到可变电压系统变频器带转换器的

11、变频器总成变频器 发电机运作再生电压再生电压VWVWVWUIPMIPMMG到可变电压系统变频器带转换器的变频器总成变频器 发电机运作再生电压再生电压VWUVWUVWUIPMIPMMG到可变电压系统到可变电压系统变频器变频器带转换器的变频器总成变频器 发电机运作再生电压再生电压VUVUVWUIPMIPMMG到可变电压系统变频器带转换器的变频器总成变频器 发电机运作再生电压再生电压VWUVWUVWUIPMIPMMG到可变电压系统变频器带转换器的变频器总成变频器 发电机运作再生电压再生电压WUWU带转换器的变频器总成变频器 运作(0扭矩控制)VWUIPMIPMMG变频器WUWUVON抵消产生的电压抵

12、消产生的电压(V1=V2)车轮旋转产生了电压V2V1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 VMax.650 VMG1MG2HV电池电池增压转换器增压转换器 电功率电功率=电压电压 x 电流电流发热量发热量=电流的平方电流的平方 x 电阻电阻 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.带转换器的变频器总成增压转换器 反应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反应器反应器特性特性:抵抗电流的变化(试图保持电流)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带转换器的变频器总成

13、增压转换器 增压运作可变电压系统HV电池244.8 VON变频器可变电压系统HV电池变频器244.8-650VOFF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电压是由电压是由IGBT控制控制带转换器的变频器总成DC/DC 转换器DC 244.8VDC DC 转换器转换器变频器总成变频器总成辅助电池辅助电池DC 14VDC ACAC 244.8V AC 12VAC D

14、CMG1MG2HV电池变频器变频器可变电压可变电压系统系统12V 电压系统电压系统(ECU 等等.)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变压器变压器DC ACDC 14V整流器整流器二极管二极管 滤波滤波电路电路 辅助电池DC DC 转换器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 ECUHV电池总成电源提供 2个电池HV电池电池(DC 244.8V)辅助电池辅助电

15、池(DC 12V)用于高电压系统用于高电压系统(MG,A/C压缩机压缩机)用于用于DC 12 V系统系统(ECU,大灯等大灯等.)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)HVHV电池电池增压转换器增压转换器变频器变频器 for MG2for MG2带转换器的变频器总成辅助电池辅助电池带马达的压缩机总成带马达的压缩机总成(带带变频器变频器)DC 244.8 VDC 14 V混合动力传动桥混合动力传动桥ACDC-DC DC-DC 转换器（辅助电池）转换器（辅助电池）DC 244.8 VHV电池总成HV电池(电池模块)高电压的应用DC

16、12 VDC 12 V系统充电系统充电驱动A/C压缩机车辆行驶车辆行驶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 电池模块电池模块+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+HV接线盒总成服务插销34 电池模块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充电过度范围放电过度范围放电过度范围SOC的充电举例的充电举例SOC控制上限控制上限SOC 控制下限控制下限目标目标SOCSOC时间时间充电充电放电放电HV电池总成服务插销 手动关闭高电

17、压电路服务插销服务插销互锁开关主保险丝主保险丝互锁开关服务插销服务插销19 电池模块9 电池模块+-HV电池总成服务插销绝缘手套拆卸拆卸安装安装可听到滴答声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 SMRPSMRBSMRGPrecharge ResistorHV电池电池+-SMRGSMRPSMRBPrecharge ResistorHV电池总成SMR(系统主继电器)结构HV电池总成冷却风扇 HV电池 冷却风扇Cooling Air FlowIntake Air Duct排风管HV电池进气口(桌椅右侧)HV电池总成电池智能单元 将HV电池的信息传输给动力管理控制ECU(H

18、V CPU)电池智能单元服务插销温度感应器HV电池电流感应器电压 x 14+-温度 x 3电池智能单元电池智能单元动力管理控制ECU(HV CPU)监控高电压系统的绝缘电阻 传输HV电池的信息HV电池信息辅助电池概要 提供给ECU和辅助设备的电源，如音响等辅助电池(密封型号)行李箱辅助电池结构 使用密封型电池氢气排放管氢气排放管没有通气孔发动机阿特金森循环(Atkinson Cycle)压缩行程压缩行程 膨胀行程膨胀行程热效率高热效率高压缩压缩扩张扩张阿特金森循环阿特金森循环奥托循奥托循环环下止下止点点上止上止点点奥托循环奥托循环ABCDClose进气门进气门活塞运动活塞运动阿特金森循阿特金森

19、循环环发动机阿特金森循环 进气门的关闭时间被延迟,因而延迟了实际的压缩行程的开始关闭时间被延迟关闭时间被延迟实际压缩行程缩短实际压缩行程缩短Open实际压缩行程实际压缩行程A:膨胀冲程膨胀冲程B:排气冲程排气冲程C:进气冲程进气冲程D:压缩冲程压缩冲程发动机阿特金森循环 和奥托循环相比较进气损失和排气损失的减少上止点下止点气缸容积0低(Vacuum)气缸压缩压力(kPa)高阿特金森循环阿特金森循环奥托循环奥托循环排气损失排气损失进气损失进气损失:阿特金森循环阿特金森循环:奥托循环奥托循环阿特金森循阿特金森循环环奥托循奥托循环环ABCD压缩开始线压缩开始线A:膨胀冲程膨胀冲程B:排气冲程排气冲程

20、C:进气冲程进气冲程D:压缩冲程压缩冲程发动机阿特金森循环 依靠驱动情况，气缸容积通过VVT-i是可以改变的气门正时气门正时(进气门进气门)气缸容积气缸容积102VVT-i Operation下止点下止点上止点上止点61参考(发动机)阿特金森循环进气门关闭时间延迟气门正时气门正时(进气门进气门)气缸容积气缸容积压缩冲程压缩冲程膨胀冲程下止点下止点上止点上止点102参考(发动机)阿特金森循环进气门关闭时间适中气门正时(进气门)气缸容积下止点上止点80膨胀冲程压缩冲程参考(发动机)阿特金森循环进气门关闭时间提前气门正时气门正时(进气门进气门)气缸容积气缸容积膨胀冲程下止点下止点上止点上止点61压缩

21、冲程压缩冲程发动机电水泵 预热性能以及减少冷却损失进一步提高。电水泵电水泵轴马达定子叶轮发动机电水泵 ECM调整发动机冷却液的循环量以符合最佳的发动机运作条件电水泵电水泵驱动电路驱动电路 水泵马达水泵马达水泵继电器水泵继电器ECM空调放大器空调放大器+BEFI继电器继电器泵马达转速脉冲信泵马达转速脉冲信号号发动机转速发动机转速车速车速发动机冷却液温度发动机冷却液温度泵马达转速泵马达转速带马达的压缩机总成A/C 压缩机 A/C系统使用一个由马达驱动的电子变频器压缩机油分离器A/C 变频器(DC AC)DC 244.8 V滚动型压缩机无电刷马达ES14带马达的滚动型压缩机(A/C 与变频器整合在一

22、起与变频器整合在一起)发动机ND-OIL8带马达的压缩机总成压缩机油 具有高绝缘性的压缩机油(ND-OIL 11)ND-OIL11A/C 变频器A/C 变频器产生3相交流电驱动马达带马达的压缩机总成HV电池带马达的压缩机总成电流传感器A/C 变频器IGBT温度传感器电压传感器电源提供电路门极驱动电路CPU动力管理控制ECU(HV CPU)系统保护控制电路输入/输出接口M电水泵（加热器）结构发动机的电水泵能在发动机不运转的时候提供稳定的加热性能。电水泵电水泵(加热器加热器)12 V(辅助电池)冷却液冷却液(从发动机到加热器)CAMRY HV电水泵（加热器）DCDC马达马达磁铁磁铁磁耦合磁耦合(塑

23、料磁体塑料磁体)叶轮叶轮(塑料磁体塑料磁体)磁耦合磁耦合(塑料磁体塑料磁体)壳体壳体叶轮叶轮(塑料磁体塑料磁体)水泵马达的驱动力通过叶轮和耦合器之间磁性引力传递到叶轮上互锁开关功能当联锁电路开路,该系统会防止混合动力系统运作或关闭SMRSMR动力管理控制 ECU(HV CPU)ON/OFF带转换器的变频器总成HV电池互锁开关(变频器端子盖)互锁开关(高电压线束连接器)互锁开关(服务插销)互锁开关安装正确:0 V 互锁开关安装不正确:12 VILK互锁开关方位服务插销服务插销连接器连接器连接器连接器连接器连接器HVHV电池的高电压电缆电池的高电压电缆带转换器的变频器总成带转换器的变频器总成HV电池电池 冷却系统冷却系统 冷却系统与发动机冷却系统分开，冷却带转换器的变频器总成和MG1带转换器的变频器总成HV散热器储水箱带马达的HV水泵HV 散热器HV散热器(变频器)带马达的HV水泵带转换器的变频器总成HV散热器储水箱HV 传动桥冷却系统带马达的HV水泵 使用高输出无电刷型的泵马达带马达的HV水泵叶轮叶轮磁铁磁铁线圈线圈轴轴轴承轴承马达控制器马达控制器