1、 新能源汽车运用与控制新能源汽车运用与控制 南京林业大学汽车与交通工程学院南京林业大学汽车与交通工程学院 -杨忠颇杨忠颇 内内 容容 前前 言言 新能源动力汽车的发展概述新能源动力汽车的发展概述一、组合高压电池结构与管理监控一、组合高压电池结构与管理监控二、车用电力驱动电机（发电机）结构与控制二、车用电力驱动电机（发电机）结构与控制三、三、 HV混合动力车驱动管理控制装置混合动力车驱动管理控制装置四、电力转换驱动控制系统装置与连接性能的检测四、电力转换驱动控制系统装置与连接性能的检测五、新能源电动车使用缺点与安全五、新能源电动车使用缺点与安全 小小 结结前前 言言 不断增加的燃烧热能需求与排放
2、，赖以生存的环境空气不断的遭受污染，石油能源有限储量面临不断的减少短缺，人类正主动的迎接这一历史性的严峻挑战。 为使我们的天空变蓝，人与地球生态资源的和谐共处，开发清洁、高效、智能化的新能源，取代现在正在使用的内燃机热力热力的车辆，是该时期的迫切需要； 发展纯电动、混合动力和燃料电池电动化的电力电力车辆，是该时期汽车动力的转型，主要体现了电动机、电力控制、电瓶技术在车辆上可靠的安全性新能源车的特点主要体现了汽新能源车的特点主要体现了汽车电力驱动的运用（高压）。车电力驱动的运用（高压）。 了解新能源汽车的电力结构原理与控制技术特点，掌握安了解新能源汽车的电力结构原理与控制技术特点，掌握安全操作规
3、范，对养护、维修、诊断现代新能源电动车，是现全操作规范，对养护、维修、诊断现代新能源电动车，是现代修理技能的必修课。代修理技能的必修课。 新能源动力汽车的发展概述新能源动力汽车的发展概述 现热力驱动的内燃机因能源与严厉的环保法规现热力驱动的内燃机因能源与严厉的环保法规约束下已不适应需求，将会被新能源电动车所取代。约束下已不适应需求，将会被新能源电动车所取代。 目前作为热力转型时期的新能源电动动车，不管目前作为热力转型时期的新能源电动动车，不管是运用燃料电池还是纯电驱动，在技术上都存在着是运用燃料电池还是纯电驱动，在技术上都存在着难以大面积推广的弊端，汽车要完全进入难以大面积推广的弊端，汽车要完
4、全进入“纯电能纯电能时代时代”，必须要有过渡技术，必须要有过渡技术-混动力汽车，才是目混动力汽车，才是目前相对容易推广新能源与环保解决的最终方案之一。前相对容易推广新能源与环保解决的最终方案之一。 电力驱动车的发展，在动力总体结构上，最终完电力驱动车的发展，在动力总体结构上，最终完全淘汰热力发动机和变速器，其电力驱动结构的方全淘汰热力发动机和变速器，其电力驱动结构的方式几乎不大式几乎不大。 国家国家“863863计划计划”2001 新能源车发展框架新能源车发展框架 新能源车运用的技术结构特征新能源车运用的技术结构特征主要特征是：主要特征是：在原有的动力在原有的动力结构上：运用了高压电源，控制电
5、机、加入结构上：运用了高压电源，控制电机、加入了电力驱动的车辆（减少或取代热力燃油消耗与排放污染的热力驱动了电力驱动的车辆（减少或取代热力燃油消耗与排放污染的热力驱动装置）。装置）。1、混合动力驱动混合动力驱动 用两个以上能源动力驱动的车辆、主要体现在原燃油内燃机热力经用两个以上能源动力驱动的车辆、主要体现在原燃油内燃机热力经变速器输出驱动的基础上，改造增添了高压电力电机驱动。变速器输出驱动的基础上，改造增添了高压电力电机驱动。2、燃料电池驱动、燃料电池驱动 主要以氢与氧能源在特定的装置设备内、电解产生电力能量，控制主要以氢与氧能源在特定的装置设备内、电解产生电力能量，控制高压电机驱动的车辆。
6、高压电机驱动的车辆。3、纯电力驱动、纯电力驱动 直接由高压蓄电池供电，经变频器电机控制单元、控制电机起动运直接由高压蓄电池供电，经变频器电机控制单元、控制电机起动运转，淘汰了热力发动机，变速器装置，只靠高压电力驱动的车辆。转，淘汰了热力发动机，变速器装置，只靠高压电力驱动的车辆。 （三种驱动形式称为三纵、高压电三装置管理控制驱动的形式又称三横）（三种驱动形式称为三纵、高压电三装置管理控制驱动的形式又称三横）。 4、高压电装置特征高压电装置特征 直流高压电池输出与变频器连接到电机的导线路，都是高压导线，绝直流高压电池输出与变频器连接到电机的导线路，都是高压导线，绝缘性很高，均以橙色表示，在养护、
7、维修时有风险，应规范注意缘性很高，均以橙色表示，在养护、维修时有风险，应规范注意安全安全防护，断电防护，断电10分钟后才能进行操作！分钟后才能进行操作！ 纯电动车的电力驱动系统整体布置结构纯电动车的电力驱动系统整体布置结构纯电动汽车产纯电动汽车产品结构简述品结构简述 一、产品结构特点一、产品结构特点S11电动车系统框图电动车系统框图驱动方式：前置前驱动方式：前置前驱动驱动力总成：减速器（速比力总成：减速器（速比9.0359.035）+6kw+6kw永磁同步电机永磁同步电机能能量路径：量路径： 高压：车载充电器高压：车载充电器动力电池（动力电池（BattBatt）三项电三项电机控制器（机控制器（
8、InverterInverter）高压电高压电机机 低压：动力电池低压：动力电池DCDCDCDC低压电器系统低压电器系统前舱动前舱动力电池力电池驱动力管理驱动力管理控制控制MCU高压线束总成高压线束总成DCDC转换转换前前舱车身电器舱车身电器小小电池电池预充电接线盒预充电接线盒后底板下动力电池后底板下动力电池后舱动力电池后舱动力电池充电器充电器高压电机高压电机驱动总成驱动总成 纯纯电动汽电动汽车元件布置结构图车元件布置结构图 二、产品总布置二、产品总布置典型典型EV纯电动汽车结构与控制原理纯电动汽车结构与控制原理图图外部充电外部充电点火开关唤醒点火开关唤醒燃料电池电动车燃料电池电动车 燃料电池
9、工作原理燃料电池工作原理 虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的+-电荷转移来形成电流的。 最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气原子拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以.电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。 混合动力车作为混合动力车作为“准绿色汽车准绿色汽车”，保留内，保留内燃机与一定燃机与一定的热力特性的热力特性和先和先进控进控制电机电力系统特性驱动的相制电机电力系统特性驱动的相结合，可以大幅度降低油耗，结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物
10、排放减少污染物排放，是是内燃机汽内燃机汽车转向电车转向电动汽车动汽车之前的之前的过渡产过渡产品品！Q5混合动力车整体结构混合动力车整体结构 混合动力运用技术混合动力运用技术HV动力驱动管理控制单元动力驱动管理控制单元 丰田普锐斯混合动力驱动总成丰田普锐斯混合动力驱动总成 分分 类类 性性 能能 MicroHybrid 弱弱 混混 mildHybrid 轻轻 混（中）混（中） FullHybrid 全全 混（强）混（强）电功率比例电功率比例（混合度）（混合度） 5% 525 % 2550 %功能功能发动机起、停发动机起、停发动机驱动、优发动机驱动、优化化电动机轻微助力、电动机轻微助力、发电发电发
11、动机起、停发动机起、停发动机驱动、发动机驱动、优化优化电机助力、发电机助力、发电电自动能量回收自动能量回收发动机起、停发动机起、停发动机驱动、发动机驱动、优化优化电机助力、发电机助力、发电电制动能量回收制动能量回收纯电动行驶纯电动行驶理论最大理论最大节油效果节油效果 510 % 1540 % 2550 %典型车型例典型车型例 君越混合动力君越混合动力本田本田insight丰田丰田Prius 混合动力车经济使用能量特性分类表混合动力车经济使用能量特性分类表 混合动力动力的运用特征混合动力动力的运用特征 THS（丰田混合动力系统）主要操作特征（丰田混合动力系统）主要操作特征从发动机停止从发动机停止
12、状态下起动状态下起动正常行驶正常行驶加速加速减速减速停停止止仅电动机仅电动机电动机和发动机电动机和发动机电动机和发动机电动机和发动机（从蓄电池获（从蓄电池获取）取）的额外电能）的额外电能）充电蓄电池充电蓄电池发动机自动停止发动机自动停止1.起动起动：发动机效率差时，例如起步和低速行驶时，发动机停止且仅利用电动：发动机效率差时，例如起步和低速行驶时，发动机停止且仅利用电动 机驱动车辆。机驱动车辆。2.行驶行驶：通过在发电机和车轮之间分配发动机动力来驱动车辆。利用产生的：通过在发电机和车轮之间分配发动机动力来驱动车辆。利用产生的 电能驱动电动机。为实现最大效率，适时配合使用发动机和电动机。电能驱动
13、电动机。为实现最大效率，适时配合使用发动机和电动机。3.加速加速：加速时，除发动机动力外，蓄电池也向电机供电以提高加速性能。：加速时，除发动机动力外，蓄电池也向电机供电以提高加速性能。4.减速减速：减速或制动时，电动机用作发电机把制动能量转换为电能并储存在蓄：减速或制动时，电动机用作发电机把制动能量转换为电能并储存在蓄 电池内。电池内。5.停止停止：车辆停止时，发动机自动停止以提高燃油经济性：车辆停止时，发动机自动停止以提高燃油经济性 THS II（丰田混合动力系统（丰田混合动力系统 II）理念理念高功率高功率低油耗低油耗 THS II 同时实现高水平环保和高功率输出，这是同时实现高水平环保和
14、高功率输出，这是“混合动混合动力协同驱动力协同驱动”的理念。该项创新通过协同电动机动力和发的理念。该项创新通过协同电动机动力和发动机动力提高车辆性能。动机动力提高车辆性能。混合动力轿车的发动机舱(丰田- PRIUS) HV普锐斯主要动力与控制部件布置图普锐斯主要动力与控制部件布置图THS II 工作原理工作原理 列列线图线图 工工作原理作原理 HV 系统控制系统控制 HV 输出计算输出计算 行驶模式控制行驶模式控制 SMR 控制控制 逆变器控制逆变器控制 逆变器工作信号逆变器工作信号 高压电容器放电高压电容器放电IGBT 切断切断 增压转换器控制增压转换器控制 DC/DC DC/AC转转换器控
15、制换器控制 电动机牵引力控制电动机牵引力控制 制动再生电力控制制动再生电力控制 E-four 控制控制 HV 蓄电池蓄电池控制控制 SOC 控制控制 HV 蓄电池冷蓄电池冷却却 绝缘异常检测绝缘异常检测 发动机控制发动机控制 空调压缩机控制空调压缩机控制 输输出技术限出技术限制制 失效保失效保护护+诊断诊断 混混合动力系合动力系统管理控制内容表统管理控制内容表 （HV控控制装置）制装置）丰田丰田HV控制系统组成结构信息方框图控制系统组成结构信息方框图HV 蓄电池制动执行器辅助电池空调压缩机空调压缩机空调变频空调变频器器DC-DC转换器转换器SMR1, 2 and 3升压转换器升压转换器MG1
16、MG2混合驱动桥混合驱动桥变频器变频器发动机档位传感器(换档, 选择)加速踏板位置 传感器车速传车速传感器感器CAN发动机发动机 ECU (ECM)防滑控制防滑控制 ECUHY电电池池 BMSHV ECU分解器型速度分解器型速度传感器传感器 (MG2)一、组合高压电池结构与管理监控一、组合高压电池结构与管理监控蓄电池智能单元蓄电池智能单元维修塞维修塞HV 蓄电池蓄电池电流电流传感器传感器电压电压 x 14+-温度温度 x 3通信通信电压电压 HV 蓄电池冷蓄电池冷却鼓风机却鼓风机动力管理控制动力管理控制 ECU (HV CPU)SOC、HOC 控制控制HV 蓄电池冷却鼓蓄电池冷却鼓风机控制风机
17、控制温度温度传传 感感器器 绝缘异常绝缘异常检测检测 HV 蓄电池控制蓄电池控制原理原理 电池管理系统（电池管理系统（Battery Management System 简称简称BMS）是对电池组进行安全监控及有效管理、提高是对电池组进行安全监控及有效管理、提高蓄电池蓄电池使用效率的装置。使用效率的装置。通过该系统对电池组充放电的有效控制，可达到增加续航里程、延长通过该系统对电池组充放电的有效控制，可达到增加续航里程、延长使用寿命，并保证电池组应用的安全和可靠性。使用寿命，并保证电池组应用的安全和可靠性。高压蓄电池电量目标与监控管理高压蓄电池电量目标与监控管理目标温度目标温度50电池管理系统主
18、要功能包括数据采集、电池状态计算、能量管理、热管理、安全管理、电池管理系统主要功能包括数据采集、电池状态计算、能量管理、热管理、安全管理、 均衡控制和通信功能等。均衡控制和通信功能等。纯电动车大面积电池组的安装布置纯电动车大面积电池组的安装布置电池种类：电池种类： 1.铅酸电池铅酸电池 2.三元锂电池（镍、钴、錳）三元锂电池（镍、钴、錳） 3.三元锂电池（镍钴铝）三元锂电池（镍钴铝） 4.镍氢碱性电池镍氢碱性电池 5.磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池 ACC最大起动电流最大起动电流 Wh/kg密度能量密度能量电池安装电池安装: 单体集成、平铺的形式安装在单体集成、平铺的形式安装在车架的底部、用水冷或很
19、冷的方式、车架的底部、用水冷或很冷的方式、保证通风散热保证通风散热 ，在严寒地区有自动，在严寒地区有自动加热装置。注：锂电池过热时、管理加热装置。注：锂电池过热时、管理会自动切断报警（否则易起火爆会自动切断报警（否则易起火爆炸炸 ）、以确保电池正常安全使用。）、以确保电池正常安全使用。 由若干小型单元体子电池集合而成的高压电池安装箱内，每个小单元之间的都有由若干小型单元体子电池集合而成的高压电池安装箱内，每个小单元之间的都有电池连接管理的采样导线、电池连接管理的采样导线、每个动力电池模组的前端每个动力电池模组的前端都有都有电池信息采集器电池信息采集器。特斯拉特斯拉Model S电池组板看似非常
20、高大上。其电池组板由电池组板看似非常高大上。其电池组板由16组电池组电池组串联而成，并且每组电池组由组串联而成，并且每组电池组由444节锂电池，每节锂电池，每74节并联形成。节并联形成。因此特斯拉因此特斯拉Model S电池组板由电池组板由7104节节18650锂电池组成。锂电池组成。特斯拉电源管理系统的控制单元的布置特斯拉电源管理系统的控制单元的布置特斯拉 电池管理器控制单元气隙是为了单元电池通风散热气隙是为了单元电池通风散热 例奥迪例奥迪Q5HV电池电池 额定电压额定电压 266 V 单格电压单格电压 3.7 V Li-ion 电池格数量电池格数量 72 (串联串联) 容量容量 5.0 A
21、h 工作温度工作温度 15 55 C ， -30 C 以下则无法保证起动功能以下则无法保证起动功能 总能量总能量 1.3 kWh 可用能量可用能量 0.8 kWh ，充电状态在，充电状态在 30 80%时时 重量重量 38 kg （安装重量）（安装重量） 混合动力车的驱动混合动力车的驱动能量管理能量管理与与策略策略1、蓄电池电量蓄电池电量SOC的控制要保证上限约的控制要保证上限约80%（上限在（上限在75%说明蓄电池性能衰竭）说明蓄电池性能衰竭）、下限、下限40%、目标、目标60%。 运行时根据油门踏板、制动踏板、车辆车速与发动机运行时根据油门踏板、制动踏板、车辆车速与发动机的传递扭矩信息、适
22、时的命的传递扭矩信息、适时的命令，以节能环保为核心、智令，以节能环保为核心、智能的控制发动机热能运转、电动机电能的动力切换或发能的控制发动机热能运转、电动机电能的动力切换或发动机电动机混能的共动力驱动的模式。动机电动机混能的共动力驱动的模式。2、能量回收：减速、下坡滑行时动机械能转换为发电能量回收：减速、下坡滑行时动机械能转换为发电+发动机拖动发电的电能、向电力系统补充电量发动机拖动发电的电能、向电力系统补充电量。3、每个电池单元格均安装了传感器监测蓄电池的连接、每个电池单元格均安装了传感器监测蓄电池的连接、电压、均衡量、剩余量、温、电压、均衡量、剩余量、温度、内阻度、内阻、能量寿命等技、能量
23、寿命等技术参数、便于控制性能调整与自诊断。术参数、便于控制性能调整与自诊断。 混合动力系统的动作模式混合动力系统的动作模式1）起步低负荷）起步低负荷 在起步和极低速行驶时，电池需要有足够的目标电量，发在起步和极低速行驶时，电池需要有足够的目标电量，发动机在低效率高油耗区切断启动，利用电动机行驶。动机在低效率高油耗区切断启动，利用电动机行驶。2）正常行驶）正常行驶 利用动力分配机构，一部分直接驱动车辆，另一部分用来利用动力分配机构，一部分直接驱动车辆，另一部分用来驱动发电机。产生的电力驱动电动机，来实现控制这两条驱动发电机。产生的电力驱动电动机，来实现控制这两条路径的动力分割比率的最大效率。路径
24、的动力分割比率的最大效率。3）全油门加速）全油门加速 全油门时，电动机提供部分动力，增加驱动力。全油门时，电动机提供部分动力，增加驱动力。4）减速、下坡、）减速、下坡、 减速、下坡时车轮带动电机作为发电机使用，将动能转化减速、下坡时车轮带动电机作为发电机使用，将动能转化为电能储存在电池中。为电能储存在电池中。5）电池充电）电池充电对电池的充电状态进行控制，使其处于一定的范围之内。当对电池的充电状态进行控制，使其处于一定的范围之内。当电池充量达到该范围的下限时，发动机启动，开始启动开电池充量达到该范围的下限时，发动机启动，开始启动开始充电。达到上限时停止充电。始充电。达到上限时停止充电。 HV高
25、压电池的组成与管理高压电池的组成与管理 镍氢碱、磷酸钴铁、磷酸锂铁、三元锂电池、石濹稀等镍氢碱、磷酸钴铁、磷酸锂铁、三元锂电池、石濹稀等 高压电池是由几十或高压电池是由几十或100多个低压单元体电池（多个低压单元体电池（3.2V3.7V）、）、串接组合在一起的总成电源（串接组合在一起的总成电源（260390V左右），它是向混合左右），它是向混合动力车或纯电动车电机提供高压电机电力驱动的主要能量源。动力车或纯电动车电机提供高压电机电力驱动的主要能量源。 管理系统监控；（与管理系统监控；（与HV管理控制模块连接并兼有自诊断功能）管理控制模块连接并兼有自诊断功能） 1、蓄电池额定电量与剩余电量、蓄电
26、池额定电量与剩余电量SOC40%、目标、目标60% 2、蓄电池的性能衰减老化指标、蓄电池的性能衰减老化指标HOC 75% 3、各子单元电量的均衡、各子单元电量的均衡指标指标!0% 4、蓄电池温度、蓄电池温度50 5、蓄电池电阻目标、蓄电池电阻目标3 6、绝缘与漏电、接触不良、绝缘与漏电、接触不良 故障状态故障状态电池管理器系统故障诊断状况电池管理器系统故障诊断状况模块温度模块温度65度度1级故障：一般高温告警级故障：一般高温告警模 块 （ 单 体 ） 电 压 模 块 （ 单 体 ） 电 压 3.851级故障：一般高压告警级故障：一般高压告警模块（单体）电压模块（单体）电压2.61级故障：一般低
27、压告警级故障：一般低压告警绝缘电阻设定值绝缘电阻设定值1级故障：一般漏电告警级故障：一般漏电告警模块温度模块温度70度度2级故障：严重高温告警级故障：严重高温告警模块（单体）电压模块（单体）电压4.12级故障：严重高压告警级故障：严重高压告警模块（单体）电压模块（单体）电压2.02级故障：严重低压告警级故障：严重低压告警绝缘电阻设定值绝缘电阻设定值2级故障：严重漏电告警级故障：严重漏电告警表表1、动力电池异常状态报警、动力电池异常状态报警二、车用电力驱动电机（发电机）二、车用电力驱动电机（发电机）结构与控制结构与控制 电力驱电力驱动电动电机机（发动机）（发动机） 其其主要优点是结构简单可靠、质
28、量较小主要优点是结构简单可靠、质量较小，控，控制器技制器技术与混术与混动车电力车电机一样较为复动车电力车电机一样较为复杂杂； 优点是效率高、起动扭矩较大及质量较小；但成本较高，且优点是效率高、起动扭矩较大及质量较小；但成本较高，且有高温退磁、抗振性较差等不有高温退磁、抗振性较差等不足，装有输出解析器检测电动机足，装有输出解析器检测电动机的转速、计算驱动电机的功率与扭矩的转速、计算驱动电机的功率与扭矩。 目前我国也研制目前我国也研制成功稀土永磁无刷成功稀土永磁无刷直流电机和直流电机和稀土永稀土永磁磁磁磁阻电机阻电机。优点；优点； 省去了转子碳刷，省去了转子碳刷，铜线材料。铜线材料。最高转速可达最
29、高转速可达8000800016000r/min16000r/minQ5HV电机驱动管理控制单元与动力导线电机驱动管理控制单元与动力导线大众车混合动力发动机并联式水冷三相电机大众车混合动力发动机并联式水冷三相电机电机组成与工作原理电机组成与工作原理1、电动机由壳体、定子、转子、解析器、高压导线组成、电动机由壳体、定子、转子、解析器、高压导线组成2、工作原理是根据电磁的、工作原理是根据电磁的SN磁极，同极相斥、异极性相磁极，同极相斥、异极性相吸的推拉同步机理形成转动效应、通过机械壳体支撑吸的推拉同步机理形成转动效应、通过机械壳体支撑向外输出目标的转速与转矩的。向外输出目标的转速与转矩的。 性能特点
30、；性能特点； 正向推动电机、机反向拖动发电。正向推动电机、机反向拖动发电。 作用；作用； 启动、拖到、发电、减速、启动、拖到、发电、减速、1、永磁电机的转速与转矩特性与形成磁极磁场的强弱，、永磁电机的转速与转矩特性与形成磁极磁场的强弱，控制电机定子导线的电流大小有关。控制电机定子导线的电流大小有关。2、对、对EV改变了控制电流的相位改变了磁场极性、改变了控制电流的相位改变了磁场极性、 即可改即可改变电机的转动方向。变电机的转动方向。2、电流与磁场磁力线相互的快速切割摩擦、易形成电机、电流与磁场磁力线相互的快速切割摩擦、易形成电机高温、为使电机能稳定可靠的工作，高温、为使电机能稳定可靠的工作，电
31、机以电机以风冷或水风冷或水冷的方式，保证电机合理的工作温度。冷的方式，保证电机合理的工作温度。大众驱动电机（发电机）结构大众驱动电机（发电机）结构 混合动力传动桥（变速器）混合动力传动桥（变速器） MG（电动机发电机）（电动机发电机）MGR2电动机电动机（传动系统）（传动系统）发电机发电机MG1发电机发电机起动机起动机转子转子定子定子定子线圈定子线圈永久磁铁永久磁铁转子转子定子定子定子线圈定子线圈永久磁铁永久磁铁解析器解析器（转速传感器）（转速传感器）解析器解析器（转速传感器）（转速传感器）混合动力传动桥（变速器）混合动力传动桥（变速器） 油泵油泵2 种类型的油泵种类型的油泵 机械油泵机械油泵
32、 电动油泵（电动油泵（LS600h 和和 GS450h）机械油泵机械油泵电动油泵电动油泵P410 混合动力传动桥混合动力传动桥PRIUS (ZVW30)L110 混合动力变速器混合动力变速器GS450h混合动力传动桥（变速器）混合动力传动桥（变速器） 传动桥阻尼器传动桥阻尼器 减小传输动能时产生的振动。减小传输动能时产生的振动。传动桥阻尼器传动桥阻尼器扭矩限制器扭矩限制器螺旋弹簧螺旋弹簧内置式电机组合与结构特点内置式电机组合与结构特点内置于混合动力传动桥的内置于混合动力传动桥的 MG1 和和 MG2 为紧凑、轻量为紧凑、轻量且高效的交流永久磁铁电动机。且高效的交流永久磁铁电动机。MG1 和和
33、MG2 均由定子、定子线圈、转子、永久磁铁均由定子、定子线圈、转子、永久磁铁和解析器（转速传感器）组成。和解析器（转速传感器）组成。备注备注：通过将：通过将 V 型永久磁铁置于转子内，可利用磁阻转型永久磁铁置于转子内，可利用磁阻转矩矩*增加转子的扭矩，从而提高输出扭矩。增加转子的扭矩，从而提高输出扭矩。 永磁式电动机转子磁块结构原理永磁式电动机转子磁块结构原理 转子的多块永磁体组成转子的多块永磁体组成V字形嵌入在转子内（多层）、实现共字形嵌入在转子内（多层）、实现共同励磁、有效增加气隙磁通（同励磁、有效增加气隙磁通（0.201.2mm)，减少漏磁（充磁更，减少漏磁（充磁更集中）、提高电机输出功
34、率，现代汽车驱动电机的转子大多采用集中）、提高电机输出功率，现代汽车驱动电机的转子大多采用这种转子结构，省去了铜线材料。这种转子结构，省去了铜线材料。转子横截面转子横截面永久磁铁永久磁铁（V 型）型）磁心磁心NSSNSNSNNNSSSNNSl *：转子中嵌入的永久磁铁可形成磁通量难以穿透的区域。磁阻转矩是转子尝试沿磁铁磁阻路径变小的方向旋转产生的转矩。磁阻转矩的方向与南北极无关。l MG1l MG1 主要用作发电机，其提供电能以驱动 MG2 并对 HV 蓄电池充电。l 此外，起动发动机时，MG1 用作起动机。l 采用密集绕组型线圈以使 MG1 更为紧凑。l MG2l MG2 主要用作电动机以驱
35、动车辆，并利用 MG1 和 HV 蓄电池提供的电能工作。l 此外，在减速过程中对 HV 蓄电池充电时其用作发电机。l 采用分散绕组型线圈以确保平稳旋转。混合动力传动桥（变速混合动力传动桥（变速器）器） 2 级电动机减速行星齿轮机构（级电动机减速行星齿轮机构（LS600h 和和 GS450h） 分分 2 个级别来降低个级别来降低 MG2 的转速。的转速。MG1MG22 级电动机减速行星齿轮机构液压控制装置 动力分配行星齿动力分配行星齿轮机构轮机构分动器分动器(LF1A)L110F 混合动力变速器混合动力变速器 (LS600h) 电动油泵 HV丰田普锐斯驱动电机丰田普锐斯驱动电机高压线路高压线路
36、所有的高压线路和连接器均为橙色，以所有的高压线路和连接器均为橙色，以方便辨认，逆变器方便辨认，逆变器电机（交流电机（交流650V）带转带转换变换变频频器控制的永磁式器控制的永磁式三项交流同步电机（发电机）原理三项交流同步电机（发电机）原理示意图示意图 变频变频器器 -马达（电动机）电力运作马达（电动机）电力运作VWUIPMIPMMGONONONVWUVWU变频器变频器电动机电动机发电机发电机电流激电流激磁转动磁转动电流产生激磁电流产生激磁转子转动输出机械能转子转动输出机械能 MG（电动机与发电机）（电动机与发电机） 解析器（转速传感器）解析器（转速传感器） 检测转子位置、转速以及检测转子位置、
37、转速以及 MG1 和和 MG2 的方向的方向解析器(MG2)解析器(MG1)解析器解析器混合动力传动桥混合动力传动桥MG解析器（电动机发电机）解析器（电动机发电机） 解析器（转速、扭矩传感器），解析器（转速、扭矩传感器），安装在安装在MG动力输出轴处动力输出轴处（三根导线）。（三根导线）。 作用；作用；ECU 利用线圈利用线圈 S 和和 C 的峰值差异计算转子的绝对位置，输出的峰值差异计算转子的绝对位置，输出信号给驱动电机控制单元，计算转速、功率、扭矩控制电动机的驱动和信号给驱动电机控制单元，计算转速、功率、扭矩控制电动机的驱动和决定热力发动机的共同驱动方式。决定热力发动机的共同驱动方式。+S
38、+C+C+S-C-C-S-S励磁线圈励磁线圈转子转子励磁线圈励磁线圈检测线圈检测线圈 S检测线圈检测线圈检测线圈检测线圈 C MG解析器（电动机发电机）解析器（电动机发电机） 解析器（转速传感器）解析器（转速传感器） 原理：原理：MG ECU 持续监视峰值，并连接峰值以形成虚拟波形。持续监视峰值，并连接峰值以形成虚拟波形。MG ECU 根据线圈根据线圈 S 虚拟波形和线圈虚拟波形和线圈 C 虚拟波形的相位差异判定转子虚拟波形的相位差异判定转子方向。此外，方向。此外，MG ECU 根据在指定时间内转子位置的变化量计算旋转速根据在指定时间内转子位置的变化量计算旋转速度。度。+S+C+C+S-C-C
39、-S-S励磁线圈励磁线圈椭圆转椭圆转子子检测线圈检测线圈励磁线圈励磁线圈线圈线圈 S线圈线圈 CMG ECU 连接峰值以形成虚拟波形连接峰值以形成虚拟波形180 0 MG（电动机发电机）（电动机发电机） 解析器；监控电机转子解析器；监控电机转子信息信息支撑在电机壳体上（转速传感器）支撑在电机壳体上（转速传感器） 电路结构图电路结构图驱动电驱动电机机&发电发电机控制机控制单元单元MG ECU解析器解析器 (MG1)解析器解析器 (MG2)励磁线圈励磁线圈检测线圈检测线圈 S检测线圈检测线圈 CGRFGGRFGRFGGRFGSNGGSNGSNGGSNGCSGGCSGCSGGCSMRFGMRFMRF
40、GMRFMSNGMSNMSNGMSNMCSGMCSMCSGMCS励磁线圈励磁线圈检测线圈检测线圈 S检测线圈检测线圈 C 解析器作用与动力输出扭矩的关系解析器作用与动力输出扭矩的关系1、MG扭矩控制扭矩控制根据转速传感器（解析器）控制根据转速传感器（解析器）控制 MG1 转速以达到目标转速。转速以达到目标转速。控制控制 MG 扭矩以达到目标扭矩以达到目标 MG转速。转速。2、直接发动机转矩计算直接发动机转矩计算计算所得的计算所得的 MG扭矩计算发动机产生的转矩。扭矩计算发动机产生的转矩。根据列线表，基于根据列线表，基于 MG 扭矩可得知车桥处的直接发动机转矩。扭矩可得知车桥处的直接发动机转矩。
41、 直接发动机转矩直接发动机转矩 = MG扭矩扭矩 x (0.72/0.28)3、 MG扭矩指令值计算扭矩指令值计算根据驾驶员请求扭矩根据驾驶员请求扭矩 1 和直接发动机转矩和直接发动机转矩 2 计算计算 MG扭矩扭矩指令值。指令值。由由 MG补充的扭矩不足以满足驾驶员请求的扭矩。补充的扭矩不足以满足驾驶员请求的扭矩。MG扭矩指令值扭矩指令值 = 驾驶员请求扭矩驾驶员请求扭矩 直接发动机转矩直接发动机转矩。 MG（电动机发电机）（电动机发电机） 温度传感器 温度传感器用于检测 MG1 和 MG2 定子的温度。温度传感器温度传感器(MG2)温度传感器温度传感器(MG1)ID: HV_DT_P01_
42、007_E0编号DTC描述应检查部位1P1A0000严重漏电故障检查动力电池、高压配电箱、电机控制器与DC总成、空调压缩机和PTC2P1A0100一般漏电故障检查动力电池、高压配电箱、电机控制器与DC总成、空调压缩机和PTC3P1A0200BIC1工作异常故障采集器14P1A0300BIC2工作异常故障采集器25P1A0400BIC3工作异常故障采集器36P1A0500BIC4工作异常故障采集器47P1A0600BIC5工作异常故障采集器58P1A0700BIC6工作异常故障采集器69P1A0800BIC7工作异常故障采集器710P1A0900BIC8工作异常故障采集器811P1A0A00BI
43、C9工作异常故障采集器912P1A0B00BIC10工作异常故障采集器1013P1A0C00BIC1电压采样断线故障电池模组1；软件会自己屏蔽掉，无需处理，若无法屏蔽则需更换电池模组14P1A0D00BIC2电压采样断线故障电池模组2；软件会自己屏蔽掉，无需处理，若无法屏蔽则需更换电池模组15P1A0E00BIC3电压采样断线故障电池模组3；软件会自己屏蔽掉，无需处理，若无法屏蔽则需更换电池模组表表2 2、动力电池故障代码、动力电池故障代码 故障现象故障现象 一辆混合动力汽车在行驶中突然显示“请检查动力系统”字样，此时动力系统不再能切换到“EV(纯电模式)”，并且制动时也不能回收能量。X 驱动
44、电机易出现的问题驱动电机易出现的问题1、电机散热不良温度过高、电机散热不良温度过高2、高压动力导线接触不良、电阻过大、绝缘漏电、高压动力导线接触不良、电阻过大、绝缘漏电3、定子与转子磁隙过小碰擦影响驱动性能、定子与转子磁隙过小碰擦影响驱动性能4、内部部件松动产生噪声异响、内部部件松动产生噪声异响5、高压电会伤人、高压电会伤人三、三、HV混合动力车驱动管理控制装置混合动力车驱动管理控制装置 混动车辆组件的布置示意混动车辆组件的布置示意 THS II 主要组件 （混合动力系统油电混合）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
45、)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)混合动力车辆的动力管理结构与网络混合动力车辆的动力管理结构与网络 网关单元（整车各节点信息转化控制传递、自诊断数据通讯信息输出） 1、混合动力车辆管理主控制单元HV 2、电池电量管理控制单元BMS 3、电力驱动管理控制单元EMS （热力发动机管理控制单元ECM） 内容内容MG（电动机发电机）（电动机发电机）解析器（转速传感器）解析器（转速传感器） 2温度传感器温度传感器 7带转换器的逆变器总成带转换器的逆变器总成逆变器电流传感器逆变器电流传感器 9逆变器温度传感器逆变器温度传感器12增压转换器温度传感器增
46、压转换器温度传感器13HV 冷却液温度传感器冷却液温度传感器14电压传感器电压传感器15大气压力传感器大气压力传感器16HV 蓄电池蓄电池HV 蓄电池电流传感器蓄电池电流传感器17HV 蓄电池温度传感器蓄电池温度传感器20HV 蓄电池单元电压蓄电池单元电压24辅助蓄电池辅助蓄电池辅助蓄电池温度传感器辅助蓄电池温度传感器26加速踏板加速踏板加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器28换档杆换档杆换档杆位置传感器换档杆位置传感器30断路器传感器断路器传感器断路器传感器断路器传感器 37混合混合动动力驱动管理控制力驱动管理控制系统系统 （主要（主要传感器传感器） 混合动力车的动力控制混合动力车的动力控制
47、 车辆的运行主要以选择开关、油门踏板与制动踏板信号为确认，蓄电池电量、温度与车辆速度、负荷特性为基础，以发动机热力和电动机电力驱动、节能环保为控制核心，对发动机或电动机的起停运转实施为目标，进行混合动力车可靠准确的驱动切换。 取决于电源管理系统控制单元，对电力蓄电池取决于电源管理系统控制单元，对电力蓄电池Soc电量、均电量、均衡值、健康值等的足量信息监控、发动机管理系统的扭矩、与衡值、健康值等的足量信息监控、发动机管理系统的扭矩、与车速、漏电参考，有保护自诊断功能。车速、漏电参考，有保护自诊断功能。1、若电量信息目标低于指示值时，混合动力控制单元会经过网络进行高速信息进行传递，通知发动机控制单
48、元启动输出动力，并进行充电能量储存。2、车辆匀速时也由SOC管理系统通知发动机启动运转输 出动力。3、在车辆加速爬坡大负荷时两个动力系统同时工作输出动力。 混合动力电力与热力功能转换控制信息网络混合动力电力与热力功能转换控制信息网络 结构原理示意图结构原理示意图高压电源电力热力转换控制单元高压电源电力热力转换控制单元dutujinen网关电脑汽车微机局域网络控制系统汽车微机局域网络控制系统CANBUSCANBUS数数据总据总线线自诊自诊信信息息蓄电池蓄电池信息信息电动机电电动机电力信息力信息电力电力控制控制单元单元发动机发动机单元单元功能解析反馈信息CANHCANHCANLCANL现代新能源动
49、力驱动控制系统的基本原理现代新能源动力驱动控制系统的基本原理DLC选择探选择探知信息知信息混合动力车动力切换混合动力车动力切换网络管理控制结构图网络管理控制结构图直流转交流的电力控制直流转交流的电力控制 结构与原理结构与原理关键词：关键词：HV高压电池、逆变器、电动高压电池、逆变器、电动机机1、发电机、发电机2、带转换器的变频器总成带转换器的变频器总成变频器 (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
50、 V)for MG2for MG1MG2 MG1SMRDC 244.8 VMG ECU动力管理控制ECU(HV CPU)电动车电力驱动管理控制器电动车电力驱动管理控制器SMR (系统系统 主继电器主继电器) 系统图系统图电流传感器电流传感器SMR2SMR1SMR3电阻电阻HV 蓄电池蓄电池检修塞检修塞电源开关电源开关空气囊传感器空气囊传感器总成总成断路传感器断路传感器互锁开关互锁开关 (检修塞检修塞)互锁开关互锁开关(变频器盖变频器盖)变频器变频器HV ECU电源控制电源控制ECU电压传电压传感器感器蓄电池蓄电池 ECU 电动机控制电路系统装置（逆变器）电动机控制电路系统装置（逆变器） 连接高
