丰田第二代混合动力系统(THSⅡ).ppt

10汽检（ 2）班 翁星星 100340209 丰田第二代混合动力系统 THS 混合动力汽车的概念混合动力汽车 (Hybrid EleetriC vehiez。，简称 HEV) 是在电动汽车 (仅依靠电能驱动的车辆 )上加人辅助动力单元，将电力驱 动与辅助动力驱动结合起来，充分发挥两者各自的优势及两者相结合产 生的新优势的电动汽车。电力驱动可采用直流电动机或三相同步 (或异步 ) 电动机 ;辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机或动力发电机组。混合 动力汽车通常采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热 能和电能 2套系统开动汽车。简单地说，就是将传统的发动机尽量做小， 让一部分动力由电池一电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了 发 动机持续工作时间长，动力性好 的优点，又可以发挥 电动机无污染、低 噪声的好处， 两者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高 10% 以上，废气排放可降低 30%以上。混合动力汽车的分类按动力藕合方式 的不同，可将混合动力汽车 分为串联、并联和混联 3种形式 。 1 THS 系统简介 1. 1 系统组成 THS 系统主要部件有采用 Atkinson 循环的高效汽油机、永 磁交流同步电机、发电机、高性 能镍金属氢化物 (NI - MH)电池和 功率控制单元 ,见图 1。功率控制 单元由高压电源电路、 AC - DC 逆变器组成。电源电路将电动机 和发动机的电压升至 500 V。 AC - DC逆变器用于电动机、发电机 的交流电和混合动力电池的直流 电之间的转换 ,动力分配装置用 于分配、合成和传递发动机、电 动机和发电机的机械动力。 各装 置之间取长补短，优势互补，使 得发动机达到最大的效率。 1. 2 THS 系统工作过程 a.启动 ,低速到中速运转时 ,只要电池电量在合理范围内 ,汽车由电动机驱动 , 此时 整车处于电动车模式 ,不排废气。 b.当整车进入一般行驶条件时 ,此时发电机起到启动机的作用 ,使发动机从 静止开始旋转 ,直到点火。整车动力一部分来自发动机 ,另一部分则由发 动机带动发电机后给电动机供电驱动车轮。 c .瞬间加速除与一般行驶条件相同外 ,电池会提供额外的功率给电机来改善 整车加速性能 ,此时 发动机瞬态加速性能大幅提高 ,制造了不少驾驶乐趣。 d.减速、制动 ,车轮驱动电动机。电动机起到发电机作用。再生制动系统将 动能转变为电能 ,并储存于镍氢能电池。 e.电池再充电 ,电池始终保持充足电量。根据需要 ,发动机驱动发电机给电 池充电。 f .停车 ,发动机自动熄火。 2 THS 系统的主要部件 2. 1 发动机 丰田 prius采用 1. 5 L 汽油发动机。工 作循环 Atkinson循环 ,热效率高 ,膨胀 比大 。采用 VVT - i (智能可变气门正时 ) 装置 ,可以根据工况准确调整进气门开 启与关闭时刻 ,始终保持最大充气效率。 采用挤压紧凑型燃烧室 ,确保燃烧室内 火焰快速传播。采用铝合金的气缸体 , 减轻质量 ,缩小尺寸。小而轻的缸体及 紧凑的进气岐管提高了燃油效率。发 动机最高转速从 4 500 rP min 提高到 5 000 rPmin ,输出功率增大。采用较 小张力的活塞环 ,减小摩擦损失。发动 机转速的提高使发电机旋转更快 ,提高 加速时的驱动力 ,改善了燃油效率 。 2. 2 高电压系统 电机和发电机 发动机和发电机的电压从 THS的 274 V 增大到 THS 的 500 V ,电源供 给电机的电流减小 ,减少了热损耗 。 2. 2. 1 电机 电机采用 交流永磁电机 ,采用钕磁铁 (永久磁铁 )转子 。通过优化永磁铁排 列形式 ,提高驱动热和增长输出 ;从图 3可以看出高电压 (500 V)使电机的 输出功率比 THS系统的提高 1. 5 倍 ,即从 33 kW到 50 kW,而电机尺寸没 有改变 ,单位质量和体积所产生的输出功率在世界上最大。在电机控制方 面 ,在中转速范围增加全新的过调制控制系统 :保留原来的低速和高速控 制方法。通过改进脉冲宽度调制方法 ,中速范围的输出比原来的最大值增 加大约 30 %。 2. 2. 2 发电机 与电动机一样 ,发电机也是采用 交流永磁的 ,通过向高功率电动机提供充 足的电 ,发电机高速旋转 ,以增大输出。采用增加转子强度等措施 ,将最 大功率输出时的转速从 6 500 rP min (传统型 )提高到 10 000 rPmin ,高 转速明显地提高了中转速范围的电力 ,改善半低转速范围的加速性能。 2. 3 功率控制单元 ,电池和再生制动系统 2. 3. 1 功率控制单元 功率控制单元包括一个将电池的直流电变为驱动电机的交流电的逆变器 和转换成 12V的 DC/ DC转换器。在 THS 系统中 ,增加一个将电源电压 提高到 500 V的高电压电源电路 ,根据功率 =电压 电流的关系式 ,提高 电压就可以减小电流 ,可减小逆变器的大小。由于控制电路是集成的 ,功 率控制单元与以前大小一样。 2. 3. 2 半导体开关装置 ( IGBT) 半导体开关装置 ( IGBT ,绝缘门双极晶体管 )提高电池电压 ,并将增大的直 流电转变成驱动电机的交流电 ,由于转换的电流大 ,减小发热量很重要。 丰田研制出一种独特的 ,可细调到晶体级的晶体管 ,该装置要比 THS的类 似装置小 20 % ,具有低发热 ,高效率的性能 。 2. 3. 3 再生制动系统 再生制动系统用于发动机制动或脚制动 ,将电动机变成发电 机 ,转变汽车的动能为电能 ,给电池充电 ,在市区行驶时 ,该系 统对于能量回收很有效 ,因为在城市行驶时 ,需经常加速和减 速。踩动制动踏板时 ,本系统协调电子控制制动系统 (ECB)的 液压制动和再生制动关系 ,优先利用再生制动 ,甚至在车速很 低时 ,也能回收能量。此外 ,通过改善电池性能 ,能更多地回 收能量。通过 减小 传动系统内部 摩擦损失 ,减速期间的能量 也被回收。 2. 4 混合动力传动系统 混合动力传动系统由动力分配装置、 发电机、电动机和减速器等组成。发 动机的动力由动力分配装置分为两部 分 ,一个动力输出轴与电动机和车轮 连接 ,另一个输出轴与发电机相连。 这样 ,发动机从两条路线传递 ,即机 械路线和电路。也可安装电控无级变 速器 ,可连续地改变发动机转速以及 电动机和发电机转速。 THS - H采用 低摩擦球轴承传动装置 ,摩擦损失减 小 30 %。动力分配装置采用行星齿 轮机构。行星齿轮架的转轴直接与发 动机连接 ,通过行星齿轮把动力传给 外齿圈和内太阳轮。齿圈的转轴直接 与电动机连接 ,把驱动力传给车轮 , 太阳轮直接与发电机连接 。 2. 5 THS - 的控制系统 THS - 的控制系统调节整车的能量 分配 ,使整车的工作效率最优。这包 括汽车行驶的能量、辅助装置消耗的 能量 ,如空调、加热器大灯和巡航系 统。控制系统监测需求量和混合动力 系统、部件的工作状态 ,如发动机 , 整个混合动力车的能量来源 ;电动机 , 利用电池的电能产生使汽车行驶的驱 动力 ;电池 ,储存电动机在汽车减速时 产生的电能。通过汽车控制网络、驾 驶员的指令获得制动信息。比如节气 门开放 ,换档位置等。换句话 说 ,THS 的控制 ,实时监测汽车的 各种能量消耗状态 ,提供快速、准确 的整体控制 ,使汽车能够安全、高效、 平稳地行驶 。 2. 5. 1 再生制动控制 在 THS系统中 ,电子控制制动系统 ( ECB)通过协调制动系统的液压制动 和再生制动 ,最佳地利用再生制动 ,用电池回收能量 ,提高汽车整体效率 及燃油经济性。 3 THS 效果 3. 1 增大输出 THS 的电机电压增大到 500 V ,使电动机输出功率增大 1. 5倍 ,从 35 kW增到 50 kW。与此相匹配 ,发电机最大转速从 6 500 r/ min 提高到 10 000 r/ min。这样 ,在中低速范围提高供给电动机的电能 ,提高了电动机输 出功率 ,从而大大提高了整个系统的输出 ,这也包括发动机直接驱动力的 输出。此外 ,在高转速范围 ,发动机旋转得更快 ,输出更大 ,这样增大了系 统的动力输出 ,提高了加速性能。由于中低车速范围输出功率增大 ,起步 加速性和超车加速性明显改善 ,性能水平已超过 2. 0 L 汽油机 ,由于采用 大功率输出电动机 ,提高了响应能力和平稳加速性。 3. 2 排放性能 根据丰田室内测试 ,采用 THS 的汽车排放水平 ,满足日本 超低排放 水平 ,以及加利福尼亚的零排放法规 (ATPZEV)和欧 排放法规。 谢谢