丰田普锐斯混合动力汽车.ppt

项目四 丰田普锐斯混合动力汽车 活动一 丰田普锐斯混合动力汽车概述 日本丰田汽车于 1997年所推出世界上第一个大规模生 产的混合动力车辆车款，随后在 2001年销往全世界 40 多个国家和地区，其最大的市场是 日本和北美 。 美国 是普锐斯最大的市场，至 2009初为止，美国丰田总共 卖了超过 60万量。 普锐斯是在美国销售的汽车中最省油的。评价普锐斯 是美国目前为止二氧化碳排放量最干净的车辆。 英国运输部公布普锐斯是在英国销售的车辆中最少二 氧化碳排放的第二名。 Toyota Prius 到目前为止推出了第 3 个版本： 第一代 Prius 于 1997 年上市，主要在日本销售； 第二代 Prius 2000年开始在美国和欧洲销售。虽然混 合动力配置没有改变，但动力性增强了，几乎是一辆 重新设计的新车； Prius 于 2003年在美国发售第三代。 2006年 1月普锐斯 Prius在中国上市。 第一代普锐斯，型号 NHW10， 1997年 12月出厂 ,只在日本内 销。 世界上第一辆大规模量产的汽油电动混合动力车。 第一代普锐斯的生产成本高达 32000美元，但是售价只为 16929美元，也就是每辆 NHW10都是亏本出售。 动力方面，搭载一台 1.5L汽油发动机 、 永磁交流电动机 和 288伏镍金属氢化物（镍氢）电池组 。 第二代普锐斯 ,NHW20已重新设计成为 5门掀背款。 这一代的普锐斯比上一代长了 150mm。 动力方面，普锐斯 NHW20搭载一台 1.5升 4缸汽油发动机 、 永磁交流电动机 和 500伏镍金属氢化物（镍氢）电池组 。 普锐斯 NHW20也是普锐斯首次进入中国的车型。中国市场 的普锐斯由四川一汽丰田汽车公司 第三代普锐斯， ZVW30，采用更富动感的全新线条，锐利 的头灯赋予更为鲜明的车头样貌 动力方面， 全新 1.8升发动机 电动传动系统部份，新一代普锐斯的电动马达输出自 68马 力提升至 82马力，工程师并将减速齿轮纳入马达内部，以 在提供更高额输出的同时，降低马达本身的体积与重量。 PRIUS普锐斯特点： PRIUS普锐斯油电混合动力系统使发动机和电动机的协 同驱动实现低油耗、低排放。利用电动机驱动时对环 境没有任何污染； 在减速、制动和下坡时还能回收能量以供再利用； 当遇到 红灯停驶时，发动机会自动停止工作 ，这将没 有任何燃油的消耗！因此，油耗和尾气排放都得到了 有效改善 PRIUS普锐斯特点： Prius是第一辆混联型的 HEV，它的动力系统叫做 Toyota Hybrid Sy stem (THS) ，结合了 串连和并联 两种方式的 特点。 (THS)由发动机，发电机，电动机，行星齿轮，逆变器和 动力蓄电池组组成。 发动机是传统的 4 缸汽油机 Ni-MH 蓄电池组，无需外接充电，免维护； 制动系采用前后轮均为盘式制动，制动为线控，最优化制 动再生能量充电。 PRIUS普锐斯特点： (THS)由发动机，发电机，电动机，行星齿轮，逆变器和 动力蓄电池组组成。 发电机和电动机都可以做电动机，也可以做发电机，叫做 MG1， MG2。行星齿轮将两个电机，发动机有机的联系起来 电机是交流永磁同步无刷电机，最大功率分别为 33K W 和 16 KW； 活动二 丰田普锐斯混合动力系统结构 电池系统 电池系统由电流传感器、保险丝、服务插销、系统主继电 器、电池控制模块 ECU、电池通风温控系统构成。 在修理汽车时，为了确保安全，通过 service plug 人为 地断开电路； 当电池产生短路时，保险丝断开，以防止电子器件的损坏 和车上发生火灾； 系统主继电器随着点火钥匙的 on /off 而闭合或断开 ，点火钥 匙转到 OFF 时，主继电器切断高压系统以确保安全，当汽车受 到碰撞或系统有故障时，主继电器也会断开高压电； 电池 ECU 根据电池的电流、电压和温度来计算电池的 SOC， 并把它送到整车控制系统，同时它还检测电池是否正常； 电池有 温控系统 。装在通风道上的风扇把来自驾驶室的风， 通过过滤器，通风管路，送到高压电池盒。 HV电池 ，每单元 7.2V，共 34个模块，因此单元 (7.2 V) x 34模块 = DC 244.8 V， HV总电压为 244.8V。 二、 12V蓄电池 12 伏蓄电池给汽车上的电器、控制器提供电源。当蓄 电池电压低时，由 CON-VER TER 把 300 伏的直流电转 换成低压直流电 (12 伏 )给蓄电池充电； 汽车在准备模式时，给 12V 电池充电，车灯、后窗除 霜器、 EMPS(电子辅助动力系统 ) 和其它电子设备由 CONVERTER 供电； 在 ACC（自适应巡航系统） 模式时，由 34AH 蓄电池 供电，可持续 15 小时； 在 key-off模式下，蓄电池有 75mA 漏电电流，即使不 用车，电池也只能持续大约两个星期。 三、混合动力传动桥 丰田 Prius所采用的混合驱动方式，它将 发动机、发电 机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来 。 Prius 采用行星齿轮作为变速机构，可以实现 电机与 发动机的动力分配和无极变速 。 动力总成 和 传递机构 主要由电机 MG1、电机 MG2、动力 分配行星排、减速行星排、过渡齿轮、主减速器和差 速器等组成。 1、组合齿轮单元结构 在动力分配行星排中， 行星架与发动机相连，太阳轮 与 MG1相连，齿圈通过过渡齿轮与主减速器相连 。发动 机输出的动力被分成用于 驱动 MG1发电的动力 (电动力 ) 和用于 直接驱动车轮的动力 (机械动力 )两个部分 。 在减速行星排中，行星架固定，太阳轮与 MG2相连，齿 圈与动力分配行星排的齿圈相连。 MG2的动力经过减速 行星排减速增矩后，也通过过渡齿轮向主减速器输出 。 2、高输出功率电动机 Prius普锐斯油电混合动力系统的电动机 MG1、 MG2是 交流同步电动机 。 MG1主要用于调速 ,MG2主要作为驱动电机 , 2个电机均 可以作为 发电机和电动机 。 （ 1） MG1作用 作为电动机， 起动发动机 ，把 发动机从静止拖动到 1000 转左右 ， 然后发动机喷油点火； 在 发动机有轴功输出时， MG1正转，作发电机 ，对电池充电和对 MG2供电； MG1反转时，则作为电动机 ，消耗电能。 通过调节 MG1的转速来实现发动机在某个高效功率点运行； 随车 速的变化， 调节 MG1的转速，实现行星齿轮无级变速的功能 （ 2） MG2作用 EV模式运行时， 作电动机，独立驱动汽车 ； 汽车加速和需要辅助功率时 ，作 电动机 ； 汽车中等速度巡航时，发动机输出功率较低， MG1反转作电动机， MG2作发电机 ，对电池充电和对 MG1供电； 制动时发电 ； 倒车时， 反转驱动汽车 油电混合动力系统中采用了 “再生制动器”， 它利 用 电动机的发电来再次利用动能 。 在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量 。 城市中行驶时反复进行的调速操作具有较高的能量回 收效果，所以在 低速带优先使用再生制动器 。 Prius普锐斯在城市中行驶 100km，即可再生相当于 1 升汽油的能量 。 四、动力控制单元 使用电动机行驶的普锐斯油电混合动力系统中安装有 由 变频器、可变电压系统、 DC/DC转换器组成的动力控 制单元 。 1、变频器 变频器将 HV蓄电池的 直流电流 转换成电动机和发电机 使用的 交流电流 。另外也将 发电机和电动机 发出的 交 流电流 转换成可供 HV蓄电池充电 的 直流电流 。 2、可变电压系统 2.可变电压系统 3、 DC/DC转换器 DC/DC转换器将 HV蓄电池和发电机发出的 244.8/201.6V 直流电流减压至 12V，以供 车辆的辅助设备、电子部件 ECU作为电源使用 。 4、 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。 5、电子控制系统 ECM 电子控制系统是 集中控制车辆中各种系统的电子装置 ， 可称为汽车的大脑。 油电混合动力系统采用 ECU实时 监控汽车各系统的运转 情况和能量消耗情况，进行精密且高速的综合控制 五、高电压线束 Prius普锐斯的高电压线束既要承受高电压、高电流， 保证电机的供电与发电需要，同时还要确保安全。 Prius普锐斯的高电压线束除了向电机提供高压电以外， 还得 向空调系统的带马达的压缩机总成供电 。 六、汽油发动机 油电混合动力系统中安装的发动机与以往机型相比， 具有 低油耗，高输出的特性 。 1、高膨胀比循环 发动机进气门关闭时间延迟，使进气和排气损失减小 缩小燃烧室容积，以提高膨胀比 ，即等待爆发压力在充分降低 后才进行排气，由此充分利用爆发能量。 2、高旋转化 将发动机的最高转数升至 5000r.p.m，提高了输出功率。 在减少摩擦损失的同时提高了最高转数 ，所以既加大 了加速时的驱动力，又实现了低油耗。 运转部件的重量更轻； 活塞环的张力更小； 气门弹簧的反弹力更小。 3、采用 VVT-i“ 智能可变配气正时系统 ” 采用 VVT-i，可根据行驶状况细微地调节进气阀的工作 时间。 可在各种旋转带进行高效燃烧，为提高输出功率，降 低油耗作出贡献。 气缸容积通过 VVT-i是可以改变的。 七、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。 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 ， 预热性能 以及 减少冷却损失 进一步提高发 动机工作效率。 八、电池及变频器冷却系统 Pruis普锐斯电池及变频器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、 MG2 采用强制循环式水冷却，由电动水泵提供循环动力 电池及变频器冷却系统使用了带马达的 HV水泵，水泵采用 了 高输出无电刷型的泵马达 。 九、 A/C 压缩机 Pruis普锐斯在纯电力驱动时，由于发动机不工作，采 用传统的空调系统会影响车辆舒适性，因些与普通车 辆不同， Pruis普锐斯 A/C系统使用一个由马达驱动的 电子变频器压缩机 ，从而确保了汽车空调的正常运行。 Pruis普锐斯的空调 A/C 压缩机的结构， A/C 变频器产生 3相交流电驱动马达 。 活动三 丰田普锐斯混合动力系统的特点与工作原理 丰田 Prius普锐斯特点是 低油耗、低尾气排放量、良好的加 速、运行安静的传动系统 。 一、低油耗的工作原理 Prius油电混合动力系统可 分别使用电动机和发动机来行驶 油耗与低一等级排量车体尺寸的车辆相当，功率却与高一 等级车辆相当 。 与同等排量的车辆相比，其 低油耗性能居世界最高水平。 一、低油耗的工作原理 在 启动及低速行驶时 ， Prius油电混合动力系统 仅利用电 动机的动力来行驶 ，因为这时发动机的效率不高； 在 一般行驶时发动机效率很高 ，发动机产生的动力不仅 是 车轮的驱动力 ，同时也 用来发电带动电动机 ，并 给 HV 蓄电池充电 ； 在减速或制动时 ， TOYOTA油电混合动力系统以车轮的旋 转力驱动电动机发电， 将能量回收到 HV蓄电池中 。 1、启动时 充分 利用电动机启动时的低速扭矩 当汽车启动时，油电混合动力系统 仅使用由 HV蓄电池 提供能量的电动机的动力启动 ，这时 发动机并不运转 。 因为发动机不能在低旋转带输出大扭矩，而电动机可 以灵敏、顺畅、高效地进行启动。 2、低速、中速行驶时 由 高效 利用能量的电动机驱动 行驶 对于发动机而言，在低速中速带的效率并不理想， 而另一面，电动机在低速 -中速带性能优越。因此在用 低速 -中速行驶时， 油电混合动力系统 使用 HV蓄电池的 电力，驱动电动机行驶 注意： 当 HV蓄电池的电量少时，利用发动机来带动发 电机发电，为电动机提供动力。 3、一般行驶时 低油耗的驾驶、 使用发动机作为主要动 力源 由 发动机产生的动力直接驱动车轮 ，依照驾驶状况 部 分动力被分配给发电机 ，由 发电机产生的动力用来驱 动电动机和辅助发动机 ，利用发动机和电动机这一双 重传动系统，发动机产生的动力以最小消耗被传向地 面。 注意： HV蓄电池的电量少时，发动机输出功率会被提 高以加大发电量，来给 HV蓄电池充电。 4、一般行驶时 /剩余能量充电 将 剩余能量用于 HV蓄电池充电 ，因为 TOYOTA油电混合 动力系统在高速运转时是采用发动机来驱动，而发动 机有时会产生多余的能量。这时 多余的能量由发电机 转换成电力，用于储存在 HV蓄电池中 。 5、全速行驶时 利用双动力来获得更高一级的加速 在需要强劲加速力（如爬陡坡及超车）时， HV蓄电池 也提供电力，来加大电动机的驱动力 。 通过 发动机和电动机双动力的结合使用 ，油电混合动 力系统得以实现与高一级发动机同等水平的强劲而流 畅的加速性能。 6、减速 /能量再生时 将减速时的能量回收到 HV蓄电池中 在踩制动器和松油门时，油电混合动力系统使 车轮的旋 转力带动电动机运转，将其作为发电机使用 。 减速时通常作为摩擦热散失掉的能量，在此被转换成电 能，回收到 HV蓄电池中进行再利用。 7、停车时 动力系统全部停止 在停车时，发动机、电动机、发电机全部自动停止运 转。不会因怠速而浪费能量。 注意： 当 HV蓄电池的充电量较低时，发动机将继续运 转，以给 HV蓄电池充电 ；另外有时因与空调开关连动， 发动机会仍保持运转。 二、低尾气排放的工作原理 采用了 三元催化剂 和 VVT-i，并改良了 空燃比补偿装置 、 点火时间控制装置 、 燃料蒸发排放物控制装置 及其它 各种设备，从而有效地控制了有害气体的产生，并增 强了尾气净化性能。 Prius低尾气排放做到 CO2减少为以往的 45%， NOx、 HC 减少到一半以下 三、驾驶方便、动力强劲的工作原理 1、驾驶方便 （ 1）灵活控制电动机和发动机 当驾驶员发出指令时， 油电混合系统能迅速输出所 需动力 ，其可以 分析驾驶情况和行驶条件输出最佳 驱动力 （ 2）驱动辅助 油电混合系统安装有 智能驾驶操作系统，电动机利 用传感器掌握驾驶情况，瞬间输出所需动力 。 （ 3）电动机 TRC 通过控制电动机驱动力减少轮胎打滑 。当高精度旋 转传感器检测出轮胎即将空转时， 电动机立即向驱 动轴补充能量，以恢复驱动轴的动力 。 （ 4）爬坡动力辅助 爬坡时利用电动机补充驱动力 ，驾驶员无需进行油 门加大操作，高精度旋转传感器 检测出坡道的坡度 和汽车总体重量，根据情况自动加大驱动力输出 。 （ 5）坡道启动控制 利用 电动机的驱动力防止汽车在斜坡上停止及启动 时出现倒车现象 。将制动器松开，汽车也不会倒退。 高精度旋转传感器检测出车轮最细微的前进和后退， 根据坡度和油门开度指示电动机输出所需的驱动力 2、强劲加速 强劲加速的工作原理主要体现在以下几个方面： （ 1）理想的动力系统控制 电动机在低速带产生大扭矩，发动机在高速带具 有良好的输出功率 。油电混合系统控制两种动力， 使在低速和高速时都能顺畅、平稳的加速。 （ 2）扭矩分配系统控制 油电混合系统的变速器可将发动机、发电机和电 动机的转速及扭矩的分配通过电子方式进行无极 调速。 驾驶员无需操作离合器和变速器就可以实 现平稳的加速和减速 五、超群的静谧性的工作原理 1、 EV驱动模式 油电混合动力系统在发动机工作效率欠佳的低速和中 速段， 仅靠电动机的驱动力来行驶，利用电力带动的 电动机是非常安静的驱动力 。 如果发生以下情况，将自动解除 EV驾驶模式 HV蓄电池的充电状态在规定值以下 车速在 55km/h以上 油门开度在规定值以上 2、 Prius的静谧性技术 通 过 EV驱动、适当配置消音器、以及在车身各处涂抹 减振材料 等方法来提高静谧性。 消音材料配置在适当处以减少发动机的噪音。在部分 驾驶室前壁板、地板上涂抹减振材料，从而确保吸音 性和遮音性。 六、混联式混合动力的工作原理 普锐斯油电混合动力系统采用的是 “混联式混合动 力”。 该系统组合 “串联式混合动力系统”以及 “并联式 混合动力系统”，是一个综合双方优点的理想系统。 还利用最尖端的技术开发并改良了驱动系统、发电系 统和控制系统 混联式混合动力利用 电动机和发动机这两个动力来驱动 车轮 ，同时电动机在行驶当中还可以发电，可以一边行驶， 一边给 HV蓄电池充电。 根据行驶条件的不同， 可以仅靠电动机驱动力来行驶 ，或 者利用 发动机和电动机驱动行驶 。 基本结构由电动机、发动机、 HV蓄电池、发电机、动力分 离装置、电子控制单元 (变压器、转换器 )组成。 利用 动力分离装置将发动机的动力分成两份 ，一 部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给 电动机供应电力和 HV蓄电池充电。 电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则 在高速带大显身手 。系统通过理想地控制二者， 可在所有条件下提供高效率的行驶。