混联式混合动力系统工作原理(丰田普锐斯THS)

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THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：全速或需要大扭矩时
车辆起步时，如需要更多动力（驾驶员深踩油门或检测到负载过大）， MG1转动启动发动机，由发动机和MG2共同驱动。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：减速/下坡时
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：减速/下坡时
电机如何驱动
三相全桥逆变：W相，Vac=Vdc*√2/2
变频器
IPM IPM
MG
U W V
ON
ON
电机如何驱动
三相全桥逆变：W相，定子线圈的极性和磁场强度是随时变化 如果转子停在了这个位置，施加电流也不会给转子力量。 THS电机为3绕组并联，且定子线圈和转子磁场的都分裂成很多极， 所以“步幅”远比图示的小。
GUU
Not-active GVU active
IG ON
电动机运转
三、THS中各工况模式及传动过程
THS中各工况模式及传动Hale Waihona Puke Baidu程
THS节能工作原理： 发动机特性：大功率输出出现在高转速区
电动机特性：扭矩大且低转速时功 率输出高
THS中各工况模式及传动过程
THS节能工作原理
THS中各工况模式及传动过程
怠速时，电流流进MG2固定行星齿轮的齿圈，发动机带动行星架转动， 行星架带动太阳轮转动，与太阳轮连接的MG1发电给电池充电。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：启动-车辆起步
车辆起步时，发动机停转，行星架被固定。MG2驱动行星齿轮齿圈， 推动车辆前进。此时，MG1处于空转状态。
THS中各工况模式及传动过程
变频器
空调变频 器
升压转换器
DC-DC 转换器
防滑控制 ECU CAN 车速传感 器
SMR1, 2 and 3 蓄电池 ECU
DLC3
辅助电池
HV 蓄电池
电机如何驱动
THS 高压DC/DC：MG1与MG2都为500Vac电压等级电机，而电池电压为201.6V， 首先采用升压斩波Boost电路进行电压提升,Vout=Vin/(1-n) 第一拍
电机如何驱动
三相全桥逆变：W相，定子线圈的极性和磁场强度是随时变化 如果转子停在了这个位置，施加电流也不会给转子力量。 THS电机为3绕组并联，且定子线圈和转子磁场的都分裂成很多极， 所以“步幅”远比图示的小。
电机如何驱动
三相全桥逆变：门级驱动波形实测。
当点火开关on, 控制绝缘栅双极晶体管（IGBT）所需要的信号就要处于开启状 态，以随时联系从分解器型转子位置传感器得到的信息。 因为发电机停转，因此U W相之间没有相位差，当发动机运行时，信号相差 120度，每一个晶体管对一旦被触发就旋转转子磁极。
THS工作模式：启动
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：启动-发动机启动预热
发动机启动时，电流流进MG2通过电磁力固定行星齿轮的齿圈，MG1 作为启动机转动太阳轮，太阳轮带动行星架转动，与行星架连接的发 动机曲轴转动，发动机启动。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：启动-发动机预热
三相全桥逆变：U相，Vac=Vdc*√2/2
变频器
IPM IPM
MG
U W V
ON
ON
电机如何驱动
三相全桥逆变：U相，定子线圈的极性和磁场强度是随时变化
电机如何驱动
三相全桥逆变：V相，Vac=Vdc*√2/2
变频器
IPM IPM
MG
U W V
ON
ON
电机如何驱动
三相全桥逆变：V相，定子线圈的极性和磁场强度是随时变化
无线门锁接收器
主车身 ECU 收发器钥匙 ECU 防盗 ECU 电源控制ECU 驻车锁止 ECU 多功能显 示器 智能ECU
偏摆率传感器 (G 传感器)
电池 ECU (RHD) 发动机 ECU (ECM) (LHD)
组合仪表 ECU
A/C ECU
DLC3 电池 ECU (LHD)
网关ECU 发动机ECU (ECM) (RHD)
最大转速 冷却系统 转/分
75
10,000 rpm 水冷
MG1 (AC 500V) MG2 (AC 500V)
THS系统组成

MG2电动机：
项目 MG2
类型 功能 额定电压 V
同步交流电机 驱动车轮、回收发 电 AC 500
50 (68) / 1200 – 1540 400 (40.8) / 0 1200 230 6,700 rpm 水冷
THS系统组成

发动机：
项目 1NZ-FXE (’04 PRIUS) 4缸,直列
气缸数和排列
气门机构
排量 缸径 x 行程 (in.) cm3 (cu. in.) mm
16气门DOHC, 链传动机构(带VVT-i)
1497 (91.3) 75.0 x 84.7 (2.95 x 3.33)
压缩比
最大输出功 率 SAE-NET (-A, -K)
可变电压系统
288-650V
变频器
OFF ON
HV 蓄电池
电机如何驱动
THS 低压DC/DC：辅助电源采用12V铅酸电池，用于常火及ON档。对辅助电池 充电，THS采用降压斩波Buck电路进行降压，Vout=n*Vin 第三拍
可变电压系统
变频器
ON
12.9-13.8Vdc
HV 蓄电池
电机如何驱动
最大输出功率kW (PS) / rpm 最大输出扭矩N· m (kgf· m) / rpm
最大扭矩时的电流值 Arms
最大转速 冷却系统 转/分
THS系统组成

电机控制器：
变频作用 变压作用
直流 交流 高电压 直流 201V 升至 直流 500V
直流-直流 转换
A/C 变频器
直流 201V 降至 直流 12V
音响单元 扩音器
导航ECU
:BEAN
:CAN
:AVC-LAN
:Local Communication
二、THS中电机如何驱动
电机如何驱动
THS高压系统组成：
档位传感器 (换档, 选择)
混合驱动桥
分解器型速度传感 器 (MG2) MG1 MG2
空调压缩机
加速踏板位置 传感器 HV ECU 发动机 ECU (ECM)
减速（B挡）时，MG2产生的电能供给MG1，MG1驱动发动机。此时发 动机断油空转。MG1输出的动力成为发动机制动力。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：减速/下坡时 倒车时，只使用MG2作为倒车动力。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：减速/下坡时
倒车时，只使用MG2作为倒车动力。
THS系统组成

MG1发电机：
项目 MG1
同步交流电机 发电机, 发动机的 起动机 AC 500 37.8 (51) / 9500 45 (4.58) / 0 – 6000
类型 功能 额定电压 V 最大输出功率kW (PS) / rpm 最大输出扭矩N· m (kgf· m) / rpm
最大扭矩时的电流Arms
OFF ON
电机如何驱动
THS 低压DC/DC：辅助电源采用12V铅酸电池，用于常火及ON档。对辅助电池 充电，THS采用降压斩波Buck电路进行降压，Vout=n*Vin 第一拍
可变电压系统
变频器
ON
HV 蓄电池
电机如何驱动
THS 低压DC/DC：辅助电源采用12V铅酸电池，用于常火及ON档。对辅助电池 充电，THS采用降压斩波Buck电路进行降压，Vout=n*Vin 第二拍
可变电压系统
变频器
201V
HV 蓄电池
ON
电机如何驱动
THS 高压DC/DC：MG1与MG2都为500Vac电压等级电机，而电池电压为201.6V， 首先采用升压斩波Boost电路进行电压提升,Vout=Vin/(1-n) 第二拍
可变电压系统
201-500Vdc
变频器
288V
蓄电池 HV蓄电池
DC AC 驱动
THS系统组成

HV电池组：
1.2V x 6 格 x 28块 = 201.6V 容量：1.3KWh 重量：53.3公斤
1.2V x 6 格 x 38 块 = 273.6V
THS系统组成

HV电池组：
高压电池 ECU EPS ECU 制动 ECU 转向角传感器 J/C J/C
电动车窗总开关
混联式混合动力系统 （普锐斯THS）


THS系统组成
THS中MG1、MG2电机如何驱动 THS系统各工况工作模式及传动过程
风向标 廖扬
一、THS系统组成
THS系统组成

虚拟组成图： HV 蓄电池
MG1（主发电机） 发动机 行星齿轮机构
变频器
差速器
MG2（主动力电 机）
THS系统组成

剖视图：
THS工作模式：启动-大扭矩起步
车辆起步时，如需要更多动力（驾驶员深踩油门或检测到负载过大）， MG1转动启动发动机，由发动机和MG2共同驱动。
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：低中速行驶
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：中高速行驶
THS中各工况模式及传动过程
THS工作模式：全速或需要大扭矩时
13.0
57 kW @ 5000 rpm (76 HP @ 5000 rpm)
EEC (-W, -Q)
最大扭矩 SAE-NET (-A, -K) EEC (-W, -Q)
57 kW @ 5000 rpm
111 N· m@ 4200 rpm (82 lb· ft @ 4200 rpm) 115 N· m@ 4200 rpm