混联式混合动力系统工作原理(丰田普锐斯THS)
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THS工作模式：全速或需要大扭矩时
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
空调变频 器
DC-DC 转换器
车速传感 器
防滑控制 ECU
DLC3
CAN
蓄电池 ECU
SMR1, 2 and 3
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)
: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)
加速踏板位置 传感器
发动机 ECU (ECM)
混合驱动桥
分解器型速度传感 器 (MG2)
MG1 MG2
空调压缩机
HV ECU
变频器 升压转换器
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
收发器钥匙 ECU 防盗 ECU
智能ECU
组合仪表 ECU
电池 ECU (RHD)
J/C J/C
电源控制ECU 驻车锁止 ECU
A/C ECU 网关ECU
发动机 ECU (ECM) (LHD)
导航ECU
多功能显 示器
音响单元
扩音器
EPS ECU 制动 ECU 转向角传感器
DLC3 电池 ECU (LHD) 发动机ECU (ECM) (RHD)
The end Thanks!
57 kW @ 5000 rpm (76 HP @ 5000 rpm)
EEC (-W, -Q) 57Βιβλιοθήκη BaidukW @ 5000 rpm
最大扭矩
SAE-NET (-A, -K)
111 N·m@ 4200 rpm (82 lb·ft @ 4200 rpm)
EEC (-W, -Q) 115 N·m@ 4200 rpm
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。
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过程
项目
1NZ-FXE (’04 PRIUS)
气缸数和排列
4缸,直列
气门机构
16气门DOHC, 链传动机构(带VVT-i)
排量
cm3 (cu. in.)
1497 (91.3)
缸径 x 行程 (in.)
mm
75.0 x 84.7 (2.95 x
3.33)
压缩比
13.0
最大输出功 率
SAE-NET (-A, -K)
混联式混合动力系统 （普锐斯 ）
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
虚拟组成图：
MG1（主发电机） 发动机 行星齿轮机构 差速器
THS系统组成
HV 蓄电池
变频器
MG2（主动力电 机）
剖视图：
THS系统组成
THS系统组成
发动机：
THS工作模式：减速/下坡时 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：
类型
项目
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 最大转速 转/分 冷却系统
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
DC AC 驱动
HV电池组：
THS系统组成
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：
电动车窗总开关
无线门锁接收器
主车身 ECU
高压电池 ECU
偏摆率传感器 (G 传感器)
THS节能工作原理： 电动机特性：扭矩大且低转速时功 率输出高
发动机特性：大功率输出出现在高转速区
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
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。
第一拍
可变电压系统
变频器
201V
ON
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)
第二拍
可变电压系统
201-500Vdc
变频器
288V
HV蓄蓄电电池池
最大转速 转/分
冷却系统
50 (68) / 1200 – 1540
400 (40.8) / 0 1200
230
6,700 rpm 水冷
THS系统组成
电机控制器：
变频作用
直流 交流 高电压
变压作用
直流 201V 升至 直流 500V
直流-直流 转换
直流 201V 降至 直流 12V
A/C 变频器
第二拍
可变电压系统 OOFNF
288-650V
变频器
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
75
10,000 rpm 水冷
MG1 (AC 500V)
MG2 (AC 500V)
THS系统组成
MG2电动机：
类型
项目
MG2 同步交流电机
功能
驱动车轮、回收发 电
额定电压 V
AC 500
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
OOFNF
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
THS中各工况模式及传动过程
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中各工况模式及传动过程
THS工作模式：启动-发动机预热 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。
三相全桥逆变：U相，Vac=Vdc*√2/2
变频器
IPM IPM
ON
ON
MG
U W
V
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
ON
ON
MG
U W
V
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
电机如何驱动
三相全桥逆变：W相，Vac=Vdc*√2/2
变频器 ON
IPM IPM
ON
MG
U W
V
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。
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
空调变频 器
DC-DC 转换器
车速传感 器
防滑控制 ECU
DLC3
CAN
蓄电池 ECU
SMR1, 2 and 3
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)
: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)
加速踏板位置 传感器
发动机 ECU (ECM)
混合驱动桥
分解器型速度传感 器 (MG2)
MG1 MG2
空调压缩机
HV ECU
变频器 升压转换器
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
收发器钥匙 ECU 防盗 ECU
智能ECU
组合仪表 ECU
电池 ECU (RHD)
J/C J/C
电源控制ECU 驻车锁止 ECU
A/C ECU 网关ECU
发动机 ECU (ECM) (LHD)
导航ECU
多功能显 示器
音响单元
扩音器
EPS ECU 制动 ECU 转向角传感器
DLC3 电池 ECU (LHD) 发动机ECU (ECM) (RHD)
The end Thanks!
57 kW @ 5000 rpm (76 HP @ 5000 rpm)
EEC (-W, -Q) 57Βιβλιοθήκη BaidukW @ 5000 rpm
最大扭矩
SAE-NET (-A, -K)
111 N·m@ 4200 rpm (82 lb·ft @ 4200 rpm)
EEC (-W, -Q) 115 N·m@ 4200 rpm
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。
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过程
项目
1NZ-FXE (’04 PRIUS)
气缸数和排列
4缸,直列
气门机构
16气门DOHC, 链传动机构(带VVT-i)
排量
cm3 (cu. in.)
1497 (91.3)
缸径 x 行程 (in.)
mm
75.0 x 84.7 (2.95 x
3.33)
压缩比
13.0
最大输出功 率
SAE-NET (-A, -K)
混联式混合动力系统 （普锐斯 ）
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
虚拟组成图：
MG1（主发电机） 发动机 行星齿轮机构 差速器
THS系统组成
HV 蓄电池
变频器
MG2（主动力电 机）
剖视图：
THS系统组成
THS系统组成
发动机：
THS工作模式：减速/下坡时 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：
类型
项目
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 最大转速 转/分 冷却系统
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
DC AC 驱动
HV电池组：
THS系统组成
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：
电动车窗总开关
无线门锁接收器
主车身 ECU
高压电池 ECU
偏摆率传感器 (G 传感器)
THS节能工作原理： 电动机特性：扭矩大且低转速时功 率输出高
发动机特性：大功率输出出现在高转速区
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
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。
第一拍
可变电压系统
变频器
201V
ON
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)
第二拍
可变电压系统
201-500Vdc
变频器
288V
HV蓄蓄电电池池
最大转速 转/分
冷却系统
50 (68) / 1200 – 1540
400 (40.8) / 0 1200
230
6,700 rpm 水冷
THS系统组成
电机控制器：
变频作用
直流 交流 高电压
变压作用
直流 201V 升至 直流 500V
直流-直流 转换
直流 201V 降至 直流 12V
A/C 变频器
第二拍
可变电压系统 OOFNF
288-650V
变频器
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
75
10,000 rpm 水冷
MG1 (AC 500V)
MG2 (AC 500V)
THS系统组成
MG2电动机：
类型
项目
MG2 同步交流电机
功能
驱动车轮、回收发 电
额定电压 V
AC 500
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
OOFNF
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
THS中各工况模式及传动过程
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中各工况模式及传动过程
THS工作模式：启动-发动机预热 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。
三相全桥逆变：U相，Vac=Vdc*√2/2
变频器
IPM IPM
ON
ON
MG
U W
V
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
ON
ON
MG
U W
V
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
电机如何驱动
三相全桥逆变：W相，Vac=Vdc*√2/2
变频器 ON
IPM IPM
ON
MG
U W
V
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。