丰田混合动力汽车的动力中枢是丰田混合动力系统( toyotahybrid system,THS),它使用汽油机和电动机两种动力,通过串联与并联相结合的方式进行工作,达到了低排放的效果。2003年,丰田汽车公司又推出了采用THSⅡ(第二代丰田混合动力系统)的新一代普锐斯混合动力汽车,使混合动力汽车的发展向前迈进了大步。丰田混合动力系统的主要部件在车上的位置如图3-13、图3-14所示。 (1)组成部分①HV变速驱动桥 混合动力汽车(HV)变速驱动桥由发电机(MG1)、电动机(MG2)和行星齿轮组组成。 a.发电机(MG1) 由发动机带动旋转产生高压电以操作电动机(MG2)或为HV蓄电池充电。同时,它还可以作为起动机启动发动机。 b.电动机(MG2) 由发电机(MG1)或HV蓄电池的电能驱动,产生车辆动力。制动期间或制动踏板未被踩下时,它产生电能为HV蓄电池再次充电(再生制动控制)。 c.行星齿轮组 以适当的比例分配发动机驱动力来直接驱动车辆和发电机。 ②HV蓄电池 在起步、加速和上坡时,将制动时或制动踏板未被踩下时再次充入的电能提供给电动/发电机。 ③变频器总成 用于将高压DC(HV蓄电池)转换为AC[发电机(MG1)和电动机(MG2)],反之亦然(AC转为DC)。
包括增压转换器、DC-DC转换器和空调变频器。
a.增压转换器 将HV蓄电池的最高电压从DC 201.6V增加到DC 500V,反之亦然(从DC 500V降到DC 201.6V)。
b.DC-DC转换器将最高电压从DC 201.6降到DC 12V，为车身电气组件供电以及为备用蓄电池再次充电(DC 12V)。
c.空调变频器 将HV蓄电池的额定电压DC 201.6V转换为AC 201.6V,为空调系统中的电动变频压缩机供电。
④ HV ECU 接收每个传感器及ECU(发动机ECU、蓄电池ECU、制动防滑控制ECU和 EPS ECU)的信息,根据此信息计算所需的转矩和输出功率,将计算结果发送给发动机ECU、变频器总成、蓄电池ECU和制动防滑控制ECU。
⑤发动机ECU 根据接收的来自 HV ECU的目标发动机转速和所需的发动机动力启动 ETCS-i(智能电子节气门控制系统)。
⑥蓄电池ECU 监控HV蓄电池的充电状态。
⑦制动防滑控制ECU 控制电动/发电机产生的再生制动以及控制液压制动,使总制动力等于仅配备液压制动的传统车辆。同样,制动防滑控制ECU照常进行制动系统控制(带EBD的ABS制动辅助和VSC+)。
⑧加速踏板位置传感器 将加速踏板角度转换为电信号并输出到 HV ECU。
⑨挡位传感器 将挡位转换为电信号并输出到 HV ECU。
⑩SMR(系统主继电器) 用来自 HV ECU的信号连接或断开蓄电池和变频器总成间的高压电路。
11. 互锁开关(用于变频器盖和检修塞) 确认变频器盖和检修塞均已安装完毕。
12. 断路器传感器 如果检测到车辆发生碰撞,则切断高压电路。
13. 检修塞 在检查或维修车辆时,要拆下此塞,关闭HV蓄电池高压电路。
(2)主要部件①发电机(MG1)和电动机(MG2)结构紧凑、质量小、高效(图3-15),其技术参数见表3-1、表3-2。
在必要时,MG1作为辅助动力源为发动机提供辅助动力,使车辆达到优良的动态性能,其中包括平稳起步和加速。启动再生制动后,MG2将车辆的动能转换为电能并储存在HV蓄电池中。
MG1可以为H蓄电池重新充电,通过调节发电量(改变发电机的转速),MGl有效地控制变速驱动桥连续可变变速器的功能MG1同样作为起动机启动发动机。
MG1和MG2的电路如图3-16所示。MG1和MG2为永磁电动机,三相交流电经过定子线圈的三相绕组时,电动机内产生旋转磁场,如图3-17所示。通过以转子的旋转位置和转速控制旋转磁场从而使转子的永磁铁受到旋转磁场的吸引产生转矩,产生的转矩可用于与电流相匹配的所有用途,而转速由交流电的频率控制。此外,通过对旋转磁场和转子磁铁的角度进行适当调整,可以产生较大的转矩和较高的转速。
②变频器总成如图3-18所示。变频器将HV蓄电池的高压直流电转换为三相交流电来驱动发电机(MG1)和电动机(MG2)。功率晶体管的启动由 HV ECU控制。此外,变频器将用于电流控制(如输出电流或电压)的信息传输到 HV ECU。变频器和发电机(MG1)、电动机(MG2)一起,由发动机冷却系统的专用散热器冷却。如果车辆发生碰撞,安装在变速器内部的断路器传感器会检测到碰撞信号从而关停系统。
变频器总成中的增压转换器将HV蓄电池DC 201.6V的额定电压提升到DC 500V,提升电压后,变频器将直流电转换为交流电发电机(MG1)、电动机(MG2)桥电路和信号处理/保护功能处理器已集成在IPM(智能功率模块)中(图3-19),以提高车辆性能。变频器总成中的空调变频器为空调系统中的电动变频压缩机供电。将变频器散热器和发动机散热器集成为一体,更加合理地利用了发动机室内的空间。
a.增压转换器 将HV蓄电池输出的额定电压DC 201.6V增压到DC 500V的最高电压(图320)。转换器包括增压IPM(智能功率模块)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)。通过这些组件,转换器将电压升高。
发电机(MG1)或电动机(MG2)作为发电机工作时,变频器将交流电转换为直流电,然后增压转换器将DC 500V降低到DC 201.6V,为HV蓄电池充电。
b.DC-DC转换器 车辆的辅助设备,如车灯、音响系统、空调系统(除空调压缩机)和ECU,由DC 12V的供电系统供电由于THS-Ⅱ发电机输出额定电压为DC 201.6V,因此需要转换器将电压降低到DC 12V来为备用蓄电池充电(图3-21)。DC-DC转换器安装于变频器的下部。
C.空调变频器 变频器总成中的空调变频器为空调系统中电动变频压缩机供电。空调变频器将HV蓄电池的额定电压DC 201.6V转换为AC 201.6V,来为空调系统中的压缩机供电(图3-22)。
d.冷却系统 车辆采用了配备有水泵的发电机(MG1)和电动机(MG2)冷却系统,而且将其与发动机冷却系统分开(图3-23,表3-3)。冷却系统的散热器集成在发动机的散热器中。这样,散热器的结构得到简化,空间也得到有效利用。
更换SLLC时,应用混合动力变速驱动桥下部的排放塞排尽里面的旧冷却液。如在维护时将非SLLC的冷却液注入车辆,则上述维护时间间隔不再有效。如果车辆最初使用LLC(红色),而后用SLC(粉红)时,可调整维护时间间隔[每80000km(50000mile)]。
③普锐斯电池组件普锐斯采用镍-氢(Ni-MH)电池作为HV蓄电池,其位置如图3-24所示。这种HV蓄电池具有高能、质量小、配合THS-Ⅱ系统特性使用时间较长等特点。车辆正常工作时,由于THS-Ⅱ系统通过充电和放电来保持HV蓄电池SOC(荷电状态)为恒定数值,因此车辆不依赖外部设备来充电。
④加速踏板位置传感器 加速踏板受到大小不一的力时,安装在加速踏板臂基部的磁轭以不同的速度围绕霍尔IC旋转(图3-25、图3-26)。这时,磁通的变化量由霍尔IC转换为电信号并输出给HV ECU,显示加速踏板受力的大小。
⑤电线 将变频器与HV蓄电池、发电机(MG1)、电动机(MG2)以及空调压缩机等部件相连,以传输高电压、高电流。电线一端接在行李厢中HV蓄电池的左前连接器上,而另一端从后排座椅下经过,穿过地板沿着地板下加强件一直连接到发动机室中的变频器,如图3-27所示。这种屏蔽电线可减少电磁干涉。辅助
蓄电池的DC 12V配线排布与上述电线相同。高压动力线被屏蔽,以减小电磁干扰。高压线束和接头采用橙色,以与普通低压线束区别。
