由小排气量发动机、大功率高电压HV蓄电池、混合动力汽车电脑( HV-ECU)、变频器、变速驱动桥、电动机/发电机MG1和MG2、行星排等组成。
注:其他辅助控制系统的内容,如制动防抱死ABS内容、防滑转ASR内容、安全保护内容等,在此从略。
1.小排气量发动机。
因是双动力源驱动,具有能量互补作用,可用小排量1.5L,电控多点喷射汽油发动机,并采用可变配气相位WVT机构,智能节气门ETCS-i,功率为57kw,转矩115N·m,100km油耗仅3~4L。
2.大功率高电压HV蓄电池。
如图16-7所示,为镍氢电池或镍镉电池,为碱性电池,特点是充电速度快,使用寿命长,连续充电1小时,即可100%恢复容量,它可以通过反复的自动“放电/充电”,维持正常的使用状态。额定电压为直流200V,电压愈高,电功率愈高。
(1)由6个串联的1.2V电池为一个模块,28个模块串联为201.6V的高压蓄电池。
(2)蓄电池的电极为多孔镍氢氧化物合金组成,电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。
(3)蓄电池在充电/放电时,化学反应会产生热量,用 HV-ECU控制的冷却电风扇降温。
(4)维修塞用于切断高压电源,维修高压电路时,应先关闭点火开关,戴上绝缘手套,拔下维修塞再施工。拔下维修塞等待5分钟后,使变频器电容器放电完毕后,再施工维修电路。
3.变频器。
如图16-6所示,是以功率晶体管为主体的增压、转换、控制多功能电路。它具有变频升压、变流、充电功能。将蓄电池高压直流电变为三相500V交流电,以不同的控制电流,驱动“电动机/发电机”MG1、MG2,使车轮运转。并能将500V交流电变为200V直流电,给蓄电池充电。其外壳中有水套,利用冷却液散热,以保持正常温度。
4. HV-ECU。
HV-ECU混合动力汽车电脑,是汽车能量的控制中心,和发动机ECU、变频器、MG1和MG2联网工作进行最优化自动控制,它有四大功能(如图16-8所示)。内有电压转换器,输出高压电,并向发动机ECU系统的辅助蓄电池提供12V直流低电压。
它始终监控着HV蓄电池的充电状态,用不同的工作模式,控制汽车合理运行,使电力的输入和输出,尽量保持均衡状态。并接收仪表盘上的EV模式开关信号,在车库内运行,只使用MG2电机驱动车轮,减小污染。
5.变速驱动桥。
如图16-9、图16-10所示,为动力分配机构和变速增扭机构,是无离合器式的电控无级变速器,由电动机发电机MG1和MG2、转速转角传感器S1、S2、行星排、无声传动链、主减速器和差速器及润滑油泵等组成。
(1)电动机/发电机MG1(略小)、MG2(略大)为三相交流永磁同步电动机/发电机,为驱动力源,内燃机则为辅助动力源。三相交流永磁同步电动机/发电机,体积小、功率高转矩大、调速范围宽、驱动转矩可变。感应式电动机又能随机变为交流发电机,具有制动发电功能。利用两个动力源MG1、MG2,可以做到功能互补,驱动和发电两不误,防止蓄电池亏电。
(2)电动机/发电机MG1以发电为主,在行星排之前,驱动太阳轮,为动力输入端,转速和转矩可变,它有三个功能:改变驱动传动比,因它的转速和转矩可变,输出的动力必为低速挡;它不通电驱动时,又可变为小发电机,可对HV蓄电池和MG2充电和供电;在汽车静止时,它通电转动,驱动行星架,成为发动机的起动机。
(3)电动机发电机MG2以驱动为主,在行星架之后,驱动齿圈和传动链,也是动力的输入端,转速和转矩可变,它也有三个功能:通电后驱动齿圈和传动链,输出的动力必为中速挡;转速和转矩可变,控制驱动桥的传动比连续变化;滑行和制动时,反拖起动再生功能,变为大发电机,对HV蓄电池充电。
因此,发动机、电动机/发电机MG1、MG2和行星排巧妙地配合,实现了四个功能:实现了双动力联合或交替驱动;实现了大幅度的可变无级传动比;实现了不中断的能源再生补偿;
实现了起动和前进、倒车驱动。
(4)行星排的工作模式。如图16-11所示,太阳轮Z1连接MG1转子,通电驱动时,必为低速挡;齿圈Z2连接MG2转子,通电驱动时,必为中速挡;行星架Zc连接发动机曲轴,驱动时,必为高速挡。
发动机熄火,行星架即被制动,MG1通电驱动太阳轮,为倒挡R。
变频器截止MG1和MG2的控制电流,Z1及Z2即自由,只发动机和行星架C空运转,必为空挡N。此即谓无离合器传动系统。好处是汽车有了空挡N。坏处是车轮不能反拖发动机,需使MG1通电,通过太阳轮,使发动机反拖制动。
(5)转速/转角传感器S1、S2。如图16-12所示,在电机MG1和MG2中各安装1个,由椭圆形永磁转子和3个定子线圈组成。永磁转子和电机转子联动,当椭圆形永磁转子接近和离开各相位的线圈时,正反向感应电动势发生变化,其大小正比于磁通量的变化速率。磁极转的愈快,感应电动势愈大。
在不同的相位产生交流电压信号输出,即两个电机转子的转速转角转速信号,也是确定驱动电机转子的准确位置信号。并能转换为汽车瞬时的车速信号VSS,提供给电脑ECU逻辑控制使用。
