普锐斯混合动力系统构造与维修
丰田普锐斯混合汽车详解2概要
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2.4动力流和电力流控制——MG1发电和微加速模式
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2.5动力流和电力流控制——低载荷巡航时
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2.6动力流和电力流控制——节气门全开加速时
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2.7动力流和电力流控制——D档和B档减速行驶时
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2.8动力流和电力流控制——倒车三个工况控制
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The end
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丰田普锐斯动力流和电力流控制详解 主讲人：赵振宁
长春汽车工业高等专科学校新能源汽车专业 2012 年 09月
1.普锐斯混合动力系统结构
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2.1动力流和电力流控制——起动控况起动
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2.3动力流和电力流控制—纯电动转混合动力时发动机起动控制
单元三 普锐斯混合动力系统构造与维修
二 丰田混合动力系统的组成
图3- 19 加速踏板位置传感器电路图
二 丰田混合动力系统的组成
9. 档位传感器 将档位转换为电信号并输出到HV ECU。 10. SMR (系统主继电器) SMR 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 互锁开关用来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。
单元三 普锐斯混合动力系统构造与维修
课题一 课题二 课题三
普锐斯混合动力系统 普锐斯混合动力系统主要部件 普锐斯混合动力系统的维修
课题一
普锐斯混合动力系统
一 普锐斯混合动力汽车的技术特点
丰田公司于1997 年开始销售普锐斯混合动力汽车, 目前已经发展到第四 代插电式混合动力汽车。普锐斯是世界上第一款大批量生产的混合动力 车型, 第三代普锐斯(常规混合动力) 现在已在我国生产并上市。
三 丰田混合动力系统的工作原理
2. 工作原理 图3-25 反映了车辆的常见行驶状况。可以根据图3-25 来分析THS-Ⅱ系 统如何控制发动机、MG1 和MG2。
图3- 25 车辆行驶状况
三 丰田混合动力系统的工作原理
图3-26 是行星齿轮组与发动机、MG1 和MG2 连接关系图。
图3- 26 行星齿轮组与发动机、MG1 和MG2 连接关系 1—驱动链 2—发动机 3—MG1 4—太阳轮 5—环 齿轮 6—MG2 7—行星架
二 丰田混合动力系统的组成
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。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, 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, 如图3-18 和图3-19 所示。
丰田普锐斯混合动力工作原理
丰田普锐斯混合动力工作原理
普锐斯混合动力系统主要由三个组成部分组成：汽油发动机、电动机
以及电池组。
首先，当驾驶员启动车辆时，动力来自于内燃机的燃油供给。
普锐斯
搭载了一台为混合动力量身定制的1.8升汽油发动机，其运转效率非常高。
使用了一系列的技术优化，例如改进气缸燃烧充分程度、减少内摩擦损失等。
其次，普锐斯还搭载了一台电动机，该电动机由电池组供电。
电池组
是由大量的镍氢电池（NiMH）构成的，可在车辆长时间停止状态下直接供电。
这就意味着普锐斯可以在一些交通拥堵情况下仅依靠电动机运行，从
而节省燃油并减少环境污染。
在大多数情况下，当发动机需要额外动力时，智能控制系统会启动发
动机，并将燃油供给给发动机。
与此同时，电动机通过在车轮上提供辅助
动力，提高了发动机效率。
当车辆减速、制动或者处于低速行驶状态时，
电动机会转为发电机工作，将制动能量转化为电能储存到电池中，以供以
后使用。
此外，普锐斯还具有回收能量的功能。
当车辆处于行驶状态时，发动
机通常会产生一些浪费的能量。
普锐斯的智能控制系统能够通过将发动机
的部分能量转变为电能并储存在电池组中来最大限度地利用这些浪费的能量。
这些回收的能量后续可以用来供给电动机运行，从而减轻了对发动机
的依赖和燃料的消耗。
总结来说，丰田普锐斯混合动力系统通过将汽油发动机和电动机结合
起来，并依靠智能控制系统来优化动力的配送，从而实现了燃油的节省和
环保的目标。
这种混合动力系统在当今的汽车市场上已经被广泛应用，并成为了未来汽车发展的方向之一。
丰田THS混合动力系统组成及其维修培训
任务分析
要熟悉普锐斯混合动力汽车的技术特点，掌握丰田混合动力 系统的组成、工作原理和混合动力控制系统，需以下几个步骤：
1
归纳总结普锐斯混合动力系统的技术特点
2
分析丰田混合动力系统的组成和工作原理
3
分析丰田混合动力控制系统
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一、普锐斯混合动力汽车技术特点
THS-Ⅱ组成简图 1-减速器 2-行星齿轮机构 3-发动机 4-MG1（发电机） 5-HV（混合动力汽车）蓄电池 6-变频器 7-MG2（电动机）
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丰田混合动力系统主要部件的位置（2）
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1. HV（混合动力汽车）变速驱动桥
MG1和MG2 1-MG1 2-MG2
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发电机（MGl）和电动机（MG2）电路图
18
发电机（MGl）和电动机（MG2）的工作原理
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2. HV蓄电池
HV蓄电池
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3. 变频器总成
变频器总成
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（1）作用及组成 变频器总成用于将高压直流电（HV 蓄电池）转换为 交流电（发电机MG1和电动机MG2）；反之亦可，将交 流电（AC） 转换为直流电（DC）。其组成部件包括增 压转换器、DC/DC转换器和空调变频器。
发动机驱动车轮
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（3）发电机(MGl)由发动机通过行星齿轮机构带动旋 转，为HV蓄电池充电
发动机发电
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（4）车辆减速时，车轮的动能被回收并转化为电能， 并通过电动机/发电机为HV蓄电池再次充电
车轮的动能回收
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2. 工作原理
车辆行驶状况
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行星齿轮组与发动机、MG1和MG2连接关系 1-驱动链 2-发动机 3-MG1 4-太阳轮 5-环齿圈 6-MG2 7-行星架
普锐斯混合动力汽车结构
1.5丰田普锐斯Prius工作性能
减速/能量回收时：
将减速时的能量回收到HV电池中用于再利用。
在踩制动踏板和松开油门时，普锐斯混合动力系统使 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电池中进行再利用。
减速/能量回收时能量传递图
奥托循环 与 阿特金斯循环
2.进气返流减少了进入气缸中的燃料， 提高了燃油经济性。
奥托循环
进气返流
＜ 压缩行程105°
阿特金森循环
膨胀行程160°
阿特金森循环发动机配气
阿特金森循环原理
普锐斯配气相位（二代04款PRIUS 1NZ-FXE发动机）
气门正时
项目 进气
打开 关闭
排气
打开 关闭
排放标准
-A, -K
1.5丰田普锐斯Prius性能特点
传统车型
+
发动机
变速器
混合动力汽 车
发动机
电动机 传动桥
变频 转换器
HV蓄电池
怠速时
发动机运转->
消耗燃油
+
排放尾气
发动机停机-> 不消耗燃油
不排放尾气
怠速时
低负荷行驶
发动机 发动机运转->
运转->
消耗燃油
消耗
排放尾气
燃油
+ 排放 尾气
发动机 停机->
不消耗 燃油
2.0 mm (0.079 in.)
1.5 mm (0.059 in.)
其它 PVD涂层可提高抗磨损能力 使用钢铁材料提高抗磨损能力
-
2.3 丰田Prius 汽油机其它结构特点
丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析
丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析作为全球最成功的环保车型，丰田普锐斯（PRIUS）早已成为油电混合动力车型中的全球销量冠军，即使在我们的身边，也经常可以见到它们的身影。
目前，在国内生产的丰田普锐斯（PRIUS）是采用丰田第二代混合动力系统，集发动机和电动机组合而成的并行混合动力车（图1）。
丰田第二代混合动力系统(THS-Ⅱ)，可以根据车辆行驶状态，灵活地使用2种动力源，并且弥补2种动力源之间不足之处，从而降低燃油消耗，减少有害气体排放，发挥车辆的最大动力。
由于其THS-Ⅱ电机及驱动系统结构复杂，技术先进，本文将为大家详细介绍该系统的结构及基本原理，以帮助读者更进一步了解THS-Ⅱ系统。
一、THS-Ⅱ电机及驱动控制系统的特点1.在电动机和发电机之间采用AC500V高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能损耗，高效地传输动力。
2.采用大功率电机输出，提高电机的利用率。
当发动机工作效率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机动力行驶。
3.极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量的利用率。
二、THS-Ⅱ电机及驱动系统基本组成1.HV蓄电池：由168个单格镍氢电瓶（1.2V×6个电瓶×28个模块）组成，额定电压DC20 1.6V，安装在车辆后备厢内。
在车辆起步、加速和上坡时，HV蓄电池将电能提供给驱动电机。
2.混合动力变速驱动桥：混合动力变速驱动桥由发电机MG1、驱动电机MG2和行星齿轮组成（图2）。
3.变频器：由增压转换器、逆变整流器、直流转换器、空调变频器组成。
（1）增压转换器：将HV蓄电池DC201.6V电压增压到DC500V（反之从DC500V降压到DC201.6V）。
（2）逆变整流器：将DC500V转换成AC500V，给电动机MG2供电。
反之将AC500V 转换成DC500V，经降压后，给HV蓄电池充电。
（3）直流转换器：将HV蓄电池DC201.6V降为DC12V，为车身电器供电，同时为备用蓄电池充电。
项目四控制系统的维修
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
普锐斯混合动力控制系统主要部件的位置(二)
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
图 蓄电池系统主要部件的位置
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
(1) 检查变频器 要戴绝缘手套; 检查转换器和变频
器前先检查DTC, 并进行相应的故障清除。
图 检查温度传感器
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
图端子间的电阻随温度传感器温度的变化 表3- 9 端子间的电阻标准值
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
(5) 检查加速踏板位置传感器 不要从加速踏板上拆下 加速踏板位置传感器,应在插接器的混合动力车辆控制 ECU侧进行检查。 1) 打开电源开关(在IG位置)。 2) 用电压表测量,加速踏板位置传感器端子间的电压 (图中的插接器B),端子间的电压标准值见表3-10。如果 不符合标准值,则更换加速踏板连杆总成。
4) 拆下检修塞。 注意: 1) 拆下检修塞后, 不要操作电源开关, 否则可能 损坏混合动力车辆控制ECU。2) 检修车辆时, 应将拆下 来的检修塞放到衣袋内, 以防止其他人重新连接检修塞。
5) 放置车辆5min。至少需要5min 对变频器内的高压电 容器进行放电。
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
一 普锐斯混合动力控制系统的维修 表3- 10 加速踏板位置传感器端子间电压标准值
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
4. 普锐斯混合动力控制系统的故障诊断 (1) 故障诊断步骤 (2) 故障自诊断系统 1) 检查DLC3。 2) 检查辅助蓄电池。 3) 检查CHK ENG 灯。 4) DTC 检查/ 清除。 5. 故障诊断实例 驱动电机变频器电压过低故障
一 普锐斯混合动力控制系统的维修
普锐斯混合动力系统的认识及组成
第二部分实训指导书实训一混合动力系统的认识及组成一、实训目的与要求1．了解混合动力系统部件的组成；2．掌握普锐斯混合动力系统各零部件的名称。
二、使用教具、仪器设备和工、量具1．汽车维修常用工、量具若干套。
2．工具车和实训台。
3．混合动力系统实验台架。
三、实训内容和步骤1.普锐斯混合动力的组成部件普锐斯混合动力系统包括：混合动力发动机总成、包括变速器、变频器、HV蓄电池组成。
各部件组成特点如下：发动机：1).发动机型号及参数：序号名称参数序号名称参数1 发动机型号1NZ-FXE2 排量(L) 1.4973 缸径（mm）754 冲程(mm) 84.75 最大马力(Ps) 76 6 最大功率(kW) 57/5000转7 发动机特有技术 单VVT-i 8 最大扭矩(N ·m) 111/4200转1.发动机型号的识别：2． 发动机位置图：3.阿特金森循环代表第1代（如：2代表第2代）。
1NZEF代表一个系列（如：NZ 、GR 、AZ 、AR 、MZ ）。
代表窄气门夹角（G--代表宽气门夹角）。
代表电子喷射。
X代表阿特金森循环。
发动机型号发动机型号刻在进气歧管上4.节气门体普锐斯节气门体采用电子节气门控制，在混合动力系统中油门踏板踩下的行程与节气门开度不一致，这是正常现象。
5.油门踏板普锐斯油门踏板由混合动力系统控制模块控制。
变速器：普锐斯混合动力系统采用内置两个电机的CVT无极变速驱动桥，其中MG1负责发电和发动机的起动机，MG2负责发电和驱动车辆。
MG1、MG2额定电压均为AC 500V。
此外，该变速器还使用了电子控制换档杆，档位切换通过安装在变速器的换档控制执行器控制。
电机MG1 MG2类型同步交流电机同步交流电机功能发电机, 发动机的起动机发电,驱动车轮额定电压V AC 500AC 500最大输出功率kW (PS) / rpm 37.8 (51) / 950050 (68) / 1200 –1540MG2最大输出扭矩N·m (kgf·m) / rpm 45 (4.58) / 0 – 6000400 (40.8) / 0 - 1200最大转速转/分10,000 rpm 6,700 rpm 冷却系统水冷水冷普锐斯变速器解剖图换档杆(瞬时换档)驻车开关换档杆运作驻车开关状态机械驻车锁止机构MG1, MG2组合仪表变速驱动桥档位显示器发动机控制发动机ECU(ECM)HVECU普锐斯换档控制示意图变频器：变频器实物图变频器的作用蓄电池：HV蓄电池:由168个单格镍氢电瓶(1.2V>6个电瓶>28个模块)组成，额定电压DC201.6V，安装在车辆后备厢内。
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二 丰田混合动力系统的组成
(3) 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。
二 丰田混合动力系统的组成
2. HV 蓄电池(图3-11) HV 蓄电池在汽车起步、加速和上坡时,将电能提供给电机/ 发电机。
图3- 11 HV 蓄电池
二 丰田混合动力系统的组成
3. 变频器总成(图3-12)
图3- 13 变频器电路图
二 丰田混合动力系统的组成
1) 增压转换器。增压转换器电路图如图3-14 所示。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。
图3- 14 增压转换器电路图
二 丰田混合动力系统的组成
2) 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。DC / DC 转换器安装于变频器的下部, 其电路图如图315 所示。
图3- 1 THS- Ⅱ组成简图 1—减速器 2—行星齿轮机 构 3—发动机 4—MG1 (电机) 5—HV (混 合动力汽车) 蓄电池 6—变频器 7—MG2 (电机)
一 普锐斯混合动力汽车的技术特点
丰田普锐斯混合动力汽车采用了大量的先进技术, 例如采用“ 线控技术 ( bywire)”全电动空调等。 1. 阿特金森(Atkinson) 循环发动机 2. “ 线控(by-wire) ” 技术 3. 电控无级变速器 4. 电动牵引力控制 5. 电子变速杆 6. 电控制动系统(ECB) 7. 用户定制车身电气系统 8. 智能驻车辅助系统 9. 全电动空调系统 10. 蓝牙免提电话系统 11. LED 停车灯 12. 智能钥匙与起动系统 13. 坡道起步辅助控制 14. 增强型车辆稳定控制系统(VSC+)
图3- 8 MG1 和MG2 1—MG1 2—MG2
二 丰田混合动力系统的组成
电机MG1 和电机MG2 的电路图如图3-9所示。
图3- 9 电机MG1 和电机MG2 电路图
二 丰田混合动力系统的组成
电机MG1 和电机MG2 的工作原理如图3-10 所示。
图3- 10 电机MG1 和电机MG2 的工作原理
二 丰田混合动力系统的组成
丰田混合动力系统的主要部件在车上的位置如图3-6 和图3-7 所示。
图3- 6 丰田混合动力系 统主要部件的位置(一)
二 丰田混合动力系统的组成
图3- 7 丰田混合动力系统主要部件的位置(二)
二 丰田混合动力系统的组成
1. HV (混合动力汽车) 变速驱动桥 混合动力汽车变速驱动桥由电机MG1、电机MG2 和行星齿轮组组成。 (1) 电机MG1 电机MG1 由发动机带动旋转产生高压电来驱动电机 MG2 或为HV 蓄电池充电。同时, 它还可以作为起动机起动发动机, 其技术参数见表3-1。
一 普锐斯混合动力汽车的技术特点
丰田普锐斯混合动力系统由汽油发动机和电机等组成, 采用丰田汽车公 司自行开发的THS (Toyota Hybrid System) 混合动力系统。THS 的 核心是用行星齿轮组组成的动力组合器来协调发动机和电机的运动和动 力传递。THS 已有多种变型产品, 例如在THS 基础上改进的THS-Ⅱ (图3-1), 在THS 基础上增加无级变速器的THS-C (C 代表无级变速器), 在THS-Ⅱ基础上增加电气式四轮驱动系统(E-Four) 的THS-Ⅱ+E-Four 等, 其基本原理基本相同。
图3- 15 DC / DC 转换器电路图
二 丰田混合动力系统的组成
3) 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。空调变频器电路图如图3-16 所示。
图3- 16 空调变频器电路图
二 丰田混合动力系统的组成
4) 冷却系统。车辆采用了配备有水泵的电机MG1 和电机MG2 冷却系统, 而且将其与发动机冷却系统分开。变频器、电机MG1 和电机MG2 的冷 却系统如图3-17 所示
单元三 普锐斯混合动力系统构造与维修
课题一 课题二 课题三
普锐斯混合动力系统 普锐斯混合动力系系统
一 普锐斯混合动力汽车的技术特点
丰田公司于1997 年开始销售普锐斯混合动力汽车, 目前已经发展到第四 代插电式混合动力汽车。普锐斯是世界上第一款大批量生产的混合动力 车型, 第三代普锐斯(常规混合动力) 现在已在我国生产并上市。
图3- 12 变频器总成
二 丰田混合动力系统的组成
(1) 作用及组成 1) 增压转换器。将HV 蓄电池的最高电压从DC 201. 6V 增加到DC 500V, 反之亦可。 2) DC / DC 转换器。将最高电压从DC 201. 6V 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)。 3) 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。
表3- 1 电机MG1 参数
二 丰田混合动力系统的组成
(2) 电机MG2 由电机MG1或HV 蓄电池的电能驱动, 产生车辆动力。制 动期间或松开加速踏板时, 它产生电能为HV 蓄电池再次充电(再生制动控 制), 其技术参数见表3-2。
表3- 2 电机MG2 参数
二 丰田混合动力系统的组成
电机MG1 和电机MG2 结构紧凑、质量轻、高效, 是交流永磁铁同步型 电机/ 发电机(图3-8)。
图3- 17 变频器、 电机MG1 和电机 MG2 的冷却系统
二 丰田混合动力系统的组成
(2) 变频器总成的工作原理 变频器将HV 蓄电池的高压直流电转换为三 相交流电来驱动电机MG1 和电机MG2。
二 丰田混合动力系统的组成
电机MG1、电机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(变频器电路图如图3-13 所示), 以提高车辆性能。