7章8节 普锐斯混合动力系统 34页解析
丰田-普锐斯混合动力车系统研究
摘要普锐斯Prius于1997年10月底问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车。
在人们日益关注环保的今天，普锐斯Prius因革命性地降低了车辆燃耗和尾气排放，其划时代之意义与先进性得到了全世界的高度评价。
2005年12月15日正式我国上市的新款普锐斯Prius，是第二代普锐斯Prius，它装备了新一代丰田混合动力系统THS II这是在上一代丰田混合动力系统THS的基础上，以能够同时提高环保性能和动力性能的“Hybrid Synergy Drive （混合动力同步驾驶）”为概念开发的。
THS II通过提升电源系统的电压使马达功率提高到原来的1.5倍，并通过控制系统的改进解决了一系列的技术难题，从而使发动机动力与马达动力的协同增效作用得到极大程度的发挥。
新款普锐斯Prius除了拥有新一代丰田混合动力系统THS II 特有的“平滑而强劲的动力性能”和“世界顶级的环保性能”外，还拥有前卫的造型、舒适的操控性能、以及电子排档、带湿度感应器的电动变频自动空调等引人注目的卓越功能和先进装备。
动力系统构成通过提升电源系统电压来提高马达输出功率，同时控制系统进行了大幅度的改进。
自主开发总成所构成的全息系统，带来车辆行驶性能的飞跃。
主要新开发总成THS II的主要总成全部由丰田汽车公司自主开发。
通过对电源系统、马达、发电机、电池组等的革新，全面提升了系统性能。
系统构成包括：两个动力源（采用高膨胀比循环的高效汽油发动机和输出功率提升至1.5倍的永磁式交流同步电动机）及其驱动马达、发电机、内置动力分离装置的混合动力用变速箱、混合动力用高性能镍氢电池组、动力控制总成。
与人们所熟悉的将汽油发动机作为动力提供装置的普通汽车不同，普锐斯Prius的动力有两部分组成，除了发动机外还多出了电动机（永磁式同步交流电动机）和混合动力车专用蓄电池（密封镍氢电池），这样蓄电池的电力也可以为车辆提供部分动力，达到节省燃油的目的。
在普锐斯Prius的整个行驶过程中到底是用发动机还是用马达来驱动汽车是要根据车辆的行驶状态来决定的，发动机只有在普通行驶和全面加速的两个阶段中运转，消耗燃料，而在减速制动阶段由车轮来驱动马达将车辆制动能量转换成电能并进行回收将被再次利用。
丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析
圈１ １ ＴＨｓ一｜Ｉ电动机驱动系统高压电路维修插铺 图１２发动机舱内ＨＶ保险丝
万方数据
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降压直流斩波电路由发电机ＭＧ １、 逆变／整流器、绝缘栅双极型晶体管Ｖ７、 二极管Ｄ８、电抗器Ｌ、电容器Ｃ１组成（图 ９）。降压时，ＨＶ ＥＣＵ利用绝缘栅双极型 晶体管Ｖ７导通。把ＤＣ５００Ｖ降压为平均 值ＤＣ２０１．６Ｖ的直流电压。向ＨＶ蓄电池
变电路。由ＶＨ ＥＣＵ触 发绝缘栅双极型晶体 管控制极，使Ｖ１～Ｖ６ 快速导通和关断，强 行将ＤＣ５００Ｖ直流电 转换成三相ＡＣ５００Ｖ 交流电。如果改变 Ｖ１～Ｖ６的触发信号 频率和时间。就能改 变逆变器输入电机 ＭＧ２定子绕组电流空 间相量的相位和幅值， 以适应电机ＭＧ２的驱 动需要。反之，电机 ＭＧ２在车辆减速或制 动时产生再生制动电 能，经绝缘栅双极型 晶体管Ｖ１～Ｖ６全控 型桥式整流电路整流
高惠民
汽车维修与保养 FOR REPAIR & MAINTENANCE 2007(5)
本文链接：/Periodical_qcwxyby200705001.aspx
该信号经过隔离电路后，直接驱动变 频器三组逆变电路ＩＧＢＴ模块中Ｖ１～Ｖ６控 制极快速导通与关断，实现变频器输出电 流的逆变、换相和定向目的。
丰田普锐斯油电混合动力系统概述
丰田普锐斯油电混合动力系统概述
徐礼财
【期刊名称】《汽车与配件》
【年(卷),期】2006(000)025
【摘要】丰田汽车公司普锐斯（PRIUS）混合动力轿车向世人展示了全新的汽车设计、制造理念．环保、低能耗、低噪声是汽车制造商为社会做贡献的重要标志，而普锐斯车型在这方面已经达到世界领先水平．是高科技为人类服务的典范。
【总页数】2页(P36-37)
【作者】徐礼财
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U469.11
【相关文献】
1.PSA将推全球首款柴油电混合动力车以挑战普锐斯 [J],
2.一汽丰田全新普锐斯节约型政府的理性之选——全新PRIUS普锐斯开发理念与技术解读 [J],
3.回到未来——试驾丰田油电混合动力轿车普锐斯 [J], 郭华静;晓波
4.第四代丰田普锐斯紧凑型P610混合动力驱动桥结构及技术亮点介绍 [J], 高惠民
5.丰田普锐斯HEV无法启动电池典型故障处理方案 [J], 孟宪臣; 牟春景
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Prius混合动力系统分析
Prius混合动力系统分析Prius简介1997年12月第一代Prius在日本上市；2000年小改款后面向北美和欧洲销售；2003年9月推出了第2代车型。
该车所采用的发动机专门为混合动力系统设计，并采用电动助力转向等技术以尽量降低能耗。
表1给出了两代Prius的主要参数。
与第1代相比，第2代Prius增加了电动空调、一键式起动等功能。
本文的主要研究对象为2001款Prius，但未考虑空调工作状态对控制策略的影响，也未考虑电机和电池的工作效率。
Prius混合动力系统结构Prius采用混联式的机械结构，包括2个电机，即MG1（用于调速）和MG2（作为驱动电机），均可以作为发电机和电动机。
电机和发动机通过一套行星齿轮组连接实现动力分配。
如图1所示，发动机与行星架相连，MGl和太阳轮相连，MG2连接在齿圈上，齿圈再通过齿形带和主减速器相连。
电机和发动机之间具有以下的转速关系：n MG1+in MG2=(1+i)·n e(1)发动机输出的转矩一部分通过太阳轮作用在MGl上，一部分作用在齿圈上，且存在：其中：i=z ring/z sun说的具体点就是Prius混合动力汽车结构的核心部分是行星轮机构，丰田称之为动力分配装置(PSD，Power Split Device)。
结构示意图如下图：该行星轮系有两个自由度，在此结构中，发动机和行星架相联，通过行星齿轮将动力传递给外圈的齿圈和内圈的太阳轮，齿圈轴与电机和传动轴相联，太阳轮轴和发电机相联。
PSD将发动机大约70％的转矩直接传递到驱动轴上，将另一部分转矩传送到发电机上，并且发电机、电机和发动机的转速存在一线性关系。
在驱动轴转速(即电机转速)不变的情况下，通过调节发电机来调整发动机转速。
同时，发动机和电机转矩可以直接叠加。
但是结构上较为复杂，给制造和控制带来了一定的困难。
不同工况下混合动力系统工作状况1)发动机起动发动机起动分为热起动、冷起动。
热机状态下，MGl作为电动机拖动发动机达到1000 r/min以上后，发动机开始喷油，同时MGl进入发电模式，如图2所示，如果电池的充电需求为零，则发动机在运行约2 s后停机。
7章8节 普锐斯混合动力系统 34页
生的振动，停机时避免因发动机迅速停转而产生的振动。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 普锐斯采用无拉索式的ETCS-i（电子节气门智能）控制系统。 • 节气门开度可以做到与加速踏板踏下程度不一致。 • 加速踏板位置传感器包括主、副位置传感器。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（3）行驶方法 • 车辆只有在“READY”（预备好）灯点亮时，见下图，才
可行驶。 • 为了改善燃油经济性，当车辆停止时，发动机将停机。
汽油表
车速表
预备好
里程表
档位指示
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（4）混合动力汽车具有很高燃油经济性的原因 • 车辆起动后，发动机的起动由电控系统自动控制。
时发动机以最佳工况运转，提高了扭矩，如下图所示。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
4）减速及制动时 • 当车辆在减速工况时，电动机立刻变为发电机，将制动的能
量储存到电池。 5）停车时 • 停车时发动机将停止工作，不会因为发动机空转造成燃料消 耗。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（5）THSⅡ驱动力特征
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7.9 原厂诊断仪
①奔驰诊断仪STAR DIAGNOSIS COMPACTⅢ。对奔驰所有车 型进行解码、清码、匹配、保养灯归零，数据分析和编程； 并含有详尽资料系统一步一步指引维修。
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7.9 原厂诊断仪
②宝马诊断仪GTI。对宝马所有车型进行解码、清码、编 程、数据流分析、维修资料查询（DIS）等，配备宝马SSS 光学编程系统，利用OPS可以专门对E65开始的车辆进行编 程。
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普锐斯混合动力系统组成及运行模式
丰田普锐斯混合动力汽车构造与维修学习目标1. 了解丰田普锐斯混合动力汽车性能2. 认识THS、变速驱动桥、发动机系统、制动系统和起动系统的结构3. 掌握这些系统的运行模式和工作原理，熟悉诊断流程和方法。
普锐斯混合动力系统组成及运行模式一、概述丰田混合动力汽车的核心技术是丰田混合动力系统（THS-I），它结合了汽油发动机和电机两种动力，通过并联或串联相结合的方式进行工作，以达到良好的动力性、经济性和低排放效果。
2003 年，丰田公司推出了第二代丰田混合动力系统（THS-II），该系统运用在普锐斯和凯美瑞等混合动力车型上。
另外，它采用了由大功率混合动力汽车蓄电池（额定电压为直流201.6V，简称为“HV 蓄电池”）和可将系统工作电压升至最高电压（直流 500V）的增压转换器组成的变压系统。
（1）优良的行驶性能丰田混合动力系统 II（THS-II）采用了由可将工作电压升至最高电压（直流 500V）的增压转换器组成的变压系统，可在高压下驱动电动机一发电机 1（MG1）和电动机一发电机 2（MG2），并以较小电流将与供电相关的电气损耗降到最低。
因此，可以使 MG1 和 MG2 高转速、大功率工作。
通过高转速、大功率 MG2 和高效 1NZ-FXE 发动机的协同作用，达到较高水平的驱动力，使车辆获得优良的行驶性能。
（2）良好的燃油经济性THS-II 通过优化MG2 的内部结构获得高水平的再生能力，从而实现良好的燃油经济性。
THS-II 车辆怠速运转时，发动机停止工作，并在发动机工作效率不良的情况下尽量停止发动机工作，车辆此时仅使用 MG2 来工作。
在发动机工作效率良好的情况下，发动机在发电的同时，使用 MG1 驱动车辆。
因此，该系统以高效的方式影响驱动能量的输入一输出控制，以实现良好的燃油经济性。
THS- Ⅱ车辆减速时，前轮的动能被回收并转换为电能，通过 MG2 对 HV 蓄电池再充电。
（3）低排放 THS-II 车辆怠速运转时，发动机停止工作，并在发动机工作效率不良的情况下尽量停止发动机工作，车辆此时仅使用 MG2 来工作，实现发动机尾气的零排放。
详解普锐斯动力驱动系统
详解普锐斯动力驱动系统由于丰田Prius汽油/电力混合动力车辆有着跑车的外观、类似航空设备的仪表板显示和无噪声平稳启动，那么一点也不奇怪，该车是同类车型中销售得最快的车辆。
(图1) 可是，除此之外，该车有一个可识别的重要特征：省油。
美国环境保护局(EPS)给出燃油级别：街道上是61英里/加仑(mpg)，高速公路(理想测试条件)上是50mpg。
实际的，司机可期待的街道/高速路组合路面的燃油数是45到50mpg. 混合动力汽车的特色是，由汽油发动机发动，然后转换成电池动力以加速。
可是，Prius采取了不同的处理方法，用电池动力发动，然后在速度超过20mph 时，转换到汽油发动机。
虽然Prius有大的突破，但司机不必为了最大限度的节油而从完全制动开始踩油门。
由于美国和世界其他国家曾面临过的最高油价，在另外汽油消费能力不强的市场，Prius的耗油数是个受欢迎的信号。
混合动力系统技术Prius设计是基于Toyota称之为混合动力协同驱动概念。
此概念目标是协同电动马达动力和汽油发动机动力，并使汽车功率和环境性能最大化成为可能。
Prius最近的型号是基于Toyota混合动力总系统II (THS-II)技术。
THS-II系统的每个连续世代的产品改进了汽油燃效和减少散热，包括一个同轴的4缸1.5升发动机，一个高压镍氢电池(NiMH)，一个带行星齿轮系统的智能混合动力驱动桥和一个复杂的发动机控制部件(图2)。
两种方法的混合物基本上，两种形式的汽车动力系统都存在：串联和并联。
每个都有各自整套正面和反面的特点。
不象其他混合动力汽油-电动车辆，Prius使两者结合了，并最大化每个的强项和补足他们的弱项。
在串联混合动力系统中，汽油发动机启动发生器，而产生的电流使电动马达驱动车轮(图3)。
汽车运行中，此处使用的低输出功率发动机在最经济的范围内保持汽车以稳定速度行驶，并使之有效的给电池再充电。
在并联混合动力系统中，汽油发动机和电动马达都直接驱动车轮。
(整理)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。
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7.8 普锐斯混合动力系统
2、THSⅡ型混合动力系统组成 • 下图是发动机舱视图。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
HV(高压)电池
发电机(代码MG1),兼 发动机的起动机
变频器
发动机
行星齿轮组
电动机(代码MG2)， 5 当制动时变为发电机
7. 8 普锐斯混合动力系统
发动机 电动传动桥 变频器 高压电缆 HV电池
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7. 8 普锐斯混合动力系统
⑤传动皮带系统 • 发动机取消了空调压缩机皮带轮，实现了简洁的一根皮带布 置，如图所示。 • 空调压缩机改由12V直流电动机驱动。
调整螺栓 惰轮 水泵皮带轮
曲轴皮带轮
取消了空调 压缩机皮带 轮
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（2）驱动桥 • 交流500V的电动/发电机(MG1)、包含交流500V的电动机(MG2)、 行星齿轮、减速齿轮和主减速齿轮，使用连续变速传动装置， 输出轴 达到操作的平滑性和静谧性。
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7.8 普锐斯混合动力系统
1、混合动力系统特点
• 优点：混合动力车有燃油和电动两套驱动系统，比纯电动汽车 续航距离增加，在起步和低速行驶时可降低尾气排放和噪音， 可回收汽车制动能量储存到电池因而降低油耗。 • 缺点：混合动力车是纯电动汽车的过渡产品，结构复杂和制造 成本较高。待解决了电池容量影响的续航问题，纯电动车将会 大量生产 • 控制策略： ①起步、低速、低负荷行驶时由电动机驱动； ②正常行驶时由发动机驱动； ③加速和大负荷行驶时由发动机与电动机共同驱动； ④停车或滑行时由发动机驱动发电机向电池充电； ⑤制动和减速时由惯性能量驱动发电机向电池充电。
7.8 普锐斯混合动力系统
• 2005年12月15日，首次在海外生产的丰田普锐斯（PRIUS） 混合动力汽车，在四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公 司正式下线，属于中型轿车。
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7.8 普锐斯混合动力系统
• 普锐斯装备了丰田公司开发的THSⅡ型油电混合动力系统， 该系统将汽油发动机与电动机组合，在保证燃油经济性和 环保性能的前提下，也实现了动力性，并具有舒畅的驾驶 乐趣和良好的静谧（音mi，安静的意思）性。
发电机(MG1)AC500V
输入轴 电动机(MG2)AC500V
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（3）变频器
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变频器总成作用： ①升压转换器，如图所示，升压转换器使201.6V直流电升 压成500V直流电。也可以使500V直流电降压成201.6V直流 电。 ②变频器，直流500V←→交流500V。 ③降压转换器，图中未画出，直流201.6V 降至直流12V， 驱动空调压缩机。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 普锐斯采用无拉索式的ETCS-i（电子节气门智能）控制系统。 • 节气门开度可以做到与加速踏板踏下程度不一致。 • 加速踏板位置传感器包括主、副位置传感器。
电子节气门
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7. 8 普锐斯混合动力系统
④冷却系统 • 发动机冷却液散热器和变频器散热器集成在一起，如下图。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
3、THSⅡ型混合动力系统结构 （1）发动机 • 普锐斯搭载了1NZ-FXE型发动机(下图)，该款发动机直列4 缸16气门双顶置凸轮轴，1.5L汽油发动机。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 采用VVT-i（智能可变气门正时）系统。 • 发动机在装备了VVT-i系统后，减少了由于启动和停机时引 起的发动机振动。 • 因采用最佳配气相位，暖机阶段降低因发动机转速不稳产 生的振动，停机时避免因发动机迅速停转而产生的振动。
（5）辅助电池 • 密封型12V免维护电池，如图所示。 • 注意：严禁进行快速充电，不可使用普通蓄电池替代。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
4、混合动力系统工作过程 （1）混合动力系统的输出 • 普锐斯搭载了排量为1.5L的汽油发动机，驱动桥内设有 500V（MG2）交流电动机。 （2）行驶方式 • 车辆可由汽油机来驱动，而无需对车辆进行充电。 • 如果车辆电池的电量消耗，发动机会驱动发电机（MG1） 对电池进行充电。
冷凝器 冷却液散热器
冷却液放水塞
变频器散热器
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 散热器和空调冷凝器也实现了一体化，见下图。
变频器散 热器
冷却液散 热器
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 发动机设有冷却液热能储存系统，如图所示，热的冷却液 能够储存在储能罐中，可以在发动机启动之前加热气缸盖。
带有水泵的冷却液储能罐
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（3）行驶方法 • 车辆只有在“READY”（预备好）灯点亮时，见下图，才 可行驶。 • 为了改善燃油经济性，当车辆停止时，发动机将停机。 汽油表 车速表 预备好
里程表档位指示来自217. 8 普锐斯混合动力系统
（4）混合动力汽车具有很高燃油经济性的原因 • 车辆起动后，发动机的起动由电控系统自动控制。
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1）怠速及低负荷工况 • 车辆在停车时发动机停机（不是怠速运转）。低速行驶时，电 动机驱动车辆。 2）全加速 • 电动机与发动机共同驱动车辆 2）正常行驶 • 车辆在正常行驶时，发动机驱动车辆，同时发电机向电池充电。
7. 8 普锐斯混合动力系统
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7. 8 普锐斯混合动力系统
3）大负荷工况起步
7. 8 普锐斯混合动力系统
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（4）HV（高压）电池 • 电池位于行李舱内后排座椅下，如图所示。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 采用了全封闭的201.6V直流HV镍-氢(Ni-H)蓄电池，如图所示。 • 共28块电池，每块电池6格，每格1.2V。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
• 车辆在大负荷工况起步时，电动机与发动机同时工作，此 时发动机以最佳工况运转，提高了扭矩，如下图所示。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
4）减速及制动时 • 当车辆在减速工况时，电动机立刻变为发电机，将制动的能 量储存到电池。 5）停车时 • 停车时发动机将停止工作，不会因为发动机空转造成燃料消 耗。
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（5）THSⅡ驱动力特征
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7. 8 普锐斯混合动力系统
（6）系统的串联与并联 • TSⅡ系统最大的优点是，在同一个系统中同时使用了串联 和并联系统，见图。