混合动力驱动系统典型分析

➢ THS的主要组成：电动机、发动机（汽油机）、逆变器、驱动用电池 （Ni-MH）、散热器等。
1-控制装置总成 2,5- ECVT动力分配系统总成 3-镍氢电池组 4-发动机
MG2 电动机 链条的传动比
改变
采用WS型 变速器液
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MG1 发电机
由滚锥轴承变为 滚珠轴承
主要混合动力系统
THS电压变换系统
辅助电池 HV 蓄电池
➢混合动力汽车变速机构总成
发动机的动力直接传至行星齿轮的行星架，一部分动力再传至与车轮连接的电 动机，另一部分动力传至发电机。通过控制发动机、发电机、电动机的转速即 可实现所需要的车速。由于发电机及电动机的转速可以在一定范围内任意设置， 因此车辆可实现无级变速。该装置被称为电子控制无级变速器E-CVT。
• Prius系统框图
档位传感器 (换档, 选择)
加速踏板位置 传感器
发动机 制动执行器
车速传感 器
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发动机 ECU (ECM)
防滑控制 ECU
DLC3
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
空调变频 器
DC-DC 转换器
CAN
蓄电池 ECU
SMR1, 2 and 3
(BSG)。电机功率较小，仅靠电机无法使车辆起步，起步过程仍需要发动机介入。在城市循环工况下节油率一般为5%~10%。
轻度混合动力：采用了集成起动电机(ISG)。除了能够实现用电机控制发动机的起停外，还能够在电动汽车制动和下坡工
况下，实现对部分能量进行回收；混合度一般在20% 以下，代表车型是通用汽车公司的混合动力皮卡车。
1-发动机(汽油机) 2-发电机 3-电动机 4-高压电池 5-驱动电池用逆变器 6-空调用逆变器 7- 升压电 路 8-12V充电用DC/DC 9-辅助电源 10-汽油箱 11-差速器 12-空气压缩机电机 13 发动机用冷却器 14-逆变器用冷却器 15-冷凝器(制冷剂用) 16-散热器 17-蒸发器 18 空调单元
丰田普锐斯
丰田Prius行星轮机构
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下表为车速与发动机、电动机和发电机转速关系的一个测试实例，蓄电池功率 为负时表示充电，反之为放电。
➢动力分配机构的组成及工作原理
动力分配机构使用的是行星齿轮装置。 齿圈、行星齿轮架和中心齿轮分别与电动机、发动机和发电机相连。 发动机动力直接传递到行星齿轮架，再通过行星齿轮架分配到齿圈与中心齿轮。 与电动机直接相连的齿圈的动力通过减速器传递到车轮，当电动机有动力输出时， 齿圈上的动力由发动机和电动机的动力两部分组成。 分配到中心齿轮的动力通过带动发电机而发电，发电机的电力可以直接供给电动 机使用，也可以向蓄电池充电。
发电机
交流电永磁同步，水冷 额定功率：18kW 最高转速：10000rpm
2006年1月国内上市，25.98-27.98万
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驱 动 电 机 特 性 曲 线
动力性与经济性
最高车速
165 km/h
0～100km/h加速时间
12.3S
综合油耗
4.6L/100km
节油率（与同级别汽车比） 40%
排放Leabharlann 欧Ⅳ系统框图丰田普锐斯
• 技术特点分析
– 发动机技术
• 额定功率相对较小，容易工作于高效区； • 工作循环为Atkinson循环，其热效率高，膨胀比大； • 采用VVT（智能可变气门正时）装置，可以根据工况准确调整
进气门开启与关闭时刻，始终保持最高充气效率。
– 功率变换单元
• 201.6VDC转化为500V三相交流，结构不变的情况下增大了电动 机的功率，减少能量损失；
混合度不同，功能要求有所区别，如下：
类型 弱混合动力 轻度混合动力 中度混合动力
重度混合动力
插电式混合动力
功能要求
发动机自动起停
发动机自动起停+回馈制动 发动机自动起停+回馈制动+电动辅助 发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯 电驱动
发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯 电驱动+电网充电
第一节 单桥驱动全面混合型混合动力乘用车
在混合动力系统中，根据电动机的输出功率在整个系统输出功率中所占比重，分为五 类：弱混合、轻度混合、中度混合、重度混合和插电式混合。
混合度H是指电系统功率Pelec占动力源总功率Ptotal的百分比，由下式计算： H= Pelec / Ptotal *100%
弱混合动力（也称微混合动力）：对传统发动机的起动机进行了改造，形成由带传动的发电起动一体式电机
以上，在城市循环工况下节油率可以达到30%~50%。随着电机、电池技术的进步，重度混合动力系统逐渐成为混合动力 技术的主要发展方向。丰田普锐斯混合动力汽车采用的就是重度混合动力系统。
插电式混合动力(Plug in Hybrid)：可以利用电网，对动力电池充电，一般插电式混合动力轿
车都有车载充电机，可以使用家用电源为电池充电，
THS-Ⅱ电压变换系统
丰田普锐斯
基本参数
发动机
1.8L VVT-I 汽油机 最大功率：72kW 最大扭矩：145N·m/4000rpm
镍氢，单体1.2V，6.5Ah 电池 28个单体201.6V（增压到500V）
变速箱 7档CVT
驱动 电机
交流电永磁同步马达，水冷 额定功率：50kW/1200～1540 最大扭矩：400N·m/0～1200rpm 最大电压：500V
• 201.6VDC转换为201.6VAC，提供给空调电动压缩机。
– 技术、结构复杂，成本高，省油、环保但不“经济”
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➢THS-Ⅱ的主要组成
主要由发动机（汽油机）、发电机、电动机、动力电池、逆变器等18 个部件 组成。当汽车处于不同的工作模式时，系统中参与工作的部件数量不同，其 燃料、电力、动力（机械力）和热量的传递路线亦有所不同。
中度混合动力：采用ISG系统。与轻度混合动力系统不同，采用了高压电机，混合度可以达到30%。在城市工况下
节油率达到20%~30%，技术成熟，应用广泛。本田汽车公司旗下的Insight、Accord和Civic混合动力汽车都属于这类系统。
重度混合动力（也称全混合动力，强混合动力）：采用了272~650V的高压电机，混合度可以达到50%
1997年丰田公司首次推出Prius HV，采用THS（TOYOTA HYBRID SYSTEM） 和THS-Ⅱ的第一代和第二代Prius HEV是较为典型的代表，且已有多种变型产 品。如在THS基础上增加无级变速器的THS-C系统、在THS-Ⅱ的基础上增加电 气式四轮驱动系统的THS-Ⅱ+E-Four等。