电动汽车与LPG双燃料教程 第五章

1、第五章 混合动力 第五章 丰田公司的混合动力系统THS II第一节 混合动力系统THS II概述2003年4月，丰田公司公开了新一代的混合动力系统THS II，其主要特点有3点。第1点为追求世界上最先进的环境保护功能。这可以从3个方面来看，一是THS II在提高电动机与发电机效率的同时，不但大幅度地减少传动系统中的能量损失，而且发展到了对车辆全部能量实施最佳控制。二是在发动机效率较低的场合下，将发动机完全停机，只靠电动机行驶；在发动机效率较高的条件下，在发电的同时行驶；此外，提高减速与制动时能量的回收量，通过对行车能量的输入输出控制来提高效率，降低油耗。三是排放达到各国已实施的最严格的排放法规

2、的要求。第2点为行车方面的改进。利用将输出功率提高1.5倍，采用高性能电动机与1.5L发动机的相乘（不是叠加）效果，具有了2.0L以上发动机的加速性能，同时响应性好，无变速冲击。第3点为采用了支持新系统的技术。在电源系统中，采用了新开发的升压电路，将蓄电池的电压升高到500V，利用高电压驱动电动机，发电机，不仅可以提高电动机的输出功率，抑制电力损耗，而且可以进一步发挥电动机永磁铁的效果；通过提高蓄电池的性能与发动机的改进，使整个系统面目一新。一、新款混合动力系统THS II新款混合动力系统THS II是以环保功能为出发点，按一个崭新的概念混合动力同步驾驶（Hybrid Synergy Driv

3、e）加以开发，这一新概念进一步发展了过去对汽车本来魅力的要求，即“行车的乐趣”的要求。要实现“行车的乐趣”，最基本的是发动机要有优秀的动力性，过去的做法是：或者加大发动机的排气量，或者是进行增压提高输出功率与转矩。但由此而牵涉到油耗增加，难以实现与环保的兼容。新款THS II增大了电动机的输出功率，提高了它的传动效率，进而通过对发动机实施全部能量管理，突破了加速功能与油耗二者只能取一的框框，油耗与动力目标同时行以实现，发挥出相乘效果，如图1所示。1、追求世界最高水平的低油耗与清洁排放THS实现了将油耗降低到传统汽油发动机的约1/2，而THS II为基础，利用最新开发的可变电压系统，提高电动机/

4、发电机电源系统的电压，进一步发展到对整个汽车的能量进行控制（或者叫做管理），实现了划时代的高效率，由此而实现了世界最高水平的低油耗。此外，排放水平按照日本国内的认证制度，达到了“超低排放水平”。2、行驶性能的提高在提高发动机与发电机最高转速的同时，利用高电压化的电源系统与高性能的蓄电池供给较大的电力。通过将电动机的输出楞率提高1.5倍，利用电动机动力与发动机动力的相乘效果，提高了行驶的平顺性。3、实现了混合动力同步驾驶起步时依靠的是高输出功率的电动机，一般行车依靠的是提高了燃油效率的发动机与电动机的最佳控制，而强力加速时依靠的电动机与发动机的满功率。在各种行车状况下，发动机与电动机巧妙地配合，

5、实现了平顺而有力的行驶，如图2所示。在功率控制组件内部，除了将电动机及发电机的交流与混合车用蓄电池的直流进行变换（交流直流）的逆变器之外，新增加了可变电压系统，在此系统中设置了升压电路，它可以将电动机与发电机的电源电压升高到500V（最大值）。高性能的蓄电池可变电压系统（升压电路）大功率电动机（50kw）高效发动机（57kw）怠速停机：在等信号时停机电动机驱动方式行驶；在发动机的效率较低时停机高效回收；回收减速，制动时的动能发动机的高效运转超低油耗强力行驶图2 混合动力同步驾驶示意图此外，在THS II中，设有对发动机/电动机/发电机的机械动力能够加以分配，集中与传递的动力分配器；能够使各部分

6、高效调动作，完成精密而且高速控制的系统控制装置，由此可以大幅度地提高电动机的使用比率；在发动机效率较低的条件下实现油耗最佳状态的运转与发电。还要增加减速与制动时的能量回收等，通过提高电力的输入输出效率，实现了世界上最高水平的1015工况最低油耗。二、系统的构成提高电源系统的电压，不仅增加了电动机的输出功率，而且使控制系统有了飞跃的提高；丰田公司独自开发的部件所构成的系统大大地提高了行驶效率。1、面目新的主要部件THS II的主要部件为电源系统的电动机、发电机、蓄电池，开发这些部件使这一系统进一步得到发展。系统的构成为：两个动力源就用了高压缩比的高效率发动机和输出功率提高了1.5倍的永磁式交流同

7、步电动机，由驱动电动机，发电机及动力分配机构组成的变速器，高性能的镍蓄电池及动力控制组件。2、支撑THS II核心的新技术1） 大输出功率与高效率的可变电压系统由于THS II采用了新开发的可变电压系统，所以电动机/发电机的电源电压比过去提高了约2倍，达到了500V。根据功率P=UI这一公式可知，在提高电压之后，以较小的电流就可以向电动机供给较大的电力，从而实现大输出功率中效率，参见图3。2） 增大了输出功率的电动机THS II采用了性能有很大提高的高效率永磁式交流同步电动机。随着电压的升高，从电源上可以获得更大的电力，与老型号维持同样尺寸的话，输出功率可提高到1.5倍（即从33kw提高到50

8、kw）；比功率与单位体积的输出功率达到世界最高水平。3） 可高速旋转的发电机与电动机的基本结构类似，发电机也为交流同步型。为了向大功率电动机供给足够的电力，发电机的转速从THS的6500r/min提高到10000r/min,以增加转速升高后的输出功率，由此大幅度地增加了中速区的动力输出，提高了低中速区的加速性能。这样发电机就可与发动机的驱动转矩。4） 更加轻量且高输出的蓄电池与THS时代开发的小型，高性能的镍氢蓄电池相比，THS II采用了更加轻量且高输出的蓄电池。通过采取降低内阻等措施，与THS相比，THS II蓄电池的输入输出密度提高了35%，达到了世界最高水平的输出密度（单位质量的输出）

9、，如图4所示。此外，在低速行车及因反复起步、停止，电动机频繁地动作，对蓄电池的充电量较少时，将利用发动机驱动发电机，以使蓄电池总是维持在一定的充电状态，而不必像电动车那样由外部来充电。5） 更加先进的回收制动系统THS II的回收制动系统也是在制动时使电动机起发电机的作用，将车辆所具有的动能转换成电能，并回收到蓄电池中；而且，THS II的回收制动系统增加了在重复于加减速行车状态下的能量加收功能，至更低的车速时也能将能量加以回收。三、发动机与混合动力车用变速器装用THS II的普瑞斯车上，设置了采用带动力分配器的变速器，由此才实现了高速发动机与高转矩电动机双系统输出的相乘效果。1、混合动力车专

10、用的1.5L发动机1）采用竭力追求热效率的高膨胀比设计发动机时就竭力追求热效率，因此采用的是高热效率，高膨胀比的典型阿特金森循环方式。在混合动力车装有了专用的1.5L发动机，这种发动机减小了燃烧室，提高了膨胀比。这从文字公式中也可以看出：膨胀比（膨胀行程容积燃烧室容积）燃烧室容积，在膨胀压力相当低的时候为换气，膨胀能量毫无剩余地得以转换，这从图5中就可以看出。下面从燃烧室的容积与膨胀压力来看阿特金森循环方式与普通奥托循环方式的不同。从燃烧室的容积来看，阿特金森循环方式的小些，奥托循环方式的为标准容积。因为阿特金森循环方式的燃烧室容积小些，所以即便开始压缩的时间推迟，也还是可以确保最佳的压缩压力

11、。就膨胀行程结束附近的膨胀压力来看，阿特金森循环方式的小些，奥托循环方式的为标准压力。阿特金森循环方式是从较小的燃烧室容积开始膨胀，当膨胀压力变低之后，再转换到排气行程。在目前采用奥托循环的发动机上，因为压缩行程容积与膨胀行程容积大致相同，从文字公式中看：压缩比（压缩行程容积燃烧室容积）燃烧室容积，因此，提高膨胀比则压缩比也会增高，这样不可避免地会发生爆震，也就是说，提高膨胀也是有一定限度的，然而，当推迟进气门的关闭时间，在压缩行程开始的初期（活塞开始上升时），将已吸入到气缸内的一部分空气返回到进气歧管侧时，实质上是推迟开始压缩的时间，就可以在不增高压缩比的情况下，提高膨胀比。此外，返回到进气

12、歧管的空气将降低进气管的负压，这样可以加大部分载荷时节气门的开度，也可以减少进气损耗。2）高性能且轻量化在这种发动机上，通过采用可变气门的正时机构VVTi，可以微细地调整进气门的正时，目的是一直确保可输出最大功率的状态。此外，由于采用了斜挤气式燃烧室，不但实现了高热效率，而且由于采用了铝合金气缸体，小型进气歧管等，减轻了发动机本体的质量，使发动机紧凑化，这也可以有效地节省燃油。3）通过提高转速来增加输出功率混合动力车专用的1.5L发动机的最高转速从老式的4500r/min提高到5000r/min，这样就增加了输出功率，如图6所示。所采用的方法是减轻运动部件质量，使活塞环低张力化，由此降低摩擦损

13、耗，再使发动机的最高转速升高500r/min。这样，通过提高发动机的转速与增加加速时的驱动力的方法来节省燃油。4）混合车用变速器混合车用变速器是由丰田公司独自开发的动力分配器、发电机、电动机与减速器等构成的。来自发动机的动力分配器后被一分为二，其输出轴一端与车轮相连，另一端与发电机相连。将发动机的动力通过两个途径机械途径与电的途径传递出去。此外，利用电子控制的方法，使混合车用变速器具有电子控制的无级变速功能，应用这一功能，实现了发动机的转速、发电机与电动机的转速与车速成比例的无级变速。THS II的混合车用变速器通过装用球轴承及采用带添加剂的润滑油，使摩擦损耗减少了30%。5）能量管理THS

14、II的控制系统对使车辆行驶及供给空调，暖风，前照灯，全球卫星定位系统等的能量（即车辆所消耗的总量）进行管理，如图7所示。THS II对混合动力车的总能量的发生源发动机及发电机、电动机、蓄电池等各部件的要求与工作状态、制动信息、加速踏板开度、变速档位等驾乘人员的指令，车辆上各种能量的消耗状态进行时时监控，并实施精确且高速的综合控制，以实现最高效率的行车。6）发动机的动力控制发动机的动力控制是THS II的基本控制，其目的：总是保证车辆所消耗的能量为最小。因此，预先设置了发动机的工作区，以保证其在耗油率低，转矩高的区域内工作，如图8所示。图8 发动机工作区的示意图此外，还要根据车辆的行车状态，加速

15、踏板的踏下量及蓄电池计算机的状态信号，加以判定且控制：是否停止发动机，只靠电动机行驶；还是起动发动机，以发动机的动力行车。THS II通过对发动机动力的最佳化控制，进而发展为对车辆的总能量管理，来实现节省燃油。7）无间歇高响应性的行驶控制装用THS II的新型普瑞斯的驱动力为依靠发动机的直接驱动力与电动机驱动力的合计。其最大驱动力中多数是较低车速下电动机的驱动力。在THS II上装用了大功率的电动机，同时，通过提高发电机的转速，与THS相比，大幅度地提高了最大驱动力，从低速起就可以利用最大动力，实现了动力性能的提高，如图9所示。从低速到高速，从动力较小的普通工况到油门全开的满负荷状态，都可以按

16、照驾乘人员的要求，实施无间歇的高响应驱动力控制。此外，从电动机驱动行车开始加速到发动机起动的时间缩短了40，大幅度地提高了响应性。图9 驱动力性能8） 制动回收的协调控制在THS II上，通过装用新开发的电子控制制动系统（ECB）进一步提高了回收协调控制功能，这不但减少了油压制动器所分组的制动作用，而且随着采用新开发的大功率蓄电池，提高了最大回收发电量，增加了回收量，如图10所示，由此而节省了燃油。图10 回收能量增加的示意图四、其它THS II所追求的是动力性能的提高，因为电动机的输出功率在很大程度上左右着混合动力车起步性能，所以提高电动机的输出功率，就大幅度地提高了起步与加速性能。在新型普

17、瑞斯车上，设置了EV(电动车)驱动模式，这在世界上也是首次。EV驱动模式就是限制发动机的起动，只靠电动机行驶的模式。按下EV驱动模式的开关，则只靠电动机的驱动力矩就可以使车辆以低于55km/h的速度行驶数百米。在某些场合下，例如清晨与深夜，也实现了绿色方式行车。第二节 混合动力系统THSII的功能混合动力系统是指将两种动力源汽油发动机与电动机组合起来使用的动力传动系统。这种系统的特点是根据行车条件巧妙地使用发动机与电动机，使它们分别发挥出自身的优点，缺点得到弥补。一、THSII概况新型普瑞斯上的发动机与电动机采用的仍是混联式组合。该车有3种行驶模式，发动机的动力发电、靠电动机行车的电动机驱动模

18、式。控制系统根据行驶状态从这3种模式中选择效率最高的驱动模式。与现有的汽油车相比，新型普瑞斯的油耗降低到1/2，且实现了清洁排放。此外，还解决了电动车所面临的续驶里程限制与外部充电烦琐问题。可以说，新型普瑞斯上装用的是划时代的动力传动系统。THSII上设有升压变流器，它将电动机、发电机与HV（混合车用）蓄电池之间的电压从201.6V变换到最大的500V，由此实现了在高电压下驱动电动机与发电机，如图1所示。这样，在抑制了小电流下供电所造成的电损耗的同时，还实现了电动机的大功率输出。图1 THS与THS II 采用的混联式组合的比较当你揭开发动机盖后，你就会发现不同之处：左侧一个汽油发动机；右侧一

19、个银色“盒子”。当然，这个“盒子”可是不简单，里面装的东西可是最重要的部分，包括电动马达、变压器、行星齿轮、电子控制无级变速箱。1、新型普瑞斯实现划时代节油的理由1）发动机总成的效率提高，在扩大电动机助力范围的同时，由于采用了阿特金森循环与低阻力化，实现了节省燃油与清洁排放的兼容。2）改善发动机的工作区仅在效率高、转矩高的规定转速范围内使用发动机；在发动机效率较差的低负荷区等范围内，利用电动机驱动行驶。3）停车与轻负荷行车时停止发动机在停车时，自动停车发动机；在轻负荷行车时，只靠电动机驱动行车。目的是节省燃油与实现清洁排放。4）制动能量的回收与再利用在发动机制动时与踩脚制动器时，由于利用驱动轮

20、带动电动机，使其作为发动机运转，这样使动能转换成电能，并回收到HV蓄电池中，同时利用发动电的阻力，通过发动机制动器与脚制动器辅助减速。称此为回收制动。2、在THS基础上的更改点1）系统的启动采用了控制按钮启动系统，体现了按钮操作的先进性与优秀的操纵性。2）2HV蓄电池在降低蓄电池模块内阻的同时，实现蓄电池的高效化；在不降低输出性能的前提下，减少模块数量，实现小型、轻量化。老型号蓄电池的模块数量为38个，新型号的减少到28个；输出电压从老型号的273.6降低到新型号的201.6V。3） 逆变器 通过在逆变器中设置升压变流器，可以降低HV蓄电池的电压。4） 电动机 通过采用高电压型电动机？（最大电

21、压为500V），实现了大功率输出。5） 发电机 为了能向大功率电动机供给足够的电力，将发电机可能输出最大电流的转速从老型号的6500r/min提高到新型号的10000r/min。6） 回收制动器 通过采用电子控制动系统ECB2，实施制动回收协调控制，实现了优先于油压制动的回收制动，从更低的车速起就可以回收能量。7） 计算机之间的通讯在发动机控制计算与HV控制计算机之间采用CAN通讯，在较短的时间里可以发、收更多的数据。8） EV驱动模式按照驾乘人员的意限制发动机的工作方式，设定了只靠电动机行车的EV驱动模式。9） 电动机的驱动力控制在低摩擦系数的路面上行驶，当处于车轮打滑等驱动力急剧改变的场合

22、下，则抑制电动机的驱动力，恢复对驱动轮的限制。10） 混合动力车专用变速驱动桥在老型号混合动力车装用的P111型变速驱动桥的基础上，进一步改善了油耗、行驶性能、静音性，另改型号为P112型，即新型普瑞斯装用的变速驱动桥。二、THSII工作的基本思路图2 THS II工作的基本思路THSII工作的基本思路如图2所示。利用加速踏板要求的驱动力将由发动机与电动机提供。发动机在最佳油耗线上（预先设定的耗油率低、转矩高的区域）工作，在发动机效率很低负荷区域，不使用发动机而是利用电动机行车。为了保护HV蓄电池总是处于一定的充电状态（SOC值），需要对SOC值进行检测。当SOC值下降到某一值时，增大发动机的

23、输出功率并发电，以提高SOC值。三、THSII结构上的特点1、采用了无连杆式加速装置。在THSII上采用了电子控制节流阀本体（ETCSi），实现了加速踏板与节流阀本体无连杆。由于是发动机控制计算机与HV控制计算机根据加速踏板位置传感器、节流阀位置传感器的信号决定节流阀开度，所以可以根据工作状态与蓄电池的充电状态对节流阀进行更精确的控制。2、 采用了无连杆式变速装置在THSII上采用了无连杆式变速装置，即在以电动机方式行车时，是根据变速档位传感器的信号控制电动机的旋转方向，实现前进或后退。停车也是采用了无连杆式装置，利用新开发的执行器以电方式控制停车机构的转换。3、不采用离合器而装用回收制动器和

24、高电压蓄电池在前轮与电动机之间不设置离合器，而是采取通过齿轮与链条的机械性时该连接方式。在N位置处，通过消除电动机绕组的励磁，使绕组的旋转阻力为0，从而产生中立状态。为了更多地回收制动能量、减轻发动机的充电负荷，扩大了回收制动器的工作区。通过降低蓄电池的内阻，提高了蓄电池的性能。由此可以减少蓄电池模块的数量，实现了小型、轻量化。四、THSII的各项操纵1、 启动通过动力开关与制动器踏板的操作，可以转换电源位置，从而启动、停止THSII，如表1所示。不踏板、只按动力开关时，电源位置按照OFFACCIGOFF的顺序转换。表1启动、停止THSII的操作操作电源位置OFFACCIGTHSII启动P档只

25、按动力开关转换为ACC转换为IG电源OFF踏制动器的同时按动力开关THSII启动电源OFF在钥匙插入钥匙槽的状态下，踏下制动器踏板，同时按动力开关，就可以启动THSII。在启动THSII的同时，可以行车指示灯（READY灯）闪亮（系统正在检测）。当行车条件成立时，可以行车指示灯为亮灯状态READY为ON（接通）状态，可以行车（装备有智能门开关）的车辆，只要携带钥匙而不用将钥匙插入钥匙槽内，就可以启动、停止THSII。启动THSII的过程中，若踩制动器的同时按动力开关，则系统停止。在行驶过程中，也可以断开动力开关，这是指在不得已需要停止HV系统工作的场合下。一直按着动力开关3S以上，可以强制地停

26、止HV系统的工作，同时电源位置转到ACC档。在动力开关上设定有显示电源状态的指示灯。2、起步与行车混合动力车与AT车存放着同样的爬行现象。在起步时仅利用电动机的驱动力；在达到发动机高效率的行车状态时，才转换为发动机驱动行车。在行车过程中，则是根据行驶状态改变电动机与发动机驱动力的分配，以使发动机的效率达到最佳值，在加速等需要较大驱动力的场合下，则是由电动机与以发动机共同驱动。3、发动机制动在下坡等需要发动制动的场合下，则换档到P档位，关掉油门的同时利用回收制动器进行减速，就可以得到更好的发动机制动效果。4、减速通过踏下制动器的踏板，在利用ECB2的减速与利用电动机回收发电的阻力减速之间实现协调

27、控制。在发动机暖机后，而且在蓄电池充电状态良好的场合下，当车速降低时，即使没有停车，发动机也停机。5、车辆停止在THSII启动时状态下（车辆停止）按动力开关时，THSII则停止工作，自动地转换到P位置。在长时间停止时，按P位置开关后，可以保持THSII的启动状态。应该注意的是：在驻车时，一定要按下动力开关，使THSII停止工作。因为即便是发动机不运转，车辆也有可能起步。6、EV驱动方向EV驱动方式是为住宅密集区夜深与清早的低噪声化减少室内停车场与车库内尾气而设置的，其工作状态如表2所示。驾驶人员按下EV驱动方式开关，就可以限制发动机的动作，即只是用电动机可以行驶12km。当再出现某些条件时，例

28、如EV驱动模式开关OFF时，EV驱动方式自动解除。表2不同驱动方式时的工作状态驱动方式指示灯蜂鸣器通常行驶方式中灯灭EV驱动方式灯亮在通常行驶方式中，当EV驱动方式开关闭合（ON）条件不成立时则取消灯亮3次鸣叫在EV驱动方式中，出现上述任意一个条件时3次闪亮灯灭3次鸣叫五、混合控制概述THSII系统的各项控制可简要说明如下。混合控制的示意图如图3所示。1、总动力的计算HV控制计算机根据收到的各传感器的信号，计算出驾车人员所要求的输出功率。从驾车人员所要求的输出功率与充电要求值，HV控制计算机计算出所必要的驱动力、发动机的转速与动力。2、驱动转矩的控制根据总输出功率与发动机的转速，为了得到所必须

29、的发动机的动力，发动机控制计算机实施节流阀控制。3、电动机/发动机控制在HV控制计算机对输出功率有要求的场合下，为了确保与此要求相应的发电量，则驱动发电机。利用HV控制计算机，根据行驶状态计算出驾车人员所要求的转矩，驱动电动机。在用于制动器控制的侧滑控制计算机要求回收制动的场合下，则实施回收制动。4、动力分配器的控制动力分配器在将发动机的动力分为直接驱动力和通过发电由发电机驱动，同时还将发动机的驱动力与电动机的驱动力合并，作为车辆的驱动力。第三节 THS II的构成与工作过程一、THS II的构成THS II采用的是混合动力车专用的1NXFXE型1.5L发动机和新开发的P112型变速驱动桥，后

30、者内部没有大功率电动机与发电机，从而实现了响应性好，无变速冲击的平滑行驶。THS II在车上的布置情况如图1所示，THS II的方框图如图2所示。二、THS II的工作过程图3图14示出了THS II的工作过程，各图中的字母与图形的含义如表1所示。1、 THS II的系统启动与发动机起动系统启动与发动机起动的示意图如图3所示，在踏下制动踏板的同时按动力开关时，HV控制计算机对HV系统检测之后，使其启动。在SOC较低时，为了利用发电机发电并向蓄电池充电，以及为了使发动机从冷态到热机，则起动发动机。发动机的起动是利用HV蓄电池的电力由发电机来完成的。2、停车时的充电（P的位置）在SOC较低的车辆停

31、车状态下（P位置），利用发动机的动力使发电机发电，再向HV蓄电池充电，如图4所示。3、起步1）通常时起步通常时起步只是利用电动机的驱动力，如图5所示，在发动机冷态，SOC良好的场合下，因为没有必要用发电机对蓄电池充电，只是为了使发动机热进行起动。2）SOC降低时的起步SOC降低时，基本上是利用电动机的驱动力进行起步，如图6所示。这时，驱动发电机使其发电，利用其电力驱动电动机；同时为了对HV蓄电池充电而起动发动机。4、轻负荷行驶时1）通常状态下轻负荷行驶时通常状态下轻负荷行驶时如图7所示。在低速以及下慢坡时，当发动机是在效率很差的区域里运转的场合下，则停止发动机，利用电动机驱动，目的是为了节省燃

32、油。在发动机冷态，SOC值良好的场合下，因为没有必要用发电机对蓄电池充电，只是为了使发动机热机进行起动。作为驱动力的发动机动力不传递到车轮，车辆是靠电动机行驶。2 ）SOC降低状态下轻负荷行驶时SOC降低状态下轻负荷行驶时如图8所示。基本上是利用电动机的驱动力行驶。这时要驱动发电机发电，利用此电力驱动电动机，同时为了对HV蓄电池充电起动发动机。5、正常行驶1）通常状态下正常行驶时在发动机效率较高的运转区域内，主要是靠发动机行驶。这时，由动力分配器将发动机的动力分割成两路，一路作为驱动力被传递到车轮，另一路驱动发电机使其发电，如图9所示。利用此电力驱动电动机，由此以可辅助发动机的动力，目的是为了

33、节省燃油。这时为了提高发动机的效率，发电量控制到最小程度。2）SOC降低状态下正常行驶时SOC降低状态下正常行驶时如图10所示。在SOC降低，需要对蓄电池充电等场合下，将增加发动机的输出功率，与此同时也使发电机发电。利用此电力，在驱动电动机的同时对HV蓄电池充电。6、 加速时加速时的示意图如图11所示。在提高发动机输出功率，将发动机的动力作为驱动力传递到车轮的同时，还利用动力分配器将发动机的动力传递到发电机使其发电，利用此电力驱动电动机进行加速；还要进一步加速时，则利用HV蓄电池的输出电力，增加电动机的输出功率。7、倒车时1）通常状态下倒车通常状态下倒车时的示意图如图12所示。这时是利用电动机

34、的驱动力行车的。在发动机处于冷态SOC值良好的场合下，因为没有必要利用发电机向HV蓄电池充电，所以只是为暖机而起动发动机。2） SOC值较低状态下倒车SOC值较低状态下倒车时的示意图如图13所示。这时是通过动力分配器，将发动机的动力传输到发电机上使其发电，利用此电能靠电动机行车。8、减速与制动时减速与制动时的示意图如图14所示。减速时（油门OFF时），车轮传输来的动力使电动机旋转，由此，电动机以发电机方式工作，动能转换成电能并回收到HV蓄电池中。制动时，电子控制制动系统（ECB2）实施协调控制，在保证可根据制动踏板的踏下量获得制动力的同时，还决定回收多少能量。在不必要向蓄电池充电的场合下，则增

35、加油压制动力部分。但是，在P位置时，在驱动发电机的同时，还将停止向发动机供油。9、在低摩擦系数路上行车时在低摩擦系数路上行车时的状态如图15所示。在雪道或结冰等低摩擦系数路上起步或行车的场合下，当车轮打滑或抱死等驱动力急剧变化时，高精度的转速传感器可瞬时检测出驱动轴的旋转状况，并将信号传输到HV控制计算机。HV控制计算机通过控制电动机的驱动力，在防止电压急剧变化与行星齿轮转速急剧上升的同时，恢复对驱动轮的夹持，根据驾车人员对油门的操纵状况所得出的驱动力，实施电动机牵引力控制。第四节 THS II的动力分配器与逆变器一、 动力分配器THS II的动力分配器采用了行星齿轮结构，包括齿环、传动齿轮、

36、恒星齿轮与行星齿轮。动力分配器将发动机的动力分为两部分，通过机械途径与电气途径分别传输出去，如图1所示。动力分配器输出轴的一侧与电动机、车轮相连，另一侧与发电机相连。行星齿轮的旋转轴与发动机相连，通过行星齿轮将动力传递到外圈的齿环与内侧的恒星齿轮，齿环的旋转轴与电动机直接相连，由此将驱动力传递到车轮。此外恒星齿轮的旋转轴与发电机相连。1、动力分配器的工作原理1）车辆停止时车辆停止时动力分配器的工作状态如图2所示。在HV蓄电池的SOC（充电状态）良好的状态下，发动机处于停止状态，这时，电动机与发电机也处于停止状态。在SOC处于较低的状态下，发动机被驱动，通过动力分配器将动力传递到发电机上，发电机

37、发电，并对HV蓄电池充电。2）发动机起动时发动机起动时动力分配器的工作状态如图3所示。因为驱动轮处于停止状态，所以齿环是停止的。这时，向具有发动机起动机功能的发电机通电，通过驱动恒星齿轮起动发动机;发动机被起动的同时，发电机开始发电，并对HV蓄电池充电。3）起步、轻负荷行驶时起步、轻负荷行驶时动力分配器的工作状态如图4所示。在HV蓄电池SOC（充电状态）处于良好状态下，仅利用电动机的驱动力就可以起步与行车。在这种场合下，发动机停止，发电机也不发电。在SOC处于较低的状态下，起动发动机后，发电机发电并对HV蓄电池充电。4）普通行车时在普通行车的场合下，在发动机效率较高的区域主要是利用发动机的动力

38、行车，如图5所示。这时，动力分配器将发动机的动力分为两部分，一部分作为驱动力传递到车轮，另一部分用以驱动发电机，使其发电，并利用此电力驱动电动机来补充发动机的动力。为了提高发动机的动力，将发电机的发电量控制到最低限度。5）加速时加速时动力分配器的工作状态如图6所示。从普通行车状态到开始加速，在提高发动机转速的同时，利用发电发出的电力驱动电动机，从而获得驱动力。6）能量的回收能量回收时动力分配器的工作状态如图7所示。当减速且SOC在规定范围之内时，由于是驱动轮逞动电动机旋转，所以是动能转换成电能后向HV蓄电池充电的。7）倒车时倒车时动力分配器的工作状态如图8所示。这时只是利用电动机的驱动力来倒车

39、。在SOC较低时，驱动发动机后，再利用发电机所发出的电力作为电动机的驱动力。二、逆变器逆变器总成是由逆变器与变流器两部分组成的，如图9所示。逆变器是将高电压直流电变换成电动机/发电机等用的交流电的变换装置。在THS II上设置了电动机用与发电机用2个逆变器。当采用电动空调压缩机时，还设置空调逆变器。变流器的作用是将HV蓄电池的DC201.6V变换成DC12V，用作辅助电动机与计算机的电源。在THS II上采用了新开发的升压变流器，它将HV蓄电池的电压最高可升高到500V，用于驱动电动机/发电机。之所以在高电压下进行驱动，目的是提高电动机的输出功率，减少电能损耗。此外，从输出功率电压电流的关系也

40、可以看出，提高电压可以降低电流，从而减小逆变器的体积。在逆变器的罩盖上设有连锁机构。当打开罩盖时，连锁开关断开（OFF），也就使系统主继电器SMR断电。因此，为了安全起见，应在断开（OFF）点火开关的状态下打开罩盖。1、逆变器的结构逆变器采用了利用散热器的水冷式结构，与发动机共用一个散热器，但冷却液的管路是分开的。在点火开关闭合（ON）时，混合系统的水泵一直是开着的。当逆变器的冷却液超过设定值时，就会对发动机的控制计算机发出指令，使其驱动风扇。2、逆变器的工作原理电动机/发电机用逆变器的电路原理见图10。逆变器是将高压直流电与电动机/发电机的交流电进行变换的动力变换装置，它通过分别由6个功率管

41、构成的三相桥式电路，实现直流电与三相交流电的转换。其它逆变器的工作原理也与此相同。功率管的驱动由HV控制计算机通过功率控制组件进行控制;同时，逆变器向HV控制发送输出电流及电压等电流控制所必要的信息。三、DC-DC变流器车辆灯具、音响等电器类及各ECU的电源电压为12V，但THS II的发电机的电压为201.6V，所以，要利用逆变器将直流201.6V变换成12V，以便对辅助电器蓄电池进行充电。1）变流器的特点变流器的特点是体积小、输出电流大。变流器安装在逆变器的下方，结构紧凑，可连续输出100A的电流。变流器输入电压的范围比较大，正常工作的最低输入电压可低到168V。2）变流器的工作原理当直流

42、电压201.6V加到DC-DC变流器上之后，由晶体管桥式电路将直流变换成交流，经变压器降低电压，再经整流、滤波之后，变换成DC12V。变流器的电路原理如图11所示。四、升压变流器升压变流器是按照HV控制计算机的要求，根据电动机/发电机的工作状况，将电动机/发电机用的逆变器输入电压从DC201.6V升压到DC500V。升压变流器的电路原理如图12所示。在升压变流器上采用了新开发的IGBT（绝缘栅双极晶体管）。IGBT是半导体开关元件，它将HV蓄电池电压升高，再将升压后的直流变换成驱动电动机/发电机用的交流。由于是在高电压与大电流状态下通断直流，所以不但抑制了工作状态下的发热，而且使升压变流器具有

43、体积小、效率高的特点。第五节 THS II的电动机/发电机与蓄电池等部件一、电动机/发电机作为发动机辅助动力源的电动机为小型、轻量且高效率的交流同步电动机。根据车辆的状况，电动机既可以单独工作，也可以作为发动机的辅助动力，实现车辆的平顺起步、加速等动力性能，如图1所示。在制动器进行回收工作时，车辆的动能可以转换成电能，储存在HV蓄电池中。电动机的规格如下：型号为3CM，最大输出功率为50Kw(1200-1540r/min)，最大转矩为400Nm（0-1200 r/min），额定电压为500V，冷却方式为水冷。与电动机类似，发电机也采用了交流同步型，其结构如图2所示。发电机在对HV蓄电池充电与给

44、电动机驱动电力的同时，还担负着起动发动机的起动机的作用。发电机已实现了高速化，工作转速为10000 r/min，其目的是为了向高输出功率的电动机供给足够的电能。高速化的实现，使发电机在中速时也可以输出一定的电能。1、电动机的结构与工作原理如图3所示，当定子总成的三相绕组中有三相交流电通过时，电动机内就会产生旋转磁场。由于是根据转子的旋转位置与速度控制此旋转磁场 的，所以设置在转子上的永久磁铁就被吸引，从而产生转矩。所产生的转矩与电流成正比，而转速则利用交流电源的频率加以控制。此外，通过适当地控制旋转磁场与转子磁铁的角度，直至调整都可以实现高转矩、高效率运转。将转子内的永久磁铁按V字型设置，就可以有效地利用因转子内的磁阻变化所产生的转矩（一般称此为磁阻转矩），其目的是增大转子的转矩，提高驱动转矩。在发电时，由于转子的旋转产生磁场，所以定子