豐田普銳斯混合動力汽車.ppt
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1、 項目四 豐田普銳斯混合動力汽車 活動一 豐田普銳斯混合動力汽車概述 日本豐田汽車于 1997年所推出世界上第一個大規(guī)模生 產的混合動力車輛車款,隨后在 2001年銷往全世界 40 多個國家和地區(qū),其最大的市場是 日本和北美 。 美國 是普銳斯最大的市場,至 2009初為止,美國豐田總共 賣了超過 60萬量。 普銳斯是在美國銷售的汽車中最省油的。評價普銳斯 是美國目前為止二氧化碳排放量最干凈的車輛。 英國運輸部公布普銳斯是在英國銷售的車輛中最少二 氧化碳排放的第二名。 Toyota Prius 到目前為止推出了第 3 個版本: 第一代 Prius 于 1997 年上市,主要在日本銷售; 第二代
2、 Prius 2000年開始在美國和歐洲銷售。雖然混 合動力配置沒有改變,但動力性增強了,幾乎是一輛 重新設計的新車; Prius 于 2003年在美國發(fā)售第三代。 2006年 1月普銳斯 Prius在中國上市。 第一代普銳斯,型號 NHW10, 1997年 12月出廠 ,只在日本內 銷。 世界上第一輛大規(guī)模量產的汽油電動混合動力車。 第一代普銳斯的生產成本高達 32000美元,但是售價只為 16929美元,也就是每輛 NHW10都是虧本出售。 動力方面,搭載一臺 1.5L汽油發(fā)動機 、 永磁交流電動機 和 288伏鎳金屬氫化物(鎳氫)電池組 。 第二代普銳斯 ,NHW20已重新設計成為 5門
3、掀背款。 這一代的普銳斯比上一代長了 150mm。 動力方面,普銳斯 NHW20搭載一臺 1.5升 4缸汽油發(fā)動機 、 永磁交流電動機 和 500伏鎳金屬氫化物(鎳氫)電池組 。 普銳斯 NHW20也是普銳斯首次進入中國的車型。中國市場 的普銳斯由四川一汽豐田汽車公司 第三代普銳斯, ZVW30,采用更富動感的全新線條,銳利 的頭燈賦予更為鮮明的車頭樣貌 動力方面, 全新 1.8升發(fā)動機 電動傳動系統(tǒng)部份,新一代普銳斯的電動馬達輸出自 68馬 力提升至 82馬力,工程師并將減速齒輪納入馬達內部,以 在提供更高額輸出的同時,降低馬達本身的體積與重量。 PRIUS普銳斯特點: PRIUS普銳斯油電
4、混合動力系統(tǒng)使發(fā)動機和電動機的協(xié) 同驅動實現低油耗、低排放。利用電動機驅動時對環(huán) 境沒有任何污染; 在減速、制動和下坡時還能回收能量以供再利用; 當遇到 紅燈停駛時,發(fā)動機會自動停止工作 ,這將沒 有任何燃油的消耗!因此,油耗和尾氣排放都得到了 有效改善 PRIUS普銳斯特點: Prius是第一輛混聯型的 HEV,它的動力系統(tǒng)叫做 Toyota Hybrid Sy stem (THS) ,結合了 串連和并聯 兩種方式的 特點。 (THS)由發(fā)動機,發(fā)電機,電動機,行星齒輪,逆變器和 動力蓄電池組組成。 發(fā)動機是傳統(tǒng)的 4 缸汽油機 Ni-MH 蓄電池組,無需外接充電,免維護; 制動系采用前后輪
5、均為盤式制動,制動為線控,最優(yōu)化制 動再生能量充電。 PRIUS普銳斯特點: (THS)由發(fā)動機,發(fā)電機,電動機,行星齒輪,逆變器和 動力蓄電池組組成。 發(fā)電機和電動機都可以做電動機,也可以做發(fā)電機,叫做 MG1, MG2。行星齒輪將兩個電機,發(fā)動機有機的聯系起來 電機是交流永磁同步無刷電機,最大功率分別為 33K W 和 16 KW; 活動二 豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)結構 電池系統(tǒng) 電池系統(tǒng)由電流傳感器、保險絲、服務插銷、系統(tǒng)主繼電 器、電池控制模塊 ECU、電池通風溫控系統(tǒng)構成。 在修理汽車時,為了確保安全,通過 service plug 人為 地斷開電路; 當電池產生短路時,保險絲斷開,以
6、防止電子器件的損壞 和車上發(fā)生火災; 系統(tǒng)主繼電器隨著點火鑰匙的 on /off 而閉合或斷開 ,點火鑰 匙轉到 OFF 時,主繼電器切斷高壓系統(tǒng)以確保安全,當汽車受 到碰撞或系統(tǒng)有故障時,主繼電器也會斷開高壓電; 電池 ECU 根據電池的電流、電壓和溫度來計算電池的 SOC, 并把它送到整車控制系統(tǒng),同時它還檢測電池是否正常; 電池有 溫控系統(tǒng) 。裝在通風道上的風扇把來自駕駛室的風, 通過過濾器,通風管路,送到高壓電池盒。 HV電池 ,每單元 7.2V,共 34個模塊,因此單元 (7.2 V) x 34模塊 = DC 244.8 V, HV總電壓為 244.8V。 二、 12V蓄電池 12
7、伏蓄電池給汽車上的電器、控制器提供電源。當蓄 電池電壓低時,由 CON-VER TER 把 300 伏的直流電轉 換成低壓直流電 (12 伏 )給蓄電池充電; 汽車在準備模式時,給 12V 電池充電,車燈、后窗除 霜器、 EMPS(電子輔助動力系統(tǒng) ) 和其它電子設備由 CONVERTER 供電; 在 ACC(自適應巡航系統(tǒng)) 模式時,由 34AH 蓄電池 供電,可持續(xù) 15 小時; 在 key-off模式下,蓄電池有 75mA 漏電電流,即使不 用車,電池也只能持續(xù)大約兩個星期。 三、混合動力傳動橋 豐田 Prius所采用的混合驅動方式,它將 發(fā)動機、發(fā)電 機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接
8、起來 。 Prius 采用行星齒輪作為變速機構,可以實現 電機與 發(fā)動機的動力分配和無極變速 。 動力總成 和 傳遞機構 主要由電機 MG1、電機 MG2、動力 分配行星排、減速行星排、過渡齒輪、主減速器和差 速器等組成。 1、組合齒輪單元結構 在動力分配行星排中, 行星架與發(fā)動機相連,太陽輪 與 MG1相連,齒圈通過過渡齒輪與主減速器相連 。發(fā)動 機輸出的動力被分成用于 驅動 MG1發(fā)電的動力 (電動力 ) 和用于 直接驅動車輪的動力 (機械動力 )兩個部分 。 在減速行星排中,行星架固定,太陽輪與 MG2相連,齒 圈與動力分配行星排的齒圈相連。 MG2的動力經過減速 行星排減速增矩后,也通
9、過過渡齒輪向主減速器輸出 。 2、高輸出功率電動機 Prius普銳斯油電混合動力系統(tǒng)的電動機 MG1、 MG2是 交流同步電動機 。 MG1主要用于調速 ,MG2主要作為驅動電機 , 2個電機均 可以作為 發(fā)電機和電動機 。 ( 1) MG1作用 作為電動機, 起動發(fā)動機 ,把 發(fā)動機從靜止拖動到 1000 轉左右 , 然后發(fā)動機噴油點火; 在 發(fā)動機有軸功輸出時, MG1正轉,作發(fā)電機 ,對電池充電和對 MG2供電; MG1反轉時,則作為電動機 ,消耗電能。 通過調節(jié) MG1的轉速來實現發(fā)動機在某個高效功率點運行; 隨車 速的變化, 調節(jié) MG1的轉速,實現行星齒輪無級變速的功能 ( 2)
10、MG2作用 EV模式運行時, 作電動機,獨立驅動汽車 ; 汽車加速和需要輔助功率時 ,作 電動機 ; 汽車中等速度巡航時,發(fā)動機輸出功率較低, MG1反轉作電動機, MG2作發(fā)電機 ,對電池充電和對 MG1供電; 制動時發(fā)電 ; 倒車時, 反轉驅動汽車 油電混合動力系統(tǒng)中采用了 “再生制動器”, 它利 用 電動機的發(fā)電來再次利用動能 。 在減速中作為摩擦熱散失的動能回收為行駛用能量 。 城市中行駛時反復進行的調速操作具有較高的能量回 收效果,所以在 低速帶優(yōu)先使用再生制動器 。 Prius普銳斯在城市中行駛 100km,即可再生相當于 1 升汽油的能量 。 四、動力控制單元 使用電動機行駛的普
11、銳斯油電混合動力系統(tǒng)中安裝有 由 變頻器、可變電壓系統(tǒng)、 DC/DC轉換器組成的動力控 制單元 。 1、變頻器 變頻器將 HV蓄電池的 直流電流 轉換成電動機和發(fā)電機 使用的 交流電流 。另外也將 發(fā)電機和電動機 發(fā)出的 交 流電流 轉換成可供 HV蓄電池充電 的 直流電流 。 2、可變電壓系統(tǒng) 2.可變電壓系統(tǒng) 3、 DC/DC轉換器 DC/DC轉換器將 HV蓄電池和發(fā)電機發(fā)出的 244.8/201.6V 直流電流減壓至 12V,以供 車輛的輔助設備、電子部件 ECU作為電源使用 。 4、 MG ECU 根據從動力管理控制 ECU(HV CPU)的信號控制變頻器和 增壓轉換器。 5、電子控制
12、系統(tǒng) ECM 電子控制系統(tǒng)是 集中控制車輛中各種系統(tǒng)的電子裝置 , 可稱為汽車的大腦。 油電混合動力系統(tǒng)采用 ECU實時 監(jiān)控汽車各系統(tǒng)的運轉 情況和能量消耗情況,進行精密且高速的綜合控制 五、高電壓線束 Prius普銳斯的高電壓線束既要承受高電壓、高電流, 保證電機的供電與發(fā)電需要,同時還要確保安全。 Prius普銳斯的高電壓線束除了向電機提供高壓電以外, 還得 向空調系統(tǒng)的帶馬達的壓縮機總成供電 。 六、汽油發(fā)動機 油電混合動力系統(tǒng)中安裝的發(fā)動機與以往機型相比, 具有 低油耗,高輸出的特性 。 1、高膨脹比循環(huán) 發(fā)動機進氣門關閉時間延遲,使進氣和排氣損失減小 縮小燃燒室容積,以提高膨脹比
13、,即等待爆發(fā)壓力在充分降低 后才進行排氣,由此充分利用爆發(fā)能量。 2、高旋轉化 將發(fā)動機的最高轉數升至 5000r.p.m,提高了輸出功率。 在減少摩擦損失的同時提高了最高轉數 ,所以既加大 了加速時的驅動力,又實現了低油耗。 運轉部件的重量更輕; 活塞環(huán)的張力更??; 氣門彈簧的反彈力更小。 3、采用 VVT-i“ 智能可變配氣正時系統(tǒng) ” 采用 VVT-i,可根據行駛狀況細微地調節(jié)進氣閥的工作 時間。 可在各種旋轉帶進行高效燃燒,為提高輸出功率,降 低油耗作出貢獻。 氣缸容積通過 VVT-i是可以改變的。 七、電水泵 ECM調整發(fā)動機冷卻液的循環(huán)量以符合最佳的發(fā)動機運 作條件。 發(fā)動機的電水
14、泵能 在發(fā)動機不運轉的時候提供穩(wěn)定的 加熱性能 , 預熱性能 以及 減少冷卻損失 進一步提高發(fā) 動機工作效率。 八、電池及變頻器冷卻系統(tǒng) Pruis普銳斯電池及變頻器冷卻系統(tǒng)與發(fā)動機冷卻系統(tǒng) 分開,冷卻帶 轉換器的變頻器總成 和 MG1、 MG2 采用強制循環(huán)式水冷卻,由電動水泵提供循環(huán)動力 電池及變頻器冷卻系統(tǒng)使用了帶馬達的 HV水泵,水泵采用 了 高輸出無電刷型的泵馬達 。 九、 A/C 壓縮機 Pruis普銳斯在純電力驅動時,由于發(fā)動機不工作,采 用傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)會影響車輛舒適性,因些與普通車 輛不同, Pruis普銳斯 A/C系統(tǒng)使用一個由馬達驅動的 電子變頻器壓縮機 ,從而確保了汽車
15、空調的正常運行。 Pruis普銳斯的空調 A/C 壓縮機的結構, A/C 變頻器產生 3相交流電驅動馬達 。 活動三 豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)的特點與工作原理 豐田 Prius普銳斯特點是 低油耗、低尾氣排放量、良好的加 速、運行安靜的傳動系統(tǒng) 。 一、低油耗的工作原理 Prius油電混合動力系統(tǒng)可 分別使用電動機和發(fā)動機來行駛 油耗與低一等級排量車體尺寸的車輛相當,功率卻與高一 等級車輛相當 。 與同等排量的車輛相比,其 低油耗性能居世界最高水平。 一、低油耗的工作原理 在 啟動及低速行駛時 , Prius油電混合動力系統(tǒng) 僅利用電 動機的動力來行駛 ,因為這時發(fā)動機的效率不高; 在 一般行駛
16、時發(fā)動機效率很高 ,發(fā)動機產生的動力不僅 是 車輪的驅動力 ,同時也 用來發(fā)電帶動電動機 ,并 給 HV 蓄電池充電 ; 在減速或制動時 , TOYOTA油電混合動力系統(tǒng)以車輪的旋 轉力驅動電動機發(fā)電, 將能量回收到 HV蓄電池中 。 1、啟動時 充分 利用電動機啟動時的低速扭矩 當汽車啟動時,油電混合動力系統(tǒng) 僅使用由 HV蓄電池 提供能量的電動機的動力啟動 ,這時 發(fā)動機并不運轉 。 因為發(fā)動機不能在低旋轉帶輸出大扭矩,而電動機可 以靈敏、順暢、高效地進行啟動。 2、低速、中速行駛時 由 高效 利用能量的電動機驅動 行駛 對于發(fā)動機而言,在低速中速帶的效率并不理想, 而另一面,電動機在低速
17、 -中速帶性能優(yōu)越。因此在用 低速 -中速行駛時, 油電混合動力系統(tǒng) 使用 HV蓄電池的 電力,驅動電動機行駛 注意: 當 HV蓄電池的電量少時,利用發(fā)動機來帶動發(fā) 電機發(fā)電,為電動機提供動力。 3、一般行駛時 低油耗的駕駛、 使用發(fā)動機作為主要動 力源 由 發(fā)動機產生的動力直接驅動車輪 ,依照駕駛狀況 部 分動力被分配給發(fā)電機 ,由 發(fā)電機產生的動力用來驅 動電動機和輔助發(fā)動機 ,利用發(fā)動機和電動機這一雙 重傳動系統(tǒng),發(fā)動機產生的動力以最小消耗被傳向地 面。 注意: HV蓄電池的電量少時,發(fā)動機輸出功率會被提 高以加大發(fā)電量,來給 HV蓄電池充電。 4、一般行駛時 /剩余能量充電 將 剩余能
18、量用于 HV蓄電池充電 ,因為 TOYOTA油電混合 動力系統(tǒng)在高速運轉時是采用發(fā)動機來驅動,而發(fā)動 機有時會產生多余的能量。這時 多余的能量由發(fā)電機 轉換成電力,用于儲存在 HV蓄電池中 。 5、全速行駛時 利用雙動力來獲得更高一級的加速 在需要強勁加速力(如爬陡坡及超車)時, HV蓄電池 也提供電力,來加大電動機的驅動力 。 通過 發(fā)動機和電動機雙動力的結合使用 ,油電混合動 力系統(tǒng)得以實現與高一級發(fā)動機同等水平的強勁而流 暢的加速性能。 6、減速 /能量再生時 將減速時的能量回收到 HV蓄電池中 在踩制動器和松油門時,油電混合動力系統(tǒng)使 車輪的旋 轉力帶動電動機運轉,將其作為發(fā)電機使用
19、。 減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量,在此被轉換成電 能,回收到 HV蓄電池中進行再利用。 7、停車時 動力系統(tǒng)全部停止 在停車時,發(fā)動機、電動機、發(fā)電機全部自動停止運 轉。不會因怠速而浪費能量。 注意: 當 HV蓄電池的充電量較低時,發(fā)動機將繼續(xù)運 轉,以給 HV蓄電池充電 ;另外有時因與空調開關連動, 發(fā)動機會仍保持運轉。 二、低尾氣排放的工作原理 采用了 三元催化劑 和 VVT-i,并改良了 空燃比補償裝置 、 點火時間控制裝置 、 燃料蒸發(fā)排放物控制裝置 及其它 各種設備,從而有效地控制了有害氣體的產生,并增 強了尾氣凈化性能。 Prius低尾氣排放做到 CO2減少為以往的 45%,
20、NOx、 HC 減少到一半以下 三、駕駛方便、動力強勁的工作原理 1、駕駛方便 ( 1)靈活控制電動機和發(fā)動機 當駕駛員發(fā)出指令時, 油電混合系統(tǒng)能迅速輸出所 需動力 ,其可以 分析駕駛情況和行駛條件輸出最佳 驅動力 ( 2)驅動輔助 油電混合系統(tǒng)安裝有 智能駕駛操作系統(tǒng),電動機利 用傳感器掌握駕駛情況,瞬間輸出所需動力 。 ( 3)電動機 TRC 通過控制電動機驅動力減少輪胎打滑 。當高精度旋 轉傳感器檢測出輪胎即將空轉時, 電動機立即向驅 動軸補充能量,以恢復驅動軸的動力 。 ( 4)爬坡動力輔助 爬坡時利用電動機補充驅動力 ,駕駛員無需進行油 門加大操作,高精度旋轉傳感器 檢測出坡道的坡
21、度 和汽車總體重量,根據情況自動加大驅動力輸出 。 ( 5)坡道啟動控制 利用 電動機的驅動力防止汽車在斜坡上停止及啟動 時出現倒車現象 。將制動器松開,汽車也不會倒退。 高精度旋轉傳感器檢測出車輪最細微的前進和后退, 根據坡度和油門開度指示電動機輸出所需的驅動力 2、強勁加速 強勁加速的工作原理主要體現在以下幾個方面: ( 1)理想的動力系統(tǒng)控制 電動機在低速帶產生大扭矩,發(fā)動機在高速帶具 有良好的輸出功率 。油電混合系統(tǒng)控制兩種動力, 使在低速和高速時都能順暢、平穩(wěn)的加速。 ( 2)扭矩分配系統(tǒng)控制 油電混合系統(tǒng)的變速器可將發(fā)動機、發(fā)電機和電 動機的轉速及扭矩的分配通過電子方式進行無極 調
22、速。 駕駛員無需操作離合器和變速器就可以實 現平穩(wěn)的加速和減速 五、超群的靜謐性的工作原理 1、 EV驅動模式 油電混合動力系統(tǒng)在發(fā)動機工作效率欠佳的低速和中 速段, 僅靠電動機的驅動力來行駛,利用電力帶動的 電動機是非常安靜的驅動力 。 如果發(fā)生以下情況,將自動解除 EV駕駛模式 HV蓄電池的充電狀態(tài)在規(guī)定值以下 車速在 55km/h以上 油門開度在規(guī)定值以上 2、 Prius的靜謐性技術 通 過 EV驅動、適當配置消音器、以及在車身各處涂抹 減振材料 等方法來提高靜謐性。 消音材料配置在適當處以減少發(fā)動機的噪音。在部分 駕駛室前壁板、地板上涂抹減振材料,從而確保吸音 性和遮音性。 六、混聯
23、式混合動力的工作原理 普銳斯油電混合動力系統(tǒng)采用的是 “混聯式混合動 力”。 該系統(tǒng)組合 “串聯式混合動力系統(tǒng)”以及 “并聯式 混合動力系統(tǒng)”,是一個綜合雙方優(yōu)點的理想系統(tǒng)。 還利用最尖端的技術開發(fā)并改良了驅動系統(tǒng)、發(fā)電系 統(tǒng)和控制系統(tǒng) 混聯式混合動力利用 電動機和發(fā)動機這兩個動力來驅動 車輪 ,同時電動機在行駛當中還可以發(fā)電,可以一邊行駛, 一邊給 HV蓄電池充電。 根據行駛條件的不同, 可以僅靠電動機驅動力來行駛 ,或 者利用 發(fā)動機和電動機驅動行駛 。 基本結構由電動機、發(fā)動機、 HV蓄電池、發(fā)電機、動力分 離裝置、電子控制單元 (變壓器、轉換器 )組成。 利用 動力分離裝置將發(fā)動機的動力分成兩份 ,一 部分用來直接驅動車輪,另一部分用來發(fā)電,給 電動機供應電力和 HV蓄電池充電。 電動機擅長從低速帶開始發(fā)揮威力,而發(fā)動機則 在高速帶大顯身手 。系統(tǒng)通過理想地控制二者, 可在所有條件下提供高效率的行駛。
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