豐田普銳斯混合動力汽車.ppt

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(chǎn)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 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(shè)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(nèi) 銷。 世界上第一輛大規(guī)模量產(chǎn)的汽油電動混合動力車。 第一代普銳斯的生產(chǎn)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(shè)計成為 5門掀背款。 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(nèi)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普銳斯油電混合動力系統(tǒng)使發(fā)動機和電動機的協(xié) 同驅(qū)動實現(xiàn)低油耗、低排放。利用電動機驅(qū)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(lián)型的 HEV，它的動力系統(tǒng)叫做 Toyota Hybrid Sy stem (THS) ，結(jié)合了 串連和并聯(lián) 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(lián)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(jié)構(gòu) 電池系統(tǒng) 電池系統(tǒng)由電流傳感器、保險絲、服務(wù)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(gòu)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(chǎn)生短路時，保險絲斷開，以防止電子器件的損壞 和車上發(fā)生火災(zāi)； 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(zhuǎn)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(jù)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 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(zhuǎn) 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(shè)備由 CONVERTER 供電； 在 ACC（自適應(yīng)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(qū)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起來 。 Prius 采用行星齒輪作為變速機構(gòu)，可以實現(xiàn) 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(gòu) 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(jié)構(gòu) 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(qū)動 MG1發(fā)電的動力 (電動力 ) 和用于 直接驅(qū)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(jīng)過減速 行星排減速增矩后，也通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(diào)速 ,MG2主要作為驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，作發(fā)電機 ，對電池充電和對 MG2供電； MG1反轉(zhuǎn)時，則作為電動機 ，消耗電能。 通過調(diào)節(jié) MG1的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)發(fā)動機在某個高效功率點運行； 隨車 速的變化， 調(diào)節(jié) MG1的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)行星齒輪無級變速的功能 （ 2） MG2作用 EV模式運行時， 作電動機，獨立驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)驅(qū)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(fù)進行的調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器 DC/DC轉(zhuǎn)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(shè)備、電子部件 ECU作為電源使用 。 4、 MG ECU 根據(jù)從動力管理控制 ECU(HV CPU)的信號控制變頻器和 增壓轉(zhuǎn)換器。 5、電子控制系統(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(zhuǎn) 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(diào)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(guān)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 ，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(zhuǎn)化 將發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)數(shù)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(zhuǎn)數(shù) ，所以既加大 了加速時的驅(qū)動力，又實現(xiàn)了低油耗。 運轉(zhuǎn)部件的重量更輕； 活塞環(huán)的張力更小； 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(jù)行駛狀況細微地調(diào)節(jié)進氣閥的工作 時間。 可在各種旋轉(zhuǎn)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(diào)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)動機的電水泵能 在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)的時候提供穩(wěn)定的 加熱性能 ， 預(yù)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(zhuǎn)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(qū)動時，由于發(fā)動機不工作，采 用傳統(tǒng)的空調(diào)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(qū)動的 電子變頻器壓縮機 ，從而確保了汽車空調(diào)的正常運行。 Pruis普銳斯的空調(diào) A/C 壓縮機的結(jié)構(gòu)， A/C 變頻器產(chǎn)生 3相交流電驅(qū)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 一般行駛時發(fā)動機效率很高 ，發(fā)動機產(chǎn)生的動力不僅 是 車輪的驅(qū)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(zhuǎn)力驅(qū)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(zhuǎn) 。 因為發(fā)動機不能在低旋轉(zhuǎn)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(qū)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 -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(qū)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(chǎn)生的動力直接驅(qū)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(chǎn)生的動力用來驅(qū) 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(chǎn)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(zhuǎn)時是采用發(fā)動機來驅(qū)動，而發(fā)動 機有時會產(chǎn)生多余的能量。這時 多余的能量由發(fā)電機 轉(zhuǎn)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(qū)動力 。 通過 發(fā)動機和電動機雙動力的結(jié)合使用 ，油電混合動 力系統(tǒng)得以實現(xiàn)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(zhuǎn)力帶動電動機運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用 。 減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。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(zhuǎn)，以給 HV蓄電池充電 ；另外有時因與空調(diào)開關(guān)連動， 發(fā)動機會仍保持運轉(zhuǎn)。 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(shè)備，從而有效地控制了有害氣體的產(chǎn)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%， 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(qū)動力 （ 2）驅(qū)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(qū)動力減少輪胎打滑 。當高精度旋 轉(zhuǎn)傳感器檢測出輪胎即將空轉(zhuǎn)時， 電動機立即向驅(qū) 動軸補充能量，以恢復(fù)驅(qū)動軸的動力 。 （ 4）爬坡動力輔助 爬坡時利用電動機補充驅(qū)動力 ，駕駛員無需進行油 門加大操作，高精度旋轉(zhuǎn)傳感器 檢測出坡道的坡度 和汽車總體重量，根據(jù)情況自動加大驅(qū)動力輸出 。 （ 5）坡道啟動控制 利用 電動機的驅(qū)動力防止汽車在斜坡上停止及啟動 時出現(xiàn)倒車現(xiàn)象 。將制動器松開，汽車也不會倒退。 高精度旋轉(zhuǎn)傳感器檢測出車輪最細微的前進和后退， 根據(jù)坡度和油門開度指示電動機輸出所需的驅(qū)動力 2、強勁加速 強勁加速的工作原理主要體現(xiàn)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(chǎn)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(zhuǎn)速及扭矩的分配通過電子方式進行無極 調(diào)速。 駕駛員無需操作離合器和變速器就可以實 現(xiàn)平穩(wěn)的加速和減速 五、超群的靜謐性的工作原理 1、 EV驅(qū)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(qū)動力來行駛，利用電力帶動的 電動機是非常安靜的驅(qū)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(shù) 通 過 EV驅(qū)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(lián)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(lián)式混合動 力”。 該系統(tǒng)組合 “串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)”以及 “并聯(lián)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(shù)開發(fā)并改良了驅(qū)動系統(tǒng)、發(fā)電系 統(tǒng)和控制系統(tǒng) 混聯(lián)式混合動力利用 電動機和發(fā)動機這兩個動力來驅(qū)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(jù)行駛條件的不同， 可以僅靠電動機驅(qū)動力來行駛 ，或 者利用 發(fā)動機和電動機驅(qū)動行駛 。 基本結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(qū)動車輪，另一部分用來發(fā)電，給 電動機供應(yīng)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。