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摘要：1）采用变频器总成为 MG1（电机 / 发电机）和 MG2（电机）提供系统电压。变频器总成由可将系统工作电压升至最高电压（直流 650V）的增压变换器和可将直流电转换为交流电的逆变器组成。

一、丰田混合动力系统的组成

1. HV 变速驱动桥

第 2 代丰田混合动力系统（THS-Ⅱ）具有以下典型特征：

1）采用变频器总成为 MG1（电机 / 发电机）和 MG2（电机）提供系统电压。变频器总成由可将系统工作电压升至最高电压（直流 650V）的增压变换器和可将直流电转换为交流电的逆变器组成。

2）电机减速行星齿轮机构的目的是降低电机转速，用来使高转速、大功率的 MG2 适合混合动力传动桥内的动力分配行星齿轮机构进行动力分配。丰田 THS-Ⅱ零部件组成如图 3-2-1 所示。

2. 动力蓄电池

动力蓄电池每个电池模块 7.2V，共 34 个模块，总电压为 244.8V，用于高压系统，如电机的驱动和 A/C 压缩机的工作。

3. 变频器总成

变频器总成用于将动力蓄电池输出的高压直流电转换为交流电输出到发电机 MG1 和电机 MG2 ；也可以将交流电转换为直流电。其主要组成部件包括增压变换器、DC/AC 变换器等。

4. HV ECU

HV ECU 类似纯电动汽车中的整车控制器。接收全车各个传感器及 ECU（发动机 ECU、动力蓄电池控制器和制动防滑控制 ECU 等）的信息进行处理，根据这些信息计算所需的转矩和输出功率，并将计算结果发给发动机 ECU、变频器总成、蓄电池 ECU 和制动防滑控制ECU。

5. 动力蓄电池控制器（蓄电池 ECU）

动力蓄电池控制器主要用于监控动力蓄电池组的使用情况，然后将信息传送给 HV ECU。动力蓄电池控制器根据电池的电压、电流和温度计算高压电能源的荷电情况（SOC）发送给 HV ECU，适当地对电池进行控制。

1. MG1 和 MG2

MG1 和 MG2 为紧凑、轻型和高效的交流永磁电机，用来驱动车辆和提供再生制动。再生制动过程中，MG2 将车辆的动能转换为电能，并存储到动力蓄电池内。

MG1 对动力蓄电池再充电并供电以驱动MG2。此外，通过调节发电量（从而改变发电机转速），MG1 有效地控制传动桥的无级变速功能。同时，MG1 还可作为起动机来起动发动机。MG1 和 MG2 所使用的转子含有 V 形布局的高磁力永久磁铁；定子由低铁心耗损的电磁钢板和可承受高压的电机绕组线束制成。通过上述措施，MG1 和 MG2 可在紧凑结构下实现大功率和高转矩。MG1 和 MG2 采用水冷方式进行冷却，MG1和 MG2 的布置如图 3-2-2 所示，参数见表 3-2-1。驱动电机安装位置如图 3-2-3 所示。

2. 变频器总成（变压系统）

在 THS- Ⅱ中，变频器总成内使用增压变换器将系统工作电压升至最高电压（直流 650V）且逆变器将直流电转换为交流电，以在高压下驱动 MG1 和 MG2，并以较小电流将与供电相关的电气损失降至最低。因此，可以使 MG1 和 MG2 高转速、大功率工作。变频器基本原理如图 3-2-4 所示。

3. 动力蓄电池

动力蓄电池是由镍氢动力蓄电池组、接线盒总成、动力蓄电池电压传感器、DC/DC变换器和维修塞把手（手动维修开关）组成，如图 3-2-5 所示。动力蓄电池总成位于后排座椅后面的行李箱内。动力蓄电池电压传感器，如图 3-2-6 所示，用于监视动力蓄电池。DC/DC 变换器将动力蓄电池提供的公称电压直流 244.8V 降低至直流 12V 之后，为辅助动力蓄电池供电。

切断电路的维修塞把手（手动维修开关）安装于动力蓄电池中部（15 号和 16 号模块之间）。丰田混合动力系统采用风冷法，利用专用冷却风扇和来自车厢内部的空气冷却动力蓄电池，也为 DC/DC 变换器提供了专用冷却风扇，从而实现高效的空气冷却。

接线盒总成集成了系统主继电器搭铁（SMRG）、系统主继电器动力蓄电池（SMRB）和动力蓄电池电流传感器，如图 3-2-6 所示。系统主继电器（SMR）根据来自混合动力车辆控制单元的指令连接或断开高压动力系统。

动力蓄电池由密封镍氢单格动力蓄电池组成。该动力蓄电池具有大功率密度、质量轻、寿命长的特点，可适应 THS-Ⅱ的特性。车辆正常工作期间，由于执行充电 / 放电控制使动力蓄电池保持在恒定的充电状态（SOC）范围内，因此，车辆不需要使用外部设备进行再充电。

动力蓄电池由 34 个动力蓄电池模块组成。各动力蓄电池模块均由 6 个镍氢单格动力蓄电池组成，并通过母线模块串联在一起。单格动力蓄电池在 2 个位置相连，以减小内部电阻和提高效率。动力蓄电池总共有 204 个单格镍氢动力蓄电池（6 个单格 ×34 个模块动力蓄电池），公称电压为 244.8V（1.2V×204 个单格）。动力蓄电池内部组成如图 3-2-7 所示，结构如图 3-2-8 所示。

1. 发动机起动

如果 READY 指示灯点亮且变速杆置于 P 档位时，由混合动力车辆控制单元监视的任一项指标需要起动发动机，则由混合动力车辆控制单元激活 MG1 以起动发动机。发动机起动时，为防止 MG1 太阳齿轮的反作用力旋转齿圈和驱动驱动轮，将施加电流至 MG2 以防止其旋转。该功能被称为“反作用控制”。发动机起动示意图如图 3-2-9 所示。

在下一状态下，运转的发动机使 MG1 作为发电机运行，并开始对动力蓄电池充电，如图 3-2-10 所示。

2. 起步

车辆起步时，由 MG2 为车辆提供动力。仅以 MG2 行驶时，如果所需驱动转矩增加，则激活 MG1 以起动发动机，如图 3-2-11 所示。车辆在正常情况下起步时使用 MG2 驱动行驶。在此情况下行驶时，由于发动机停止，行星齿轮架（发动机）的转速为 0。此外，由于 MG1 未产生任何转矩，因此没有转矩作用于太阳齿轮（MG1）。然而，太阳齿轮沿逆时针方向自由旋转以平衡旋转的齿圈。

3. 定速巡航

车辆在低负载和定速巡航状态下行驶时，动力分配行星齿轮机构传输发动机驱动力。一部分驱动力将直接输出，其余部分将用于通过 MG1 发电。通过使用逆变器将该电力传输至 MG2。如果动力蓄电池的 SOC 水平低，则发动机驱动 MG1 对其充电，如图 3-2-12所示。来自发动机的转矩沿顺时针方向作用在行星齿轮架（发动机）上，使太阳齿轮（MG1）以负转矩作出反应。MG1 通过利用作用于太阳齿轮（MG1）上的负转矩来发电。

4. 节气门全开加速期间

车辆行驶状态从低负载巡航变为节气门全开加速时，系统用来自动力蓄电池的电力为MG2 做补充。为提高发动机转速而需要更多发动机动力时，相关齿轮的转速改变如下。来自发动机的转矩沿顺时针方向作用在行星齿轮架（发动机）上，使太阳齿轮（MG1）以负转矩作出反应。MG1 通过利用作用于太阳齿轮（MG1）上的负转矩来发电，如图 3-2-13 所示。

5. 减速期间

车辆在变速杆置于 D 档位的状态下减速时，发动机停止且驱动力变为零。此时，车轮驱动 MG2，使 MG2 作为发电机运行并对动力蓄电池充电。如果车辆在较高车速时减速，则发动机将不停止且保持预定转速，以保护行星齿轮，如图 3-2-14 所示。减速期间，齿圈由车轮带动旋转。在此情况下，由于发动机停止，行星齿轮架（发动机）的转速为 0。此外，由于 MG1 未产生任何转矩，因此没有转矩作用于太阳齿轮（MG1）。太阳齿轮（MG1）沿逆时针方向自由旋转以平衡旋转的齿圈。