Transcript System napędu hybrydowego Toyota

System napędu hybrydowego Toyota
Piotr Grudziński
Akademia Toyoty
Toyota Motor Poland
System napędu hybrydowego Toyota
Charakterystyki trakcyjne
Moc silnika spalinowego:
Połączenie
2 źródeł napędów, które się
uzupełniają:
Moment obrotowy silnika elektrycznego:
Moc wyjściowa
Moment obrotowy
Moment obrotowy silnika spalinowego:
Prędkość pojazdu
Charakterystyka układu hybrydowego
 Silnik elektryczny:
Wysoki stały moment
obrotowy, niemal od
prędkości 0
 Silnik spalinowy:
Wysoka moc przy wysokiej
prędkości obrotowej
System napędu hybrydowego Toyota
Konfiguracje napędu – układ szeregowy
System napędu hybrydowego Toyota
Konfiguracje napędu – układ równoległy
System napędu hybrydowego Toyota
Konfiguracja napędu THS – Hybrid
Synergy Drive
Schemat układu hybrydowego
Akumulator HV
Generator
Silnik
spalinowy
Zespół
falownika
Przekładnia
planetarna
Silnik
elektryczny
Mechanizm
różnicowy
Hybrydowy
układ napędowy
System napędu hybrydowego Toyota
+
: Siła napędowa
Energia
Zarządzanie energią
: Siła napędowa silnika
Akumulator HV
HV
Akumulator
Hamowanie
odzyskowe
Ruszanie
Pojazd
zatrzymany
Silnik wyłącza się
Jazda ze stała prędkością
Silnik zatrzymany
Opóźnienie
Wyładowanie  Ładowanie
Silnik uruchomiony
-
Hamowanie
Czas
System napędu hybrydowego Toyota
Przyspieszenie (G)
Napęd bezstopniowy
Płynne przyspieszenie,
bez skoków przy zmianie
biegów
Utrzymane duże
przyspieszenie
Odpowiedź
TOYOTA Prius
Silnik spalinowy 2,4 l
Skok przy zmianie biegów
Czas (sek)
System napędu hybrydowego Toyota
Ekran monitorowania przepływu
energii
Energia napędu
TEMP.ZEWN. 18 c
Przepływ energii
Silnik
Z silnika benzynowego
Z silnika elektrycznego/generatora
Akumulator HV
Z/ do akumulatora
Silnik
elektryczny
Zużycie paliwa
Obecnie
Prąd ładowania akumulatora
22,3 km/l
Pozostała pojemność akumulatora HV:
zielony = naładowany
niebieski= częściowo naładowany
czerwony = rozładowany
Elementy systemu
napędowego
Elementy systemu napędowego
Hybrydowy układ napędowy
Tłumik drgań
skrętnych układu
napędowego
Koło
napędzające
przekładni
łańcuchowej
Schemat układu
Przekładnia
planetarna
Jarzmo
Koło
Koło słoneczne
koronowe
 Tłumik drgań skrętnych
układu napędowego
 MG1 (generator)
MG2
MG1
 MG2 (silnik elektryczny)
Silnik
Koło napędzające
przekładni pośredniej
Koło napędzane
przekładni pośredniej
Mechanizm
różnicowy
Łańcuch
zębaty
Zębnik
przekładni
głównej
Koło
koronowe
przekładni
głównej
Pompa
oleju
 Przekładnia planetarna
 Zespół redukcyjny
Zespół
redukcyjny
Elementy systemu napędowego
Zwarta budowa
Hybrydowy zespół napędowy
• Mechanizm rozdzielający moc
z wielu źródeł energii
(przekładnia planetarna)
Elementy systemu napędowego
Hybrydowy układ napędowy
Mechanizm rozdzielający moc z wielu
źródeł energii (przekładnia planetarna)
Silnik
• Rozdziela moc silnika na
siłę napędową dla:
Silnik elektryczny
Generator
MG2
MG1
Silnik
Przekładnia planetarna
• Kół pojazdu oraz silnika
elektrycznego (MG2)
• Generatora (MG1)
Elementy systemu napędowego
Hybrydowy układ napędowy
Koło słoneczne
MG1
Koło koronowe
MG2
Mechanizm rozdzielający moc z wielu
źródeł energii (przekładnia planetarna)
Silnik
Tłumik drgań
skrętnych układu
napędowego
Jarzmo
Koło słoneczne: MG1 (generator)
Łańcuch napędowy
Przekładnia
planetarna
MG2
MG1
Silnik
Koło koronowe: MG2 (silnik elektryczny)
Hybrydowy
układ napędowy
Jarzmo: Silnik spalinowy
Elementy systemu napędowego
Silnik spalinowy
Silnik spalinowy w obiegu Atkinsona 1NZ-FXE
• Silnik o zapłonie iskrowym 1,5 l
16 zaworów DOHC VVT-i,
• Wysoka sprawność cieplna
• Specjalnie przystosowany do
układów hybrydowych
• Spełnia normę EURO IV
Elementy systemu napędowego
Generator
Silnik
MG1: generator / rozrusznik silnika
• Ładuje akumulator HV
• Zasila silnik elektryczny
Generator
• Uruchamia silnik spalinowy
• Maks. moc wyjściowa:
37,8 kW / 9500 obr./min
• Maks. moment obrotowy:
45 Nm / 0 – 6000 obr./min
Elementy systemu napędowego
Generator
Specyfikacja: MG1 (generator)
Pozycja
Nowy PRIUS
Starszy PRIUS
Synchroniczny silnik AC
trójfazowy

Prądnica, rozrusznik silnika

AC 500
AC 273,6
Maksymalna moc wyjściowa (kW (KM)/
obr./min)
37,8 (51) / 9500
33,8 (45,9) / 8500
Maks. moment obrotowy (N·m (kgf·m)/
obr./min)
45 (4,58) / 0 – 6000
38 (3,87) / 0 – 8500
75
88
10000 obr/min
6 500 obr/min
Chłodzenie cieczą

Typ
Funkcja
Napięcie znamionowe (V)
Prąd w amperach przy maks.
momencie obr.
Maksymalna prędkość obrotowa
Układ chłodzenia
Elementy systemu napędowego
Silnik elektryczny
MG2: Silnik napędowy kół/ generator
Silnik
• Napędza pojazd
• Wykonuje hamowanie odzyskowe
Silnik elektryczny
• Maks. moc wyjściowa:
50 kW / 1200 -1540 obr./min
• Maks. moment obrotowy:
400 Nm / 0 -1200 obr./min
Elementy systemu napędowego
Silnik elektryczny
Specyfikacja: MG2 (silnik elektryczny)
Pozycja
Nowy PRIUS
Starszy PRIUS
Synchroniczny silnik AC
trójfazowy

Generator, napęd kół

AC 500
AC 273,6
Maksymalna moc wyjściowa (kW (KM)/
obr./min)
50 (68) / 1200 – 1540
33 (45) / 1040 – 5600
Maks. moment obrotowy (N·m (kgf·m)/
obr./min)
400 (40.8) / 0 - 1200
350 (35.7) / 0 – 400
230
356
Chłodzenie cieczą

Typ
Funkcja
Napięcie znamionowe (V)
Prąd w amperach przy maks. momencie
obr.
Układ chłodzenia
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
Zespół falownika
• Dla silnika elektrycznego i generatora
Falownik
Akumulator HV DC  AC
• Wzmacniacz prądu stałego:
przekształca 201,6 V  500 V
• Dla elektrycznej sprężarki klimatyzacji:
Falownik
DC  AC elektrycznej sprężarki
klimatyzacji
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
• Złącza do MG1 i MG2
do MG2
do MG1
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
Schemat układu
Zespół falownika
Przetwornik
wzmacniający
Akumulator
HV
•IPM (IGBT)
•Dławik
Falownik
klimatyzacji
Przetwornik
DC/DC
MG1
Falownik
•IPM (IGBT)
MG2
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
Falownik
– IPM (Intelligent Power Module) przekształca DC  AC
Zespół
falownika
DC
Przetwornik
prądu stałego
Falownik
MG1
DC
IPM (IGBT)
AC
MG2
Akumulator HV
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
Przetwornik wzmacniający
– DC 201,6V  DC 500V
DC 500V
 
DC 201,6V
DC 201,6V
Zespół falownika
Przetwornik
wzmacniający
MG1
DC 500 V
•IPM (IGBT)
Falownik
(IPM)
AC 500 V
MG2
Akumulator HV
: Rozładowanie
: Ładowanie
Elementy systemu napędowego
Zespół falownika
Falownik klimatyzacji
Przekształcenie DC  AC, aby zasilić prądem przemiennym
elektryczną sprężarkę klimatyzacji
ECU
klimatyzacji
Zadana
prędkość
sprężarki
ECU HV
DC

AC
AC
DC
Falownik
klimatyzacji
Akumulator HV
Zespół falownika
Sprężarka klimatyzacji
Elementy systemu napędowego
Akumulator HV
Akumulator HV
• Wnętrze bagażnika za tylna
kanapą
• Pojemność bagażnika 408 litrów
• Niski spadek napięcia (w pełni
naładowany akumulator może
utrzymać ładunek przez 60 dni)
Akumulator HV
Elementy systemu napędowego
Akumulator HV
Akumulator HV
• Szczelne ogniwa niklowo-wodorkowe (Ni-MH)
– 28 modułów x 6 ogniw = 168 ogniw
– 168 ogniw x 1,2 V = 201,6 V DC
Moduł (6
ogniw)
Ogniwo
(1,2 V)
Złącze serwisowe
28 modułów
Elementy systemu napędowego
Moduł akumulatora HV
Moduł akumulatora HV
– Dodano łącznik zmniejszający opór wewnętrzny ogniw
Przepływ prądu
Łącznik
Łącznik
Ogniwo
Dodatkowy łacznik
'04 PRIUS
'03 PRIUS
Elementy systemu napędowego
Akumulator HV
Elementy składowe
Czujnik
natężenia prądu
SMR3
Zespół
modułów
ECU
akumulatora
SMR2
SMR1
Rezystor
Złącze
serwisowe
Elementy systemu napędowego
Akumulator HV
ECU akumulatora
Regulator
wentylatora
chłodzącego
akumulator
Silnik wentylatora
chłodzącego
akumulator
ECU akumulatora (32-bit)
ECU
HV
ECU silnika
(ECM)
ECU
komunikacji
CAN
+
Napięcie x 14
Złącze
serwisowe
-
Czujnik natężenia prądu
BEAN
Przekaźnik
wentylatora
chłodzącego
akumulator
ECU
klimaty
zacji
Temp. x 4
Czujniki temperatury
akumulatora
(termistor)
Moduł akumulatora HV
Elementy systemu napędowego
Akumulator 12V
Akumulator 12 V
• Zasila reflektory, zestaw
audio, inne akcesoria
oraz wszystkie ECU
• Specjalny do pojazdów
hybrydowych (nie
przystosowany do
rozruchu zimnego silnika)
• Bezobsługowy
Akumulator
HV (201,6 V)
Akumulator 12 V
(szczelnie zamknięty)
Układ
podtrzymujący
zasilanie 12 V dla
hamulców ECB
12 V
Elementy systemu napędowego
Wskaźniki i lampki kontrolne
Zestaw wskaźników
Lampka
Główna lampka ostrzegawcza
„Brzęczyk”
lampka trybu EV
Lampka ostrzegawcza silnika
Elementy systemu napędowego
Wskaźniki i lampki kontrolne
Wyświetlacz wielofunkcyjny
Lampki, które mogą się
włączyć wraz z:
Główna lampka
ostrzegawcza
Lampka braku
ładowania
lampka ostrzegawcza
układu hybrydowego
Lampka stanu
naładowania
akumulatora HV
Elementy systemu napędowego
E-shift
Wybór trybu jazdy
Wybór kierowcy
• Aby wybrać tryb N, D, R
• DB
Tryb R
Położenie
wyjściowe
Tryb N
Powrót automatyczny
Dźwignia Wyboru zakresów powraca
samoczynnie do położenia wyjściowego
Tryb D
Tryb B
Elementy systemu napędowego
Elektronicznie sterowany układ hamowania (ECB)
Zasada działania elektronicznie sterowanego układu hamowania (ECB)
W wyniku działania kierowcy (sygnał elektryczny)
• Hamowanie hydrauliczne + hamowanie odzyskowe
Działanie
kierowcy
Stan pojazdu
Sterowanie
hamulcem
hydraulicznym
ECU
VSC
ECU
HV
Sterowanie
hamulcem
odzyskowym
Siłownik
hamulców
Elementy systemu napędowego
Elektronicznie sterowany układ hamowania (ECB)
Rozdział siły hamowania – hamowanie rekuperacyjne
• ECB rozdziela silę hamowania pomiędzy hydrauliczny układ hamulcowy i
hamowanie odzyskowe
• Podział zależy od prędkości pojazdu i czasu
Prędkość pojazdu*
Siła hamowania
Żądanie kierowcy
(ciśnienie pompy hamulcowej)
Hydrauliczna
siła hamowania
(Siłownik
hamulca)
Siła hamowania
odzyskowego
(MG2)
Zmiany w rozdziale siły hamowania)
Czas
Parametry trakcyjne układu napędowego
Hybrid Synergy Drive
Specyfikacja:
Wartość
Uwagi
57 kW (77,5 KM)
przy 5000 obr / min
Moc silnika elektrycznego
50 kW (68 KM)
1200 - 1540 obr / min
Moc generatora
37,8 kW (51KM)
przy 9500 obr / min
Parametr
Moc silnika spalinowego
Prędkość maksymalna
Przyspieszenie 0-100 km/h
Emisja CO2
Zużycie paliwa ECE
Masa pojazdu
170 km/h
10,9 s
104 g / km
4,3 / 4,2 / 5,0 l/100km
UE 80/1268–1999/100 WE
1300 / 1725 kg
własna / dopuszczalna
Koniec
Toyota Motor Poland