一、豐田混合動力系統的組成

1. HV 變速驅動橋

第 2 代豐田混合動力系統（THS-Ⅱ）具有以下典型特征：

1）采用變頻器總成為 MG1（電機 / 發(fā)電機）和 MG2（電機）提供系統電壓。變頻器總成由可將系統工作電壓升至最高電壓（直流 650V）的增壓變換器和可將直流電轉換為交流電的逆變器組成。

2）電機減速行星齒輪機構的目的是降低電機轉速，用來使高轉速、大功率的 MG2 適合混合動力傳動橋內的動力分配行星齒輪機構進行動力分配。豐田 THS-Ⅱ零部件組成如圖 3-2-1 所示。

2. 動力蓄電池

動力蓄電池每個電池模塊 7.2V，共 34 個模塊，總電壓為 244.8V，用于高壓系統，如電機的驅動和 A/C 壓縮機的工作。

3. 變頻器總成

變頻器總成用于將動力蓄電池輸出的高壓直流電轉換為交流電輸出到發(fā)電機 MG1 和電機 MG2 ；也可以將交流電轉換為直流電。其主要組成部件包括增壓變換器、DC/AC 變換器等。

4. HV ECU

HV ECU 類似純電動汽車中的整車控制器。接收全車各個傳感器及 ECU（發(fā)動機 ECU、動力蓄電池控制器和制動防滑控制 ECU 等）的信息進行處理，根據這些信息計算所需的轉矩和輸出功率，并將計算結果發(fā)給發(fā)動機 ECU、變頻器總成、蓄電池 ECU 和制動防滑控制ECU。

5. 動力蓄電池控制器（蓄電池 ECU）

動力蓄電池控制器主要用于監(jiān)控動力蓄電池組的使用情況，然后將信息傳送給 HV ECU。動力蓄電池控制器根據電池的電壓、電流和溫度計算高壓電能源的荷電情況（SOC）發(fā)送給 HV ECU，適當地對電池進行控制。

二、豐田混合動力系統主要部件

1. MG1 和 MG2

MG1 和 MG2 為緊湊、輕型和高效的交流永磁電機，用來驅動車輛和提供再生制動。再生制動過程中，MG2 將車輛的動能轉換為電能，并存儲到動力蓄電池內。

MG1 對 動 力 蓄 電 池 再 充 電 并 供 電 以 驅 動MG2。此外，通過調節(jié)發(fā)電量（從而改變發(fā)電機轉速），MG1 有效地控制傳動橋的無級變速功能。同時，MG1 還可作為起動機來起動發(fā)動機。MG1 和 MG2 所使用的轉子含有 V 形布局的高磁力永久磁鐵；定子由低鐵心耗損的電磁鋼板和可承受高壓的電機繞組線束制成。通過上述措施，MG1 和 MG2 可在緊湊結構下實現大功率和高轉矩。MG1 和 MG2 采用水冷方式進行冷卻，MG1和 MG2 的布置如圖 3-2-2 所示，參數見表 3-2-1。驅動電機安裝位置如圖 3-2-3 所示。

2. 變頻器總成（變壓系統）

在 THS- Ⅱ中，變頻器總成內使用增壓變換器將系統工作電壓升至最高電壓（直流 650V）且逆變器將直流電轉換為交流電，以在高壓下驅動 MG1 和 MG2，并以較小電流將與供電相關的電氣損失降至最低。因此，可以使 MG1 和 MG2 高轉速、大功率工作。變頻器基本原理如圖 3-2-4 所示。

3. 動力蓄電池

動力蓄電池是由鎳氫動力蓄電池組、接線盒總成、動力蓄電池電壓傳感器、DC/DC變換器和維修塞把手（手動維修開關）組成，如圖 3-2-5 所示。動力蓄電池總成位于后排座椅后面的行李箱內。動力蓄電池電壓傳感器，如圖 3-2-6 所示，用于監(jiān)視動力蓄電池。DC/DC 變換器將動力蓄電池提供的公稱電壓直流 244.8V 降低至直流 12V 之后，為輔助動力蓄電池供電。

切斷電路的維修塞把手（手動維修開關）安裝于動力蓄電池中部（15 號和 16 號模塊之間）。豐田混合動力系統采用風冷法，利用專用冷卻風扇和來自車廂內部的空氣冷卻動力蓄電池，也為 DC/DC 變換器提供了專用冷卻風扇，從而實現高效的空氣冷卻。

接線盒總成集成了系統主繼電器搭鐵（SMRG）、系統主繼電器動力蓄電池（SMRB）和動力蓄電池電流傳感器，如圖 3-2-6 所示。系統主繼電器（SMR）根據來自混合動力車輛控制單元的指令連接或斷開高壓動力系統。

動力蓄電池由密封鎳氫單格動力蓄電池組成。該動力蓄電池具有大功率密度、質量輕、壽命長的特點，可適應 THS-Ⅱ的特性。車輛正常工作期間，由于執(zhí)行充電 / 放電控制使動力蓄電池保持在恒定的充電狀態(tài)（SOC）范圍內，因此，車輛不需要使用外部設備進行再充電。

動力蓄電池由 34 個動力蓄電池模塊組成。各動力蓄電池模塊均由 6 個鎳氫單格動力蓄電池組成，并通過母線模塊串聯在一起。單格動力蓄電池在 2 個位置相連，以減小內部電阻和提高效率。動力蓄電池總共有 204 個單格鎳氫動力蓄電池（6 個單格 ×34 個模塊動力蓄電池），公稱電壓為 244.8V（1.2V×204 個單格）。動力蓄電池內部組成如圖 3-2-7 所示，結構如圖 3-2-8 所示。

三、豐田混合動力系統工作原理

1. 發(fā)動機起動

如果 READY 指示燈點亮且變速桿置于 P 檔位時，由混合動力車輛控制單元監(jiān)視的任一項指標需要起動發(fā)動機，則由混合動力車輛控制單元激活 MG1 以起動發(fā)動機。發(fā)動機起動時，為防止 MG1 太陽齒輪的反作用力旋轉齒圈和驅動驅動輪，將施加電流至 MG2 以防止其旋轉。該功能被稱為“反作用控制”。發(fā)動機起動示意圖如圖 3-2-9 所示。

在下一狀態(tài)下，運轉的發(fā)動機使 MG1 作為發(fā)電機運行，并開始對動力蓄電池充電，如圖 3-2-10 所示。

2. 起步

車輛起步時，由 MG2 為車輛提供動力。僅以 MG2 行駛時，如果所需驅動轉矩增加，則激活 MG1 以起動發(fā)動機，如圖 3-2-11 所示。車輛在正常情況下起步時使用 MG2 驅動行駛。在此情況下行駛時，由于發(fā)動機停止，行星齒輪架（發(fā)動機）的轉速為 0。此外，由于 MG1 未產生任何轉矩，因此沒有轉矩作用于太陽齒輪（MG1）。然而，太陽齒輪沿逆時針方向自由旋轉以平衡旋轉的齒圈。

3. 定速巡航

車輛在低負載和定速巡航狀態(tài)下行駛時，動力分配行星齒輪機構傳輸發(fā)動機驅動力。一部分驅動力將直接輸出，其余部分將用于通過 MG1 發(fā)電。通過使用逆變器將該電力傳輸至 MG2。如果動力蓄電池的 SOC 水平低，則發(fā)動機驅動 MG1 對其充電，如圖 3-2-12所示。來自發(fā)動機的轉矩沿順時針方向作用在行星齒輪架（發(fā)動機）上，使太陽齒輪（MG1）以負轉矩作出反應。MG1 通過利用作用于太陽齒輪（MG1）上的負轉矩來發(fā)電。

4. 節(jié)氣門全開加速期間

車輛行駛狀態(tài)從低負載巡航變?yōu)楣?jié)氣門全開加速時，系統用來自動力蓄電池的電力為MG2 做補充。為提高發(fā)動機轉速而需要更多發(fā)動機動力時，相關齒輪的轉速改變如下。來自發(fā)動機的轉矩沿順時針方向作用在行星齒輪架（發(fā)動機）上，使太陽齒輪（MG1）以負轉矩作出反應。MG1 通過利用作用于太陽齒輪（MG1）上的負轉矩來發(fā)電，如圖 3-2-13 所示。

5. 減速期間

車輛在變速桿置于 D 檔位的狀態(tài)下減速時，發(fā)動機停止且驅動力變?yōu)榱?。此時，車輪驅動 MG2，使 MG2 作為發(fā)電機運行并對動力蓄電池充電。如果車輛在較高車速時減速，則發(fā)動機將不停止且保持預定轉速，以保護行星齒輪，如圖 3-2-14 所示。減速期間，齒圈由車輪帶動旋轉。在此情況下，由于發(fā)動機停止，行星齒輪架（發(fā)動機）的轉速為 0。此外，由于 MG1 未產生任何轉矩，因此沒有轉矩作用于太陽齒輪（MG1）。太陽齒輪（MG1）沿逆時針方向自由旋轉以平衡旋轉的齒圈。

6. 倒檔行駛

車輛倒檔行駛時，由 MG2 提供所需動力。此時，MG2 沿相反方向旋轉，發(fā)動機保持停止，而 MG1 則沿正常方向旋轉但不發(fā)電，如圖 3-2-15 所示。行星齒輪的狀態(tài)與起步工況中描述的相反。由于發(fā)動機停止，行星齒輪架（發(fā)動機）的轉速為 0，但太陽齒輪（MG1）沿順時針方向自由旋轉以平衡齒圈的旋轉。