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作为全球最成功的环保汽车，丰田普锐斯（PRIUS）早已成为油电混合动力车型中的全球销量冠军，甚至在我们身边也时常可以看到它们的身影。 目前，在中国生产的丰田普锐斯（PRIUS）是一款并联式混合动力汽车，采用了丰田第二代混合动力系统，将发动机和电动机结合在一起。

图1 丰田第二代混合动力系统示意图

丰田第二代混合动力系统（THS-Ⅱ）可根据车辆的行驶状态，灵活使用两种动力源，弥补两种动力源之间的不足，从而降低油耗，减少有害气体排放，并充分发挥潜力。 车辆的最大功率。 由于其THS-Ⅱ电机及驱动系统结构复杂，技术先进，本文将详细介绍该系统的结构和基本原理，以帮助读者进一步了解THS-Ⅱ系统。

一、THS-Ⅱ电机及驱动控制系统特点

1、电机与发电机之间采用AC500V高压电路传输，可大大减少电力传输过程中的电能损耗，高效传输电能。

2、采用大功率电机输出，提高电机利用率。 当发动机工作效率较低时，系统可以关闭发动机，车辆依靠电动机的动力行驶。

3、大大增加了减速和制动时的能量回收，提高了能量的利用率。

二、THS-Ⅱ电机及驱动系统的基本组成

高压电池：由168节单节镍氢电池（1.2V×6节电池×2×8模组）组成，额定电压DC20 1.6V，安装在车辆后备箱内。 高压蓄电池在车辆起步、加速、上坡时为驱动电机提供电能。 2、混合动力驱动桥：混合动力驱动桥由发电机MG1、驱动电机MG2和行星齿轮组成（图2）。

3、逆变器：由升压变流器、变频整流器、直流变流器、空调逆变器组成。

(1)升压变换器：将高压蓄电池DC201.6V升压至DC500V(反之，由DC500V降压至DC201.6V)。

(2)逆变整流器：将DC500V变换为AC500V给电机MG2供电。 反之，将AC500V转为DC500V，降压后给高压蓄电池充电。

(3)直流变换器：将高压蓄电池的DC201.6V降为DC12V，给车身电器供电，同时给备用蓄电池充电。

(4)空调变频器：将高压蓄电池DC201.6V转换成AC201.6V交流电，为空调系统中的电动变频压缩机供电。

4、HV控制ECU采用32位计算机接收来自传感器和ECU（发动机ECU、HV电池ECU、制动防滑控制ECU、电动转向ECU）的信息。 根据这些信息，计算车辆所需的扭矩和功率，并将计算结果发送给发动机ECU、逆变器总成、电池ECU和制动防滑控制ECU。

三、THS-Ⅱ系统电机（MG1、MG2）工作原理

在交流伺服驱动系统中，使用的交流永磁驱动电机有两种。 一种称为无刷直流同步电机（BDCM），另一种称为三相永磁同步电机（PMSM）。 THS-Ⅱ系统的电机（MG1、MG2）属于BDCM型驱动电机。

BDCM 用装有永磁体的转子代替有刷直流电机的定子磁极。 有刷直流电机依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流。 而BDCM则是将逆变器产生的方波交流电流直接输入电机的定子绕组，省去了机械换向器和电刷。 三相方波交流电流通过 BDCM 定子绕组。 定子绕组上会产生感应电动势，在空间上产生与永磁体转子磁场正交的电枢反应磁场。 在转子永磁体磁场的作用下，电枢反作用磁场带动永磁转子与反作用电磁力同步旋转（图3）。

四、THS-Ⅱ电机（MG1、MG2）结构

1、MG1和MG2的定子绕组接成三相Y字形，每相由4个绕组并联组成，可在电机输入大电流时获得最大转矩和最小转矩脉动。

2、MG1、MG2永磁转子：采用稀土永磁材料作为永磁体，安装在转子铁芯内部（嵌入式永磁转子）。 转子中的永磁体呈“V”形，使永磁体既有径向磁化又有横向磁化，有效地集中了磁通，提高了电机的转矩（图4）。 从永磁转子的磁路特性分析，嵌入式永磁转子的结构改变了电动机的交、直轴磁路全桥逆变电路参数，可以改善电动机的调速特性，拓宽调速范围。

3、MG1、MG2分辨率角度传感器：为满足全速范围内电机静止启动和转矩波动的控制目的，需要使用分辨率角度传感器准确测量MG1、MG2的磁极位置和速度永磁转子。 分辨角传感器是利用电磁感应原理制成的旋转式电感式传感器，由定子和转子组成（图5）。

椭圆转子与MG1、MG2的永磁转子相连，同步旋转。 椭圆转子的外圆曲线代表永磁转子的磁极位置。 定子包括1个励磁线圈和2个检测线圈。 2个检测线圈的S轴和C轴在空间坐标上正交。 HV ECU根据预定频率的交流电流输入励磁线圈A。 随着椭圆转子的转动，转子与定子之间的间隙发生变化时，会在检测线圈S、C上感应出90°相位差的正弦和余弦感应电流，HV ECU会检测波形的相位和根据检测线圈S、C感应电流的幅值，以及波形的脉冲数，计算出MG1、MG2永磁转子的磁极位置和转速值信号，并以此作为基本信号HV ECU 对电机 MG1 和 MG2 的矢量控制。

5. THS-Ⅱ系统逆变电路

THS-Ⅱ系统逆变器主电路由功率半导体功率器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块组成。 逆变器组件中的升压转换器和逆变器/整流器负责为电机MG1和MG2提供电能。 转换和调节任务（图 7）。

1.升压转换器

升压直流斩波电路由高压蓄电池、电抗器L、绝缘栅双极型晶体管V8、二极管D7和电容器C组成。

升压时，HV ECU通过IGBT V8的控制极的通断（IGBT V8起开关作用），使电抗器L上的感应电动势叠加在HV蓄电池的DC201.6V电压上提供高压电源。

降压直流斩波电路由发生器MG1、逆变/整流器、绝缘栅双极型晶体管V7、二极管D8、电抗器L和电容器C1组成。

降压时，HV ECU导通绝缘栅双极晶体管V7，将DC500V降压至DC201.6V的平均值，为HV蓄电池充电。

2.逆变器/整流器

逆变电路(以MG2电源为例)由绝缘栅双极型晶体管V1-V6、续流二极管D1-D6和电容器C组成电压型三相桥式逆变电路。 VH ECU触发绝缘栅双极晶体管的控制电极，使V1~V6快速导通和截止，将DC500V直流电强行转换为三相AC500V交流电。 改变V 1 ～V 6 的触发信号频率和时间，可以改变从逆变器输入到电机MG2定子绕组电流的空间相量的相位和幅值，以满足电机MG2的驱动需要。 反之，电机MG2在车辆减速或制动时产生再生制动电能，经绝缘栅双极型晶体管V 1 ～V 6 全控桥式整流电路整流降压后，对高压蓄电池充电。

6. THS-Ⅱ电机驱动系统的控制

THS-Ⅱ电机驱动系统的控制核心部件是高压ECU。 HV ECU中逆变器转换电机MG2输出电流的绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT模块）的驱动控制电路如图10所示。

图中划线部分为变频器的微处理器控制逆变电路。 微机存储的电机MG2速度指令与电机MG2角度分辨率传感器的速度反馈信号进行比较，速度控制器输出直流电流指令信号，该信号乘以电机MG2分辨率的转子磁极位置信号角度传感器获取电机MG2的工作位置所需的电流指令信号是指跟踪电机MG2的实际工作电流信号，经过PWM比较器（脉宽调制）计算后，转换为开关量信号用于输出。 信号经过隔离电路后，直接驱动逆变器三个逆变电路的IGBT模块中的V1~V6控制极快速导通和关断，从而达到逆变器的逆变、换流和定向的目的。逆变器的输出电流。

七、THS-Ⅱ电机及驱动系统维护保养注意事项

1、首先必须区分THS-Ⅱ电机驱动系统高压电路的线材和接头是橙色的全桥逆变电路参数，与其他线和车身绝缘。

2、检查THS-Ⅱ电机驱动系统高压电路前，必须戴绝缘手套，取下检修插头（图11），放入技术人员口袋。

3、拔下维修插头，5分钟内不要接触任何高压接头或端子，因为逆变器内的高压电容需要5分钟才能放电。

4、当维修插头无法拔出时，可将发动机舱内的高压熔断器拆下（图12），从而达到断开高压线的目的。

5、安装插销时需要确认释放杆锁紧是否牢固，否则会出现THS-Ⅱ系统故障码。