Piotr Grudziński Akademia Toyoty Toyota Motor Poland

Prezentacja na temat: "Piotr Grudziński Akademia Toyoty Toyota Motor Poland"— Zapis prezentacji:

1 Piotr Grudziński Akademia Toyoty Toyota Motor Poland
System napędu hybrydowego Toyota Piotr Grudziński Akademia Toyoty Toyota Motor Poland Powyższy kurs opierać się będzie na modelu Prius NHW20. Założeniem kursu jest omówienie wszystkich podstawowych zagadnień związanych z obsługą i naprawą elementów hybrydowego układu napędowego. Układ hybrydowy spotykany jest w coraz większej liczbie modeli ale zasada działania i przebieg czynności obsługowych generalnie nie odbiega od opisanych w powyższej prezentacji.

2 Charakterystyki trakcyjne
System napędu hybrydowego Toyota Charakterystyki trakcyjne Moc silnika spalinowego: Połączenie 2 źródeł napędów, które się uzupełniają: Moment obrotowy silnika elektrycznego: Moment obrotowy silnika spalinowego: Silnik elektryczny: Wysoki stały moment obrotowy, niemal od prędkości 0 Moment obrotowy Moc wyjściowa Silnik spalinowy: Wysoka moc przy wysokiej prędkości obrotowej TOYOTA Hybrid Synergy Drive stanowi wyjątkowy układ napędowy, który umiejętnie łączy dwa źródła mocy, jakim jest silnik spalinowy i silnik elektryczny/generator (MG2) wykorzystywane w zależności od warunków jazdy. Silnik elektryczny rozwija duży moment obrotowy i to już od zerowej prędkości obrotowej. Dlatego służy do ruszania pojazdu. Silnik spalinowy może dostarczyć duża moc, ale wysoki moment obrotowy rozwija w zakresie wysokich prędkości obrotowych, a więc nie jest dostępny przy ruszaniu. W przeciętnych warunkach jazdy silnik przekazuje moment obrotowy na koła pojazdu. W momencie przyspieszania lub podczas jazdy z maksymalną prędkością, oba źródła mocy, zarówno silnik spalinowy jak i również silnik elektryczny, przekazują napęd. Prędkość pojazdu Charakterystyka układu hybrydowego

3 Konfiguracje napędu – układ szeregowy
System napędu hybrydowego Toyota Konfiguracje napędu – układ szeregowy TOYOTA Hybrid Synergy Drive stanowi wyjątkowy układ napędowy, który umiejętnie łączy dwa źródła mocy, jakim jest silnik spalinowy i silnik elektryczny/generator (MG2) wykorzystywane w zależności od warunków jazdy. Silnik elektryczny rozwija duży moment obrotowy i to już od zerowej prędkości obrotowej. Dlatego służy do ruszania pojazdu. Silnik spalinowy może dostarczyć duża moc, ale wysoki moment obrotowy rozwija w zakresie wysokich prędkości obrotowych, a więc nie jest dostępny przy ruszaniu. W przeciętnych warunkach jazdy silnik przekazuje moment obrotowy na koła pojazdu. W momencie przyspieszania lub podczas jazdy z maksymalną prędkością, oba źródła mocy, zarówno silnik spalinowy jak i również silnik elektryczny, przekazują napęd.

4 Konfiguracje napędu – układ równoległy
System napędu hybrydowego Toyota Konfiguracje napędu – układ równoległy TOYOTA Hybrid Synergy Drive stanowi wyjątkowy układ napędowy, który umiejętnie łączy dwa źródła mocy, jakim jest silnik spalinowy i silnik elektryczny/generator (MG2) wykorzystywane w zależności od warunków jazdy. Silnik elektryczny rozwija duży moment obrotowy i to już od zerowej prędkości obrotowej. Dlatego służy do ruszania pojazdu. Silnik spalinowy może dostarczyć duża moc, ale wysoki moment obrotowy rozwija w zakresie wysokich prędkości obrotowych, a więc nie jest dostępny przy ruszaniu. W przeciętnych warunkach jazdy silnik przekazuje moment obrotowy na koła pojazdu. W momencie przyspieszania lub podczas jazdy z maksymalną prędkością, oba źródła mocy, zarówno silnik spalinowy jak i również silnik elektryczny, przekazują napęd.

5 Konfiguracja napędu THS – Hybrid Synergy Drive
System napędu hybrydowego Toyota Konfiguracja napędu THS – Hybrid Synergy Drive Schemat układu hybrydowego Generator Akumulator HV 12V Silnik spalinowy Akumulator HV MG1 Zespół falownika Przekładnia planetarna Silnik Inv Podstawowe elementy układu hybrydowego: Przekładnia planetarna, Silnik elektryczny, Generator, Zintegrowany mechanizm różnicowy z przekładnią łańcuchową, Akumulator HV, Zespól falownika (falownik ze wzmacniaczem napięcia) Akumulator 12 V. PS MG2 Mechanizm różnicowy Silnik elektryczny Hybrydowy układ napędowy

6 Wyładowanie  Ładowanie
System napędu hybrydowego Toyota Zarządzanie energią + : Siła napędowa Akumulator HV Akumulator HV Akumulator HV : Siła napędowa silnika Akumulator HV Energia Akumulator HV Wyładowanie Hamowanie odzyskowe Ładowanie Pojazd zatrzymany Ruszanie Silnik wyłącza się Układ TOYOTA Hybrid Synergy Drive w porównaniu z konkurencyjnymi układami hybrydowymi odróżnia mnogość dostępnych trybów pracy dostosowanych niemal do każdych warunków drogowych, poczynając od tryby pracy samochodu elektrycznego (jazda wyłącznie na silniku elektrycznym) po złożone tryby pracy wszystkich trzech źródeł mocy jednocześnie (silnik spalinowy + silnik elektryczny + akumulator HV) dla zapewnienia najwyższych osiągów. Na powyższym rysunku czerwoną linią zaznaczono zapotrzebowanie samochodu na energię napędową, niebieską linią energie z silnika spalinowego. Po zatrzymaniu pojazdu wyłącza się również silnik spalinowy, aby podczas pracy na biegu jałowym nie uszczuplał energii. Przy ruszaniu i podczas jazdy z niewielka prędkością, sprawność silnika spalinowego jest niewielka, dlatego napęd pojazdu przekazuje silnik elektryczny zasilany z akumulatora HV. Silnik elektryczny rozwija duży moment obrotowy już od zerowej prędkości obrotowej. W zakresie wyższych prędkości jazdy to silnik spalinowy napędza pojazd. Układ daje priorytet silnikowi spalinowemu tylko w zakresie prędkości obrotowej, przy której charakteryzuje się najwyższą sprawnością. Może okazać się, że podczas przyspieszania dostarcza niedostateczną moc. Wówczas wspomaga go silnik elektryczny, który uzupełnia niedobór mocy wykorzystując energie zgromadzoną w akumulatorze HV (przyspieszanie od 0 – 100 km/h poniżej 11 sek.). Na wykresie przedstawia to żółta linia. Kiedy pojazd jedzie ze stałą prędkością silnik spalinowy pracuje w zakresie najefektywniejszej prędkości obrotowej dostarczając dostatecznie dużo energii na pokonanie oporów ruchu. Nadmiar wytwarzanej mocy może posłużyć do napędu generatora lądującego akumulator HV (zielona linia). Podczas opóźniania pojazdu (łagodne zwolnienie pedału przyspieszenia) następuje wyłączenie silnika spalinowego, który nie będzie tracił niepotrzebnie energii. Podczas hamowania energia kinetyczna zamieniana jest na energie elektryczną magazynowaną w akumulatorze HV. Wszystkie te zabiegi przyczyniają się do osiągnięcia najmniejszego na świecie zużycia paliwa. Przyspieszenie Jazda ze stała prędkością Silnik zatrzymany Hamowanie Opóźnienie Czas Wyładowanie  Ładowanie Silnik uruchomiony -

7 Napęd bezstopniowy System napędu hybrydowego Toyota
Płynne przyspieszenie, bez skoków przy zmianie biegów Utrzymane duże przyspieszenie Przyspieszenie (G) Odpowiedź TOYOTA Prius Silnik spalinowy 2,4 l Skok przy zmianie biegów Wykres przedstawia charakterystykę przyspieszania z 50 km/h do 80 km/h w funkcji przyspieszenia ziemskiego G. Podczas przyspieszania silnik elektryczny wspomaga hybrydowy układ napędowy dając szybsza reakcję w porównaniu z pojazdami z silnikami spalinowymi. Brak klasycznej skrzyni biegów przyczynia się do złagodzenia charakterystyki przyspieszania, a włączenie silnika elektrycznego zapewnia najwyższą moc podczas przyspieszania. Czas (sek)

8 Ekran monitorowania przepływu energii
System napędu hybrydowego Toyota Ekran monitorowania przepływu energii Przepływ energii Energia napędu TEMP.ZEWN. 18 c Silnik Z silnika benzynowego Z silnika elektrycznego/generatora Akumulator HV Z/ do akumulatora Silnik elektryczny Prąd ładowania akumulatora Zużycie paliwa Obecnie 22,3 km/l Pozostała pojemność akumulatora HV: Ekran monitorowania energii (wyświetlacz informacyjny) pokazuje przepływ energii w hybrydowym układzie napędowym. Przepływ energii z silnika spalinowego przedstawia pomarańczowa strzałka a z silnika elektrycznego żółta strzałka. Na bieżąco monitorowany jest stan naładowania akumulatora HV: Zielone pola = akumulator naładowany Czerwone pole = akumulator rozładowany Niebieskie pole = akumulator częściowo naładowany. Ekran wyświetla aktualny stan układu hybrydowego z częstotliwością odświeżania 2 s. Kiedy po wyłączeniu samochodu z naładowanym akumulatorem, nie nastąpi wzrost temperatury akumulatora, na ekranie monitorowania energii nie będą widoczne linie przepływu energii w układzie hybrydowym. zielony = naładowany niebieski= częściowo naładowany czerwony = rozładowany

9 Elementy systemu napędowego

10 Hybrydowy układ napędowy
Elementy systemu napędowego Hybrydowy układ napędowy Schemat układu Koło napędzające przekładni łańcuchowej Przekładnia planetarna Jarzmo Tłumik drgań skrętnych układu napędowego Koło koronowe Koło słoneczne Tłumik drgań skrętnych układu napędowego MG2 MG1 MG1 (generator) MG2 (silnik elektryczny) Silnik Pompa oleju Przekładnia planetarna Koło napędzające przekładni pośredniej Łańcuch zębaty Hybrydowy zespół napędowy W skład hybrydowego zespołu napędowego wchodzą następujące elementy: tłumik drgań skrętnych układu napędowego, MG1 (generator), MG2 (silnik elektryczny), przekładnia planetarna oraz zespół redukcyjny (przekładnia łańcuchowa, przekładnia pośrednia, zębnik i koło koronowe przekładni głównej oraz mechanizm różnicowy). Przekładnia planetarna, MG1, MG2, tłumik drgań skrętnych układu napędowego oraz koło napędzające przekładni łańcuchowej umieszczone są współosiowo. Łańcuch zębaty przekazuje siłę napędową z koła napędzającego przekładni zębatej do przekładni pośredniej. Zespół redukcyjny Koło napędzane przekładni pośredniej Zębnik przekładni głównej Zespół redukcyjny Koło koronowe przekładni głównej Mechanizm różnicowy

11 Zwarta budowa Hybrydowy zespół napędowy
Elementy systemu napędowego Zwarta budowa Hybrydowy zespół napędowy Mechanizm rozdzielający moc z wielu źródeł energii (przekładnia planetarna) Podobnie jak w klasycznej automatycznej skrzyni biegów, w hybrydowym zespole napędowym również zastosowano przekładnie planetarną, jednak w hybrydowym napędzie przekazywanie napędu odbywa się bez zmiany przełożeń (bezstopniowa zmiana przełożenia). Sercem układu napędowego jest przekładnia planetarna, która rozdziela napęd z silnika spalinowego i silnika elektrycznego na koła pojazdu i na generator. Elektroniczne sterowanie przekładni planetarnej umożliwia zmianę prędkości pojazdu (przełożenia) podczas ciągłej zmiany prędkości obrotowej silnika spalinowego, silnika elektrycznego oraz generatora. Uwaga: Zastosowanie łożysk kulkowych o zmniejszonym tarciu pozwoliło zmniejszyć tarcie przekładni planetarnej o 30 %.

12 Hybrydowy układ napędowy
Elementy systemu napędowego Hybrydowy układ napędowy Mechanizm rozdzielający moc z wielu źródeł energii (przekładnia planetarna) Rozdziela moc silnika na siłę napędową dla: Silnik Kół pojazdu oraz silnika elektrycznego (MG2) Silnik elektryczny Generator MG2 Generatora (MG1) Przekładnia planetarna przekazuje moc z silnika spalinowego bezpośrednio do napędu kół pojazdu oraz w razie potrzeby do napędu generatora (MG1), który wytwarza elektryczność. MG1 Silnik Przekładnia planetarna

13 Hybrydowy układ napędowy
Elementy systemu napędowego Hybrydowy układ napędowy Koło słoneczne Koło koronowe Mechanizm rozdzielający moc z wielu źródeł energii (przekładnia planetarna) MG1 MG2 Silnik Tłumik drgań skrętnych układu napędowego Jarzmo Koło słoneczne: MG1 (generator) Łańcuch napędowy Koło koronowe: MG2 (silnik elektryczny) Przekładnia planetarna Zespół przekładni planetarnej Moc wyjściowa silnika spalinowego ulega w przekładni planetarnej zamianie na siłę napędową kierowaną do kół pojazdu oraz do generatora (MG1). Koło słoneczne przekładni planetarnej połączone jest z MG1, koło koronowe z MG2 a jarzmo połączone jest z silnikiem spalinowym. Siła napędowa przekazywana jest za pośrednictwem łańcucha do przekładni pośredniej. Hybrydowy układ napędowy MG2 Jarzmo: Silnik spalinowy MG1 Silnik

14 Silnik spalinowy Silnik spalinowy w obiegu Atkinsona 1NZ-FXE
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 W modelu Toyota Prius zastosowano silnik o zapłonie iskrowym o pojemności 1,5 litra, 16 zaworowy DOHC, z układem VVT-i pracujący w obiegu Atkinsona. Silnik 1NZ-FXE : X = obieg Atkinson. Obieg Atkinsona charakteryzuje się wysokim stopniem rozprężania (suw rozprężania > suw sprężania). Specjalnie opracowany dla tego silnika układ VVT-i opóźnia zamykanie zaworów dolotowych i opóźnia kąt otwarcia zaworów dolotowych. Układ ten przyczynia się do obniżenia strat sprężania powietrza i zapobiega powstawaniu efektu pompowania powietrza (przepustnica otwarta bardziej niż w klasycznym silniku) w kolektorze dolotowym, jak również efektu pompowania spalin do kolektora wylotowego. Opóźniony kąt otwarcia zaworów wylotowych wydłuża suw rozprężania. Pozwala to wykorzystać więcej energii spalanego paliwa w komorze spalania zamienianej na moment obrotowy wału korbowego. Wysoki stopień rozprężania pozwala obniżyć stopień sprężania silnika (stopień sprężania 13:1). Silnik ten charakteryzuje się wyższą sprawnością cieplną obiegi roboczego. Znalazł zastosowanie w układach hybrydowych. Spełnia rygorystyczne normy emisji zanieczyszczeń EURO IV (emisja zanieczyszczeń znacznie poniżej wymagań). Twórcą obiegu był angielski inżynier James Atkinson, który opracował mechanizm uniezależniający suw sprężania od suwu rozprężania. W późniejszym okresie rozwiną tę myśl R.H. Miller, który stworzył mechanizm regulacji kąta otwarcia i zamknięcia zaworów dolotowych (pierwowzór dzisiejszych układów zmiennych faz rozrządu VVT-i). Okazał się jednak niepraktyczny z powodu wytwarzania przez silnik zbyt małej mocy, chyba że zastosuje się doładowanie. W układzie System napędu hybrydowego Toyota Priusa udało się ograniczyć słaby punkt obiegu Atkinsona przez zastosowanie silnika elektrycznego o dużej mocy, który jednocześnie rozwija duży moment obrotowy. Spełnia normę EURO IV

15 Generator MG1: generator / rozrusznik silnika Ładuje akumulator HV
Elementy systemu napędowego Generator MG1: generator / rozrusznik silnika Silnik Ładuje akumulator HV Zasila silnik elektryczny Generator Uruchamia silnik spalinowy Generator (MG1) ładuje akumulator HV lub akumulator HV zasila silnika elektryczny (MG2). Generator pełni rolę rozrusznika silnika spalinowego. Dodatkowo, poprzez regulację ilości generowanej elektryczności (zmienna prędkość obrotowa generatora), generator (MG1) pełni funkcję czynnego sterowania ciągłą zmianą przełożenia (funkcja ciągłej zmiany przełożenia CVT). Dodatkowe wyjaśnienie: Przy maksymalnej prędkości obrotowej obr/min, generator wytwarza najwięcej elektryczności. Maks. moc wyjściowa: 37,8 kW / 9500 obr./min Maks. moment obrotowy: 45 Nm / 0 – 6000 obr./min

16 Generator Specyfikacja: MG1 (generator) Elementy systemu napędowego
33,8 (45,9) / 8500 37,8 (51) / 9500 Maksymalna moc wyjściowa (kW (KM)/ obr./min) 38 (3,87) / 0 – 8500 45 (4,58) / 0 – 6000 Maks. moment obrotowy (N·m (kgf·m)/ obr./min) 88 75 Prąd w amperach przy maks. momencie obr.  Chłodzenie cieczą Układ chłodzenia 6 500 obr/min 10000 obr/min Maksymalna prędkość obrotowa AC 273,6 AC 500 Napięcie znamionowe (V) Prądnica, rozrusznik silnika Funkcja Synchroniczny silnik AC trójfazowy Typ Starszy PRIUS Nowy PRIUS Pozycja Zwiększono maksymalna prędkość obrotową z 6500 do ob./min.

17 Silnik elektryczny MG2: Silnik napędowy kół/ generator Napędza pojazd
Elementy systemu napędowego Silnik elektryczny MG2: Silnik napędowy kół/ generator Napędza pojazd Silnik Wykonuje hamowanie odzyskowe Maks. moc wyjściowa: 50 kW / obr./min Silnik elektryczny Maks. moment obrotowy: 400 Nm / obr./min Przy ruszaniu pojazdu oraz podczas przyspieszania silnik elektryczny napędza koła pojazdu zwiększając osiągi pojazdu. Podczas opóźniania i hamowania silnik elektryczny przełącza się na prace generatorową i ładuje akumulator HV zamieniając energię kinetyczną na elektryczność (funkcja hamowania odzyskowego). Opracowany na nowo silnika elektryczny wykorzystujący najnowszą myśl techniczną Toyoty, stanowi najmocniejszy silnika (50 kW), który charakteryzuje się najkorzystniejszym na świecie współczynnikiem masy/mocy. Nowy silnik elektryczny rozwija monet obrotowy 400 Nm tyle ile rozwija cały silnik V6 o zapłonie samoczynnym. Maksymalny moment obrotowy dostępny jest w szerokim zakresie prędkości obrotowej (0 – 1200 obr/min), dzięki czemu pojazd może ruszać płynnie jedynie napędzany silnikiem elektrycznym. Dodatkowe wyjaśnienia: Nowy silnik elektryczny charakteryzuje się wyższą mocą w porównaniu z silnikami spalinowymi o pojemności skokowej w przedziale 1,0 – 1,2 litra (50kW (68KM) / obr/min) i rozwija znacznie wyższy moment obrotowy, porównywalny z jednostką V6 o zapłonie samoczynnym (400Nm / obr/min). Maksymalna moc wyjściowa: silnik1,0 l Yaris: 48 kW / 6000 obr/min Maksymalny moment obrotowy: silnik 2,0 l Avensis Common-rail 280 Nm / (2000 – 2200) obr/min

18 Synchroniczny silnik AC trójfazowy
Elementy systemu napędowego Silnik elektryczny Specyfikacja: MG2 (silnik elektryczny) 356 230 Prąd w amperach przy maks. momencie obr. 350 (35.7) / 0 – 400 400 (40.8) / Maks. moment obrotowy (N·m (kgf·m)/ obr./min) 33 (45) / 1040 – 5600 50 (68) / 1200 – 1540 Maksymalna moc wyjściowa (kW (KM)/ obr./min)  Chłodzenie cieczą Układ chłodzenia AC 273,6 AC 500 Napięcie znamionowe (V) Generator, napęd kół Funkcja Synchroniczny silnik AC trójfazowy Typ Starszy PRIUS Nowy PRIUS Pozycja Silnik elektryczny wytwarza 1,5 raza więcej mocy, co w połączeniu z silnikiem spalinowym stanowi istotne zwiększenie dynamiki jazdy w szerokim zakresie prędkości obrotowej 1200 – 1450 obr/min. Mając do dyspozycji wysoki moment obrotowy 400 Nm w zakresie prędkości obr/min, moment obrotowy jaki rozwija układ hybrydowy jest na poziomie dużych silników o zapłonie samoczynnym. Rozwijając tak duży moment obrotowy praktycznie od zerowej prędkości, samochód hybrydowy może ruszać dynamicznie jedynie napędzany silnikiem elektrycznym (trzy krotnie szerszy zakres momentu obrotowego).

19 Zespół falownika Zespół falownika Wzmacniacz prądu stałego:
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 przekształca prąd stały o wysokim napięciu z akumulatora HV na trójfazowy prąd przemienny, który służy do zasilania silnika elektrycznego i generatora. W module falownika umieszczono również przetwornik wzmacniający (wzmacniacz napięcia), którego zadaniem jest podwyższenie napięcia z akumulatora HV (201,6 V prądu stałego) do maksymalnego napięcia 500 V do zasilania silnika elektrycznego i generatora. Falownik A/C układu klimatyzacji przekształca prąd stały o napięciu 201,6 V w prąd przemienny o takim samym napięciu wykorzystywany do zasilania sprężarki układu klimatyzacji. Falownik DC  AC elektrycznej sprężarki klimatyzacji

20 Zespół falownika Złącza do MG1 i MG2 do MG2 do MG1
Elementy systemu napędowego Zespół falownika Złącza do MG1 i MG2 do MG2 do MG1

21 Zespół falownika Schemat układu Zespół falownika
Elementy systemu napędowego Zespół falownika Schemat układu Akumulator HV Zespół falownika Przetwornik DC/DC Falownik klimatyzacji Przetwornik wzmacniający IPM (IGBT) Dławik MG1 MG2 Falownik Falownik: DC  AC Przetwornik wzmacniający: 201.6V DC  500V DC Falownik A/C: DC  AC do zasilania sprężarki klimatyzacji A/C Przetwornik DC – DC: 201.6V  12V

22 Przetwornik prądu stałego
Elementy systemu napędowego Zespół falownika Falownik IPM (Intelligent Power Module) przekształca DC  AC Zespół falownika Falownik IPM (IGBT) MG1 DC DC Przetwornik prądu stałego AC MG2 Akumulator HV W celu uzyskania bardziej zwartej budowy obwód mostka MG1 i MG2 / procesor sygnału / procesor funkcji ochronnej umieszczono we wspólnej obudowie IPM.

23 Przetwornik wzmacniający
Elementy systemu napędowego Zespół falownika Przetwornik wzmacniający DC 201,6V  DC 500V DC 500V   DC 201,6V Zespół falownika Przetwornik wzmacniający IPM (IGBT) Falownik (IPM) MG1 DC 201,6V DC 500 V AC 500 V Przetwornik wzmacniający wykorzystuje do wzmocnienia napięcia elementy IGBT (tranzystor polowy z izolowaną bramką = rodzaj przełącznika półprzewodnikowego). Są one o 20 % mniejsze w porównaniu z tranzystorami wykorzystywanymi w zespole falownika układu hybrydowego poprzedniej generacji i emitują znacznie mniej ciepła przy wyższej sprawności ogólnej. MG2 Akumulator HV : Rozładowanie : Ładowanie

24 Falownik klimatyzacji
Elementy systemu napędowego Zespół falownika Falownik klimatyzacji Przekształcenie DC  AC, aby zasilić prądem przemiennym elektryczną sprężarkę klimatyzacji ECU klimatyzacji DC  AC ECU HV Zadana prędkość sprężarki W celu zasilania sprężarki klimatyzacji, prąd stały magazynowany w akumulatorze HV przekształcany jest na prąd przemienny o takim samym napięciu. Na podstawie otrzymanych informacji z modułu ECU klimatyzacji, moduł ECU HV steruje częstotliwością prądu przemiennego a zatem steruje prędkością obrotową sprężarki klimatyzacji. AC Falownik klimatyzacji DC Akumulator HV Sprężarka klimatyzacji Zespół falownika

25 Akumulator HV Akumulator HV Wnętrze bagażnika za tylna kanapą
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 zamocowany jest sztywno do podłogi bagażnika, poprzecznie do osi pojazdu tuż za tylna kanapą (bezpieczne miejsce). Nie zmniejsza przestrzeni bagażowej, która ma objętość 408 litów. Napięcie akumulatora HV wynosi 201,6 V. Charakteryzuje się niewielkim upływem prądu całkowicie naładowany akumulator pozostaje naładowany przez 60 dni. Jeśli pozostawia się pojazd na dłuższy okres, producent zaleca ładowanie akumulatora (HV i 12 V) co dwa tygodnie przez czas 30 min. W tym celu należy uruchomić hybrydowy układ napędowy (włączyć tryb READY) i wyłączyć wszystkie urządzenia elektryczne (głownie klimatyzację). Dodatkowe wyjaśnienie: Z prawej strony przestrzeni bagażowej znajduje układ chłodzenia i wentylacji akumulatora HV. Nie należy blokować przepływu powietrza, gdyż może to spowodować przegrzanie cel akumulatora HV i zmniejszyć jego żywotność. Akumulator HV

26 Akumulator HV Szczelne ogniwa niklowo-wodorkowe (Ni-MH) 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) Akumulator HV składa się ze 168 uszczelnionych ogniw niklowo-wodorkowych (Ni-MH). Każde ogniwo ma napięcie 1,2 V i pogrupowane są w 28 modułów liczących po 6 cel. 168 cells x 1,2 V = V DC. Producentem akumulatorów jest wieloletni partner Toyoty firma Panasonic. Dodatkowe wyjaśnienie: Pojemność elektryczna akumulatora HV wynosi 6,5 Ah (3 h prądu znamionowego). Głównym składnikiem elektrolitu jest roztwór wodorotlenkiem potasu (KOH) lub wodorotlenkiem sodu (NaOH). Ten zasadowy roztwór jest w postaci żelu, aby w momencie uszkodzenia poszczególnych cel nie doszło do jego wycieku. Cele akumulatora HV są zabezpieczone prze wyciekiem elektrolitu i osłonięte obudową z tworzywa sztucznego a dodatkowo osłonięte stalowa blachą (pewne zamocowanie akumulatora HV umieszczonego poprzecznie we wnęce za tylną kanapą), jednak korozja może spowodować ulatnianie elektrolitu (głownie związków KOH i NaOH) powodujących podrażnienia. Jest to bardzo niebezpieczne i należy unikać kontaktu z pokarmami i skórą oraz nie wdychać szkodliwych oparów. W przypadku oczu elektrolitem, należy niezwłocznie udać się do lekarza. Metalowa osłona zabezpiecza przez przebiciem wysokiego napięcia i jest montowana w przedziale bagażowym w procesie produkcji pojazdu. Nawet jeśli dojdzie do przegrzania akumulatora w wyniku przeładowania, co praktycznie jest niemożliwe, układ chłodzenia akumulatora HV jest tak opracowany, że kieruje powietrze z przestrzeni bagażnika na zewnątrz pojazdu, tak, aby groźne opary nie zagrażały pasażerom siedzącym w kabinie. Ogniwo (1,2 V) Złącze serwisowe 28 modułów

27 Moduł akumulatora HV Moduł akumulatora HV
Elementy systemu napędowego Moduł akumulatora HV Moduł akumulatora HV Dodano łącznik zmniejszający opór wewnętrzny ogniw Przepływ prądu Łącznik Łącznik Ogniwo Dodatkowy łacznik Szczelne cele niklowo-wodorkowe akumulatora HV. Obniżono rezystancje wewnętrzną ogni zwiększając napięcie wyjściowe. '04 PRIUS '03 PRIUS

28 Akumulator HV Elementy składowe Elementy systemu napędowego
Czujnik natężenia prądu Zespół modułów ECU akumulatora SMR3 SMR2 Elementy składowe akumulatora HV: Ogniwa niklowo-wodorkowe Przekaźniki SMR (dwa po stronie zasilania (+) i jeden po stronie uziemienia (-) Moduł ECU akumulatora HV Czujnik natężenia prądu Złącze serwisowe SMR1 Rezystor Złącze serwisowe

29 Akumulator HV + - ECU akumulatora Elementy systemu napędowego
Przekaźnik wentylatora chłodzącego akumulator ECU akumulatora (32-bit) ECU HV ECU silnika (ECM) ECU komunikacji BEAN CAN ECU klimatyzacji Regulator wentylatora chłodzącego akumulator Napięcie x 14 Temp. x 4 + Czujniki temperatury akumulatora (termistor) Złącze serwisowe Układ sterowania stanem naładowania akumulatora HV (SOC) opracowano z myślą o układzie hybrydowym drugiej generacji. Moduł ECU akumulatora HV przesyła sygnał stanu naładowania do modułu ECU HV. Czujnik temperatury akumulatora HV stale monitoruje temperaturę ogniw i przesyła sygnał do moduły ECU akumulatora HV. Silnik wentylatora chłodzącego akumulator - Czujnik natężenia prądu Moduł akumulatora HV

30 Akumulator 12V 12 V Akumulator 12 V
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 12 V zapewnia zasilanie oświetlenia pojazdu, zestawu audio, akcesorii oraz wszystkich modułów sterujących ECU. Jest to akumulator specjalnie opracowany dla modelu Prius (emituje niewielkie ilości gazu (wodoru) podczas ładowania) i nie dostarcza wysokiego napięcia przy rozruchu zimnego silnika. Generator MG1 zasilany z akumulatora HV uruchamia silnik spalinowy. Akumulator 12 V jest całkowicie bezobsługowy. Dodatkowe wyjaśnienie: Pojemność elektryczna 28 lub 36* Ah (34 lub 46* Ah wg normy DIN). *z układem elektronicznego kluczyka Kiedy zajdzie konieczność wymiany akumulatora 12 V należy zastosować nowy przeznaczony do modelu Prius (ze względu na umieszczenie akumulatora w przestrzeni bagażnika, musi mieć ograniczoną emisję wodoru podczas ładowania). Maksymalny prąd ładowania nie powinien przekraczać 3,5 A. 12 V Akumulator HV (201,6 V) Akumulator 12 V (szczelnie zamknięty) Układ podtrzymujący zasilanie 12 V dla hamulców ECB

31 Wskaźniki i lampki kontrolne
Elementy systemu napędowego Wskaźniki i lampki kontrolne Zestaw wskaźników Lampka Główna lampka ostrzegawcza Lampka tryby READY wskazuje gotowość hybrydowego układu napędowego. Główna lampka ostrzegawcza włącza się w przypadku wystąpienia uszkodzenia: w hybrydowym układzie napędowym, przy zbyt niskim poziomie naładowania akumulatora HV, braku ładowania akumulatora 12 V, niewłaściwej temperaturze płynu chłodzącego silnika, niewłaściwej temperaturze oleju, uszkodzeniu elektrycznego wspomagania układu kierowniczego lub modułu ECU sterowania przekładnią, itp. Główna lampka ostrzegawcza włącza się wraz z ostrzegawczym sygnałem dźwiękowym. Lampka trybu EV włącza się po wciśnięciu przełącznika trybu samochodu elektrycznego EV i błyska trzykrotnie po anulowaniu trybu EV. Lampka ostrzegawcza silnika włącza się w przypadku pojawienia się uszkodzenia w układzie sterowania silnika spalinowego. Dodatkowe wyjaśnienie: Zrezygnowano z lampki ostrzegawczej układu sterowania mocą (żółwia). Była stosowana do wskazywania upływu mocy z akumulatora HV. „Brzęczyk” Lampka ostrzegawcza silnika lampka trybu EV

32 Wskaźniki i lampki kontrolne
Elementy systemu napędowego Wskaźniki i lampki kontrolne Wyświetlacz wielofunkcyjny Lampki, które mogą się włączyć wraz z: Główna lampka ostrzegawcza W przypadku włączenia głównej lampki ostrzegawczej, na wyświetlaczu informacyjnym może zapali się jedna z dodatkowych lampek: Lampka stanu naładowania akumulatora HV (SOC). Włącza się jeśli stan naładowania akumulatora spadnie poniżej minimalnej wartości. Lampka ostrzegawcza układu hybrydowego wskazuje uszkodzenie w układzie hybrydowym. Lampka braku ładowania zapala się po wykryciu uszkodzenia w układzie ładowania akumulatora 12V (przetwornik DC-DC). Lampka braku ładowania lampka ostrzegawcza układu hybrydowego Lampka stanu naładowania akumulatora HV

33 Dźwignia Wyboru zakresów powraca samoczynnie do położenia wyjściowego
Elementy systemu napędowego E-shift Wybór trybu jazdy Aby wybrać tryb N, D, R D  B Wybór kierowcy Tryb R Położenie wyjściowe Tryb N Sterowanie dźwigni przełącznika zakresów na drodze elektrycznej Wybór trybu (zakresu) N, D, R D  B (funkcja hamowania silnikiem + zwiększona efektywność hamowania odzyskowego) Powrót automatyczny Dźwignia Wyboru zakresów powraca samoczynnie do położenia wyjściowego Tryb D Tryb B

34 Elektronicznie sterowany układ hamowania (ECB)
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 Siłownik hamulców Działanie kierowcy Sterowanie hamulcem hydraulicznym ECU VSC ECU HV Podczas właściwego hamowania, wartość ciśnienia płynu w pompie hamulcowej jest jedynie sygnałem analogowym o zadanej intensywności siły hamowania i nie jest kierowane bezpośrednio do cylinderków kół pojazdu (siła czynna na pedale hamulca). Kiedy układ wyznaczy zadaną wartości siły hamowania rozpoczyna sterowanie pomiędzy siła czynną hamowania odzyskowego (praca generatorowa silnika MG2) a ciśnieniem płynu hamulcowego wytwarzanym w siłowniku hamulców (siłownik hamulców wytwarza i reguluje ciśnienie płynu w układzie hamulcowym). Dodatkowe wyjaśnienie: Od kiedy ciśnienie płynu wytworzone w pompie hamulcowej nie jest kierowane bezpośrednio do kół pojazdu, symulator skoku pedału hamulca mierzy skok pedału hamulca kiedy wciska go kierowca. Stan pojazdu Sterowanie hamulcem odzyskowym

35 Elektronicznie sterowany układ hamowania (ECB)
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 Żądanie kierowcy (ciśnienie pompy hamulcowej) Hydrauliczna siła hamowania (Siłownik hamulca) Siła hamowania Prędkość pojazdu* Rozdział siły hamowania (funkcja hamowania odzyskowego) Elektronicznie sterowany układ hamowania rozdziela siłę hamowania pomiędzy hamulec hydrauliczny i hamulec rekuperacyjny. Proporcje siły hamowania zależą od prędkości pojazdu (jednostajne opóźnienie pojazdu) oraz od czasu. Siła hamowania odzyskowego (MG2) Czas Zmiany w rozdziale siły hamowania)

36 Hybrid Synergy Drive Specyfikacja:
Parametry trakcyjne układu napędowego Hybrid Synergy Drive Specyfikacja: 170 km/h Prędkość maksymalna 10,9 s Przyspieszenie km/h 104 g / km Emisja CO2 1300 / 1725 kg Masa pojazdu Zużycie paliwa ECE 37,8 kW (51KM) Moc generatora 50 kW (68 KM) Moc silnika elektrycznego 57 kW (77,5 KM) Moc silnika spalinowego Uwagi Wartość Parametr przy 5000 obr / min obr / min przy 9500 obr / min Zwiększono maksymalna prędkość obrotową z 6500 do ob./min. 4,3 / 4,2 / 5,0 l/100km UE 80/1268–1999/100 WE własna / dopuszczalna

37 Koniec Toyota Motor Poland