СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМОЙ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


  1. ОПИСАНИЕ


    1. Гибридная система данного автомобиля основана на гибридном приводе LEXUS в рамках концепции "Hybrid Synergy Drive" (комплексный гибридный привод)*.

      Tech Tips

      *: Концепция "Hybrid Synergy Drive" дает 4 основных преимущества: снижение расхода топлива, уменьшение токсичности отработавших газов, плавный разгон и бесшумная работа.

    2. В автомобилях с гибридным приводом совместно используются источники энергии 2 видов: двигатель и электродвигатель, что позволяет пользоваться преимуществами каждого из этих источников и одновременно компенсировать их недостатки. В результате обеспечивается эффективная работа автомобиля.

    3. В отличие от электромобилей автомобили с гибридным приводом не нуждаются во внешней подзарядке аккумуляторных батарей. Таким образом, для эксплуатации автомобилей с гибридным приводом не требуется специальная инфраструктура.

    4. В различных областях продолжается техническое совершенствование силовых агрегатов (таких, как двигатель и топливная батарея). Гибридная система представляет собой гибкую систему, в которой используются высокоэффективный силовой агрегат и электродвигатели.

    5. В автомобилях с гибридным приводом имеются высоковольтные электрические цепи. Поэтому при разработке таких автомобилей особое внимание уделялось защите водителей и механиков от поражения электрическим током.

  2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ


    1. Мотор-генератор

      Мотор-генератор MG1 MG2
      Тип Электродвигатель с постоянным магнитом Электродвигатель с постоянным магнитом
      Назначение

      Вырабатывает электроэнергию

      Запускает двигатель

      Приводит в движение задние колеса

      Вырабатывает электроэнергию
      Максимальное напряжение системы 650 В пост. тока 650 В пост. тока
      Максимальная мощность - 147 кВт (197 л.с.)
      Максимальный крутящий момент - 275 Н*м (203 фунт-сила-фута)
      Система охлаждения С водяным охлаждением С водяным охлаждением

    2. Преобразователь-инвертор в сборе

      Наименование Характеристики
      Повышающий преобразователь Номинальное напряжение (со стороны инвертора) 650 В пост. тока
      Номинальное напряжение (со стороны высоковольтной аккумуляторной батареи) 288 В постоянного тока
      Преобразователь гибридной системы в сборе Номинальное выходное напряжение

      13-14,5 В пост. тока (в нормальном режиме)

      11,5 В пост. тока (включение при низких температурах)
      Максимальный выходной ток 150 A

    3. Система охлаждения преобразователя-инвертора, MG1 и MG2

      Наименование Характеристики
      Насос системы охлаждения инвертора с электродвигателем в сборе Тип электродвигателя Бесщеточный
      Производительность Большой Не менее 12 л/мин (12,7 кварты США, 10,6 английской кварты) при 65°C (149°F)
      Средний Не менее 9 л/мин (9,5 кварты США, 7,9 английской кварты) при 55°C (131°F)
      Малый Не менее 7 л/мин (7,4 кварты США, 6,2 английской кварты) при 50°C (122°F)
      Охлаждающая жидкость инвертора Тип Охлаждающая жидкость с увеличенным сроком замены (SLLC) от компании Toyota или аналогичная
      Цвет Розовый
      Объем

      3,1 л (3,3 кварты США, 2,7 английской кварты)*1

      2,9 л (3,1 кварты США, 2,6 английской кварты)*2
      Периодичность техобслуживания Первая замена 240 000 км (150 000 миль) или 7 лет
      Последующие замены Каждые 80 000 км (50 000 миль) или 4 года

      • *1: для моделей с левосторонним рулевым управлением

      • *2: для моделей с правосторонним рулевым управлением

    4. Высоковольтная аккумуляторная батарея

      Наименование Характеристики
      Тип Герметически закрытая никель-металл-гидридная (Ni-MH) аккумуляторная батарея
      Количество элементов 240 элементов (6 элементов x 6 модулей + 6 элементов x 34 модуля)
      Номинальное напряжение 288 В (1,2 В x 240 элементов)
      Емкость аккумуляторной батареи (3HR) 6,5 А-ч

    5. Система охлаждения для высоковольтной аккумуляторной батареи

      Наименование Характеристики
      Вентилятор охлаждения аккумуляторной батареи в сборе Тип электродвигателя Бесщеточный
      Тип вентилятора Центробежный вентилятор Sirocco
      Объемный расход воздуха Верхняя сторона

      93 м3/час
      Нижняя сторона

      138 м3/час

  3. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ


    1. Автомобили с гибридным приводом обладают следующими особенностями.

      Особенности Описание
      Остановка двигателя на холостом ходу (для снижения потерь энергии) Двигатель, работающий на холостом ходу, автоматически останавливается (остановка двигателя на холостом ходу) для сокращения потерь энергии.
      Привод EV (эффективное управление приводом) Когда КПД двигателя мал, этот привод дает автомобилю возможность двигаться только за счет энергии электродвигателя. Кроме того, при высоком КПД двигателя он обеспечивает выработку электроэнергии. Такое управление позволяет добиться максимального суммарного КПД автомобиля.
      Режим привода EV Если водитель нажимает переключатель при выполнении соответствующих условий, автомобиль может двигаться с приводом только от электродвигателя.
      Вспомогательное использование электродвигателя При разгоне мощность электродвигателя добавляется к мощности двигателя.
      Рекуперативное торможение (рекуперация энергии) Во время замедления, а также при нажатии педали тормоза часть энергии, которая расходуется на тепловые потери, накапливается в виде электрической энергии, подлежащей повторному использованию, например, для питания электродвигателя.

    2. В целом, существуют 3 типа гибридных систем: последовательные гибридные системы, параллельные гибридные системы и смешанные (последовательно-параллельные) гибридные системы.


      1. Последовательная гибридная система


        1. Электродвигатель вращает колеса, а двигатель посредством генератора действует как источник электроэнергии для электродвигателя.

          A01FPN6E01
          Обозначения на рисунке
          *1 Двигатель *2 Генератор
          *3 Инвертор *4 Высоковольтная аккумуляторная батарея
          *5 Электродвигатель - -
          A01FPMF Путь передачи механической энергии A01FPDC Путь передачи электрической энергии (постоянного тока)
          A01FP93 Путь передачи электрической энергии (переменного тока) - -

      2. Параллельная гибридная система


        1. Колеса вращаются непосредственно как двигателем, так и электродвигателем. Наряду с дополнением мощности бензинового двигателя электродвигатель также может выполнять функцию генератора, заряжая блок высоковольтной аккумуляторной батареи во время движения автомобиля. Кроме того, автомобиль может перемещаться только под действием электродвигателя.

          A01FP5TE01
          Обозначения на рисунке
          *1 Двигатель *2 Трансмиссия
          *3 Высоковольтная аккумуляторная батарея *4 Инвертор
          *5 Мотор-генератор - -
          A01FPMF Путь передачи механической энергии A01FPDC Путь передачи электрической энергии (постоянного тока)
          A01FP93 Путь передачи электрической энергии (переменного тока) - -

      3. Последовательно-параллельная гибридная система


        1. Характеристики последовательной гибридной системы и параллельной гибридной системы сочетаются. В состав системы входят 2 мотор-генератора. Мотор-генератор № 1 (MG1) позволяет вырабатывать электроэнергию с использованием мощности двигателя. Вырабатываемая электроэнергия используется для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи, а также для питания мотор-генератора № 2 (MG2).

          A01FPQGE01
          Обозначения на рисунке
          *1 Двигатель *2 Планетарная передача деления мощности
          *3 Высоковольтная аккумуляторная батарея *4 Инвертор
          *5 Мотор-генератор № 1 (MG1) *6 Мотор-генератор № 2 (MG2)
          A01FPMF Путь передачи механической энергии A01FPDC Путь передачи электрической энергии (постоянного тока)
          A01FP93 Путь передачи электрической энергии (переменного тока) - -

    3. Далее рассмотрен механизм гибридного привода LEXUS.


      1. К основным узлам гибридного привода LEXUS относятся двигатель, гибридная трансмиссия в блоке с главной передачей, преобразователь-инвертор в сборе и высоковольтная аккумуляторная батарея. Используется гибридная система последовательно-параллельного типа.

        A01FPCQE01
        Обозначения на рисунке
        *1 Двигатель *2 Гибридная трансмиссия (трансмиссия автомобиля с гибридным приводом в сборе)
        *3 Планетарная передача деления мощности *4 2-ступенчатый планетарный редуктор электродвигателя
        *5 Мотор-генератор № 1 (MG1) *6 Мотор-генератор № 2 (MG2)
        *7 Преобразователь-инвертор в сборе *8 Дифференциал
        *9 Высоковольтная аккумуляторная батарея - -
        A01FPMF Путь передачи механической энергии A01FPDC Путь передачи электрической энергии (постоянного тока)
        A01FP93 Путь передачи электрической энергии (переменного тока) - -

      2. Эта система осуществляет оптимальное координированное управление двигателем 2GR-FXE с высокой полезной мощностью и высокооборотными мощными мотор-генераторами № 1 (MG1) и № 2 (MG2) в гибридной трансмиссии L110 (трансмиссии автомобиля с гибридным приводом в сборе), обеспечивая превосходные характеристики работы трансмиссии.

      3. Автомобили с гибридным приводом оборудованы 2 аккумуляторными батареями, которые выполняют разные функции. Одна представляет собой высоковольтную аккумуляторную батарею (с номинальным постоянным напряжением 288 В), которая аккумулирует энергию для привода автомобиля, а другая – вспомогательную аккумуляторную батарею (с номинальным постоянным напряжением 12 В), которая обеспечивает питание электрооборудования.

      4. Помимо прочего в данном автомобиле используется система регулирования напряжения, включающая в себя высоковольтную аккумуляторную батарею большой емкости с номинальным постоянным напряжением 288 В, повышающий преобразователь, который увеличивает рабочее напряжение системы до максимального уровня 650 В пост. тока, а также инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

      5. Поскольку автомобили с гибридным приводом не оборудуются обычным генератором, напряжение высоковольтной аккумуляторной батареи понижается примерно до 14 В с помощью преобразователя гибридной системы, чтобы обеспечить зарядку вспомогательной аккумуляторной батареи.

      6. Высоковольтная аккумуляторная батарея в сборе содержит герметичные никель-металл-гидридные (NiMH) элементы. Эта высоковольтная аккумуляторная батарея характеризуется высокой удельной мощностью, малой массой и продолжительным сроком службы, что согласуется с характеристиками гибридного привода LEXUS. Поскольку в исправном автомобиле осуществляется управление зарядкой/разрядкой для стабилизации степени заряда (SOC) высоковольтной аккумуляторной батареи в сборе, подзаряжать батарею от внешнего источника не требуется.

        A01FP77E01
        Обозначения на рисунке
        *1

        Преобразователь-инвертор в сборе

        - Инвертор

        - Повышающий преобразователь

        - Преобразователь гибридной системы в сборе

        		 *2 Двигатель 2GR-FXE
        *3

        Гибридная трансмиссия L110 (трансмиссия автомобиля с гибридным приводом в сборе)

        - Мотор-генератор № 1 (MG1)

        - Мотор-генератор № 2 (MG2)

        		 *4 Вспомогательная аккумуляторная батарея (номинальное постоянное напряжение 12 В)
        *5 Высоковольтная аккумуляторная батарея (номинальное постоянное напряжение 288 В) - -

    4. В автомобилях с гибридным приводом имеются 2 системы охлаждения для гибридного привода: одна обеспечивает охлаждение преобразователя-инвертора, MG1 и MG2, а другая – охлаждение высоковольтной аккумуляторной батареи.


      1. Предусмотрена система охлаждения преобразователя-инвертора, MG1 и MG2, независимая от системы охлаждения двигателя.

      2. Эта система охлаждения включается, когда выключатель питания устанавливается в состояние ON (ВКЛ) (READY).

        A01FPMAE01
        Обозначения на рисунке
        *1 Радиатор инвертора *2 Насос системы охлаждения инвертора с электродвигателем в сборе
        *3

        Гибридная трансмиссия L110 (трансмиссия автомобиля с гибридным приводом в сборе)

        - Мотор-генератор № 1 (MG1)

        - Мотор-генератор № 2 (MG2)

        		 *4 Расширительный бачок инвертора
        *5 Преобразователь-инвертор в сборе - -
        A01FPED Потоки охлаждающей жидкости в системе охлаждения инвертора - -

      3. Так как высоковольтная аккумуляторная батарея выделяет тепло во время периодически повторяющихся циклов зарядки и разрядки, для обеспечения ее нормальной работы применяется специальная система охлаждения.

      4. Для каждой верхней и нижней группы модулей высоковольтной аккумуляторной батареи предусмотрен один вентилятор системы охлаждения блока аккумуляторных батарей. Благодаря тому, что все 2 вентилятора системы охлаждения аккумуляторной батареи являются компактными, ослаблен общий шум, производимый работающей системой. Кроме того, ослаблению шума способствует то, что вентиляторы системы охлаждения аккумуляторной батареи смонтированы с использованием резиновых амортизаторов. Кроме того, для части впускного воздухопровода для нижней группы модулей аккумуляторной батареи предусмотрен волоконный материал с шумопоглощающими свойствами, что обеспечивает низкий уровень шума в салоне.

      5. Впускные воздухопроводы имеют оптимальную форму и расположение, чтобы обеспечить плавное течение интенсивного потока воздуха, направляя воздух из салона, который забирается с боковых сторон задних сидений, к модулям аккумуляторной батареи. Воздух из салона проходит через модули аккумуляторной батареи, снижая их температуру. Забирается воздух из салона с низкой температурой, который меньше подвергается нагреву под воздействием солнца, что обусловливает высокую эффективность охлаждения.

      6. Работой вентиляторов системы охлаждения аккумуляторной батареи в сборе управляет ЭБУ распределения питания. ЭБУ распределения питания принимает сигналы от блока контроля состояния аккумуляторной батареи, отражающие сигналы датчиков температуры аккумуляторной батареи, которые встроены в высоковольтную аккумуляторной батарею в сборе. При этом ЭБУ распределения питания управляет вентиляторами системы охлаждения аккумуляторной батареи в сборе, поддерживая требуемую температуру аккумуляторной батареи.

        A01FPCME01
        Обозначения на рисунке
        *1 Нижний вентилятор системы охлаждения блока аккумуляторных батарей *2 Нижняя группа модулей высоковольтной аккумуляторной батареи
        *3 Верхний вентилятор системы охлаждения блока аккумуляторных батарей *4 Верхняя группа модулей высоковольтной аккумуляторной батареи
        *a Из салона - -
        A01FPED Поток охлаждающего воздуха - -

  4. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ


    1. Меры предосторожности относительно высокого напряжения гибридной системы


      1. Защита от высокого напряжения реализуется 2 способами: изоляцией цепей высокого напряжения и отключением цепей высокого напряжения. Гибридная система также определяет, не снижено ли сопротивление изоляции между системой высокого напряжения и массой.

    2. Изоляция цепей высокого напряжения


      1. Цепи высокого напряжения связывают высоковольтную аккумуляторную батарею, преобразователь-инвертор в сборе, гибридную трансмиссию и компрессор с электродвигателем в сборе. Каждое из этих устройств подключается с использованием силового кабеля и электрически изолируется корпусами и кожухами.

      2. Кроме того, кабели экранируются с помощью проволочной сетки, вделанной в электрическую изоляцию проводов. Экраны заземляются путем соединения с шасси автомобиля и предназначены, главным образом, для защиты от электромагнитных помех.

        A01FPFGE01
        Обозначения на рисунке
        *1 Преобразователь-инвертор в сборе *2 Компрессор с электродвигателем в сборе
        *3 Силовой кабель *4 Высоковольтная аккумуляторная батарея в сборе
        *5 Зажим сервисного размыкателя цепи *6 Гибридная трансмиссия L110 (трансмиссия автомобиля с гибридным приводом в сборе)

    3. Отключение цепей высокого напряжения


      1. Когда наступает какое-либо из перечисленных ниже событий, главные реле системы (SMR) автоматически отключают ЭБУ распределения питания.


        • Питание выключается.

        • Развертывается какая-либо подушка безопасности.

        • Снимается крышка выводов инвертора (размыкается цепь блокировки).

        • Снимается крышка разъема (размыкается цепь блокировки).

        • Силовой кабель высоковольтной аккумуляторной батареи снимается с преобразователя-инвертора (размыкается цепь блокировки).

        • Частично поднимается ручка зажима сервисного размыкателя цепи (размыкается цепь блокировки)*.

        • Возникает определенная неисправность.

        Tech Tips

        *: зажим сервисного размыкателя цепи ни в коем случае не должен сниматься при нахождении автомобиля в состоянии READY-ON.

        A01FPVXE01

      2. Зажим сервисного размыкателя цепи используется для ручного отключения цепей высокого напряжения при необходимости обслуживания автомобиля.

        A01FPKHE01
        Обозначения на рисунке
        *1 Зажим сервисного размыкателя цепи *2 Изолирующая перчатка

        CAUTION:

        Остерегайтесь разряда конденсатора в преобразователе-инверторе в сборе: после отключения цепей высокого напряжения высоковольтный конденсатор в преобразователе-инверторе в сборе остается заряженным. После снятия зажима сервисного размыкателя цепи при обслуживании автомобиля с гибридным приводом подождите не менее 10 мин, чтобы дать конденсатору в инверторе разрядиться до начала работ.

    4. Меры предосторожности при обращении с высоковольтной аккумуляторной батареей


      1. Электролит высоковольтной аккумуляторной батареи представляет собой концентрированный щелочной раствор едкого калия (без запаха, прозрачный, бесцветный). Небрежное обращение с высоковольтной аккумуляторной батареей крайне опасно. При обращении с высоковольтной аккумуляторной батареей необходимо руководствоваться приведенными ниже указаниями.

        Порядок выполнения Меры предосторожности
        При утечке жидкости в зоне высоковольтной аккумуляторной батареи.

        • Нейтрализуйте ее насыщенным водным раствором борной кислоты.

        • С помощью лакмусовой бумаги убедитесь, что раствор нейтрализован, и вытрите его ветошью или обтирочным материалом.
        При попадании аккумуляторного электролита на кожу, в глаза и т.п.*

        • Промойте пораженный участок насыщенным водным раствором борной кислоты или большим количеством воды.

        • Сразу же снимите загрязненную одежду.
        При сдаче автомобиля в лом. Снимите высоковольтную аккумуляторную батарею с автомобиля для сдачи в специальный пункт сбора.
        При хранении. Запрещается оставлять аккумуляторную батарею в сыром или влажном месте.
        Когда автомобиль хранится в течение длительного времени.

        • Отсоедините отрицательный вывод вспомогательной аккумуляторной батареи.

        • В процессе хранения высоковольтную аккумуляторную батарею необходимо заряжать каждые 2 месяца во избежание ее разряда или повреждения. Зарядка высоковольтной аккумуляторной батареи осуществляется в следующем порядке:


          1. Подсоедините отрицательный вывод вспомогательной аккумуляторной батареи.

          2. Включите питание (IG) на 3 мин, не подключая никаких электрических нагрузок (эта операция необходима, чтобы ЭБУ распределения питания мог правильно определить степень заряда батареи).

          3. Войдите в состояние READY-ON. После запуска двигателя дайте ему поработать в течение 30 мин для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи.

        • Если двигатель не запускается или периодически останавливается в течение 30 мин, прекратите выполнение операции (высоковольтная аккумуляторная батарея не нуждается в зарядке).

        CAUTION:

        *: при попадании электролита в глаза громко попросите о помощи и ни в коем случае не растирайте глаза. Немедленно промойте их большим количеством воды и обратитесь за медицинской помощью.