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混动鼻祖丰田普锐斯5代回归

丰田 ,作为传统动力的搅屎棍,真香定律的坚定实践者,第一个摸着石头过河,又淌回来的 探索 家, 从1997年开始,发展了四代普锐斯,两代THS系统,并且两代THS经历了一次大的升级。 上一篇,我们回顾了THS的完整进化史,提到混动系统其

丰田 ,作为传统动力的搅屎棍,真香定律的坚定实践者,第一个摸着石头过河,又淌回来的 探索 家, 从1997年开始,发展了四代普锐斯,两代THS系统,并且两代THS经历了一次大的升级。

上一篇,我们回顾了THS的完整进化史,提到混动系统其节能省油的精髓在于,无论驾驶员怎么造,发动机都能工作在高效率的区间

1997-2020 | 丰田THS的23年进化史

所以想达到低能耗的最终结果,光有THS这套好的耦合系统还不够, 连接在THS上的各个动力源即——发动机、电机和电池也必须尽可能高效

对于不插电的混动车型,所有能量的源头还是发动机 。所以发动机本身的效率,对混动车来说至关重要。

1997年,第一代普锐斯作为首款量产的混动车型,开创了使用阿特金森循环发动机。 注意了,是阿特金森,不是“帕金森”发动机的先河。

与普通四冲程发动机使用的奥拓循环相比, 阿特金森循环的膨胀比大于压缩比,减少了进气和排气损失,能够更大程度地将热能转化为机械能,提高发动机的热效率,降低燃油消耗率

普锐斯从第一代开始,就搭载了阿特金森循环的发动机,型号1NZ-FXE,排量为 1.5L

第二代普锐斯依旧沿用这台发动机,并且把功率从 43kW 提升到 57kW 。网上能查到这台发动机的最高热效率是36.8%。

第三代开始,普锐斯发动机排量升级到 1.8L ,型号改为2ZR-FXE,此时热效率也上升到38.5%。

直到了2015年,第四代普锐斯上,通过优化EGR、改变活塞表面形状和使用阻力更小的滑动轴承等,将2ZR-FXE型号的发动机的将热效率提升到了40%

具体到能效指标上,这台1.8L发动机每度电消耗汽油只有208g,相当于你蚂蚁森林每天收获的能量,比现有普通1.4T小排量涡轮增压发动机还要低。

不仅如此 高效区间覆盖面积也变大了 ,这样,整车控制器能够在尽可能多的车速和负荷区间,实现高效的驱动。

电机方面,第二代THS,通过把永磁体布置成V型,增加气隙磁通,减少漏磁,提高了驱动扭矩

03年上市的二代THS电机上,还把MG1最高转速由原来的每分钟6500转,提升到每分钟10000转以上。

上期我们讲到,THS系统的三个动力源互相绑定,没法脱开,所以电机最高转速是个很重要的参数。

MG1电机转速提高后,工程师就能放大MG2电机轮端的齿比,放大扭矩,二代普锐斯车型的 低/中速加速性能也因此得到改善

2015年上市的二代THS进化款上,还在承担主动力输出的MG2电机上, 使用了Hair-pin扁线绕组 。这是我们18年广州车展上实拍的THS系统照片,其扁平线绕组清晰可见。

相比之前的圆线绕组, Hair-pin扁平线绕组电机可以提升电机效率、提高电机的功率密度,同时扁线绕组还具有更好的散热性能和NVH表现 。详细内容,我们之前也有多篇推送进行了详细阐述。 (详见文末)

最后我们再看电池。近几年来随着新能源 汽车 行业的快速发展,动力电池的成本和电池也经历着快速的发展。但是在二十年前,可选择的余地不是很多。

二十年前,是电动 汽车 飞速发展的年代,那个时候通过全方位黄金时段的节目宣传,电动车及电动车换电技术全面从日本涌入中国,同时也诞生了一批像日之丸四驱郎这样的知名电动车操控员,以及如同天皇巨星,燃烧太阳这样的明星车型。

当时的 电池技术是可以充电重复使用的镍氢电池。它的特点是放电倍率高,寿命长

比如一个10kWh的电池,用20kW的功率放电,放电倍率就是2C。纯电动车电池的放电倍率,最高一般只有4-5 C。

而混动车的电池能量普遍较小只有1-2kWh,电机功率至少有几十千瓦,所以放电倍率可以轻松达到二十C以上,所以混动车对充放电倍率的要求是很高的。

镍氢电池的特点,刚好符合混动车的需求,因此也顺理成章地在第一代普锐斯上获得了应用

THS II进一步发展了紧凑、高性能的镍金属氢化物电池。通过改进电极材料和使用全新电芯之间的连接结构,降低了电池的内阻,新电池的输入/输出密度比THS中使用的电池高35%,其功率密度大大提高。

之前提到,普锐斯一代上两个电机总功率只有45kW,到了普锐斯二代上提升到了88个kW。

虽然由于功率分流结构的原因,这两个电机无法同时满功率充电或者放电,但在混动架构不变的前提下,两个电机的功率增长还是很明显的。 在这方面,电池最大放电倍率提升的贡献非常关键。

当然 镍氢电池也是有缺点的,它的能量密度与发展迅速的三元锂电池相差太大,镍氢电池的能量密度仅有大约30Wh/kg 。所以即使只有1.31kWh的电量,镍氢电池也严重占用了普锐斯二代后备箱空间。

当时间来到2015年,为了应对插电混动车型需要纯电续驶50km以上的需求,电池必须加大到9kWh左右,镍氢电池就显得更力不从心了。

在2018年普锐斯推出的全新Prime插电混动车型上,使用了8.8kWh的三元锂电池。 随着锂电池产业链的成熟和随之而来的成本下降,2019年后的普锐斯车型,无论混动还是插电混动,都会和镍氢电池说再见了。

没有一款 汽车 ,可以在长达二十年的时间里,始终保持市场竞争力。

为了应对时代的进步,丰田总是在不断地进行自我革命: 发动机变革、电机设计改善、电池材料和系统结构改善

从一代THS在普锐斯上的一枝独秀,到二代THS在多款车型上的全面开花。 丰田不止对THS系统做优化,而是整个混动系统中,能够看到的地方都在优化。提升了车辆的动力性能,提升了系统效率,同时还将成本控制在了非常低的水平

这些数值指标的提升看似简单,可只有业内的人才能体会到这其中的困难程度,这就是丰田的可敬与可怕之处。

但是丰田还没有到独孤求败的地步,比如还有本田i-MMD 。它通过增加离合器,实现了发动机直驱、串联混动、纯电驱动的三种混动模式,在兼顾动力性的同时,优化了经济性。 之后有机会我们将会介绍,THS的对手们。

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深度|丰田混合动力的完全进化史

易车讯 近日,我们从相关渠道获得了丰田已经开始研发全新普锐斯的消息,虽然丰田官方目前还没有任何相关消息公布,但是可以确定未来这款新车将会拥有全新的外观和内饰设计,可能还会拥有更强的自动辅助驾驶能力,新车可能会在2022年亮相。

虽然普锐斯曾经凭借混合动力技术开创了全新的天地,但是在当下这已经不算是什么独门武器了,因此未来的全新普锐斯是否会适时的在混动车型基础上,同步推出PHEV插混动力车型,以及纯电动车型也是个很大的疑问。

现款普锐斯LQ概念车

据外媒报道,未来全新普锐斯可能将会继续基于TNGA架构打造,并拥有更加前卫的外观和内饰设计。结合此前丰田LQ电动概念车展示的理念,未来全新普锐斯可能会拥有L4级自动驾驶能力。