电动车普及的前奏 3种混合动力技术解析

● 混联式混合动力系统解析

1）系统构成

　　丰田THS系统是典型的混联式混合动力系统，至今已发展到第二代。THS是“Toyota Hybrid System”的缩写，最早被用于97年10月发布的第一代普锐斯（Puris）上。下面我们就以最新的THS-II系统对混联式混合动力系统进行解释。

　　THS-II系统主要部件有汽油发动机、永磁交流同步电机、发电机、高性能金属氢化物电池盒以及功率控制单元。最新的第三代普锐斯和凯美瑞尊瑞采用的就是THS-II混合动力系统。

2）部件解析

　　采用THS-II系统的第三代普锐斯使用的发动机是1.8L的5ZR-FXE发动机，而2012款凯美瑞尊瑞采用的是2.5L的4AR-FXE发动机。上面提到的这两款发动机均采用了能效相对较高的阿特金森循环。

阿特金森循环：

　　阿特金森循环是一种高压缩比，长膨胀行程的内燃机工作循环。阿特金森循环发动机通过推迟进气门关闭及推迟排气门打开使得燃烧产生的能量更充分地被利用，是一种能效比较高的发动机种类。传统阿特金森循环发动机低速扭矩输出较弱，较长的做工行程不利于高速运转。随着四冲程发动机配气机构控制技术的日益成熟（本田VTEC、丰田VVT、宝马Valvetronic），使得阿特金森循环发动机的性能有了极大的进步。在面临燃油危急的今天，阿特金森循环发动机能效较高的优势便凸显出来了。

　　THS-II系统的关键也是最为复杂的部件就是由两台永磁同步电机及行星齿轮组成的动力分配系统。

　　THS-II系统中带有两台电动机——MG1和MG2。MG1主要用于发电，必要时可推动汽车。MG2主要用于推动汽车。而MG1、MG2以及发动机输出轴被连接到一套行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架上。动力分配就是通过功率控制单元控制MG1和MG2电机，通过行星齿轮机械机构进行巧妙分配的。由于使用了这种创新的动力分配方式，THS-II系统甚至连变速箱也不需要了，发动机输出经过固定减速机构减速后直接驱动车轮。

　　很明显，丰田THS-II系统的复杂度要比上面提到的本田IMA系统高出许多。虽然控制系统复杂，但其结构尚算紧凑，省去了庞大的变速箱降低了车身重量，对于车辆的燃油经济性有相当大的帮助。

3）工作逻辑

　　为了解THS-II系统的工作逻辑，我们通过视频先来学习一下行星齿轮运作的基本原理。

　　下面我们来看看THS-II的核心部件——动力分配系统的工作原理。在下面解析中，发电机MG1我们简称为MG1，电动机MG2我们简称为MG2。

　　发动机启动时，电流流进MG2通过电磁力固定行星齿轮的齿圈，MG1作为启动机转动太阳轮，太阳轮带动行星架转动，与行星架连接的发动机曲轴转动，发动机启动。

　　怠速时，电流流进MG2固定行星齿轮的齿圈，发动机带动行星架转动，行星架带动太阳轮转动，与太阳轮连接的MG1发电给电池充电。

　　车辆起步时，发动机停转，行星架被固定。MG2驱动行星齿轮齿圈，推动车辆前进。此时，MG1处于空转状态。

　　车辆起步时，如需要更多动力（驾驶员深踩油门或检测到负载过大），MG1转动启动发动机。

　　车辆起步时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能。

　　在轻负荷下加速时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能，MG2提供附加的驱动力用以补充发动机动力。

　　在重负载下加速时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能。MG2提供附加的驱动力用以补充发动机动力。电池会根据加速程度给MG2提供电流。

　　降挡（D挡）时，发动机停转，MG1空转，MG2被车轮驱动发电给电池充电。

　　减速（B挡）时，MG2产生的电能供给MG1，MG1驱动发动机。此时发动机断油空转。MG1输出的动力成为发动机制动力。

　　倒车时，只使用MG2作为倒车动力。