電動車普及的前奏 3種混合動力技術(shù)解析

● 混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)解析

1）系統(tǒng)構(gòu)成

　　豐田THS系統(tǒng)是典型的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，至今已發(fā)展到第二代。THS是“Toyota Hybrid System”的縮寫，最早被用于97年10月發(fā)布的第一代普銳斯（Puris）上。下面我們就以最新的THS-II系統(tǒng)對混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)進行解釋。

　　THS-II系統(tǒng)主要部件有汽油發(fā)動機、永磁交流同步電機、發(fā)電機、高性能金屬氫化物電池盒以及功率控制單元。最新的第三代普銳斯和凱美瑞尊瑞采用的就是THS-II混合動力系統(tǒng)。

2）部件解析

　　采用THS-II系統(tǒng)的第三代普銳斯使用的發(fā)動機是1.8L的5ZR-FXE發(fā)動機，而2012款凱美瑞尊瑞采用的是2.5L的4AR-FXE發(fā)動機。上面提到的這兩款發(fā)動機均采用了能效相對較高的阿特金森循環(huán)。

阿特金森循環(huán)：

　　阿特金森循環(huán)是一種高壓縮比，長膨脹行程的內(nèi)燃機工作循環(huán)。阿特金森循環(huán)發(fā)動機通過推遲進氣門關(guān)閉及推遲排氣門打開使得燃燒產(chǎn)生的能量更充分地被利用，是一種能效比較高的發(fā)動機種類。傳統(tǒng)阿特金森循環(huán)發(fā)動機低速扭矩輸出較弱，較長的做工行程不利于高速運轉(zhuǎn)。隨著四沖程發(fā)動機配氣機構(gòu)控制技術(shù)的日益成熟（本田VTEC、豐田VVT、寶馬Valvetronic），使得阿特金森循環(huán)發(fā)動機的性能有了極大的進步。在面臨燃油危急的今天，阿特金森循環(huán)發(fā)動機能效較高的優(yōu)勢便凸顯出來了。

　　THS-II系統(tǒng)的關(guān)鍵也是最為復雜的部件就是由兩臺永磁同步電機及行星齒輪組成的動力分配系統(tǒng)。

　　THS-II系統(tǒng)中帶有兩臺電動機——MG1和MG2。MG1主要用于發(fā)電，必要時可推動汽車。MG2主要用于推動汽車。而MG1、MG2以及發(fā)動機輸出軸被連接到一套行星齒輪機構(gòu)的太陽輪、齒圈和行星架上。動力分配就是通過功率控制單元控制MG1和MG2電機，通過行星齒輪機械機構(gòu)進行巧妙分配的。由于使用了這種創(chuàng)新的動力分配方式，THS-II系統(tǒng)甚至連變速箱也不需要了，發(fā)動機輸出經(jīng)過固定減速機構(gòu)減速后直接驅(qū)動車輪。

　　很明顯，豐田THS-II系統(tǒng)的復雜度要比上面提到的本田IMA系統(tǒng)高出許多。雖然控制系統(tǒng)復雜，但其結(jié)構(gòu)尚算緊湊，省去了龐大的變速箱降低了車身重量，對于車輛的燃油經(jīng)濟性有相當大的幫助。

3）工作邏輯

　　為了解THS-II系統(tǒng)的工作邏輯，我們通過視頻先來學習一下行星齒輪運作的基本原理。

　　下面我們來看看THS-II的核心部件——動力分配系統(tǒng)的工作原理。在下面解析中，發(fā)電機MG1我們簡稱為MG1，電動機MG2我們簡稱為MG2。

　　發(fā)動機啟動時，電流流進MG2通過電磁力固定行星齒輪的齒圈，MG1作為啟動機轉(zhuǎn)動太陽輪，太陽輪帶動行星架轉(zhuǎn)動，與行星架連接的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動，發(fā)動機啟動。

　　怠速時，電流流進MG2固定行星齒輪的齒圈，發(fā)動機帶動行星架轉(zhuǎn)動，行星架帶動太陽輪轉(zhuǎn)動，與太陽輪連接的MG1發(fā)電給電池充電。

　　車輛起步時，發(fā)動機停轉(zhuǎn)，行星架被固定。MG2驅(qū)動行星齒輪齒圈，推動車輛前進。此時，MG1處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

　　車輛起步時，如需要更多動力（駕駛員深踩油門或檢測到負載過大），MG1轉(zhuǎn)動啟動發(fā)動機。

　　車輛起步時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能。

　　在輕負荷下加速時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能，MG2提供附加的驅(qū)動力用以補充發(fā)動機動力。

　　在重負載下加速時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能。MG2提供附加的驅(qū)動力用以補充發(fā)動機動力。電池會根據(jù)加速程度給MG2提供電流。

　　降擋（D擋）時，發(fā)動機停轉(zhuǎn)，MG1空轉(zhuǎn)，MG2被車輪驅(qū)動發(fā)電給電池充電。

　　減速（B擋）時，MG2產(chǎn)生的電能供給MG1，MG1驅(qū)動發(fā)動機。此時發(fā)動機斷油空轉(zhuǎn)。MG1輸出的動力成為發(fā)動機制動力。

　　倒車時，只使用MG2作為倒車動力。