丰田三大动力的完全进化史,逃不掉的“真香定律”?
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发布时间：2022-12-27 06:09
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时间：2023-10-19 02:37
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，*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。
而镍氢电池的特点，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*：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
