豐田混動技術的發展
[XCAR 科技 原創]
本周，一汽豐田的卡羅拉(參數|詢價)雙擎和廣汽豐田的雷凌(參數|詢價)雙擎相繼發布。這兩款混動車型都採用了國產化的油電混合雙擎動力總成，這也是豐田首次在日本以外的地區進行油電混合動力的現地開發和生產。那麼，這款國產的油電混合雙擎動力總成有哪些特點？技術水平又如何呢？
豐田混動技術THS
要了解國產雙擎技術，還是得從豐田混動技術的發展歷程說起。豐田的混合動力系統被稱為THS（Toyota Hybrid System）。THS的發展是與豐田最負盛名的混動車型普銳斯息息相關的。
1997年，代號為XW10的第一代普銳斯問世，它搭載了第一代THS混合動力系統，是世界上第一款量產的油電混合動力汽車。第一代THS主要由一臺1.5L發動機、混合動力驅動橋、動力控制單元（PCU，即Power Control Unit）、動力電池組這四個部分組成，這種結構也一直沿用至今。第一代普銳斯的銷量不高，不過它為豐田乃至整個汽車行業打開了油電混合動力的大門。
2003年，普銳斯迎來了換代，代號為XW20的第二代普銳斯登場。同時，其混合動力系統也由THS升級為了THS Ⅱ，發動機、電機、電池組等部件都獲得了改進。其時中東局勢緊張，國際油價持續上漲，百公裡綜合油耗僅有5.2L的第二代普銳斯因此受到了極大的關注。除了拿獎拿到手軟，在銷量上第二代普銳斯也獲得了不小的成功。
在2009年，豐田發布了第三代普銳斯，其混動系統也迎來了重大的升級，一臺熱效率高達38.5%的1.8L阿特金森循環發動機取代了之前的1.5L發動機。同時，動力分割裝置與減速機構之間也由鏈傳動改為了齒輪傳動，結構更加緊湊。雖然變化很大，但這套系統依然被豐田稱之為THS Ⅱ。第三代普銳斯獲得了巨大的成功，在兩年內銷量即突破了100萬輛。
到了2015年，豐田在法蘭克福車展上發布了第四代普銳斯，THS系統也終於由第二代升級到了第三代。THS Ⅲ最大的改動就是混合動力驅動橋的結構發生了變化。在THS系統和THS Ⅱ系統當中，驅動電機和發電機分列行星齒輪裝置的左右，同軸布置；而在THS Ⅲ系統上，驅動電機被移動到了行星齒輪裝置的另一側，與發電機平行布置，並通過平衡軸齒輪與減速機構相連。這項改動令混合動力驅動橋更加緊湊，長度由之前的409mm縮短到了362mm。同時，由於零件數量減少，機械損耗也降低了20%。
在發動機方面，第四代普銳斯的THS Ⅲ系統也得到了進化。通過增加EGR廢氣再循環系統的輸入量，以及減小摩擦降低機械損耗的等措施，新款的1.8L阿特金森循環發動機的最大熱效率達到了創紀錄的40%。
在電池組和PCU方面，通過優化結構和採用新技術，THS Ⅲ系統實現了更小的體積和更少的損耗。
通過這一系列的改進，搭載THS Ⅲ系統的第四代普銳斯車型實現了超高的燃油經濟性，百公裡油耗僅為2.5L。
國產雙擎動力總成：發動機與驅動橋
從1997年第一代普銳斯面世以來，豐田已經賣出了800多萬輛混合動力車型。這些車一共節約了220億升汽油，並減少了5800萬噸二氧化碳排放。這些節能減排的成績基本都是在國外達成的，而現在，國產的雙擎動力總成將在中國發揮威力。
國產化的雙擎動力總成
在卡羅拉(參數|詢價)雙擎和雷凌(參數|詢價)雙擎上市之際，我們來到位於江蘇常熟的豐田汽車研發中心（中國）（以下簡稱TMEC），參觀了國產油電混合雙擎動力總成的生產車間，並聽研發人員詳細介紹了國產的混合動力系統。通過將國產的THS系統與普銳斯所搭載的THS系統相對比，我們判斷，這套國產油電混合雙擎動力總成是在豐田THS Ⅱ系統的基礎上，應用了很多來自THS Ⅲ系統的新技術，並加以本土化調校之後最終完成的。其技術水平介於THS Ⅱ和THS Ⅲ之間，可以稱之為THS 2.5系統。
下面我們就從發動機、動力分割裝置、PCU、電池這四個方面來介紹一下國產雙擎動力總成的技術特點。
發動機
國產雙擎動力總成的發動機是型號為8ZR的1.8L阿特金森循環發動機。隨著混動車的普及，阿特金森循環也逐漸被大家所熟知。與常見的奧託循環發動機相比，阿特金森循環發動機在進入壓縮衝程時，通過延遲關閉進氣門，降低了活塞的實際壓縮行程，令壓縮行程小於膨脹行程，從而燃料的能量釋放得更加充分，以達到更高的熱效率和燃油經濟性。阿特金森循環發動機存在低轉扭矩差的問題，因此在燃油車當中沒有得到應用。但是在混合動力系統中，由於驅動電機的存在，這個問題也就不復存在了。
這臺發動機還用到了EGR廢氣再循環技術。EGR廢氣再循環（Exhaust Gas Re-circulation）裝置可以把發動機排出的部分廢氣回送到進氣歧管，並與新鮮混合氣一起進入氣缸再次燃燒，既能提高燃油經濟性，又能降低氮氧化物NOx的排放。
這臺發動機在各項參數上都與第三代普銳斯相同。可以說，在這一部分，國產雙擎動力總成直接來自於第三代普銳斯。不過，為了滿足國人對動力的要求，TEMC對其調校做了一些調整，讓動力的爆發提前了一些。另外，第三代普銳斯上的發動機最大熱效率高到38.5%，但是考慮到國內的油品，估計國產發動機的熱效率會有所降低。
混合動力驅動橋
混合動力驅動橋由驅動電機、發電機，以及動力分割裝置組成。
在THS和THS Ⅱ上，動力分割裝置（PSD, Power Split Device）的核心就是行星齒輪機機構。最新的THS Ⅲ系統當中，豐田主動求變，推出了更加緊湊的行星齒輪-平衡軸機構，減小了混合動力驅動橋的體積，同時也降低了機械損耗。不過，在國產雙擎動力總成上，用到了依然是行星齒輪機構。
另外，國產雙擎動力總成上驅動電機和發電機的參數與第三代普銳斯完全一致。
所以結論就是，國產雙擎動力總成的混合動力驅動橋同樣直接來自於第三代普銳斯。
國產雙擎動力總成：PCU與電池
單看發動機和混合動力驅動橋，國產的雙擎動力總成與第三代普銳斯基本是一樣的。不過，在PCU和電池上，國產雙擎動力總成採用了更加先進的技術。
PCU
PCU是動力控制單元（Power Control Unit）的英文縮寫，其作用主要有3個。一是升壓，將電池輸出的201.6V電壓轉換為電機所需的650V電壓，更高的電壓有助於提高效率，降低損耗；二是電力變換，將電池輸出的直流電轉換為三相交流永磁同步電機所需的三相交流電；三是12V輸出，將電池輸出的201.6V轉換為車載設備所需的12V。
國產雙擎動力總成所用的PCU應用了第四代普銳斯上的最新技術。相比第三代普銳斯，其PCU重量減少了15%，體積減小了35%，新採用了低損耗元件，將PCU中的能量損耗降低20%，大幅提升了輸出功率密度。
電池
從第一代普銳斯開始，豐田一直堅持在混動車型中使用鎳氫電池，直到第四代普銳斯，才增加了一個使用鋰電池、續航裡程加長的版本。截止今年7月，豐田累計共售出800萬輛混合動力汽車，其中99%採用的都是鎳氫電池。
豐田青睞鎳氫電池，除了成本低，主要還在於鎳氫電池對溫度不敏感，同時安全性高，壽命長。豐田所使用的鎳氫電池經過了一系列的檢測，可以保證在-20℃的環境中保持85%以上的放電容量；在55攝氏度的環境中保持90%以上的放電量；另外，還需要經過50%變形量的擠壓、刺穿、高出跌落、加熱，以及過衝、過放、短路等極端條件之後依舊保持無爆炸或著火的情況發生。
國產雙擎動力總成採用了最新的鎳氫電池，通過採用最新的冷卻系統，大幅提升了電池系統的冷卻效果，並以此實現了燃油經濟性的提升。每個電池單體的電壓為1.2V，容量為6.5Ah。6個電池單體組成一個電池模塊。而整個電池包由28個電池模塊組成，總電壓為201.6V，總的電量則是1.31kWh。電池包位於後排座椅之後，佔據了一部分行李廂的空間，其尺寸為787X407X210mm，重量為41kg。
在電池這一項上，國產雙擎混動動力總成用到了第四代普銳斯上THS Ⅲ系統的最新成果，不過並沒有像第四代普銳斯那樣同時提供鎳氫和鋰離子兩種電池。
總結：國產的油電混合雙擎動力總成以第三代普銳斯上的THS Ⅱ系統為基礎開發，在PCU和電池部分用到了第四代普銳斯上THS Ⅲ系統的最新技術，可以算作是THS 2.5。換句話說，國產的雙擎動力總成在技術上要比所有採用THS Ⅱ系統的車型都更先進一些，僅僅稍遜於採用THS Ⅲ系統的第四代普銳斯，其技術水平毋容置疑。
編輯點評：卡羅拉(參數|詢價)雙擎和雷凌(參數|詢價)雙擎不僅價格讓人驚喜，在技術上也超越了豐田目前在售的混動車型，可謂是誠意滿滿。隨著這兩款車的發布，不為補貼，不為牌照，理性購買混動車的時代或許即將到來。
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