混動技術尖子生 豐田插電式混動技術體驗

我們都知道，豐田從很早很早就開始布局混合動力，從最早那款價格昂貴的普銳斯，到如今親民的卡羅拉（查成交價|車型詳解）/雷凌雙擎，別人剛開始加力研發，豐田已經遙遙領先。至今，豐田已經售出了超過1400萬輛的混合動力車型，這一數字令所有對手望塵莫及。不論是技術經驗累積，還是銷量上，在混合動力技術方面，豐田無疑是前排尖子生。

當大家終于被加劇惡化的環境和各國嚴厲的法規，“脅迫”著投入到小排量渦輪化以及電動化的研發之時，豐田早已積累了足夠的技術和經驗，開始考慮更長遠的發展。插電式混合動力車型，就是豐田未來布局中的一大步。

卡羅拉/雷凌雙擎這對姐妹花已經在國內市場受到了廣泛的認可，而卡羅拉/雷凌雙擎E+正是基于雙擎車型THS II動力系統，通過增大電池容量、提升純電續航里程、加入外插式充電接口而來車型，而這也是專門為中國市場開發的車型。

THS II——Toyota Hybrid System-II，即豐田第二代混合動力系統。這套系統由一臺1.8L阿特金森循環發動機+雙電機E-CVT變速箱+電池組+PCU動力控制單元組成。

這套系統里面看起來像是有一個CVT變速箱，實際上并沒有，THS II系統的核心其實就在于由兩個電機所組成的E-CVT結構。實際駕駛過程的中的變速就是靠這兩個電機的轉速差來實現的。

1號電機用于調速，2號電機用于驅動，這兩個電機都可以作為發電機和電動機，它們通過行星齒輪與發動機相連，由PCU控制從而實現變速。不同車速下，PCU會根據發動機和電機的狀態，來實時調整它們之間的轉速關系，通過1號電機的調速，使發動機啟動或關閉、加速或減速，從而實現像CVT五級變速箱那樣極為順滑的變速，達到動力的無間斷輸出。而當起步或低速行駛時，發動機熄火，車輛由永磁同步電機（2號電機）進行純電驅動。

而這臺1.8L阿特金森循環發動機也是專門為混動系統而生的。阿特金森循環發動機通過延遲進氣門的關閉，來達到壓縮比小于膨脹比的效果，從而提高燃油經濟性。但這是通過犧牲動力性能而來的，阿特金森循環發動機整體的動力輸出水平較弱，在低扭時更是乏力。而電動機一啟動即全扭矩輸出的特性，正好彌補了阿特金森循環發動機這一缺陷，兩者互相取長補短，共同提升整個動力系統的燃油效率。

THS II的優勢在于，車輛啟步和低速工況下，可以利用電機強大的扭矩來補足自然吸氣發動機的弱低扭，中高速工況下可以通過發動機的高效運轉為電池組充電，高負載或急加速時有可以讓電動機和發動機合力輸出，即實現了各個速段下合理的動力響應。

卡羅拉/雷凌雙擎E+上的THS II在結構和原理上都不變，但電池組從鎳氫電池改為了鋰電池，容量也從1.3kWh提高到了10.5kWh，從而實現了55km的純電續航里程。之所以改用鋰電池，是因為想要達到更長的續航里程，必須大大提高電池容量，而鎳氫電池的優勢在于成本低且成熟，但能量密度不夠高會使得電池體積陡增，因此采用能量密度更高的鋰電池主要目的在于避免過多地壓縮車內空間。

THS系統從1997年誕生至今，已經經歷過三次技術升級，如今卡羅拉/雷凌雙擎E+上的THS已經達到了第四階段的水平，各部件的性能得到了大提升的同時，它們的體積和重量也越來越小。（第1階段為THS I ，第2、3、4階段為THS II）

最早期的混合動力車型普銳斯上的電池包，其體積較為巨大，重量也達到了76kg。而4階段的電池包，已經將體積大大地縮小，并實現了扁平化以便放置于后排座椅下方，不占用后備箱空間，重量也減少到了40kg，減重將近一半。

用于驅動的永磁同步電機也有很大的技術提升，不僅體積重量變小，4階段的電動機定子方形的繞線方式比初代的圓柱形繞線，空隙更小，性能更加穩定，制造難度也是相當地高。而電動機轉子中的磁心板也從初代的0.35mm以上減少到了0.25mm左右，實現輕量化的同時，稀土元素的用量減少了96%之多，這也是對地球資源的一種保護。

除了電池和電動機這些大部件的小型化輕量化，4階段的PCU同樣得到了優化，體積從17.4L將至8.4L，功率密度提升2.5倍，雙面疊層冷卻的效果也遠超初代產品。