一汽丰田普锐斯的油电混合系统的特点与其他混动系统有啥区别？

一汽丰田普锐斯的工作原理是什么？怎么做到那么省油的？~

特点是车辆设置了充电电瓶组，不想电动汽车是用外接电源充电，而是车辆行走时自动充电，即便刹车也在充电，充电电池容量很大，车辆低速20---40公里行驶时，可以自动转换为用电瓶行驶，电瓶亏电是汽车发动机自动充电，所以非常省油，世界一流的设计。

普锐斯是真心不用充电的，它是油电混合，会在行车过程中回收能量进行充电的。循环充电，不用单独充电的。

新款普锐斯致胜的奥秘（一）：“身兼四职”的复合齿轮

图1：燃效、加速性能均有提高 “动力性能相当于2.4L车辆”。

无论是燃效还是价格，第三代普锐斯的首要关键无疑是混合动力系统。与第二代普锐斯相比，电机*与发电机的总成本减少了约3成。从内置电机的驱动桥来看，全长从384.5mm减少到了372mm，缩短了约10mm，重量也从109kg减轻到了88kg（1）。而且改进没有牺牲行驶性能。其加速能力相当于2.4L排量的普通车辆（图1）2）。

*电机：实际上还可以通过再生制动作为发电机工作。即便称之为发电机，其实在高速行驶时会起到相当大的驱动作用。丰田把前者叫作MG2，把后者叫作MG1。

“身兼四职”的复合齿轮

与第二代相比，第三代普锐斯的最大改变在于电机上增加了减速器，转数从6400rpm提高到了13900rpm。这一改动对整个汽车都带来了影响。首先功率从上一代的50kW增加到60kW，但同时扭矩也从400N·m降低到了207N·m。电机的重量基本与扭矩成正比，因此，第三代普锐斯靠牺牲扭矩实现了相应的轻量化。

电机的最高电压也从500V提高到了650V。因为提高电压后同等电流流通所需的线圈可以减细，所以有利于电机实现小型化和轻量化。通过降低扭矩、提高电压，电机用逆变器的额定电流从230A减少到了170A。

减速器和650V电机均为丰田“Estima Hybrid”等其他混合动力车款已经采用的技术。目前混合动力车技术发展神速，如果等待普锐斯换代时采用就难免出现间隔过长的现象，因此，丰田的做法是在新近车型中随时采用新技术，在接受市场考验之后，再应用于其他车型。

由于第二代普锐斯的电机没有配备减速器，因此，单纯追加的话会加大体积。为了腾出空间，第三代普锐斯改变了从最终减速器中获得转速的方法。

以往获得转速使用的是链条（图2左）。从轴方向来看，链轮与链条占有一定长度。而第三代将其改为了齿轮（图2右）。动力分割机构与新增的减速机构均为行星齿轮构造。二者的内齿轮整合为一个大直径复合齿圈。只需在这个齿轮的外侧形成锯齿，利用其获得转速，就可以不再使用链条。内侧为减速器和动力分割机构，外侧为最终减速器的传导机构，沿轴方向可以共享空间。在轴方向上占有的长度也不会增加。

图2：电机、发电机与动力分割机构左侧为第二代，右侧为第三代。放弃链条改用齿轮。中央大齿轮的左右可以看到大直径的轴承。(点击放大)

复合齿圈的表面齿轮“身兼四职”，内侧为动力分割机构的内齿轮、减速机构的内齿轮，外侧为动力输出齿轮，以及与停车制动器相互咬合的齿轮。齿圈在热处理中容易变形，甚至无法忍受加工时的夹固，因此，如何维持齿面精度、以及如何低成本制造是该系统成立的关键。
新款普锐斯致胜的奥秘（二）：加大直径，轴承的摩擦也不增加

加大直径，轴承的摩擦也不增加

齿圈支撑也颇费心思。一般来说，行星齿轮机构的内齿轮需要使用法兰盘形成直径较小的部分，然后用轴承加以支撑。而法兰盘、轴承会增加轴方向的长度。为了避免这种情况，丰田在第三代普锐斯中采用了以2个大直径轴承从外侧支撑的设计。2个大直径轴承的内径分别为110mm、118mm。这种构造一般来说，无法避免随之而来的摩擦阻力增大。

这一问题，通过日本精工开发的大直径但摩擦损失不增加的轴承获得了解决（图3）。与标准设计相比，保持器单体的摩擦损失降低了30～40％、轴承整体降低了50～65％。这相当于把普锐斯的燃效提高了1～2％。

图3：日本精工为普锐斯开发的球轴承呈现黑色的树脂制保持器上可以看到抬高的部分和沟槽。

在轴承的钢珠数量方面，由生产情况决定的数量大于按照实际负载决定的数量，其实是受到了生产状况的制约。在组装轴承时，首先使内轮偏离轴心，扩大间隙加入钢珠〔图4（a）〕。然后把内轮与外轮的中心对准〔图4（b）〕。最后移动钢珠，使其分布均匀〔图4（c）〕。当达到一定数量后，钢珠会互相推挤，使位置稳定，如果数量不够，钢珠就会从缝隙中脱落。在目前，这一制作过程只能凭借手工完成。因此产品数量上存在制约。

图4：球轴承的组装方式钢珠偏少时容易在工序途中脱落，无法建立生产线。

日本精工通过改进制造工艺中工件的加工方法、避免钢珠脱落，降低了工艺上的限制。把标准设计需要的22～23个钢珠减少到了16～18个。

丰田还对钢珠的保持器进行了改进。以前大直径轴承使用的是钢板压制的保持器。而这一次，保持器改换了高耐热性、耐油性的PA46树脂材料。一般树脂制保持器在需要应对高速旋转形成的离心力时使用，以降低损耗为目的的用法还是首次。

图5：保持器的形状（a）一般的王冠形受到油的阻力较大。（b）连接上部可以稳定流向。（c）在钢珠左右开设沟槽，降低了组装难度。(点击放大)

树脂制保持器呈王冠形，从一侧沿轴方向插入来支撑钢珠。过去，是从王冠“底座”上伸出来的部分来支撑钢珠的〔图5（a）〕。在变速箱内的“飞溅润滑”条件下，保持器的下方浸泡在油中，也即需要从油中穿过。因此，该形状的保持器会与油接触卷起漩涡，形成阻力。

解决这个问题需要抬高底座，使其与钢珠基本处于同一高度〔图5（b）〕。抬高的部分无需强度设计，作用最多也就是“整流”。

但这又带来了新的问题。底座抬高后，包围钢珠的周边部分刚性随之增加。而在组装时，钢珠需要借助保持器的弹性形变，用力压入，刚性的增加会导致钢珠无法安进保持器。因此，保持器的四周通过加设凹槽，保证了组装钢珠时需要的弹性形变〔图5（c）〕。

新款普锐斯致胜的奥秘（三）：电机的单脉冲驱动区域增大以及停用两种昂贵材料
电机的单脉冲驱动区域增大

对于电机，第三代普锐斯通过考察线圈的缠绕方式和压缩成形技术，把线圈端部（线圈中定子横向突出的部分）的单线长度缩短了20％。把磁钢片的厚度从第二代的0.35mm缩小到0.3mm，降低了涡流造成的铁损。通过这一改进，电机的重量减轻了35％，体积缩小了40％，总长度缩短了30％（图6）。

图6：电机左侧为第二代，右侧为第三代。扭矩从400N·m降低到207N·m，实现了小型化。

使用逆变器控制电机时，低速区使用过调制PWM（Pulse Width Modulation）开关方式，高速区使用单脉冲开关方式，两者的中间区域使用过调制PWM开关方式。使用单脉冲开关时，当输入矩形波后，电机线圈的电感会延缓电流的上升沿，得到近似于正弦波的波形。过调制PWM开关则介于PWM与单脉冲开关之间，可以利用3个矩形波形成正弦波。

单脉冲的开关次数较少，因此损失较小。但无法得到PWM水平的扭矩响应，所以难以实现精密控制。PWM则与之相反，虽然损失较大，但响应速度较快。

第三代普锐斯的电机大幅扩大了单脉冲开关的区域 3）。通过在发动机起动时切换为PWM，并事先把工作电压提高至最高的650V，抑制了起动时的第一次爆震。

而对于发电机，线圈的缠绕方式从过去的分布缠绕改为了集中缠绕。因此，线圈端缩短了30％，减少了铜损（图7）。集中缠绕可以缩短线圈端，而且生产性好，是现代电机经常采用的“首选”方式，但齿槽效应方面存在难点。因此，第三代普锐斯采用了发电机方为集中缠绕，电机方则为分布缠绕的做法。

停用两种昂贵材料

掌管混合动力系统的PCU（功率控制单元）由于大功率所以采用了水冷方式。第二代中各自独立的电机及发电机用IPM（Intelligent Power Module）和升压用IPM在第三代中合二为一（图8）。部件数量和螺栓数量分别减少了23％和34％。组装的自动化率也从0％提高到了82％。

图7：发电机第三代采用分布缠绕，重量减少了36％，体积减少了37％。

图8：第三代的PCU ECU、逆变器、升压转换器、DC-DC转换器全部内置。

对小型化、低价格化的实现起作用的是散热方式的改变。与第二代相比，第三代降低了热阻，把散热机构的体积缩小到了第二代的1/3。散热器为丰田自动织机在昭和电工的协助下开发出来的。
第二代的散热方式是在功率器件下方依次铺设陶瓷制绝缘底板、铜块，涂抹一层散热膏后，再铺设由Al铸件制成的散热板（图9）。

图9：第二代的功率模块截面大型铜块是问题的根源。下方通入冷却剂。

由于铜块对绝缘底板存在热应力，会导致底板热疲劳，为避免这一现象就需要降低线膨胀系数，过去一般使用铜钼合金。但钼的价格昂贵且重量较大。
第三代去除了铜块。散热板也从铸件换成了Al波纹板（图10）。因为波纹板可以伸缩，所以热应力的问题大致得到了解决。

图10：第三代的功率模块截面散热板较薄，利用冲孔金属板灵活制造。

而且，绝缘底板与散热板之间还焊接有Al冲孔金属板，来吸收热应变。冲孔金属板上的小孔可以通过变形吸收热变形。虽然小孔的存在缩小了导热截面积，但是，由于热传导的整体速度取决于热阻最大的接触电阻，因此可以确认，小孔对于整体的影响并不大。

把来自电池的201.6V电压提高到650V时所使用的升压电抗器的铁芯，在第二代时为0.1mm厚磁钢片层叠而成。磁钢片中加入了6.5％的Si（硅）。其含量正好可以防止磁致伸缩噪声的产生。

此类磁钢片价格不菲。Si即便是放到电炉中也无法良好分散。只能在制成钢板后从表面向内渗透。处理时间较长，所以价格昂贵。

之后的工艺也非常复杂。钢板需要经过起模、加热、层叠、添加粘合剂、清洗表面、硬化粘合剂等多道工序。因此，铁芯在电抗器总成本中所占的比例相当高。

第三代的铁芯采用了高密度压粉磁芯（HDMC: High Density Magnetic Composite）。HDMC由覆盖绝缘层的铁颗粒高密度压缩而成。只需压缩和热处理两道工序，无需后加工，因此价格得以降低。

但HDMC的问题在于振动。因为铁颗粒无法避免磁致伸缩，所以HDMC铁芯的振动较大。因此，第三代把方针从“清源”转向了“善后”。利用硅树脂在容器内浮起铁芯，阻断了振动的传递（图11）。结果，振动加速度缩小到了第二代普锐斯的1/3（图12）。电抗器也为丰田自动织机制造。由丰田自动织机新投建的安城工厂生产，向丰田的广濑工厂供货。

图11：浮动支持电抗器上方为第二代，下方为第三代。

图12：浮动支持与直接接触的振动加速度使用本质上易于振动的材料，在降低成本的同时把加速度降低到了1/5。

新款普锐斯致胜的奥秘（四）：提高阿特金森循环率

提高阿特金森循环率

向混合动力系统提供动力的发动机“2ZR-FXE”以“2ZR-FE”发动机为基础，通过改用阿特金森循环，使油耗量减少了8.5％（80N·m、1000rpm行驶时，下同）。并且通过配备Cooled-EGR（冷却式废气再循环），又减少了1.7％的油耗，总改善率高达10.2％（图13）。

图13：2ZR-FXE发动机前方可以看到电动水泵。

第二代虽然也采用了阿特金森循环，但第三代在保持燃烧室形状与冲程决定的机械压缩比为13.0不变的情况下，把进气阀关闭时间从第二代的下死点后72～105度“提前”到了62～102度，使得“阿特金森循环率”上升，提高了热效率。油耗方面，扩大了230g/kWh的区域，一部分甚至达到了220g/kWh（图14）。

图14：发动机排量与效率 1.8L发动机的230g/kWh区域较大，部分甚至实现了220g/kWh。

但是，仅这样做会减少进风量，所以第三代普锐斯把发动机排气量从1.5L提高到了1.8L。如果以小排量勉强输出功率，则进气时机将无法自由选择，结果反而会导致燃效下降（图15）。基于这一判断以及今后非普锐斯车型也有可能安装同类混合动力系统，第三代普锐斯采用了比较宽裕的1.8L排量。

图15：功率与排量的关系随着功率的提高，排量越大，热效率越高。

Cooled-EGR机构利用水冷方式，在热交换器中冷却排气阀排出的高温气体，并使其返回进气管。降低进气温度可以提高抗振性，并相应提前点火时机，使燃烧压力峰值出现在上死点之后的适当时刻，从而降低耗油率（图16）。

图16：EGR冷却器出口温度的影响在温度较低时，点火时间可以提前，使油耗率降低。也就是使燃效提高。

从发动机的外围设备来看，第二代中由发动机借助传送带驱动的水泵，在第三代中实现了电动化。这一改进使燃效提高了2％。利用发动机驱动水泵时，流量基本与转数成正比。在转数高的区域流量过大（图17）。

图17：各装置需要的流量图为满负荷时。在机械式水泵中，当转速超过近3000rpm时，流量会超过需要。

水泵为爱信精机制造。为拥有8片叶轮，转子直径为52.5mm的离心型（图18）。为了防止泄露、提高效率，叶轮外侧安装了轮盖。电机是功率输入为160W的同步电机，内置逆变器。能够在监控水温的同时，在1000～5000rpm之间连续控制转速。5000rpm下可实现100L/分的排水率，完全满足发动机需求并且还有余量。向丰田交货时，部件右侧安装有铝铸件制造的涡旋。散热回路的最高水温（散热器入口温度）为110℃。

水泵不使用轴封，消除了轴封的摩擦阻力。因此，水能够进入电机的转子部分。轴承浸于水中，是以水为润滑剂的平面轴承。

图18：电动水泵交付时需要安装铝制涡旋。

新款普锐斯致胜的奥秘（五）：空调配备喷射器以及利用太阳能电池的电力换气

空调配备喷射器

空调采用了电装开发的喷射器循环。与原有系统相比，压缩机的动力消耗最大可减少约25％，使普锐斯的燃效提高了1.5％。

汽车空调消耗的能量大部分都用于了压缩冷媒的压缩机动力。原有系统在利用蒸发器冷却空气时，需要使空气通过膨胀阀（冷媒的节流阀），对冷媒进行减压。与此相比，第三代在配备喷射器的系统中，喷射器内的喷嘴取代了膨胀阀。而且，减压时产生的力能够起到使冷媒升压的作用，从而降低了压缩机负荷，减少动力消耗。

电装已经在冷冻车冷冻机、使用CO2冷媒的家用饮水机，丰田“陆地巡洋舰”等汽车中少量地采用了这种喷射器循环系统。并以配备普锐斯为目的不断进行小型化。

原有的喷射器循环空调中，蒸发器、喷射器、气液分离器各自独立，通过配管相互连接。在此次开发的系统中，喷射器被置于蒸发器上方冷媒流经的贮槽内，与贮槽实现了一体化（图19）。蒸发器的尺寸与以往相同，无需顾及周边设计，只需更换即可实现“喷射器循环化”。

图19：电装开发的喷射器循环空调的喷射器喷射器置于蒸发器上方的贮槽内，不占多余空间。(点击放大)

而且，以往因为有配管存在，所以为了切削管螺纹，配管上很多部分的外壁较厚。而实现一体化后，绝大多数位置都可以缩小壁厚，进而实现了轻量化。

冷媒的热循环也得到了改善。高温用蒸发器的出口设置了温度传感器，可以利用此处的信息反馈，控制蒸发器入口的流量调整阀（图20）。从而调整压力，使蒸发器内的冷媒在到达出口前不发生液化。

喷嘴内部加工简单，采用了易于降低成本的一级节流。过去在冷冻车等大型用途中，为了提高效率，喷嘴内一般设置二级节流。在此次的结构中，由于流量调整阀为第一级、喷嘴为第二级，因此只需一级节流即可。

喷射器主体和喷嘴均为铝制，内径切削加工。由于内径的形状精度、主体与喷嘴的同心度对于效率影响较大，因此第三代普锐斯不惜成本，选择了原本不愿在汽车量产品中使用的切削加工工艺。喷射器的长度从过去最短的250mm缩短到了150mm。

图20：制冷循环的比较左侧为原有循环，右侧为喷射器循环。(点击放大)

利用太阳能电池的电力换气

第三代普锐斯可以在车顶选配太阳能电池板（图21）。在停车时利用电池板产生的电力带动风扇吹散热气，减轻空调的负荷。

图21：京瓷提供的太阳能电池可用作停车时换气扇的电源。(点击放大)

太阳能电池单元为京瓷制造的多晶硅型。其尺寸为15cm见方标准太阳能电池单元的一半，纵向6个，横向6个，共计36个。转换效率为16.5％，电池板的总功率为56W。

太阳能电池的基本配置与家用产品相同。区别在于家用产品呈平面，车用产品配合车顶形状略呈弧形。其实现方式是把平面的各片单元贴附在曲面玻璃上，使整体呈现曲面。

车用产品的外观标准严格。家用太阳能电池安装于房檐上，只能仰视，而车用电池的位置刚好与视线平齐。因此不允许出现变色。

太阳能电池的颜色由涂层的膜厚决定。在制造单元时，膜厚难免出现不均匀。过去单元制造工序后需要测定颜色，把颜色均匀的单元送入后工序。而此次则进一步缩小了颜色变化的管理范围。

除此之外，外观上还有一个重点：从单元输出电流的电极为银色，影响外观。为了隐藏电极，第三代涂装时在玻璃上烧制了黑线。但是，如果黑线太粗，遮挡的光线会相应增加，使功率降低，因此，黑线宽度需要尽量缩小。为了以较小的宽度隐藏电极，黑线的位置精度非常重要。为此，丰田为普锐斯新增设了在玻璃上排列单元并进行封装的设备，提高了位置精度。（全文完，记者：浜田基彦）

变速器采用行星齿轮，效率是目前民用车中最高的（高于dsg,mt,cvt,at），

属于弱混，不用充电，低于40km/h用电机驱动，

目前技术最成熟的混动系统，混动系统可以跟车身同寿命

动力传动流畅因为没有离合器，液力变矩器装置，没有顿挫感

一汽很多地方还是很乱的，像我们一汽丰越，领采购科长和已婚翻译搞到一起，骆丽萍，李常春，嘿嘿，满城风雨，不知道他们最终会先各自离婚，再结合到一起不？

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吉州区17284512763： 普锐斯有什么特别的吗?为什么全世界销量那么好? - ？
墨言盐酸： 丰田全球累计售出的400万辆混合动力车型中有90%都是普锐斯.而普锐斯最大的特别之处就在于它采用的油电混合双擎动力技术,可根据启动、行驶、加速、停车等不同状况,最佳组合发动机和电动机的长处,实现了远远超出普通汽车的性能.

吉州区17284512763： 普锐斯最大的优点是省油么? - ？
墨言盐酸： 当然不是,省油的车多了,你可以开电动的啊.普锐斯最大的特点是保证动力的情况下省钱.动力上普锐斯油电混合,达到了2.0L的水平,于此同时,它的能量利用率很高,油耗只有1.0L水平.当然,如果从大的层面看,它启动零排放,自然环保.电脑操控作为一个亮点也使普锐斯不仅仅省油,更多在于省心.这些功能少了谁都不是普锐斯,所有没有最大优点一说.

吉州区17284512763： 什么是双擎? - ？
墨言盐酸： 丰田油电混合双擎动力车是同时拥有“发动机”和“电动机”这两大动力源的划时代技术: 迄今为止的汽车都是单靠发动机驱动车辆,而发动机在低速行驶时的油耗并不理想.油电混合双擎动力车除了以往的发动机以外,还装备了电动机这一动...

吉州区17284512763： 丰田普锐斯的发动机应用了哪些新技术? - ？
墨言盐酸： 新的丰田普锐斯仍然采用丰田特有的THS全混合动力系统,这是一套混联式混合动力系统,它将串联式和并联式混合动力系统的优点进行组合,结构上也更为复杂,组成部件包括发动机、电动机、镍氢电池组以及动力控制单元,在THS混合动力...

吉州区17284512763： 汽车的混合动力车和一般的车区别主要在哪? - ？
墨言盐酸： 油电混合动力系统(是综合了电动机和发动机两大动力优点的新一代动力系统) 特点:低油耗、低尾气排放量、良好的加速、运行安静的传动系统.它高水平地满足了现代汽车的要求 采用最新技术将先进的 轻型镍氢电池 装在了混合动力车总成的心脏部位.所谓混合动力车是“为了推动车辆的革新,至少拥有两个能量变换器和两个能量储存系统(车载状态)”的车辆.

吉州区17284512763： 普锐斯油电混合的动力怎样样?它的3种驾驶模式有甚么区分??？
墨言盐酸： 普锐斯动力性能还是不错的,虽然是1.8排量,但输出的动力和2.0排量的车型动力有1拼.由于它有两套动力系统,正常在市区行驶是电动机驱动,驶安稳安静,还不污染环境.在急加速和上高速公路时是汽油发动机和电动机1起工作,动力强劲!0⑴00KM/H加速时间在10秒左右,普锐斯这车油耗很低,但是还是取决于你平常的行驶路况,基本百千米4⑸升油左右,毕竟是油电混合动力,能回收1部份刹车时损失的动力,使其转换为电能.

吉州区17284512763： 普锐斯在什么时候是用电驱动?什么时候又是油电混合驱动?请各位大哥大姐帮忙解释一下?谢谢 - ？
墨言盐酸： 普锐斯是属于混合动力车.所谓混合动力,靠的是传统的汽油引擎加上电动机输出动力作配合,利用引擎在工作时对蓄电池的充电,将电动机和引擎产生的动力不断切换和转化,达到双动能推动.这样的配合以电动机驱动为主,引擎驱动为辅,达到预期为减少耗油和废气排放的环保效益.普锐斯在启动、起步及倒车的时候均采用电驱,但当蓄电池电量不足时,系统会自动转为发动机来工作.在正常实行中,当速度大于40KM/h的时候,系统会自动采取油电混合驱动车辆.

吉州区17284512763： 普锐斯属于什么车型 - ？
墨言盐酸： 丰田的油电混合动力

吉州区17284512763： 第三代普锐斯和其他的油电混合车有什么区别?？
墨言盐酸： 丰田的油电混合双擎动力系统装备了高功率的发动机和高输出的电动机,被称为“强混”,和另一类叫“弱混”的相比,“强混”所搭载的电动机动力输出非常强大,因此不用发动机,单靠电动机就可以启动或驱动车.而且相对于“弱混“来讲,”强混“更节能环保.

吉州区17284512763： 普锐斯混合动力系统是丰田车系特有的技术吗 - ？
墨言盐酸： 我说的普瑞斯是第三代,使用的专利据说有一百多个,其中最先进的是他的传动系统已经不是使用我们传统的离合器加变速器,而是使用了一种特殊的行星齿轮变速系统,属于无级变速(CVT)的一种,但是没有倒车档,而是使用了电机来倒车...