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[问答] 现在的丰田双擎混动值得入手吗.?

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阿呀 发表于 2021-1-21 11:47:07 | 显示全部楼层
 
先说结论。尽管THS系统最基础的原理,其实在1997年面世开始到现在,并没有太大的改动,但是其混动系统的结构已经完成了两代半的进化。而在混动系统最重要的三大部件——发动机、电机和电池方面进行了全方位的演变。其现在的产品,在能耗、平顺性、可靠性等关键指标上是非常有竞争力的。
如果你对于车辆的动力性不是太过于追求,那现在的丰田双擎混动是非常值得入手的。我才不会告诉你,现在为了企业平均油耗和新能源积分的双重标准,无论是混动还是插电混动的丰田双擎车,丰田很有可能是在拿传统车的一部分利润在补贴双擎的车呢。
在这个讨论丰田THS系统动力性的问题下,作为一个新能源科普号,我们全方位回顾了THS的完整进化史。
为何丰田混动的动力似乎都不是很强? 第1张图片THS系统完整进化图谱
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。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上的各个动力源也必须尽可能高效。这三个系统经历了怎样的进化,我们联合知乎作者 @工学大琦 和 @李铁皮 ,制作了以下这期视频。
 第2张图片
THS系统三大动力源最全进化史
https://www.zhihu.com/video/1246066799055388672
01、发动机

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——的先河。
 第3张图片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
 第4张图片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,第四代普锐斯上,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%
 第5张图片具体到能效指标上,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,发动机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。
 第6张图片来自丰田公开数据
02、电机

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。
 第7张图片 THS-I和THS-II的电机转子截面示意图
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。
 第8张图片我们在2018年广州车展上拍摄的THS系统展示实物照片,扁线绕组清晰可见
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。
03电池

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。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。 和你当年玩的四驱车
放电倍率,可以简单理解为充电速度,它等于电池放电功率与电池能量的比值,单位是C。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。
 第9张图片 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。
 第10张图片当时间来到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革命:发动机变革、电机设计改善、电池材料和系统结构改善
总的来说,进化到现在这个状态,搭载THS系统的车辆在平顺性,经济性,可靠性,成本这几个方面都达到了行业领先水平,和驾驶员相关的动力性并不突出,但是也绝对不弱,完全能够满足日常驾驶所需。如果说同样的系统搭载在雷克萨斯车上的溢价还比较高的话,那15万买一台卡罗拉混动,或者23万买一台荣放混动,你不会吃亏的。
感谢知乎作者 @李铁皮 提供的大量硬核素材。全网搜索绿芯频道,最硬核的新能源汽车科普。
 第11张图片
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