豐田普銳斯（Prius）作為超群的低油耗混合動力車，其燃料消耗率為綜合值4.3L/100km(城市5L/100km , 城市以外 4.2L/100km*)，居世界最高水平，我們可以看看混合動力汽車到底是如何省油、省錢的。

1.混合動力汽車為什么能省油？

所謂的混合動力汽車，是指車輛驅(qū)動系由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動系單獨(dú)或多個(gè)驅(qū)動系共同提供。

混合動力汽車是如何比單純的汽油發(fā)動機(jī)汽車省油的呢，其實(shí)，總體一句話，就是充分利用各自動力系統(tǒng)的優(yōu)勢，即特別是讓發(fā)動機(jī)盡可能的提高工作效率，減少在效率低的時(shí)候運(yùn)行。

具體而言，在啟動及低速的時(shí)候，采用驅(qū)動電機(jī)來行駛，因?yàn)檫@時(shí)候的發(fā)動機(jī)的工作效率不高而且排放也比較惡劣；在進(jìn)入中高速等一般行駛狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)的工作效率高，這時(shí)不僅可以用來驅(qū)動車輛行駛也可將多于的功率給動力電池充電；另外混合動力能節(jié)油的另外一個(gè)重要原因就是，可以在制動或者減速的時(shí)候，進(jìn)行能量回收給動力電池充電，而在后續(xù)的行駛中又可重新利用。

下面，智電君以豐田混合動力系統(tǒng)THS (Toyota Hybrid System)為例，具體來解析一下混合動力汽車的工作過程，進(jìn)而充分展現(xiàn)其節(jié)能減排的奧秘。

2.豐田混合動力系統(tǒng)工作過程

(1)起步工況

當(dāng)汽車啟動時(shí)，充分利用電機(jī)啟動時(shí)的低速扭矩，THS僅利用動力電池向電機(jī)提供功率驅(qū)動車輛啟動，此時(shí)發(fā)動機(jī)處在關(guān)閉狀態(tài)，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)不能在低速下輸出驅(qū)動扭矩，而電機(jī)可以在低速進(jìn)行高效驅(qū)動車輛起步行駛。

(2)中、低速行駛工況

在低速和中下車速時(shí)，由高效利用能量的電動機(jī)驅(qū)動行駛 對于發(fā)動機(jī)而言，在低速-中速帶的效率并不理想，而另一面，電動機(jī)在低速-中速帶性能優(yōu)越。因此，在用低速-中速行駛時(shí)，THS混合動力系統(tǒng)使用動力電池的電能，驅(qū)動車輛行駛。

(3)正常行駛工況

正常行駛時(shí) 低油耗的駕駛，使用發(fā)動機(jī)作為主要動力源，THS混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)，使它在能產(chǎn)生最高效功率的速度帶驅(qū)動。在這一行駛工況中，由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況部分動力被分配給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機(jī)和輔助發(fā)動機(jī)。利用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力以最小消耗驅(qū)動車輛。

(4)行車充電工況

當(dāng)動力電池的電量少時(shí)，發(fā)動機(jī)輸出功率會被提高以加大發(fā)電量，來給HV蓄電池充電。一般行駛時(shí)/剩余能量充電 將剩余能量用于HV蓄電池充電 因?yàn)門OYOTA油電混合動力系統(tǒng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是采用發(fā)動機(jī)來驅(qū)動，而發(fā)動機(jī)有時(shí)會產(chǎn)生多余的能量。這時(shí)多余的能量由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電力，用于儲存在蓄電池中。

(5)大負(fù)荷工況

全速開進(jìn)(行駛)時(shí) 利用雙動力來獲得更高一級的加速 在需要強(qiáng)勁加速力(如爬陡坡及超車)時(shí)，動力電池也提供能量，來加大電動機(jī)的驅(qū)動力。通過發(fā)動機(jī)和電動機(jī)雙動力的結(jié)合使用，THS混合動力系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)與高一級發(fā)動機(jī)同等水平的強(qiáng)勁而流暢的加速性能。

(6)能量回收，再生制動

減速/能量再生時(shí) 將減速時(shí)的能量回收到HV蓄電池中用于再利用 在踩制動器和松油門時(shí)，豐田油電混合動力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機(jī)使用。減速時(shí)通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進(jìn)行再利用。

3、除了THS，豐田Prius還有什么特別的

普銳斯作為超群的低油耗混合動力車，其燃料消耗率為綜合值4.3L/100km(城市5L/100km , 城市以外 4.2L/100km*)，居世界最高水平。在采用混合動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以世界最高水平的空氣動力特性和輕型化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低油耗目標(biāo)。那么下面，我們再看看，除了上述先進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)之外還有什么？

(1)更高效的驅(qū)動電機(jī)

高輸出功率電動機(jī)，采用交流同步原動機(jī)，小型、輕量、高效率THS油電混合動力系統(tǒng)的電動機(jī)中采用了交流同步原動機(jī)。該裝置一直到高旋轉(zhuǎn)帶都可高效地產(chǎn)生高扭矩，同時(shí)可任意控制轉(zhuǎn)數(shù)和產(chǎn)生的扭矩。另外它還擁有小型、輕量、高效等特點(diǎn)，具有優(yōu)秀的動力性能，可進(jìn)行順暢的啟動、加速等各種操作。采用三相交流方式。 而且歷經(jīng)三代，每一代都經(jīng)過不斷的改進(jìn)，不僅提升功率、效率而且一代比一代輕薄。

(2)高能量密度的動力電池

擁有世界最高水平的輸入輸出密度，且輕型、耐用 安裝在豐田油電混合動力系統(tǒng)上的高輸出鎳氫蓄電池，具有高輸入輸出密度、重量輕、壽命長等特點(diǎn)。無需利用外界電源進(jìn)行充電，也無需定期交換。 全新設(shè)計(jì)了以往的電極材料及單電池(一個(gè)HV蓄電池)之間的連接結(jié)構(gòu)，減少了HV蓄電池的內(nèi)部電阻，因此安裝在普銳斯上的電池單元實(shí)現(xiàn)了約540W/kg的輸入輸出密度，居世界最高水平。 另外，還使用車輛加速時(shí)的放電、減速時(shí)的再生制動器、以及用發(fā)動機(jī)行駛時(shí)產(chǎn)生的剩余能量來進(jìn)行充電，從而累積充電放電電流，使充電狀態(tài)保持穩(wěn)定。

(3)Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)

Prius最值得一提的就是它的Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)技術(shù)達(dá)到當(dāng)代的最高技術(shù)水平，尾氣排放污染物降低到同類轎車排放污染物的10%左右，在車上的應(yīng)用效果顯示，加上再生制動能量回收，整車效率提高近一倍，CO2排放降低一半。

Atkinson 循環(huán)熱效率較高是因?yàn)榻档土藘煞矫娴膿p耗: 一是在部分負(fù)荷時(shí)它工作在最佳膨脹比下,燃料的熱效率高; 二是進(jìn)氣沖程中沒有節(jié)氣門的節(jié)流作用減少了泵氣損失。

結(jié)語

通過上面的敘述，基本可以得知，不僅要有一套合理的驅(qū)動系統(tǒng)以及先進(jìn)的關(guān)鍵動力部件，而且還需要與該驅(qū)動系統(tǒng)相匹配的控制系統(tǒng)，才能充分發(fā)揮各動力部件的最大節(jié)能潛力，提高整個(gè)動力系統(tǒng)的工作效率，實(shí)現(xiàn)混合動力汽車最大限度節(jié)能減排的目標(biāo)。

智電汽車是一個(gè)汽車科技自媒體，一群汽車博士為社會更早普及高科技汽車吶喊。本文作者林博士是智電汽車聯(lián)合創(chuàng)始人。

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