丰田雷凌双擎混合动力汽车技术解析

涂超群

（广州南洋理工职业学院，广东 广州 510925）

1 雷凌双擎概述

混合动力汽车按联结方式分为串联式、并联式和混联式。丰田雷凌双擎的混合动力系统属于混联式，混联式是混合动力系统中原理最复杂、成本和技术含量最高的一种。其车辆参数如下表。

表1 防止脱轨稳定性的评定标准（GB5599-85）

2 雷凌双擎混合动力系统的结构原理及特点

丰田雷凌双擎的混合动力系统主要由阿特金森发动机、E-CVT变速器、发电机MG1、驱动电机MG2和动力蓄电池组成。

2.1 发动机

丰田雷凌双擎采用高效率的阿特金森循环发动机。阿特金森发动机具有高压缩比，做功行程要比进气行程长的特点，因此，具有极佳的部分负荷经济性，但全负荷动力性能较差，这一特性特别适合于混合动力汽车。丰田的阿特金森循环发动机通过控制进气门延迟关闭来取代了复杂的阿特金森循环连杆机构，将吸入气缸内的混合气又吐出去一部分，实现发动机的膨胀比大于压缩比，从而模拟出阿特金森循环工况。丰田雷凌双擎的发动机其型号为1.8L 8ZRFXE汽油发动机，采用全工况阿特金森循环设定，其压缩比达13：1，最大功率为73kW，最大扭矩为142Nm，大幅地提高了发动机的燃油经济性、平顺性，同时降低了发动机的噪音。

2.2 E-CVT变速器

丰田雷凌双擎的E-CVT变速器也叫动力分配装置（PSD），是丰田专门为混合动力汽车开发的动力分配机构，用来协调电动机和发动机之间的工作关系，是丰田混动技术的核心专利之一。E-CVT变速器结构如图1所示，行星齿轮机构中，外齿圈与驱动电机（MG2）连接并与车轮联动输出动力，太阳轮与电机（MG1）连接、行星架与发动机连接。发动机的动力由动力分配装置（PSD）分配到电机（MG1）和车轮上，E-CVT变速器的变速、变矩工作就由两台电机负责，在不同工况下，通过改变行星齿轮机构的组合方式，来改变的齿比，这时就能控制两个电机的转速以及功率和扭矩，这样就能自动调整发动机机与电机的扭矩和功率的比例分配，调整发动机与电机的转速关系。E-CVT变速器能实现动力灵活、高效的自动分配，使整体效率最优，同时实现无级变速，具有动力传输效率高、不打滑、结构简单，体积小，重量轻等特点。

图1 E-CVT变速器结构

2.3 电机功能

当发动机不工作且汽车处于静止状态时，车辆电气系统由动力电池和低压蓄电池供电。

当发动机处于怠速状态且车辆静止或者车辆处于减速状态时，发动机输出的动力或者车辆减速时的动能会被电机回收，通过能量控制单元（PCU）给动力电池充电。

当车辆处于巡航或小负荷加速状态时，动力系统盈余的动力会被电机回收，再通过能量控制单元（PCU）将多余的动力传输到动力相对不足的一端，形成一个动力闭环回路。此时电机（MG1）不给动力电池充电，动力电池不给电机（MG2）供电，但如果发动机稍微加大负荷，则会给动力电池进行充电，此时的车辆处于经济（ECO）模式或充电（CHG）模式。

当车辆处于起步或大负荷加速状态时，混合动力系统通过能量控制单元（PCU）由动力电池向驱动电机增加动力输出，或者增加发动机动力输入。此时如果只有驱动电机进行动力输出，这时车辆处于纯电（EV）模式；如果发动机处于大负荷运转，同时驱动电机也输出动力，车辆便处于“POWER”（动力）模式。

2.4 动力蓄电池

丰田雷凌双擎的动力电池采用高压金属镍氢蓄电池，与锂电池相比，镍氢电池更适合快充快放和低频脉冲-大电流的的充电方式，而且具有更好低温放电特性和高温安全性，因此更适合用于混合动力系统。雷凌双擎动力电池电压为201.6V，电容量为6.5Ah，电池重量为41kg，由168个单体电池，28个电池模组组成。因为雷凌双擎没有外接充电，动力蓄电池的电能全部来自汽车发动机，由发动机驱动电机（MG1）发电或再生制动时电机（MG2）回收能量发电给动力电池充电。丰田雷凌双擎的电池系统采用“浅充电、多循环”的充放电方式，使电池衰减得到有效的降低，达到延长电池寿命的目的。

3 结语

丰田雷凌双擎混合动力系统采用全工况阿特金森循环发动机和大功率电机组合，利用阿特金森循环发动机在中速运行时的高热效率和大功率电机低速时的大扭矩特点相互弥补，同时采用全新一代的PCU动力控制单元和混合动力镍氢蓄电池组，使车辆一直处于最经济状态下运行，从而在保证强劲动力同时使整车百公里油耗仅为4.2L，是同级别车型中最佳的油耗表现，实现了强劲动力与低油耗、低排放、低噪音的完善结合。