混动技术的极致 揭秘丰田和通用的异同

　　目前，混合动力最高效的技术类型PS（功率分流）型，实现量产只有丰田和通用，丰田的THS以单行星排、双电机的电驱动系统被广为流传，通用汽车披露的信息相对较少，很多消费者还不甚了解。今天我们聊聊混合动力两大巅峰技术产品的差别。

　　

　　武林顶尖高手过招，没有绝对的胜负比较，更多是相对的比较。丰田汽车与通用汽车也是这样。混合动力汽车核心部件常说的三电：电机、电池和电控，拓展一下包括：电驱动系统结构、系统集成、电机、电池、电控、发动机等几个方面，我们不妨从核心部件看看二者有什么差别。

　　第一、THSIII与VoltecII机电集成度区别是什么？

　　从代际上来讲，很多人把2015年发布的THS称为第三代产品，也有称之为第四代，通用的Voltec官方称之为第二代，事实上，在北美称之为第三代，主要取决于如何从产品的角度来理解。

　　丰田汽车第三代THS与通用汽车第二代Voltec都属于深度集成的机电一体化产品，从机电系统集成上来讲，二者都非常出色，电驱动系统与发动机集成在一起，是目前多数企业在混动技术方面无法比拟的。

　　

　　丰田普锐斯第三代动力总成

　　不过对比下来，二者有明显区别。通用君越全混动车型搭载的第二代动力总成，把电机控制器与电驱动单元深度集成在一起，目前能够做到这个技术的还有特斯拉的Model S，而丰田还是分离开的。

　　

　　通用混动版君越第二代动力总成

　　

　　Tesla Model S电驱动系统（电机控制器与电机集成在一起）

　　电驱动技术被Tesla宣传为其五大核心技术之一，深度集成可以取消电机控制器到电机的三项线束和接插头，提升高压系统安全性，降低成本。

　　但是，这部分需要在控制器的硬件上有着足够的KnowHow（可以理解为专门技术），避免动力总成的震动致使器件损坏，丰田可能因为技术较为陈旧，这方面集成不如通用。

　　第二、THSIII与VoltecⅡ结构区别是什么？

　　PS（功率分流）技术的本质内涵是实现了扭矩与转速的解耦，能够同时实现调速、调扭矩，而扭矩与转速的乘积便是功率，所以称之为功率分流。

　　而行星排与PS技术联姻又是天作之合，因为行星排本身具有三自由度，例如丰田THS，通过双电机与发动机进行解耦调控，实现功率分流。

　　

　　丰田电驱动系统结构简图

　　第一代的THS产品在1997年推出，很多车企都比较憎恨1997年的丰田，因为它针对单行星排、双电机电驱动系统申请了诸多专利，很多人还异想天开丰田的发明专利二十年到期，笔者查询下来，丰田二十年来每年都申请一系列的专利族群，根本无法避开细节专利。

　　目前来看，最好的防守属于进攻，二十年后单行星排，由于受限于效率优化的边界，并不能实现最优的效率、动力性，而随着控制器技术提升，双行星排和三行星排的PS技术已经成为另外一个巅峰，这些专利已经被通用汽车申请了相关专利。

　　

　　通用第二代Voltec

　　简单地来讲，双行星排、双电机的电驱动系统类似于两套THS电驱动系统，在一套THS系统达到优化边界的时候，切换成另外一套，从而实现更高的效率和动力优化。

　　

　　丰田汽车THS III双电机单行星排PS技术结构简图

　　当然，越多地应用行星排可以最大地提升传动效率，只不过这里面要综合考虑控制难度和成本，目前的控制技术支撑下，双行星排和三行星排属于最佳选项，或许有一天更智能的技术衍生，我们有着更多的自由度来优化效率。

　　

　　通用汽车第二代Voltec PS技术结构简图

　　第三、THSIII与VoltecⅡ电控集成区别是什么？

　　电控是混合动力汽车三大核心技术之一，刚我们谈到了二者的硬件集成，我们看一下二者的软件集成。

　　

　　丰田汽车THS3电机控制器（含Boost Converter）

　　丰田的电控比较巧妙，它有一个升压电路（Boost Converter），这里面主要的原因是之前动力电池比较贵，通过这个器件可以实现更大电池带来的性能，现在来看，电池产量增大、成本降低，这项技术的优势也在丧失。

　　

　　丰田汽车THS3控制架构

　　丰田电气架构来讲，HCU（整车控制器）控制MCU（两电机控制器）、ECM（发动机控制器）等，几个控制之间通过CAN总线通信，这个最高速率大概1M/s。

　　

　　通用汽车第二代Voltec控制器

　　通用汽车HCU（整车控制器）与MCU集成在一个控制器上，它上面有四只32 bit飞思卡尔微控制器，同时控制两个电机、一个电子油泵、离合器以及整车控制，这种控制器内部控制通讯有着更高的传输速度、安全性，同时降低了成本。

　　有些时候，时代的发展让我们感慨，四个32位单片机集成在一个控制器上，这个一个超级计算机竟然用在了混合动力的控制上，这种智能化，让电驱控制系统越来越趋向于IT产品。

　　第四、THSIII与VoltecⅡ搭载电池如何区别？

　　动力电池是混合动力汽车三大电之一，这些年一直困扰着新能源车企，能量密度、循环寿命和成本成为挥之不去的难点。

　　

　　丰田汽车镍氢电池

　　1997年丰田普锐斯上市的时候，镍氢电池还属于比较潮流的产品，大概在2005年的时候，在中国才开始流行，不过，20年之后，镍氢电池一定程度上被时代淘汰了。

　　

　　通用汽车三元锂电池

　　电池分为两种，一种是功率型电池，一种是能量型电池，混合动力汽车多选用功率型电池，所以镍氢电池与锂电池对比属于粉色与蓝色之间的对比（见下图），比功率和比能量，锂电池都远远占优。

　　

　　镍氢电池与锂电池对比

　　锂离子电池体积能量密度约为350-400wh/l，镍氢电池为320-350wh/l；锂离子电池重量能量密度180-200wh/kg，镍氢电池为60-65wh/kg；锂离子电池功率密度》2200 W/kg，镍氢电池为550~1350W/kg；锂离子电池循环寿命（次） 》3000，镍氢电池为1000次以上。

　　不知道丰田在镍氢电池还能够坚持多久，一定程度来看，转型锂离子电池也是早晚的事，不过，目前丰田在中国的车型上采用的都是镍氢电池。

　　第五、THSIII与VoltecⅡ搭载电池与发动机有何区别？

　　很多人谈混合动力汽车，都避开发动机，事实上，发动机也是混合动力汽车关键技术之一，混合动力汽车一个典型的能力是“削峰填谷”，通过不同的动力源互相优化实现动力最大化、效率最大化。

　　

　　米勒循环发动机高效原理

　　丰田采用的阿特金森循环发动机非常著名，事实上，更准确一点，丰田采用的是“米勒循环”，阿特金森循环需要变更曲轴的结构，丰田和通用仅仅变更了进排气气门的相位，实质都是米勒循环。

　　米勒循环通过改变进排气气门相位，提升膨胀比，回收尾气的热能，提升效率，米勒循环效率远远高于普通发动机，在动力输出方面却要弱于传统发动机，PS技术则是通过两款驱动电机一起来驱动整车，提升动力的同时提升燃油经济性。

　　

　　米勒循环发动机

　　所以，目前我们看到的几款混合动力车型的油耗都不错，迈锐宝XL全混动是目前B级混合动力汽车最优的4.3L/100km，君越全混动4.7L/100km，凯美瑞HEV是5.3L/100km。

　　

　　整体来看，PS（功率分流）技术是目前最优秀的混合动力技术，丰田PS技术相对旧一些，通用PS技术则利用双行星齿轮或三行星齿轮以及最新的控制和材料，显得更为高效、智能、集成度高，我们找机会进行深度发掘两者的技术细节。