Với khả năng tiết kiệm nhiên liệu, Prius 2010 được cho là đã cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu so với Prius thế hệ thứ hai, theo ước tính khoảng 51 dặm / gallon (MPG) đối với điều kiện lái xe trong thành phố và 48 MPG đối với điều kiện lái xe trên đường cao tốc. Theo thông số kỹ thuật đã công bố, hệ dẫn động bánh trước được cung cấp bởi động cơ đốt trong chu trình Atkinson 1,8 Lít 4 xi- lanh 98 mã lực (73 kW) và với sự trợ giúp của kim loại niken 36 mã lực (27 kW) gói pin hydride, hệ thống có công suất thực là 134 mã lực (100 kW).
Toyota Prius 2010 được trang bị hệ thống Hybrid Synergy Drive bao gồm ICE, động cơ điện và máy phát điện. Các hệ thống này được tích hợp với một bánh răng hành tinh phân chia công suất cung cấp các dòng công suất khác nhau cho các chế độ hoạt động khác nhau. Động cơ điện chính (MG2) hỗ trợ ICE cung cấp năng lượng truyền động cơ học cho xe và cũng hoạt động như một máy phát điện để sạc lại ắc quy trong quá trình phanh tái sinh. Một động cơ điện thứ cấp (MG1) có chức năng như một máy phát điện để truyền năng lượng từ ICE để sạc lại pin và cũng sử dụng ICE như một nguồn năng lượng để cung cấp cho MG2, cuối cùng hỗ trợ việc đẩy xe. Đây thường được gọi là ECVT, vì các động cơ điện và hành tinh phân chia công suất được sử dụng để thay đổi tỷ số truyền giữa ICE và các bánh dẫn động mà không cần sử dụng ly hợp hoặc thiết bị thủy lực. Trong khi các chức năng cơ bản của hệ thống hybrid Prius 2010 tương tự như những mẫu xe tiền nhiệm của nó, nó gần giống với Camry hybrid 2007 về thiết kế cụ thể.
Chiếc xe này có thể sử dụng động cơ điện để cung cấp toàn bộ lực kéo trong quá trình tăng tốc từ khi dừng lại. Chế độ hoạt động này có hoạt động tới khi động cơ cần thiết vì bất kỳ lý do nào (nhiều mô-men xoắn hơn, trạng thái sạc pin yếu, nhiệt độ pin cao, nhiệt độ động cơ thích hợp, v.v.). ECVT có ly hợp chứa một bánh răng hành tinh cho phép hoạt động theo các trường hợp khác nhau của dòng điện từ pin, ICE và động cơ đến trục đầu ra. Cấu hình bánh răng hành tinh của ECVT tạo cơ hội vận hành ICE trong suốt dải tốc độ mô-men xoắn hiệu quả hơn bằng cách kiểm soát thích hợp mô-men xoắn và tốc độ của MG1 và MG2. Chứa trong PCU là các thiết bị điện tử quản lý dòng điện đến và đi từ pin, máy phát điện và động cơ. Hệ thống sử dụng pin niken hiđrua kim loại (Ni-MH) kín với các tế bào 1,2V mắc nối tiếp để tạo ra điện áp tương ứng là 201,6 V, 288 V và 245 V. Mặc dù điện áp và dung lượng pin 6,5 ampe giờ phù hợp với chiếc Prius 2004, nhưng công suất định mức được công bố của bộ pin đã tăng từ 28 mã lực (20,9 kW) lên 36 mã lực (26,8 kW). Đây có lẽ là một dấu hiệu cho thấy hệ thống làm mát pin đã được cải tiến. MG2 thường được gọi là “động cơ điện chính” và MG1 thường được gọi là “máy phát điện”. Cả MG1 và MG2 đều được cấp nguồn bởi các bộ nghịch lưu ba pha riêng biệt chia sẻ cùng một liên kết dòng điện một chiều (dc). Điện áp pin được tăng cường bởi bộ chuyển đổi dc-dc hai chiều cung cấp điện áp cao. Cấu hình này tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng nhiều chế độ dòng điện, trong đó ICE, MG1 và / hoặc MG2 có thể cung cấp năng lượng cho bộ pin, bộ pin có thể cung cấp riêng cho MG1 / MG2 hoặc ICE và bộ pin có thể cung cấp năng lượng đồng thời cho xe.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hybrid
Toyota Prius được chế tạo trong những năm gần đây được trang bị hệ động lực có cấu trúc và nguyên lý hoạt động tương tự như các Toyota Prius thế hệ trước nhưng các thành phần cơ bản như ICE, MG1, MG2 và BT cao áp được cải thiện về chất lượng hoặc điều chỉnh một số thông số tính năng. Chiến lược điều khiển THS được thực hiện bằng bộ điều khiển điện tử trung tâm trong suốt quá trình hoạt động của ô tô. Có thể phân biệt các chế độ hoạt động đặc trưng sau đây:
(1) Chế độ điện: Chế độ điện bao gồm các chế độ như ô tô bắt đầu chuyển
động, chạy từ từ, xuống dốc trên đoạn đường có độ dốc nhỏ. Khi ở chế độ điện, ICE không hoạt động, MG2 chạy bằng điện từ BT. Toyota Prius được trang bị ắc
qui cao áp có dung lượng vừa phải (6,5 Ah) nên chỉ cho phép hoạt động ở chế độ điện trong một thời gian tương đối ngắn và một quãng đường vừa phải.
Hình 2.4 Chế độ điện (chế độ số 1 khởi động điện) (Corporation, 2010)
(2) Chế độ hành trình (còn gọi là chế độ chạy bình thường) là chế độ ô tô
chạy đường dài với tốc độ ổn định. Công suất của ICE được chia cho bánh xe chủ động và máy phát điện MG1 với tỷ lệ sao cho ICE làm việc ở vùng có hiệu suất tối ưu. MG2 chạy bằng điện từ máy phát. Nếu dung lượng của BT thấp, một phần công suất của máy phát dùng để nạp điện cho BT;
Hình 2.5 Chế độ hành trình (chế độ số 2 chạy bình thường)
(3) Chế độ trợ lực (còn gọi là chế độ gia tốc tối đa): khi người lái muốn
tang lên tốc độ tối đa (trên 100 dặm / giờ), công suất truyền động điện từ MG2 bổ sung cho động cơ. Pin HV cung cấp điện cho MG2. MG1 bị dẫn và quay với tốc độ giảm dần nên nạp điện điện lại cho pin.
Hình 2.6 Chế độ trợ lực (chế độ số 3 gia tốc tối đa)
(4) Chế độ nạp BT (còn gọi là chế độ giảm tốc và phanh): BT được nạp
điện trong quá trình phanh hoặc xuống dốc bằng motor MG2 hoặc bằng motor MG1 ở chế độ hành trình. Trên xe Toyota Prius, bộ điều khiển trung tâm đảm bảo BT phải luôn được nạp đầy, tức là không thể nạp điện thủ công. Trong chế độ này khi phanh hoặc xuống dốc thì motor 2 được kéo đi và tạo ra điện áp về pin.
Hình 2.7 Chế độ nạp (chế độ số 4)
(5) Chế độ chia công suất ngược: Ô tô chạy ở chế độ hành trình và BT đầy
điện. BT cung cấp điện cho cả MG2 để dẫn động bánh xe và cho cả MG1. MG1 chạy sẽ làm ICE quay chậm hơn với mục đích giảm tiêu hao nhiên liệu trong khi momen quay không đổi.
Hình 2.8 Chế độ chia công suất ngược