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Während der Antriebsstrang identisch mit dem bewährten Vollhybrid bleibt unterscheidet sich der Prius Plug-in technisch durch eine von 1,3 kW/h auf 5,2 kW/h vergrößerte Batterie, ein Ladegerät und den Anschluss für eine haushaltsübliche Steckdose. Das Fahrzeuggewicht steigt dabei um ca.140 kg auf 1490kg an. Die Ladezeit beträgt bei 240 Volt etwa 1,5 Stunden. Danach besteht die Möglichkeit, rund 20 Kilometer rein elektrisch zu fahren. In diesem Modus erreicht der Prius PHV eine Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h, darüber hinaus bietet die intelligente Verknüpfung von Benzin- und Elektro- Motor eine Höchstgeschwindigkeit von 180 km/h und Reichweite von über 1000 Kilometer.
Bei den heute stadtüblichen Parkplätzen haben nur relativ wenige Autofahrer ständigen Zugang zu einer Steckdose. Daher wird künftig der bewährte Prius Voll-Hybrid ersetzt, sondern um diese Modellvariante ergänzt werden.

Durch die Option, extern elektrische Energie aufzuladen und in Mobilität umzusetzen, reduziert sich der CO2-Ausstoss des Prius PHV im europäischen Testzyklus gegenüber dem normalen Prius von 89 Gramm je Kilometer auf 59 Gramm. Das entspricht einem Benzinverbrauch von nur noch 2,6 Litern.

Im Februar 2010 kommen die ersten Prius PHV nach Straßburg, dort startet Toyota das Europatestprogramm. Toyota plant den Start der Großserienproduktion des PHV für das Jahr 2012.