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汽車與電子化
豐田：「PHEV正在兩極分化」
2013/02/05 00:00
日本汽車技術協會于2013年1月30日在東京舉辦學習班，
介紹了日本2011年發行的汽車技術手冊第10分冊
「設計（EV·混合動力）編」的純電動汽車技術，
豐田和三菱汽車的工程師在會上發表了演講。
首先登臺的是豐田HV系統控制開發部部長阿部真一，
他以「HEV、PHEV系統設計的最新動向」為題，
介紹了提高燃效的原理、豐田混合動力系統的發展、其他公司HEV（混合動力車）的動向
以及PHEV（插電式HEV）的最新動向。
關於豐田混合動力系統的發展，阿部提到第三代「普銳斯」與第二代的不同點，
包括把電池電壓的升壓電壓由500V提高到650V，以及為馬達安裝了減速機構。
另外，引擎方面，通過擴大燃耗為230g/kWh的轉速範圍，提高了燃效。
據介紹，小型車「Aqua」的引擎也採用了這種思路。
阿部表示，
今後的強混合動力車的趨勢就是同時提高混合動力系統的傳動效率和引擎的熱效率。
PHEV方面，阿部介紹了全球的動向，認為PHEV正在兩極化發展，
一方面是EV（純電動汽車）續航距離為60km以上的車輛，
另一方面是 EV續航距離不到40km的車輛。
前者有三菱的「歐藍德PHEV」、通用的「Chevrolet Volt」、比亞迪的「F3DM」等。
而豐田的「普銳斯PHV」、福特的「C-MAX Energi」以及本田的「雅哥PHEV」等屬於後者。
要想延長EV續航距離，就必須要配備大型馬達和大容量電池，這樣成本就會升高。
而EV續航距離短的的車雖然成本就低，但長距離行駛時的燃效提高存在限制。
三菱汽車開發本部EV及傳動系統技術部的半田和效
介紹了「EV系統設計的基礎和EV技術的可能性」。
在系統設計中，必須要使電力的供給側和需求側保持平衡。
為此，首先要使驅動電池和變頻器取得平衡，
此外，還應該考慮空調、DC-DC轉換器、加熱器及電子感應式動力方向盤等的電力需求。
原因是，雖然馬達以外部件所需電力並不太高，但如果忽略這些因素，
就無法達成車輛的目標性能。
例如，
馬達輸出功率為60kW的話，空調和加熱器只有3～5kW左右，
但因夏天和冬天要經常使用，就會佔用電池的輸出功率。
考慮到這些因素，需要實施啟動後不立即打開空調等控制。
另外，
半田表示，根據EV續航距離決定電池容量時，
需要注意電池的輸出功率會隨著SOC（充電狀態）和溫度而大幅改變。
例如在0℃時，輸出功率只有25℃常溫時的1/3。
此外，SOC降低時輸出功率也會降低，因此，
採取能在最嚴峻的條件下實現目標性能的設計非常重要。
三菱汽車1月上市的歐藍德PHEV以串聯混合動力方式為基礎，
在前後各配備了60kW的較大功率馬達。
不過，由於可利用引擎發電，該車的電池容量沒有EV大。
另外，由於歐藍德PHEV在高速區利用引擎行駛，EV行駛範圍較狹，
因此該車與全EV相比，馬達等稍小。
實際上，由於必須要在引擎艙配置引擎、驅動橋、馬達和發電機，
因此沒有採用i-MiEV使用的水冷式馬達，
而是在前部馬達和發電機採用油冷式，縮小了尺寸。
半田還表示，今後的EV和PHEV配備的電池系統除充電外，
還要考慮為家庭供電等充放電用途的增加。
在開發時，不能只考慮車輛，還要考慮與交通系統和能源供給的相關性進行設計。
此外，
豐田第2技術開發本部HV先行開發部的水谷良治以「EV和HEV馬達的設計技術」為題
發表了演講。
他介紹了混合動力系統的種類、馬達的特徵、馬達設計的事例以及新技術動向等。
水谷指出，
在車輛重量為750kg以上的乘用車中，並聯HEV、EV
以及串聯HEV使用的馬達的性能參數和形狀各不相同。
並聯HEV的扭矩會隨著變速箱放大，因此即使車重2噸左右，馬達輸出功率也只有約50kW。
另外，最高轉數由引擎轉數的上限決定，因此比較低。
另一方面，由於對空間有限制，並聯HEV的馬達大多採用直徑大、厚度薄的類型，
定子直徑為260～300mm，轉子為200mm左右。如果鐵芯較大，
打孔的電磁鋼板上不能使用的部分就會增加，
從而導致成本上升，因此大多採用分裂鐵芯。
而EV和串聯HEV大多採用直徑小、輸出功率高的馬達。
例如，特斯拉汽車的「Roadster」的馬達輸出功率高達225kW。
這種類型的馬達為兼顧高功率和小型化，常傾向於提高轉數。
豐田普銳斯的第三代車型將最高轉數由原來的6000rpm提高到了1.39萬rpm。
馬達設計的重點在於如何冷卻，為提高散熱性，
大多採用將油直接塗在線圈上的油冷式。
另外，水谷介紹說，將線圈作為發夾狀部件插入鐵芯後彎曲焊接的構造越來越多，
美國Remy International公司的馬達就是這樣。
這種馬達在盛滿油的橋殼中放入線圈密封，從而提高了冷卻性能，
這種構造的馬達將成為今後的開發方向之一。
（記者：林 達彥，《日經汽車技術》）
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■日文原文
「PHEVは2極化している」－自動車技術會の電動車両講習會、トヨタ自動車の講演より http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20130201/263785/
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