2013年东京车展之零部件配套厂(1)新能源车相关零部件

用于解决新能源车课题的传动系统、空调、制动相关技术等

2013/12/18

概 要

  本报告对2013年11月20日~12月1日期间举行的2013年东京车展上零部件配套厂展出的新能源车相关零部件及技术进行介绍。

  除了新能源车的传动系统、相关系统及零部件以外,还展出多项提高新能源车效率或解决新能源车独有问题的空调系统、制动相关技术。

  汽油车的怠速停止相关介绍刊登在本报告的篇尾。

  在欧洲,2011年6月,5家德国整车厂就48V电源的标准化达成一致,并寻求零部件配套厂的合作,预计将到2016年前后投放采用该电源的车型,欧系配套厂(博世大陆舍弗勒)展出采用48V电源的平台、锂离子电池及柔混系统等。

相关报告
▽2013年东京车展:

· 日系整车厂:概念车 · 日系整车厂: 微型车与上市车型 · 下一代动力总成技术与商用车
· 外资整车厂 · 零部件配套厂:安全配置、燃效提高技术 · 新能源车的最新动向 

 

 


EV/HV概念车与专用平台

  几家配套厂展出EV概念车,其中包括搭载轮内电机的恩梯恩Q'moⅡ、强调从电动助力转向系统中获得电机控制技术的三菱电机EMIRAI 2。

  博世介绍了PHV的系统。舍弗勒推出采用48V电源的平台。

 

Q'mo
四轮搭载轮内电机的EV概念车Q'mo Ⅱ
恩梯恩的展示)
EMIRAI 2
三菱电机展出的EV概念车"EMIRAI 2"的后部
(左右2台电机分别驱动后轮)

 

EV/HV概念车

恩梯恩 Q'moⅡ   恩梯恩曾在2011年东京车展上发布Q'mo,此次展出其升级版Q'moⅡ,并进行了演示。四个车轮都搭载轮内电机与减速器,为2座车。为了实现上道行驶,将最高时速从第一代的Q'mo提高10km/h至60km/h。充电6小时可行驶50km。
  线控转向,采用独立控制四个车轮转向的系统。加上四个车轮的轮内电机系统,实现横向移动与原地旋转
超小型交通工具
试验车辆
  开发Q'moⅡ的同时,还开发在2个后轮搭载轮内电机的小型EV,2013年10月日本国土交通省2013年出台的“超小型交通工具认证制度”首次对该轮内电机配套车予以认证。向三重县伊势市的市政府等机构出租5台超小型EV,实行道路测试。
三菱电机 EMIRAI 2   展出2座EV概念车"EMIRAI 2"。长3160×宽1786×高1320mm。后轮利用2台电机驱动,前轮利用1台电机驱动。每隔1/1000秒对电机的扭矩进行管理,优化电机控制。据悉,该技术基于三菱电机长年累积的电动助力转向系统的控制技术。
  还展出可体验驾驶环境的模拟装置。采用新一代的显示系统,根据驾驶员的个性与行驶情况,3块可变形显示屏(根据情况改变形状)与挡风玻璃HUD(Head-Up Display)的显示内容可进行无缝变化。减少驾驶员视线移动的同时显示所需信息。
丰田车体 T・COMS   展出前后2座、符合国土交通省超小型交通工具认证条件的T・COMS。与已上市的单座COMS相比,车长同为2,395mm,但宽增加50mm至1,145mm。配置单座COMS所没有的车门。搭载铅蓄电池,单次充电续航里程可达50km前后。
三叶 EV
卡丁车
  将一般搭载200cc双循环汽油发动机的卡丁车改为EV。特别参与卡丁车赛,进行数据的收集。

 

Boschが出展したPHVシステムの提案
博世展出的PHV系统方案,左侧为电机,上方为锂离子电池,右侧为"ESP hev"(HV专用ESC),右上为制动助力器
豊田自動織機が提案するEV専用プラットフォーム
丰田自动织机推出的EV专用平台
Schaefflerが提案する48V電源のプラットフォームと電動アクスル
舍弗勒推出的48V电源平台与电动车桥

 

EV/HV专用平台/系统

博世 PHV系统   提出PHV系统的方案。据悉,将为欧洲高级车型配套。由锂离子电池、逆变器、电机、电子控制单元、制动助力器(设想了负压式与电动式2种)、ESP hev(除了一般的ESC功能以外,还负责回收制动与液压制动的协调)构成。燃耗与CO2排放量相比汽油车削减65%,是具有可行性的方案。
丰田自动织机 EV专用
平台
  原先多数EV基于汽油车进行设计,因此碰撞安全等相关零部件的个数增加、需要配套车型专用电池等,产生许多不必要的环节。
  采用EV专用平台后,车身多采用直线组件,高强度材料也更易使用。车身底部与基于汽油车的EV相比,零部件个数可减少约40%、重量可减少约30%、成本可削减30~40%。还提出可更换型电池的方案。展示的平台尺寸为微型车级别。
舍弗勒 48V电源
平台
  在欧洲,预计采用48V电源的柔混系统将在2016年前后实际应用。舍弗勒在采用48V电源的平台上搭载后轮辅助电机以及其他舍弗勒各类产品并展示。
48V电动车桥   为平台配置的辅助后轮的48V电动机与减速器。电机的最大输出功率达12kW。基本上为柔混系统,但时速介于50~60km之间时可进行只使用电机的巡航行驶。

 

 



EV/HV变速器

 

トヨタ中容量FR2モ-タHVトランスミッション
爱信AW展出的丰田中容量FR双电机HV
变速器(为新Crown HV等车型配套)
JATCOが開発中のベルト式CVT8 Hybrid
加特可开发中的皮带式CVT8 Hybrid
(针对2000cc级发动机的配套车)
ホンダFit HVが搭載するモータ内蔵のDCT
本田Fit HV搭载的内置电机的DCT
舍弗勒展出)

 

EV/HV变速器

爱信AW 中容量FR
双电机HV
变速器
  新开发的后轮驱动用中容量FR双电机HV变速器。组合2500cc发动机与2台电机。为新Crown HV、雷克萨斯IS300h/GS300h配套。
  原先丰田的后轮驱动HV系统是新Crown Majesta、雷克萨斯GS450h搭载的3500cc发动机对应系统与雷克萨斯LS用HV系统,此次开发小型轻量化的变速器。
加特可 CVT8 Hybrid
(链条式)
  组合了CVT8与电机的Hybrid用变速器。为日产在美国产销的Pathfinder HV配套。使用链条,适用于3000cc以上的发动机与300Nm以上的扭矩。
  链条式CVT拥有更高的耐扭性能(加特可原先生产静音性好、变速比范围较大的皮带式CVT)。
CVT8 Hybrid
(皮带式)
  正在开发使用皮带的CVT8 Hybrid。适用于组配最大扭矩200Nm、2000cc级发动机的HV。
爱思帝 HV用飞轮阻尼器
及离合器
  爱思帝为加特可CVT8 Hybrid配套的飞轮阻尼器(吸收发动机的振动)与离合器。发动机/飞轮阻尼器/电机及其内侧配置离合器/CVT的滑轮与皮带。离合器通过将发动机、电机与传动轴接合与切断,进行行驶。
舍弗勒 本田Fit HV
配套的i-DCD
  2013年9月本田发售的Fit HV采用的i-DCD(Intelligent Dual-Clutch Drive)。由舍弗勒供应内置电机的7速DCT。
  舍弗勒还为本田RLX/Acura NSX采用的三电机式HV系统配套内置电机的DCT。
配备扭矩矢量分配系统的
电动车桥
  EV系统的方案。搭载电机、驱动用锂离子电池、扭矩矢量分配系统用小型锂离子电池、2档齿轮变速器、轻量化差速器。通过后轮扭矩矢量分配系统(向左右轮分配合理的扭力),大幅提高驱动特性及行驶安全性。
大陆 Belt driven Starter Generator   全称是"48V Belt driven Starter Generator with integ. Inverter"。目前正作为适用48V电源的怠速停止与驱动辅助系统进行开发。


 

其他电机及EV/HV相关技术

 

平角線を採用したEV/HV用モータ
采用直角电线的EV/HV用电机
日立汽车系统的展示)
Rear Toe Control
日信工业供应本田Acura RLX的"Rear Toe Control",
包括前束在内,左右独立控制后轮,
提高加速旋回性与制动稳定性
NTNが出展した後輪独立転舵システム
恩梯恩展出的后轮独立转向系统,与上述"Rear Toe Control"同样包括前束在内左右独立控制后轮转向
NSKが出展したツーウェイクラッチシステム
日本精工展出的双向离合器系统,单向离合器与反方向的单向离合器重叠的构造

 

其他EV/HV用电机

三菱电机 各尺寸电机   此次车展上展出的EV概念车(EMIRAI 2)展出4种适用电机,包括从微型车级别用S尺寸到LL尺寸。据悉,各尺寸电机的生产技术相同。
日立
汽车系统
EV/HV用电机   定子的线圈使用直角电线(电线的横截面不是圆形,而是平行四边形),使线圈充填率提高约10%,增加了电流通过量,努力提高电机的扭矩密度、效率,降低扭矩的不均匀性。
电装 Aqua用电机   电装开发的丰田Aqua用定子电机使用直角电线,通过改善线圈的形状与配置,与传统定子相比,高度降低15%,直径缩短10%。

(注)本田2013年9月发售的新Fit HV也搭载使用直角电线的电机。

日立金属 发电机   日立金属展出使用NEOMAX磁铁的发电机。NEOMAX磁铁是永磁中最强力的磁铁之一。磁力是价格低廉且广泛使用的铁氧体磁铁的10倍。稀有金属的使用量相比原先大幅削减。
爱思帝 稀土元素
电机
  该电机完全不使用稀土元素,而是使用替代的铁氧体磁铁。与北海道大学共同开发中。铁氧体磁铁由日立金属供应。爱思帝在“2012年人与汽车技术展”上展出搭载稀土元素电机的概念车。

 

前束调整机构等相关零部件
日信工业 Rear Toe Control   为本田将在2014年发售的新Acura RLX配套。Acura RLX利用左右2个独立的电机取得左右后轮,通过移动转向节,左右独立控制前束(从正上方看到的轮胎角度)提高小转弯性能、制动稳定性等。
  以往的后轮转向以相同角度控制左右轮。
恩梯恩 后轮独立
转向系统
  恩梯恩参考展出可调整前束的后轮转向系统。拥有2个电机,用于转向(Steering)与前束调整(Toe Control),集成了2项调整功能。通过将功能扩大至前束调整,提高行驶性能。全球首发。
日本精工 双向离合器   展示可通过外部控制切换接合方向的双向离合器试制品(组合了2个逆方向单向离合器的结构)。将作为切断HV发动机、电机的切换离合器提出方案。

 

 



锂离子电池及相关产品

 

日立グループが出展したリチウムイオン電池
日立汽车系统展出的锂离子电池(中央是供应日产Pathfinder HV的锂离子电池组,下中是日立第4代HV用电池,左边是开发中的EV/PHV用电池)
非接触給電コイルユニット
非接触式供电线圈组(住友电工的展示)
アクティブバランシングタイプのセル監視ユニット
欧姆龙参考展出的主动平衡式
电池元件监视装置

 

锂离子电池及相关产品

日立
汽车系统
供应日产HV的
锂离子电池组
  供应日产美国产FF HV(Pathfinder等)的圆筒形锂离子电池组。电池元件由Hitachi Vehicle Energy生产,在日立汽车系统的美国肯塔基工厂组装为电池组。据悉,元件与供应通用的电池同为日立第3代电池,但组装方式与第4代相同。搭载于后部行李厢。
  单个电池组内包含40个电池元件。电压144V,3.6V×40个元件。图片正面左侧约1/3收纳电池控制器、接线盒、充电插头。使用风扇进行空冷。
(注)日产在美国Smyrna工厂生产为LEAF配套的锂离子电池,但由于LEAF电池针对EV,因此为HV配套的或采用日立产HV用锂离子电池。
方形锂离子电池   开发出面向HV的日立第4代方形锂离子电池。功率密度从第3代的3,000 W/kg提高至4,500W/kg。表面积也有所扩大,提高了冷却效率。
EV/PHV用
锂离子电池
  面向EV/PHV开发锂离子电池。改善电极活性材料,实现比原先高3~4倍的能源密度130Wh/kg,扩大EV续航里程,实现大输出功率的辅助。
松下 锂离子电池   展示了为特斯拉Model S配套的圆筒形18650型锂离子电池。2013年10月,松下与特斯拉汽车更新并扩大了2011年签署了供应协议,松下2013~2017年期间将向特斯拉供应约20亿个锂离子电池元件。
大陆 锂离子电池   展出48V锂离子电池模块。
住友电工 非接触式
供电系统
  提出采用“电磁感应方式”的非接触式供电系统的方案,通过2个相邻的线圈单面流通电流产生的磁通量,在相邻的另一面线圈产生电动势。以上图片展示了供电一方的线圈(据悉,供电线圈与受电线圈基本相同)。目前正在开发用于EV/PHV充电的产品。
欧姆龙 主动平衡装置   欧姆龙提出检测EV用电池主动平衡装置的方案。EV用电池组在进行EV行驶中,反复充放电时,各电池元件容量的会产生偏差。目前采用的被动平衡装置为了防止某个元件先充满电以及其他元件的过充电,将流通的电量转化为热能,同时为未完成充电的元件继续充电。
  主动平衡装置中则对各元件的充电情况进行检测,将电量从先完成充电的元件再分配至尚未充满的元件,进行充电。据悉,在实际应用中电池容量可提高10%。

 

 



EV/HV用空调系统

  电装三电展出热泵式空调系统。由于EV无法利用发动机发热产生暖气,因此在严寒季节暖气的使用对实际续航里程会产生较大的影响。

 

ヒートポンプ式エアコンシステム
电装展出的热泵式空调系统,最左侧为室外热交换器,左下方为电磁阀,左上为电动压缩机,中间为蓄能器,右下为蒸发器,右上为室内冷凝器

 

HV/EV用空调系统

电装 热泵式
空调
  应用热泵原理的空调系统。热泵的原理也应用在家用空调中,将电力完全用于电动压缩机,因此具有效率高、可延长EV续航里程的特点。
  2012年秋季开始为日产LEAF的X款与G款配套。PHV、HV在发动机停用时也无法利用发动机的热能产生暖气,因此预计今后会有多款PHV、HV车型也采用热泵式空调。
三电 热泵式
空调
  三电也提出热泵式空调的方案。结构与电装的产品相同。这是三电全球首发该产品。
水加热式
电取暖器
  “水加热取暖器”是指向水等液体中直接放入加热器进行加热的取暖器。除了EV,HV也存在暖气热量不足的情况,因此也开始采用该产品(三电已拥有配套经验)。

 

 



制动能源回收与怠速停止

  各整车厂都致力于燃效的改善,尤其在小型HV市场与微型乘用车市场,各整车厂之间开展激烈竞争,不相上下。作为有效提高燃效的手段之一,各整车厂都展出了怠速停止系统与减速能源回收系统的新技术。

  EV/HV搭载协调回收制动系统。投放的新产品虽然基本结构(电机产生的液压辅助制动,同时旋转发电机,进行回收制动与协调控制)相同,但细节部分都具有各整车厂与零部件配套厂的特点。

  日信工业供应本田的电动伺服制动器采用伺服电机,实现更精确地控制液圧。由此,原本无法回收的刚开始制动时的减速能源以及停止前的减速能源也能进行回收,为提高EV的电效与HV的燃效作出贡献。

  此外,还展出可提高减速能源回收量的系统。

  EV/HV方面,针对传统制动辅助系统中采用的发动机无负压或负压不足的问题,提出其解决方案。

 

電子制御ブレーキシステム
爱德克斯供应丰田HV的电子控制制动系统,
图片上方为电机与蓄能器
(黑色物体为圆筒形组件)
負圧レス対応ブレーキ
日立汽车系统展出的“无负压制动系统”,
图片下方为产生液圧的电机与泵

 

本田/丰田/日产的EV/HV配套的再生协调制动系统

日信工业 电动伺服制动器
(本田车)
  为本田的Fit EV/Fit HV/Accord HV配套。由2个部分构成,Brake Operating Simulator通过传感器监测到驾驶员的制动倾向,向控制单元发送信号,调整制动效果。制动踏板行程产生的液压在正常情况下被切断,不用于产生制动辅助的液压。
  Tandem Motor Cylinder通过伺服电机产生液压,与发电机产生的回收制动力进行协调,同时实现最优化的制动。回收制动的有效期间,为控制液压制动效果,进行更精细地控制,实现更多的减速能源回收。
三叶 电动伺服制动器用电机   电动伺服制动器用无刷电机。将电机直径控制在最小范围,确保了较高的反应能力。为提高EV的电效以及HV的燃效作出贡献。

(注)本田的IMA系统原先采用的是将液压储存在蓄能器内,辅助制动的系统。新Fit HV比上一代车型的回收能力提高60%。

爱德克斯 电子控制
制动系统
(丰田车)
  展出为丰田HV/PHV配套的制动系统。驾驶员踩下制动踏板后,会根据踩下踏板的速度与踏力判断驾驶员的所需的制动力,将回收制动最大化的同时准确制动。
  制动辅助系统将电机驱动产生的液压储存在蓄能器内,模拟汽油车的负压助力器的效果,协助驾驶员产生踩下制动踏板的力量。
日立
汽车系统
电动型控制
制动器
(日产车)
  供应日产的EV与HV。采用由制动踏板与电机2方面产生液压的构造,在正常制动与再生协调制动时,实现自然的踏板感觉(再生协调时,组合控制踏板踏力变动的机构)。
  电动型控制制动器的执行器中使用电机与球头螺钉,采用直接在制动主缸中产生液压的简洁构造。

 

与ESC一体化的协调回收制动系统

日立
汽车系统
无负压
制动系统
  针对无法利用发动机产生负压或负压较弱的EV/HV,正在开发无负压制动系统。配置产生液压的电机与泵。在ESC中增加了再生协调功能,因此无需增加机构就可适用于再生协调制动系统。
  同时还在开发针对汽油车的该系统。负压助力器的体积大占据空间,取消利用发动机负压的助力器,还可进一步提高燃效。
博世 回收制动
系统
  英语为"ESP hev"。针对EV/HV设计的特殊规格的ESC。除了标准ESC具备的功能以外,还对控制回收制动与液压助力器进行协调。据悉,目前供应梅赛德斯奔驰S400 BlueHybird。
电动助力器
博世 电动制动助力器
(iBooster)
  EV无法使用利用发动机负压的助力器,因此开发出电动液压式制动助力器。体积与传统的负压助力器相当,但制动力扩大2倍,缩短了制动距离。为大众e-up!配套,还将为近期发售的大众e-Golf配套。
大陆 Electric Vacuum Pump   为无负压或负压较弱的车辆配套,电动产生负压,实现制动助力器的作用。为特斯拉车配套。此外,HV以及最近的汽油发动机车也由于采用直喷发动机而导致负压较低,因此也有部分车型搭载该产品。

 

「エネチャージ」システムに供給するHVACシステム
三电向铃木Enecharge系统供应的HVAC系统
ホンダFitのガソリン車アイドリングストップに供給するスタータ
三叶向本田Fit汽油车怠速停止系统供应的启动机,
在行星齿轮上采用斜齿的斜齿轮

 

汽油车用怠速停止与回收系统

电装 怠速停止用产品   铃木展出为Wagon R等车型配套的怠速停止兼制动能源回收系统的构成,采用"Enecharge"的名称。电装供应的零部件为“高效发电机”、“Tandem Solenoid Starter串联式启动器”、“锂离子电池组(电池元件为东芝产)”、“蓄冷蒸发器”这4种。
三电 同上HVAC   展出上述系统的蓄冷蒸发器与空调箱(不包括重启系统与锂离子电池组等)。据悉,蒸发器来自铃木的车型,与电装分担配套(铃木采购2家配套厂的产品)。
三叶 怠速停止用
启动电机
  该启动电机适用于怠速停止系统,静音性,比普通产品寿命增加10倍。为了与齿圈顺畅啮合,在行星齿轮上采用了斜齿的斜齿轮。为2013年9月发售的本田新FIT汽油车怠速停止系统配套。
三菱电机 怠速停止用
启动机
  日产、三菱汽车共同开发的日产DAYZ/eK Wagon时速低于13km时会停止发动机。期间如驾驶员想要再次发动车辆,(称为Change of mind),可采用该重启系统。
  行星齿轮机构的中间加入行星齿轮弹簧,利用其缓冲力,在发动机完全停止前实现与齿圈的啮合。但与丰田/电装的串联式相比,不得不等待发动机的完全停转。据悉,这种差异的产生是由于各整车厂的方针有所不同。
舍弗勒 恒定啮合式
启动机(1)
  启动机的行星齿轮与齿圈恒定啮合,行驶中齿圈与发动机切断,不会旋转。要启动启动机时,通过卷绕弹簧连接齿圈与液力变矩器。尚处于开发阶段。
恒定啮合式
启动机(2)
  采用的系统通过单向离合器将传动力从行星齿轮传递至齿圈、逆向则不传递(发动机旋转中齿圈切断)。据悉,与丰田Vitz 1300cc车配套的恒定啮合式怠速停止系统基本相同。尚处于开发阶段。
丰田自动织机 怠速停止用
DC-DC转换器
  怠速停止后再次启动发动机时,防止电压暂时下降,对车载电气设备造成不好的影响。英文名为"Voltage Stabilizer"。据悉,已开始向H公司供应。
欧姆龙 回收系统用
DC-DC转换器
 欧姆龙参考展出的回收系统用DC-DC转换器。提出组合DC-DC转换器与电容器的减速能源回收系统的方案。(该方案是与马自达Atenza/Axela配套的"i-ELOOP"相同的系统)

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