2014日本汽车工程学会:零部件配套厂 (1) 新能源车相关零部件

48V混合动力系统、基于汽油车制动系统的制动能量回收系统等

2014/06/12

概 要

  “2014年日本汽车工程学会(人与汽车技术展)”(公益社团法人 汽车技术会主办)于2014年5月21日~23日期间在太平洋横滨会展中心举行。本报告将介绍零部件配套厂的新能源车相关零部件与技术。其他改善燃效、轻量化等相关零部件及技术的展示将另作介绍。

  博世介绍了近期将投放欧洲的48V柔混系统。


  在今后有望扩大的超小型车市场方面,丰田自动织机展出逆变器与电机,尼吉康展出充电器一体化转化器。电装/丰田宣布利用新材料碳化硅(SiC)开发高効率动力半导体,三菱电机展出“内置SiC逆变器的EV用电机传动系统”。


  东电化展出开发中的无线供电技术。


  爱德克斯展出HV用制动能量回收系统,基于汽油车的制动系统,通过共享零部件,降低成本。


相关报告: 2013年东京车展之零部件配套厂(1)新能源车相关零部件 (2013年12月刊登)
2014日本汽车工程学会:整车厂的最新动力总成技术
(2014年6月刊登)



EV概念车的展出

 

EMIRAI 2 Q'moⅡ
三菱电机展出的EV概念车"EMIRAI 2" 恩梯恩展出的EV通勤车"Q'moⅡ",搭载轮内电机 近期将实施公路行驶测试。

 

三菱电机 EMIRAI 2   集结了三菱电机电动化技术的EV概念车。前轮搭载1台最大输出功率65kW的电机,后轮搭载2台30kW的电机。后轮名为"e-torque vectoring system",转弯时控制左右电机的旋转,辅助操作。目前正在三菱电机的测试场进行行驶测试。
  EMIRAI 2的另一特征是提出新的HMI(人机界面)方案。采用新一代显示系统,根据驾驶员的个性及行驶情况,3块可变显示屏及挡风玻璃的HUD(Head-up display)的显示内容可进行无缝转变。减少驾驶员视线移动的同时,提供所需信息。
恩梯恩 Q'moⅡ   恩梯恩在2011年东京车展上展出概念车Q'mo,该概念车的电机与减速器一体化,将四轮全部配置在轮内,实现“即时旋转”及“横向移动”。
  本届展会展出的Q'moⅡ最高时速提高至70km,近期将实施公路行驶测试。为了实现轻量化等,在2个后轮搭载轮内电机,最大输出功率16kW(8kW×2轮)、每次充电后的续航里程为50km,充电时间为6小时。

 

 



混合动力系统的展示

  博世提出48V柔混系统的方案。为了符合今后将进一步加强的CO2排放规定,将提供低价且适用范围广的解决方案。在日本的混合动力车市场,各整车厂都开发各自的全混系统,通过电机的强力辅助与低燃耗开展竞争。但在欧洲,整个汽车行业都在实施零部件共享、降低成本,竭力通过严格的CO2排放规定。博世将电机、电池、转化器集成为一体,以500~800欧元 (约合7万~11万日元)的整车厂采购成本为目标,推进开发 (2014年5月28日日刊工业新闻)。

 

Boost recuperation machine ベルト式CVT8 Hybrid
博世展出的“48V混合动力总成” 的核心"Boost Recuperation Machine" 加特可展出的皮带式CVT8 Hybrid(开发中)

 

博世 48V混合动力系统   提出拥有原12V铅蓄电池及新48V锂离子电池的“48V柔混系统”的方案。其核心BRM(Boost Recuperation Machine)内置逆变器,作为交流发电机回收制动能源,在加速等情况时辅助驱动发动机。还采用启停系统。由于搭载了锂离子电池,所以发动机停止时也能使用空调。
  BRM通过皮带与曲轴连接,进行能源再生或辅助驱动。但每天第一次启动时,由于发动机处于冷却状态,需要较大扭矩,因此会利用另外搭载的启动机启动(MT车利用飞轮驱动,AT车利用传动盘的连杆机构驱动)。
  以现有车型的AT/MT/AMT/DCT等结构为基础,可分别形成不同的系统。作为48V混合动力系统标准化的零部件市场做好充分的准备,提供低价且适用范围广的削减CO2解决方案。
加特可 机带式 CVT8 Hybrid   展出开发中的皮带式CVT8 Hybrid。适用于搭载2500cc级别发动机的HV。已应用于3500cc级别发动机配套HV车的链条式CVT8 Hybrid为2013年在美国发售的日产Pathfinder配套。
  加特可一直以来生产的是皮带式CVT,具有静谧性好、变速比范围大的特点。而链条式CVT则具有适用于高扭矩的特点。
爱思帝 HV用飞轮阻尼器及离合器   展出供应加特可的CVT8 Hybrid(搭载于日产2013年在北美发售的Pathfinder HV)的飞轮阻尼器及离合器。将飞轮与阻尼器的功能一体化,实现超薄化。离合器为干式多板式,采用可内置于电机的紧凑外形。

 

 



电机/逆变器/转化器的展示

 

モータ/発電機とインバータ 超小型EV用モータ
东芝供应福特车的电机/发电机与逆变器 丰田自动织机展出的超小型EV用电机
EV/HV用減速機 DC-DCコンバータ
应用爱信AI的MT技术的新能源车用减速器。 超小型车用充电器一体化DC-DC转化器 (尼吉康的展示)

 

东芝 电机与逆变器   展出供应福特的Ford Fusion/C-Max、Lincoln MKZ混合动力车的电机(发电机)与逆变器。3款车型都搭载相同的混合动力系统。电机最大输出功率88kW、HV的电池容量为1.4kWh,PHV为7.6kWh。
丰田自动织机 适用于超小型EV的逆变器与电机   基于丰田自动织机长年为电动叉车量产的经验,开发出超小型EV用逆变器与电机。提供的逆变器内置车辆控制功能,组配最大输出功率12kW的电机。
  配套案例包括在亚洲各国普及的三轮出租车的EV版本((株)Prozza负责产销)。预计今后需求还将有所扩大。
爱思帝 采用无镝磁铁的电机   正在开发采用无稀土元素“镝(Dy)”磁铁的车辆驱动电机,镝具有提高耐高温性能的效果。为此,采取不发热或发热后立即冷却等对策,例如定子采用水冷式等。计划开发出最大输出功率60kW、最大扭距144Nm、耐20,000 rpm转速的电机。
爱信AI 新能源车用减速器   利用爱信AI的MT技术、零部件与设备(共享率可达79%),实现高质量保证与低成本。EV可增加2速功能。FF车的后轮采用电机驱动的HV系统时,高速行驶的情况下切断电机,只依靠前置发动机行驶,还可提高燃效。
尼吉康 充电器一体化DC-DC转化器   为三菱的i-MiEV/MINICAB MiEV/TRUCK配套EV用充电器一体化DC-DC转化器(2009年6月开始量产)。还供应2012年8月起开始量产的马自达Demio EV。
  还为日产Leaf配套车载充电器(2010年9月开始量产)。
  在日本国土交通省开展的“超小型车导入计划”事业方面,多家整车厂开发超小型车,开展行驶试验。尼吉康开发出满足该计划需求的充电器一体化DC-DC转化器。采用空冷式,同时适用于锂离子电池和铅蓄电池。

 

 



新材料碳化硅(SiC)高效动力半导体

  电装、丰田、丰田中央研究所三方共同开发出采用新材料碳化硅(SiC)的动力半导体。丰田将应用于控制混合动力车等车辆电机驱动力的电力控制装置(PCU),今后1年内将实施公路行驶试验。计划从2020年发售的HV开始配套。

  三菱电机展出内置SiC逆变器的EV用电机传动系统。

 

SiCインバータ モータドライブシステムとインバータ一体型モータ
电装开发的SiC逆变器 内置SiC逆变器的EV用电机传动系统(图右)与 逆变器一体化电机(左)(三菱电机的展示)

 

电装/丰田   电装成功开发出大幅降低结晶缺陷(与其他公司产品相比降低1/10)的高品质SiC 6英寸晶片。利用该晶片,开发出空冷结构、高功率密度的小型逆变器模块(体积:0.75L、输出功率:75kW、功率密度:100kW/L)。
  丰田将把该SiC动力半导体(晶体管与二极管)应用至混合动力车等车辆的电机驱动力控制器—PCU(主要是升压转化器与逆变器)。未来,与现有硅动力半导体相比,HV的燃效将大幅提高10%,计划实现PCU小型化1/5。
  SiC动力半导体具有减少电流阻力以及电流On/Off时电流损失小的优点,即使高频化也能有效通过电流。通过将该性能充分发挥出来,占PCU 40%体积的线圈、冷凝器可实现小型化。
  丰田在公司内部建立SiC专用半导体开发无尘室。此外,为了实现动力半导体的实际应用,1年内将实施公路行驶试验。已在公司内测试场实施的行驶试验中确定,相比硅动力半导体,燃效提高5%以上。
三菱电机   展出内置SiC逆变器的EV用电机传动系统。将逆变器的动力半导体全部内置于SiC电机,实现行业最小尺寸(14.1L:60kW)。此外,通过电机用与逆变器用冷却器的一体化,提高冷却性能。

 

 



电池/电容器及无线供电器等相关产品

  日本贵弥功开发出纳米混合电容器,能源密度是现有活性炭电容器(EDLC:Electric double layer capacitor)的3倍。近期将开始出货样品。东电化发布开发中的无线供电器。

 

日本贵弥功 纳米混合 电容器   日本贵弥功开发出负极采用nc-Li4Ti5O12/碳纳米纤维(CNF)复合体的纳米混合电容器,致力于产品化。正极采用与EDLC相同的活性炭。近期将开始出货样品,定于2015年就开始量产。
  能源密度高,是原有活性炭电容器(EDLC)的约3倍,具有可匹敌活性炭电容器的大功率性能。与锂离子电容器相比,安全性高,因此将其定为未来开发的方向。
OKAYA/TPR 双电层电容器EDLC   TPR与OKAYA(冈谷电机产业)共同开发双电层电容器(EDLC:Electric double layer capacitor)。计划应用至汽车领域,但由于竞争激烈及价格方面的问题,目前将逐步开拓在备用电源、自然能源的电力平滑化等方面的用途。
东电化 无线 供电技术   展出开发中的EV用无线供电技术,采用磁共振的方式。磁共振方式是将相同共振频率的输电一侧共振电路与受电一侧共振电路通过磁场引起共振并传输电力,即使输电一侧与受电一侧有一定距离,也可进行高效的输电。
  在室外或雨天也可进行充电。即使位置有所偏离,为了不降低供电效率,将受电一侧的线圈尺寸改为比输电一侧线圈小的A4尺寸。未来还计划实现边行驶边供电。
  2009年,东电化开发出用于智能手机等小型电子设备的无线供电用线圈组,目前已开始产销。
Saikawa/东芝 援助EV   展出“移动式充放电器”,针对每年高速道路上都会有500多台EV车辆出现电源耗尽的情况。搭载东芝制造SCiB锂离子电池,由Saikawa与东芝共同开发供电装置,向电源耗尽的车辆提供行驶至最近充电站的电力。充电设备的重量为300kg,可搭载于微型货车。将从今年夏季开始出货。
  目前JAF服务车辆会赶至现场,将电源耗尽的车辆放在车辆运输车上运送至最近的充电站。
EV用ワイヤレス給電システム 助っ人EV
东电化开发中的EV用无线供电系统。图左侧的共振器是用来提高线圈间能源传输效率的装置。 向电源耗尽的EV提供行驶至最近充电站电力的 “援助EV” (Saikawa与东芝共同开发)

 



基于汽油车制动系统的制动能量回收系统

  爱德克斯展出的制动能量回收系统 (ESC制动能量回收系统) 基于汽油车的制动系统,通过共享零部件,将成本控制在线控制动式制动能量回收系统的1/2。为北美发售的日产Pathfinder HV配套。能源回收率可与线控制动系统确保同等水平 (下降约2%)。

  恩梯恩展出的制动能量回收模块,将液压控制用电机的旋转运动通过滚珠螺杆转变为直线运动。

 

ESCユニットとブースター 電動油圧ブレーキ用ボールねじ駆動モジュール
爱德克斯展出的ESC单元(左)与增压器(右),构成控制成本的制动能量回收系统。 恩梯恩展出的“电动液压制动用滚珠螺杆驱动模块”。图右侧是将液压控制用电机的旋转运动通过滚珠螺杆转变为直线运动的装置。

 

爱德克斯 ESC制动能量回收系统   原先新能源车的制动能量回收系统为了最大限度回收能源,采取线控方式的新能源车专用制动系统。此次展出的产品利用汽油车制动系统的同时,还开发出利用ESC及其泵控制常时再生协调系统的方式。与汽油车制动系统共享多种零部件,使成本减低至原先线控制动系统的一半。
  本制动系统由 (1)HV电机的回收制动、(2)ESC单元的控制液压制动、(3)驾驶员踏力的基础液压制动(包括增压器的助力在内)构成。该系统延长主缸的空行程,控制基础液压制动的功能,期间启动制动能量回收与ESC的液压控制制动,确保回收效率。
  ESC的泵原先只用于启动ABS等情况,由于在制动能量回收系统中经常被利用到,因而提高了耐用性。此外,爱德克斯的齿轮泵式ESC具有启动顺畅、对制动踏板的反作用力少的特点,实现了该系统的功能。目前实际应用齿轮泵式ESC的供应商只有爱德克斯(一般采用活塞式)。
  为2013年在北美上市的日产Pathfinder HV配套。与线控制动式相比,能源回收率达到98%。
恩梯恩 电动液压 制动系统用 滚珠螺杆 驱动模块   为本田的Fit HV及Accord HV的制动能量回收系统(制动系统由日信工业制造)配套的“电动液压制动系统用滚珠螺杆驱动模块”。将电机的旋转运动转变为直线运动,驱动液压缸。
  制动能量回收系统通过驾驶员的制动踏板踏力及当时的速度计算出所需的制动力,决定驱动电机的回收制动力及液压制动力的分配。
  本模块通过滚珠螺杆及减速齿轮,将液压控制电机的旋转运动转变为直线运动,控制液压制动力。由此,实现对液压制动力更细微的控制,并最终回收更多的行驶能量。

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