斯巴魯首款PHEV配備了基于豐田“THSII”開發(fā)的插電式混合動力混合動力系統(tǒng)（如圖）。通過動力分配機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)3種驅(qū)動方式的切換：（1）發(fā)動機(jī)運(yùn)行，（2）電機(jī)運(yùn)行[EV行駛]，（3）發(fā)動機(jī)和電機(jī)混合運(yùn)行。斯巴魯繼承了THSII的概念，一些關(guān)鍵零部件采用了THSII完全相同或同等的供應(yīng)，同時(shí)它與豐田合作完成軟件開發(fā)。

該P(yáng)HEV系統(tǒng)構(gòu)成中，包括了帶內(nèi)置電機(jī)（MG）的變速箱，電源控制單元（PCU：逆變器，升壓轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器），鋰離子電池，車載充電器，充電插座 （圖1）。其中，雙電機(jī)MG內(nèi)置變速箱是該系統(tǒng)的關(guān)鍵（圖2），由圖2所示眾多部件構(gòu)成。

圖1插電式混合動力系統(tǒng)的配置

由排氣量2.0L的水平對向排布4缸引擎，MG內(nèi)置變速箱，PCU（逆變器，升壓轉(zhuǎn)換器，DC-DC轉(zhuǎn)換器），鋰離子電池（LIB），車載充電器、充電口等構(gòu)成。

圖2 MG內(nèi)置變速器的剖面模型

左邊是前輪側(cè)，右邊是后輪側(cè)。（1）一減速齒輪機(jī)構(gòu)，（2）MG1，（3）用于功率分配的行星齒輪機(jī)構(gòu)，（4）二次減速齒輪機(jī)構(gòu)，（5）動力分配齒輪機(jī)構(gòu)（6）減速行星齒輪（7）MG 2，（8）電磁離合器，（9）后輸出軸，（10）正交齒輪，（11）前輪側(cè)差速器等。

在兩個(gè)MG中，MG 1兼做啟停電機(jī)與用于發(fā)電的交流電機(jī)。MG2是驅(qū)動電機(jī)，兼具減速/剎車時(shí)的能量回收功能。與最新的THSII不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)同樣有兩個(gè)，一個(gè)用于動力分配，另一個(gè)用于減速。用于動力分配的行星齒輪機(jī)構(gòu)用于在如上所述的三種類型的驅(qū)動方式之間切換，或使用發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)的換檔，或在發(fā)動機(jī)起動，發(fā)電和能量回收之間切換時(shí)使用。而另一個(gè)用于減速的行星齒輪機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)將從MG2的輸出減速，或加速輸入到MG2 注1）。

注1）豐田在THSII 1代發(fā)電系統(tǒng)中也采用行星齒輪機(jī)構(gòu)減速M(fèi)G2。但在最新的THSII中，MG2的減速機(jī)構(gòu)通過正齒輪改變機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了薄型化。

而最易于發(fā)現(xiàn)它是基于THS II系統(tǒng)的部分，是行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力分配（太陽輪，行星架，齒圈）和發(fā)動機(jī)，MG1，MG2的連接關(guān)系。在MG內(nèi)置的變速箱內(nèi)，MG1的軸連接到太陽齒輪，發(fā)動機(jī)的軸連接到行星齒輪，MG2的軸連接到齒圈。盡管與THSII的具體連接方式存在差異，但這種連接關(guān)系是共同的。而基于THSII系統(tǒng)采用動力分配機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動模式切換的點(diǎn)從上述機(jī)構(gòu)中體現(xiàn)出來。

與THSII變速驅(qū)動橋非常不同的是，它設(shè)計(jì)為在垂直發(fā)動機(jī)和4WD的前提下結(jié)合動力分配齒輪機(jī)構(gòu)和前輪側(cè)差速器，此外，齒輪機(jī)構(gòu)為斯巴魯獨(dú)立設(shè)計(jì)，則是另一個(gè)不同點(diǎn)。

據(jù)斯巴魯?shù)恼f法，該混動系統(tǒng)采用豐田供應(yīng)的零部件包括兩款MG，電池模塊，PCU，汽車充電器等。其中兩個(gè)MG和電池模塊采用THSII同樣供給，MG的磁化在斯巴魯進(jìn)行。對于PCU和車載充電器，則采用了與THSII幾乎相同的東西，并且在軟件方面也與豐田合作。MG是永磁（PM）型三相交流同步電機(jī)。

另一方面，如上所述，斯巴魯自行設(shè)計(jì)的部分包括前面提到的MG內(nèi)置變速箱的齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及縱置引擎前提的4WD設(shè)計(jì)。與豐田的THSII系列直列四缸發(fā)動機(jī)不同，水平對置4缸發(fā)動機(jī)是垂直放置的，由于必須實(shí)現(xiàn)4WD化，所以在前輪側(cè)加入了差速器。縱置的場合，比發(fā)動機(jī)橫置在車輛前后方向上會變長。

據(jù)斯巴魯介紹，此次的PHEV車型采用了“斯巴魯全球平臺（SGP）”，該平臺可兼容汽油車型和輕度混合動力車型。由于變速箱必須安裝在與汽油車型相同的空間通道內(nèi)，所以總長度的縮減必不可少。

因此，斯巴魯?shù)南敕ㄊ菍G1布置成使得MG1的軸線位于比發(fā)動機(jī)的曲軸高的位置。當(dāng)放置在與曲軸相同的高度時(shí)，前輪側(cè)差速器和MG1彼此干涉，但是通過升高M(jìn)G1的位置，可以避免并且不必將其移動到后側(cè)。該公司使用初級減速齒輪機(jī)構(gòu)增高M(jìn)G1的軸線位置。

此外，電池配置在行李艙下面。由此行李箱的容量比汽油型小了10％至20％。車輛質(zhì)量約為1.7噸。與汽油動力車型相比，大約重了200公斤，與簡化的HEV車型相比重約100公斤。

相對于斯巴魯展出的首款PHEV原型，豐田、本田在本次EVS31中更多地是展示了提高電動汽車可靠性，耐久性，動力性能以及便利性等地相關(guān)技術(shù)。本田展出了其插混車型“Clarity PHEV”的智能動力單元（IPU）和PCU，并介紹了應(yīng)用于它們的新技術(shù)（圖3）。本田該款PHEV車型已于2018年7月在日本發(fā)布，同時(shí)在2017年12月已在北美提前發(fā)售。

圖3 Clarity PHEV的IPU和PCU

（a）IPU,即所謂的電池包Pack。（b）PCU，由逆變器驅(qū)動MG和升壓電路（VCU）組成。

本田Clarity PHEV的IPU指的是由鋰離子電池（LIB）和電池管理系統(tǒng)（BMS），接線板（用于耦合，分支和中繼電線的板），DC-DC轉(zhuǎn)換器，冷卻電路等組成的電源單元，通常被稱為電池Pack，通過在冷卻系統(tǒng)中采用了流路切換式冷卻系統(tǒng)，能使電池耐久性提高約10~15%，是這一系統(tǒng)的特點(diǎn)注3）。

注3）與不轉(zhuǎn)換流路的冷卻水簡單循環(huán)系統(tǒng)相比，電池耐久性提高10％~15％。

據(jù)本田研究人員介紹，Lib電池當(dāng)溫度較高時(shí)，耐久性會降低，但溫度太低時(shí)，性能又會下降。所以需要既不過度保溫也不過度冷卻。該公司針對這樣的溫控要求研發(fā)了上述流量切換式水冷系統(tǒng)，使用專用于電池組的散熱器冷卻水，并在運(yùn)行和充電之間切換水循環(huán)的流路。具體而言，行駛期間采用“散熱器→電池→（分流）→DC-DC轉(zhuǎn)換器或充電器→（合流）→散熱器”流路，而充電時(shí)則切換成“散熱器→旁通流路→（分流）→DC-DC轉(zhuǎn)換器或充電器→（合流）→散熱器“的流路模式（圖4）。核心點(diǎn)是在充電時(shí)，冷卻水流動是繞過電池的。

圖4 Clarity PHEV IPU水冷系統(tǒng)

（a）冷卻系統(tǒng)構(gòu)成。（b）冷卻水的循環(huán)路徑。當(dāng)電池產(chǎn)生的熱量較少且充電器產(chǎn)生的熱量超過電池?zé)崃繒r(shí)，循環(huán)冷卻水通過三通閥繞過電池。通過這樣設(shè)計(jì)，避免了電池受到由于充電器的發(fā)熱而溫度升高的冷卻水的影響而升溫，耐用性得到改善。

另一方面，PCU是MG驅(qū)動系統(tǒng)單元，由MG用逆變器和升壓電路（VCU）組成。在Clarity PHEV 的PCU中采用了交錯電路和用于VCU的新結(jié)構(gòu)磁耦合電感，以實(shí)現(xiàn)VCU的高功率化以及輸出功率密度的提高。據(jù)本田描述，該VCU的體積功率密度是本田以前PHEV 車型 “雅閣插電式混合動力車” 的2.8倍，連續(xù)輸出提高3.3倍。

事實(shí)上Clarity PHEV中，為了能在旋轉(zhuǎn)速度和扭矩的較寬區(qū)域中實(shí)現(xiàn)EV行駛，擴(kuò)大電池輸出的同時(shí)，還必須擴(kuò)展VCU的輸出。此外，僅單純地增加VCU輸出，會使得其體積增加從而PCU無法收納在引擎機(jī)室內(nèi)，所以VCU功率密度的提高至關(guān)重要。

本田采用了交錯電路和新結(jié)構(gòu)的磁耦合電感。交錯電路是用于VCU的升壓部分的一組線圈和用于其切換（兩相）的一個(gè)元件，使其反相并且交替地使用它們。由于可以在兩相之間消除電流的波動，因此可以減少熱量產(chǎn)生，減小電容器的尺寸，或者可以在不改變熱量產(chǎn)生的情況下將VCU轉(zhuǎn)換為更高的輸出。在Clarity PHEV中實(shí)現(xiàn)更高的輸出。磁耦合電感器試圖將這種交錯電路的兩個(gè)線圈磁耦合到具有相反極性的同一磁芯，消除磁通量的波動并使磁芯小型化。最終實(shí)現(xiàn)了VCU的小型化。

本田甚至在燃料電池汽車（FCV）“Clarity FCV”中，VCU也同樣采用了交錯電路和磁耦合電感。將兩對線圈以相反極性纏繞它們而磁耦合到方框的核心內(nèi)。但是，采用這種方式，雖然可以減少穿透磁芯的磁通量，但不能減少漏磁通。所以難以將PCU的其他部件（例如三相AC電流傳感器和DC電流傳感器）彼此靠近地布置，以便不會由于漏磁通而導(dǎo)致傳感器發(fā)生故障。

在Clarity PHEV中，為了減少漏磁通，磁芯分為兩個(gè)T形和兩個(gè)U形（圖5）。它們被排列成橫向放置的“日”字形狀，并且變更成每相的線圈被分成兩半進(jìn)行卷繞的方式。由此在減弱穿過兩相之間的磁芯內(nèi)部的磁通量的波動的同時(shí)，減小了漏磁通。每個(gè)電流傳感器都可以靠近VCU，使得VCU實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，還有助于PCU功率密度的進(jìn)一步提高（圖6）。

圖5 VCU的磁耦合電感

（a）Clarity FCV中采用的傳統(tǒng)構(gòu)造（左）與Clarity PHEV（右）所采用的新結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)中通過改變核芯形狀，各相線圈分開2份卷繞等，實(shí)現(xiàn)了漏磁通的降低（圖中省略了第2相）。（b）采用新結(jié)構(gòu)的Clarity PHEV中使用的磁耦合電感器。

圖6將傳感器配置在VCU附近

新結(jié)構(gòu)中通過使用磁耦合電感器實(shí)現(xiàn)了漏磁通的減小，使得可以在VCU外圍更靠近地布置傳感器。

在EVS31的主題演講中，豐田動力總成公司執(zhí)行董事安部靜生先生表示“作為電動汽車普及的要求之一，我們認(rèn)為充電自動化非常重要，所以豐田正在全力研究開發(fā)非接觸式充電技術(shù)?！蓖瑫r(shí)如上所述，豐田在本次EVS 31展會上還展出了非接觸式充電技術(shù)（圖7）。

圖7豐田展出的非接觸式充電技術(shù)

（a）采用使用圓形線圈的磁場共振方式。（b）路面?zhèn)炔捎?次線圈和電力轉(zhuǎn)換裝置（功率改善回路（PFC）和逆變器），車輛冊采用2次線圈和車載單元（AC-DC轉(zhuǎn)換器和靜噪濾波器）等。

豐田目前研發(fā)的技術(shù)混合了自動停車與非接觸式充電技術(shù)。根據(jù)豐田公司針對其PHEV / EV用戶的調(diào)查顯示，對于使用電纜充電存在憂慮的用戶達(dá)到了40%，存在“電纜容易臟”“收納麻煩”等觀點(diǎn)。如果使用豐田的自動停車和非接觸充電技術(shù)，車輛可以自動移動到非接觸式可充電停車區(qū)，自動進(jìn)行充電。

豐田的非接觸式充電技術(shù)是采用圓形線圈的磁場共振方式。通過道路側(cè)的電力轉(zhuǎn)換器，將200V的50~60Hz的商用交流（AC）電源轉(zhuǎn)換成85kHz的交流電源，然后通過路面?zhèn)鹊?次線圈以產(chǎn)生85kHz的交變磁場。將該磁場通過配置在車輛底部的2次線圈重新轉(zhuǎn)換成85kHz的交流電源，然后通過車載單元轉(zhuǎn)換成直流（DC）進(jìn)行充電。車載單元由AC-DC轉(zhuǎn)換器和靜噪濾波器組成。目前，車輛如果在1次線圈和2次線圈的中心對齊的情況下停放，則該技術(shù)的供電效率可達(dá)到85％以上。但是，如果偏移較大，效率會下降到約80％。所謂的磁場共振方式是電磁感應(yīng)（IH）類型的改進(jìn)版本，通過在1次線圈和2次線圈之間進(jìn)行諧振，使得兩個(gè)線圈之間的距離可以比IH方式更為寬泛。

根據(jù)豐田研發(fā)人員的說法，目前面向商業(yè)化應(yīng)用還存在的問題包括：（1）需要保證非接觸充電設(shè)備的兼容性，（2）需要檢測兩個(gè)線圈之間是否有金屬異物進(jìn)入，（3）需要檢測兩個(gè)線圈之間是否有人/動物侵入，（4）用于兩個(gè)線圈對準(zhǔn)的傳感器等。這些將有待進(jìn)一步的開發(fā)解決。

此外關(guān)于兼容性的安全性，則需要等待非接觸式充電的標(biāo)準(zhǔn)化。據(jù)豐田相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前關(guān)于非接觸充電標(biāo)準(zhǔn)化，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC），汽車工程師美國協(xié)會（SAE），在中國的推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)（GB / T）等正在推進(jìn)檢討。例如IEC的TC69/WG7中，IEC61980（Electric vehicle wireless power transfer （WPT） systems）的檢討就正在進(jìn)行中。

除了豐田公司，在EVS 31，非汽車制造商也展示了非接觸式充電技術(shù)。其中一個(gè)是Daihen。該公司展出了一種用于特定超小型移動裝置的非接觸式充電系統(tǒng)（圖8）。在停車區(qū)域內(nèi)，繪制了使輪胎的橫向位置與布置有非接觸充電的1次線圈的停放區(qū)域?qū)R的線，并且利用輪胎止動器調(diào)節(jié)前后方向。駕駛員通過觀察后視鏡調(diào)整橫向位置，使得輪胎停在預(yù)定線上。由此對準(zhǔn)路面?zhèn)群蛙囕v側(cè)的兩個(gè)線圈的位置。非接觸充電方法是使用與豐田相同的圓形線圈的磁場共振方式，電源供給效率為92％。

圖8用于DAIHEN超小型移動工具的非接觸式充電系統(tǒng)

調(diào)整橫向位置以使輪胎騎在預(yù)定線上，并使車輛前進(jìn)到輪胎制動器位置。

技術(shù)智庫Technova公司介紹了即使在駕駛時(shí)也能進(jìn)行非接觸式充電的技術(shù)。該公司采用磁場共振方式，在1次線圈側(cè)使用螺線管型線圈。其特征在于，螺線管的核芯不是條形而是H形，并且串聯(lián)布置兩個(gè)（圖9）。由于垂直方向上的磁通量從1次線圈的中心出來，所以2次線圈無論螺線管型或圓形都可以使用（圖10）。

圖9：Technova公司的非接觸式充電的1次線圈，使用螺線管型線圈。

圖10：1次和2次線圈之間的磁通量流量，根據(jù)線圈類型而變化。

1次線圈向下，2次線圈在上面。1次線圈是從左開始依次是一般螺線管型線圈，圓形線圈，Technova的螺線管型線圈。不同于一般的螺線管線圈，在其中H形串聯(lián)布置的Technova的螺線管型線圈中，由于垂直方向上的磁通量也從線圈的中心出來，所以可以在2次線圈側(cè)使用圓形線圈。

在行駛過程中的非接觸充電，需要將多個(gè)這樣的1次線圈以規(guī)則的間隔布置在車道上。2017年6月，Technova公司與埼玉大學(xué)合作進(jìn)行了示范實(shí)驗(yàn)，并確認(rèn)可以進(jìn)行非接觸式充電。然而，產(chǎn)生了即使在1次線圈不存在的車輛通過時(shí)磁通也會繼續(xù)出現(xiàn)的問題。對此該公司開發(fā)了一種新技術(shù)，通過傳感器檢測車輛是否帶有1次線圈，并判斷切換是否將電流流向1次線圈的技術(shù)。在本次EVS31上該公司展示了這一模型。

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