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[综合]丰田Aqua拆解(下):电池置于后座下,提高了运动性能 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2016-02-23

    via:日经技术在线

本文为丰田小型混动车“Aqua”拆解报告的第二部分,主要介绍混动系统的电池组、再生协调制动器、底盘部件和内饰部件。此次车辆拆解研究由日本埼玉县产业振兴公社的新一代汽车支援中心实施,拆解出的部件在埼玉县川口市的埼玉县产业技术振兴中心做了公开展示(图1)。Aqua面临的课题是混动系统的小型轻量化以及安装,为此,电池组做了相应的改进。

   点此链接查看Aqua拆解上篇



图1:丰田汽车“Aqua”的拆解由埼玉县产业振兴公社的新一代汽车支援中心实施。拆解地点在埼玉汽车大学内的维修厂。拆解部件公开展示于埼玉县产业技术振兴中心。

削减电池模块的数量

      Aqua之前发布的轿车和旅行车,在采用混动机构时,电池组一般配置在后座座椅(后隔板)的后方。“普锐斯”配置在后座后方的行李舱下,“凯美瑞”混动车也将行李舱的一部分改为了电池空间。MPV“Estima”和采用锂离子电池的“普锐斯α”则将电池组安装在了前方的中控台部分。虽然有这两种方法,但对于Aqua而言,选择前者很难保证行李舱的空间,后者则无足够的空间。

可行的方法是设置在后座下方(图2)。这样不仅可以使电池组对车内的干扰降到最小,保证后座脚下的空间,还能减少对行李舱容量的限制。



图2:混动系统的布局Aqua通过将重物配置在较低、靠近中心的位置,提高了运动性能。普锐斯将电池组设置在后座背后方,Aqua借助电池模块的小型化,将电池配置在了后座底下。

而且,将较重的电池组配置在车辆中心附近,与过去设置在行李舱中的方式相比,还能进一步降低设置的高度。有望通过降低车辆的重心来提高行驶的稳定性。丰田最先在Aqua中采用了这种方式,之后又运用到了与Aqua同样使用B底盘的“卡罗拉”混动车上。

       Aqua的镍氢电池组和过去一样,由丰田和松下的合资公司Primearth EV Energy制造(见下表)。



与以往相同,每个电池组模块由6个单元(1个单元的电压为1.2V)组成,电压为7.2V。容量为6.5Ah(3小时放电率)。1个模块的重量据称为1040g。

       电池组出于小型化的考虑,与使用相同模块的第3代普锐斯相比,减少了模块的数量。普锐斯为28个模块,Aqua为20个模块。因此,总电压为144V,总功率容量为0.94kWh(图3)。



图3:镍氢电池组的比较(a)Aqua用电池组比(b)第3代普锐斯小20%、轻11kg。Aqua为6单元×20模块,普锐斯为6单元×28模块。1个模块的电压为7.2V,容量为6.5Ah。电池组的功率容量为0.94kWh。

       整个电池组的尺寸大约为宽300×长600×高100mm,比第3代普锐斯缩小了约20%,重量减轻了11kg。

       除了电池组的变化以外,防止电池组升温的冷却部件也调整了布局。以车辆的进行方向为基准,电池模块的左侧配置冷却风扇(丰田内部制造),采用了高效率、低噪声的复叶扇。座椅下面的外壳上设置进风口,在确保冷却风量的同时,降低了冷却风的温度。

在冷却扇的作用下,从电池组左下端吸入的冷却风会沿左下端到右上端的方向,在模块之间流动,流向右侧的排气管。排气管设置在后座的右后方,减少了散热对后座的影响(图4)。



图4:电池组的内部以电池为中心,在后座右侧设置排气管,在后座左侧设置冷却风扇。风扇为丰田内部制造。

在电池关联部件中,可以看到很多熟悉的厂商。比如说,发送电池电压数据,管理镍氢电池SOC(充电状态)的电池监控单元为电装生产(图5)。



图5:电池组内的电池监控单元通过向PCU(动力控制单元)发送电压数据,管理电池的SOC(充电状态)。该单元为电装制造。右上是后座下部的断电服务插头。

       电动汽车中有通过为高压电池组合DC-DC转换器,省去12V蓄电池的做法,但Aqua配备了用来驱动车头灯和雨刷等辅助设备的12V蓄电池。

       有金属框架保护的电池组设置在后座的椅面下,占的宽度不大。电池组的右侧是12V蓄电池(图6)。所拆车辆的12V蓄电池为杰士汤浅制造。辅助设备用电池安装了温度传感器,负责周边的温度管理。



图6:12V蓄电池设置在电池组右侧的12V蓄电池。杰士汤浅制造。

       电池组所在的位置,是后座下面靠近车辆前方一侧的稍低部位。其后方略微隆起,安放了油箱。电池组与油箱互不干扰。另外,Aqua的油箱的容量从共用底盘的威姿的42L,减少到了36L。

ECB活用电机再生力

       Aqua彻底追求燃效,为了减轻车体的重量,提高了高张力钢板的使用率。高张力钢板的比例达白车身整体的约57%,其中侧梁、中柱等部位的超高张力钢板约占了12%(图7)。



图7:采用高张力钢板的示例高张力钢板(红)占白车身整体的约57%。拉伸强度为900MPa以上的超高张力钢板得到了侧梁、中柱等的采用,约占整体的12%。

       另外,Aqua还实施了混动车辆独有的刚性强化措施。在车体的后部,从中柱到后方的中地板部分采用全新设计。而且增加后横梁,构成了电池收纳空间。为了应对因配备驱动电池而增加的重量,通过加固车体后端、在拖拽臂安装部增加支撑等,强化了后悬挂周边的刚性。后开口部也设置加强材料,增加了焊点。


底盘方面,制动器的再生协调控制是Aqua的一个特征。丰田为再生协调制动器采用了名为“ECB(Electronically Controlled Brake)”的“电控制动”机构。该系统不是以制动踏板的踩踏量为基准成比例地产生制动油压,而是利用行程模拟器产生反作用力,最大限度活用马达的再生力进行减速(图8)。



图8:再生协调制动器踏板实现再生协调功能的ECB(Electronically Controlled Brake)机构使用的踏板。

  再生协调制动器系统的核心是两个单元。一个是集制动执行器、行程模拟器、ECU于一身的单元〔图9(a)〕。另一个是制动助力器用油压泵和蓄压器〔图9(b)〕。



图9:再生协调制动器系统(a)集制动执行器、行程模拟器、ECU于一身的单元。左侧连接制动踏板。利用行程模拟器检测制动踏板的踩踏量,使用ECU综合控制马达的再生量和制动油压。(b)向前面所说的单元输送油压的制动助力器用油压泵和蓄压器。

       前者拥有与制动踏板直接连接的操作杆和主缸(活塞)。由此控制实际施加到制动器的油压,在以马达再生为主时,尽可能不施加油压。

       后者能够利用马达产生需要的油压,在蓄压器中蓄压。二者通过配管连接,配置在发动机舱的不同位置。

管柱式电动助力转向系统(EPS)为捷太格特生产,控制EPS的ECU为电装制造(图10)。悬挂以威姿的悬挂为基础,前方采用支柱式,后方采用扭杆式。后轮为鼓式制动器,是丰田第一次将鼓式制动器应用于再生协调控制(图11)。



图10:电动助力转向系统(a)转向轴和齿条轴。管柱式EPS为捷太格特制造。齿条罩为铝合金制造。(b)ECU为电装制造,配置在仪表板内侧。



图11:扭杆式后悬挂悬挂前方为支柱式,后方为扭杆式,以“威姿”为基础。这是丰田首次为后轮的鼓式制动器采用再生协调控制。

       在发动机的周边部件方面,具有冷却发动机和逆变器的功能、由电装制造的散热器通过改进,简化了部件(图12)。1枚散热器的芯子分成两部分,上端约3/4的面积用来冷却发动机的冷却水,下端约1/4用来冷却PCU(动力控制单元)的冷却水。



图12:散热器电装制造。即可冷却发动机也可冷却PCU。

        内饰部件方面,能够显示混动系统工作状态的仪表板也是电装制造(图13)。混动车设置了只使用马达的行驶模式,在提高静音性的隔音对策上考虑得比较周到。丰田合成制造的车门饰板的内侧,配置了3处以毛毡为素材的隔音材料(图14)。而且,防止风雨进入车内的车门密封胶条为丰田合成制造,采用的类型实现了约20%的轻量化。



图13:仪表板右侧显示车速表,中央显示混动系统状态的仪表板也是电装制造。



图14:车门饰板丰田合成制造。Aqua增加了防止声音进入的隔音材料。

        Aqua与卡罗拉一样,由丰田汽车东日本生产。混动机构的主要部件均为自主制造,称得上是一款凝聚了丰田的设计和生产技术的汽车。(全文完)
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