斯巴魯首款PHEV配備了基于豐田“THSII”開發的插電式混合動力混合動力系統（如圖）。通過動力分配機構可以實現3種驅動方式的切換：（1）發動機運行，（2）電機運行[EV行駛]，（3）發動機和電機混合運行。斯巴魯繼承了THSII的概念，一些關鍵零部件采用了THSII完全相同或同等的供應，同時它與豐田合作完成軟件開發。

該PHEV系統構成中，包括了帶內置電機（MG）的變速箱，電源控制單元（PCU：逆變器，升壓轉換器，DC-DC轉換器），鋰離子電池，車載充電器，充電插座 （圖1）。其中，雙電機MG內置變速箱是該系統的關鍵（圖2），由圖2所示眾多部件構成。

圖1插電式混合動力系統的配置

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

圖2 MG內置變速器的剖面模型

左邊是前輪側，右邊是后輪側。（1）一減速齒輪機構，（2）MG1，（3）用于功率分配的行星齒輪機構，（4）二次減速齒輪機構，（5）動力分配齒輪機構（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）前輪側差速器等。

在兩個MG中，MG 1兼做啟停電機與用于發電的交流電機。MG2是驅動電機，兼具減速/剎車時的能量回收功能。與最新的THSII不同，行星齒輪機構同樣有兩個，一個用于動力分配，另一個用于減速。用于動力分配的行星齒輪機構用于在如上所述的三種類型的驅動方式之間切換，或使用發動機運行時的換檔，或在發動機起動，發電和能量回收之間切換時使用。而另一個用于減速的行星齒輪機構主要負責將從MG2的輸出減速，或加速輸入到MG2 注1）。

注1）豐田在THSII 1代發電系統中也采用行星齒輪機構減速MG2。但在最新的THSII中，MG2的減速機構通過正齒輪改變機構實現了薄型化。

而最易于發現它是基于THS II系統的部分，是行星齒輪機構的動力分配（太陽輪，行星架，齒圈）和發動機，MG1，MG2的連接關系。在MG內置的變速箱內，MG1的軸連接到太陽齒輪，發動機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，但這種連接關系是共同的。而基于THSII系統采用動力分配機構進行驅動模式切換的點從上述機構中體現出來。

與THSII變速驅動橋非常不同的是，它設計為在垂直發動機和4WD的前提下結合動力分配齒輪機構和前輪側差速器，此外，齒輪機構為斯巴魯獨立設計，則是另一個不同點。

據斯巴魯的說法，該混動系統采用豐田供應的零部件包括兩款MG，電池模塊，PCU，汽車充電器等。其中兩個MG和電池模塊采用THSII同樣供給，MG的磁化在斯巴魯進行。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。

另一方面，如上所述，斯巴魯自行設計的部分包括前面提到的MG內置變速箱的齒輪機構設計，以及縱置引擎前提的4WD設計。與豐田的THSII系列直列四缸發動機不同，水平對置4缸發動機是垂直放置的，由于必須實現4WD化，所以在前輪側加入了差速器?？v置的場合，比發動機橫置在車輛前后方向上會變長。

據斯巴魯介紹，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，所以總長度的縮減必不可少。

因此，斯巴魯的想法是將MG1布置成使得MG1的軸線位于比發動機的曲軸高的位置。當放置在與曲軸相同的高度時，前輪側差速器和MG1彼此干涉，但是通過升高MG1的位置，可以避免并且不必將其移動到后側。該公司使用初級減速齒輪機構增高MG1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技術。本田展出了其插混車型“Clarity PHEV”的智能動力單元（IPU）和PCU，并介紹了應用于它們的新技術（圖3）。本田該款PHEV車型已于2018年7月在日本發布，同時在2017年12月已在北美提前發售。

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（BMS），接線板（用于耦合，分支和中繼電線的板），DC-DC轉換器，冷卻電路等組成的電源單元，通常被稱為電池Pack，通過在冷卻系統中采用了流路切換式冷卻系統，能使電池耐久性提高約10~15%，是這一系統的特點注3）。

注3）與不轉換流路的冷卻水簡單循環系統相比，電池耐久性提高10％~15％。

據本田研究人員介紹，Lib電池當溫度較高時，耐久性會降低，但溫度太低時，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了上述流量切換式水冷系統，使用專用于電池組的散熱器冷卻水，并在運行和充電之間切換水循環的流路。具體而言，行駛期間采用“散熱器→電池→（分流）→DC-DC轉換器或充電器→（合流）→散熱器”流路，而充電時則切換成“散熱器→旁通流路→（分流）→DC-DC轉換器或充電器→（合流）→散熱器“的流路模式（圖4）。核心點是在充電時，冷卻水流動是繞過電池的。

圖4 Clarity PHEV IPU水冷系統

（a）冷卻系統構成。（b）冷卻水的循環路徑。當電池產生的熱量較少且充電器產生的熱量超過電池熱量時，循環冷卻水通過三通閥繞過電池。通過這樣設計，避免了電池受到由于充電器的發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驅動系統單元，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的新結構磁耦合電感，以實現VCU的高功率化以及輸出功率密度的提高。據本田描述，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，連續輸出提高3.3倍。

事實上Clarity PHEV中，為了能在旋轉速度和扭矩的較寬區域中實現EV行駛，擴大電池輸出的同時，還必須擴展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無法收納在引擎機室內，所以VCU功率密度的提高至關重要。

本田采用了交錯電路和新結構的磁耦合電感。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生，減小電容器的尺寸，或者可以在不改變熱量產生的情況下將VCU轉換為更高的輸出。在Clarity PHEV中實現更高的輸出。磁耦合電感器試圖將這種交錯電路的兩個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。最終實現了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。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致傳感器發生故障。

在Clarity PHEV中，為了減少漏磁通，磁芯分為兩個T形和兩個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行卷繞的方式。由此在減弱穿過兩相之間的磁芯內部的磁通量的波動的同時，減小了漏磁通。每個電流傳感器都可以靠近VCU，使得VCU實現小型化的同時，還有助于PCU功率密度的進一步提高（圖6）。

圖5 VCU的磁耦合電感

（a）Clarity FCV中采用的傳統構造（左）與Clarity PHEV（右）所采用的新結構。新結構中通過改變核芯形狀，各相線圈分開2份卷繞等，實現了漏磁通的降低（圖中省略了第2相）。（b）采用新結構的Clarity PHEV中使用的磁耦合電感器。

圖6將傳感器配置在VCU附近

新結構中通過使用磁耦合電感器實現了漏磁通的減小，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，我們認為充電自動化非常重要，所以豐田正在全力研究開發非接觸式充電技術?！蓖瑫r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（圖7）。

圖7豐田展出的非接觸式充電技術

（a）采用使用圓形線圈的磁場共振方式。（b）路面側采用1次線圈和電力轉換裝置（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轉換器和靜噪濾波器）等。

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

豐田的非接觸式充電技術是采用圓形線圈的磁場共振方式。通過道路側的電力轉換器，將200V的50~60Hz的商用交流（AC）電源轉換成85kHz的交流電源，然后通過路面側的1次線圈以產生85kHz的交變磁場。將該磁場通過配置在車輛底部的2次線圈重新轉換成85kHz的交流電源，然后通過車載單元轉換成直流（DC）進行充電。車載單元由AC-DC轉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，則該技術的供電效率可達到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（IH）類型的改進版本，通過在1次線圈和2次線圈之間進行諧振，使得兩個線圈之間的距離可以比IH方式更為寬泛。

根據豐田研發人員的說法，目前面向商業化應用還存在的問題包括：（1）需要保證非接觸充電設備的兼容性，（2）需要檢測兩個線圈之間是否有金屬異物進入，（3）需要檢測兩個線圈之間是否有人/動物侵入，（4）用于兩個線圈對準的傳感器等。這些將有待進一步的開發解決。

此外關于兼容性的安全性，則需要等待非接觸式充電的標準化。據豐田相關負責人介紹，目前關于非接觸充電標準化，國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC），汽車工程師美國協會（SAE），在中國的推薦性國家標準（GB / T）等正在推進檢討。例如IEC的TC69/WG7中，IEC61980（Electric vehicle wireless power transfer （WPT） systems）的檢討就正在進行中。

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。其中一個是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（圖8）。在停車區域內，繪制了使輪胎的橫向位置與布置有非接觸充電的1次線圈的停放區域對齊的線，并且利用輪胎止動器調節前后方向。駕駛員通過觀察后視鏡調整橫向位置，使得輪胎停在預定線上。由此對準路面側和車輛側的兩個線圈的位置。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

調整橫向位置以使輪胎騎在預定線上，并使車輛前進到輪胎制動器位置。

技術智庫Technova公司介紹了即使在駕駛時也能進行非接觸式充電的技術。該公司采用磁場共振方式，在1次線圈側使用螺線管型線圈。其特征在于，螺線管的核芯不是條形而是H形，并且串聯布置兩個（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次線圈側使用圓形線圈。

在行駛過程中的非接觸充電，需要將多個這樣的1次線圈以規則的間隔布置在車道上。2017年6月，Technova公司與埼玉大學合作進行了示范實驗，并確認可以進行非接觸式充電。然而，產生了即使在1次線圈不存在的車輛通過時磁通也會繼續出現的問題。對此該公司開發了一種新技術，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。在本次EVS31上該公司展示了這一模型。

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