2020全球汽车产业峰会 | 丰田汽车研发中心坂井光人：丰田公司混动化技术路线

10月28-29日，由嘉定政府支持，国家特邀专家汽车集团和加斯帕汽车共同主办的第十二届全球汽车产业峰会暨2020年第八届汽车与环境创新论坛隆重举行。本次论坛以“思辨与创新”为主题，邀请100位权威嘉宾，共同探讨新形势、新格局、常态化疫情防控下中国汽车产业有序发展的思路和举措。会议期间，丰田R&D中心(中国)有限公司北京创新中心主任酒井裕仁发表了题为“丰田混合动力技术路线”的主题演讲。

以下为演讲实录:

徐老师，非常感谢你的介绍。各位专家老师好！我是丰田R&D中心的酒井裕之，很高兴能在今天的论坛上发表演讲。今天我就给各位老师介绍一下丰田的混动技术路线。

这就是我今天要讲的。首先是汽车行业面临的环境变化，然后是丰田混动系统的改进和未来的拓展，然后是下一代发动机技术的发展，最后做一个简单的总结。

首先，汽车行业面临的环境变化以及丰田未来应对的一些思路。20世纪以来，全球交通的发展给社会带来了巨大的好处，但也给我们带来了许多亟待解决的全球性社会问题。所以我觉得大家都很清楚，汽车行业也面临着能源安全，二氧化碳排放导致的全球变暖，臭氧和氮氧化物导致的空气污染。

2015年，丰田公司提出了环境挑战2050计划，其目标是实现人、车、自然和谐共生的社会。环境挑战有六项，其中减少新车二氧化碳排放的挑战是到2050年新车碳排放量比2010年减少90%。如果要减少车辆行驶时的二氧化碳排放量，电动汽车的普及是必不可少的。2017年，丰田提出2030年新车销量450万辆，纯电动和FCV汽车达到100万辆，也就是说当年电动车销量要达到550万辆。但随着后来环境和政策的一些变化，丰田也提出提前五年实现这一目标。

刚才提到了电动汽车的普及，丰田在电机、电池、控制器的混合动力技术开发方面积累了丰富的经验，未来这些混合动力开发的经验可以推广到插电式混合动力、BEV和FCEV。在混动的基础上，增加充电功能可以变成插电式混动，插电式混动的基础上去掉发动机可以变成BEV，增加燃料电池堆和氢气瓶可以变成FCV if。我们开发混合动力作为核心技术，可以实现对未来能源和动力总成多样化的灵活快速反应。

丰田从1997年开始销售混合动力汽车，到今年已经在全球销售了1600万辆，累计二氧化碳减排达到1.2亿吨。这张图是从全生命周期二氧化碳评估的角度来看不同动力总成的二氧化碳减排效果。灰柱代表车辆使用过程中的碳排放量，BEV为0，PHEV也相对较低，可见其优越性。

蓝柱代表燃料生产过程中的碳排放量，根据丰田内部的一些数据计算得出。可以看出，BEV和PHEV未来在这方面有很大的减排潜力。

黄柱代表汽车生产和报废过程中的碳排放。当这三列加在一起时，可以看出BEV和PHEV仍然比hybrid有优势。但是，如果混合动力发动机的热效率提高到50%，并掺混一部分可再生生物质燃料，下一代混合动力发动机在整个生命周期内可以实现比BEV和PHEV更低的碳排放。所以从整个生命周期的碳排放来看，我们认为混合动力技术还是一个非常有前景的技术。

接下来给大家介绍一下丰田核心技术的混动系统的改进。目前丰田的混动系统已经到了第四代，从第二代开始引入中国。与第二代相比，第四代增加了可调电压升压系统，通过该系统可以灵活调节系统电压，实现了电机和电池系统的小型化、高效率和低成本。增加了这套增压系统的基本结构，是目前丰田混合动力系统的核心结构。公司内部名字叫THS2。

对于电池、电机、控制器等电器部件，通过这四代的演变，已经有了很多改进。首先是电池，我们最开始用的，现在都在用一些锂离子电池。电池组体积比第一代降低了70%左右，输入输出功率也比第一代高很多。

自从它被投放市场超过……20年来，马达一直在改进。通过改变磁铁和绕组方式，电机的体积比原始一代缩小了近60%，稀土的使用量也减少了约96%。控制器的体积大约是第一代的一半，因此功率密度增加了一倍，内部电子元件的性能也有所提高。因此，通过这些改进已经实现了小型化、损耗减少和成本降低。

刚才给大家介绍的是作为丰田环保车核心技术的混动系统技术。为了加快电动汽车的普及，19年丰田公司提出免费开放与电机、电池、控制系统相关的混合动力技术专利，包括在中国，全球约有23000项专利可以免费开放。

接下来给大家介绍一下丰田的混动系统的拓展。从2016年开始，我们推出了第四代混合动力系统，称为小容量和中容量。这一次，我们将向您介绍大容量混合动力系统。第四代混合系统采用通用的设计方法，其结果是整个系统可以在更短的时间和更低的成本下开发。这是面向全球市场推出第四代混合动力系统的时间节点。16年普锐斯1.8L首发，17年凯美瑞2.5L。接下来要为大家详细介绍的RAV4电动四驱混动，雷克萨斯UX2.0L，以及汉兰达2.5L电动四驱混动和RAV4插电式混动系统，都可以通过快速的开发快速投放到全球市场。

这是第四代大容量混合动力系统，通过各部件的技术改进，性能得到了提升。

首先，混合动力驱动桥。通过减小电机的尺寸，其功率从123 kW提高到134 kW，输出功率密度提高了25%。同时，通过使用高速电机，其输出轴扭矩比老款提高了10%左右。同时，整个系统的总长度缩短了9%，重量减轻了6%，机械效率提高了25%，因此也为油耗的降低做出了贡献。

这是一个新设计的电池组。这个电池组安装在第二排座椅下方，同时由原来的三段式结构变成了一体式，所以整车布局没有变化。由于冷却风扇的数量从三个减少到两个，总重量减少了12%。同时对电池芯进行了一些改进，提高了电池的散热性能和输入输出能力。

这是在其他部分做的一些工作。发动机采用TNGA2.5L发动机，但最高转速提高到6000转。控制器也与RAV4混动，重量减轻21%，电损耗降低15%。同时后轮轴与RAV4相同，最大扭矩提升30%，后轮轴扭矩分配可达80%。由于汉兰达的混动系统之前没有进口到国内，所以我们对北美市场第三代汉兰达的混动系统和第四代的混动系统做了一个参数对比。虽然由于发动机排量的降低，发动机的输出功率有所降低，但由于采用了新的电机，输出端的扭矩实际上比老款增加了18%。

这是RAV4的插电式混动系统，同样采用大容量混动系统。RAV4房融的插电式混合动力车基于混合动力版本。新开发的大容量锂离子电池安装在车身下部。同时提高前置电机和控制器的输出功率，通过电机提高驱动能力。结合发动机和强化电机，系统最大输出功率达到225 kW。到目前为止，这应该是丰田最厉害的SUV了。

这是起步加速性能和超车加速性能。越往左下角，加速性能越好。可以看到RAV4的插电版比2.0T机械增压发动机的车型要好。

这是和混动版的起步加减速特性的对比。可以看出插电混动版在这两个asp上提升了不少……ts与混动版对比。同时我们也对油门踏板的操作做了一些调整，结合运动模式，可以体验到非常愉悦的驾驶体验。

这是插电式混合动力版RAV4房融的一些参数对比。这里需要强调的是，表中的WLTC工况与国内略有不同，没有最终超高速段。系统最大功率提升至225 kW后，驾驶性能大幅提升，混动模式的油耗表现也提升了10%，两方面都取得了非常不错的成绩。

接下来，我们来介绍一下发动机的发展。这是丰田过去为提高发动机热效率所做的工作，也是未来发展的方向。目前TNGA发动机的最大热效率是41%，我们认为在不久的将来可能需要达到50%，所以要达到这个目标还有很多工作要做。

这是我们为提高热效率所做的一些开发工作。在提高热效率方面，增压稀薄燃烧和增压EGR是非常重要的技术，应该有潜力达到45%以上的热效率。右图显示了有效热效率和NOx排放之间的关系。我们都知道，在稀燃条件下，NOx是个大问题。左图是丰田对NOx和空气过剩系数的研究。对比右图我们可以看到绿点，它的NOx排放量比左图减少了1/30左右。此时空气过剩系数为2.5。随着排放法规的日益严格，NOx排放不断降低，丰田一直在不断开发扩大稀燃极限。

这是丰田在燃油改装方面做的一些工作。这是与日本能源公司JXTG的联合研究项目。通过在燃料中加入一些含氧燃料比如乙醇或者呋喃，看看能达到什么效果。该图具体显示了通过改变燃料成分来扩大稀燃极限和提高热效率的效果。随着燃料成分的变化，稀燃极限不断扩大，热效率也在提高，特别是对于含有呋喃的燃料，可以大大缩短燃烧周期，在λ=1.8的条件下可以实现稳定燃烧。

我们也做过硝基甲烷的实验，硝基甲烷有非常好的促燃效果。其稀燃极限可以进一步提高，但由于添加剂中含有氮，会生成NOx，所以排放恶化是与热效率提高相反的效果。丰田将继续与能源公司一起研究下一代燃料，结合后处理技术的提高和整体改善，力争实现接近零排放。

刚才其他发言人也提到，二氧化碳减排是下一步全世界面临的共同问题。面对这个问题，丰田觉得除了发动机技术，从燃烧科学的角度来看，石油炼制过程中的二氧化碳减排也有很大的潜力，所以对燃料技术的研究也很重要。丰田下一步将继续开发发动机技术和燃油技术。

最后做一个简单的总结，为了实现碳中和，接近零排放的社会，需要结合燃料制造，基础设施建设和下一代动力总成的开发。全方位的技术开发是所有公司的下一个挑战。

作为丰田公司，还是希望继续发挥混合动力技术作为核心技术，进一步提升各方面性能，结合其他周边技术，达到最好的效果。同时，我们相信不仅丰田会继续发展，其他公司也应该继续做这项工作。因此，为了实现可持续发展的社会，为了用户的笑脸，我们希望与您共同努力，取得更好的节能减排效果。

非常感谢

敬请关注“2020第十二届全球汽车产业峰会暨第八届汽车与环境创新论坛”直播专题！https://auto.gasgoo.com/NewsTopic/281.html 10月28-29日，由嘉定政府支持，国家特邀专家汽车集团和加斯帕汽车共同主办的第十二届全球汽车产业峰会暨2020年第八届汽车与环境创新论坛隆重举行。本次论坛以“思辨与创新”为主题，邀请100位权威嘉宾，共同探讨新形势、新格局、常态化疫情防控下中国汽车产业有序发展的思路和举措。会议期间，丰田R&D中心(中国)有限公司北京创新中心主任酒井裕仁发表了题为“丰田混合动力技术路线”的主题演讲。

以下为演讲实录:

徐老师，非常感谢你的介绍。各位专家老师好！我是丰田R&D中心的酒井裕之，很高兴能在今天的论坛上发表演讲。今天我就给各位老师介绍一下丰田的混动技术路线。

这就是我今天要讲的。首先是汽车行业面临的环境变化，然后是丰田混动系统的改进和未来的拓展，然后是下一代发动机技术的发展，最后做一个简单的总结。

首先，汽车行业面临的环境变化以及丰田未来应对的一些思路。20世纪以来，全球交通的发展给社会带来了巨大的好处，但也给我们带来了许多亟待解决的全球性社会问题。所以我觉得大家都很清楚，汽车行业也面临着能源安全，二氧化碳排放导致的全球变暖，臭氧和氮氧化物导致的空气污染。

2015年，丰田公司提出了环境挑战2050计划，其目标是实现人、车、自然和谐共生的社会。环境挑战有六项，其中减少新车二氧化碳排放的挑战是到2050年新车碳排放量比2010年减少90%。如果要减少车辆行驶时的二氧化碳排放量，电动汽车的普及是必不可少的。2017年，丰田提出2030年新车销量450万辆，纯电动和FCV汽车达到100万辆，也就是说当年电动车销量要达到550万辆。但随着后来环境和政策的一些变化，丰田也提出提前五年实现这一目标。

刚才提到了电动汽车的普及，丰田在电机、电池、控制器的混合动力技术开发方面积累了丰富的经验，未来这些混合动力开发的经验可以推广到插电式混合动力、BEV和FCEV。在混动的基础上，增加充电功能可以变成插电式混动，插电式混动的基础上去掉发动机可以变成BEV，增加燃料电池堆和氢气瓶可以变成FCV if。我们开发混合动力作为核心技术，可以实现对未来能源和动力总成多样化的灵活快速反应。

丰田从1997年开始销售混合动力汽车，到今年已经在全球销售了1600万辆，累计二氧化碳减排达到1.2亿吨。这张图是从全生命周期二氧化碳评估的角度来看不同动力总成的二氧化碳减排效果。灰柱代表车辆使用过程中的碳排放量，BEV为0，PHEV也相对较低，可见其优越性。

蓝柱代表燃料生产过程中的碳排放量，根据丰田内部的一些数据计算得出。可以看出，BEV和PHEV未来在这方面有很大的减排潜力。

黄柱代表汽车生产和报废过程中的碳排放。当这三列加在一起时，可以看出BEV和PHEV仍然比hybrid有优势。但是，如果混合动力发动机的热效率提高到50%，并掺混一部分可再生生物质燃料，下一代混合动力发动机在整个生命周期内可以实现比BEV和PHEV更低的碳排放。所以从整个生命周期的碳排放来看，我们认为混合动力技术还是一个非常有前景的技术。

接下来给大家介绍一下丰田核心技术的混动系统的改进。目前丰田的混动系统已经到了第四代，从第二代开始引入中国。与第二代相比，第四代增加了可调电压升压系统，通过该系统可以灵活调节系统电压，实现了电机和电池系统的小型化、高效率和低成本。增加了这套增压系统的基本结构，是目前丰田混合动力系统的核心结构。公司内部名字叫THS2。

对于电池、电机、控制器等电器部件，通过这四代的演变，已经有了很多改进。首先是电池，我们最开始用的，现在都在用一些锂离子电池。电池组体积比第一代降低了70%左右，输入输出功率也比第一代高很多。

自从它被投放市场超过……20年来，马达一直在改进。通过改变磁铁和绕组方式，电机的体积比原始一代缩小了近60%，稀土的使用量也减少了约96%。控制器的体积大约是第一代的一半，因此功率密度增加了一倍，内部电子元件的性能也有所提高。因此，通过这些改进已经实现了小型化、损耗减少和成本降低。

刚才给大家介绍的是作为丰田环保车核心技术的混动系统技术。为了加快电动汽车的普及，19年丰田公司提出免费开放与电机、电池、控制系统相关的混合动力技术专利，包括在中国，全球约有23000项专利可以免费开放。

接下来给大家介绍一下丰田的混动系统的拓展。从2016年开始，我们推出了第四代混合动力系统，称为小容量和中容量。这一次，我们将向您介绍大容量混合动力系统。第四代混合系统采用通用的设计方法，其结果是整个系统可以在更短的时间和更低的成本下开发。这是面向全球市场推出第四代混合动力系统的时间节点。16年普锐斯1.8L首发，17年凯美瑞2.5L。接下来要为大家详细介绍的RAV4电动四驱混动，雷克萨斯UX2.0L，以及汉兰达2.5L电动四驱混动和RAV4插电式混动系统，都可以通过快速的开发快速投放到全球市场。

这是第四代大容量混合动力系统，通过各部件的技术改进，性能得到了提升。

首先，混合动力驱动桥。通过减小电机的尺寸，其功率从123 kW提高到134 kW，输出功率密度提高了25%。同时，通过使用高速电机，其输出轴扭矩比老款提高了10%左右。同时，整个系统的总长度缩短了9%，重量减轻了6%，机械效率提高了25%，因此也为油耗的降低做出了贡献。

这是一个新设计的电池组。这个电池组安装在第二排座椅下方，同时由原来的三段式结构变成了一体式，所以整车布局没有变化。由于冷却风扇的数量从三个减少到两个，总重量减少了12%。同时对电池芯进行了一些改进，提高了电池的散热性能和输入输出能力。

这是在其他部分做的一些工作。发动机采用TNGA2.5L发动机，但最高转速提高到6000转。控制器也与RAV4混动，重量减轻21%，电损耗降低15%。同时后轮轴与RAV4相同，最大扭矩提升30%，后轮轴扭矩分配可达80%。由于汉兰达的混动系统之前没有进口到国内，所以我们对北美市场第三代汉兰达的混动系统和第四代的混动系统做了一个参数对比。虽然由于发动机排量的降低，发动机的输出功率有所降低，但由于采用了新的电机，输出端的扭矩实际上比老款增加了18%。

这是RAV4的插电式混动系统，同样采用大容量混动系统。RAV4房融的插电式混合动力车基于混合动力版本。新开发的大容量锂离子电池安装在车身下部。同时提高前置电机和控制器的输出功率，通过电机提高驱动能力。结合发动机和强化电机，系统最大输出功率达到225 kW。到目前为止，这应该是丰田最厉害的SUV了。

这是起步加速性能和超车加速性能。越往左下角，加速性能越好。可以看到RAV4的插电版比2.0T机械增压发动机的车型要好。

这是和混动版的起步加减速特性的对比。可以看出插电混动版在这两个asp上提升了不少……ts与混动版对比。同时我们也对油门踏板的操作做了一些调整，结合运动模式，可以体验到非常愉悦的驾驶体验。

这是插电式混合动力版RAV4房融的一些参数对比。这里需要强调的是，表中的WLTC工况与国内略有不同，没有最终超高速段。系统最大功率提升至225 kW后，驾驶性能大幅提升，混动模式的油耗表现也提升了10%，两方面都取得了非常不错的成绩。

接下来，我们来介绍一下发动机的发展。这是丰田过去提高发动机热效率的做法，也是未来发展的方向。目前TNGA发动机的最大热效率是41%，我们认为在不久的将来可能需要达到50%，所以要达到这个目标还有很多工作要做。

这是我们为提高热效率所做的一些开发工作。在提高热效率方面，增压稀薄燃烧和增压EGR是非常重要的技术，应该有潜力达到45%以上的热效率。右图显示了有效热效率和NOx排放之间的关系。我们都知道，在稀燃条件下，NOx是个大问题。左图是丰田对NOx和空气过剩系数的研究。对比右图我们可以看到绿点，它的NOx排放量比左图减少了1/30左右。此时空气过剩系数为2.5。随着排放法规的日益严格，NOx排放不断降低，丰田一直在不断开发扩大稀燃极限。

这是丰田在燃油改装方面做的一些工作。这是与日本能源公司JXTG的联合研究项目。通过在燃料中加入一些含氧燃料比如乙醇或者呋喃，看看能达到什么效果。该图具体显示了通过改变燃料成分来扩大稀燃极限和提高热效率的效果。随着燃料成分的变化，稀燃极限不断扩大，热效率也在提高，特别是对于含有呋喃的燃料，可以大大缩短燃烧周期，在λ=1.8的条件下可以实现稳定燃烧。

我们也做过硝基甲烷的实验，硝基甲烷有非常好的促燃效果。其稀燃极限可以进一步提高，但由于添加剂中含有氮，会生成NOx，所以排放的恶化是与热效率提高相反的效果。丰田将继续与能源公司一起研究下一代燃料，结合后处理技术的提高和整体改善，力争实现接近零排放。

刚才其他发言人也提到，二氧化碳减排是下一步全世界面临的共同问题。面对这个问题，丰田觉得除了发动机技术，从燃烧科学的角度来看，石油炼制过程中的二氧化碳减排也有很大的潜力，所以对燃料技术的研究也很重要。丰田下一步将继续开发发动机技术和燃油技术。

最后做一个简单的总结，为了实现碳中和，接近零排放的社会，需要结合燃料制造，基础设施建设和下一代动力总成的开发。全方位的技术开发是所有公司的下一个挑战。

作为丰田公司，还是希望继续发挥混合动力技术作为核心技术，进一步提升各方面性能，结合其他周边技术，达到最好的效果。同时，我们相信不仅丰田会继续发展，其他公司也应该继续做这项工作。因此，为了实现可持续发展的社会，为了用户的笑脸，我们希望与您共同努力，取得更好的节能减排效果。

非常感谢

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标签：丰田RAV4荣放汉兰达汉北京

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