10月28日-29日，由嘉定政府支持，国家特聘专家汽车组及盖世汽车联合主办的“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”隆重召开。此次论坛以“思辨谋局，创新落地”为主题邀请百名权威嘉宾，共同探讨中国汽车产业在新形势、新格局和常态化疫情防控下，有序发展的思路举措。会议期间，丰田汽车研发中心（中国）有限公司北京创新中心主任坂井光人发表了题为“丰田公司混动化技术路线”的主旨演讲。

以下为演讲实录：

徐老师，非常感谢您的介绍，各位专家、各位老师大家好！我是丰田汽车研发中心的坂井光人，今天非常高兴能够在论坛做一个演讲。今天我将向各位老师介绍一下丰田公司的混动化技术路线。

这是今天我要讲的内容，首先是汽车产业面临的环境变化，然后是丰田混动系统的改进，以及将来的扩展，再就是下一代发动机技术的开发，最后做一个简单的总结。

首先是汽车产业面临的环境变化，以及丰田公司将来应对方式的一些想法。进入20世纪以来全球交通的发展给社会带来巨大利好，同时也给我们带来很多需要解决的全球性的社会问题。所以我想大家应该也都比较清楚，汽车行业也面临能源安全，由于二氧化碳排放造成的全球变暖以及由于臭氧和氮氧化物导致的大气污染等问题。

丰田公司在2015年提出了环境挑战2050计划，目标就是人、车和自然实现一个和谐共生的社会，一共有6个方面的环境挑战，其中新车二氧化碳减排的挑战是到2050年新车碳排放比2010年降低90%。我们要降低车辆行驶时的二氧化碳排放的话，电动化车辆的普及是不可或缺的，丰田公司2017年提出来在2030年时销售的新车里面混动和插电混达到450万辆，纯电动和FCV达到1百万辆，也就是说电动化的车辆在当年新车销售要达到550万辆，但是随着之后的一些环境、政策变化，丰田公司又提出来要提前5年实现这个目标。

刚才提到电动化车辆的普及，丰田公司在混动技术的开发中对于电机、电池和控制器方面积累了丰富的经验，把这些混动开发的经验可以扩展应用到将来的插电混、BEV和FCEV上面去。我们在混动的基础上，如果增加充电功能的话就可以变成插电混，如果在插电混基础上把发动机去掉的话就可以变成BEV，如果把燃料电池堆和氢瓶再加上去的话就可以变成FCV。我们把混动作为核心技术进行开发，对于将来的能源的多样化以及动力总成的多元化可以达到柔性的迅速对应。

丰田公司从1997年开始销售混合动力车辆，到今年在全球范围内一共销售了1600万台，累计二氧化碳减排达到了1.2亿吨，这张图是想通过全生命周期的二氧化碳评价这个观点来看一看不同的动力总成的二氧化碳减排效果，灰色柱子表示的是车辆使用过程当中的碳排放，BEV是0，PHEV也比较低，显示出了优越性。

蓝色柱子表示的是燃料生产过程当中的碳排放，这是根据丰田公司一些内部数据自己测算的，可以看到，BEV和PHEV在这个方面将来还有很大的减排潜力。

黄色柱子表示的是车辆生产和报废过程当中的碳排放，这三块柱子加起来的话可以看到BEV、PHEV比混动还是要有优势的。但是如果混动的发动机热效率提高到50%，同时在燃料方面结合一部分可再生的生物质燃料的掺混的话，下一代的混动可以达到比BEV和PHEV更低的全生命周期的碳排放。所以如果从全生命周期的碳排放这个角度来看，我们觉得混动技术还是非常有潜力的一项技术。

下面我将向大家介绍一下丰田公司核心技术的混动系统的改进。丰田公司的混动系统目前已经到了第四代，导入国内的是从第二代开始的，第四代跟第二代相比增加了一个可以调节电压的升压系统，通过这个升压系统可以灵活地调节系统电压，实现了电机和电池系统的小型化、高效化和低成本。增加了这一套升压系统的基本架构，就是目前丰田公司混合动力系统的核心架构，公司内部叫THS2。

对于电池、电机、控制器这些电器部件，通过这4代的进化也做了很多改进工作，首先是电池，我们刚开始是用镍氢电器，现在也同时在用一部分锂离子电池，电池包的体积比一代大概减小了70%，输入输出功率也比第一代提升了很多。

上市20多年以来，电机也一直在做改进，通过对磁石以及绕组方式的变化，电机的体积也比初代减小了接近60%，同时稀土的使用量也降低了大概96%。控制器的体积也大概是第一代的一半左右，所以功率密度比以前达到了翻倍，同时对于内部电子元器件的性能也做了提高，所以通过这些改进实现了小型化，降低损失、降低成本。

刚才向大家介绍的就是作为丰田公司环保车辆核心技术的混动系统技术。出于加快电动化车辆推广的想法，在19年丰田公司提出来可以对电机、电池还有控制系统等相关混动技术专利进行无偿开放，包括中国国内，在全球范围内大概有2万3千件的专利权都可以免费开放。

接下来将向大家介绍一下丰田混合动力系统的扩展，我们从2016年开始推出第四代混动系统，内部叫小容量、中容量，这次向大家介绍的是大容量的混动系统。第四代混动系统采用了通用化的设计方法，其结果就是可以用更短的时间、更低的成本来完成整个系统的开发。这是面向全球市场第四代混动系统推出的时间节点，16年最早推出的是普锐斯的1.8L，17年是凯美瑞2.5L，18、19前后推出了RAV4的电动四驱混动，还有雷克萨斯UX2.0L，以及接下来会向大家详细介绍的汉兰达2.5L电动四驱混动以及RAV4的2.5L插电混动系统，通过快速开发可以向全球市场快速推出混动系统。

这是第四代的大容量混动系统，通过对各个部件的技术改进，提高了性能。

首先是混动用的驱动桥，通过缩小电机的体积，它的功率从123千瓦提高到了134千瓦，输出的功率密度提高了25%，同时通过采用高转速化的电机，它的输出轴扭矩比旧款大概提高了10%，同时整个系统的全长缩短了9%，重量降低了6%，实现了25%的机械效率提高，所以对于油耗的降低也做了贡献。

这是全新设计的电池包，这个电池包安装在第二排座椅的下面，同时由原来三部分的构造变成了一个整体式的，所以在整车布置方面没有变化，冷却风扇从3个减少到2个，所以总重量降低了12%，同时对于电芯也做了一些改良，提高了冷却性能，电池的输入输出能力也得到了提高。

这是在其他的部件上做的一些工作，发动机延用了TNGA2.5L的发动机，只是把最高转速提高到了6000转，控制器也是与RAV4混动通用的，并实现了21%的轻量化以及15%的电气损失的降低，同时后轴也是用跟RAV4混动相同的后轴，最大扭矩比原来提高了30%，后轴的扭矩分配可以达到80%。汉兰达的混动系统因为之前没有导入国内，所以我们把北美市场的三代汉兰达的混动系统跟四代混动系统做了一个参数比较，虽然由于发动机排量降低导致发动机的输出功率降低了一些，但是由于采用了新的电机，转速比原来提高，所以在输出端的扭矩其实比旧款提高了18%。

这是RAV4的插电混系统，也采用了大容量的混动系统。RAV4荣放的插电混是在混合动力版本的基础上，新开发了一个大容量的锂离子电池，安装在车身的下部，同时提高了前置电机和控制器的输出功率，通过电机提高了行驶能力，结合发动机跟强化之后的电机，系统最大的输出功率达到了225千瓦，目前为止这应该是行驶性能最强大的一款丰田公司的SUV了。

这是起步加速性能和超车加速性能，越往左下角表示加速性能越好，可以看到RAV4荣放的插电版，比2.0T的增压发动机车型加速性能还要好。

这是跟混合动力版本的起步加速和减速特性做了一个比较，可以看到插电混版本比混动版本在这两方面的性能都提高了很多，同时我们对油门踏板的操作也做了一些调控，结合运动模式可以体会到非常愉悦的驾驶感受。

这是RAV4荣放的插电混和混动版本的一些参数对比，在这里需要向大家强调一下表里的WLTC工况跟国内的有点不太一样，没有最后的超高速段。系统最大功率提高到225千瓦以后行驶性能比原来有了很大的提高，同时混动模式的油耗性能也提高了10%，在这两个方面都得到了非常好的效果。

接下来向大家介绍一下发动机的开发。这是丰田公司对于提高发动机热效率方面在以前做的一些工作，以及将来开发的方向性。目前TNGA发动机的最高热效率是41%，我们觉得可能在不久的将来需要达到50%，所以为了实现这个目标还是有很多工作需要做的。

这是我们对提高热效率做的一些开发工作。提高热效率方面来说的话，增压稀燃以及增压EGR是非常重要的技术，应该有达到45%以上热效率的潜力。右边的图显示的有效热效率跟NOx排放的关系，我们都比较清楚稀燃情况下NOx是一个比较大的问题，左边的图显示的是丰田公司对于NOx和空气过量系数的研究，跟右图相比我们可以看到绿色表示的点，它的NOx排放比左边的图大概降低到了30分之1，这个时候空气过量系数是2.5。随着排放法规的加严，NOx的排放持续降低，丰田公司对于扩大稀燃界限一直在持续做开发工作。

这是丰田公司在燃料改性方面做的一些工作，这是跟日本的能源公司JXTG做的共同研究项目，通过燃料里面添加一些乙醇或者呋喃等含氧燃料，我们看看能够达到什么样的效果。这张图具体显示的是通过对于燃料成分进行改性，对于稀燃界限扩大和热效率提高达到的效果，随着燃料成分的变化，稀燃的界限在不断扩大，热效率也在提高，尤其是添加了呋喃的燃料，燃烧期间可以大幅度缩短，在λ=1.8的情况下也可以实现稳定的燃烧。

我们还做了对于燃烧的促进效果非常好的硝基甲烷的实验，它的稀燃界限可以进一步提高，但是因为添加物是含氮的，所以会生成NOx，所以排放的恶化跟热效率的提高是一个相反的效果，丰田公司接下来在对于下一代的燃料还会继续跟能源公司进行研究，结合后处理技术的提高和整体改善力争实现近零排放。

刚才其他的演讲专家也提到了二氧化碳减排是全世界接下来要面临的一个共同的问题，面对这个问题丰田公司觉得除了发动机技术之外，从燃烧科学的观点来看，石油精炼过程的二氧化碳减排也是有非常大潜力的，所以燃料技术的研究也非常重要。丰田公司下一步对于发动机技术的开发和燃料技术的开发两个方面都要继续进行。

最后做一个简单的总结，为了实现碳中和、近零排放的社会，需要结合燃料的制造，基础设施的构建以及下一代动力总成的开发等，全方位的技术开发对于各个公司来说都是接下来要面临的挑战。

作为丰田公司来说还是希望继续发挥混合动力技术作为核心技术，进一步提高各方面的性能，跟其他一些周边技术相结合，达到最好的效果。同时我们认为，不只是丰田公司会持续进行开发，其他的公司应该也会继续做这方面的工作，所以为实现可持续性的社会以及为了用户的笑脸，希望能够跟大家共同努力，实现更好的节能减排的效果。

非常感谢！

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