超越发动机车的新一代EV 日产LEAF技术详解（一）

　　作为检验电动汽车（EV）能否普及的试金石，日产上市了“LEAF（中国名：聆风）”（图1）。该车是以在全球大量生产及销售为前提而设计开发的EV专用车。而且还是以畅销的5门（掀背）款“家用车”为基础设计的紧凑车型。用200V电源经大约8小时即可充满电，充电一次的可持续行驶距离在JC08模式下为200km（USLA4模式下为160km）＊¹。锂（Li）离子充电电池的寿命方面，“10年内行驶距离为10万km的话无需更换”（日产技术人员）。虽然这是日产在众多的竞争对手的条件下推出的首款市售EV，瞄准的却是上市就能热销（表）。该车将首先于2010年12月在日本和美国上市，并于2011年初开始在欧洲部分地区销售。2012年开始在包括其他国家及地区在内的全球市场销售＊²。＊

　　＊¹ JC08模式是日本国土交通省规定的汽车燃耗试验用行驶模式。US LA4模式是美国用于汽车燃耗试验的市区行驶模式，由美国环保署（EPA）制定。

　　＊² 根据该销售计划，日产还在构筑车辆和锂离子充电电池的量产体制。在车辆方面，已在追浜工厂确立了5万辆/年的生产能力，并从2010年10月起开始着手组装LEAF。日产还计划于2012年下半年在美国Smyrna工厂、2013年在英国Sunderland工厂开始生产LEAF。两工厂的生产能力分别为15万辆/年和5万辆/年。因此，日产2013年在全球将拥有25万台/年的EV生产能力。这是包括LEAF在内的日产的全部EV生产能力。在锂离子充电电池方面，日产打算在座间工厂、英国、葡萄牙、法国及美国实施量产，包括资本合作方法国雷诺的需求部分在内，计划在2015年之前建立50万个/年的生产体制。

图1：日产EV“LEAF”外观。充电口设计在车身前方。

图2：日产EV“LEAF”专用底盘。在将又大又重的电池组配置在车身中央的地板下方，形成低重心的同时，使重心接近车辆中心，提高了操纵安全性。采用将作为驱动源的马达和逆变器配备在“发动机室”内的FF方式，扩大了车内空间。由于不配备发动机，因此实现了平滑形状的地板以及无排气尾管设计。

表1：量产款上市或预定上市的EV

专注于EV专用车

　　LEAF在日本的售价为376万4250日元（含税）。利用日本政府补贴的话，则为298万4250日元（含税）的“较便宜价格”（日产首席执行官志贺俊之）。销售取得开门红。仅日美两市场的预订就获得了合计2万6000辆的订单。

　　日产为LEAF开发了EV专用底盘。其中，将又重又大的锂离子充电电池配备在了车身中央的地板下方，即相当于前座到后座之间的位置（长度方向）上。这里尤其要提到的是，日产将电池模块（由4块电池单元构成）更多地配置在了前座和后座正下方，而在后座乘客脚下配置得较少，不会让乘客感到不便。

　　另外日产还在车身骨架上增加了电池支架和逆变器固定支架。这样不仅可以固定各自的部件，而且还具有提高车身刚性的作用。驱动用马达（以下简称马达）位于逆变器固定支架下方，被固定于在发动机车的“发动机室”内的副车架上（图3）。这也就是通常所说的前置发动机（马达）前轮驱动（FF）方式的车辆。

图3：逆变器和马达的配备位置。作为FF方式的车辆配备在“发动机室”内。
逆变器设置在连接车身左右的、逆变器固定用支架上。通过该支架，还提高了车身刚性。

　　不仅是逆变器和马达，DC-DC转换器、充电器及加热器等众多部件也都位于“发动机室”内。这一手段旨在通过尽可能在车室外侧追加部件来扩大车内空间和后备箱容量。

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发动机车无法体会到的性能

　　LEAF的特点之一是超越同级别发动机车的高行驶性能。驾驶员踩油门时会强力加速。通过以马达为驱动源，从转速几乎为零的状态即可产生最大扭矩（280N•ｍ），因此起动时的加速性出色。尽管是紧凑车型，但却可实现与排量为3L的发动机车相同的加速性能。

　　不过，马达的最大转速为9800rpm，最高时速为145km/h。不适于在德国高速公路等无限速道路上超高速行驶。

　　此外LEAF还利用内部电阻小、可输入输出大电流的锂离子电池的特性，“以1ms为单位”（日产技术人员）高速控制马达扭矩。这一点被充分用于抗振控制。具体做法是通过精密控制驱动系扭振共振点付近的扭矩来抑制振幅，实现无生硬感的顺畅加速。

　　LEAF的操纵稳定性也很出色。又大又重的电池组配备在车身中央的地板下方，因此与FF方式的发动机车相比重心较低，而且由于是配备在车辆中心附近，因此绕偏摆轴旋转的惯性力矩较小。此外再加上前述以1ms为单位的马达扭矩高速控制，从而提高了转弯时的操纵稳定性。日产LEAF的开发负责人门田英稔自信地表示：“只要一打方向盘就能顺利转弯。而且车尾的甩离感也较少，打造成了动作柔和的汽车。”

　　当然，车内的静音性也很高。这是因为不会产生发动机的声音、振动以及排气管声音，而且车身刚性也比发动机车提高。另外，车身的振动也由此得以抑制。

彻底实施品质检测

　　此外LEAF还非常注重安全性能。将电池组收放于车身中央的地板下面，其原因还在于为了强化对外部的机械性、热性及电气性侵入进行防范，使损伤控制在最小限度。在所进行的冲撞实验中，正面冲撞以56km/h时速、后面冲撞以80km/h时速撞击了车身，“确认电池组未受到任何损伤”（门田）。

　　为了防止触电，高电压部件封闭到保护壳中并进行了绝缘。此外还采用了发生冲撞时切断高电压的设计（图4）。并且还通过用电线将这些保护壳与车身连接起来，使它们形成了等电位。这样，即使在这些保护壳万一失去绝缘性时，而乘客刚好此时接触到了保护壳和车身，也会因为没有电位差而使电流不流经人体。

图4：提高了对高电压的安全性。通过车身构造保护锂离子充电电池，包括该电池在内的高电压部件采用绝缘构造。此外还会在发生冲撞时切断高电压

　　另外还进行了积水路面的行驶实验。比如，发动机车“TIIDA”在水深700mm的积水路面上行驶时，当水从进气管进入后发动机就会熄火，而LEAF在这样的路面上行驶时也没问题。原因是电池组等已被严密密封起来。

用智能电话进行远程操作

　　比现有发动车更多地使用了IT技术，这也是LEAF的一项特点。LEAF导入了专用的信息通信系统“EV-IT”，可接入日产车载信息服务“CARWINGS”的数据中心来获取汽车信息或操纵车辆。由此提高了EV独有的便利性，消除了用户对电池用完等情况的担忧＊3。

　　＊3 要想使用CARWINGS，需要加入“日产零排放支持计划”或签订“CARWINGS for EV”合同。

　　比如，配备了可在驾驶中显示当前的电池余量能够行驶多远距离（显示能够到达的区域地图），或者在电池余量不足时介绍附近可充电的地点及其设施信息的功能（图5）。其中，对驾驶员来说尤为担心的是电池用完的问题，因此除了会根据过去的充电履历保存充电点信息之外，还会通过CARWINGS进行自动更新，使用户住宅周边的充电点信息总是保持最新状态。

 
图５：EV-IT的功能
（a）为在导航仪屏幕上调出称为“零排放菜单”的EV相关功能的情形。通过该功能可搜索充电站或确认预计到达地地图（b）。

　　CARWINGS的服务还可通过个人电脑、智能电话及手机查看电池的状态，在家中及办公室即可进行开始或停止充电的控制。而且还可远程操纵空调，在充电时事先于出发前将车内温度调整到最佳程度。这样便可在开始行驶后降低空调的负荷，从而延长可以行驶的距离。另外还配备有可在任意时间充电的定时充电功能，可利用便宜的深夜电力来充电。