電池研究院丨豐田終于入局 解讀豐田電動化之路
技術 發布于:2020-05-22 10:18:09
在過去,車企們開發新能源汽車的主要目的是擔心石油資源的枯竭,然而隨著新的石油礦藏不斷被發現,石油并不緊缺。
但是不斷增長的石油用量也帶來另一個問題,就是二氧化碳排放量倍增,使得全球氣候變暖,所以發展新能源車依舊迫切。
在研究新能源汽車的道路上,豐田算是最早布局的車企之一,混合動力、氫能源汽車、純電動車都有涉獵,但顯然豐田的混動技術要更加深入民心。
實際上,豐田研發電動車的歷史超過40年,早在1997年即推出第一代的RAV4 EV,并且上市銷售,之后更是迭代到了第三代RAV4 EV。
在當時,電動車電池技術并不先進,電池能量密度較低,充滿電后的續航里程也就160km左右,這樣的程度對于一般通勤應該已經夠用。
但問題是,電量用完時用最快的方式充滿也需要5小時,而這用的還是40A/240V的充電設備,充電功率只有10kW不到,而使用慢充則要10幾個小時以上。
續航不夠充電來湊,而這續航和充電速度兩頭都不占優勢,這讓豐田認識到了電動車存在的諸多問題,例如續航里程短、搭載大量電池導致成本高、充電時間長等等。
而這些問題短時間內無法突破,畢竟單單依靠豐田一己之力推動電池和充電技術發展難度實在大,所以在當時推動電動車還不是時候。
基于純電動車的開發經驗,豐田也確立了自己的電動化發展路線,就是將混動作為電動化的基礎,只有夯實這個基礎才能一步步向插電式混動、氫燃料電池車、純電動車邁進。
這可能會讓不少人感到迷惑,發展混動技術和電動車有什么關系,實際上從技術角度來看,在混動車上積累了電機和PCU等方面的技術后,無論是插混車型還是純電車型,只需要進一步強化和提升電池即可實現。
車輛電動化所需的核心技術是電機、電控和電池,而混動車型都有涵蓋。在電機和電控技術的儲備上,豐田從從第一代普銳斯開始,電機、逆變器、電池,以及包括發動機在內的控制系統就完全由自己研發,電池則是和松下合作。
到了第二代普銳斯,豐田新開發了有效利用升壓交流器的系統,通過自由調節電壓的功能,實現了逆變器和電池的小型化,這便成為了現在豐田混動系統的基本框架。
并且隨著電池技術的發展,混合動力車型的電池體積也在不斷縮小,電池能量密度也不斷提升。從1997年第一代普銳斯上市至今,豐田混動車型銷量已超過1500萬臺,可靠的質量也積累了不錯的口碑。
現如今,在各國大力推動電動車發展后,汽車動力電池有了全產業鏈,電池的能量密度和充電技術都有巨大的提升,現在可以說是推出純電動車最好的時候。
最重要的一點是,經過將近10年的市場培育,電動車市場已經不是普及初期,充電基礎設施、使用習慣以及對電動車的認知都有提高。
早有技術儲備的豐田正是坐等汽車動力電池產業的成熟,在2016年的時候重新成立了電動車業務部門,宣告首款純電動車將在2020年發布。
今年,廣汽豐田是如期推出了C-HR EV,這款車的推出也標志著豐田開始進入純電動時代。
有了混動技術的基礎,豐田在開發純電車可謂是手到擒來。車輛電動化所需的核心技術是電機、電控和電池。豐田多年的技術積累和開發讓原本應該比較困難的動力控制系統變得簡單,只需要著重提升電池包的能量密度、電池殼體安全和電池溫控系統即可。
以C-HR EV為例,它是TNGA架構下首款純電SUV。很多“油改電”的車型會出現離地間隙降低,車廂內地板提高的情況,而基于TNGA開發的C-HR EV并未出現這種情況。
C-HR EV車型的電池采用的是松下品牌的方形硬殼電池,電池包通過高壓回路設置在中央、利用兩側風冷管道空間作為撞擊緩沖區、和車身骨架一體化設計的防撞結構來提高撞擊防護性能。
在解決電池的安全性后,電池的耐用性和熱穩定性也同樣重要,C-HR EV配備穩定電池輸出并能抑制電池老化的電池溫控系統
在電池單體與電池模組之間還設置加溫器
另外,日常行駛時充放電鎖定在電池不易老化的區域,根據使用強度測試,使用10年后電池容量還會保持在80%。
通過這些溫控和電控系統,使得電池保持在適宜的溫度區間,也保證了電池的充放電性能,確保電池的耐用性和熱穩定性。
電機和電控系統方面,C-HR EV所使用的PCU電控單元、第四代豐田電機就直接來自于豐田雙擎混動系統。
電動機最大功率150kW(204PS),最大扭矩為300N·m,這樣的動力數據足夠超過同級的燃油車水平,這也是電動車的先天優勢。
C-HR EV的PCU電控單元使用的是HEV車型上已經經過廣泛考驗,它最核心的優勢在于可以通過更精密的控制,發揮更高效的電機性能。
在這套PCU電控單元的加持下,C-HR EV的NEDC續航達到400km,綜合工況耗電量僅為13.1kWh/100km,作為參考目前市場主流耗電量為14~18 kWh/100km。
雖說豐田推出電動車的時間略微晚了點,但是得益于此前開發電動車的嘗試和混動技術的積累,豐田造電動車的難度是大大降低了。
按照豐田的規劃
另外,豐田和松下結盟致力于開發電動車用鋰離子電池