电池研究院丨丰田终于入局 解读丰田电动化之路

技术 发布于:2020-05-22 10:18:09

在过去,车企们开发新能源汽车的主要目的是担心石油资源的枯竭,然而随着新的石油矿藏不断被发现,石油并不紧缺。

但是不断增长的石油用量也带来另一个问题,就是二氧化碳排放量倍增,使得全球气候变暖,所以发展新能源车依旧迫切。

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在研究新能源汽车的道路上,丰田算是最早布局的车企之一,混合动力、氢能源汽车、纯电动车都有涉猎,但显然丰田的混动技术要更加深入民心。

电池是电动车的拦路石

实际上,丰田研发电动车的历史超过40年,早在1997年即推出第一代的RAV4 EV,并且上市销售,之后更是迭代到了第三代RAV4 EV。

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在当时,电动车电池技术并不先进,电池能量密度较低,充满电后的续航里程也就160km左右,这样的程度对于一般通勤应该已经够用。

但问题是,电量用完时用最快的方式充满也需要5小时,而这用的还是40A/240V的充电设备,充电功率只有10kW不到,而使用慢充则要10几个小时以上。

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续航不够充电来凑,而这续航和充电速度两头都不占优势,这让丰田认识到了电动车存在的诸多问题,例如续航里程短、搭载大量电池导致成本高、充电时间长等等。

而这些问题短时间内无法突破,毕竟单单依靠丰田一己之力推动电池和充电技术发展难度实在大,所以在当时推动电动车还不是时候。

混动是电动化的基础

基于纯电动车的开发经验,丰田也确立了自己的电动化发展路线,就是将混动作为电动化的基础,只有夯实这个基础才能一步步向插电式混动、氢燃料电池车、纯电动车迈进。

这可能会让不少人感到迷惑,发展混动技术和电动车有什么关系,实际上从技术角度来看,在混动车上积累了电机和PCU等方面的技术后,无论是插混车型还是纯电车型,只需要进一步强化和提升电池即可实现。

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车辆电动化所需的核心技术是电机、电控和电池,而混动车型都有涵盖。在电机和电控技术的储备上,丰田从从第一代普锐斯开始,电机、逆变器、电池,以及包括发动机在内的控制系统就完全由自己研发,电池则是和松下合作。

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到了第二代普锐斯,丰田新开发了有效利用升压交流器的系统,通过自由调节电压的功能,实现了逆变器和电池的小型化,这便成为了现在丰田混动系统的基本框架。

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并且随着电池技术的发展,混合动力车型的电池体积也在不断缩小,电池能量密度也不断提升。从1997年第一代普锐斯上市至今,丰田混动车型销量已超过1500万台,可靠的质量也积累了不错的口碑。

电池技术提升,电动化水到渠成

现如今,在各国大力推动电动车发展后,汽车动力电池有了全产业链,电池的能量密度和充电技术都有巨大的提升,现在可以说是推出纯电动车最好的时候。

最重要的一点是,经过将近10年的市场培育,电动车市场已经不是普及初期,充电基础设施、使用习惯以及对电动车的认知都有提高。

C-HR EV技术落后?探秘丰田电动技术

早有技术储备的丰田正是坐等汽车动力电池产业的成熟,在2016年的时候重新成立了电动车业务部门,宣告首款纯电动车将在2020年发布。

今年,广汽丰田是如期推出了C-HR EV,这款车的推出也标志着丰田开始进入纯电动时代。

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有了混动技术的基础,丰田在开发纯电车可谓是手到擒来。车辆电动化所需的核心技术是电机、电控和电池。丰田多年的技术积累和开发让原本应该比较困难的动力控制系统变得简单,只需要着重提升电池包的能量密度、电池壳体安全和电池温控系统即可。

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以C-HR EV为例,它是TNGA架构下首款纯电SUV。很多“油改电”的车型会出现离地间隙降低,车厢内地板提高的情况,而基于TNGA开发的C-HR EV并未出现这种情况。

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C-HR EV车型的电池采用的是松下品牌的方形硬壳电池,电池包通过高压回路设置在中央、利用两侧风冷管道空间作为撞击缓冲区、和车身骨架一体化设计的防撞结构来提高撞击防护性能。

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在解决电池的安全性后,电池的耐用性和热稳定性也同样重要,C-HR EV配备稳定电池输出并能抑制电池老化的电池温控系统其中包括电池单体的冷媒冷却方式和电池单体的升温系统

在电池单体与电池模组之间还设置加温器加温器在-12℃时会自动打开-6℃以上时会关闭根据实验结果充电时间可由此缩减一半。

另外,日常行驶时充放电锁定在电池不易老化的区域,根据使用强度测试,使用10年后电池容量还会保持在80%。

通过这些温控和电控系统,使得电池保持在适宜的温度区间,也保证了电池的充放电性能,确保电池的耐用性和热稳定性。

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电机和电控系统方面,C-HR EV所使用的PCU电控单元、第四代丰田电机就直接来自于丰田双擎混动系统。

电动机最大功率150kW(204PS),最大扭矩为300N·m,这样的动力数据足够超过同级的燃油车水平,这也是电动车的先天优势。

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C-HR EV的PCU电控单元使用的是HEV车型上已经经过广泛考验,它最核心的优势在于可以通过更精密的控制,发挥更高效的电机性能。

在这套PCU电控单元的加持下,C-HR EV的NEDC续航达到400km,综合工况耗电量仅为13.1kWh/100km,作为参考目前市场主流耗电量为14~18 kWh/100km。

C-HR EV技术落后?探秘丰田电动技术

总结:未雨绸缪,技术需前瞻

虽说丰田推出电动车的时间略微晚了点,但是得益于此前开发电动车的尝试和混动技术的积累,丰田造电动车的难度是大大降低了。

按照丰田的规划从2020年开始推出纯电动汽车C-HR纯电版车型率先在国内推出2020年起丰田希望在全球范围内推出10款BEV车型到2025年所有车型都将采用电驱动,电动化的步伐明显加快。

另外,丰田和松下结盟致力于开发电动车用锂离子电池探索下一代全固态电池,在技术储备上,丰田又准备走在前列了

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周建强

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