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探討豐田20年電動(dòng)史帶給我們的啟示

汽車工程師 ? 來(lái)源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-09-12 11:36 ? 次閱讀
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在20年的電動(dòng)化道路上,豐田不但敢于提出愿景,更可貴的是豐田還有技術(shù)實(shí)力將愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。極少有汽車廠商能像豐田一樣堅(jiān)持20年電動(dòng)化底層技術(shù)開發(fā)。近期,豐田提出了努力在2050年達(dá)成旗下全部車型零排放的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)實(shí)在不算小的目標(biāo),我們看到了豐田在大規(guī)模推廣HEV混動(dòng)車上的努力:普銳斯早已在世界范圍內(nèi)成為環(huán)保的代名詞。那除了混動(dòng)車之外,豐田還需要怎樣的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)呢?

豐田對(duì)低碳排放的思考與嘗試

在說(shuō)車之前,我們得先了解一下為什么要大力推廣混動(dòng)車和電動(dòng)車。眾所周知,汽車是依賴化石燃料燃燒提供動(dòng)力的,而化石燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量廢氣。其中像一氧化氮、硫化物和顆粒物等污染物在經(jīng)過(guò)汽車的三元催化、EGR廢氣循環(huán)等裝置后已經(jīng)基本得到控制,但燃燒產(chǎn)生的二氧化碳則無(wú)法避免。統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示,交通的碳排放量占世界各國(guó)總排放量的23%,如果減少汽車的碳排放—也就是減少化石燃料的消耗,就能夠有效減少碳排放總量,延緩溫室效應(yīng)等環(huán)境惡化。換句話說(shuō),汽車越省油、對(duì)環(huán)境的益處就越大。

根據(jù)豐田的調(diào)查統(tǒng)計(jì),純內(nèi)燃機(jī)車型在整個(gè)生命周期中的二氧化碳排放量是最高的,主要表現(xiàn)在車輛行駛過(guò)程。相對(duì)而言,EV和FCEV車型在行駛中的二氧化碳排放為零,主要排放反而表現(xiàn)在車輛制造過(guò)程。因此,對(duì)于豐田來(lái)講,減少電動(dòng)汽車固有零部件和材料制造時(shí)的二氧化碳排放,是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車高度環(huán)保的必要途徑。

如果不計(jì)入發(fā)電和生產(chǎn)環(huán)節(jié)、單論自身的話,排放完全為零,對(duì)環(huán)境的貢獻(xiàn)就可想而知,這也是為什么目前各大車企都致力于車輛的電動(dòng)化。豐田其實(shí)是電動(dòng)化研發(fā)起步非常早的企業(yè)之一,早在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)推出了名為EV-10到EV-40系列的小型純電動(dòng)車。

上世紀(jì)80年代的電機(jī)和電池水平極大的限制了電動(dòng)車的性能,因此電動(dòng)車能夠量產(chǎn)并大規(guī)模使用的機(jī)會(huì)幾乎為零,像EV-30這樣的微型代步小車是唯一解。隨著技術(shù)的進(jìn)步,豐田在1997年,也就是初代普銳斯問(wèn)世的同年推出了純電動(dòng)的RAV4 EV。

RAV4 EV和普銳斯是豐田十幾年電氣化研究的成果,尤其是鎳氫電池組的量產(chǎn),在當(dāng)年是絕對(duì)的領(lǐng)先。在RAV4 EV上,我們還能看到電子空調(diào)、電動(dòng)剎車泵和電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力,這些都是具有絕對(duì)前瞻性的裝備,至今仍在大量的純電動(dòng)車上有所應(yīng)用。

豐田電動(dòng)化底層技術(shù)積累

隨后,豐田把研發(fā)重點(diǎn)放在了技術(shù)更成熟、消費(fèi)者接受程度更高的HEV混合動(dòng)力車上,但這并不意味著豐田放棄了純電動(dòng)車,HEV混動(dòng)車給豐田帶來(lái)了豐厚的電池、電機(jī)、電控這三電系統(tǒng)的研發(fā)基礎(chǔ)。

豐田在三電系統(tǒng)的研發(fā)上秉承小型化、輕量化、集成化的理念,目的是提升整套系統(tǒng)的效率。

在電池方面,豐田的第一代電池模塊只是將1號(hào)干電池規(guī)格的鎳氫模塊串聯(lián)到一起,電池包的體積比較臃腫。而到了第一代后期,豐田就放棄了低效的柱狀鎳氫電池,轉(zhuǎn)向能量密度更高的方形電池封裝形式。到了第四代的電池包,其體積已經(jīng)大大縮減。豐田經(jīng)過(guò)多次技術(shù)迭代,采用鎳氫+鋰離子電池組合的方式,從而兼顧高能量密度和高可靠性兩個(gè)電池的重要指標(biāo)。第四代電池的體積比第一代縮小了76%,能量密度也大大提升。

在電機(jī)方面,豐田從第一代的5.1L體積縮小到第四代2.7L,同時(shí)系統(tǒng)功率從30kW翻倍達(dá)到60kW,最大轉(zhuǎn)速也提升至17000rpm。從照片中水平的直觀參照中也能看出第四代與第一代電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子之間巨大的體積差異。

未來(lái)并不遙遠(yuǎn),豐田的電動(dòng)化之路

iQ EV是豐田近年來(lái)在純電動(dòng)車上的一次試水(2013年發(fā)布),可能一部分人認(rèn)為續(xù)航比起RAV4 EV是一種下降,但其實(shí)iQ EV的電池容量比前者少了一半,而續(xù)航則能達(dá)到前者的56%,效率上有不小的提升。當(dāng)然,豐田的電動(dòng)化之路遠(yuǎn)不止于此。

除了充電,豐田又在新能源汽車領(lǐng)域探索到了一種新的可能性--氫燃料電池車。這種“黑科技”可以在車內(nèi)讓氫氣在催化劑的作用下與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能,并通電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。相比于純電動(dòng)車,它的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需充電、只用加氫氣的方式實(shí)現(xiàn)續(xù)航,大大縮短了每次“進(jìn)站”的時(shí)間,相當(dāng)于用氫燃料代替了化石燃料。由于氫氧反應(yīng)后排放的氣體僅為純凈水,因此實(shí)現(xiàn)了零污染。Mirai作為全球首款大規(guī)模量產(chǎn)的氫燃料電池車之一,體現(xiàn)了豐田在新能源領(lǐng)域雄厚的技術(shù)實(shí)力。

每種新興的交通工具推廣都是一項(xiàng)革命,因?yàn)檫@不僅涉及到車輛本身的性能,還有與車相關(guān)的配套服務(wù),這關(guān)系到新用戶的用車是否便利。對(duì)于氫燃料電池車來(lái)說(shuō),刨除本身車輛的成本,作為燃料的氫氣在制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加注等各環(huán)節(jié)都是巨大的挑戰(zhàn):如何保證安全、低成本和高效,這都是亟待解決的難題。在推廣氫燃料電池車方面,豐田不但需要勇氣、更需要長(zhǎng)期的戰(zhàn)略規(guī)劃和統(tǒng)籌各行各業(yè)的能力,甚至已經(jīng)超出了車企本身的范疇。

中國(guó)作為全球最大的新能源車市場(chǎng),豐田自然不容忽視,將從2019年開始陸續(xù)在華推出大量PHEV和EV車型,首當(dāng)其沖的就是卡羅拉/雷凌的插電混動(dòng)。

卡羅拉、雷凌外插充電式混合動(dòng)力版車型是根據(jù)中國(guó)道路的駕駛環(huán)境,切實(shí)針對(duì)中國(guó)消費(fèi)者的需求進(jìn)行現(xiàn)地研發(fā)的,其主要核心零部件都實(shí)現(xiàn)了高度國(guó)產(chǎn)化。正因如此,新車在明年初上市時(shí),即可享受國(guó)家的新能源補(bǔ)貼和免征購(gòu)置稅的優(yōu)惠政策,使其性價(jià)比尤為突出。

2020年,由豐田自主研發(fā)的EV車型將導(dǎo)入國(guó)內(nèi)。豐田和雷克薩斯兩個(gè)品牌將同步在全球范圍普及電動(dòng)化車型。并在2020年代前半期,推出10種以上電動(dòng)化車型,主要以高級(jí)車、中小型家用車、個(gè)人出行(摩托)、短途行駛車輛為主,有乘用、商用等多種用途,包含了預(yù)計(jì)在2025年推出的普銳斯電動(dòng)版和Mirai電動(dòng)版;同時(shí),皇冠、卡羅拉這些曾經(jīng)的燃油車型也都將采用電動(dòng)化技術(shù)。

豐田領(lǐng)先的氫燃料電池技術(shù)自然不會(huì)止步在Mirai一款車型。到2020年,氫燃料技術(shù)將用于長(zhǎng)途大巴、大型貨車、公共汽車等大型商用車輛。同時(shí),氫燃料電池車Mirai也正在國(guó)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試,預(yù)計(jì)離我們的生活也并不會(huì)太過(guò)遙遠(yuǎn)。到2030年,豐田的新能源車銷量計(jì)劃為550萬(wàn)臺(tái),將占豐田總銷量的50%,其中有10%將會(huì)是氫燃料電池車型。最終到2050年,豐田的終極目標(biāo)——零排放將在旗下EV、FCV、HV、PHEV各類新能源車型的支持下實(shí)現(xiàn)。

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原文標(biāo)題:【資訊】豐田汽車20年電動(dòng)史,帶給我們哪些啟示?

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