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2018-09-23 20:32 来源:黄河 新闻网

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混动其实只是开胃菜 丰田电动化的百年大计

2018-09-23 13:48
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记者在现场看到,该校区是两层的民房改建而成,从大门进去就是一个前台,前台旁边就是一个储藏室。

在中国市场,丰田向我们展示的对新能源方向的努力,目前看起来似乎仅限于混合动力车型,例如我们耳熟能详的凯美瑞双擎以及雷凌和卡罗拉双擎等。不过对于对待新技术谨慎且善于技术保留的丰田来讲,混动其实只是开胃菜,而背后却是全面电动化的百年大计。

丰田电动化之路

电动化不是目的,而是途径

由于发展中国家的人口增涨和汽车的普及,预计2050年汽车保有量将比2000年增加3倍。而全球化的产业和技术的发展,人口数量的增加,汽车的普及导致化工石油的大量消费,则引出了3大社会课题:减少化工石油燃料的使用、减少co2排放应对地球变暖、防止大气污染。

丰田电动化之路

汽车的普及导致化工石油的大量消费,引出了3大社会课题:减少化工石油燃料的使用、减少co2排放应对地球变暖、防止大气污染。

不论是出于改善当前形势还是应对环保政策为目的,相比传统燃油车碳排放量更低的新能源车型,其大范围的普及迫在眉睫。

丰田电动化之路

能从这张图看出,包含HEV、PHEV等不同形式的新能源车型,在一辆汽车的整个生命周期内,相比传统燃油车在碳排放层面都有着绝对的优势。

丰田电动化之路

这张图能够更加直观地展示丰田混动车型在尾气排放方面的优势,能看到图中代表丰田混动的蓝色图标,在CO2排放区域里处于很低的水平。

所以能看到,丰田新能源战略并不是以电动化为目的,而是通过降低电动车辆零部件和行驶中产生的CO2,以及制造新的燃料用以减少CO2的排放,也就是说电动化对于丰田来说更是一种降低排放的途径。

丰田对电动车的布局,比你能想象到的还要早

其实丰田对电动化的探索,早在上世纪七十年代就已经开始着手。紧接着在八十年代,就已经落地了独立研发的电动汽车Townace van EV和EV10、EV20、EV30以及EV40。以上这些车型可能大多数人都很陌生,不过在九十年代末(1996--2003),实用的RAV4 EV正式在日本及美国销售,并获得了不错的反响。

丰田电动化

RAV4 EV于1996年上市,最大续航能达到175km,动力方面,丰田RAV4 EV的纯电动系统是由美国Tesla特斯拉汽车公司提供,电池组的最大容量为30kWh,用家庭插座(220V)一次充满电用时约8h。

随着丰田混动系统的日趋成熟,由于兼具燃油经济性和较低的研发/制造成本,混动系统便开始逐渐普及于旗下主要车型中。例如中型/中大型轿车范围内的皇冠、雷克萨斯LS/GS和凯美瑞等车型都逐渐应用混动系统。

丰田电动化

在新世纪之初,丰田开始布局混动技术,而S170系列皇冠车型也成为了新技术的先行载体。

不单单是轿车,SUV车型例如雷克萨斯RX,以及MPV埃尔法也在同期应用了丰田的混动系统。对于这些身材较大,排量也稍大的车型来讲,混动系统的介入对油耗的帮助要比小型汽车效果更加明显。

当我们梳理丰田电动化之路至2000年附近,那么必然要提到一辆对美国乃至全世界都至关重要的里程碑车型--丰田普锐斯(Prius)。第一代Prius于1997年上市,丰田从此开始将这套混动系统命名为我们所熟知的THS(Toyota Hybrid System)。

丰田电动化

3.22L/100km,第一代Prius的油耗表现即便是放至现在也很出色。最重要的是,第一代车型的价格与当年的卡罗拉基本相似,在如此高的研发成本背后,这个价格可以说相当平易近人。

丰田电动化之路

至2017年1月,丰田的THS混动系统就已经在全球销量突破1000万辆,而这其中Prius绝对称得上是这份荣誉里的功臣。随着THS系统不断地更迭与升级,最新一代Prius的动力性能和油耗水平已经达到了行业内非常高的水平。

丰田的电动化之路,经历了哪些关键技术的革新?

纯电动汽车与混动车型在“电”的技术重叠领域可以分为三部分:电动机、电控系统以及电池,二者区别在于三个核心部分占整个动力系统的比重。可以理解为,“三大件儿”在一辆车动力系统中所占比重的不同,决定了一辆车的驱动形式。

丰田电动化之路

“三大件儿”--电动机、电控系统和电池在一辆车动力系统中所占比重的不同,决定了一辆车的驱动形式。

(1)电动机:低损耗、轻量化/小型化、低成本化

电动机在混动或纯电车中是动力输出的源头,在四代的技术革新过程中,丰田通过改变内部结构,使电动机实现了小型化/轻量化的同时,电动机的性能也得到大幅提升。

丰田电动化之路


丰田电动化之路

丰田初代电动机最高转速仅为5600rpm,最大功率仅为30kW,受结构所限,电机的体积达到5.1L,线圈的形状为传统的圆线,导致能量密度等关键指标,与第四代产品相比要逊色不少。

丰田电动化之路

第四代电动机能够实现小型化的关键技术点之一,就是提高线圈占空系数,由传统的圆线变为平角线,这一改变使体积缩小了2.9L。

丰田电动化之路

第四代电机通过升压系统的加持,使电压由288V提升至500V,同时使转速大幅度提升至17000rpm,功率升高至53kW,相比初代电机提高约77%。

(2)电池组:小型化,轻量化,高输入/输出化

正如传统燃油车的油箱一样,对于纯电或混动汽车的电池组,其大小和位置同样重要。在保证电池容量的前提下,越小的电池体积就意味着车内的乘坐空间也会进一步得到释放。丰田混动系统的电池组体积由初代的近90L,经过历代的优化,体积缩小了67%,进步十分显著。

丰田电动化之路

对消费者而言,在使用层面,电池小型化对车内空间的优化是非常明显的,从最初的占用行李厢空间,到电池缩小到可以放置于后座下,技术的革新对车辆实用性的提升是显而易见的。

丰田电动化之路

最初的混动系统电池包体积近90L,整个控制电路面板的体积将近2.388L,同时风冷装置也占据了很大一部分空间。

丰田电动化之路

而高度集成化的第四代电池包,其体积大幅缩小67%。主要归功于电路面板体积的减小,以及对风冷系统的优化。另外,通过调整耐电压设计,也实现了( SMR、电流传感器、限流电阻)等零部件的小型化。

(3)电控系统:低损耗、轻量化/小型化、低成本化

混动系统中的发动机和电动机如何协同工作?什么时候介入?什么时候退出?电控系统在整个混动系统中的作用就像是人类的大脑,时刻维持着系统的正常、高效运作。而低损耗/成本以及小型化则是这个“大脑”的进化方向。

丰田电动化之路

丰田初代PCU就具有了诸多世界首创的新技术,比如温度传感器内置、低应力热散板等。

丰田电动化之路

PCU进化至4代,通过使用全新的双面叠层冷却技术,以及体积更小的功率半导体,PCU整体体积得到大幅减小,体积的优化也使得其能够放置于驱动桥上方,对前驱车来讲既能够放置于发动机舱内,又节省了车内的空间,并且还使整车重心得到降低。

丰田在电动化发展的进程中如何布局未来?

如何布局未来,是一个企业是否能够长期保持鲜活生命力的核心所在。而丰田的电动化历程对未来当然有着非常明确的规划。

·2020年,丰田会将EV车型正式引入国内(纯电动C-HR和奕泽IZOA),之后向全世界推广丰田和雷克萨斯两个品牌的电动车型。

·2025年前后,所有车型均会配备电动化专用车型或电动车型。

·2030年前后,电动车型在全车型中所占比例达50%以上。

·2050年,实现零排放,100%车型实现电动化。

编辑点评:从上世纪中叶,汽车尚未全面普及的年代,丰田就已经着手布局新能源市场。时至今日,电动系统中的核心部件都已经历了四次的革新或升级,正是由于丰田对技术也可以说对汽车环保的执着与不懈,才造就了其混动系统在全球范围内有着无法动摇的地位。


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