混动只是开胃菜 丰田电动化的百年大计

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2018-11-08

  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。

    ·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。     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。     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。     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TownacevanEV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RAV4EV正式在日本及美国销售,并获得了不错的反响。

    RAV4EV于1996年上市,最大续航能达到175km,动力方面,丰田RAV4EV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。

    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(ToyotaHybridSystem)。

  /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。

    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。

    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,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。

    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。     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。     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。

    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,同时风冷装置也占据了很大一部分空间。

    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。

    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。 来源:http:///guangzhou/shangqing/2018/0904/。