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每日聚焦:一场技术说明会,揭开丰田在电气化领域的强大实力

当下,汽车产业正处于百年未有之大变局,智能化、电气化的革命浪潮愈发猛烈,在新格局中,自主品牌凭借多年的技术积累占据了上风,中国也因此成为了全球汽车工业革命的桥头堡。


【资料图】

相比之下,丰田、大众、通用等外资品牌的步伐稍显缓慢,一时间,看衰外资偏僻的声音不绝于耳。事实上,外资品牌的技术积累同样非常深厚,它们的技术护城河依然很深。近日,丰田汽车举办一场技术说明会,首次向外界展示了丰田大量的电气化、智能化技术布局。

全新电池技术:今年5月,丰田汽车成立了BEV Factory,旨在加强在电动汽车领域的研发和制造能力。格努规划,首款丰田次世代BEV产品计划于2026年上市。2030年丰田全球BEV销售规模预计达到350万台,其中次世代BEV产品将占到170万台的水平。

丰田也公开了两款有望被搭载到次世代BEV产品上的锂离子电池,分别为“性能版电池”与“普及版电池”。

“性能版电池”: 这是一种高能量密度的动力电池,配合车辆的空气动力学改善,可将续航里程提升到目前的2倍,达到1000km。同时,性能版电池成本会降低20%,快充不到20分钟。

另外,丰田还有一款“高性能版电池”也正在研发之中。该款电池集各种优点于一身,采用了高镍正极材料,并使用双极结构。与“性能版电池”相比,“高性能版电池”续航里程还可再增加10%,快充达到20分钟以内,成本有望降低10%。

破解固态电池难题:在被业内视作下一代电池技术的全固态电池方面,丰田也在积极研发。

全固态电池的电解质为固体,离子运动速度更快,对高压、高温具备更强的耐受力。能够带来稳定的高功率、增加续航里程以及进一步缩短充电时间。此前,全固态电池寿命较短是核心课题。固体电解质随着电池的充放电反复膨胀和收缩,可能会引发龟裂,导致锂离子在正负极之间的流动会变得困难。

近日,丰田正式公布已经发现了克服这一课题的新技术,在核算成本后,将全面进入面向量产研发的阶段。丰田曾在2021年时表示“全固态电池的导入将从HEV车型开始”,通过重新评估后明确表示,全固态电池将搭载到BEV车型上,并挑战于2027~28年投入实际应用。

用火箭技术制造BEV:由于电动车的续航短板,人们正在使用多种手段来提高续航能力,空气动力学便是其中之一。

作为赛车界的顶流,丰田拥有丰富的空气动力学设计经验,未来,丰田将与三菱重工业宇宙事业部共同研讨如何将火箭的极超音速技术应用于汽车。

火箭周边空气由于摩擦、受到压缩会产生大量的气动加热效应,航空领域有可以在这样高温环境中保护火箭机体不受损伤的技术和经验。丰田正在与他们讨论将这些技术和经验运用于造车范畴。例如通过对车身表面进行处理等方式,控制车身与气流接触的局部,由此实现降低阻力。假设现有车身的风阻系数为0.20,进行技术处理后,丰田认为可以实现再降低10%的效果。另一个值得关注的点是,这样的技术应用将使车身形状摆脱材料束缚,无论是钢,还是铝。更可以让极致的车身设计与空气动力学性能,不再是鱼与熊掌,而可以兼得。。目前,丰田即将在3年后将这一技术投入实际应用。

精益生产再进化:作为燃油时代的全球巨头,丰田除了打造了卓越的技术、产品,其效率极高的精益生产模式也给人类制造业带来了巨大的革命。对于BEV的制造流程,丰田也将进一步提高生产效率。

加藤表示:“之所以次世代BEV能够完成‘商品的进化’,正是因为背后是‘制造的再次进化’。如果用一个词来诠释制造的未来,应该是‘二分之一’。也可称之为‘BEV half’。通过模块结构和车辆自动化移动生产线技术将生产工序和工厂投资分别减至二分之一。通过数字孪生技术赋能,生产准备时间将减少至二分之一。”

具体来说,次世代BEV车体采用了分成前、中、后三大块模块的新结构。其中只有中间部分搭载了电池,由于前、后模块均不受影响,可快速地将电池的进化同步到整车上。一体化铸造是实现这种模块化车身结构的一项重要制造技术。

以bZ4X为例,其车身后部由86个金属板部件、经过33道冲压工序组成。如果用铝压铸工艺一体成形,最终可将零件数量和工序精简为1个,大大提高生产效率。

结合新的制造流程,丰田推出了全新的生产技术“车辆自动化移动生产线”。在组装中的汽车可以自动行驶,移动到下一个工序。简而言之,将电池、电机、轮胎和无线终端安装到前、中、后三个模块后,就可以让其自动在工序间行驶。

这样一来,生产线上便无需传送带,工厂的布局也将不受限制。同时,曾经以年为单位的量产准备周期和高达数十亿日元的工厂投资等,都能实现大幅度的削减。目前,丰田将以3年后引进为目标,加速研发。

次世代氢燃料电池系统:氢能Factory山形总裁,表示要以研发、生产、销售一体化的形态推进商业化落地,直言“要通过以量定价的经营模式,努力提供价格更合理的产品”。

山形总裁还介绍丰田预估在2030年收到约10万台氢燃料电池的订单,氢燃料电池市场将以商用车为中心实现增长。

为了通过大型商用车等形式来进一步推广普及氢能应用,丰田介绍了行驶和能耗性能都得到了提高的次世代氢燃料电池系统,以及一些降低车载储氢罐制造成本的举措。此外,针对制氢技术也进行了说明。

可以说这个次世代电池单体凝聚了丰田30年积累下来的技术和经验。例如实时测量和分析电池单体内部发生的现象;模拟纳米尺度的化学反应;以及高精度化学触媒的涂装工艺等。通过高超的技术实力,不仅延缓了因腐蚀等引起的劣化,还使制造所需材料的价格变得更经济。这样具有高竞争力的次世代电池单体,计划在2026年投入实际应用。

削减氢能源自身成本:3月电装在福岛公布的电解水制氢装置中,应用了MIRAI的氢燃料电池技术。通过氢和氧发生化学反应而实现发电的MIRAI的电池,和水电解制氢装置中使用的电池单体有九成的零部件是共通的,彰显了丰田认真制氢的姿态。

丰田还提到,未来计划在泰国导入与三菱化工机共同研发的实证机器,将使用到通过鸡粪产生的沼气来制氢的项目里,从而推进在当地的氢能源制造和消费。

让氢能加速向乘用车普及:在大型商用车上搭载的储氢罐,通常是碳纤维材料的圆筒(直径约50cm,长约2m)。若将此类储氢罐标准化统一为1种,储氢罐的成本则可以削减25%并能加速普及;通过将气态氢液化,可大幅减少氢的体积,从而确保更大的乘用空间。

为了提高储氢罐在乘用车上的适应能力,丰田将改变储氢罐的外形,提升设计的自由度。丰田还表示,正在考虑将次世代氢燃料系统的电池单体的尺寸减半,从而可以实现从小型车到大型车的全线产品搭载。

写在最后

这场技术说明会,丰田首次向外界充分展示了在电气化领域的强大技术积累,不难看出,丰田已经为电气化转型做了充足的准备,我们也有理由相信,目前丰田正处于技术和产品爆发的前夜,未来的丰田一定会给我们带来更多的惊喜。

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