聚焦碳中和 丰田的电动化为什么「和而不同」

2021-10-21 23:21:54 作者:崖雍

  【太平洋汽车网 技术频道】就在前两天,丰田发布了最新的投资计划,预计到2030年,将在美国投资34亿美用于汽车电池的开发和本土化生产。对于丰田全球电池研发和生产计划来看,只是135亿美元中的一小部分。而另一边丰田章男公开轰纯电动车会摧毁日本经济,似乎仅对于日本而言,也不全无道理。但是可以明确的是丰田正在加快电动化的布局,并于近段时间发布了2030年的电池战略。

聚焦碳中和 丰田的电动化为什么「和而不同」

  首先从丰田2030年电池战略来看,主要分为电池的研发和供应两部分。从研发来看,为了能够进一步降低车辆的价格,以及推进车辆及电池的一体化研发,就必须从降低研发和制造成本做起,预计实现每辆车的电池成本降低50%。

丰田2030年战略

  除了电池的研发,再一个就是电池的供应,构建灵活、完善的供应体系,以应对电动化进程中不断增长的电池需求。

  而对于电池供应网络的搭建,本土供应链的搭建和生产显得额外重要,这也是为什么丰田将投资12.9亿美元在美国成立一家电池工厂的原因,毕竟丰田预计到2030年,在美电动车销量将从现有的25%提升至70%。

丰田2030年战略

  到2030年,丰田将会进一步的提高产能,提供达到200GWh以上的电池,才能满足电动车的普及带来的电池增长。

丰田在镍氢电池上的执着

  众所周知,丰田凭借着一款混动的普锐斯询底价|查参配)在全球打开了市场,而插电混动车型是在2012年的时候才开始在市场上面投放,并且刚开始的销量也是相对比较低迷的。

丰田2030年战略

  而丰田在HEV非插电式混合动力车型上对锂离子电池并不感冒,但是对镍氢电池又情有独钟。因为其成本更加低廉、循环寿命更长、低温性能更好等优势,对于主要由发动机驱动车辆,电机只是起到辅助作用的HEV非插混车辆而言,能够有效的避免能量密度较低、充电效率低等劣势。

丰田2030年战略

  在镍氢电池上的发展,丰田将推出「双极性」结构的镍氢电池,并首次搭载在新款AQUA车型上。首先与老款AQUA车型的镍氢电池相比,在体积相同的条件下,电池的输出功率约为之前的两倍,并且使车辆的加速性能更加的线性。

丰田2030年战略

  双极性镍氢电池的原理是在中间的集电体两侧,分别布置了正极和负极材料,这就构成了所谓的「双极性」。首先最显著的优势就是节省空间,省去了电芯外壳体和空间的占用。

丰田2030年战略

  再一个就是模组技术,使整个模组看上去就是双极性镍氢电池就行堆叠而来,使整个电池包的模组降低,提高集成效率。

丰田HEV车型率先搭载「固态电池」

  而对于丰田下一代的纯电车型而言,充分借鉴自1996年以来推出的RAV4 EV所取得的技术发展,并将于2022年6月前发售「BZ4X」。该车是「TOYOTA bZ 」全新纯电动专属系列中的首款车型,也是基于e-TNGA平台打造7款纯电车型中第一款车型。

丰田2030年战略

  如果说丰田多年研发HEV车型所累积的技术,只是打基础的话,那么丰田基于全新纯电架构的车型则该到了「交作业」的时候。

丰田2030年战略

  当然,全新的纯电车型肯定离不开更加高品质的电池,首先是在液态电池的材料上和结构上进行升级,除了方型结构的电芯之外,预计还将推出软包等结构的电芯,使电池包的质量更轻,并且整体的灵活性和匹配性也会更高。

丰田2030年战略

  去年6月,搭载丰田全固态电池的电动车,已经进行了路试,目前已经到了获取车辆行驶数据的阶段。全固态电池相比于液态电池,主要在电解质和隔膜上做文章。

丰田2030年战略

  全固态电池就是将固态电解质完全取代掉电解液和中间的隔膜,因为电解质呈固态的形式,大幅提升电池的能量密度,在相同体积的情况下拥有更好的续航里程。

丰田2030年战略

  此外,全固态电池相比于液态电池遇到高温时的剧烈反应不同,固态电解质更加的耐高温和耐高压。由于在材料以及结构上的优势,电池在大电流的工作下不会发生刺破隔膜而导致的短路破坏,以及不会因为有机液体在高温下的氧化分解,从而加速燃烧。

丰田2030年战略

  目前全固态电池仍然面临着成本和制作工艺的问题,导致全固态电池在传统电池的市场上未能早日推出。但是全固态电池在与传统锂电池的差异化竞争中,仍然具有比较大的优势,这也是包括蔚来在内的其他车企电池发展的主流规划。

丰田2030年战略

  对于丰田的全固态电池的发展来说,将会率先应用于HEV车型中,而实现从HEV车型到纯电动车型中,还需要解决的课题是「高容量电池的寿命」。

  由于无机固态电解质与锂金属负极界面的相容性很差,这就会造成在长时间的使用后会产生巨大的界面阻抗,以及锂枝晶的生长,加速电池的实效,所以就需要寻找更好的释放剂作为固态电解质界面的材料。

氢动力车型的孤军奋战

  丰田不光是在纯电动车型上发展,在氢动力车型同样快速的推进。早在上个世纪70年代,日本就已经制定了关于氢能源的计划,而第一款用氢燃料电池车辆正是丰田的Mirai。

丰田2030年战略

  据此前数据统计,假设日本直接向纯电动车转型,那么就意味着日本每年损失800万辆的汽车产量,日本制造商将会面临严重的打击。从这个角度来看,似乎在日本更适合氢能源的发展,因为日本有超60%的氢都是使用电解法制氢,而全球只有不到5%的氢是通过电解获得的,这也更符合日本的能源优势。

丰田2030年战略

  但是,氢能所要面临的「制造」和「运输」,以及涉及大量的基础设施建设,仍然是阻碍氢燃料电池车快速发展的原因的之一,而纯电动车只要解决充电桩的问题,似乎目前所面临的问题都迎刃而解了。

丰田2030年战略

  此前,丰田章男认为「氢燃料发动机只能坚持三五个小时是不够的,必须达到可维持跑完24小时的水准」,所以我们也期待丰田氢动力车型有更好的发展吧。

未来仍然以HEV车型为主

  到2030年,丰田预计将在全球市场销售新能源车型达800万辆,其中纯电动车型和燃料电池车型将达到200万辆,其余的车型均为HEV车型,这一目标与全面向纯电动市场转型的其他传统车企还是有一些区别的。

丰田2030年战略

  根据丰田品牌的预计,每3辆 HEV车型等于1辆 EV车型的二氧化碳减排效果,通过普及HEV车型,即可通过少量的电池,有效减少二氧化碳排放,从而加速电动化的推进,这也是丰田以HEV车型为主的原因之一。

丰田2030年战略

  而对于已经拥有丰富可再生能源的地区,将会快速的普及纯电和氢燃料电池车型,才能进一步促进「零排放」车型的快速普及。

全文总结

  从行业的总体发展来看,丰田在推动电动化的普及速度上似乎有所缓慢,让以特斯拉为首的新能源车企能够快速的占领市场。但是以丰田的影响力,现在努力的迎头赶上,依然能够在电动化市场中拥有足够的话语权。

  (文:太平洋汽车网 崖雍)

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