聚焦碳中和 豐田的電動化為什么「和而不同」
【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】就在前兩天,豐田發(fā)布了最新的投資計(jì)劃,預(yù)計(jì)到2030年,將在美國投資34億美元用于汽車電池的開發(fā)和本土化生產(chǎn)。對于豐田全球電池研發(fā)和生產(chǎn)計(jì)劃來看,只是135億美元中的一小部分。而另一邊豐田章男公開炮轟純電動車會摧毀日本經(jīng)濟(jì),似乎僅對于日本而言,也不全無道理。但是可以明確的是豐田正在加快電動化的布局,并于近段時間發(fā)布了2030年的電池戰(zhàn)略。
首先從豐田2030年電池戰(zhàn)略來看,主要分為電池的研發(fā)和供應(yīng)兩部分。從研發(fā)來看,為了能夠進(jìn)一步降低車輛的價(jià)格,以及推進(jìn)車輛及電池的一體化研發(fā),就必須從降低研發(fā)和制造成本做起,預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)每輛車的電池成本降低50%。
除了電池的研發(fā),再一個就是電池的供應(yīng),構(gòu)建靈活、完善的供應(yīng)體系,以應(yīng)對電動化進(jìn)程中不斷增長的電池需求。
而對于電池供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的搭建,本土供應(yīng)鏈的搭建和生產(chǎn)顯得額外重要,這也是為什么豐田將投資12.9億美元在美國成立一家電池工廠的原因,畢竟豐田預(yù)計(jì)到2030年,在美電動車銷量將從現(xiàn)有的25%提升至70%。
到2030年,豐田將會進(jìn)一步的提高產(chǎn)能,提供達(dá)到200GWh以上的電池,才能滿足電動車的普及帶來的電池增長。
眾所周知,豐田憑借著一款混動的普銳斯(詢底價(jià)|查參配)在全球打開了市場,而插電混動車型是在2012年的時候才開始在市場上面投放,并且剛開始的銷量也是相對比較低迷的。
而豐田在HEV非插電式混合動力車型上對鋰離子電池并不感冒,但是對鎳氫電池又情有獨(dú)鐘。因?yàn)槠涑杀靖拥土?、循環(huán)壽命更長、低溫性能更好等優(yōu)勢,對于主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛,電機(jī)只是起到輔助作用的HEV非插混車輛而言,能夠有效的避免能量密度較低、充電效率低等劣勢。
在鎳氫電池上的發(fā)展,豐田將推出「雙極性」結(jié)構(gòu)的鎳氫電池,并首次搭載在新款A(yù)QUA車型上。首先與老款A(yù)QUA車型的鎳氫電池相比,在體積相同的條件下,電池的輸出功率約為之前的兩倍,并且使車輛的加速性能更加的線性。
雙極性鎳氫電池的原理是在中間的集電體兩側(cè),分別布置了正極和負(fù)極材料,這就構(gòu)成了所謂的「雙極性」。首先最顯著的優(yōu)勢就是節(jié)省空間,省去了電芯外殼體和空間的占用。
再一個就是模組技術(shù),使整個模組看上去就是雙極性鎳氫電池就行堆疊而來,使整個電池包的模組降低,提高集成效率。
而對于豐田下一代的純電車型而言,充分借鑒自1996年以來推出的RAV4 EV所取得的技術(shù)發(fā)展,并將于2022年6月前發(fā)售「BZ4X」。該車是「TOYOTA bZ 」全新純電動專屬系列中的首款車型,也是基于e-TNGA平臺打造7款純電車型中第一款車型。
如果說豐田多年研發(fā)HEV車型所累積的技術(shù),只是打基礎(chǔ)的話,那么豐田基于全新純電架構(gòu)的車型則該到了「交作業(yè)」的時候。
當(dāng)然,全新的純電車型肯定離不開更加高品質(zhì)的電池,首先是在液態(tài)電池的材料上和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行升級,除了方型結(jié)構(gòu)的電芯之外,預(yù)計(jì)還將推出軟包等結(jié)構(gòu)的電芯,使電池包的質(zhì)量更輕,并且整體的靈活性和匹配性也會更高。
去年6月,搭載豐田全固態(tài)電池的電動車,已經(jīng)進(jìn)行了路試,目前已經(jīng)到了獲取車輛行駛數(shù)據(jù)的階段。全固態(tài)電池相比于液態(tài)電池,主要在電解質(zhì)和隔膜上做文章。
全固態(tài)電池就是將固態(tài)電解質(zhì)完全取代掉電解液和中間的隔膜,因?yàn)殡娊赓|(zhì)呈固態(tài)的形式,大幅提升電池的能量密度,在相同體積的情況下?lián)碛懈玫睦m(xù)航里程。
此外,全固態(tài)電池相比于液態(tài)電池遇到高溫時的劇烈反應(yīng)不同,固態(tài)電解質(zhì)更加的耐高溫和耐高壓。由于在材料以及結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢,電池在大電流的工作下不會發(fā)生刺破隔膜而導(dǎo)致的短路破壞,以及不會因?yàn)橛袡C(jī)液體在高溫下的氧化分解,從而加速燃燒。
目前全固態(tài)電池仍然面臨著成本和制作工藝的問題,導(dǎo)致全固態(tài)電池在傳統(tǒng)電池的市場上未能早日推出。但是全固態(tài)電池在與傳統(tǒng)鋰電池的差異化競爭中,仍然具有比較大的優(yōu)勢,這也是包括蔚來在內(nèi)的其他車企電池發(fā)展的主流規(guī)劃。
對于豐田的全固態(tài)電池的發(fā)展來說,將會率先應(yīng)用于HEV車型中,而實(shí)現(xiàn)從HEV車型到純電動車型中,還需要解決的課題是「高容量電池的壽命」。
由于無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極界面的相容性很差,這就會造成在長時間的使用后會產(chǎn)生巨大的界面阻抗,以及鋰枝晶的生長,加速電池的實(shí)效,所以就需要尋找更好的釋放劑作為固態(tài)電解質(zhì)界面的材料。
豐田不光是在純電動車型上發(fā)展,在氫動力車型同樣快速的推進(jìn)。早在上個世紀(jì)70年代,日本就已經(jīng)制定了關(guān)于氫能源的計(jì)劃,而第一款商用氫燃料電池車輛正是豐田的Mirai。
據(jù)此前數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),假設(shè)日本直接向純電動車轉(zhuǎn)型,那么就意味著日本每年損失800萬輛的汽車產(chǎn)量,日本制造商將會面臨嚴(yán)重的打擊。從這個角度來看,似乎在日本更適合氫能源的發(fā)展,因?yàn)槿毡居谐?0%的氫都是使用電解法制氫,而全球只有不到5%的氫是通過電解獲得的,這也更符合日本的能源優(yōu)勢。
但是,氫能所要面臨的「制造」和「運(yùn)輸」,以及涉及大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),仍然是阻礙氫燃料電池車快速發(fā)展的原因的之一,而純電動車只要解決充電樁的問題,似乎目前所面臨的問題都迎刃而解了。
此前,豐田章男認(rèn)為「氫燃料發(fā)動機(jī)只能堅(jiān)持三五個小時是不夠的,必須達(dá)到可維持跑完24小時的水準(zhǔn)」,所以我們也期待豐田氫動力車型有更好的發(fā)展吧。
到2030年,豐田預(yù)計(jì)將在全球市場銷售新能源車型達(dá)800萬輛,其中純電動車型和燃料電池車型將達(dá)到200萬輛,其余的車型均為HEV車型,這一目標(biāo)與全面向純電動市場轉(zhuǎn)型的其他傳統(tǒng)車企還是有一些區(qū)別的。
根據(jù)豐田品牌的預(yù)計(jì),每3輛 HEV車型等于1輛 EV車型的二氧化碳減排效果,通過普及HEV車型,即可通過少量的電池,有效減少二氧化碳排放,從而加速電動化的推進(jìn),這也是豐田以HEV車型為主的原因之一。
而對于已經(jīng)擁有豐富可再生能源的地區(qū),將會快速的普及純電和氫燃料電池車型,才能進(jìn)一步促進(jìn)「零排放」車型的快速普及。
從行業(yè)的總體發(fā)展來看,豐田在推動電動化的普及速度上似乎有所緩慢,讓以特斯拉為首的新能源車企能夠快速的占領(lǐng)市場。但是以豐田的影響力,現(xiàn)在努力的迎頭趕上,依然能夠在電動化市場中擁有足夠的話語權(quán)。
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