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2018-11-17 14:33 来源:华夏生活

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汽车电动化的先驱者 看丰田如何“秒变”老司机

来源:网上车市 2018-11-17 12:02
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  未来汽车的发展趋势是什么?相信许多人都会回答电动化。尽管目前发展新能源车的厂商不在少数,但大部分都是受到了国家政策的影响,在技术还存有缺陷的情况下,勉强向市场中投放产品,效果往往并不如意。但有一家企业,在21年前就推出了首款混合动力车型,并将该技术普及到了旗下各类产品中,在全球已经拥有1200万个新能源车主,这家企业就是丰田。

  丰田在国内的电动产化品并不多,许多人都觉得丰田在新能源领域只是一个“新手”。毕竟在现如今各大品牌都在宣传自己的插电式混合动力车以及纯电动车技术如何领先之时,仿佛很少能听到丰田的声音。但其实丰田在电动化领域中,已经是一个十足的“老司机”了。

  

  作为全球知名的汽车制造商,丰田在汽车技术研发上所取得的成就得到了全世界范围的认可,给消费者留下了经济实惠、油耗低以及品质可靠的良好印象。并且丰田一直走在世界汽车技术的前沿,其混动动力技术可以说引领了全球汽车产业由传统内燃机向混合动力发展的新纪元,在世界新能源汽车市场中拥有举足轻重的地位。

  

  丰田的新能源车技术之所以领先大部分汽车厂商,前瞻性是很重要的一环。丰田早在90年代就意识到摆脱石油资源的重要性,但由于当时技术限制,完全放弃汽油/柴油动力是不切实际的,逐渐降低对其的依赖,才是最合理的发展趋势,并且二氧化碳排放愈发增多,城市污染更加严重等也被丰田看在眼里。为了应对这些问题,第一代普锐斯在1997年应运而生,丰田迈出了在汽车电动化领域非常重要的一步。

  

  第一代普锐斯为丰田打开了新能源车的市场,随后该技术被广泛应用到旗下各类产品中,涵盖了小型至大型豪华轿车、SUV、厢式旅行车以及各类商用车上,截至去年底,已经拥有了38款混合动力车型,累计销量达到1200万辆。丰田的新能源车之所以能够占据如此多的市场份额,主要是在电动化的三大核心上(电机、PCU、电池),拥有绝对的技术领先。

  

  在电动机方面,丰田通过汽车变速箱累计的驱动技术与电动机技术结合起来,不断优化动力总成,主要围绕在电动机小型轻量化、低损耗化以及低成本化上进行升级。第四代THS通过以逆向从动齿轮减速与行星齿轮组替代链式传动,相比第一代THS 5600rpm的转速,第四代THS已经提升至17000rpm,并且体积也有58%的下降。

  

  此外,第四代THS针对定子线圈的结构进行了调整,采用平角线,减小了膜和空隙,以此来提高线圈槽满率,线圈占空系数达到了第一代THS的1.3倍,有效降低了电能损耗,电动机功率也有原先的30kW上升到了53kW。可能有许多人对于为什么丰田第四代THS的电动机功率没有第三代高产生了疑问,因为随着汽车整体制造的发展,车身各零件重量均有降低,在达到同等甚至更好的运动性能的情况下,已经不需要那么高的电力输出,新一代THS的电动机功率才比上一代减少了7kW。

  

  丰田第四代THS还有效的降低了电动机的成本,主要通过结构优化降低了磁铁的使用量。许多人都知道,最大转矩是界定电动机性能的一个关键数据,却不清楚它是从何而来。电动机所产生的转矩是通过磁铁转矩与磁阻转矩共同作用的结果,在原先技术不发达的时候,只能采用更多的磁铁,以此来提升合成转矩。但丰田通过改善转子磁铁配置结构,有效提升了磁阻转矩,减少了50%的磁铁使用量,制造成本被有效的降低。

  

  PCU作为动力控制单元,能够将电池的电力转送给电动机的电力转换器,实现对车辆的控制,是整个系统的“大脑”,如何能够时刻保持“清醒”才是最重要的事。新一代THS针对PCU冷却做出了升级,以双面叠层冷却结构代替了第三代THS的直接冷却结构(不采用散热润滑脂),使其工作是更加稳定、耐久。另一重大升级就是追加了升压变压器,由于功率和电压、电流成正比关系,系统电压由第一代THS的288V上升到600V以后,电流得以降低,从而有助于降低损耗,实现低成本/轻量化开发。

  得益于此,新一代THS的PCU体积和质量相比第一代减小了一半,功率密度却达到了2.5倍之多。随着体积逐渐减小,在车内放置的位置也有了更多的选择。第一、第二代THS的PCU搭载于发动机舱内,辅助电池搭载在后备厢中,在第三代THS中,PCU所占用的空间明显减小。到了第四代THS时,通过PCU小型化实现在驱动桥上方搭载,辅助电池也能由后备厢转移到发动机舱内,后备厢因此可以更加平整,并且使用空间增大。

  

  最后是电池方面,小型轻量化仍是发展重点。传统动力车型上,汽油或是柴油被储存在邮箱当中,纯电动车将能量储存在电池组中,两种车型均只有一种储能装置。而油电混合动力车型则不同,拥有两套储能装置,如何将它们更合理的分布在整车当中,是一个不小的难题。

  

  经过了四代系统的发展,电池单体尺寸得到了大幅减小,锂电池组的体积缩小了67%,可以被放置到后排座椅下,降低车辆重心的同时扩大了行李厢空间。此外,电池控制单元、电池冷却风机、电气设备零部件以及维修塞等也都进行了小型化升级,进一步减小了电池包的体积,但最大输入功率相比第一代THS提升了60%,最大输出功率提高了28%,性能得到了保障。综合来看,丰田在电动化核心技术上都处在世界领先的位置,推出的产品自然受到了世界各地消费者的青睐。

  但目前丰田在华布局的混合动力车型并不多,且没有插电混动和纯电动车型,让国内消费者感觉丰田好像有一些“掉队”的意思。那么作为全球最大车企的丰田是否真的落后于竞争对手们了?事实上,无论是技术发展还是市场发展,全面电动化都不是一蹴而就的。人们用车习惯不会因为电动车的出现而被快速改变,并且该市场还处于初级阶段,电能的获取、转化和存储技术还并未成熟,社会基础设计并未健全,电动车在短时间内并不适合被大规模的普及。

  但汽车电动化是未来的发展模式,丰田在这方面也早有准备,此前一贯发展的混合动力技术,继承了传统汽车技术体系又融合了大量的新能源技术,对电池、电机以及电控技术上形成了大量的技术储备。这些积累对于未来电动化产品的量产打下了坚实的基础,即将推出的产品(插电混动、纯电动、燃料电池车)也会更加的成熟可靠。对于那些期待丰田的插电混动以及纯电动车的消费者们,不要着急,它们马上就会进入到国内市场当中。

  

  根据丰田的产品规划来看,旗下插电混动车型,卡罗拉PHEV、雷凌PHEV即将在2019年春季正式上市。插电式混合动力车型作为传统动力和纯电动车之间的过渡产品,逐渐受到更多消费者的青睐。这类车型的油耗基本在2L/100km以下,并且拥有50km-100km之间的纯电续航里程,适合日常市内通勤,且更具经济性。此外,插电混动车的续航里程可达到700km-1000km,也不会让人因为电量不足而感到担忧,相比于纯电动车更容易让消费者接受。

  

  纯电动车方面,自2020年,丰田将以中国为首加速导入全新产品,首先推出的是基于C-HR/奕泽IZOA打造的纯电动SUV。新车是TNGA架构下生产的车型,其基本性能以及产品品质将得到极高的保障,并且成本会大幅下降。此外,得益于丰田在新能源车产业多年的技术累计,电池技术不断取得突破将有效提升续航里程和电池寿命,两款新车非常让人期待。

  油电混动、插电式混合动力以及纯电动是国内市场中主流的新能源产品,丰田对这些产品都做出了相应的布局。在国内消费者并不熟悉的燃料电池车市场中,丰田也走在行业前端。丰田Mirai已经在日本和欧美市场正式发售,并且在中国、加拿大、阿联酋以及澳大利亚等地区开展了实证试验。燃料电池车是纯电驱动车型中的一种,但不同于一般的电池储能,该类车型以氢为燃料,不仅排放彻底无污染,而且燃料添加时间短,续航可媲美燃油车。

  

  2017年10月丰田开始启动FCEV “MIRAI未来”在中国的实证实验,丰田研发中心的加氢站也同时落成。2018年3月,丰田、日产、本田、JXTG能源、出光兴产、岩谷、东京燃气、东邦燃气、丰田通商、日本政策投资银行等共11家公司,成立了旨在体系化建设氢燃料电池车(FCEV)加氢站的“日本加氢站网络公司,足以证明丰田对于燃料电池车的重视,未来将与纯电动车一并发展。

  

  至此,丰田也对未来的电动化发展有了一个清晰的规划,在2025年以前会在全球推出10余款电动车,并且所有车型均配备电动化专用车型或电动化车型选择。到2030年,丰田预计电动化车辆的销售比例超过50%,EV和FCV车型的占比会超过10%。最终到2050年,会实现二氧化碳零排放的目标。

  结语:丰田在HEV领域大有成就,但并不意味着丰田只执着与此,而是根据市场环境的变化和消费者的需求,适时推出各类产品。在20余年的技术积累以及1200万辆销量所打下的基础上,丰田对于整个电动化产业的认知以及核心技术都世界领先地位,并且成为了业界为数不多的,在未来各个时期都有明确发展目标的厂商,足以证明丰田强劲的技术实力。

(责编:王春宇)