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每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

2018-08-28 23:02:30 来源: 网易汽车 举报
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网易汽车8月28日报道 似乎每一次的能源危机都会为汽车产业带来技术更迭的契机。混动、纯电动、氢燃料电池等技术都是在这样的大背景下发展起来的。当前大气污染、温室效应、资源过度消耗等问题已经成为全球可持续发展的重要阻力,对于汽车工业而言,降低能耗提高燃料的使用效率和利用代替燃料已是大势趋势,车辆电动化成为必然选择。

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

从推出第一代普锐斯开始历经20年的沉淀,丰田在电池、电机和电控为核心的电动化三电技术方面已取得了深厚的积累。近期丰田对外展示了其在电动化领域的“家底”,当然这次对外展示的主要为混动车型的三电技术,关于纯电、FCV等领域的黑科技会在未来逐步对外展示。

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

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开始具体的技术展示前,我们需要先了解一下丰田针对电动化领域的规划和目标。

2020年在中国推出C-HR和奕泽IZOA EV车型

2015年10月,丰田发布“丰田环境挑战2050”战略,提出2050年全球新车平均行驶过程中CO2排放量削减90%的目标,而电动化车型的普及正是实现这一目标的中长期策略。

为此,丰田分解细化了该战略的执行目标,去年12月丰田发布2020-2030年的新能源车型挑战计划,主要内容包括HEV、PHEV、EV、FCEV在内的电动化汽车研发与普及。

1.按照规划自2020年起,将率先在中国市场推出C-HR和奕泽IZOA的EV车型,其后向日本、印度、美国、欧州市场依次导入;持续升级丰田THS-II混动系统的性能,同时,继续开发强动力型、简易型等多种类型的混动系统,持续扩展插电混动车型产品阵容。

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2.2025年前,在全球市场销售的纯电动车型数量将扩大到10种以上;2025年丰田旗下所有产品将实现全面电气化,不再提供只配备传统发动机的车型。

3.到2030年,力争在全球市场实现550万辆以上的电动化汽车年销量数字,其中零排放的纯电动及燃料电池车型力争年销量达到100万辆以上;

而动力电池方面,丰田也将以“2025年前实现商用化”为目标开发新一代高性能全固态电池。丰田希望在2025年前将下一代固态电池商业化。同时,丰田也将联合松下研发方形车载电池。

三电关键技术及零部件开发策略  小型轻量化、低损耗化、低成本化

针对电动化车型核心的三电技术及零部件,丰田的开发策略由三方面构成,小型、轻量化;低损耗化和低成本化。此次丰田将PCU(动力控制单元)、电动机、电池包在内的全部4代产品都带到了现场,并拆解展示。

直观的看PCU(动力控制单元)、电机、电池包这三个电动化车型的核心零部件,从第一代到第四代体积小型化及轻量化的趋势非常明显。

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以电池包为例,通过零部件小型化和整合,每一代的普锐斯电池包体积都在缩小。此外通过电极材料和控制改良,电池的整体性能和针对不同车型的通用性也有了大幅提升。最新一代的电池组最大输入功率比第一代提升了68%,最大输出功率提升了28%。

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第一代普锐斯电池单体采用了圆形Ni电池,到了第四代已经优化为方形LI-ion电池。此外丰田在混动系统中加入升压转换器,从而降低电池额定电压,减少电池单体数量。这也让电池在车内布局上选择性更多,在不影响使用空间的同时,小型车搭载混动系统变得更为容易。从第一代安置于后座背面到第四代电池包可以安置于后座之下,安置位置的变化也为扩大后备箱体积做出了贡献。

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PCU和功率半导体技术

PCU和功率半导体技术的开发原则是低损耗、小型轻量化和低成本。第一代PCU体积为17.4L而到了第四代体积已经降为8.4L,同时输出功率密度却提升了2.5倍。

PCU主要由IPM、升压变压器、电抗器、冷却器、DCDC变频器构成,从第二代普锐斯开始增加升压变压器,将系统电压提升到500V,追加升压变压器的目的在于降低电流和设备损耗,从而同等功率下实现系统的小型高效及低成本化。冷却性能层面,第四代PCU采用双面冷却结构大幅提高冷却性能。

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

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IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)是车载逆变器的核心功率器件因此自然也成为电机驱动部分最核心的元件,IGBT在综合性能方面占有明显优势,非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统等领域。由于IGBT的重要性现阶段也使得丰田成为全球唯一能够自产IGBT管的汽车厂家。

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电动机技术

丰田针对电机技术优化主要包括优化电机特性和减速机构提升电机小型轻量化,提高电动机冷却性能、推高电价驱动单元效率降低损耗、提高电动单元静谧性。

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

针对驱动桥的小型轻量化技术,丰田从第三代开始采用齿轮传动,降低纵向距离。第四代驱动机发电机采用平行轴设计。最终通过改变齿轮组、电动机室油室化、优化油位等,将损耗降低了60%。

第一代电动机体积为5.1L,到了第四代体积已经降低到2.2L。第四代电动机最高转速可达17000rpm,转速比第一代提升了3倍。

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

每一次都为更低能耗 丰田电动化技术简析

第四代电动机定子绕组线圈采用方线(平角线)布局,增加铜线面积提高线圈槽满率,提升通过电流。

提起丰田的新能源技术,大多数人第一反应会想到混合动力技术和普锐斯,不夸张的说,以普锐斯为代表的混动技术已经成为丰田对外的一张重要名片。数据是最好的佐证,上世纪70年代,丰田正式开始研究混合动力技术,1997年第一代丰田普锐斯开始在全球销售。截止到目前,丰田混合动力车型在全球累计销量已突破1200万辆。

同时我们也要看到新能源汽车三电技术仍面临巨大挑战,未来汽车电池能量密度和安全性的提升,固态电池的商业化,电机及控制集成度、三电产业的一体化打造、基础设施配套完善等都为车企和供应商甚至政策制定者提出了更高要求,汽车产业新能源电动化之路的挑战才刚刚开始。

王铭 本文来源:网易汽车 责任编辑:王铭_NA5955
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