让纯电走向主流,丰田2020技术空间“E进擎”解析

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几天前,2020丰田技术空间如期举办,作为丰田中国每年都要举行一次的技术解析会,它不仅能使国内消费者对丰田产品和技术有更深入的了解,同时也能昭示丰田在中国市场发展的技术前瞻和品牌愿景。

近些年,丰田在中国布局新能源车型、提升旗下电气化车型占比的速度明显加快。所以继去年以丰田双擎E+(PHEV)技术解析主题之后,今年的丰田技术空间也将电气化进程更近一步:“E路,不辜负”成为了本次技术解析会的主题,丰田中国在本次的解析会中,向与会媒体分享丰田EV产品的核心技术,发布自己在中国的EV战略目标。

2020年4月20日,丰田正式公布将EV技术命名为“E进擎”之后,4-5月间,丰田品牌在华首款量产纯电动车型C-HR EV/奕泽 E进擎和雷克萨斯品牌量产纯电动车型UX300e陆续上市。

绕不过的安全话题

近些年,中国市场EV纯电动车型的发展风向一直在变化,最初,单次充电的续航能力几乎就是消费者评判一部电动汽车优秀与否的唯一标准;而在近些年,频频发生的自燃事故让消费者对电动车动力电池稳定性提出了质疑,甚至引发了前所未有的信任危机。毕竟对每一位驾乘人员来说,“安全焦虑”都是比“续航焦虑”更为严重的问题。

在这种风向下,众多厂商和评价机构也将风口转向,安全性是否经得起考验成为了评判一部纯电动汽车非常重要的考核标准。

一部纯电动车,身上最重要的部件就是动力电池,而电池的靠谱与否,也与电动汽车本身的安全性有非常直接的关系,公开数据显示,在去年5~7月之间,国内的新能源汽车安全事故在已查明车辆着火原因中,有一半以上车辆起火源于电池安全性问题,发生起火事故时车辆的状态涵盖了行驶、静止与充电各个使用状态。

而丰田,一直致力于确保旗下车型的安全性能,针对EV纯电动车型的动力电池安全方面,也有颇为成熟的应对,在TNGA的架构下,丰田针对电池组的寿命、安全、续航等方面都做了专门的调整。

基础的续航能力方面,三车搭载的均是54.35kWh的大容量电池包,13.1kWh/100km的电耗性能达到了同级别领先水平,在NEDC工况下,续航里程可达到400公里。数字谈不上激进,但背后的权衡逻辑依旧贯穿了丰田的中庸之道。

动力电池性能高效与否,核心中的核心是电芯,三车均装配的是松下电池,对新能源车型有了解的朋友一定都知道,特斯拉旗下现有车型配备的几乎都是松下的电芯。而究其原因,是因为松下电芯单体的一致性是业内公认非常出色的,不仅电池不易出现故障、电池容量保持比率更高、电池热稳定性更好且电池循环寿命更长。结合到实车而言,就是综合性能极优。

不过丰田三车使用的电芯都是改进过后的方形电芯,一个电池包内的数量仅为288颗,电芯数量的显著下降意味着单颗电芯体积的提升,带来的直接好处就是电芯在电池包内的布局就可以安排得更加科学,从而缩小电池包的体积,提升电池包的散热效率。

纯电动车自燃的原因中,有相当大一部分比例是以为电池包遭受过严重撞击,继而导致电池包内电路短路。丰田的大容量电池包安装在中央的地板下方,电池包本身是采用了增强材质的箱梁结构,外部还被骨架结构所包裹,保护电池包不受托底或撞击等情况的影响并与车身骨架形成了一体,最大限度确保电池包免受来自路面上的各种干扰。

而为了防止电池包内部在受到巨大撞击时起火,丰田EV车型的高压电回路被设置在了电池包中央,并用冷风管将电池包包围起来。确保车辆侧面受到撞击时,冷风管可以起到缓冲作用,进一步降低碰撞所引发的风险。

丰田电池包的内部除了采用更安全的设计之外,同时还导入了全新的智能监控系统,对电池包内部各个单体的电压、总电压,及由数个单体电池构成的组块的电压都会进行监控,确保系统的稳定性。

另外,虽然电池包本身为密闭的防水防尘结构,但丰田还是对电池包进行了相较以往2倍厚度的涂装进行密封,从而大大提高了防锈防腐蚀的性能。

除在设计和制造上保证其安全性以外,为了最大程度模拟实际用车环境中动力电池可能面对的极端状况,丰田还对搭载于旗下车型的动力电池反复进行了诸如如热稳定性试验、高速颠簸路耐久试验、浸水试验、L方向挤压试验。不仅从理论层面保障动力电池的使用安全,也同样满足工业和信息化部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准。

除了电池安全,电池的老化问题直接影响着丰田EV产品的耐久性,这也是丰田关注的重点。为了最大限度地遏制电池容量的降低,丰田很大程度上应用了在HEV中积累的成熟技术,实现了同级别较高水准的电池容量维持率,电池组10年电池容量维持率达到了80%。

电量智能控制系统,针对电池不耐受过充过放的特性,使用了智能控制系统来管理这个全过程,将充电量控制在不易老化的区域内,新增的电池状态提醒功能指导车主避免过充和过放对车系可能造成的伤害,让电池的电量在最佳活性区间内使用。

电池温度控制方面,丰田针对纯电动车的特点为电池单体开发了冷媒冷却方式,通过和室内的空调系统共用的方式,将电池冷却专用的蒸发器设置在电池包内,再使用冷媒积极进行冷却,从而使得冷风的温度保持在稳定的低温,以实现对各电池单体均衡且高效的冷却,从而能达到对电池衰减带来抑制效果。

针对纯电动车型冬天续航打折的问题,丰田在电池单体和模组之间又设置了加温器,通过电池芯的升温系统达到精密温控,整套升温系统升温系统在-12℃时加温器会自动打开,而-6℃及以上时则会被关闭,从而改进低温环境下的电池活性和稳定输出。而增加的“充电量上限”和“定时充电”功能,也能更好的利于电量在最佳区间内充放,从而减少电池的衰减。

全新的驾控体验

得益于TNGA架构所有的优点,EV车型的驾驶性能也进行了调整和优化,整车的操控稳定性和动力输出特性也有了非常明显的提升。

具体提升的数据方面,电池包的骨架结构使得车身的抗扭刚性较燃油车型提升20%,而置于车身下部的放置方式也使得车身重心高度较燃油车型降低了14%。 而由于悬架(弹簧、减振器)的再次适配和调整,使得丰田EV车型的乘坐舒适性也有了很大的提升。

除了针对EV车型车体结构特性的调整,丰田也针对电动机重新调整了驱动模式来实现更好的驾驶质感。

电机零起的特性是内燃机完全不具备的,电机直接的出力体验当然不错,但不加以限制出力的感觉却并不友好。很多电动车都存在起步蹿、加速晕眩的驾驶体验。而丰田的三款EV车型针对性地对电机的瞬时出力做出改进,在保留平顺性的同时高度还原了燃油车的加速体验,上手没不适感。

除了起步加速环节,丰田同样针对不同路况进行了不同的油门调校和模式,全新开发的油门控制系统,能够做出与专业车手相仿的顺滑、细微的操作,在城市中遇到跟车或者低速蠕行不需要右脚频繁在加速踏板和刹车踏板之间移动。而在面对连续弯道、高速巡航等需要加速的场景中,油门控制系统同样能给你细致而又充沛的动力迎合你的驾驶意图,大大提升驾控体验。

“动能回收系统力度”的调节器,分成了SMALL、MIDDLE、LARGE这3个级别。在不同的级别中,踏板开度与电机扭矩输出、制动能量回收等系统相关联,驾驶员同样可以根据自身的喜好或者驾驶习惯,做出最适应当下驾驶场景的选择。

关于未来EV的战略

早在2015年,丰田就提出了“丰田环境挑战2050”——2050年力争实现新车二氧化碳零排放、全生命周期二氧化碳零排放、工厂二氧化碳零排放、努力实现水资源充分利用、构建循环型社会以及创建人与自然和谐共生的环境。

迅速降低二氧化碳的排放,靠燃油车是无法实现的其中,“丰田环境挑战2050”提出的首要目标便是“新车二氧化碳零排放”,单靠燃油车显然是无法实现二氧化碳零排放的。在1997年普锐斯上市之后,丰田继续稳扎稳打,掌握了电机、电池、动力控制单元三大核心技术,成为了拥有包含HEV、PHEV、EV、FCEV在内的全方位电动化产品开发的汽车厂家,并在之后的时间里,丰田还会向着逐步提升电气化车型占比努力,直至实现零排放。

但丰田自己也非常清楚,一枝独秀不是春,“环保车只有普及才能真正为环境做贡献”,这就是丰田推进电动化战略的一切出发点。

在宏观政策上,丰田开始开放其在电动汽车领域的知识产权,2015年开始无偿提供氢燃料电池相关的技术专利;2019年开始无偿提供在HEV开发过程中积累的电机、动力控制单元、系统控制等电动化相关的技术专利;同年与比亚迪签收合作共同开发纯电动车型,丰田积累的车辆电动化技术逐渐开始被其他厂商应用并结出硕果。

而在电动车最为关键的动力电池领域,除了松下,在中国市场的丰田与宁德时代合作开展电池供应和新技术开发。在电池回收再利用领域,丰田开始与中国企业正在进行商业化的可行性研究,在未来愿景中,丰田希望通过“建立价值链体系”以及“可充分用尽旧电池的技术”建立回收、检测、再次利用机制,最大限度地发挥种类各异的旧电池的功效,实现电池循环型社会。

总结:

面对电动时代的汹涌热潮,丰田的动作似乎却远远称不上不上激进,但厚积薄发从来都是丰田的态度,毕竟丰田有着颇为丰厚的家底。

从1997年的初代丰田普锐斯开始,油电混动HEV开始进入公众的视野并在之后的岁月中逐步推广到旗下的其他车型之上,战功赫赫;2012年,插电式混动PHEV双擎E+的推出,在原有HEV的基础之上将混动技术再拓展一步;2014年氢燃料电池车HFCV“氢擎”实现全新突破。多年来,丰田在电气化的技术革新的步伐一直走在行业前列,但社会责任感,始终是丰田权衡上市要素中最为重要的一点,快节奏慢应用是丰田技术应用特质。

所以,基于丰田这23年电动化技术和TNGA架构的依托,丰田纯电动技术“E进擎”同样是丰田熟稔纯电动技术之后的成品展示。而2020丰田技术空间,正是对这一成品的集中展现和探讨盛宴。

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[责任编辑:wyjanneyjiang]

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