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遥看全球电动汽车领跑者的起跑线

原标题:遥看全球电动汽车领跑者的起跑线

电动汽车通称为EV,其中包括混合动力汽车HEV、外充电混合动力汽车PHEV、纯电动汽车BEV、燃料电池汽车FCV。在2017第45届东京汽车展上,丰田有9款(13辆)车型参展,并由丰田高管首次发布纯电动汽车BEV的开发计划,使丰田公司拥有了领跑全球电动汽车的三驾马车。至此,众说丰田放弃纯电动BEV说法成了子虚乌有,只不过电池战略与众不同,起跑线也不在我们的脚下而已。

一、放眼全球的混动HEV和PHEV

三驾马车之普锐斯,将起跑线设定在用成熟的电动化技术,大规模应用于混合动力汽车领域。丰田普锐斯批量上市于1997年12月,成为全球领跑者历经20年岁月无可替代。截至2017年11月末,丰田HEV和PHEV面向全球累计销售1100多万辆。采用日本J08工况法测得新款普锐斯耗油量仅为2.45L/100km(电耗折算油耗)。

图1丰田普锐斯汽车

丰田的目标是用HEV替代所有传统燃料汽车,因为这种混合动力汽车的电动化技术做到了极致,对基础设施没有依赖并且节能、环保水平高超,由此可以轻而易举地向全球各个角落普及。丰田公司从2012年开始面向全球市场销售四代普瑞斯,以及2017年2月发售第2代PHEV,旨在向世界宣示:采用汽车电动化技术路线的普锐斯,对节能与环保的贡献是绝无仅有的。将成为未来唯一不受使用条件限制的、可以全面取代传统燃料的节能环保车型,最能够实现市场化的汽车非HEV和PHEV莫属。

二、全球唯一量产的氢燃料FCV

三驾马车之燃料电池汽车采用氢燃料电池为动力,在运行中不会排放CO2使环保性能无可比拟。其便利性还在于,一次填充燃料的续驶里程可以与汽油车相当。

丰田燃料电池汽车美莱(MIRAI)起跑于2014年。采用日本JC08工况模式测试,一次填充燃料的续航里程为650公里(图2)。该车陆续进入欧美等汽车工业发动国家,自2014上市至2017年10月,以45万元人民币左右的售价累计销售了4300辆。丰田计划10年内使美莱(MIRAI)的售价降低60%,使之达到整车售价低于20万人民币,与丰田HEV混合动力价格持平。

图2展会上的美莱(MIRAI)FCV

2017年10月,两台丰田美莱「MIRAI」进入中国,由丰田汽车研发中心(中国)有限公司(TMEC),在北京、上海、广州等中心城市进行氢燃料汽车应用推广的试验与验证,有5座氢燃料加注站开始陆续建设(图2),以确得推广应用氢燃料汽车的商业模式。

图3丰田设中国某开发区的TMEC氢燃料加注站

该TMEC氢燃料加注站占地面积约280平米,采用无线网络管理方式,压差式填充压力为70MPa。

展会亮相的另一款名为「Fine-ComfortRide」的燃料电池汽车(FCV),采用4台轮毂电机四轮驱动(图4),电机效率相当于丰田美莱燃料电池汽车驱动电机的1.2倍。加之配装大容量氢燃料储液罐等技术措施,使这款电动汽车续驶里程达到1000km以上。

图4丰田Fine-ComfortRide燃料电池汽车

这款将于2018年上市的新车型,续驶里程比丰田在全球颇具影响力的美莱(MIRAI)延长至1.5倍,一次填充燃料可以达到1000公里。相当于日产电动汽车“聆风”续驶里程400公里的2.5倍。

之所以能够将续驶里程提高到1000km以上,其核心技术集中体现在如下三个方面:一是采用轮毂电机(IWM)使氢燃料箱的配备空间扩大;二是新技术使氢燃料电池氢电转换效率大幅提高;三是有效地降低了空气阻力、滚动阻力等行驶阻力(图5)。

图5从Fine-ComfortRide右后方看过去

值得一提的是,采用轮毂电机(IWM)有条件将驱动电机体积缩小,并将驱动电机分别布置在前后左右4个车轮上。不需要像传统电动汽车那样采用大型驱动电机集中驱动,由此可节省更多整车布置空间,有条件将圆筒形氢燃料罐纵向布置在汽车中部地板下面。

丰田负责FCV开发的技术人员表示,采用轮毂电机的技术关键有二:一是如何降低电机体积和重量;二是如何控制电机动作,实现转速、驱动力输出的协调性。

这款车的轮毂电机总质量是20〜25kg,装在轮辋内部所占空间恰到好处(图6)。在协调性控制方面,需要让车轮各自适应与当前路面附着力并输出所需牵引力和转速,这对汽车行驶的稳定性以及延长轮胎使用寿命都是至关重要的。

图6采用轮毂电机的4轮驱动

展会一亮相的另外一款燃料电池大客车名为“SORA”(图7)。采用燃料电池与混合动力技术融合的电驱动系统,一次填充燃料的续驶里程约500公里左右;不使用空调驶的续驶里程可以达到650公里以上。

图7丰田燃料电池FCV公交车

整车参数

車名

SORA

全長/全宽/全高

10,525/2,490/3,340mm

定員(座席+站席+乘务席)

79(22+56+1)人

丰田FC电堆能量装置

名称与类型

丰田固体高分子型储能器

最高出力

114kW×2(155PS×2)

电驱动系统

驱动电机类型

交流同步牵引电机

额定功率

113kW×2(154PS×2)

额定转矩

335N・m×2(34.2kgf・m×2)

高圧氢燃料罐

个数(公称使用圧力)

10只(70MPa)

总容量

600L

动力来源

类型

氢燃料电池

对车外设备供电能力

最大输出/供給电量

9kW/235kWh

这款燃料电池客车将从2018年开始批量上市,计划2020年为东京奥运会和残奥会提供100辆以上,会后成为东京圈公交运营工具。这款燃料电池客车的开发理念是,最大限度地发挥燃料电池FC的能量转换特性,为保护环境和城乡居民出行而奉献于社会的氢燃料客车。

三、从固体电池起步纯电动BEV

三驾马车之全固体电池将于2020之后问世,是丰田汽车进军纯电动汽车BEV领域的杀手锏。当丰田HEV、PHEV和FCV已经站稳脚跟,并且有了1100多万辆的市场业绩之际,丰田公司在2017年11月27日纪念普锐斯问世20周年技术说明会上高调重申:丰田汽车的电动化将是全方位的。尽管丰田在此之前有过“rav4ev”和“eq”等产品问世,但是丰田公司所追求的真正意义上的纯电动汽车BEV,将采用正在研制的固体电池(图8)。

丰田公司认为,日产汽车Leaf聆风的续航里程虽然可以达到400公里,但是还是不能满足用户的使用愿望。不能简单地以续航距离的长短论英雄,而是满足备充电时间、地点的灵活性,以及有随意延长续驶里程的余地才更具人性化。

丰田公司常务理事安部静生举例说,如果汽油车用3分钟时间加油便可行驶500~600公里的话,电动汽车充电时间要超过10小时,即使是快速充电也要花费数十分钟是不可取的。如何突破目前电池充、体积、重量、安全、寿命等技术瓶颈,需要我们丰田公司另辟蹊径通过“锐意开发”解决这类技术难题。

日前,丰田公司正式宣布:全固态电池电动汽车BEV将于2025年之前批量投放市场。宣称在早之前已有200多专业人员致力于全固态电池的研发,是世界上拥有全固态电池专利技术最多的企业。未来,将与电池制造企业合作生产全固态电池,用于丰田的将于2020之后量产的纯电动汽车BEV上。

图8丰田BEV采用的全固体电池特性

图8所示是丰田于若干年前开始研发的下一代汽车动力电池——全固体电池。比目前流行的锂离子系列汽车电池能量密度高、功率密度大,而且不存在可燃液体泄漏等隐患,因此安全性能非常优越。加之对电池控制系统的精益化管理,以及与大牌电池制造企业的合作,其充放电效率、使用寿命、充电时间以及环境友好性均无与伦比。

本文旨在通过上述信息提醒决策者们,弯道超车的起跑线不在我们的脚下,自诩行业冠军、自称产业领跑者更有痴人说梦之嫌……尤其是在商用车领域“急功近利”地大搞纯电动BEV化,或许在若干年之后幡然醒悟成“令人追悔莫及的路线错误”。

来源:

作者:永续国际

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