詳解：豐田心中汽車的未來，以電池和氫能驅(qū)動的新技術

目錄

? 新技術，批量公開
? 〈BEV〉支撐2030年全球純電銷量達到350萬臺的次世代電池技術
? 〈BEV〉全固態(tài)電池“新技術”的發(fā)現(xiàn)
? 〈BEV〉將火箭技術應用于空氣動力學性能改善
? 〈BEV〉隨著制造水平的進化，實現(xiàn)投資和工序都減半
? 〈氫能〉30年研發(fā)的積累造就次世代氫燃料電池
? 〈氫能〉面向商用的次世代氫燃料電池系統(tǒng)
? 〈氫能〉用造車技術“制”氫
? 〈氫能〉為了向乘用車普及，改變儲氫罐的外形
? “改變汽車的未來”更是激發(fā)公司內(nèi)部原生動力的主題

新技術，批量公開

近日，豐田汽車（以下，豐田）面向媒體，公開舉辦了一場技術說明會。就新經(jīng)營體制提出的——實現(xiàn)“電動化”、“智能化”、“多樣化”的新技術進行了展示、體驗與說明。

本次說明會上電動化的次世代技術尤為引人矚目。今年5月剛成立的BEV Factory總裁加藤武郎，將于7月開始擔任氫能Factory總裁的山形光正，就新組織負責研發(fā)的產(chǎn)品與事業(yè)展望進行了解說，毫不吝嗇地公開了20多項新技術的開發(fā)情況。

本次說明會的發(fā)起人中嶋裕樹副社長，再次重申了豐田新經(jīng)營體制“改變汽車的未來”這一主題，更展現(xiàn)了作為豐田首席技術官的決心與斗志。

“無論是被視作混合動力技術代名詞的普銳斯，還是氫燃料電池轎車MIRAI，至今為止豐田憑借自身技術實力，攻克了很多技術難題，并開拓了未來。豐田將繼續(xù)通過技術的力量，為消費者創(chuàng)造美好的未來，并將汽車與社會鏈接起來，引領構建嶄新的未來社會?！?/p>

《豐田時報》將以系列報道的方式，對本次說明會中所公開的各項技術進行解讀。第1期為大家?guī)淼氖恰耙噪姵嘏c氫能為中心的新技術”。

〈BEV〉支撐2030年全球純電銷量達到350萬臺的次世代電池技術

BEV Factory成立后，首次公開亮相的加藤總裁提到：“用BEV改變未來。對汽車、制造、工作方式的變革，一定可以為豐田帶來更好的發(fā)展。”

說明會上公布BEV Factory負責研發(fā)的豐田次世代BEV產(chǎn)品*中的首款計劃于2026年上市。2030年豐田全球BEV銷售規(guī)模預計達到350萬臺，其中次世代BEV產(chǎn)品將占到170萬臺的水平。

*次世代BEV將對電池、平臺、制作方式進行全維度創(chuàng)新，給純電能源提供一個最能發(fā)揮的方式：將電池能力發(fā)揮到極致，將電耗控制到更低水平，使續(xù)航里程達到1000km，同時會追求更加令人興奮的行駛質(zhì)感與外觀設計。新的產(chǎn)品會從雷克薩斯品牌開始投入市場。

本次說明會首次公開了兩款有望被搭載到次世代BEV產(chǎn)品上的鋰離子電池，分別為“性能版電池”與“普及版電池”。

“性能版電池”:?提高了電池能量密度，配合車輛的空氣動力學改善，可將續(xù)航里程提升到目前的2倍，達到1000km。同時完成成本降低20%，實現(xiàn)快充不到20分鐘的目標。

“普及版電池”：是將已經(jīng)應用于HEV鎳氫電池上的雙極結(jié)構，通用到BEV電池上。續(xù)航里程比目前增加20%，快充同樣可以達到30分鐘以內(nèi)。由于零件數(shù)量可控制在四分之一到五分之一之間，成本可降低40%左右。

雙極結(jié)構是指，正反兩面分別是正極與負極的集電體，再將這些集電體堆疊打包的結(jié)構。這樣在做到體積緊湊化的同時，單個集電體的通電面積也比目前HEV電池有所增加，將這些集電體精準堆疊，則存在需要攻克的技術難點。

另外，還有一款“高性能版電池”集各種優(yōu)點于一身，也正在研發(fā)之中。該款電池采用了高鎳正極材料，并使用雙極結(jié)構。通過這些努力，“高性能版電池”與“性能版電池”相比，續(xù)航里程還可再增加10%，快充達到20分鐘以內(nèi)，成本有望降低10%。

“讓電池也可以有豐富的選擇”這是非常豐田的想法。面對豐富的產(chǎn)品線，豐田將不斷推進能夠靈活應對消費者需求的研發(fā)。

〈BEV〉全固態(tài)電池“新技術”的發(fā)現(xiàn)

全固態(tài)電池經(jīng)常被稱為“BEV游戲規(guī)則改寫者”。在這次說明會上，還公布了有關全固態(tài)電池的新消息。

全固態(tài)電池的電解質(zhì)為固體，離子運動速度更快，對高壓、高溫具備更強的耐受力。能夠帶來穩(wěn)定的高功率、增加續(xù)航里程以及進一步縮短充電時間。

此前，全固態(tài)電池壽命較短是核心課題。固體電解質(zhì)隨著電池的充放電反復膨脹和收縮，可能會引發(fā)龜裂，導致鋰離子在正負極之間的流動會變得困難。

本次，豐田正式公布，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了克服這一課題的新技術。今后，在核算成本后，將全面進入面向量產(chǎn)研發(fā)的階段。

豐田曾在2021年時表示“全固態(tài)電池的導入將從HEV車型開始”，通過重新評估后明確表示，全固態(tài)電池將搭載到BEV車型上，并挑戰(zhàn)于2027~28年投入實際應用。

“性能版電池”，豐田將與Prime Planet Energy & Solutions（PPES）推進，“普及版電池”、“高性能版電池”、“全固態(tài)電池”與日本豐田自動織機共同推進，匯集豐田內(nèi)部各方實力，努力實現(xiàn)產(chǎn)品投入實際應用。

〈BEV〉將火箭技術應用于空氣動力學性能改善

決定BEV性能的不僅有電池研發(fā)。降低行駛阻力、能源再生的進一步擴大、整車能源與熱效率管理等諸多要素需要與車輛研發(fā)共同考慮。作為車輛研發(fā)項目之一，加藤總裁在會上為大家介紹了豐田與三菱重工業(yè)宇宙事業(yè)部共同研討如何將火箭的極超音速技術應用于汽車。

火箭周邊空氣由于摩擦、受到壓縮會產(chǎn)生大量的氣動加熱效應，航空領域有可以在這樣高溫環(huán)境中保護火箭機體不受損傷的技術和經(jīng)驗。豐田正在與他們討論將這些技術和經(jīng)驗運用于造車范疇。例如通過對車身表面進行處理等方式，控制車身與氣流接觸的局部，由此實現(xiàn)降低阻力。假設現(xiàn)有車身的風阻系數(shù)為0.20，進行技術處理后，豐田認為可以實現(xiàn)再降低10%的效果。

另一個值得關注的點是，這樣的技術應用將使車身形狀擺脫材料束縛，無論是鋼，還是鋁。更可以讓極致的車身設計與空氣動力學性能，不再是魚與熊掌，而可以兼得。這是蘊藏著巨大潛力的研發(fā)領域。

目前，豐田正在以3年后投入實際應用為目標，不懈努力。

〈BEV〉隨著制造水平的進化，實現(xiàn)投資和工序都減半

加藤總裁談到：“之所以次世代BEV能夠完成‘商品的進化’，正是因為背后是‘制造的再次進化’。如果用一個詞來詮釋制造的未來，應該是‘二分之一’。也可稱之為‘BEV half’。通過模塊結(jié)構和車輛自動化移動生產(chǎn)線技術將生產(chǎn)工序和工廠投資分別減至二分之一。通過數(shù)字孿生技術賦能，生產(chǎn)準備時間將減少至二分之一?！?/p>

次世代BEV車體采用了分成前、中、后三大塊模塊的新結(jié)構。

其中只有中間部分搭載了電池，由于前、后模塊均不受影響，可快速地將電池的進化同步到整車上。

一體化鑄造是實現(xiàn)這種模塊化車身結(jié)構的一項重要制造技術。

目前bZ4X的車身后部由86個金屬板部件、經(jīng)過33道沖壓工序組成。如果用鋁壓鑄工藝一體成形，最終可將零件數(shù)量和工序精簡為1個。

目標是將成本和重量都降低到現(xiàn)有水平之下，同時發(fā)揮豐田最為擅長的TPS（豐田生產(chǎn)方式），大大提高生產(chǎn)效率。

結(jié)合制造進化，會上還介紹了全新的生產(chǎn)技術“車輛自動化移動生產(chǎn)線”。在組裝中的汽車可以自動行駛，移動到下一個工序。

簡而言之，將電池、電機、輪胎和無線終端安裝到前、中、后三個模塊后，就可以讓其自動在工序間行駛。

這樣一來，生產(chǎn)線上便無需傳送帶，工廠的布局也將不受限制。同時，曾經(jīng)以年為單位的量產(chǎn)準備周期和高達數(shù)十億日元的工廠投資等，都能實現(xiàn)大幅度的削減。

目前，豐田將以3年后引進為目標，加速研發(fā)。

〈氫能〉30年研發(fā)的積累造就次世代氫燃料電池

關于氫能，之前有向大家陸續(xù)地介紹過其相關進程和技術。

此次，氫能Factory山形總裁，表示要以研發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體化的形態(tài)推進商業(yè)化落地，直言“要通過以量定價的經(jīng)營模式，努力提供價格更合理的產(chǎn)品”。

山形總裁還介紹豐田預估在2030年收到約10萬臺氫燃料電池的訂單，氫燃料電池市場將以商用車為中心實現(xiàn)增長。

與此同時，使用氫能源的氫燃料電池部件、氫原料本身，依然存在成本高昂的課題。

為了通過大型商用車等形式來進一步推廣普及氫能應用，在本次說明會的展示區(qū)，介紹了為更好地適應商用場景，行駛和能耗性能都得到了提高的次世代氫燃料電池系統(tǒng)，以及一些降低車載儲氫罐制造成本的舉措。此外，針對制氫技術也進行了說明。

〈氫能〉面向商用的次世代氫燃料電池系統(tǒng)

氫燃料電池，是由被稱作“電池單體”的薄板狀回路堆疊而成的電堆構造。薄板狀的回路則可以使氫和氧發(fā)生化學反應，從而能夠發(fā)電。

此次說明會上展示的次世代電池單體發(fā)電量，可達到現(xiàn)有電池單體的1.3倍。

在耐久性方面，本次展示的次世代產(chǎn)品需要保養(yǎng)所間隔的周期與燃油車相比，延長了2.5倍。從汽車的壽命來看，甚至可以達到幾乎不需要保養(yǎng)的程度。

另外，與目前的電池單體相比，在電堆成本減少一半的同時，續(xù)航里程又能增加20%，如果拿東京到大阪來舉例，駕乘途中則無需再加氫，可以說實現(xiàn)了相當大的改善。

可以說這個次世代電池單體凝聚了豐田30年積累下來的技術和經(jīng)驗。

例如實時測量和分析電池單體內(nèi)部發(fā)生的現(xiàn)象；模擬納米尺度的化學反應；以及高精度化學觸媒的涂裝工藝等。

通過高超的技術實力，不僅延緩了因腐蝕等引起的劣化，還使制造所需材料的價格變得更經(jīng)濟。這樣具有高競爭力的次世代電池單體，計劃在2026年投入實際應用。

〈氫能〉用造車技術“制”氫

除了次世代氫燃料系統(tǒng)性能的提升以外，本次說明會還針對削減氫能源自身成本的舉措進行了介紹。

3月電裝在福島公布的電解水制氫裝置中，應用了MIRAI的氫燃料電池技術。

通過氫和氧發(fā)生化學反應而實現(xiàn)發(fā)電的MIRAI的電池，和水電解制氫裝置中使用的電池單體有九成的零部件是共通的，無疑是彰顯了豐田認真制氫的姿態(tài)。

會上還提到，未來計劃在泰國導入與三菱化工機共同研發(fā)的實證機器，將使用到通過雞糞產(chǎn)生的沼氣來制氫的項目里，從而推進在當?shù)氐臍淠茉粗圃旌拖M。

〈氫能〉為了向乘用車普及，改變儲氫罐的外形

在大型商用車上搭載的儲氫罐，通常是碳纖維材料的圓筒（直徑約50cm，長約2m）。

若將此類儲氫罐標準化統(tǒng)一為1種，儲氫罐的成本則可以削減25%并能加速普及；通過將氣態(tài)氫液化，可大幅減少氫的體積，從而確保更大的乘用空間。

氫能Factory的Chief Project Leader濱村芳彥總監(jiān)（氫能事業(yè)領域）也介紹了被佐藤恒治社長問到“為什么儲氫罐的形狀一定要做成圓型呢？”的背后故事。

“佐藤社長也是技術出身，他本人其實知道答案，但仍然提出了這個問題。于是我也順勢回應道：‘當然可以做到（不一定要做成圓形）。’”

于是，會上公開了正在研發(fā)階段的馬鞍型和平板型儲氫罐。通過改變儲氫罐的外形，不但可以實現(xiàn)將其搭載到現(xiàn)有車型上，而且還可以提升設計的自由度。

另外，豐田也表示，正在考慮將次世代氫燃料系統(tǒng)的電池單體的尺寸減半，從而可以實現(xiàn)從小型車到大型車的全線產(chǎn)品搭載。

“改變汽車的未來”更是激發(fā)公司內(nèi)部原生動力的主題

“本次技術說明會以BEV、氫能為中心，公開了多項豐田新技術。除了加深媒體、股東、投資人等對這些技術的理解，還有一個主要目的是向公司內(nèi)部傳達信息?！?/p>

工程師出身的中嶋副社長這樣說道。

“我認為，讓技術人員自己講述并傳遞如何‘改變汽車未來’的經(jīng)驗，更能促使大家思考自己在達到這個目標的過程中應該扮演什么樣的角色，起到什么樣的作用?！?/p>

由工程師來自行講述研究成果，并接受世人的檢驗和客觀的審視，通過這一方法，才能真正知曉客戶的需求，推進更深層次的研發(fā)。

希望“制造更好的汽車”這一想法可以繼續(xù)根植在技術研發(fā)一線，并不斷循環(huán)，不斷傳承下去。