豐田電池戰(zhàn)略的優(yōu)勢--電池和車輛的一體化開發(fā)開辟新天地

目錄

? 3輛HEV的二氧化碳減排效果相當于1輛EV
? 26萬輛EV電池減少了550萬輛EV的二氧化碳排放
? 豐田打造全系列的電池產品陣容
? 豐田的做法，高度平衡五大要素
? 豐田所做的是為了生產讓客戶放心的電池
? 活用HEV積淀的技術，生產新一代電池
? 車輛、電池一體化開發(fā)降低一半的電池成本
? 全固態(tài)電池從HEV開始
? 更加靈活的電池供應
? 截止2030年高達1.5萬億日元（約合人民幣881.2億）的投資
? 豐田的優(yōu)勢

9月7日、豐田汽車召開了主題為“豐田的電池研發(fā)·供應”的說明會，除了眾多媒體外，還面向國內外的投資者和分析人士發(fā)布了最新信息。

主講人是負責技術開發(fā)的前田昌彥CTO（Chief Technology Officer）。

在答疑環(huán)節(jié)，負責生產的CPO（首席生產官）岡田政道、負責公共關系的長田準CCO（首席傳播官），以及致力于電動汽車的創(chuàng)新和效率提升、新電池的開發(fā)、碳中和燃活用的CN先進開發(fā)中心的負責人海田啓司共同說明了豐田的電池戰(zhàn)略。

歐洲已經公布了一項在2035年禁止銷售裝載燃油發(fā)動機汽車的法規(guī)草案。美國也制定了2030年電動汽車銷量要占新車總銷量一半的目標。

無論是為了應對這些新的監(jiān)管制度，還是為了實現碳中和的目標，開發(fā)和確保有競爭力的電池成為了關鍵。汽車生產商開始緊鑼密鼓地籌備電池工廠建設和制定投資計劃。

豐田在EV（電動汽車）銷量方面并不引人注目。1997年，豐田推出了世界上第一輛量產的HEV（混合動力）乘用車--普銳斯，也是最早從事電池內部生產的汽車生產商之一。豐田的優(yōu)勢在哪里？又是如何繪制未來的發(fā)展藍圖呢？

本期節(jié)目將引用前田CTO的會議演講資料，從開發(fā)和供應兩個方面為大家介紹豐田的電池戰(zhàn)略。

3輛HEV的二氧化碳減排效果相當于1輛EV

今天將由我為大家說明為實現碳中和，豐田在電池開發(fā)和供給方面所做的工作。 首先我以工業(yè)產品為例，為大家說明什么是碳中和。碳中和是指，把生產、運輸、使用、再利用、廢棄處理，即整個生命周期過程中產生的二氧化碳“清零”。 自工業(yè)革命以來，世界中的二氧化碳濃度一直在增加。削減二氧化碳排放量，刻不容緩。 對于汽車產業(yè)來說，普及電動化是達成碳中和的重要舉措。 根據豐田的測算，每3輛HEV的二氧化碳減排效果就相當于1輛EV。 現在HEV相對更便宜，對于即將普及可再生能源的地區(qū)來說，充分利用HEV的電動化，能夠有效減少碳排放；對于已經擁有豐富可再生能源的地區(qū)來說，加快普及EV、FCEV等ZEV（零排放車輛）則十分重要。 而在南美洲這樣的地區(qū)，甚至已經開始使用生物乙醇。 如上所述，我們要解決的問題是如何減少碳排放、或者說如何讓碳排放無限接近到“零”。不同地區(qū)的能源情況不一樣，二氧化碳減排的選擇也就不同。為了擴大實現碳中和的選擇，需要積極嘗試各種方案。 基于以上想法，豐田正努力推進全方位的電動化事業(yè)。我們希望能夠為不同地區(qū)提供，既滿足客戶需求，又能減少二氧化碳排放的，“能夠可持續(xù)發(fā)展及具有實用性的汽車”。

26萬輛EV電池減少了550萬輛EV的二氧化碳排放

首先，讓我們回顧一下迄今為止豐田在電動車領域所取得的成績。 豐田于1997年推出了世界上第一款量產HEV：普銳斯。截止目前，豐田的HEV的累計銷量已達約1810萬輛。如上所述，3輛HEV的二氧化碳排放量減排效果就相當于1輛EV，也就是說，減少了相當于550萬輛EV的二氧化碳排放量。另外，HEV上搭載的電池，則僅相當于約26萬輛EV的電池。也就是說，豐田的HEV用等同于26萬輛EV的電池，減少了550萬輛EV的二氧化碳排放量。 未來，鑒于市場變化，我們將充分利用從之前的經驗，發(fā)揮優(yōu)勢，擴大EV、PHEV等產品的生產，進一步為全球各個地區(qū)的客戶提供更加豐富電動汽車選擇項，通過加速電動汽車的普及，致力于削減二氧化碳的排放量。

豐田打造全系列的電池產品陣容

支撐全方位電動化的核心技術由三部分組成：電機、電池和動力控制單元。 今天，想跟大家聊聊其中最為重要的電池。希望大家了解豐田在量產電動汽車中所培養(yǎng)出的電池開發(fā)生產的獨特思維方式和競爭力。 在推動全方位電動化的同時，豐田也全方位地研發(fā)、制造電池。HEV需要擁有瞬間爆發(fā)力的電池，PHEV和EV則需要更耐用的電池。 用于HEV的鎳氫電池和鋰離子電池，我們將根據兩種電池的特點，不斷進化升級。 今年發(fā)布的雙極性鎳氫電池，擁有良好的瞬間爆發(fā)力，今后，我們將搭載在更多的車型上。用于PHEV和EV的鋰離子電池則將更注重降低成本和提升耐久性能。 為此，我們正抓緊研發(fā)，希望能在2030年前為廣大消費者提供，升級版的新型鋰離子電池。

豐田的做法，高度平衡五大要素

接下來我將就電池的開發(fā)，為大家說明豐田最為珍視的東西。 在電池開發(fā)中，豐田認為，最重要的是能夠讓客戶安心使用。因此，豐田一直在努力尋求安全、壽命、品質、性價比、性能方面的高度平衡。

例如，延長使用壽命能夠促進車輛保值；如果考慮車輛的續(xù)航里程，那么就需要開發(fā)出能量密度高的高性能電池；我們希望能夠加快充電速度，但充電速度過快又會影響電池使用的安全性等等。

我們希望把通過HEV培育的技術運用到EV電池之中，提供讓消費者安心使用的電池。

這關系到“安心”的五大要素之間需要保持某種平衡。有時當你想突出某一要素，就可能會與其他要素沖突。

例如，如果為了追求“高性能”，要提高充電速度，但是又會容易導致起火發(fā)熱，影響“安全”。

這里的關鍵就是后面要提到的“電池和車輛的一體化開發(fā)”。

電池的使用方式取決于車輛的使用方式。例如，出租車有出租車的使用方式，由于我們掌握了充電頻率、電池溫度等信息，因此可以在電池的評估和設計中考慮到這些使用條件。

前田CTO說：“僅開發(fā)汽車或僅開發(fā)電池是很困難的。”

要找到這五大要素的最佳平衡點，需要掌握行駛條件和使用環(huán)境等實際駕駛數據，需要知曉更換電池后的情況、需要了解電池內部發(fā)生的情況，然后反復、再反復地進行驗證。

在電池和車輛兩個領域都堅持踏實、穩(wěn)健的努力付出，正是“豐田的優(yōu)勢”（前田CTO）

豐田所做的是為了生產讓客戶放心的電池

接下來，我就鋰離子的主題，給大家介紹3個豐田為生產可安心使用的電池付諸不懈努力的事例，首先是安全方面的事例。 在運動型駕駛等對電池負荷較重的駕駛過程中，電池單體會有局部異常發(fā)熱的跡象。 我們通過剖析電池內部、并進行大量模型實驗，摸清了駕駛方式對電池內部的影響及其機制。 基于該結果，通過對電壓、電流和溫度進行多重監(jiān)控，分別監(jiān)測電池單體、電池組、電池包的局部異常發(fā)熱的跡象，防患于未然。 并且為了防范異常發(fā)熱，還會進行電池控制。 研究每一塊電池的局部細節(jié)，確保安心、安全、可靠。這一思想也將延續(xù)到EV系統(tǒng)之中。 第二個是追求長使用壽命的事例。 我們把在HEV電池研發(fā)中培養(yǎng)的技術運用到PHEV之中，用于C-HR的電池則更進一步，提高了10年后的容量保持率。在馬上要投放到市場的豐田bZ4X的開發(fā)中，豐田更是將目標設定為90%，這是一個世界級耐用性目標。 接下來將列舉其中的一個案例說明為延長電池使用壽命而進行的開發(fā)活動。 通過剖析鋰離子電池內部，我們發(fā)現，電池負極表面產生的變質物質，對電池的壽命有很大的影響。 為了抑制這種變質物質的產生，并摸清其產生機制，我們在選材、包裝結構、控制體系等各個方面紛紛采取了應對措施。 正是通過細致入微的分析以及腳踏實地的反復研究調整，才提升了電池的耐久性性能。 第三個是對高品質追求的事例。 在生產過程中，如果有金屬異物進入電池，就有可能使正負極直接進行電連接，發(fā)生故障。 因此，豐田會通過模擬，確認各種可能混入生產線中的異物大小及形狀，以及對耐久性的損害，明確與異物對電池的影響程度。 并根據模擬結果，考慮各種異物的尺寸、形狀，避免生產中異物的混入，進行嚴格的品質管控。 上述內容只是其中很小的一部分，通過踏實、細致的分析，基于過去HEV的電池反饋情況總結經驗，我們將一如既往地為客戶提供可安心使用的電池。 對于電池來說，起火是最致命的故障。為了確保電池即使在劣化時也不會自燃，必須提前進行分析和調查，并密切監(jiān)控電池狀態(tài)。 過去是將“溫度”、“充電量”、“電流”、“劣化狀態(tài)”各個條件相乘進行評估，現在這種評估方式已經實現數字化，最近更是采用了人工智能分析技術，來彌補數據分析的不足。 多年來堅持公司內自主開發(fā)電池的優(yōu)勢在這些地方也大放異彩。

活用HEV積淀的技術，生產新一代電池

今年7月發(fā)布的新型Aqua采用了與豐田自動織機共同研發(fā)的新型雙極性鎳氫電池。此款電池創(chuàng)新性地采用了雙極性結構，實現了驅動用車載電池的實用化。與搭載在老款Aqua的電池相比，輸出密度提高了2倍，讓加速更有力量。 關于下一代EV的電池，即將與上市的TOYOTA bZ4X，充分借鑒了豐田自1996年推出RAV4 EV以來不斷發(fā)展的EV技術，以及有關HEV電池和電動化車輛的最新技術。

車輛、電池一體化開發(fā)降低一半的電池成本

下面將圍繞未來的電池發(fā)展情況進行說明。 為了普及EV，我們希望能控制成本，以更優(yōu)惠的價格提供給消費者。對于電池，我們希望通過研發(fā)材料和結構，爭取實現降低30%以上的成本。對于整車而言，從TOYOTA bZ4X開始，直至2030年，逐漸降低每公里的耗電量，努力達成減少30%的目標。減少耗電量能夠減少電池容量，也就意味著可以將成本降低30%。 通過這些對車輛及電池一體化的研發(fā)，我們希望在2030年前，實現較TOYOTA bZ4X，每輛車電池成本降低50%的目標。

全固態(tài)電池從HEV開始

液流電池正努力挑戰(zhàn)材料演進和結構創(chuàng)新。并且，豐田也正在努力踐行將全固態(tài)電池投入實際應用的目標。 我們將努力研發(fā)3種電池，到了2030年前，將提升各款產品的特性，推出能夠讓客戶放心出行的電池， 其次是全固體電池。 關于全固態(tài)電池，我們正在思考開發(fā)大功率、續(xù)航里程長、充電時間短的電池。 去年6月，由豐田生產的搭載全固態(tài)電池的電動車，在測試路線上進行了行駛試驗。目前已經到了獲取車輛行駛數據的階段。根據這些數據加以改良后，去年8月，搭載全固態(tài)電池的電動車正式取得牌照，開始行駛實驗。 在開發(fā)過程中，我們了解到全固態(tài)電池里的離子會在電池中高速運動，進而實現高功率輸出。我們希望這個特性能夠用于HEV上，發(fā)揮全固態(tài)電池的優(yōu)勢。 另一方面，還有電池壽命短的課題。為了解決這一課題，需要繼續(xù)以開發(fā)固體電解質材料為主進行研究。 通過不斷發(fā)現問題，我們一點點努力實現全固態(tài)電池的實用化。 將全固態(tài)電池率先引入HEV，其中的目的之一也是為了盡快將其推向市場，收集客戶的評價并對其進行改進。 不是突如其來為EV打造可大規(guī)模裝配電池的生產線，而從電池更小型、且開發(fā)比較成熟的HEV入手，能更快地將其推向市場，也更容易提高生產技術。可以說這是著眼于廣泛使用的豐田的獨有方式。

更加靈活的電池供應

要想普及EV，建立電池供應系統(tǒng)也很重要。 在電動車市場快速擴大的背景下，為了響應各地區(qū)不同客戶的需求， 我們正在構建一個靈活的體制，在消費者需要的時間穩(wěn)定地提供消費者需要的數量。 豐田的理念是<能夠安心使用的電池>，我們希望與志同道合的老伙伴、新朋友們一道，共同推進相關舉措。 我們正在與各位合作伙伴討論大概3年后的電池需求，并著手制定計劃。 集團內部，我們也將縮短生產的準備時間，建立能夠迅速供給的體制。

豐田集團內的生產方式，換而言之是“以基礎小單位起步”的方式。根據岡田CPO說法，這是吸取了雷曼兄弟金融危機的教訓。

“當（生產臺數）增長時，我們意識構建大規(guī)模的生產線弱化了我們應對變化的能力。在數字攀升時，很難注意到隱藏在深處的風險。因此基于‘只在必要的時間生產必要數量的必要的產品’的豐田基本理念，我們必須采取能降低風險的增長方式?！?/p>

另一個問題是在電池生產上，我們尚未形成成本降低、生產穩(wěn)定再出新品的基本構架。

為了能從容應對變化，豐田采取了“以基礎小單位起步”的戰(zhàn)略。

截止2030年高達1.5萬億日元（約合人民幣881.2億）的投資

接下來，我就2030年前電池開發(fā)和供應問題進行總結。 我們以2030年為目標，在研發(fā)方面，通過車輛及電池的一體化研發(fā)，目標是將每輛車的成本降低到50%以下。 在供給方面，我們將根據消費者不斷變化的需求，靈活應對。 例如，當EV的普及速度超出預期時，我們將提供比目前正在探討的180GWh更高的，200GWh以上的電池。 另外，從現在起到2030年，在電池供應體系的完善和研發(fā)方面，我們預計將投入約1.5萬億日元（約合人民幣881.2億）的資金。通過建立研發(fā)及供應體制，我們將努力普及EV等電動化車輛。 我們將從開發(fā)和供應供給兩個方面完善體制，推動包括EV在內的電動汽車的普及。 為了實現2050年碳中和的目標，今后，想必各地區(qū)的能源狀況、基礎設施、消費者感知及對便利性的追求也會不斷變化。 在電動車中，車輛與電池息息相關。自1997年起，作為汽車生產商，豐田一直堅持在集團內部生產電池。雖然電動車的未來具有很多的不確定性，但我們依然會以切實的步伐向前邁進。 為了實現提供“能夠可持續(xù)發(fā)展及具有實用性的汽車”這一目標，豐田將提高應變能力和競爭力，切實普及更優(yōu)質的電動化車輛，為碳中和貢獻綿薄之力。

1.5萬億日元（約合人民幣881.2億）的投資規(guī)模是包括HEV電池在內的開發(fā)和供應的總值，其中新產線的投資占到了1萬億日元。

截止2025年，豐田將啟用10條生產線，2026年至2030年，將以每年新增10條產線的速度，總共為EV的投入70條產線。

岡田CPO表示：“我們將控制每條生產線的生產量和人員數量，縮短生產線投入的交貨時間，以便更靈活、更快速地響應需求。投資生產線時也將活用HEV電池生產線的技術和經驗，努力削減成本?！?/p>

豐田的優(yōu)勢

到2030年，豐田的投資金額將達到1.5萬億日元（約合人民幣881.2億），年產能提升至200GWh以上，生產線增加至70條等等，記者發(fā)布會上一個個規(guī)模宏大的數字被公布出來。

能夠充分利用巨額投資的優(yōu)勢來自于豐田自開發(fā)第一輛普銳斯以來點滴積累、聚沙成塔的電池開發(fā)技術，以及車輛和電池的一體化開發(fā)。

為了向按照不同方式使用汽車的各類車主提供一份電池開發(fā)理念強調的“安心”，豐田正孜孜不倦地探究鎳電池、鋰電池和全固態(tài)電池等各類電池的可能性，豐田戰(zhàn)略不僅局限在電動汽車，更是放眼于電池的全陣容產品。