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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道

丰田电池战略的优势--电池和车辆的一体化开发开辟新天地

目录

3辆HEV的二氧化碳减排效果相当于1辆EV
26万辆EV电池减少了550万辆EV的二氧化碳排放
丰田打造全系列的电池产品阵容
丰田的做法,高度平衡五大要素
丰田所做的是为了生产让客户放心的电池
活用HEV积淀的技术,生产新一代电池
车辆、电池一体化开发降低一半的电池成本
全固态电池从HEV开始
更加灵活的电池供应
截止2030年高达1.5万亿日元(约合人民币881.2亿)的投资
丰田的优势

9月7日、丰田汽车召开了主题为“丰田的电池研发·供应”的说明会,除了众多媒体外,还面向国内外的投资者和分析人士发布了最新信息。

主讲人是负责技术开发的前田昌彦CTO(Chief Technology Officer)。

在答疑环节,负责生产的CPO(首席生产官)岡田政道、负责公共关系的长田准 CCO(首席传播官),以及致力于电动汽车的创新和效率提升、新电池的开发、碳中和燃活用的CN先进开发中心的负责人海田啓司共同说明了丰田的电池战略。

欧洲已经公布了一项在2035 年禁止销售装载燃油发动机汽车的法规草案。美国也制定了2030 年电动汽车销量要占新车总销量一半的目标。

无论是为了应对这些新的监管制度,还是为了实现碳中和的目标,开发和确保有竞争力的电池成为了关键。汽车生产商开始紧锣密鼓地筹备电池工厂建设和制定投资计划。

丰田在 EV(电动汽车)销量方面并不引人注目。 1997 年,丰田推出了世界上第一辆量产的 HEV(混合动力)乘用车--普锐斯,也是最早从事电池内部生产的汽车生产商之一。丰田的优势在哪里? 又是如何绘制未来的发展蓝图呢?

本期节目将引用前田CTO的会议演讲资料,从开发和供应两个方面为大家介绍丰田的电池战略。

3辆HEV的二氧化碳减排效果相当于1辆EV

今天将由我为大家说明为实现碳中和,丰田在电池开发和供给方面所做的工作。 首先我以工业产品为例,为大家说明什么是碳中和。碳中和是指,把生产、运输、使用、再利用、废弃处理,即整个生命周期过程中产生的二氧化碳“清零”。 自工业革命以来,世界中的二氧化碳浓度一直在增加。削减二氧化碳排放量,刻不容缓。 对于汽车产业来说,普及电动化是达成碳中和的重要举措。 根据丰田的测算,每3辆HEV的二氧化碳减排效果就相当于1辆EV。 现在HEV相对更便宜,对于即将普及可再生能源的地区来说,充分利用HEV的电动化,能够有效减少碳排放;对于已经拥有丰富可再生能源的地区来说,加快普及EV、FCEV等ZEV(零排放车辆)则十分重要。 而在南美洲这样的地区,甚至已经开始使用生物乙醇。 如上所述,我们要解决的问题是如何减少碳排放、或者说如何让碳排放无限接近到“零”。不同地区的能源情况不一样,二氧化碳减排的选择也就不同。为了扩大实现碳中和的选择,需要积极尝试各种方案。 基于以上想法,丰田正努力推进全方位的电动化事业。我们希望能够为不同地区提供,既满足客户需求,又能减少二氧化碳排放的,“能够可持续发展及具有实用性的汽车”。

26万辆EV电池减少了550万辆EV的二氧化碳排放

首先,让我们回顾一下迄今为止丰田在电动车领域所取得的成绩。 丰田于1997年推出了世界上第一款量产HEV:普锐斯。截止目前,丰田的HEV的累计销量已达约1810万辆。如上所述,3辆HEV的二氧化碳排放量减排效果就相当于1辆EV,也就是说,减少了相当于550万辆EV的二氧化碳排放量。另外,HEV上搭载的电池,则仅相当于约26万辆EV的电池。也就是说,丰田的HEV用等同于26万辆EV的电池,减少了550万辆EV的二氧化碳排放量。 未来,鉴于市场变化,我们将充分利用从之前的经验,发挥优势,扩大EV、PHEV等产品的生产,进一步为全球各个地区的客户提供更加丰富电动汽车选择项,通过加速电动汽车的普及,致力于削减二氧化碳的排放量。

丰田打造全系列的电池产品阵容

支撑全方位电动化的核心技术由三部分组成:电机、电池和动力控制单元。 今天,想跟大家聊聊其中最为重要的电池。希望大家了解丰田在量产电动汽车中所培养出的电池开发生产的独特思维方式和竞争力。 在推动全方位电动化的同时,丰田也全方位地研发、制造电池。HEV需要拥有瞬间爆发力的电池,PHEV和EV则需要更耐用的电池。 用于HEV的镍氢电池和锂离子电池,我们将根据两种电池的特点,不断进化升级。 今年发布的双极性镍氢电池,拥有良好的瞬间爆发力,今后,我们将搭载在更多的车型上。用于PHEV和EV的锂离子电池则将更注重降低成本和提升耐久性能。 为此,我们正抓紧研发,希望能在2030年前为广大消费者提供,升级版的新型锂离子电池。

丰田的做法,高度平衡五大要素

接下来我将就电池的开发,为大家说明丰田最为珍视的东西。 在电池开发中,丰田认为,最重要的是能够让客户安心使用。因此,丰田一直在努力寻求安全、寿命、品质、性价比、性能方面的高度平衡。

例如,延长使用寿命能够促进车辆保值;如果考虑车辆的续航里程,那么就需要开发出能量密度高的高性能电池;我们希望能够加快充电速度,但充电速度过快又会影响电池使用的安全性等等。

我们希望把通过HEV培育的技术运用到EV电池之中,提供让消费者安心使用的电池。

这关系到“安心”的五大要素之间需要保持某种平衡。有时当你想突出某一要素,就可能会与其他要素冲突。

例如,如果为了追求“高性能”,要提高充电速度,但是又会容易导致起火发热,影响“安全”。

这里的关键就是后面要提到的“电池和车辆的一体化开发”。

电池的使用方式取决于车辆的使用方式。例如,出租车有出租车的使用方式,由于我们掌握了充电频率、电池温度等信息,因此可以在电池的评估和设计中考虑到这些使用条件。

前田CTO说:“仅开发汽车或仅开发电池是很困难的。”

要找到这五大要素的最佳平衡点,需要掌握行驶条件和使用环境等实际驾驶数据,需要知晓更换电池后的情况、需要了解电池内部发生的情况,然后反复、再反复地进行验证。

在电池和车辆两个领域都坚持踏实、稳健的努力付出,正是“丰田的优势”(前田CTO)

丰田所做的是为了生产让客户放心的电池

接下来,我就锂离子的主题,给大家介绍3个丰田为生产可安心使用的电池付诸不懈努力的事例,首先是安全方面的事例。 在运动型驾驶等对电池负荷较重的驾驶过程中,电池单体会有局部异常发热的迹象。 我们通过剖析电池内部、并进行大量模型实验,摸清了驾驶方式对电池内部的影响及其机制。 基于该结果,通过对电压、电流和温度进行多重监控,分别监测电池单体、电池组、电池包的局部异常发热的迹象,防患于未然。 并且为了防范异常发热,还会进行电池控制。 研究每一块电池的局部细节,确保安心、安全、可靠。这一思想也将延续到EV系统之中。 第二个是追求长使用寿命的事例。 我们把在HEV电池研发中培养的技术运用到PHEV之中,用于C-HR的电池则更进一步,提高了10年后的容量保持率。在马上要投放到市场的丰田 bZ4X的开发中,丰田更是将目标设定为90%,这是一个世界级耐用性目标。(更多新车信息,请点击这里)。 接下来将列举其中的一个案例说明为延长电池使用寿命而进行的开发活动。 通过剖析锂离子电池内部,我们发现,电池负极表面产生的变质物质,对电池的寿命有很大的影响。 为了抑制这种变质物质的产生,并摸清其产生机制,我们在选材、包装结构、控制体系等各个方面纷纷采取了应对措施。 正是通过细致入微的分析以及脚踏实地的反复研究调整,才提升了电池的耐久性性能。 第三个是对高品质追求的事例。 在生产过程中,如果有金属异物进入电池,就有可能使正负极直接进行电连接,发生故障。 因此,丰田会通过模拟,确认各种可能混入生产线中的异物大小及形状,以及对耐久性的损害,明确与异物对电池的影响程度。 并根据模拟结果,考虑各种异物的尺寸、形状,避免生产中异物的混入,进行严格的品质管控。 上述内容只是其中很小的一部分,通过踏实、细致的分析,基于过去HEV的电池反馈情况总结经验,我们将一如既往地为客户提供可安心使用的电池。 对于电池来说,起火是最致命的故障。 为了确保电池即使在劣化时也不会自燃,必须提前进行分析和调查,并密切监控电池状态。 过去是将“温度”、“充电量”、“电流”、“劣化状态”各个条件相乘进行评估,现在这种评估方式已经实现数字化,最近更是采用了人工智能分析技术,来弥补数据分析的不足。 多年来坚持公司内自主开发电池的优势在这些地方也大放异彩。

活用HEV积淀的技术,生产新一代电池

今年7月发布的新型Aqua采用了与丰田自动织机共同研发的新型双极性镍氢电池。此款电池创新性地采用了双极性结构,实现了驱动用车载电池的实用化。与搭载在老款Aqua的电池相比,输出密度提高了2倍,让加速更有力量。 关于下一代EV的电池,即将与上市的TOYOTA bZ4X,充分借鉴了丰田自1996年推出RAV4 EV以来不断发展的EV技术,以及有关HEV电池和电动化车辆的最新技术。

车辆、电池一体化开发降低一半的电池成本

下面将围绕未来的电池发展情况进行说明。 为了普及EV,我们希望能控制成本,以更优惠的价格提供给消费者。对于电池,我们希望通过研发材料和结构,争取实现降低30%以上的成本。对于整车而言,从TOYOTA bZ4X开始,直至2030年,逐渐降低每公里的耗电量,努力达成减少30%的目标。减少耗电量能够减少电池容量,也就意味着可以将成本降低 30%。 通过这些对车辆及电池一体化的研发,我们希望在2030年前,实现较TOYOTA bZ4X,每辆车电池成本降低50%的目标。

全固态电池从HEV开始

液流电池正努力挑战材料演进和结构创新。并且,丰田也正在努力践行将全固态电池投入实际应用的目标。 我们将努力研发3种电池,到了2030年前,将提升各款产品的特性,推出能够让客户放心出行的电池, 其次是全固体电池。 关于全固态电池,我们正在思考开发大功率、续航里程长、充电时间短的电池。 去年6月,由丰田生产的搭载全固态电池的电动车,在测试路线上进行了行驶试验。目前已经到了获取车辆行驶数据的阶段。根据这些数据加以改良后,去年8月,搭载全固态电池的电动车正式取得牌照,开始行驶实验。 在开发过程中,我们了解到全固态电池里的离子会在电池中高速运动,进而实现高功率输出。我们希望这个特性能够用于HEV上,发挥全固态电池的优势。 另一方面,还有电池寿命短的课题。为了解决这一课题,需要继续以开发固体电解质材料为主进行研究。 通过不断发现问题,我们一点点努力实现全固态电池的实用化。 将全固态电池率先引入HEV,其中的目的之一也是为了尽快将其推向市场,收集客户的评价并对其进行改进。 不是突如其来为EV打造可大规模装配电池的生产线,而从电池更小型、且开发比较成熟的HEV入手,能更快地将其推向市场,也更容易提高生产技术。可以说这是着眼于广泛使用的丰田的独有方式。

更加灵活的电池供应

要想普及EV,建立电池供应系统也很重要。 在电动车市场快速扩大的背景下,为了响应各地区不同客户的需求, 我们正在构建一个灵活的体制,在消费者需要的时间稳定地提供消费者需要的数量。 丰田的理念是<能够安心使用的电池>,我们希望与志同道合的老伙伴、新朋友们一道,共同推进相关举措。 我们正在与各位合作伙伴讨论大概3年后的电池需求,并着手制定计划。 集团内部,我们也将缩短生产的准备时间,建立能够迅速供给的体制。

丰田集团内的生产方式,换而言之是“以基础小单位起步”的方式。根据冈田CPO说法,这是吸取了雷曼兄弟金融危机的教训。

“当(生产台数)增长时,我们意识构建大规模的生产线弱化了我们应对变化的能力。在数字攀升时,很难注意到隐藏在深处的风险。因此基于‘只在必要的时间生产必要数量的必要的产品’的丰田基本理念,我们必须采取能降低风险的增长方式。”

另一个问题是在电池生产上,我们尚未形成成本降低、生产稳定再出新品的基本构架。

为了能从容应对变化,丰田采取了“以基础小单位起步”的战略。

截止2030年高达1.5万亿日元(约合人民币881.2亿)的投资

接下来,我就2030年前电池开发和供应问题进行总结。 我们以2030年为目标,在研发方面,通过车辆及电池的一体化研发,目标是将每辆车的成本降低到50%以下。 在供给方面,我们将根据消费者不断变化的需求,灵活应对。 例如,当EV的普及速度超出预期时,我们将提供比目前正在探讨的180GWh更高的,200GWh以上的电池。 另外,从现在起到2030年,在电池供应体系的完善和研发方面,我们预计将投入约1.5万亿日元(约合人民币881.2亿)的资金。通过建立研发及供应体制,我们将努力普及EV等电动化车辆。 我们将从开发和供应供给两个方面完善体制,推动包括EV在内的电动汽车的普及。 为了实现2050年碳中和的目标,今后,想必各地区的能源状况、基础设施、消费者感知及对便利性的追求也会不断变化。 在电动车中,车辆与电池息息相关。自1997年起,作为汽车生产商,丰田一直坚持在集团内部生产电池。虽然电动车的未来具有很多的不确定性,但我们依然会以切实的步伐向前迈进。 为了实现提供“能够可持续发展及具有实用性的汽车”这一目标,丰田将提高应变能力和竞争力,切实普及更优质的电动化车辆,为碳中和贡献绵薄之力。

1.5万亿日元(约合人民币881.2亿)的投资规模是包括HEV电池在内的开发和供应的总值,其中新产线的投资占到了1万亿日元。

截止2025年,丰田将启用10条生产线,2026年至2030年,将以每年新增10条产线的速度,总共为EV的投入70条产线。

冈田 CPO 表示:“我们将控制每条生产线的生产量和人员数量,缩短生产线投入的交货时间,以便更灵活、更快速地响应需求。投资生产线时也将活用 HEV 电池生产线的技术和经验,努力削减成本。”

丰田的优势

到2030年,丰田的投资金额将达到1.5万亿日元(约合人民币881.2亿),年产能提升至200GWh以上,生产线增加至70条等等,记者发布会上一个个规模宏大的数字被公布出来。

能够充分利用巨额投资的优势来自于丰田自开发第一辆普锐斯以来点滴积累、聚沙成塔的电池开发技术,以及车辆和电池的一体化开发。

为了向按照不同方式使用汽车的各类车主提供一份电池开发理念强调的“安心”,丰田正孜孜不倦地探究镍电池、锂电池和全固态电池等各类电池的可能性,丰田战略不仅局限在电动汽车,更是放眼于电池的全阵容产品。