电池衰减终可抑制?丰田纯电动家族“E进擎”技术解读
发布时间:2020-04-27 14:54
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“当补贴消退之后,才知道到底谁在裸游”这句“名言”随着中国新能源车市场开启而诞生,同时也暗示着那些没有真正技术实力车企的结局。

当纯电动微型车逐步完成了中国新能源车市场的开荒,又进入退场时期后,相信有实力的车企也将会迎来这片市场的红海。而随着近期国务院常务会议提出,将年底到期的新能源汽车购置补贴和免征车辆购置税政策延长2年,并且再次明确电动化是汽车产业转型升级方向之后,实力派车企也是时候展示真正的技术了。

从1997年的初代丰田普锐斯开始,随着市场的推广,代表HEV车型的“双擎”逐渐走入了消费者的视野,随后到2012年,“双擎E+”(PHEV)插电式混动的推出,以及在2014年实现全新突破的“氢擎”(HFCV)氢燃料电池车型,可以说这些新能源技术和新产品的问世,同步也促进了丰田在电气化领域的技术革新。

而进入2020年,基于丰田这23年电动化技术的依托,并与全新TNGA架构的创新中,丰田纯电动家族产品—“E进擎”也终于来了,这不仅预示着丰田品牌已拥有了全部的电气化产品布局,同时也再次证明了其过硬品质和研发实力的示范性意义。

丰田E进擎的基石 更先进的纯电动车专用平台诞生

去年,丰田就计划在2020年开始陆续推出10款纯电动新车,同时再结合丰田“只有普及新能源车才能为环境作出贡献”的思路,因此选定了广受全球用户喜爱的C-HR/IZOA车型,相对应中国市场的车型则是C-HR EV和奕泽 EV这两款纯电动小型SUV。

提到C-HR和奕泽这两款车,就不得不说到已经在全球和中国市场获得广泛认可的TNGA架构,而即将上市的C-HR EV和奕泽 EV则可以理解为是来自与汽油车型平行的纯电动架构——e-TNGA。

简单来说,丰田e-TNGA架构不仅延续了TNGA架构所有的优点,同时再结合EV车型的特征,这使得e-TNGA架构相比来说更加先进,主要是在车身刚性和操控稳定性上有了更好的提升。另外,丰田针对EV驾驶性能也进行了多重的调整和优化。

e-TNGA架构拥有更好的车身刚性。这得益于EV车型的电池包设计,外部所采用的骨架结构让其成为了车身骨架的一部分,这无疑能进一步提升整个车体的刚性强度。根据官方数据得知,车身的抗扭刚性较燃油车型提升20%,车身重心高度较燃油车型降低了34%。

e-TNGA架构的操控稳定性再提升。由于整车刚性更强,及重心更低的这两项改进,使得原本评价较高的操控稳定性得到了进一步提升,同时由于悬架(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。

丰田E进擎全新黑科技 源自23年来电气化研发经验

而C-HR EV和奕泽 EV作为丰田首款纯电动车,除了基于专属的e-TNGA架构所打造之外,还通过HEV培植的电动化核心技术,实现了更好的可靠性、安全性和耐久性。这其中包括了更安全的电池设计、电量智能控制系统、电池温控系统,及高效的充电系统等。

得益于丰田这23年来通过对HEV、PHEV积累的技术进行改良和改善,不仅实现了更优异的整体能耗水平,同时也使得纯电动车型能用更少容量电池组来实现更长的续航里程。而在革新过程中主要涵盖了这3个核心的变化:

1. HEV和PHEV的每次迭代升级,都促使电机和PCU电控结构进一步实现了轻量化和小型化;

2. 制动能量回收系统控制在每次改进中均实现了更精准的匹配和使用;

3. 基于TNGA架构的优势,整体在空气动力方面也实现了轻量化和性能的双提升。

在全新的EV纯电动车型上,除了更可靠的技术来保障长续航里程之外,其实整体的安全性更是关注的焦点,因此丰田也针对电池安全进行了多重的设计和导入新技术来得以保障。

更安全的电池组:外部箱梁结构且与车身骨架一体化

e-TNGA结构优势让丰田的大容量电池包安装在中央的地板下方,同时电池包采用了增强材质的箱梁结构,而为了增强强度,电池包外部还被骨架结构所包裹,并与车身骨架形成了一体,这种装配方式不仅能最大限度确保电池包免受来自路面上的各种干扰,还提高了车身刚性和碰撞时的防护性能。

值得一提的是,这种电池结构和装配方式与e-TNGA架构也非常契合,在确保车辆内部空间最大化时,还有助于降低车辆重心和改善运动性能。

更安全的电池组:内部冷风管路保护和三重监控系统

电池包外部的防护固然重要,但内部在受到撞击时不易起火的保护更为重要。因此丰田电池包的内部首先将高电压回路设置在了电池包中央部,其次外沿则布置有冷风管路来进行保护和辅助降温,就算遇到撞击时,管路还能起到部分吸能的作用,从而可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。这主要是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,并构成了“三重监控系统”,从而来确保系统的稳定性。

另外,丰田对电池包还进行了严密的密封,同时兼顾了防水防尘,并在电池包的底部实施了相当于常规做法2倍厚度的涂装,提高了防锈性能,再加上电池包的安全监控系统防止无法行驶的状态,可在最大程度上防患于未然。

丰田E进擎可全面抑制电池老化 创新4重科技来护驾

还记得在前几年,众多消费者都反馈过纯电动车电池衰减较为严重的问题,这不仅影响了电动车的使用年限,同时二手残值也难以保障。而这对于已研发HEV技术23年的丰田来说都不是难题,丰田通过成熟技术的积累和经验,能从以下这4个技术层面来全面抑制电池的老化,并使得十年后电池的容量保持率达到同类最高水平的80%以上。

1. 电池材料、电池包构造;

2. 电量智能控制系统;(将充电量控制在不易老化的区域内)

3. 电池温控系统;(稳定电池输出来抑制老化)

4. 高效的充电系统。

抑制电池老化:电量智能控制系统

电量智能控制系统可以理解为“将充电量控制在不易老化的区域内”。众所周知,锂离子电池在使用过程中,出现衰减是不可避免的,尤其是在过充和过放中更容易加速电池的老化和衰减。

因此丰田使用了智能控制系统来管理这个全过程,让电池组充放电幅度都并非完全的从0-100%,同时还增加了电池状态提醒功能,这样就避免了过充和过放的伤害,同时还能让电池的电量在最佳活性区间内使用。

抑制电池老化:电池单体的冷媒冷却方式(电池温控系统)

除了控制最佳的充放电的区间外,其实电池组在使用过程中,能稳定好电池的输出,也能有效的对电池容量衰减带来抑制作用。与此同时,对于纯电动车来说,整体的热管理也占据颇高比重,并会影响到续航里程、充电时间的长短,以及整车的安全性。

丰田针对以上纯电动车的特点,让旗下的首款纯电动车的电池单体采用了冷媒冷却方式,并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。

因此通过这种冷媒冷却的方式,纯电动车在重复高速行驶或急速充电,这类让电池处于负荷较高的状态下,也能够得到稳定的电力输出,从而能达到对电池衰减带来抑制效果。

抑制电池老化:电池单体的升温系统(电池温控系统)

对于稳定的电力输出来说,外界温度所产生的影响也很大,尤其是寒冷的冬季,这也是纯电动车动力减弱和续航打折的因素之一。而丰田为了改进低温环境下的电池活性和稳定输出,对电池组采用了升温系统,并在电池单体和模组之间设置有加温器。

这套升温系统在-12℃时加温器会自动打开,而-6℃及以上时则会被关闭。例如该系统能够从-30℃升温到-12℃,电池输出功率较-30℃时可提升1.6倍。另外,通过实际的测试发现,升温后的电池组充满电所需的时间比未升温的减少了一半。

抑制电池老化:充电量上限和定时充电设定(高效的充电系统)

可能大家都只会关注充电的时间,并不会在意充电与整车性能和电池寿命之间的关联。丰田在充分利用由PHEV积累的经验和技术,在应对EV车型充电时,不仅提高了车载充电器的功率,同时还引入了“充电量上限设置”和“定时充电”的这两项技术。

“充电量上限”的可通过车内多媒体触控屏中的设置来完成,并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。例如设置充电至90%时,当车辆启动和行驶过程中都是下坡,那么此时的动力回收系统可启动,并能实现充电。而如果没有该功能,电量已充满100%时,动力回收系统则无法使用。

而“定时充电”功能使用起来就更为便捷了,但最主要的功能还是让车辆在预设时间内便开始充电,随后充满到预设值即会自动终止充电,从而进一步保护了电池组。

丰田E进擎驾控品质更高级 优化后的驱动模式和专属调校

从TNGA架构开始,以低重心和后独悬的特点,大幅提升了丰田燃油车的驾驶质感,而基于更先进e-TNGA架构打造的纯电动车,丰田更是重新调整了驱动模式来实现更好的驾驶质感。

起步迅速和平顺 加速感更具有线性

电机和内燃机的特征完全不同,尤其是电机能瞬间爆发最大扭矩的特点。而很多纯电动车因成本、调校经验等问题,并没有对驾驶方面进行有针对性的改变,从而造成了起步“蹿”、加速过猛等驾驶感欠佳的表现。而丰田则对加速响应进行了指标化,不仅使得起步更快速和平顺,同时还消除了加速唐突和跟车无力的驾驶感受。

全新油门控制系统更贴合驾驶者的意图

在日常多场景的驾驶中,丰田也针对不同路况进行了各异的调校和模式。其中在城市拥堵道路中跟车行驶或者匀速行驶时,会不断重复轻微的油门操作。丰田便新开发了油门控制系统,能够做出与专业车手相仿的顺滑、细微的操作,无论控制车速,还是再加速时踩踏油门,都能够按照驾驶者的意图进行。

而在连续弯道、进入高速主路等需要加速的场景中,油门控制系统还能解决加速的持久感;当路面坡度时常会发生变化且导致车速忽快忽慢时,该系统又能通过努力确保车速能够符合驾驶者意图,来减少多余的油门修正动作,从而减轻驾驶疲劳。

B挡减速度调节功能助于驾驶乐趣的提升

丰田纯电动车也都增加了“B挡”的设置,这也是“动能回收系统力度”的调节器,并分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,能够更好的满足在不同路况中,驾驶员对动力和制动系统的需求。

技术小结:无论是丰田e-TNGA架构本身的优势,还是电动化领域23年的“三电系统”研发经验,以及最新的电池安全设计、电量智能控制系统、电池温控系统和高效的充电系统,甚至重新调校的驾驶模式等,这些均使得丰田纯电动(E进擎)车型在可靠性、安全性、耐久性方面都有着绝对的优势,同时也是真正的技术实力派产品。

陆续推10款纯电动新车 未来挑战“全生命周期零排放”

相信丰田C-HR/奕泽 E进擎和UX 300e的上市只是一个全新的开始,丰田在未来还将向中国引进10款纯电动车型,并计划在2025年达到全球EV年销售550万台的目标。

图说:2017年12月丰田公布了普及车辆电动化的重要节点

图说:2019年5月,丰田又将电动化进程较目标提前5年

与此同时,丰田不仅会推进电动化车辆的普及,也将挑战“全生命周期零排放”,这意味着它需要在电动化布局上考虑到整个生态链所面临的痛点,而这也并非一般汽车企业能够做到的。

而随着旗下的EV新车陆续上市,丰田也宣布将同中国本土合作伙伴一起进行“锂离子电池回收再利用”整体价值链商业化的实证试验,以验证商业化的可行性。

未来丰田还将会与多家合作伙伴协同推进包含EV的开发、电池的稳定供应、耐久性的提升以及使用后的回收再利用等事业发展,为中国顾客以及中国社会做出贡献。

稿件来源: 未知
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