Endüstri Toyotanın elektrifikasyona giden yolu: Temel teknolojide 20 yıllık araştırma ve geliştirme, 20 yıl sonra
Küresel otomobil firmaları çevreyi koruma ve düşük emisyon için çaba sarf ediyor Son yıllarda yeni enerji araçlarının gelişimi görülebiliyor. Bu alandaki liderlerden biri olarak Toyota, 2050 yılına kadar tüm modellerinde sıfır emisyon elde etme hedefi belirledi. Toyota, bu hedefe ulaşmak için yıllar boyunca büyük ölçekte hibrit ve elektrikli araçları teşvik ediyor Peki Toyota'nın elektrifikasyon teknolojisi rotası nedir? Biz Çinli otomobil markaları için hangi ilham ve referans olabilir?
Toyota'nın anketine ve istatistiklerine göre, saf içten yanmalı motor modelleri, tüm yaşam döngüsü boyunca en yüksek karbondioksit emisyonlarına sahiptir ve bu, esas olarak aracın sürüş sürecine yansır. Nispeten konuşursak, EV ve FCEV modellerinin karbondioksit emisyonları sürüş sırasında sıfırdır, ancak ana emisyonlar araç üretim sürecinde ortaya çıkar. Bu nedenle, Toyota için, elektrikli araçların doğal parçalarının ve malzemelerinin üretimi sırasında karbondioksit emisyonlarını azaltmak, son derece çevre dostu bir elektrikli araç elde etmek için gerekli bir yoldur.
Elbette, bu resim ayrıntılı değildir, bu yüzden şimdi ayrıntılı olarak gözden geçirelim:
Toyota'nın elektrikli araştırma ve geliştirme çalışmaları çok erken başladı. 1980'lerin başlarında, EV-10 ila EV-40 serisi adlı küçük, saf elektrikli araçları piyasaya sürdü.
1980'lerde motor ve akü seviyesinin elektrikli araçların performansını büyük ölçüde kısıtlaması nedeniyle elektrikli araçların seri üretim ve geniş çaplı kullanım şansı neredeyse sıfırdır.EV-30 gibi minyatür bir scooter tek çözümdür. Teknolojinin ilerlemesiyle Toyota, orijinal Prius'un çıktığı yıl olan 1997'de saf elektrikli RAV4 EV'yi piyasaya sürdü.
RAV4 EV ve Prius, Toyota'nın on yılı aşkın elektrifikasyon araştırmalarının, özellikle o yıl mutlak lider olan nikel-hidrojen pil paketlerinin seri üretiminin sonucudur. RAV4 EV'de, elektronik klima, elektrikli fren pompaları ve elektrikli hidrolik direksiyon da görebiliriz Bunlar kesinlikle ileriye dönük ekipmanlardır ve hala çok sayıda tamamen elektrikli araçta kullanılmaktadır.
Toyota, çığır açan THS hibrit teknolojisini kullanarak 1997 yılında ilk nesil Prius'u piyasaya sürdü.
Daha sonra Toyota, araştırma ve geliştirmesini daha olgun teknolojiye ve daha yüksek tüketici kabulüne sahip HEV hibrit araçlara odakladı, ancak bu Toyota'nın saf elektrikli araçlardan vazgeçtiği anlamına gelmiyor.HEV hibrit araçlar Toyota'ya zengin aküler getirdi. Motor ve elektronik kontrol olmak üzere üç elektrik sisteminin araştırma ve geliştirmesinin temeli.
Dördüncü nesil Prius'un pil takımı, nikel-metal hidrit + lityum-iyon pil kombinasyonu kullanır
Toyota, tüm sistemin verimliliğini artırmak amacıyla, üç elektrikli sistemin araştırma ve geliştirmesinde minyatürleştirme, hafiflik ve entegrasyon kavramına bağlı kalıyor.
Piller açısından, Toyota'nın birinci nesil pil modülü, seri olarak yalnızca 1 numaralı kuru hücre spesifikasyonlarına sahip Ni-MH modüllerini bağlar ve pil paketi nispeten şişirilir. İlk neslin sonunda Toyota, verimsiz silindirik nikel-metal hidrit pili terk etti ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip kare bir pil paketine geçti. Dördüncü nesil pil paketi ile hacmi büyük ölçüde azaltıldı. Toyota, birçok teknik yinelemeden sonra, yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek güvenilirliğin önemli göstergelerini hesaba katmak için nikel-metal hidrit + lityum iyon pillerin bir kombinasyonunu kullanır. Dördüncü nesil pilin hacmi, birinci nesil pilden% 76 daha küçüktür ve enerji yoğunluğu da büyük ölçüde iyileştirilmiştir.
Toyota'nın kirlilik içermeyen ve sıfır emisyon sağlayan 20 yıllık elektrifikasyon teknolojisinin bir incelemesi
Motorlar açısından Toyota, hacmi birinci nesil 5.1L'den dördüncü nesilde 2.7L'ye düşürmüş, aynı zamanda sistem gücü 30kW'den 60kW'a iki katına çıkmış ve maksimum hız da 17000rpm'e çıkarılmıştır. Fotoğraftaki yatay sezgisel referanstan, dördüncü nesil ile birinci nesil motor rotoru ve stator arasındaki büyük hacim farkını da görebiliriz.
Boyut küçültme nasıl bu kadar kolay olabilir? Örneğin, birinci nesil motorların sargıları silindirik bakır teller kullanıyordu, ancak dördüncü kuşakta kare sargılara iyileştirildi çünkü kareler sargılar arasındaki boşlukları silindirikten daha iyi doldurabilir. Kare sargılı bakır telin dış yüzeyindeki filmi işlemek daha zordur, bu nedenle bu ayrıntıdan Toyota'nın basit hacim optimizasyonunun arkasında temel teknolojinin araştırma ve geliştirilmesinde büyük çaba sarf ettiğini görebiliyoruz.
Elektrikli araçları tanıtmanın en temel yolunun fiyat eşiğini düşürmek olduğunu biliyoruz. Motorda malzeme maliyeti çok yüksek olan parçalar, neodim demir bor kalıcı mıknatısların miktarıdır. Motorda, çıkış torku, mıknatıs torku ve relüktans torkundan oluşur.Mıknatıs miktarının azaltılması, mıknatıs torkunu azaltacaktır, ancak yapıyı optimize etmek, isteksizlik torkunu büyük ölçüde artırabilir. Toyota, çelik sacdaki kalıcı mıknatıs yapısını optimize ediyor.Birinci nesil tek parçalı şekilden dördüncü nesil üç parçalı kompozite kadar, optimize edilmiş manyetik akı büyük ölçüde artırıldı.Sonunda, dördüncü nesil mıknatıs tüketimi birinci neslin yalnızca% 50'si. Motorun malzeme maliyeti büyük ölçüde azalır.
Elektronik olarak kontrol edilen PCU açısından Toyota'nın araştırma ve geliştirme çalışmaları da oldukça etkilidir. Resimden de görebileceğiniz gibi, birinci nesil PCU, motor bölmesinin neredeyse yarısını kaplayan motorun sağ tarafında yer alıyor ve braket için özel olarak tasarlanması gerekiyor. Dördüncü nesilde, minyatürleştirilmiş PCU, birinci neslin hacminin yalnızca yarısı kadardır ve doğrudan tahrik aksının üzerine monte edilebilir ve braketin hacmi ve ağırlığı da kontrol edilir.
Entegrasyon, PCU hacminin azaltılmasının önemli bir nedenidir. Toyota, araç modelinin konumlandırılmasına göre istiflenmiş katmanların sayısını artırabilen veya azaltabilen dördüncü nesilde istiflenmiş IPM güç modüllerinin kullanılmasına öncülük etti.Sertlik derecesi daha yüksek ve hacim, önceki üç neslin düzlemsel yapısından büyük ölçüde optimize edildi. Ek olarak, dördüncü nesil PCU, güç yarı iletkenleri için çift taraflı bir soğutma sistemi kullanır ve performansı daha kararlıdır.
Çok az otomobil markası, Toyota gibi temel teknolojinin araştırma ve geliştirilmesinde 20 yıl boyunca ısrar edebilir ve öncesinde ve sonrasında dört nesil elektrik sistemi geliştirebilir. Böyle bir teknoloji birikimi, rakiplerin bir gecede sahip olabileceği bir şey değildir.
İQ EV, Toyota'nın en son saf elektrikli araçlar testidir (2013'te piyasaya sürüldü) Bazı insanlar pil ömrünün RAV4 EV'ye kıyasla bir düşüş olduğunu düşünebilir, ancak aslında iQ EV'nin pil kapasitesi öncekinin yarısı ve pil ömrü Birincisinin% 56'sına ulaşabilir ve verimlilik küçük değildir. Elbette Toyota'nın elektrifikasyona giden yolu bundan çok daha fazlası.
Şarj etmenin yanı sıra Toyota, yeni enerji araçları - hidrojen yakıt hücreli araçlar alanında yeni bir olasılık keşfetti. Bu "siyah teknoloji", hidrojenin bir katalizörün etkisi altında arabadaki oksijenle reaksiyona girerek elektrik üretmesini sağlar ve elektrik motoru aracı çalıştırır. Saf elektrikli bir araçla karşılaştırıldığında avantajı, şarj edilmesine gerek olmaması ve dayanıklılığı sağlamak için yalnızca hidrojen kullanmasıdır, bu da fosil yakıtların hidrojen yakıtı ile değiştirilmesine eşdeğer olan her "pit stop" süresini büyük ölçüde azaltır. Hidrojen-oksijen reaksiyonundan sonra ortaya çıkan gaz sadece saf su olduğu için sıfır kirlilik elde edilir. Dünyanın seri üretilen ilk hidrojen yakıt hücreli araçlarından biri olan Mirai, Toyota'nın yeni enerji alanındaki güçlü teknik gücünü yansıtıyor.
Her yeni ulaşım türünün tanıtımı bir devrimdir, çünkü yalnızca aracın performansını değil, aynı zamanda yeni kullanıcının arabasının uygun olup olmadığı ile ilgili araçla ilgili destek hizmetlerini de içerir. Hidrojen yakıt hücreli araçlar için, kendi araçlarının maliyeti hariç, yakıt olarak hidrojen, üretim, nakliye, depolama ve yakıt ikmali gibi tüm bağlantılarda büyük bir zorluktur: güvenlik, düşük maliyet ve verimlilik nasıl sağlanmalı, çözülmesi gereken acil bir ihtiyaçtır. Zor problem. Hidrojen yakıt hücreli araçların tanıtımında Toyota'nın sadece cesarete değil, aynı zamanda uzun vadeli stratejik planlamaya ve otomobil şirketinin kendi kapsamının ötesinde yaşamın her alanını koordine etme yeteneğine de ihtiyacı var.
Çin, dünyanın en büyük yeni enerji aracı pazarı olduğu için, Toyota doğal olarak bunu görmezden gelemez. 2019'dan itibaren Toyota, Çin'de çok sayıda PHEV ve EV modelini piyasaya sürecek. Asıl darbeyi ilk çeken, Corolla / Ralink plug-in hibrid.
Corolla ve Ralink plug-in şarj edilebilir hibrit modelleri, Çin yollarının sürüş ortamına göre yerinde geliştirildi ve aslında Çinli tüketicilerin ihtiyaçlarını hedef aldı ve ana temel bileşenleri oldukça yerelleştirildi. Bu nedenle, yeni otomobil gelecek yılın başlarında piyasaya sürüldüğünde, eyaletin yeni enerji sübvansiyonlarından ve satın alma vergisinden tercihli muafiyet politikalarından yararlanarak onu özellikle uygun maliyetli hale getirebilir.
2020'de Toyota tarafından bağımsız olarak geliştirilen EV modelleri ülkeye tanıtılacak. Toyota ve Lexus, elektrikli modelleri aynı anda dünya çapında yaygınlaştıracak. 2020'lerin ilk yarısında, başta üst düzey arabalar, küçük ve orta büyüklükteki aile arabaları, kişisel seyahat (motosikletler), kısa mesafeli araçlar olmak üzere 10'dan fazla elektrikli model piyasaya sürülecek ve yolcu ve ticari kullanım gibi birden fazla kullanıma sahip olacak. Prius'un elektrikli versiyonu ve Mirai'nin elektrikli versiyonu 2025 yılında piyasaya sürülecek; aynı zamanda Crown ve Corolla gibi eski yakıtlı araçlar da elektrik teknolojisini benimseyecek.
Toyota hidrojen yakıt hücresi konsept otomobil FINE-Comfort Ride
Toyota'nın lider hidrojen yakıt hücresi teknolojisi doğal olarak bir Mirai modelinde bitmeyecek. 2020 yılına kadar, hidrojen yakıtı teknolojisi uzun mesafeli otobüslerde, büyük kamyonlarda, otobüslerde ve diğer büyük ticari araçlarda kullanılacak. Aynı zamanda hidrojen yakıt hücreli araç Mirai de Çin'de test ediliyor ve hayatımıza çok da uzak olmaması bekleniyor. 2030'a kadar Toyota'nın yeni enerji araç satış planı 5,5 milyon adet olacak ve bu, Toyota'nın toplam satışlarının% 50'sini oluşturacak ve bunun% 10'u hidrojen yakıt hücresi modelleri olacak. Sonunda, 2050 yılına kadar Toyota'nın EV, FCV, HV ve PHEV yeni enerji modellerinin desteğiyle sıfır emisyon nihai hedefine ulaşılacak.
Kaynak: Auto Technologist
