隨著對空氣汙染和全球變暖問題的呼聲不斷升高，近幾年業內呼籲用可再生能源取代化石燃料作為汽車主要動力來源的聲音越來越多，很多國家和地區也紛紛制定了扶持新能源汽車發展的政策和推進時間表。
作為傳統車企中較早涉足電動化等新能源領域的豐田，在全球推廣電動化方面已經取得了非常顯著的成績。截止到2018年4月，豐田混合動力車型的全球累計銷量已經突破了1200萬輛，那未來豐田的電動化之路將如何繼續走下去呢？
全球車企都在為環保、低排放做努力，新能源汽車近年來的發展可見一斑。作為這一領域的佼佼者，豐田提出了在2050年達成旗下全部車型零排放的目標。在20年的電動化道路上，豐田不但敢於提出願景，更可貴的是豐田還有技術實力將願景變為現實。
極少有汽車廠商能像豐田一樣堅持20年電動化底層技術開發。為實現這個實在不算小的目標，豐田多年來在大規模推廣混動車和電動車，那麼豐田的電動化技術路線是什麼？能給我們中國汽車品牌那些啟發和借鑑呢？
根據豐田的調查統計，純內燃機車型在整個生命週期中的二氧化碳排放量是最高的，主要表現在車輛行駛過程。
相對而言，EV和FCEV車型在行駛中的二氧化碳排放為零，主要排放反而表現在車輛製造過程。因此，對於豐田來講，減少電動汽車固有零部件和材料製造時的二氧化碳排放，是實現電動汽車高度環保的必要途徑。
以下這張圖讓你最快了解豐田20年的電動化之路：
當然，這張圖說的不盡詳細，接下來我們具體回顧一下：
豐田電動化研發起步非常早，豐田的電動化之路始於上世紀70年代，當時日本經濟正處於高速增長時期，隨之而來的是環境汙染等各種副作用。
早在上世紀80年代就已經推出了名為EV-10到EV-40系列的小型純電動車。
在實際研發和銷售電動車過程中，豐田也發現純電動車（EV）存在續航里程短、大容量電池增加導致價格升高、充電時間長、充電基礎設施匱乏、電池壽命短和更換費用高昂等問題，即便是現在，這些問題也未能得到有效解決，從而制約了EV的發展和普及。
基於此，後來豐田將EV的方向確定為短途城市用途，eQ、i-ROAD等車型的出現就是這一實用化的嘗試。
上世紀80年代的電機和電池水平極大的限制了電動車的性能，因此電動車能夠量產並大規模使用的機會幾乎為零，像EV-30這樣的微型代步小車是唯一解。
隨著技術的進步，豐田在1997年，也就是初代普銳斯問世的同年推出了純電動的RAV4 EV。
AV4的電動版裝配的是鎳氫電池，充電一次可續航190公里，並且豐田還提供9萬7千公里的電池保修。
第一代 RAV4 EV 在加州的誕生，主要是為了應對美國加州地區 ZEV （Zero Emission Vehicle，零排放車輛）法案的硬性要求。（而普銳斯的開發背景則是豐田內部一項名為 G21 project 的計劃，意為開發面向 21 世紀的汽車產品）。
該法案誕生於1990年，並數次修改， 1996 年，頒佈該法案的加州空氣資源委員會（California Air Resource Board ）與七大車企簽下協議，要求這些企業在當地必須銷售一定比例的 ZEV 車輛，其中就包括豐田。
第一代 RAV4 EV上市後直到 2002 年才開始對普通消費者出售，在此之前專做租賃市場，把車子賣給租賃車公司，截止 2003 年停產，一共賣出 1484 臺，其中 328 臺直接賣給個人消費者。
RAV4 EV和普銳斯是豐田十幾年電氣化研究的成果，尤其是鎳氫電池組的量產，在當年是絕對的領先。在RAV4 EV上，我們還能看到電子空調、電動剎車泵和電動轉向助力，這些都是具有絕對前瞻性的裝備，至今仍在大量的純電動車上有所應用。
第一代 RAV4 EV採用松下的 NiMH EV-95電池，續航達到 153 公里，充電時長約 5 小時，最高時速為 126 公里。這款電池據說相當耐用，當時最高里程記錄達到 24萬 公里。後來也是因為這款電池的專利被 Chevron （美國能源類大集團）買走，豐田不得不停產了第一代 RAV4 EV 。
有趣的是，第一代普銳斯也使用了 NiMH 電池，結合第一代普銳斯和第一代 RAV4-EV 在同一年停產的事實，還真有點意思呢。不過， 停產前，第一代普銳斯賣了 12.3 萬臺。
隨後，豐田把研發重點放在了技術更成熟、消費者接受程度更高的HEV混合動力車上，但這並不意味著豐田放棄了純電動車，HEV混動車給豐田帶來了豐厚的電池、電機、電控這三電系統的研發基礎。
第四代普銳斯上的電池組，採用鎳氫+鋰離子電池組合
在電動系統上，第四代普銳斯依舊採用鎳氫電池組，電池密度相比老款更大，體積減小了10%，並且安裝的位置由後備箱改為後排座椅下方，這樣的佈局能夠降低車輛重心，提升了車輛的操控性。
新款普銳斯的電機重量比老款減輕了21%，採用的是分款式分佈繞組、且銅線由圓形變為方形，不僅能提升填充率還降低了銅耗。另外，針對不同配置，第四代普銳斯還提供鋰電池的版本，用在四驅車型上。
豐田在三電系統的研發上秉承小型化、輕量化、集成化的理念，目的是提升整套系統的效率。
在電池方面，豐田的第一代電池模塊只是將1號乾電池規格的鎳氫模塊串聯到一起，電池包的體積比較臃腫。而到了第一代後期，豐田就放棄了低效的柱狀鎳氫電池，轉向能量密度更高的方形電池封裝形式。
到了第四代的電池包，其體積已經大大縮減。豐田經過多次技術迭代，採用鎳氫+鋰離子電池組合的方式，從而兼顧高能量密度和高可靠性兩個電池的重要指標。第四代電池的體積比第一代縮小了76%，能量密度也大大提升。
通向無汙染零排放 豐田20年電動化技術回顧
在電機方面，豐田從第一代的5.1L體積縮小到第四代2.7L，同時系統功率從30kW翻倍達到60kW，最大轉速也提升至17000rpm。從照片中水平的直觀參照中也能看出第四代與第一代電機轉子、定子之間巨大的體積差異。
豐田對於這臺電機的磁路進行了改進，調整了永磁體位置，磁阻扭力提升的同時，轉子磁感線分佈更加接近正弦型，有效的減少了高階諧波所造成的鐵損。這些改進的最直接影響是電機總體損耗減少了20%，永磁量降低了15%。
體積的減小哪有那麼容易？例如，第一代電機的繞組採用圓柱形銅絲，而到了第四代則改進為方形繞組，就是因為方形比圓柱形能夠更好地填充繞組之間的空隙。
方形繞組銅絲外表面的薄膜加工難度更高，所以從這個細節我們就能看出，簡單的體積優化背後，是豐田在底層技術研發上所做的巨大努力。
掌管混合動力系統的PCU（功率控制單元）由於高功率所以採用了水冷方式。第一代中各自獨立的電機及發電機用IPM（Intelligent Power Module）和升壓用IPM在第三代中合而為一。部件數量和螺栓數量分別減少了23％和34％。組裝的自動化率也從0％提高到了82％。
第三代普銳斯的電機大幅擴大了單脈衝開關的區域 。通過在發動機起動時切換為PWM，並事先把工作電壓提高至最高的650V，抑制了起動時的第一次爆震。
而對於發電機，線圈的纏繞方式從過去的分佈纏繞改為了集中纏繞。因此，線圈端縮短了30％，減少了銅損。
集中纏繞可以縮短線圈端，而且生產性好，是現代電機經常採用的“首選”方式，但齒槽效應方面存在難點。因此，第三代普銳斯採用了發電機方為集中纏繞，電機方則為分佈纏繞的做法。
我們知道，降低價格門檻是推廣電動車的最根本途徑。電機中物料成本非常高的部件當屬釹鐵硼永磁體的用量。
在電機方面，輸出轉矩由磁鐵轉矩和磁阻轉矩組成，降低磁鐵用量就會降低磁鐵轉矩，但優化結構便能大大提升磁阻轉矩。
豐田一直在優化鋼片內的永磁體結構，從第一代的單片形到第四代三片複合，優化後的磁通量大大增加，最終第四代的磁鐵用量只有第一代的50%，很大程度上降低了電機的物料成本。
而在電控PCU方面，豐田的研發也是卓有成效。從圖片中可以看到，第一代PCU位於發動機右側，幾乎佔據了半個發動機艙的空間，而且不得不為它專門設計托架。而到第四代，小型化後的PCU的體積僅為第一代的一半，可以直接搭載於驅動橋上方，托架的體積和重量也得到控制。
集成化是PCU體積減小的重要原因。豐田在第四代開創性地採用層疊結構的IPM功率模塊，可以根據車型的定位增加或減少層疊數量，自由度更高，體積也比前三代的平面結構大大優化。另外，第四代的PCU針對功率半導體採用雙面冷卻系統，性能更加穩定。
很少有汽車品牌能像豐田這樣在底層技術研發上堅持20年，並且開發出前後四代電動化系統，這樣的技術積累不是競爭對手們一朝一夕便能擁有的。
豐田IQ-EV採用豐田最新開發的鋰離子電池，在單次充電情況下，其續航里程可以達到大約105公里。其充電時間非常短，在專業直流快速充電站充滿電池只需要花20分鐘左右，在常規民用電源上也只需要4小時左右就能將電池組的電量充滿。另外，該車百公里加速大約在14秒內，最大行駛速度可達125km/h。
iQ EV是豐田近年來在純電動車上的一次試水（2013年發佈），可能一部分人認為續航比起RAV4 EV是一種下降，但其實iQ EV的電池容量比前者少了一半，而續航則能達到前者的56%，效率上有不小的提升。當然，豐田的電動化之路遠不止於此。
除了充電，豐田又在新能源汽車領域探索到了一種新的可能性--氫燃料電池車。這種“黑科技”可以在車內讓氫氣在催化劑的作用下與氧氣反應產生電能，並通電機驅動車輛。相比於純電動車，它的優勢在於無需充電、只用加氫氣的方式實現續航，大大縮短了每次“進站”的時間，相當於用氫燃料代替了化石燃料。
由於氫氧反應後排放的氣體僅為純淨水，因此實現了零汙染。Mirai作為全球首款大規模量產的氫燃料電池車之一，體現了豐田在新能源領域雄厚的技術實力。
2013 年日本政府推出了《日本再興戰略——JAPAN is BACK》的國家級戰略，針對國內能源緊缺的現狀大力推廣各類新型能源和產品，一時間氫能源使用在日本如火如荼的展開，建了一大批加氫站，密度高居世界第一。
豐田覺得，機會來了，是時候祭出豐田終極大法 FCV了。
2014 年豐田在洛杉磯車展上發佈了 Mirai，世界上首款量產氫燃料電池車就此面世，距離豐田開始研發 FCV 車型已經過去了 22 年。
每種新興的交通工具推廣都是一項革命，因為這不僅涉及到車輛本身的性能，還有與車相關的配套服務，這關係到新用戶的用車是否便利。
對於氫燃料電池車來說，刨除本身車輛的成本，作為燃料的氫氣在製造、運輸、儲存、加註等各環節都是巨大的挑戰：如何保證安全、低成本和高效，這都是亟待解決的難題。在推廣氫燃料電池車方面，豐田不但需要勇氣、更需要長期的戰略規劃和統籌各行各業的能力，甚至已經超出了車企本身的範疇。
中國作為全球最大的新能源車市場，豐田自然不容忽視，將從2019年開始陸續在華推出大量PHEV和EV車型，首當其衝的就是卡羅拉/雷凌的插電混動。
卡羅拉、雷凌外插充電式混合動力版車型是根據中國道路的駕駛環境，切實針對中國消費者的需求進行現地研發的，其主要核心零部件都實現了高度國產化。正因如此，新車在明年初上市時，即可享受國家的新能源補貼和免徵購置稅的優惠政策，使其性價比尤為突出。
看著大眾佈局了 2025 戰略，計劃到 2025 年將 EV 的佔比提升到 25%，再看看特斯拉已經把電動汽車的概念普及的深入人心，充電樁建設成為各國汽車產業發展的重要議題，幾個大車企甚至成立了聯盟來共同建設充電站，加上北美歐洲以及中國等主要市場都對 EV 汽車的發展給以極大的政策支持。
雖然EV短時間大規模量產和普及存在諸多困難，但豐田通過研發EV積累了豐富的電動化技術，並找到了兼顧燃油經濟性和低成本的混合動力之路，這就是20年前誕生的全球首臺混合動力車普銳斯。
普銳斯在全球的成功幫助豐田奠定了在混合動力領域的領先地位，後來豐田又相繼研發了多款混合動力車型並投放市場，目前我們已能在國內買到包括卡羅拉、雷凌、凱美瑞在內的多款混合動力車型。而在日本，混合動力車型的普及率更高，目前已超過40%。
2020年，由豐田自主研發的EV車型將導入國內。豐田和雷克薩斯兩個品牌將同步在全球範圍普及電動化車型。
並在2020年代前半期，推出10種以上電動化車型，主要以高級車、中小型家用車、個人出行（摩托）、短途行駛車輛為主，有乘用、商用等多種用途，包含了預計在2025年推出的普銳斯電動版和Mirai電動版；同時，皇冠、卡羅拉這些曾經的燃油車型也都將採用電動化技術。
豐田氫燃料電池概念車FINE-Comfort Ride
豐田領先的氫燃料電池技術自然不會止步在Mirai一款車型。到2020年，氫燃料技術將用於長途大巴、大型貨車、公共汽車等大型商用車輛。同時，氫燃料電池車Mirai也正在國內進行測試，預計離我們的生活也並不會太過遙遠。
到2030年，豐田的新能源車銷量計劃為550萬臺，將佔豐田總銷量的50%，其中有10%將會是氫燃料電池車型。
最終到2050年，豐田的終極目標——零排放將在旗下EV、FCV、HV、PHEV各類新能源車型的支持下實現。
中國已經是電動車和混合動力車產銷大國，豐田未來也會將更多的產品和技術投放中國市場。2017年10月，豐田已在常熟的豐田汽車研發中心(中國)有限公司內建設加氫站，並開始進行FCV車型的實證實驗。
豐田還計劃於2019年春季在中國發售卡羅拉和雷凌的PHEV車型，並逐步推動電動化零部件的國產化，推動電動化技術在中國的紮根。到2020年，豐田還將在中國全球率先發售其品牌EV車型，這款車將以今年北京車展發佈的首款TNGA平臺SUV車型C-HR和IZOA為原型。
寫在最後
2017年全年，豐田和雷克薩斯的混動車型總銷量超過14萬輛，今年前七個月豐田混動車型銷量就已超過10萬輛。截至今年4月，豐田在全球的混合動力車累計銷量已超過1200萬輛，HEV減少的CO2 排放累計達到9400萬噸。
但豐田給自己制定了更為長遠和有挑戰的目標——到2050年全球新車平均行駛過程中CO2 排放量削減90%的“挑戰新車CO2 零排放”目標。
循序漸進、精益求精，豐田用這樣的匠人精神不斷開拓自己的電動化之路，這或許也是我們的很多造車新勢力最為欠缺的吧。
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