Toyota chce nabídnout řešení největšího problému elektromobilů. Dojezdu

Kromě hustoty sítě dobíjecích stanic a doby nabíjení je největší překážkou většího rozšíření používání elektromobilů vzdálenost, kterou jsou schopny ujet na jedno nabití. Proto je pozornost automobilek soustředěna na řešení tohoto problému a nové konstrukce baterií jsou představovány poměrně často. Nyní další z nich oznámila společnost Toyota Motor Corporation. Ta se chystá za tři roky zahájit výrobu bateriových elektromobilů (BEV) příští generace. Kromě nových baterií přinesou odlišný způsob konstrukce a výroby. Měly by tvořit 1,7 ze 3,5 milionu bateriových elektromobilů, které Toyota plánuje do roku 2030 zákazníkům dodat, řekl prezident závodu Toyota BEV Factory Takero Kato.

„U baterií budeme muset nabídnout různé možnosti volby, podobně jako nabízíme různé varianty motorů. Je důležité, abychom měli bateriová řešení kompatibilní s různými modely a zákaznickými potřebami,“ uvedl Takero Kato.

Toyota představila čtyři baterie nové generace včetně nejmodernějších technologií s kapalným i pevnofázovým elektrolytem a nastínila dva další kroky pro technologii baterií s pevnofázovým elektrolytem.

Baterie s kapalným elektrolytem

Toyota se i nadále zabývá vývojem baterií s kapalným elektrolytem, tedy mainstreamovou technologií současných bateriových elektromobilů, a chce nabídnout vyšší hustotu energie, zajistit cenovou konkurenceschopnost a zvýšit rychlost nabíjení. Dnes tak pro baterie s kapalným elektrolytem vyvíjí tři hlavní technologie – ‚Performance‘, ‚Popularisation‘ a ‚High Performance‘.

1. Baterie „Performance“ [Lithium-iontová]
Lithium-iontové baterie „Performance“ by se od roku 2026 měly objevit v bateriových elektromobilech příští generace. Technologie by ve spojení s lepší aerodynamikou a nižší hmotností vozidel měla prodloužit dojezd BEV na více než 800 kilometrů.

Baterie „Performance“ by dále měla nabídnout:
• 20% snížení nákladů (oproti současnému bateriovému elektromobilu bZ4X)
• Krátkou dobu nabíjení: do 20 minut (State of Charge (SOC) 10–80 %)
• Časový plán: 2026 (odhad)

2. Baterie „Popularisation“ [Lithium-železo-fosfátová]
Toyota vyvíjí levnější baterie s cílem nabídnout další varianty baterií, podobně jako když se zákazníci rozhodují mezi různými variantami motorů.

K výrobě baterií „Popularisation“ se využívá bipolární technologie, kterou Toyota uvedla jako průkopník a prověřila při výrobě NiMH baterií pro hybridní vozy této značky. Technologie je spojena s levným lithium-železo-fosfátem (LiFePO) v roli základního materiálu.

Baterie „Popularisation“ by měla nabídnout:
• 20% prodloužení dojezdu (oproti současnému bZ4X)
• 40% snížení nákladů (oproti současnému bZ4X)
• Krátkou dobu nabíjení: do 30 minut (SOC = 10–80 %)
• Časový plán: 2026-27 (odhad)

Obrázek: Srovnání monopolární a bipolární konstrukce

3. Baterie „High-Performance“ [Lithium-iontová]
Toyota dále vyvíjí baterii „High-Performance“, která spojuje bipolární konstrukci s chemickými vlastnostmi lithium-iontových baterií a katodou s vysokým obsahem niklu ve snaze ještě více prodloužit dojezd, a to na hodnoty přesahující 1000 km (s přispěním lepší aerodynamiky a nižší hmotnosti vozidla).

Baterie „High-Performance“ by dále měla nabídnout:
• Další 10% snížení nákladů v porovnání s bateriemi „Performance“
• Krátkou dobu nabíjení: do 20 minut (SOC = 10–80 %)
• Časový plán: 2027-28 (odhad)

Polovodičové baterie [Lithium-iontové baterie]

Toyota dosáhla technologického průlomu v podobě zvýšení odolnosti lithium-iontových polovodičových baterií, dlouho považovaných za technologii, která by v oblasti bateriových elektromobilů mohla zcela změnit pravidla hry.

Polovodičové baterie od Toyoty používají pevnofázový elektrolyt, který umožňuje rychlejší pohyb iontů a lépe odolává vysokým napětím i teplotám. Díky těmto vlastnostem jsou polovodičové baterie vhodné pro rychlonabíjení i vybíjení, resp. poskytování vyššího výkonu při menších celkových rozměrech.

Nevýhodou byla až doposud odhadovaná kratší životnost baterie. Tento aspekt se však Toyotě díky poslednímu technologickému vývoji podařilo překonat, a společnost se tak začala zaměřovat na spuštění masové výroby polovodičových baterií. Cílem je do roku 2027-28 dospět do fáze komerčního využití.

Ačkoli byly polovodičové baterie zpočátku navrhovány k použití v hybridech, dnes se Toyota zaměřuje primárně na jejich nasazení v bateriových elektromobilech příští generace.

První polovodičové baterie od Toyoty by měly nabídnout:
• 20% prodloužení dojezdu v porovnání s bateriemi „Performance“ (cca 1000 km)
• Krátkou dobu nabíjení: do 10 minut (SOC = 10–80 %)

Další vývoj v oblasti polovodičový baterií
Toyota již vyvíjí technologicky propracovanější lithium-iontovou polovodičovou baterii, která by měla přinést 50% prodloužení dojezdu v porovnání s baterií „Performance“.

Optimalizace výšky baterie ke zlepšení dojezdu
Na dojezd všech vozidel má zásadní vliv aerodynamika. Ve snaze maximalizovat dojezd bateriových elektromobilů se vývojáři přirozeně stále více zaměřují na snižování nebo optimalizaci součinitele aerodynamického odporu (Cd).

Toyota se zaměřuje na koeficient CdA (součin součinitele aerodynamického odporu a čelní plochy), který má vlivem násobení čelní plochou na dojezd vozidla výrazně větší vliv.

V tomto směru se Toyota zaměřuje na výšku baterie, která je zpravidla uložena pod podlahou vozidla. To může vést k nárůstu celkové výšky vozidla, což má pak neúměrně vysoký multiplikační efekt na CdA, a tudíž i výsledný dojezd vozidla.

Pokud by se podařilo baterii zploštit, snížilo by se celé vozidlo, zlepšil by se parametr CdA, a tudíž i prodloužil výsledný dojezd. Toyota se proto zabývá vývojem co nejplošších baterií.

Současný bateriový modul pro bZ4X má na výšku (včetně pouzdra) přibližně 150 mm. Do budoucna chce Toyota baterie zploštit na 120 mm, či dokonce na 100 mm v případě výkonných sportovních vozů, kde je žádoucí i co nejnižší poloha sezení.

Další pokrok ve snižování baterií by mohl mít pozitivní dopady na dojezd, jízdní vlastnosti a možnosti obestavění prostoru – v závislosti na tom, jakým způsobem je baterie do vozidla zabudována.

 

Zdroj: Toyota