Toyotan akkuteknologian kirkas tulevaisuus

• Tulossa on kolme uutta nestemäiseen elektrolyyttiin perustuvaa akkua, joiden ominaisuuksiin kuuluvat korkeampi teho, pidempi ajokantama, lyhyempi latausaika sekä alhaisempi tuotantokustannus
• Kiinteäelektrolyyttisen akun läpimurto on siirtymässä kehitystyöstä sarjatuotantoon
• Yhtenä erityiskehityskohteena on akkupaketin korkeus ja sen vaikutus ajokantamaan

Toyota Motor Corporation on julkistanut, että hiljattain toimintansa aloittaneen BEV-tehtaan (linkki alkuperäiselle tiedotteelle) myötä ensimmäisten uuden sukupolven täyssähköautojen tuotanto alkaa vuonna 2026.

Toyota haluaa tarjota asiakkailleen täyssähköisellä voimalinjalla varustettuja autoja, joita arvostetaan ja halutaan niiden sisältämien ominaisuuksien vuoksi. Tämän saavuttamiseksi seuraavan sukupolven täyssähköautoja ei ainoastaan suunnitella ja valmisteta eri tavalla kuin aiemmin. Avainasemassa on akkuteknologia, jonka monimuotoisuutta hyödyntämällä voidaan vastata Toyotan asiakkaiden hyvinkin erilaisiin käyttötarpeisiin ja odotuksiin.

Alussa mainitun tapahtuman yhteydessä pidetyssä “Let’s Change the Future of Cars” -tilaisuudessa, jonka nimi kääntyy ehkä parhaiten muotoon “Muutamme autojen tulevaisuutta”, kerrottiin seuraavan sukupolven akkuteknologiasta ensimmäisiä mielenkiintoisia tiedonjyväsiä.

Takero Kato (President, Toyota BEV Factory) esitteli tulevaisuuden suuntaviivoista mm. sen, että ensimmäiset seuraavan sukupolven Toyotan täyssähköautot saapuvat markkinoille vuonna 2026. Lisäksi odotetaan, että vuonna 2030 Toyota myy globaalilla tasolla 3,5 miljoonaa täyssähköistä ajoneuvoa. Näistä 1,7 miljoonaa autoa edustavat seuraavan sukupolven malleja. Kato alleviivasi myös akkuteknologian kehityksen mahdollistamaa monimuotoista akkutarjontaa. Näiden avulla Toyota pystyy vastaamaan erinomaisesti erilaisten asiakkaiden erilaisiin käyttötarpeisiin.

“Me tarvitsemme useita erilaisia akkuvaihtoehtoja, aivan kuten aiemmin on tarvittu erilaisia moottorivaihtoehtoja polttomoottoriautoissa. On tärkeää, että voimme tarjota akkuratkaisuja, jotka sopivat täydellisesti sekä laajaan mallistoon että erilaisille asiakkaille”, tähdensi Kato.

Toyota on esitellyt neljä erilaista seuraavan sukupolven, erittäinkin kehityksen aallonharjalla ratsastavaa akkutyyppiä sekä nestemäistä että kiinteää elektrolyyttiä käyttävinä versioina. Samalla kerrottiin kahdesta seuraavasta askeleesta kiinteäelektrolyyttisten akkujen suhteen.

Parempi suorituskyky nestemäistä elektrolyyttiä sisältävistä akuista

Alan ehdoton standardi ajoneuvosovelluksissa on tällä hetkellä nestemäistä elektrolyyttiä sisältävä korkeajänniteakku. Niitä kannattaa kehittää ja niitä kehitetään Toyotalla edelleen, jotta niiden energiasisältö, tuotantokustannukset sekä latausnopeudet parantuvat. Kehitystyö keskittyy kolmeen eri suuntaan: Suorituskykyiseen, edulliseen sekä erittäin korkeaan suorituskykyyn.

1. Suorituskykyinen [Litiumioni]

Seuraavan sukupolven täyssähköautojen esittelyn yhteydessä vuonna 2026 tullaan näkemään suorituskykyyn tähtäävä litiumioni-akku, joka kasvattaa ajoneuvon ajokantaman yli 800 kilometriin yhdessä parantuneen aerodynamiikan sekä ajoneuvon alentuneen omamassan myötä.

Sen lisäksi tämän akun ominaisuuksiin kuuluvat muun muassa:

• 20 % alhaisempi tuotantokustannus (verrattuna nykyiseen Toyota bZ4X -malliin)
• DC-pikalataus 20 minuuttiin tai alle (SOC 10 – 80 %)

2. Edullinen [Litiumrautafosfaatti]

Toyota kehittää korkealaatuista, edullista akkuteknologiaa, joka tukee täyssähköautojen yleistymistä tarjoamalla useiden vaihtoehtojen lisäksi edullisen hankintahinnan.

Akku perustuu voimakkaasti bipolaariseen akkuteknologiaan, jonka käyttöä Toyota on testannut jo pitkään itselataavien hybridimallien nikkelimetallihydridi-akuissa (NiMH). Tässä akussa hyödynnetään edullista litiumrautafosfaattia (LiFePo).

Edullisen mallin tietoja:

• 20 % lisäys ajokantamaan (verrattuna nykyiseen Toyota bZ4X -malliin)
• 40 % alhaisempi tuotantokustannus (verrattuna nykyiseen Toyota bZ4X -malliin)
• DC-pikalataus 30 minuuttiin tai alle (SOC 10 – 80 %)
• Tuotannon aloitus: 2026 – 2027

Kuva bipolaarisesta akkukennosta (linkki)

3. Erittäin korkea suorituskyky [Litiumioni]

Kolmas kehityssuunta on erittäin korkean suorituskyvyn akku, joka yhdistää bipolaarisen kennorakenteen pitkälle kehitettyyn litiumioni-rakenteeseen sekä kehittyneeseen nikkelikatodiin. Lopputuloksena voidaan nähdä akku, joka yhdessä parantuneen aerodynamiikan sekä alentuneen ajoneuvon omamassan myötä nostaa ajokantaman yli 1 000 kilometriin.
 

Erittäin korkean suorituskyvyn akun tietoja:

• 10 % alhaisempi tuotantokustannus verrattuna suorituskykyisen akun tuotantokustannukseen
• DC-pikalataus 20 minuuttiin tai alle (SOC = 10 – 80 %)
• Tuotannon aloitus: 2027-28

Läpimurto kiinteäelektrolyyttisessä akkuteknologiassa [Litiumioni]

Pitkään ennustettu ja odotettu muutos täyssähköautojen akkuteknologiassa on tapahtumassa, sillä Toyota on tehnyt teknologisen läpimurron kiinteäelektrolyyttisten litiumioniakkujen kestävyydessä. Toyotan kiinteäelektrolyyttisissä akuissa mahdollistavat ionien nopeamman liikkeen eivätkä akun ole niin herkkiä korkeille jännitteille tai lämpötiloille. Nämä ominaisuudet kääntyvät asiakkaan eduksi erittäin hyvänä latausnopeutena sekä akun antotehona kuin myös akun energiatiheydessä, eli siinä kuinka paljon akku voi kokoonsa nähden antaa tehoa ulos.

Kolikon kääntöpuolena on tähän asti ollut odotettavissa olevan käyttöiän lyhyys. Toyota on löytänyt tähän haasteeseen ratkaisun, ja suunta onkin nyt kohti kiinteäelektrolyyttisten akkujen sarjatuotannon aloittamista. Tavoitteena on tarjota akkuteknologiaa markkinoille vuodesta 2027 – 2028 alkaen. Alun perin itselataaviin hybrideihin suunnatun akkuteknologian kohteeksi on siis nyt valikoitunut Toyotan seuraavan sukupolven täyssähkömallit.

Toyotan kiinteäelektrolyyttiset akut tulevat tarjoamaan:

• 20 % lisäyksen ajokantamaan verrattuna suorituskykyiseen akkuun (n. 1 000 km)
• DC-pikalataus 10 minuuttiin tai alle (SOC = 10 – 80 %)

Kiinteäelektrolyyttisen akun jatkokehitys

Toyotan aloittama kehityshanke tähtää kiinteäelektrolyyttiseen akkuun, jonka ajokantama olisi 50 % suurempi seuraavan sukupolven suorituskykyiseen akkuun verrattuna.

Kuva Toyotan akkuteknologian kehityksen tiekartasta (linkki)

Akkupaketin korkeuden vaikutus auton toimintamatkaan

Aerodynamiikan rooli on luonnollisesti merkittävä kaikkien ajoneuvojen toimintamatkan kannalta. Näin ollen on pelkästään luonnollista, että myös täyssähköisillä voimalinjoilla varustettujen ajoneuvojen ilmanvastuskertoimiin (Cd) kiinnitetään erityistä huomiota. Toyota ajattelee kuitenkin kehitystyössään askelta pidemmälle keskittyen CdA-arvoon (auton otsapinta-ala kerrottuna ilmanvastuskertoimella), koska se kertoo suoraan auton kohtaamasta ajovastuksesta ja siten vaikutuksen ajokantamaan.

Tämän ajatusmallin keskiössä täyssähköautoissa on akkupaketin korkeus, mikä tyypillisesti korin alle sijoitettuna komponenttina nostaa lattiaa korkeammalle. Tämä lisää luonnollisesti ajoneuvon kokonaiskorkeutta ja lisää siten otsapinta-alaa vähentäen siten käytettävissä olevaa ajokantamaa. Mikäli akun korkeutta voidaan madaltaa, sallii se silloin ajoneuvon kokonaiskorkeuden madaltamisen, CdA-arvon pienenemisen ja siten ajokantaman parantamisen.

Näin ollen Toyota kehittää tulevista akuistaan aiempaa matalampia. Toyota bZ4X -mallin akkupaketin korkeus on noin 150 mm. Seuraavan sukupolven akkupakettien suunnittelussa tähdätään noin 120 mm tasolle, ja jopa 100 mm korkeus on suunnittelun keskiössä kun tavoitteena on tuottaa akku mataliin, urheilullisiin malleihin.

TOYOTA AUTO FINLAND OY

Tiedotus