随着对空气污染和全球变暖问题的呼声不断升高，近几年业内呼吁用可再生能源取代化石燃料作为汽车主要动力来源的声音越来越多，很多国家和地区也纷纷制定了扶持新能源汽车发展的政策和推进时间表。
作为传统车企中较早涉足电动化等新能源领域的丰田，在全球推广电动化方面已经取得了非常显著的成绩。截止到2018年4月，丰田混合动力车型的全球累计销量已经突破了1200万辆，那未来丰田的电动化之路将如何继续走下去呢？
全球车企都在为环保、低排放做努力，新能源汽车近年来的发展可见一斑。作为这一领域的佼佼者，丰田提出了在2050年达成旗下全部车型零排放的目标。在20年的电动化道路上，丰田不但敢于提出愿景，更可贵的是丰田还有技术实力将愿景变为现实。
极少有汽车厂商能像丰田一样坚持20年电动化底层技术开发。为实现这个实在不算小的目标，丰田多年来在大规模推广混动车和电动车，那么丰田的电动化技术路线是什么？能给我们中国汽车品牌那些启发和借鉴呢？
根据丰田的调查统计，纯内燃机车型在整个生命周期中的二氧化碳排放量是最高的，主要表现在车辆行驶过程。
相对而言，EV和FCEV车型在行驶中的二氧化碳排放为零，主要排放反而表现在车辆制造过程。因此，对于丰田来讲，减少电动汽车固有零部件和材料制造时的二氧化碳排放，是实现电动汽车高度环保的必要途径。
以下这张图让你最快了解丰田20年的电动化之路：
当然，这张图说的不尽详细，接下来我们具体回顾一下：
丰田电动化研发起步非常早，丰田的电动化之路始于上世纪70年代，当时日本经济正处于高速增长时期，随之而来的是环境污染等各种副作用。
早在上世纪80年代就已经推出了名为EV-10到EV-40系列的小型纯电动车。
在实际研发和销售电动车过程中，丰田也发现纯电动车（EV）存在续航里程短、大容量电池增加导致价格升高、充电时间长、充电基础设施匮乏、电池寿命短和更换费用高昂等问题，即便是现在，这些问题也未能得到有效解决，从而制约了EV的发展和普及。
基于此，后来丰田将EV的方向确定为短途城市用途，eQ、i-ROAD等车型的出现就是这一实用化的尝试。
上世纪80年代的电机和电池水平极大的限制了电动车的性能，因此电动车能够量产并大规模使用的机会几乎为零，像EV-30这样的微型代步小车是唯一解。
随着技术的进步，丰田在1997年，也就是初代普锐斯问世的同年推出了纯电动的RAV4 EV。
AV4的电动版装配的是镍氢电池，充电一次可续航190公里，并且丰田还提供9万7千公里的电池保修。
第一代 RAV4 EV 在加州的诞生，主要是为了应对美国加州地区 ZEV （Zero Emission Vehicle，零排放车辆）法案的硬性要求。（而普锐斯的开发背景则是丰田内部一项名为 G21 project 的计划，意为开发面向 21 世纪的汽车产品）。
该法案诞生于1990年，并数次修改， 1996 年，颁布该法案的加州空气资源委员会（California Air Resource Board ）与七大车企签下协议，要求这些企业在当地必须销售一定比例的 ZEV 车辆，其中就包括丰田。
第一代 RAV4 EV上市后直到 2002 年才开始对普通消费者出售，在此之前专做租赁市场，把车子卖给租赁车公司，截止 2003 年停产，一共卖出 1484 台，其中 328 台直接卖给个人消费者。
RAV4 EV和普锐斯是丰田十几年电气化研究的成果，尤其是镍氢电池组的量产，在当年是绝对的领先。在RAV4 EV上，我们还能看到电子空调、电动刹车泵和电动转向助力，这些都是具有绝对前瞻性的装备，至今仍在大量的纯电动车上有所应用。
第一代 RAV4 EV采用松下的 NiMH EV-95电池，续航达到 153 公里，充电时长约 5 小时，最高时速为 126 公里。这款电池据说相当耐用，当时最高里程记录达到 24万 公里。后来也是因为这款电池的专利被 Chevron （美国能源类大集团）买走，丰田不得不停产了第一代 RAV4 EV 。
有趣的是，第一代普锐斯也使用了 NiMH 电池，结合第一代普锐斯和第一代 RAV4-EV 在同一年停产的事实，还真有点意思呢。不过， 停产前，第一代普锐斯卖了 12.3 万台。
随后，丰田把研发重点放在了技术更成熟、消费者接受程度更高的HEV混合动力车上，但这并不意味着丰田放弃了纯电动车，HEV混动车给丰田带来了丰厚的电池、电机、电控这三电系统的研发基础。
第四代普锐斯上的电池组，采用镍氢+锂离子电池组合
在电动系统上，第四代普锐斯依旧采用镍氢电池组，电池密度相比老款更大，体积减小了10%，并且安装的位置由后备箱改为后排座椅下方，这样的布局能够降低车辆重心，提升了车辆的操控性。
新款普锐斯的电机重量比老款减轻了21%，采用的是分款式分布绕组、且铜线由圆形变为方形，不仅能提升填充率还降低了铜耗。另外，针对不同配置，第四代普锐斯还提供锂电池的版本，用在四驱车型上。
丰田在三电系统的研发上秉承小型化、轻量化、集成化的理念，目的是提升整套系统的效率。
在电池方面，丰田的第一代电池模块只是将1号干电池规格的镍氢模块串联到一起，电池包的体积比较臃肿。而到了第一代后期，丰田就放弃了低效的柱状镍氢电池，转向能量密度更高的方形电池封装形式。
到了第四代的电池包，其体积已经大大缩减。丰田经过多次技术迭代，采用镍氢+锂离子电池组合的方式，从而兼顾高能量密度和高可靠性两个电池的重要指标。第四代电池的体积比第一代缩小了76%，能量密度也大大提升。
通向无污染零排放 丰田20年电动化技术回顾
在电机方面，丰田从第一代的5.1L体积缩小到第四代2.7L，同时系统功率从30kW翻倍达到60kW，最大转速也提升至17000rpm。从照片中水平的直观参照中也能看出第四代与第一代电机转子、定子之间巨大的体积差异。
丰田对于这台电机的磁路进行了改进，调整了永磁体位置，磁阻扭力提升的同时，转子磁感线分布更加接近正弦型，有效的减少了高阶谐波所造成的铁损。这些改进的最直接影响是电机总体损耗减少了20%，永磁量降低了15%。
体积的减小哪有那么容易？例如，第一代电机的绕组采用圆柱形铜丝，而到了第四代则改进为方形绕组，就是因为方形比圆柱形能够更好地填充绕组之间的空隙。
方形绕组铜丝外表面的薄膜加工难度更高，所以从这个细节我们就能看出，简单的体积优化背后，是丰田在底层技术研发上所做的巨大努力。
掌管混合动力系统的PCU（功率控制单元）由于高功率所以采用了水冷方式。第一代中各自独立的电机及发电机用IPM（Intelligent Power Module）和升压用IPM在第三代中合而为一。部件数量和螺栓数量分别减少了23％和34％。组装的自动化率也从0％提高到了82％。
第三代普锐斯的电机大幅扩大了单脉冲开关的区域 。通过在发动机起动时切换为PWM，并事先把工作电压提高至最高的650V，抑制了起动时的第一次爆震。
而对于发电机，线圈的缠绕方式从过去的分布缠绕改为了集中缠绕。因此，线圈端缩短了30％，减少了铜损。
集中缠绕可以缩短线圈端，而且生产性好，是现代电机经常采用的“首选”方式，但齿槽效应方面存在难点。因此，第三代普锐斯采用了发电机方为集中缠绕，电机方则为分布缠绕的做法。
我们知道，降低价格门槛是推广电动车的最根本途径。电机中物料成本非常高的部件当属钕铁硼永磁体的用量。
在电机方面，输出转矩由磁铁转矩和磁阻转矩组成，降低磁铁用量就会降低磁铁转矩，但优化结构便能大大提升磁阻转矩。
丰田一直在优化钢片内的永磁体结构，从第一代的单片形到第四代三片复合，优化后的磁通量大大增加，最终第四代的磁铁用量只有第一代的50%，很大程度上降低了电机的物料成本。
而在电控PCU方面，丰田的研发也是卓有成效。从图片中可以看到，第一代PCU位于发动机右侧，几乎占据了半个发动机舱的空间，而且不得不为它专门设计托架。而到第四代，小型化后的PCU的体积仅为第一代的一半，可以直接搭载于驱动桥上方，托架的体积和重量也得到控制。
集成化是PCU体积减小的重要原因。丰田在第四代开创性地采用层叠结构的IPM功率模块，可以根据车型的定位增加或减少层叠数量，自由度更高，体积也比前三代的平面结构大大优化。另外，第四代的PCU针对功率半导体采用双面冷却系统，性能更加稳定。
很少有汽车品牌能像丰田这样在底层技术研发上坚持20年，并且开发出前后四代电动化系统，这样的技术积累不是竞争对手们一朝一夕便能拥有的。
丰田IQ-EV采用丰田最新开发的锂离子电池，在单次充电情况下，其续航里程可以达到大约105公里。其充电时间非常短，在专业直流快速充电站充满电池只需要花20分钟左右，在常规民用电源上也只需要4小时左右就能将电池组的电量充满。另外，该车百公里加速大约在14秒内，最大行驶速度可达125km/h。
iQ EV是丰田近年来在纯电动车上的一次试水（2013年发布），可能一部分人认为续航比起RAV4 EV是一种下降，但其实iQ EV的电池容量比前者少了一半，而续航则能达到前者的56%，效率上有不小的提升。当然，丰田的电动化之路远不止于此。
除了充电，丰田又在新能源汽车领域探索到了一种新的可能性--氢燃料电池车。这种“黑科技”可以在车内让氢气在催化剂的作用下与氧气反应产生电能，并通电机驱动车辆。相比于纯电动车，它的优势在于无需充电、只用加氢气的方式实现续航，大大缩短了每次“进站”的时间，相当于用氢燃料代替了化石燃料。
由于氢氧反应后排放的气体仅为纯净水，因此实现了零污染。Mirai作为全球首款大规模量产的氢燃料电池车之一，体现了丰田在新能源领域雄厚的技术实力。
2013 年日本政府推出了《日本再兴战略——JAPAN is BACK》的国家级战略，针对国内能源紧缺的现状大力推广各类新型能源和产品，一时间氢能源使用在日本如火如荼的展开，建了一大批加氢站，密度高居世界第一。
丰田觉得，机会来了，是时候祭出丰田终极大法 FCV了。
2014 年丰田在洛杉矶车展上发布了 Mirai，世界上首款量产氢燃料电池车就此面世，距离丰田开始研发 FCV 车型已经过去了 22 年。
每种新兴的交通工具推广都是一项革命，因为这不仅涉及到车辆本身的性能，还有与车相关的配套服务，这关系到新用户的用车是否便利。
对于氢燃料电池车来说，刨除本身车辆的成本，作为燃料的氢气在制造、运输、储存、加注等各环节都是巨大的挑战：如何保证安全、低成本和高效，这都是亟待解决的难题。在推广氢燃料电池车方面，丰田不但需要勇气、更需要长期的战略规划和统筹各行各业的能力，甚至已经超出了车企本身的范畴。
中国作为全球最大的新能源车市场，丰田自然不容忽视，将从2019年开始陆续在华推出大量PHEV和EV车型，首当其冲的就是卡罗拉/雷凌的插电混动。
卡罗拉、雷凌外插充电式混合动力版车型是根据中国道路的驾驶环境，切实针对中国消费者的需求进行现地研发的，其主要核心零部件都实现了高度国产化。正因如此，新车在明年初上市时，即可享受国家的新能源补贴和免征购置税的优惠政策，使其性价比尤为突出。
看着大众布局了 2025 战略，计划到 2025 年将 EV 的占比提升到 25%，再看看特斯拉已经把电动汽车的概念普及的深入人心，充电桩建设成为各国汽车产业发展的重要议题，几个大车企甚至成立了联盟来共同建设充电站，加上北美欧洲以及中国等主要市场都对 EV 汽车的发展给以极大的政策支持。
虽然EV短时间大规模量产和普及存在诸多困难，但丰田通过研发EV积累了丰富的电动化技术，并找到了兼顾燃油经济性和低成本的混合动力之路，这就是20年前诞生的全球首台混合动力车普锐斯。
普锐斯在全球的成功帮助丰田奠定了在混合动力领域的领先地位，后来丰田又相继研发了多款混合动力车型并投放市场，目前我们已能在国内买到包括卡罗拉、雷凌、凯美瑞在内的多款混合动力车型。而在日本，混合动力车型的普及率更高，目前已超过40%。
2020年，由丰田自主研发的EV车型将导入国内。丰田和雷克萨斯两个品牌将同步在全球范围普及电动化车型。
并在2020年代前半期，推出10种以上电动化车型，主要以高级车、中小型家用车、个人出行（摩托）、短途行驶车辆为主，有乘用、商用等多种用途，包含了预计在2025年推出的普锐斯电动版和Mirai电动版；同时，皇冠、卡罗拉这些曾经的燃油车型也都将采用电动化技术。
丰田氢燃料电池概念车FINE-Comfort Ride
丰田领先的氢燃料电池技术自然不会止步在Mirai一款车型。到2020年，氢燃料技术将用于长途大巴、大型货车、公共汽车等大型商用车辆。同时，氢燃料电池车Mirai也正在国内进行测试，预计离我们的生活也并不会太过遥远。
到2030年，丰田的新能源车销量计划为550万台，将占丰田总销量的50%，其中有10%将会是氢燃料电池车型。
最终到2050年，丰田的终极目标——零排放将在旗下EV、FCV、HV、PHEV各类新能源车型的支持下实现。
中国已经是电动车和混合动力车产销大国，丰田未来也会将更多的产品和技术投放中国市场。2017年10月，丰田已在常熟的丰田汽车研发中心(中国)有限公司内建设加氢站，并开始进行FCV车型的实证实验。
丰田还计划于2019年春季在中国发售卡罗拉和雷凌的PHEV车型，并逐步推动电动化零部件的国产化，推动电动化技术在中国的扎根。到2020年，丰田还将在中国全球率先发售其品牌EV车型，这款车将以今年北京车展发布的首款TNGA平台SUV车型C-HR和IZOA为原型。
写在最后
2017年全年，丰田和雷克萨斯的混动车型总销量超过14万辆，今年前七个月丰田混动车型销量就已超过10万辆。截至今年4月，丰田在全球的混合动力车累计销量已超过1200万辆，HEV减少的CO2 排放累计达到9400万吨。
但丰田给自己制定了更为长远和有挑战的目标——到2050年全球新车平均行驶过程中CO2 排放量削减90%的“挑战新车CO2 零排放”目标。
循序渐进、精益求精，丰田用这样的匠人精神不断开拓自己的电动化之路，这或许也是我们的很多造车新势力最为欠缺的吧。
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