Toyota heeft decennia aan ervaring met de ontwikkeling en productie van batterijen voor verschillende soorten voertuigen. Al in 1996 richtten we de organisatie op, die inmiddels bekendstaat als Prime Earth EV Energy. Sindsdien hebben we meer dan 20 miljoen batterijen geproduceerd.
Toyota produceert zelf batterijen en werkt daarnaast samen met partners aan de ontwikkeling en levering ervan. Deze samenwerking stelt ons in staat om kennis te delen en tegelijkertijd een stabiel netwerk van toeleveranciers op te zetten, om zo te kunnen voldoen aan de toegenomen productie van geëlektrificeerde voertuigen.
In eerste instantie hebben we onze nikkel-metaal hydride batterij verbeterd, om vervolgens in 2003 de ontwikkeling van lithium-ion batterijen te versnellen. In 2021 hebben we Prime Planet Energy & Solutions opgericht om onze activiteiten op gebied van batterijen te intensiveren en om nog betere, meer geavanceerde en betaalbaardere batterijen te ontwikkelen.
Verschillende soorten batterijen
Voor onze huidige en toekomstige gamma van geëlektrificeerde voertuigen werken we aan de ontwikkeling van meerdere nieuwe technologieën. Hierbij houden we rekening met het feit dat de prestaties van batterijen afhankelijk zijn van de omstandigheden ter plaatse, zoals een regio met vooral een warm of koud klimaat, en of een auto meestal op asfalt of juist op onverharde wegen rijdt.
We ontwikkelen verschillende soorten batterijen van uiteenlopende afmetingen, waarbij we een duidelijke focus houden op de belangrijkste eigenschappen: kwaliteit, levensduur en betrouwbaarheid, maar ook prestaties, veiligheid en kosten.
Lees ook: Prijzen en uitvoeringen van de Toyota Yaris Cross
Nikkel-metaal hydride batterijen en lithium-ion batterijen
Voor hybride voertuigen blijven we nikkel-metaal hydride batterijen en lithium-ion batterijen verbeteren. Een voorbeeld daarvan is de introductie van nieuwe bipolaire nikkel-metaal hydride batterijen, die voordeliger zijn en meer direct beschikbaar vermogen leveren.
Voor onze Plug-in Hybride modellen en batterij-elektrische voertuigen zijn batterijen met een zo groot mogelijke actieradius benodigd. Batterijen maken een opvallende evolutie door. We blijven werken aan meerdere opties om batterijen te ontwikkelen met een innovatieve structuur.
Recentelijk ging de productie van start van ‘s werelds eerste bipolaire NiMH batterij. Deze is kleiner en lichter dan een conventionele NiMH batterij. Belangrijk is dat voor deze batterij minder grondstoffen nodig zijn, wat minder mijnbouw en een lagere belasting van het milieu betekent.
Lithium-ion batterijen
Dezelfde vooruitstrevende denkwijze passen we toe op lithium-ion batterijen. Het resultaat is een kostenbesparing op korte termijn van 30 procent. Tegelijkertijd verwachten we dat batterij-elektrische voertuigen ongeveer 30 procent zuiniger worden, waardoor we de batterij met dezelfde actieradius 30 procent kleiner kunnen maken. Na 2025 leveren deze maatregelen tezamen naar verwachting een kostenbesparing voor de batterij op van 50 procent.
A Vehicle equipped with all-solid-state batteries
Solid-state batterijen
Solid-state batterijen hebben veel potentieel. Ze vervangen een vloeibare elektrolyt door een vaste elektrolyt en kunnen leiden tot lichtere, dichtere batterijen die sneller opladen dan de huidige batterijen. Tests van solid-state batterijen in prototypevoertuigen hebben hun uitstekende vermogen om onmiddellijke kracht te leveren aangetoond.
Lees ook: Betrouwbare Occasions 's-Hertogenbosch
We onderzoeken ook hun toepassing in hybride voertuigen (HEV's), volledig voertuigen (BEV's) en plug-in hybride voertuigen (PHEV's).
Een solid-state accu is een type elektrochemische energieopslageenheid waarbij zowel de anode, kathode als elektrolyt solide materialen zijn. In tegenstelling tot conventionele lithium-ion batterijen, waar de elektrolyt een vloeibare of gelachtige substantie is, wordt in solid-state accu's een vaste elektrolyt gebruikt.
De vaste elektrolyt in een solid-state batterij fungeert als zowel een separator als een ionische geleider. Het voorkomt direct elektrisch contact tussen de anode en kathode (wat kortsluiting zou veroorzaken), terwijl het tegelijkertijd lithium-ionen toestaat zich tussen de elektroden te verplaatsen. Veel gebruikte materialen voor vaste elektrolyten zijn onder andere sulfiden zoals lithiumfosforsulfide (Li10GeP2S12) en oxiden zoals lithium lanthanum zirkoniumoxide (LLZO).
Tijdens het opladen verplaatsen lithium-ionen zich van de kathode, door de solide elektrolyt, naar de anode.
Elektrificatie en waterstof
Elektrificatie is het sleutelwoord bij Toyota. Al in 1997 introduceerden we ’s werelds eerste Full Hybrid in serieproductie, de Toyota Prius. Inmiddels is in Europa meer dan 60 procent van alle Toyota verkopen een hybride Toyota.
Lees ook: Yaris 2002: Brandstofverbruik
Toyota gelooft in de ‘Hydrogen Society’, een samenleving waarin waterstof een heel grote rol speelt. We laten het potentieel van waterstof al zien in bussen en vrachtauto’s.
Thiebault Paquet, directeur van de business unit die bij TME verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van brandstofceltechnologie: “Groene elektriciteit wordt niet 24/7 opgewekt en ook niet altijd op de plek waar je het wilt hebben. Je zou die energie dus voor langere tijd moeten kunnen opslaan, in grote hoeveelheden, maar batterijen kunnen dat niet. We hebben dus ook waterstof nodig. Niet alleen voor de automobielindustrie, ook voor andere toepassingen, zoals zware bedrijfsvoertuigen waarbij zware lading en grote afstanden de norm zijn."
Toyota focust zich ook op hybride en batterij-elektrisch. Erwin Jongh, zero emission specialist bij Toyota Nederland, zegt: “Hybride is uitstekend op plaatsen waar geen laadinfrastructuur is en bijvoorbeeld ideaal qua kostprijs. Vergeleken met een batterij-elektrische auto heeft het accupakket slechts een vijftigste van de batterijcapaciteit terwijl je toch tot 50 procent van de rijtijd elektrisch kan rijden. Voor steden, waar de lucht is vervuild door stikstof en fijnstof, ontwikkelen we juist batterij-elektrische bestelauto’s zoals de elektrische Proace en Proace City."
Daarom zoeken we ook de samenwerking op met andere partijen. Bijvoorbeeld op het gebied van toekomstige generaties batterijen voor batterij-elektrische auto’s. Een joint venture met Panasonic moet de ontwikkeling en productie van nieuwe batterijen tien keer sneller maken. Daarnaast werken we aan solid state batterijen die meer vermogen halen uit kleinere accupakketten. Bovendien laden ze veel sneller op.
Toyota’s O-Uchi Kyuden System
Op basis van de waarden veilig, lange levensduur, hoge kwaliteit, goede prijs-kwaliteitsverhouding en hoge prestaties heeft Toyota batterijen voor thuisgebruik ontwikkeld. Voor de ontwikkeling van het zogenoemde O-Uchi Kyuden System is gebruikgemaakt van de jarenlange kennis die Toyota heeft opgedaan bij de ontwikkeling van de technologie voor geëlektrificeerde voertuigen.
Het O-Uchi Kyuden System maakt gebruik van dezelfde technologie als van batterij-geëlektrificeerde voertuigen van Toyota. Een goed voorbeeld is Toyota’s batterijcontrole dat ervoor zorgt dat het systeem met een capaciteit van 8,7 kWh een continu vermogen van 5,5 kWh kan leveren. De controle garandeert de veiligheid bij de levering van elektriciteit aan het hele huis.
Door de koppeling met een fotovoltaïsch systeem - een systeem dat licht omzet in elektriciteit - kan het bovendien de hele dag en nacht de juiste hoeveelheid elektriciteit leveren op basis van de behoeften van de gebruiker.
Uniek is dat ook geëlektrificeerde voertuigen, zoals plug-in hybrides en batterij-elektrische en waterstof-elektrische auto's, hun energie kunnen leveren aan het systeem; via 100 volt wisselstroom. Het systeem kan de voertuigen dus gebruiken als reserve-energiebron op momenten dat er geen stroom is.
In de toekomst wordt het mogelijk om de opslagcapaciteit, de werking en instellingen van het O-Uchi Kyuden System via een speciale app te monitoren. Op een smartphone of tablet wordt dan real time data getoond en kan het systeem naar eigen wens ingesteld worden met behulp van een draadloze LAN-router die is aangesloten op een hybride stroomregelaar.
Hybride technologie
Al meer dan 25 jaar is Toyota pionier op het gebied van hybride technologie. In 1997 bracht Toyota met de komst van de Prius de eerste in massa geproduceerde hybride personenauto op de markt. Sindsdien is deze hybridetechniek uitgegroeid tot een betrouwbare en veelgebruikte technologie waar wereldwijd miljoenen mensen gebruik van maken.
Bij een Toyota hybride werken de benzinemotor en elektromotor slim samen. Dit zorgt voor een lager brandstofverbruik, minder uitstoot en meer rijcomfort. De batterij wordt automatisch opgeladen tijdens het rijden en opladen met een stekker is bij een hybride niet nodig, tenzij je kiest voor een plug-in hybride.
Accu ontwikkelingen en samenwerkingen
Toyota heeft een gedetailleerde roadmap gepresenteerd met informatie over de batterijtechnologie voor de volgende generatie elektrische voertuigen. Wat blijkt? Toyota werkt aan verschillende soorten accutechnologie, waaronder de langverwachte solid-state-batterijen. Tijdens een recente technische workshop in de nieuwe BEV Factory van Toyota heeft het merk inzicht gegeven in de BEV-technologieën voor de volgende generatie voertuigen.
Uit de gegevens blijkt dat Toyota werkt aan drie technologieën voor batterijen met vloeibare elektrolyt: ‘Performance’, ‘Popularized’ en ‘High Performance’. Vloeibare elektrolyten zijn momenteel de mainstream technologie voor BEV’s. Daarnaast werkt het merk aan Solid-State-accu’s.
Per accutype geeft Toyota gedetailleerde informatie. Een ding is duidelijk: Toyota belooft zet in op een hogere energiedichtheid, snellere laadsnelheden, een interessanter kostenconcurrentievermogen en vooral op een reductie van de accuhoogte. Het streven van Toyota is om de accuhoogte te reduceren naar 120 mm en zelfs 100 mm in het geval van krachtige sportauto’s waarbij een lage heuppositie ook wenselijk is. Ter beeldvorming: het batterijpakket van de bZ4X is inclusief behuizing ongeveer 150 mm hoog.
Om elektrische auto’s voor een zo groot mogelijke groep mensen bereikbaar te maken, werkt het merk ook aan meer betaalbare batterij: de Popularized-batterij. Deze accu heeft bipolaire technologie die Toyota heeft ontwikkeld en al toepast in zijn NiMh-batterijen voor hybride elektrische voertuigen, gecombineerd met betaalbaar lithium-ijzerfosfaat (LiFePO) als kernmateriaal. Dit type batterij biedt verder ook een 20% grotere actieradius en 40% kostenbesparing ten opzichte van de huidige bZ4X alsook een snelle oplaadtijd van 30 minuten of minder (10-80%).
Toyota ontwikkelt ook een High-Performance batterij. Deze accu combineert de bipolaire structuur met lithium-ion-chemie en een kathode met een hoog nikkelgehalte. De Japanners mikken op een rijbereik van meer dan 1.000 kilometer op een volle acculading. Deze batterij moet een kostenbesparing van nog eens 10% realiseren ten opzichte van de Performance-batterij en biedt een snelle oplaadtijd van 20 minuten of minder (10-80%).
Toyota heeft naar eigen zeggen een technologische doorbraak bereikt omtrent de duurzaamheid van lithium-ion solid-state-batterijen. Tot voor kort had een solid-state-batterij een kortere levensduur. Dankzij recente technologische ontwikkelingen heeft Toyota dit nadeel verholpen waardoor het merk zich nu kan richten op het massaal produceren van solid-state-batterijen. De solid-state-batterijen van Toyota hebben een vaste elektrolyt waardoor ionen sneller kunnen bewegen. Bijkomend voordeel: ze kunnen hoge spanningen en temperaturen beter verdragen waardoor snel op- en ontladen van de batterij mogelijk is.
Toyota verwacht dat deze technologie naar verwachting rond 2027-2028 gereed is voor commercieel gebruik. Hoewel solid-state aanvankelijk gepland was voor toepassing in hybrides (HEV’s), richt Toyota zich nu vooral op de volgende generatie BEV’s.
Takero Kato, president van Toyota’s BEV-fabriek, kan bevestigen dat de volgende generatie BEV’s vanaf 2026 op de markt verschijnen. Kato-san benadrukt ook dat het aanbieden van verschillende batterijtechnologieën van cruciaal belang is om BEV’s aantrekkelijk te maken voor een grotere groep klanten. “We hebben verschillende opties voor batterijen nodig, net zoals we verschillende motorvarianten aanbieden."
Volgens de aankondiging van Toyota kan met de nieuwe accutechnologie een elektrisch auto worden gebouwd die een actieradius van maar liefst 1.200 kilometer heeft. Bovendien kan de accu in slechts 10 minuten volledig worden opgeladen.
Toyota is van plan om in 2025 de eerste voertuigen met deze nieuwe accutechnologie op de markt te brengen. Het bedrijf heeft nog niet aangegeven welke modellen met deze technologie zullen worden uitgerust.
Toyota wil de kennis van Idemitsu combineren met zijn eigen ambitie om zwavel-vastestof-batterijen te ontwikkelen. Elektrische voertuigen zijn vandaag de dag voorzien van lithium-ionbatterijen, die een vloeibaar elektrolyt hebben. Maar dat vloeibare elektrolyt is ontvlambaar, waardoor lithium-ionbatterijen nog altijd risico met zich meebrengen. Een vastestofbatterij werkt met een vast elektrolyt. Dus naast dat een vastestofbatterij in potentie efficiënter is, is deze ook brandveiliger.
| Batterij Type | Technologie | Voordelen | Verwachte Beschikbaarheid |
|---|---|---|---|
| Popularized | Bipolaire NiMh met LiFePO | 20% grotere actieradius, 40% kostenbesparing | Nader te bepalen |
| Performance | Lithium-ion | 20% kostenbesparing, snelle oplaadtijd | Nader te bepalen |
| High-Performance | Bipolaire structuur met lithium-ion | Meer dan 1.000 km actieradius, verdere kostenbesparing | Nader te bepalen |
| Solid-State | Vaste elektrolyt | Sneller laden, hogere energiedichtheid, brandveiliger | 2027-2028 |