Toyota, batarya ile çalışan elektrikli araçlar (BEV) alanında küresel rakiplerine yetişmek amacıyla, ürün geliştirme ve seri üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürürken daha uzun menzil sağlamak için çeşitli batarya teknolojileri üzerinde yoğun bir şekilde çalışıyor. Peki, bu Japon otomobil üreticisi hedeflerine ulaşabilecek mi?

Toyota Motor Corp., 13 Haziran'da bugüne kadarki en kapsamlı sunumunda, yeni pil kimyaları ve hidrojen yakıt hücreleri alanındaki gelişmelerin yanı sıra elektrikli araç üretiminde önemli maliyet düşüşü sağlamaya yönelik yol haritasını da içeren stratejik teknoloji planının ayrıntılarını paylaştı.

Plug-in hibrit elektrikli araçlar konusunda önemli bir teknoloji üstünlüğüne ve elektrikli araç aküleriyle ilgili patentlere sahip dünyanın en büyük otomobil üreticilerinden biri olan Toyota, tamamen batarya ile çalışan elektrikli araçların (BEV) piyasaya sürülmesi konusunda gözle görülür bir şekilde geride kalmış ve bu alanda hızla ilerleme kaydeden Tesla ile birçok genç ve gelecek vaat eden elektrikli araç üreticisine pazar payı kaptırmıştır.

Bununla birlikte, Toyota’nın 2023 Teknik Çalıştayı, şirketin elektrikli araçlara geçiş sürecinde küresel pazar payını koruyup koruyamayacağına dair artan şüpheleri gidermeyi amaçlıyor. Şirketin ayrıntılı teknoloji açıklamalarının, elektrikli araçlara karşı muhafazakar bir yaklaşımla tanınan selefi Akio Toyoda’nın yerine Toyota’nın başkan ve CEO’su olarak göreve gelen Koji Sato’nun göreve başlamasından bir çeyrek sonra yapıldığına dikkat çekmek gerekir. Hissedarların yeni yönetimin vizyonunu destekleyen oy kullanmasının ardından, duyuruların ardından Toyota'nın hisseleri NYSE'de %12-13 oranında yükseldi.

Japon otomobil üreticisi, bir teknik bilgilendirme toplantısı düzenleyerek mobilite şirketine dönüşme planlarını açıkladı. Hızla değişen küresel otomotiv sektöründe, bu on yılın ikinci yarısında elektrikli araçlar alanında güçlü rakiplerine yetişmeyi hedefleyen şirket, teknik çalıştayında kurumsal vizyonunu, yani "Toyota mobilite konseptini" tanıttı.

Toyota'nın mobilite konsepti kapsamında şirketin stratejik odak alanlarını detaylandıran Toyota Teknik Direktörü Hiroki Nakajima, otomobil üreticisinin gelecekteki büyümesini sağlamak için üç ana alana odaklanmayı planladığını vurguladı:

• Elektrifikasyon
• Zeka
• Çeşitlendirme

Elektrifikasyon konusunda Toyota, yalnızca BEV’lere değil, aynı zamanda “pratik BEV’ler” olarak adlandırdığı şarj edilebilir hibrit elektrikli araçlara (PHEV’ler), hibrit elektrikli araçlara (HEV’ler) ve yakıt hücreli elektrikli araçlara (FCEV’ler) da odaklanan çok yönlü bir yaklaşım benimsemeyi hedefliyor.

Toyota, gelişmekte olan pazarlarda ve istikrarlı bir elektrik tedarikine sahip olmayan ülkelerde hibrit elektrikli araçları (HEV) piyasaya sürmeyi planlarken, Japon otomobil üreticisi kısa süre önce yakıt hücreli ticari araçların seri üretimi için Daimler Truck ile iş birliği yaptı.

Nakajima, “Elektrifikasyon konusunda, bir otomobil üreticisi tarafından geliştirilen, menzili iki katına çıkaran ve şarj süresini yarıya indiren bir bataryalı elektrikli aracı inceliyoruz,” diyerek, “çok yönlü yaklaşımımızı sürdürürken, (küresel ölçekte) her bölgeye uygun elektrifikasyonu teşvik etmeye devam edeceğiz,” diye ekledi.

Toyota, son birkaç yıldır stratejik odak alanlarını hayata geçirerek kaynaklarını (insan gücü ve yatırımlar) seri üretimden araştırma ve geliştirmeye (Ar-Ge) kaydırmaktadır. Nakajima'nın sunumuna göre, Mart ayı itibarıyla Toyota'nın Ar-Ge personelinin %53'ü (Nisan 2016'da sadece %37 idi) artık ileri geliştirme alanlarında çalışırken, geri kalan %47'si (%63'ten düşüş) seri üretimde çalışmaktadır. Ayrıca, şirketin Ar-Ge harcamalarının yaklaşık %45'i şu anda ileri geliştirme alanlarında yapılırken, 2017'de bu oran sadece %24 idi.

Toyota’nın elektrikli araç geliştirme çalışmaları

Geçen ay Toyota, yeni nesil batarya ile çalışan elektrikli araçların (BEV) geliştirilmesine ilişkin tüm faaliyetleri koordine etmek üzere "Toyota BEV Factory" adında özel bir birim kurdu. BEV Factory'nin tek bir lideri olacak; bu lider, hızlı karar alma sürecini sağlamak ve esnek bir yapı oluşturmak amacıyla geliştirme, üretim ve iş süreçlerinin tam denetimini üstlenecek. Şirket, Takero Kato'yu BEV Factory'nin başkanlığına atadı.

Toyota’da BEV ürün geliştirme ve üretim stratejisini yeniden şekillendiren Kato, tek şarjla 1.000 km’nin üzerinde menzil sunabilecek yeni nesil araçlar öngörüyor. Teknik çalıştayda yaptığı sunumda Kato, Toyota'nın yolcu deneyimini iyileştirmek için derin öğrenme ve yapay zeka ile desteklenecek aerodinamik tasarım, kablosuz güncelleme özelliklerine sahip sağlam bir yazılım ekosistemi ve yeni nesil bataryaları entegre ederek uzun menzilli BEV'ler geliştirmeyi hedeflediğini söyledi. Uzun sürüş menzili sunmak için otomobil üreticisi, tamamen katı hal bataryalar da dahil olmak üzere bir dizi yeni batarya teknolojisi geliştiriyor.

Kato ayrıca Toyota’nın, araç gövdesinin ön, orta ve arka kısımlarına odaklanarak yeni bir modüler yapı geliştireceğini açıkladı. Otomobil üreticisi, bu alanda parçaların tek tipleştirilmesini sağlayacak ve böylece genel yapıdaki bileşen sayısını azaltacak, aynı zamanda araç montajında gerekli adımların sayısını da düşürecek olan “giga döküm” teknolojisini uygulamayı planlıyor. Şirkete göre bu, ürün geliştirme ve montaj işlemlerinde ortaya çıkan maliyetlerin düşürülmesine yardımcı olacak. Kato'nun sunumuna göre, Toyota 2026 yılına kadar ürün geliştirme maliyetlerini %30, gelecekte ise %50 oranında azaltmayı hedefliyor. Benzer şekilde, BEV'ler için fabrika operasyonlarını yeniden düzenleyerek, 2026 yılına kadar fabrika yatırımlarını %50 oranında azaltmayı hedefliyor.

“Bu yeni monozukuri [Japonca'da üretim] konsepti, dijital ikiz teknolojisini kullanarak üretim hazırlık süresini yarı yarıya azaltacak,” diyen Kato, yeni nesil BEV felsefesinin 2026'dan itibaren piyasaya sürülmesi planlanan yeni modellerle küresel olarak uygulanacağını da sözlerine ekledi.

“2030 yılına kadar, 3,5 milyon adetlik üretimin 1,7 milyon adedi BEV Fabrikası tarafından sağlanacak,” diyerek sunumunu özetledi.

Toyota’daki iki önemli gelişmeye – yeni pil teknolojileri ve giga döküm yoluyla parça standardizasyonu – ayrıntılı bir şekilde göz atalım.

Toyota’nın pil stratejisi

2026 yılından itibaren yeni nesil elektrikli araçlarını piyasaya sürme çalışmalarını hızlandıran Japonya’nın en büyük otomobil üreticisi, bu gelişmekte olan segmentteki ürün yelpazesini geliştirmek için yeni pil teknolojileri üzerinde çalıştığını açıkladı. Yeni nesil pil teknolojileri arasında şunlar yer alıyor:

a) Performans versiyonu –Tek şarjla 1.000 km menzil sunma hedefine ulaşmak için Toyota, enerji yoğunluğu artırılmış ve şarj süresi kısaltılmış, esasen sıvı lityum-iyon pil olan kare şekilli bir pil geliştiriyor. Hedeflenen menzile ulaşmanın sorumluluğu, aynı zamanda aracın ağırlığını önemli ölçüde azaltmaya ve aerodinamiğini iyileştirmeye de bağlı. Bu pil tipine sahip BEV'ler 2026'da piyasaya sürülecek ve şirket, şu anda satılan Toyota bZ4X'e kıyasla maliyetleri %20 oranında azaltmayı hedeflediğini açıkladı.

b) Popüler versiyon –Adından da anlaşılacağı gibi, Toyota, şirketin satış hacmini artırabilecek uygun fiyatlı BEV'lere yönelik düşük maliyetli bir pil teknolojisi de geliştiriyor. Bu piller, lityum demir fosfat (LFP) kimyası kullanılarak geliştirilecek ve 2026-27'de kullanıma sunulması bekleniyor. Bu piller bipolar bir yapıya sahip olacak ve halihazırda Aqua ve Crown hibrit araçlarda nikel metal hidrit pil olarak kullanılıyor. Özellikle Toyota, mevcut bZ4X modellerine kıyasla sürüş menzilinde %20 artış ve maliyetlerde %40 azalma hedefliyor. Şarj konusunda ise şirket, bataryanın şarj seviyesini %10'dan %80'e yaklaşık 30 dakikada çıkarmayı hedefliyor.

c) Yüksek performanslı bipolar lityum-iyon pil – LFP pillerin devam eden geliştirilmesine paralel olarak, Toyota ayrıca bipolar yapıyı yüksek performanslı bir lityum-iyon pil ile birleştirmeye çalışıyor. Hedefi, 2026'da piyasaya sürülmesi planlanan 1.000 km menzilli sıvı lityum-iyon pil versiyonundan daha iyi bir sürüş menzili sunmak. Toyota, bu bataryaya kıyasla, bipolar lityum-iyon bataryasında sürüş menzilinde %10 artış, maliyetinde %10 azalma ve 20 dakikada daha hızlı şarj süresi (şarj seviyesinin %10'dan %80'e çıkması) hedefliyor. Toyota, bu teknolojinin seri üretimini bir zorluk olarak görse de, 2027-28 yıllarında piyasaya sürmeyi planlıyor.

d) Tamamen katı hal piller (ASSB) –Katı hal pil teknolojisinde 1.000'den fazla patente sahip olan Toyota, 2027 gibi erken bir tarihte ASSB ile çalışan bir elektrikli aracı piyasaya sürmek için çalıştığını açıkladı. Otomobil üreticisi, katı hal pillerin uzun süredir devam eden sorununu çözdüğünü ve ilk etapta bu teknolojiyi geleneksel hibrit araçlarına uygulamayı planladığını belirtti. Şirket, ASSB'lerle daha önce karşılaştığı zorluklar hakkında ayrıntılı bilgi vermese de, katı elektrolitli pillerin mevcut nesil lityum-iyon pillere kıyasla daha az şarj döngüsüne sahip olduğu biliniyor. İdeal olarak, pazara hazır bir EV pili binlerce şarj döngüsü sunmalıdır, ancak ASSB'ler yalnızca birkaç yüz şarj döngüsüne sahipti. Toyota, bu teknolojik engeli aştığını iddia ediyor. Şirket, ASSB'leriyle şarj başına 1.200 km'nin üzerinde bir menzil elde etmeyi ve şarj süresini 10 dakikanın altına (pil şarjının %10'dan %80'e kadar) indirgemeyi hedeflediğini belirtti. Bununla birlikte, Toyota bu alanda iki temel zorluğun üstesinden gelmeye çalışıyor: seri üretim için etkili bir metodoloji ve ASSB'lerin yüksek üretim maliyeti. Otomobil üreticisi, bu iki zorluğun üstesinden önümüzdeki 3-4 yıl içinde gelmeyi umuyor.

e) Gelişmiş ASSB’ler –Toyota'nın Ar-Ge departmanı, otomobil üreticisinin tek şarjla yaklaşık 1.500 km'lik bir menzile ulaşmayı hedeflediği, tamamen katı hal pilinin gelişmiş bir versiyonu üzerinde de çalışıyor. Şirket, bu versiyonla ilgili daha fazla ayrıntı açıklamadı.

Toyota’nın yenilenen üretim stratejisi

Elektrikli araçların seri üretimine geçiş sürecinde karlılığı sürdürmek, otomobil üreticileri için en büyük zorluklardan biridir. Elektrikli araçların maliyetini düşürmeye çalışırken, otomobil üreticileri aynı zamanda üretim sahasındaki gereksiz faaliyetleri ortadan kaldırmak amacıyla geleneksel üretim süreçlerini de yeniden düzenlemektedir. Toyota, ön ve arka gövde şasisinde kullanılan parça sayısını önemli ölçüde azaltmak amacıyla giga döküm uygulamasını hayata geçirmeyi planlıyor. Örneğin, şirket giga döküm yardımıyla ön ve arka gövde şasilerinde sırasıyla 90 ve 85 farklı parçayı entegre etmeyi hedefliyor.

Giga casting nedir?

Giga döküm, elektrikli otomobil üreticileri tarafından gövdenin tamamını ya da ön, arka ve alt gövde bölümlerini tek parça halinde üretmek için giderek daha fazla kullanılan bir basınçlı döküm çözümü/tekniğidir. Bu süreç, otomobil üreticilerinin sadece parça sayısını önemli ölçüde azaltmakla kalmayıp, aynı zamanda bu parçaları birbirine perçinleme ve kaynaklama ihtiyacını da ortadan kaldırarak üretim akış şemasını basitleştirir. Giga dökümlerin kullanımı ayrıca maliyet tasarrufu sağlar ve şasi üretim süresini kısaltır.

Üretim sürecine "giga döküm" teknolojisini dahil etmeyi düşünen tek otomobil üreticisi Toyota değil. Orijinal ekipman üreticilerinin boyutuna göre "giga döküm" ya da "megacasting" olarak adlandırmayı tercih ettikleri bu teknoloji, bir otomobil üretim tesisinde ilk kez Tesla tarafından kullanıma sunuldu. Tesla'nın gövde şasilerini üretirken bu tür kalıplı dökümleri kullanması, fabrika düzeyinde en önemli yeniliklerden biri olarak kabul ediliyor. Örneğin, Tesla Model Y'nin gövde karkası, ön ve arka yapıların yerine iki adet bu tür döküm kullanılarak üretilmektedir. Bu süreç, yüzlerce ayrı bileşeni, presleme ve kaynak noktalarını ve ilgili makineleri ortadan kaldırarak üretim sürecini basitleştirir, maliyet ve zamandan tasarruf sağlar.

Tesla, Almanya'daki fabrikasına bir döküm presi kurdu ve Model 3'ü üretmek için megacasting tekniğini kullanıyor. ABD'li elektrikli araç üreticisinin, Cybertruck'ı üretirken megacasting tekniğini kullanmak üzere 9000 tonluk bir giga pres kurduğu bildiriliyor.

İsveçli otomobil üreticisi Volvo Cars da elektrikli araç üretimine geçmek amacıyla Torslanda fabrikasında megakasting sürecini uygulamaya koymak için çalışıyor. Ana şirketi Geely Holdings ise Zeekr 009 minivanının alt gövdesini üretmek için alüminyum döküm teknolojisini kullanıyor. Mercedes-Benz, Nio ve General Motors da dahil olmak üzere birçok önde gelen otomobil üreticisi, kendi tesislerinde giga casting tekniğini yakından değerlendiriyor.

Toyota, alüminyum basınçlı dökümlerle entegre kalıplama için yeni bir teknoloji geliştirdiğini açıkladı. Kalıp grubu genellikle düzinelerce sac metal parçadan oluşuyor. “Otomobil üretiminde geliştirilen döküm teknolojisini inceledikten sonra genba (Japonca'da 'gerçek yer' anlamına gelir) geliştirilen döküm teknolojisini yüksek bir hassasiyetle analiz ettikten sonra, yapısal tasarımı daha basit ve daha ince hale getirmek için gözden geçirdik," dedi şirket bir belgede.

Ayrıca Toyota, konveyörlerin yerine kendinden tahrikli bir montaj hattının kullanılacağı, son derece esnek bir BEV üretim tesisi kurmayı planlıyor. Daha önce de belirtildiği gibi, bu çabalar otomobil üreticisinin fabrika yatırımlarını %50 oranında azaltma, üretim hazırlık süresini yarıya indirme ve sabit maliyetlerde önemli bir düşüş sağlama hedefini içeren uzun vadeli planının bir parçasıdır.

S&P Global Mobilite Analizi

Pil: 2008 yılında pil araştırma bölümünü kuran Toyota'nın, 2020 yılında katı hal pilinin ilk versiyonunu geliştirdiği biliniyor. O yılın Haziran ayında Toyota, tamamen katı hal pillerle çalışan bir araç geliştirdi ve test sürüşleri gerçekleştirdi. Ancak, geliştirme sürecinde otomobil üreticisi, katı elektrolit içinde boşluklar oluşması nedeniyle katı hal pillerin daha hızlı bozulduğunu ve bunun da (lityum-iyon pillere kıyasla) daha kısa hizmet ömrü sorunu yarattığını fark etti. İşte o zaman Toyota'nın pil mühendisleri, katı elektrolitin daha fazla geliştirilmesi gerektiğini anladı.

S&P Global Mobility’nin elektrifikasyon teknolojisi araştırma direktörü Graham Evans’a göre, Toyota’nın stratejisi bir adım geri çekilip pil teknolojileri konusunda temel araştırmalar yapmak ve böylece rakiplerini geride bırakarak tamamen elektrikli araçların menzili ve şarj süresi gibi tüketicilerin sıkça dile getirdiği sorunları çözmekti.

Graham, “Bu proje büyük ölçekte başarıyla hayata geçirilebilirse, Toyota’nın bu alanda lider konuma yükselmesini bekleyebiliriz” dedi ve Toyota’nın teknik çözümlerinin, katı hal teknolojisinin bilinen sorunlarını aşıp aşamayacağının henüz belli olmadığını da sözlerine ekledi.

S&P Global Mobility'nin pil araştırma bölümünden sorumlu müdür yardımcısı Dr. Richard Kim, şirketin düzenlediği çalıştaydan çıkan önemli noktaları özetleyerek şunları söyledi: “Toyota'nın yeni duyurduğu yeni nesil elektrikli araç pil stratejisiyle şirket, sistem esnekliğinin artırılması, daha uzun tam elektrikli sürüş menzili ve daha hızlı şarj süresi gibi çeşitli gelişmeler elde etmeyi hedefliyor. Bu stratejinin en önemli unsurlarından biri, hem yüksek nikel kimyası hem de nikel içermeyen demir fosfor kimyasını kullanan yeni bir pilin geliştirilmesidir. Bu yaklaşım, Toyota'nın hem standart hem de uzun menzilli versiyonlarla tüketicilerin elektrikli araç taleplerini karşılamasına olanak tanıyor. Farklı maliyetlerde farklı pil kapasitesi seçenekleri sunarak Toyota, farklı coğrafi bölgelerdeki farklı tüketicilerin ihtiyaçlarını karşılamak için iki farklı seçenek sunabilir.

“Sürüş menzili açısından Toyota, hem pil hücresi hem de pil paketi düzeyinde enerji yoğunluğunu artırmayı planlıyor. Katot malzemelerini orta nikel kimyasından yüksek nikel kimyasına değiştirerek (bu açıkça belirtilmemiş ancak büyük olasılıkla böyledir) ve anot malzemelerine silikon içeriği ekleyerek, Toyota, 2026 yılına kadar elektrikli araçlarının performans versiyonlarında hücre hacimsel enerji yoğunluğunda yaklaşık %20'lik bir artış elde etmeyi hedefliyor. Ayrıca, optimize edilmiş bir pil paketi yapısının sürüş menzilinin uzamasına yaklaşık %30 oranında katkıda bulunması bekleniyor. Bu iyileştirmelerin bir sonucu olarak, Toyota'nın yeni nesil elektrikli araçlarının, 651 km CLTC menzili sunan mevcut bz4x versiyonuna kıyasla %5-60 daha fazla pil kapasitesine sahip olması bekleniyor. Bu artan pil paketi ağırlığının, gövde yapısı ve diğer sistemlerdeki optimizasyonlarla dengelenebileceği ve böylece 1.000 km'lik bir sürüş menzilinin tahmin edilebileceği belirtilmelidir.”

Dr. Kim şunları ekledi: “Toyota’nın pil stratejisindeki son önemli gelişme, şarj performansına odaklanıyor. Şirket bunu, henüz duyurulmamış ancak anot malzemesinde büyük olasılıkla silikon içeren bipolar teknolojili pillerin piyasaya sürülmesi ve nihayetinde katı hal pillerin piyasaya sunulması gibi aşamalı adımlarla gerçekleştirmeyi planlıyor. Bu gelişmeler, sürüş menzili ve şarj süresi konusundaki tüketici endişelerini gidermeyi ve Toyota’nın elektrikli araçlarının genel cazibesini ve kullanışlılığını daha da artırmayı hedefliyor.”

Dr. Kim, 2024'ten itibaren bu on yıl boyunca tamamen katı hal pillerine olan talepte keskin bir artış olacağını öngörüyor. "Tüm büyük otomobil üreticilerinin katı hal pillerle çalışan BEV'leri piyasaya sürecek olması nedeniyle, ASSB'lere olan talebin bu yıl sıfırdan 2024'te 67 MWh'ye çıkacağını ve 2030'a kadar 63,548 GWh'ye ulaşarak şaşırtıcı bir büyüme kaydedeceğini öngörüyoruz," dedi.

Şasi: Toyota'nın BEV Fabrikasında giga döküm tekniğini kullanma planına ilişkin yorumda bulunan S&P Global Mobility Baş Araştırma Analisti Edwin Pope, şunları söyledi: “Toyota'nın benimsediği giga dökümler, özellikle Kaizen odaklı üretim süreçlerinin özü olan araç montajına üretim hattının etkisiyle ilgilidir. Diğer OEM'ler (Tesla hariç) tarafından daha önce de belirtildiği gibi, araçlarda doğru onarımların yapılabilmesini sağlamak için çarpışma onarım süreçlerinde bir segmentasyon sürecinin uygulanacağını tahmin ediyorum.”

“Ayrıca, son zamanlarda elektrikli araç (BEV) müşterileri için sigorta primleri, bu teknolojinin uzun vadede yaygınlaşmasının önündeki bir engel olarak gündeme gelmiştir. Toyota müşterileri genellikle uzun vadeli maliyetlere ve güvenilirliğe önem verip, araçlarının uygun maliyetle tamir edilebileceğini beklediklerinden, Toyota’nın da satış sonrası sorunlara akıllı bir yönetim yaklaşımıyla bu eğilimi takip edeceğini düşünüyorum.”

Pope ayrıca, yeni kalıplama yöntemleriyle panel boyutlarının artırılmasının, özellikle geleneksel montaj yöntemleriyle üretilen elektrikli araçlarda giga dökümlerin yaygınlaşmasının bir başka itici gücü olabileceğini öngörüyor.

“Bu yol, bazı eski sanayi alanlarının tesis alanlarında yapılacak küçük değişikliklerle maliyet verimliliği elde etmesine yardımcı olabilir. Araçlarda büyük döküm parçaların kullanılabilmesi için, üretim tesisinin tamamının iş akışlarına düzgün bir şekilde entegre edilebilmesi ve montaj tesisi düzeyinde gerçek verimlilik ölçütlerinin bulunabilmesi amacıyla ‘sıfırdan’ tasarlanması gerekir. Dolayısıyla, üretim tesislerindeki mevcut montaj hatlarının, yeni prosedürleri optimize edilmiş bir ortamda uygulamaya koyabilmek için tamamen kapatılıp yeniden inşa edilmesi beklenebilir,” diye ekledi.

S&P AutoTechInsight hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen buraya tıklayın buraya