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混合動(dòng)力車進(jìn)入鋰離子時(shí)代2
 
       鋰電池的正極材料采用了個(gè)人電腦電池等使用的LiCoO2(鈷酸鋰)類正極材料。但還存在能源密度正逐漸接近極限以及成本較高等問題。
  雖然成本更低的LiNiO2(鎳酸鋰)類正極材料可實(shí)現(xiàn)電池的高容量化,但存在熱穩(wěn)定性較低的問題。LiMnO2(錳酸鋰)類材料具有成本低、熱穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn),但容量小和高溫保存特性低又是其難題。將這三種材料相混合,調(diào)整比例,以獲得所需特性,這就是3元類正極材料。
  一個(gè)鋰電池單元的電壓為3.6V,思域混合動(dòng)力車通過串聯(lián)40個(gè)這種單元組成電池組,獲得了144V的電壓。比原思域混合動(dòng)力車的電池組串聯(lián)132個(gè)輸出電壓為1.2V的Ni-MH(鎳氫)充電電池單元獲得的158.4V輸出電壓要低。新款思域的電力容量也由原款的908.5Wh降至676.8Wh,減少了25%左右(圖3)。
  不過,由于單元的輸出密度增加,新款車電池組的最大輸出功率由原來的15kW提高了33%,達(dá)到20kW。雖然大幅削減了單元數(shù)量,但馬達(dá)輸出功率由原來的15kW提高到了17kW(能量再生時(shí)的輸出功率為20kW)。另外削減單元數(shù)量在成本方面也有好處。“雖然單元的成本比較高,但由于削減了單元數(shù)量,因此電池的總成本與原來相同”。
  鋰電池提高了輸出功率,由于使用的單元數(shù)量較少,與其他電池組相比,還大幅實(shí)現(xiàn)了小型輕量化。新款電池組的重量為22kg,體積為16L,與原來的31kg、25L相比,重量減輕29%,體積縮小36%
在鋰電池的使用上讓人花費(fèi)精力的是逆變器等外圍電路。由于電池的內(nèi)部電阻較低,短路電流是Ni-MH充電電池的10倍。因此,開發(fā)初期還發(fā)生了“外圍電路的開關(guān)全部溶解”(本田的藤木)的事故。所以,目前使用的部件全部都根據(jù)鋰電池特性做了變更。
  當(dāng)然,電池內(nèi)部電阻越低越好。因?yàn)殡S著充放電而產(chǎn)生的熱量會(huì)隨之減少。包括電池組在內(nèi)的IPU內(nèi)部,雖通過循環(huán)空氣加以冷卻,但“此前是電池產(chǎn)生的熱量較大,而新款車則是逆變器的散熱成了需要重點(diǎn)解決的課題”(藤木)。
日產(chǎn)重視輸出功率
比本田更加重視輸出功率而采用鋰電池的是日產(chǎn)。日產(chǎn)EV技術(shù)開發(fā)本部EV能源開發(fā)部電池設(shè)計(jì)小組主管平井敏郎就“風(fēng)雅混合動(dòng)力車”采用鋰電池的理由說道,“除了混合動(dòng)力車順暢的行駛感外,還希望實(shí)現(xiàn)踩踏油門瞬間的強(qiáng)力加速感以及出色的高速燃效”。
  日產(chǎn)電池單元的特點(diǎn)是,在3家公司中唯一采用了層壓型(圖4)。層壓型單元采用將正極材料、隔膜和負(fù)極材料積層的構(gòu)造,外裝容器使用鋁和樹脂薄膜。順便一提,本田和豐田的單元是將較長的正極、隔膜和負(fù)極疊繞并收納在金屬容器內(nèi)形成的方形單元。
層壓型單元可減薄厚度,因此表面積較大,在冷卻性能方面具有優(yōu)勢,而且可增加從正負(fù)極獲取電流的電極寬度,因此適合實(shí)現(xiàn)電池的高輸出功率。實(shí)際配備于車輛時(shí),是先將八個(gè)單元疊放在金屬容器內(nèi)形成電池模塊,“風(fēng)雅混合動(dòng)力車”共配備了12個(gè)這種模塊。
  由于單元在模塊內(nèi)緊密重疊,單元的熱量從端子和模塊外殼散發(fā)。使用寬端子的層壓型單元不僅能實(shí)現(xiàn)低電阻化,還有利于散熱。
  據(jù)日產(chǎn)介紹,風(fēng)雅混合動(dòng)力車的混合動(dòng)力系統(tǒng)“對電池輸出功率的要求較高”(日產(chǎn)的平井)。原因有多個(gè)。一個(gè)是,風(fēng)雅混合動(dòng)力車的混合動(dòng)力系統(tǒng)沒有配備變矩器。風(fēng)雅混合動(dòng)力車的系統(tǒng)與思域混合動(dòng)力車相同,是在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間配置馬達(dá)的單馬達(dá)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng),與思域混合動(dòng)力車的不同之處是在發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)之間設(shè)置了離合器。(未完待續(xù) 記者:鶴原 吉郎)
 
 
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