充電電池和充電技術(shù)介紹
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2009年夏季上市電動(dòng)汽車的三菱汽車也從美國俄勒岡州為代表，在日本、歐洲、加拿大、新西蘭、澳大利亞展開旨在實(shí)用化的實(shí)證試驗(yàn)及調(diào)查活動(dòng)，穩(wěn)步推進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的準(zhǔn)備工作。此外，東京大學(xué)也將啟動(dòng)在沖繩縣建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施，目標(biāo)是使沖繩主島的2萬8000輛租賃車逐步更換成電動(dòng)汽車。
演變?yōu)閲议g的競爭
因電動(dòng)汽車的實(shí)用化前景已清晰可見，電池開發(fā)的方向也在逐漸變化。“如果5分鐘能夠充電80％，快速充電就足夠用了。與此相比，應(yīng)更重視低成本化和長壽命化”（NEC東金營銷本部解決方案技術(shù)部部長堀仁孝）。
電池成本是電動(dòng)汽車普及的一大障礙。比如，三菱汽車2009年夏季上市的電動(dòng)汽車“i-MiEV”的價(jià)格在400萬日元左右。車輛價(jià)格高就是因?yàn)殡姵爻杀靖哌_(dá)200萬日元以上。實(shí)際上，利用國家及地方政府提供的補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)只需200萬日元即可購買。但這意味著沒有補(bǔ)貼也就不會(huì)形成電動(dòng)汽車市場。
降低電池成本最常用的解決方法是提高電池的能量密度，降低單位容量的成本。但這并非一朝一夕可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，在鋰離子充電電池實(shí)用化后的約20年里，向高容量材料的過渡幾乎未取得進(jìn)展，充分說明了開發(fā)上的難度。
需要龐大開發(fā)費(fèi)用的新一代鋰離子充電電池開發(fā)呈現(xiàn)出產(chǎn)官學(xué)合作，以舉國之力展開競爭的態(tài)勢(shì)。實(shí)際上，美國、中國及德國已開始加強(qiáng)對(duì)鋰離子充電電池的政策措施。尤其是美國，2009年1月就任總統(tǒng)的奧巴馬作為綠色新政（Green New Deal）的一環(huán)，提出了2015年之前導(dǎo)入100萬輛插電混合動(dòng)力車的目標(biāo)等，強(qiáng)化了對(duì)電動(dòng)汽車的舉措。
在日本，新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）也于2009年3月設(shè)立了蓄電技術(shù)開發(fā)室。旨在將NEDO內(nèi)各領(lǐng)域分別推進(jìn)的充電電池技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)化。蓄電技術(shù)開發(fā)室（NEDO燃料電池及氫技術(shù)開發(fā)部蓄電技術(shù)開發(fā)室室長弓取修二）表示，“除了追求鋰離子充電電池極限性能的技術(shù)開發(fā)之外，還將推進(jìn)超越鋰離子充電電池的革新性電池系統(tǒng)的開發(fā)。并希望形成跨行業(yè)開發(fā)電池技術(shù)的聯(lián)盟”。
電池業(yè)務(wù)將有變化
如果短期內(nèi)無望大幅提高能量密度，就只能推進(jìn)現(xiàn)有的鋰離子充電電池低成本化。也就是說要通過量產(chǎn)來降低成本。而要獲得量產(chǎn)效果，就需要普及電動(dòng)汽車，增加銷量。這就是所謂先有雞還是先有蛋的關(guān)系。
因此，目前考慮的是電池的租賃。即通過采用租賃方式來減少高昂的初期費(fèi)用，以推動(dòng)電動(dòng)汽車普及，從而促進(jìn)電池的量產(chǎn)。在這種情況下，如果建立起根據(jù)行駛距離（充電量）而非年均負(fù)擔(dān)收費(fèi)的制度，便可輕松贏得用戶。之后，下一步就是將用過的電池再利用（二手銷售）。如果能夠啟動(dòng)蓄電用途市場，保證可以買到二手電池，便有望進(jìn)一步降低初期費(fèi)用及租賃負(fù)擔(dān)。
但要實(shí)現(xiàn)電池的再利用，電池廠商須徹底脫離以往的一次性收益模式，而建立新的業(yè)務(wù)。東芝（東芝電力流通及產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)公司SCiB業(yè)務(wù)推進(jìn)統(tǒng)括部技術(shù)負(fù)責(zé)人本多啓三）表示，“可充分考慮將電池租賃當(dāng)作業(yè)務(wù)”。該公司稱，其正在開發(fā)的鋰離子充電電池以長壽命為特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車上使用后，還可在蓄電等市場上再利用。
東芝開發(fā)了負(fù)極材料采用鈦酸鋰（LTO），安全性和壽命都很出色的鋰離子充電電池（圖5）。該公司2009年秋季開始樣品供貨可用于電動(dòng)汽車、能量密度提高至100Wh/kg的電池單元。雖然細(xì)節(jié)未公布，但據(jù)悉正極材料從以前的鈷酸鋰改為可實(shí)現(xiàn)更高容量的材料。電池容量為20Ah。并且，該公司還在開發(fā)能量密度為150Wh/kg左右的電池單元，并力爭在2011年之前實(shí)用化。
圖5：積極推廣快速充電鋰離子充電電池
東芝正加快推廣負(fù)極材料使用鈦酸鋰的鋰離子充電電池。將來有望實(shí)現(xiàn)單位重量能量密度達(dá)到150Wh/kg的電池單元。
電池技術(shù)人員一致認(rèn)為，要將電動(dòng)汽車用過的二手電池再用于其他用途，還有另一課題需要解決。這就是要正確診斷電池的剩余壽命。如果沒有簡單且精度高的診斷方法，就無法適當(dāng)設(shè)定再利用的電池價(jià)格。今后似有必要加快剩余壽命診斷的相關(guān)開發(fā)。
快速充電器開始市售
電動(dòng)汽車用快速充電器的開發(fā)也在不斷推進(jìn)。比如，HASETEC于2006年度與東京電力共同開發(fā)出了快速充電器，并從2009年3月底開始銷售（圖6）。電動(dòng)汽車的快速充電器可設(shè)置在住宅公寓、公司的停車場、公共設(shè)施及購物中心等多種場所，可滿足廣泛的需求。并已經(jīng)“有來自個(gè)人的訂單”（HASETEC代表董事社長千村正）?，F(xiàn)在估計(jì)每年可收到200～300臺(tái)訂單。
該公司快速充電器的最大輸出功率為50kW，直流輸出時(shí)的最大電壓為500V，最大電流為125A。外形尺寸為寬1060mm×高1420mm×進(jìn)深730mm，重量為380kg。充電至電池容量的80％，三菱汽車的i-MiEV需要約25分鐘，富士重工業(yè)的電動(dòng)汽車需要約15分鐘。
該充電器的特點(diǎn)是采用自主開發(fā)的風(fēng)扇作為散熱措施，并通過降低負(fù)荷L來抑制反電動(dòng)勢(shì)。另外考慮到操作時(shí)的安全性，還具備在接上連接器后，可通過絕緣測(cè)試確認(rèn)有無連接及漏電問題后再行充電的安全功能。價(jià)格目前在400萬日元左右。
不過，50kW級(jí)快速充電器不僅外形尺寸大，價(jià)格也較高。因此，該公司還準(zhǔn)備面向停留時(shí)間較長、能保證一定充電時(shí)間的購物中心等，開發(fā)輸出功率更小的快速充電器。“使充電時(shí)間在30分鐘到1小時(shí)左右”（HASETEC充電事業(yè)推進(jìn)室室長中田昌幸）。
日本九州電力也開發(fā)出了電動(dòng)汽車用快速充電器，今日將開始通過關(guān)聯(lián)公司銷售（圖6（b））。
圖6：接連面世的電動(dòng)汽車用快速充電器
HASETEC開始銷售與東京電力共同開發(fā)的快速充電站（a）。九州電力也預(yù)定開始通過關(guān)聯(lián)公司銷售快速充電站（b）。
該公司將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電的直流電源部分分離，可最多連接4臺(tái)小型充電站。“不寬敞的地方可以只設(shè)置小型充電站，而把體積較大的直流供電部分可分開設(shè)置” （九州電力綜合研究所鋰電池及EV推進(jìn)部門倉山功治）。
并且還配備了“并行充電”功能：當(dāng)多臺(tái)充電站上都連接著電動(dòng)汽車時(shí)，即使只有一個(gè)直流電源部，也可相應(yīng)于各充電站的輸出功率進(jìn)行高效充電，可縮短充電等待時(shí)間。
評(píng)論