混合動力車進(jìn)入鋰離子時代(中)

　　鋰電池的正極材料采用了個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。

　　一個鋰電池單元的電壓為3.6V，思域混合動力車通過串聯(lián)40個這種單元組成電池組，獲得了144V的電壓。比原思域混合動力車的電池組串聯(lián)132個輸出電壓為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?！半m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”（藤木）。

　　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％（圖3）。

圖3：思域混合動力車新舊電池組的比較
新款思域混合動力車的電池將輸出功率提高了33％，體積削減了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)計小組主管平井敏郎就“風(fēng)雅混合動力車”采用鋰電池的理由說道，“除了混合動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。

圖4：“風(fēng)雅混合動力車”電池組的構(gòu)造
通過層疊12個封裝有8個層壓型單元的模塊構(gòu)成電池組。還集成了電池控制器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和12V的電池托盤等。

　　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，是先將八個單元疊放在金屬容器內(nèi)形成電池模塊，“風(fēng)雅混合動力車”共配備了12個這種模塊。

　　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)雅混合動力車的混合動力系統(tǒng)“對電池輸出功率的要求較高”（日產(chǎn)的平井）。原因有多個。一個是，風(fēng)雅混合動力車的混合動力系統(tǒng)沒有配備變矩器。風(fēng)雅混合動力車的系統(tǒng)與思域混合動力車相同，是在發(fā)動機(jī)和變速箱之間配置馬達(dá)的單馬達(dá)并聯(lián)混合動力系統(tǒng)，與思域混合動力車的不同之處是在發(fā)動機(jī)和馬達(dá)之間設(shè)置了離合器。