混合动力车进入锂离子时代(中)

　　锂电池的正极材料采用了个人电脑电池等使用的LiCoO2（钴酸锂）类正极材料。但还存在能源密度正逐渐接近极限以及成本较高等问题。
   　　虽然成本更低的LiNiO2（镍酸锂）类正极材料可实现电池的高容量化，但存在热稳定性较低的问题。LiMnO2（锰酸锂）类材料具有成本低、热稳定性高的优点，但容量小和高温保存特性低又是其难题。将这三种材料相混合，调整比例，以获得所需特性，这就是3元类正极材料。
   　　一个锂电池单元的电压为3.6V，思域混合动力车通过串联40个这种单元组成电池组，获得了144V的电压。比原思域混合动力车的电池组串联132个输出电压为1.2V的Ni-MH（镍氢）充电电池单元获得的158.4V输出电压要低。新款思域的电力容量也由原款的908.5Wh降至676.8Wh，减少了25％左右（图3）。
   　　不过，由于单元的输出密度增加，新款车电池组的最大输出功率由原来的15kW提高了33％，达到20kW。虽然大幅削减了单元数量，但马达输出功率由原来的15kW提高到了17kW（能量再生时的输出功率为20kW）。另外削减单元数量在成本方面也有好处。“虽然单元的成本比较高，但由于削减了单元数量，因此电池的总成本与原来相同”。
   　　锂电池提高了输出功率，由于使用的单元数量较少，与其他电池组相比，还大幅实现了小型轻量化。新款电池组的重量为22kg，体积为16L，与原来的31kg、25L相比，重量减轻29％，体积缩小36％（图3）。
   　　
   　　图3：思域混合动力车新旧电池组的比较
   　　新款思域混合动力车的电池将输出功率提高了33％，体积削减了36％。
   　　在锂电池的使用上让人花费精力的是逆变器等外围电路。由于电池的内部电阻较低，短路电流是Ni-MH充电电池的10倍。因此，开发初期还发生了“外围电路的开关全部溶解”（本田的藤木）的事故。所以，目前使用的部件全部都根据锂电池特性做了变更。
   　　当然，电池内部电阻越低越好。因为随着充放电而产生的热量会随之减少。包括电池组在内的IPU内部，虽通过循环空气加以冷却，但“此前是电池产生的热量较大，而新款车则是逆变器的散热成了需要重点解决的课题”。
   
   　　日产重视输出功率
   　　比本田更加重视输出功率而采用锂电池的是日产。日产EV技术开发本部EV能源开发部电池设计小组主管平井敏郎就“风雅混合动力车”采用锂电池的理由说道，“除了混合动力车顺畅的行驶感外，还希望实现踩踏油门瞬间的强力加速感以及出色的高速燃效”。
   　　日产电池单元的特点是，在3家公司中唯一采用了层压型（图4）。层压型单元采用将正极材料、隔膜和负极材料积层的构造，外装容器使用铝和树脂薄膜。顺便一提，本田和丰田的单元是将较长的正极、隔膜和负极叠绕并收纳在金属容器内形成的方形单元。
    　　
   　　图4： “风雅混合动力车”电池组的构造
   　　通过层叠12个封装有8个层压型单元的模块构成电池组。还集成了电池控制器、DC-DC转换器和12V的电池托盘等。
   　　层压型单元可减薄厚度，因此表面积较大，在冷却性能方面具有优势，而且可增加从正负极获取电流的电极宽度，因此适合实现电池的高输出功率。实际配备于车辆时，是先将八个单元叠放在金属容器内形成电池模块，“风雅混合动力车”共配备了12个这种模块。
   　　由于单元在模块内紧密重叠，单元的热量从端子和模块外壳散发。使用宽端子的层压型单元不仅能实现低电阻化，还有利于散热。
   　　据日产介绍，风雅混合动力车的混合动力系统“对电池输出功率的要求较高”（日产的平井）。原因有多个。一个是，风雅混合动力车的混合动力系统没有配备变矩器。风雅混合动力车的系统与思域混合动力车相同，是在发动机和变速箱之间配置马达的单马达并联混合动力系统，与思域混合动力车的不同之处是在发动机和马达之间设置了离合器。