混合动力车进入锂离子时代(中)

2011-08-26 19:43:38来源: 技术在线

  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”(藤木)。

  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”(藤木)。

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。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0826/article_4286.html
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