通過減速能量提高汽車燃效，利用新一代蓄電裝置提高效率（上）

在汽車領域，將鋰離子充電電池和雙電層電容器等新一代蓄電裝置用于減速能量再生的做法越來越多。通過只在減速時用發(fā)電機發(fā)電，可以減輕發(fā)動機的負擔，將燃效提高5～10％。由于成本比混合動力系統(tǒng)低，預計將在大量生產的車型中普及，該技術還有望降低蓄電裝置的成本。

為提高汽車的燃效，積極利用減速動能的動向日益明顯（圖1）。比如，鈴木在2012年9月上市的新款“Wagon R”中配備了采用鋰離子充電電池的車輛減速能量再生系統(tǒng)“ENE-CHARGE”；馬自達在11月上市的新款“ATENZA”中配備了采用雙電層電容器的減速能量再生系統(tǒng)“i-ELOOP”；2012年8月進行了部分改良的日產汽車“賽瑞納”也采用兩個鉛蓄電池，配備了將發(fā)電機再生的減速能量除發(fā)電外還用于輔助驅動力的“S-HYBRID”功能。

圖1：配備減速能量再生專用蓄電裝置的最新車型
（a）鈴木的“Wagon R”，（b）馬自達的“ATENZA”，（c）日產汽車的“賽瑞納”

此前，混合動力車也一直在推進再生能源的利用，但普通發(fā)動機車中用來存儲再生能量的充電電池的容量有限，因此利用受到限制。而最近上市的新款車除了鉛蓄電池外還配備了再生能量專用蓄電裝置，能比以往存儲更多的再生能量。不過，三家公司對采用哪種蓄電裝置的意見截然不同。那么三家的策略究竟有哪些不同呢？

輕型乘用車采用鋰離子充電電池

鈴木的ENE-CHARGE作為對成本限制嚴格的輕型乘用車，采用了鋰離子充電電池這種新一代充電電池，受到了廣泛關注。

新款Wagon R除了標配怠速停止機構并減輕了車重外，還通過改良發(fā)動機和CVT（無級變速箱）等，將JC08模式燃效由原來的21km/L提高至28.8km/L（在兩輪驅動的同等級別中進行比較），提高了37％。與原車型中帶怠速停止機構的車型（22.8km/L）相比，也提高了約26％。據(jù)介紹，其中約5個百分點是ENE-CHARGE帶來的效果。

ENE-CHARGE的作用是，通過在車輛減速、停止供應燃料時利用發(fā)電機集中發(fā)電，來最大限度降低普通行駛時的發(fā)電量，以減輕發(fā)動機的負擔，提高燃效。ENE-CHARGE采用東芝的鋰離子充電電池“SCiB”作為蓄電裝置（圖2）。

圖2：Wagon R配備的鋰離子充電電池
東芝制造的“SCiB”。串聯(lián)了5個2.4V的單元。

鈴木之所以采用鋰離子充電電池，是因為鉛蓄電池可容納的充電電流能量不夠大。此次，鈴木計劃通過ENE-CHARGE實現(xiàn)“在JC08模式下行駛時不使用燃料發(fā)電”（鈴木電動汽車設計部第一課股長片岡準）。

具體目標是，在JC08模式下行駛時，使怠速停止機構、燃料泵、燃料噴射裝置等控制裝置以及怠速停止后向CVT（無級變速箱）供給油壓的電動油泵等消耗的電力，全部通過JC08模式減速時所發(fā)的電力來供給。這些電力約為150kJ，只在減速時這一非常短的時間，利用鉛蓄電池是無法實現(xiàn)的。

為何不使用雙電層電容器？

作為可在短時間內接收大電力的蓄電裝置，除了鋰離子充電電池外還有雙電層電容器。從大電力的接收性以及耐反復充放電的特性來看，雙電層電容器要更出色一些。

但鈴木卻選擇了鋰離子充電電池，這是因為雙電層電容器存在電壓變動大的難題。由于電容器是在兩個電極間物理存儲電荷，隨著充電的進行，充電電壓會隨之上升，因此需要采用可變電壓式發(fā)電機。相反，放電時電壓下降，為了穩(wěn)定電壓，需要DC-DC轉換器。這都會導致成本上升。而鋰離子充電電池即使再充放電時，電壓也比較穩(wěn)定，不但不需要DC-DC轉換器，也不必采用可變電壓式發(fā)電機。

實際的ENE-CHARGE系統(tǒng)如圖3（a）所示，并聯(lián)了鋰離子充電電池和鉛蓄電池，發(fā)電機所發(fā)的電力除鋰離子充電電池外，還為鉛蓄電池充電。

圖3：鈴木的減速能量再生系統(tǒng)“ENE-CHARGE”的動作
（a）減速時。停止供應燃料時利用發(fā)電機發(fā)電。（b）行駛時盡量不利用發(fā)電機發(fā)電，將減速時再生的電力提供給電器部件。

不過，鉛蓄電池的電流容量為33Ah，而鋰離子充電電池的電流容量為3Ah，只有其1/10左右，但發(fā)電機所發(fā)的120A電流中，有約100A充到了鋰離子充電電池中，充到鉛蓄電池中的電流只有約20A。電池容量只有鉛蓄電池的1/10，卻能接收鉛蓄電池5倍的電流，這樣一計算，鋰離子充電電池的電流容量是鉛蓄電池的50倍。

輕型乘用車發(fā)電機的發(fā)電量一般為60～70A左右，此次鈴木將其約提高了1倍，但外形尺寸與原來基本相同。隨著發(fā)電能力的提高還增加了發(fā)電機等輔機的驅動皮帶寬度，提高了傳動扭矩。

鉛蓄電池用來驅動前燈、空調、啟動馬達及除霧器等，而鋰離子充電電池除了上面提到的發(fā)動機周圍的電器部品外，還為音響、儀表及剎車燈等供電〔圖3（b）〕。

區(qū)分使用二者的理由是防止電壓降低。如果是僅使用普通鉛蓄電池的怠速停止機構，重啟發(fā)動機時蓄電池的電壓會降低，因此音響等會暫停工作。

怠速停止后每次重啟發(fā)動機時音響都暫停會令乘客不愉快，因此一般的怠速停止機構都帶DC-DC轉換器，通過為蓄電池升壓來防止音響等暫停。而ENE-CHARGE利用鉛蓄電池重啟發(fā)動機，利用鋰離子充電電池為音響供電，鋰離子充電電池的電壓不會下降，這樣就省去了DC-DC轉換器。