混合動(dòng)力車(chē)進(jìn)入鋰離子時(shí)代(下)

電流的輸入輸出量達(dá)到4倍

　　同樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)之間配置離合器的并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)還有德國(guó)大眾（Volkswagen）的“途銳”和保時(shí)捷（Porsche）“Cayenne”的HEV，兩款車(chē)除了離合器外，還保留了原來(lái)配備于變速箱上的變矩器，這是其與風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)的不同之處。

　　踩下離合器時(shí)的沖擊無(wú)法用變矩器吸收，風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)是通過(guò)瞬間提高和降低馬達(dá)扭矩，來(lái)抑制劇烈的扭矩變動(dòng)的。由于需要瞬間提高馬達(dá)扭矩的控制，因此電池也要求具備相應(yīng)的輸出特性。

　　另一個(gè)對(duì)輸出特性要求高的理由，是為了兼顧燃效和輸出功率。日產(chǎn)為實(shí)現(xiàn)踩踏油門(mén)瞬間的強(qiáng)力加速感，在混合動(dòng)力系統(tǒng)中組合使用了排量3.5L的V型6缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　“為了在這種系統(tǒng)構(gòu)造下也能提高燃效，提高了馬達(dá)行駛的頻率，所以電池的電流輸入輸出量較大”（日產(chǎn)的平井）。根據(jù)日產(chǎn)的評(píng)估，與配備豐田公司混合動(dòng)力系統(tǒng)的“Altima Hybrid”相比，風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)需要約4倍的電流輸入輸出量（圖5）。

圖5：風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)和Altima Hybrid的電流輸入輸出量比較
風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)（紅線(xiàn)）的累計(jì)輸入輸出量約為Altima Hybrid（藍(lán)線(xiàn)）的4倍。

　　風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)的電池容量為1.4kWh，與普銳斯的Ni-MH充電電池（1.31kWh）相當(dāng)。如果采用輸出密度高的鋰電池，即使減小容量也可獲得同等以上的輸出功率，因此可以減小容量。反過(guò)來(lái)說(shuō)，由此可以得知風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)有多重視輸出功率，并為此配備了大型鋰電池。

　　此次混合動(dòng)力系統(tǒng)的電流輸入輸出要比原來(lái)的混合動(dòng)力系統(tǒng)高，因此存在電池溫度容易升高的問(wèn)題。電池組的冷卻系統(tǒng)從后座后方獲取車(chē)內(nèi)空氣，并送至電池組內(nèi)。冷風(fēng)通過(guò)模塊之間的微小縫隙自上向下流動(dòng)，確保了冷卻性能（圖6）。

圖6：電池組的冷卻系統(tǒng)
從上部獲得的空氣由上而下流過(guò)電池組進(jìn)行冷卻。DC-DC轉(zhuǎn)換器上設(shè)置了專(zhuān)用冷卻路徑。

　　日產(chǎn)層壓型單元的正極材料使用了LiMnO2也是其特點(diǎn)之一。Mn類(lèi)正極材料與Co和Ni相比資源儲(chǔ)量多，在成本方面有優(yōu)勢(shì)。另外，LiMnO2的熱穩(wěn)定性較高，對(duì)過(guò)充電的耐性較強(qiáng)，因此還具備安全性出色的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，正如上文提到的一樣，在能源密度方面存在短處。因此，日產(chǎn)還添加了Ni，不過(guò)沒(méi)有公布添加量。

　　日產(chǎn)在不同于輸出功率重視型混合動(dòng)力車(chē)電池的容量重視型電動(dòng)汽車(chē)（EV）的電池上，也采用了Mn類(lèi)正極材料。日產(chǎn)的EV“LEAF”（中國(guó)名：聆風(fēng)）使用的電池與風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)的電池相比，通過(guò)在極板上厚厚地涂布正負(fù)極活性物質(zhì)，提高了能量密度，其密度是HEV電池的約2倍。

　　電池的構(gòu)造看上去是簡(jiǎn)單的層壓型單元，其實(shí)為達(dá)到量產(chǎn)水平花費(fèi)很多工夫。以封裝技術(shù)為例，在將端子露出外部的部分，當(dāng)用薄膜從兩側(cè)夾住時(shí)，端子旁邊的部分只略微打開(kāi)一個(gè)三角形縫隙。為此開(kāi)發(fā)了用樹(shù)脂封裝的技術(shù)。另外在電氣串聯(lián)各單元的構(gòu)造中，需要接合Al和Cu兩種不同的金屬，為此又開(kāi)發(fā)出了以超聲波接合的技術(shù)。

區(qū)分使用Ni-MH和鋰離子電池

　　豐田的普銳斯α尤其重視電池的小型化，因此采用了鋰電池。普銳斯α備有5座款和7座款，5座款與普通的普銳斯一樣，在后座后方的后備箱地板下面配備了Ni-MH充電電池。不過(guò)，在這個(gè)位置配置電池，就無(wú)法設(shè)置7座車(chē)的第三排座椅。因此，7座款將電池組設(shè)置在了駕駛席和副駕駛席之間的中控臺(tái)內(nèi)（圖7）。要想在這個(gè)位置設(shè)置所需容量的電池，Ni-MH充電電池是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

圖7：7座款“普銳斯α”的電池配備位置
內(nèi)置于駕駛席和副駕駛席之間的中控臺(tái)內(nèi)。

　　“單純就單元進(jìn)行比較的話(huà)，鋰離子電池的重量和容積都是Ni-MH充電電池的一半左右，但由于鋰離子電池重視安全性，外殼等使用了更加厚實(shí)的材料，因此比較電池組的話(huà)，重量和體積只減少了2成左右”（豐田第2技術(shù)開(kāi)發(fā)本部HV電池單元開(kāi)發(fā)部新電池控制2組真野亮）。

　　鋰電池的電池組內(nèi)置了56個(gè)方形單元（圖8）。配置56個(gè)單元是為了與5座款使用的Ni-MH充電電池電壓一致。3.6V×56＝201.6V，與5座款Ni-MH充電電池的電池組電壓完全相同。不過(guò)，Ni-MH充電電池的電流容量為6.5Ah，而鋰電池較小，只有5Ah，Ni-MH充電電池的電池組電力容量為1.31kWh，而鋰電池只有1.0kWh。

圖8：7座款普銳斯α的鋰電池組
分上下兩層積層配備28個(gè)方形單元的電池組。

　　與思域混合動(dòng)力車(chē)和風(fēng)雅混合動(dòng)力車(chē)不同，普銳斯α重視與Ni-MH充電電池的兼容性，沒(méi)有將鋰電池的輸出特性用于提高動(dòng)力性能。加速性能等也控制在與Ni-MH充電電池相同的水平。

　　令人意外的是，逆變器的外圍電路也與Ni-MH充電電池通用，據(jù)稱(chēng)還與普銳斯通用。在新款思域混合動(dòng)力車(chē)中，本田曾被迫變更了逆變器等。由此推測(cè)，現(xiàn)有普銳斯的外圍電路在設(shè)計(jì)時(shí)極有可能考慮到了將來(lái)用于鋰電池的情況。

　　普銳斯α配備的鋰電池，正極采用以LiNiO2為主要成分的NCA類(lèi)〔Li（Ni-Co-Al）O2〕材料。這是因?yàn)長(zhǎng)iNiO2在能源密度方面具有優(yōu)勢(shì)，但在熱穩(wěn)定性方面存在課題的結(jié)果。

　　豐田在確保安全性方面下了很大力氣。具體做法為，在正極形成了溫度升高、電阻會(huì)隨之增加的導(dǎo)電性樹(shù)脂——聚合物PTC（Positive Temperature Coefficient）層，在負(fù)極上形成了具有高耐熱性的“HRL（Heat Resistance Layer）”陶瓷層（圖9）。另外，基于傳感器的單元狀態(tài)監(jiān)控也做了多重配置，“徹底確保了安全性”（豐田的真野）。

圖9：普銳斯α的鋰電池的構(gòu)造
為提高安全性，設(shè)置了聚合物PTC層和耐熱陶瓷層。

　　鋰電池的生產(chǎn)由豐田與松下的合資公司Primearth EV Energy（PEVE）負(fù)責(zé)，在豐田貞寶工廠內(nèi)的生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)。該生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能每月可提供給1000輛汽車(chē)使用，普銳斯α的7座款估計(jì)很難再增產(chǎn)。

　　在普銳斯α上市后1個(gè)月的6月12日，訂單量就達(dá)到了5萬(wàn)2000輛，其中3排座椅的車(chē)型為1萬(wàn)7000輛，約占1/3。如果每月生產(chǎn)1000輛的話(huà)，則交車(chē)需要近1年半的時(shí)間。不過(guò)，豐田是首次量產(chǎn)鋰電池，因此增產(chǎn)計(jì)劃謹(jǐn)慎，普銳斯α的開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人、現(xiàn)任豐田產(chǎn)品策劃本部主管的粥川宏表示，“我們想慢慢增產(chǎn)”。