混合動力車進入鋰離子時代(下)

電流的輸入輸出量達到4倍

　　同樣，在發(fā)動機和馬達之間配置離合器的并聯(lián)混合動力系統(tǒng)還有德國大眾（Volkswagen）的“途銳”和保時捷（Porsche）“Cayenne”的HEV，兩款車除了離合器外，還保留了原來配備于變速箱上的變矩器，這是其與風(fēng)雅混合動力車的不同之處。

　　踩下離合器時的沖擊無法用變矩器吸收，風(fēng)雅混合動力車是通過瞬間提高和降低馬達扭矩，來抑制劇烈的扭矩變動的。由于需要瞬間提高馬達扭矩的控制，因此電池也要求具備相應(yīng)的輸出特性。

　　另一個對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)為實現(xiàn)踩踏油門瞬間的強力加速感，在混合動力系統(tǒng)中組合使用了排量3.5L的V型6缸發(fā)動機。

　　“為了在這種系統(tǒng)構(gòu)造下也能提高燃效，提高了馬達行駛的頻率，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)的評估，與配備豐田公司混合動力系統(tǒng)的“Altima Hybrid”相比，風(fēng)雅混合動力車需要約4倍的電流輸入輸出量（圖5）。

圖5：風(fēng)雅混合動力車和Altima Hybrid的電流輸入輸出量比較
風(fēng)雅混合動力車（紅線）的累計輸入輸出量約為Altima Hybrid（藍線）的4倍。

　　風(fēng)雅混合動力車的電池容量為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。反過來說，由此可以得知風(fēng)雅混合動力車有多重視輸出功率，并為此配備了大型鋰電池。

　　此次混合動力系統(tǒng)的電流輸入輸出要比原來的混合動力系統(tǒng)高，因此存在電池溫度容易升高的問題。電池組的冷卻系統(tǒng)從后座后方獲取車內(nèi)空氣，并送至電池組內(nèi)。冷風(fēng)通過模塊之間的微小縫隙自上向下流動，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電池組進行冷卻。DC-DC轉(zhuǎn)換器上設(shè)置了專用冷卻路徑。

　　日產(chǎn)層壓型單元的正極材料使用了LiMnO2也是其特點之一。Mn類正極材料與Co和Ni相比資源儲量多，在成本方面有優(yōu)勢。另外，LiMnO2的熱穩(wěn)定性較高，對過充電的耐性較強，因此還具備安全性出色的優(yōu)點。不過，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，不過沒有公布添加量。

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

　　電池的構(gòu)造看上去是簡單的層壓型單元，其實為達到量產(chǎn)水平花費很多工夫。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，端子旁邊的部分只略微打開一個三角形縫隙。為此開發(fā)了用樹脂封裝的技術(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，在這個位置配置電池，就無法設(shè)置7座車的第三排座椅。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內(nèi)（圖7）。要想在這個位置設(shè)置所需容量的電池，Ni-MH充電電池是無法實現(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內(nèi)。

　　“單純就單元進行比較的話，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的材料，因此比較電池組的話，重量和體積只減少了2成左右”（豐田第2技術(shù)開發(fā)本部HV電池單元開發(fā)部新電池控制2組真野亮）。

　　鋰電池的電池組內(nèi)置了56個方形單元（圖8）。配置56個單元是為了與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，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個方形單元的電池組。

　　與思域混合動力車和風(fēng)雅混合動力車不同，普銳斯α重視與Ni-MH充電電池的兼容性，沒有將鋰電池的輸出特性用于提高動力性能。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)稱還與普銳斯通用。在新款思域混合動力車中，本田曾被迫變更了逆變器等。由此推測，現(xiàn)有普銳斯的外圍電路在設(shè)計時極有可能考慮到了將來用于鋰電池的情況。

　　普銳斯α配備的鋰電池，正極采用以LiNiO2為主要成分的NCA類〔Li（Ni-Co-Al）O2〕材料。這是因為LiNiO2在能源密度方面具有優(yōu)勢，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、電阻會隨之增加的導(dǎo)電性樹脂——聚合物PTC（Positive Temperature Coefficient）層，在負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）負責(zé)，在豐田貞寶工廠內(nèi)的生產(chǎn)線生產(chǎn)。該生產(chǎn)線的產(chǎn)能每月可提供給1000輛汽車使用，普銳斯α的7座款估計很難再增產(chǎn)。

　　在普銳斯α上市后1個月的6月12日，訂單量就達到了5萬2000輛，其中3排座椅的車型為1萬7000輛，約占1/3。如果每月生產(chǎn)1000輛的話，則交車需要近1年半的時間。不過，豐田是首次量產(chǎn)鋰電池，因此增產(chǎn)計劃謹慎，普銳斯α的開發(fā)負責(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)”。