松下集團的能源公司在2013年2月于美國舉行的車載電池國際會議“AABC（Advanced Automotive Battery Conference）2013”上宣布，開發(fā)出了可用于減速能量再生功能的鎳氫充電電池（圖1）。能以比較低的成本將車輛的燃效提高5～10%左右。計劃2014年前后實現(xiàn)實用化。 
圖1：串聯(lián)10個一號電池單元 松下新開發(fā)的電池。改善了高溫特性。 新開發(fā)的鎳氫充電電池與現(xiàn)有鉛酸蓄電池組合使用（圖2）。利用發(fā)電機回收減速能量，存儲在鎳氫充電電池上用于驅(qū)動電裝品等，由此可提高燃效。另外，由于鉛酸蓄電池的負擔減輕，還能延長壽命。
圖2：與鉛酸蓄電池一起使用 回收減速能量存儲在鎳氫充電電池和鉛酸蓄電池內(nèi)，利用兩個電池的電力驅(qū)動馬達，補償發(fā)動機的驅(qū)動力。 最近，在發(fā)動機車上采用減速能量再生功能的汽車廠商不斷增加。各公司的充電電池種類各不相同，鈴木為“Wagon R”配備了鉛酸蓄電池和鋰離子充電電池，日產(chǎn)汽車為“賽瑞納”配備了兩塊鉛酸蓄電池，馬自達為“ATENZA”配備了鉛酸蓄電池和雙電層電容器（EDLC）。賽瑞納除再生功能外還配備了驅(qū)動力補償功能。 其中，與使用EDLC時相比，利用鎳氫充電電池的優(yōu)點是部件成本低。不但充電電池本身價格低，而且無需升降電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。 之所以無需轉(zhuǎn)換器，是因為針對SOC（State of Charge：充電狀態(tài)）變化的充放電電壓變動范圍與鉛酸蓄電池基本相同（圖3）。驅(qū)動車載電裝品使用的電壓根據(jù)鉛酸蓄電池決定，充電時為13～15V，放電時為12～13V。
圖3：與鉛酸蓄電池的電壓范圍基本相同 鎳氫充電電池的一大特點是，SOC變動時的電壓變化與鉛酸蓄電池接近。因此無需DC-DC轉(zhuǎn)換器。（a）為SOC變動的充電電壓，（b）為放電電壓。鋰離子充電電池和EDLC需要根據(jù)SOC的情況升降電壓。 松下集團開發(fā)的鎳氫充電電池單元為一號電池，串聯(lián)10個單元使用時，充電和放電基本都在該變動范圍內(nèi)（圖4）。并聯(lián)鉛酸蓄電池無需經(jīng)由轉(zhuǎn)換器調(diào)整電壓。
圖4：無需DC-DC轉(zhuǎn)換器 鉛酸蓄電池和鎳氫充電電池可以直接并聯(lián)。 例如ATENZA使用的EDLC，由于是在兩個電極間物理存儲電荷，所以充電電壓隨著充電的進行而上升。因此，需要采用可變電壓式發(fā)電機。相反，放電時電壓降低，為穩(wěn)定電壓需要使用DC-DC轉(zhuǎn)換器。 鉛酸蓄電池的壽命延長到10年左右 新開發(fā)的鎳氫充電電池與鋰離子充電電池相比的優(yōu)點是，前者的高溫特性出色，可設置于發(fā)動機艙內(nèi)。由于能設置于鉛酸蓄電池附近，還可以縮短布線。鋰離子充電電池因溫度特性的問題一般設置在車內(nèi)。另外，EDLC可設置在發(fā)動機艙內(nèi)。 松下集團通過為電解液添加新開發(fā)的添加劑等，將充放電的上限溫度提高到了70℃（圖5）。以前面向混合動力車（HEV）量產(chǎn)的電池單元在環(huán)境溫度超過60℃后，充電效率會大幅降低。
圖5：可設置于發(fā)動機艙內(nèi) 原產(chǎn)品在環(huán)境溫度超過60 ℃后，效率會大幅降低，而此次開發(fā)的產(chǎn)品在70 ℃下仍能維持90％以上的效率。 另外，鎳氫充電電池與采用兩塊鉛酸蓄電池的賽瑞納系統(tǒng)相比的優(yōu)點是，前者的內(nèi)部電阻比鉛酸蓄電池小，易于利用再生電力充電。因此容易提高燃效。但鎳氫充電電池的價格比鉛酸蓄電池高，所以部件成本上升。不過，松下集團預計“運行成本會降低”。這是因為，通過與鎳氫充電電池一起使用，估計鉛酸蓄電池的壽命可延長到10年左右。鉛酸蓄電池的壽命一般為2～3年。如果能延長到10年，就不用再支付市場價格高達2萬～3萬日元的鉛酸蓄電池的換購費用了。 鉛酸蓄電池的壽命之所以能夠延長，是因為充放電主要通過鎳氫充電電池進行，所以鉛酸蓄電池的負荷減輕。一般情況下，鉛酸蓄電池的充放電次數(shù)達到約1萬2000次后，放電電壓就會降到7.2V以下（圖6）。而通過與鎳氫充電電池并用，充放電次數(shù)可達到原來的5倍以上，約為6萬8000次。
圖6：可大幅延長鉛酸蓄電池的壽命 （a）僅利用鉛酸蓄電池時，反復充放電約1萬2000次后，放電電壓降到7.2V以下。（b）通過與鎳氫充電電池一起使用，反復充放電約6萬8000次，放電電壓仍能確保10V以上。 松下集團在鉛酸蓄電池的日本市場上擁有高份額。今后打算向整車廠商提供組合使用鉛酸蓄電池和此次新開發(fā)的鎳氫充電電池的方案。將來，除了再生功能外，還計劃用于電動換檔（Shift by Wire）等的輔助電源。 |
