松下集團(tuán)的能源公司在2013年2月于美國(guó)舉行的車(chē)載電池國(guó)際會(huì)議“AABC（Advanced Automotive Battery Conference）2013”上宣布，開(kāi)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(chē)輛的燃效提高5～10%左右。計(jì)劃2014年前后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。 
圖1：串聯(lián)10個(gè)一號(hào)電池單元 松下新開(kāi)發(fā)的電池。改善了高溫特性。 新開(kāi)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(jī)回收減速能量，存儲(chǔ)在鎳氫充電電池上用于驅(qū)動(dòng)電裝品等，由此可提高燃效。另外，由于鉛酸蓄電池的負(fù)擔(dān)減輕，還能延長(zhǎng)壽命。
圖2：與鉛酸蓄電池一起使用 回收減速能量存儲(chǔ)在鎳氫充電電池和鉛酸蓄電池內(nèi)，利用兩個(gè)電池的電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。 最近，在發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)上采用減速能量再生功能的汽車(chē)廠商不斷增加。各公司的充電電池種類(lèi)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(chē)為“賽瑞納”配備了兩塊鉛酸蓄電池，馬自達(dá)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(dòng)力補(bǔ)償功能。 其中，與使用EDLC時(shí)相比，利用鎳氫充電電池的優(yōu)點(diǎn)是部件成本低。不但充電電池本身價(jià)格低，而且無(wú)需升降電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。 之所以無(wú)需轉(zhuǎn)換器，是因?yàn)獒槍?duì)SOC（State of Charge：充電狀態(tài)）變化的充放電電壓變動(dòng)范圍與鉛酸蓄電池基本相同（圖3）。驅(qū)動(dòng)車(chē)載電裝品使用的電壓根據(jù)鉛酸蓄電池決定，充電時(shí)為13～15V，放電時(shí)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(diǎn)是，SOC變動(dòng)時(shí)的電壓變化與鉛酸蓄電池接近。因此無(wú)需DC-DC轉(zhuǎn)換器。（a）為SOC變動(dòng)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(tuán)開(kāi)發(fā)的鎳氫充電電池單元為一號(hào)電池，串聯(lián)10個(gè)單元使用時(shí)，充電和放電基本都在該變動(dòng)范圍內(nèi)（圖4）。并聯(lián)鉛酸蓄電池?zé)o需經(jīng)由轉(zhuǎn)換器調(diào)整電壓。
圖4：無(wú)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(gè)電極間物理存儲(chǔ)電荷，所以充電電壓隨著充電的進(jìn)行而上升。因此，需要采用可變電壓式發(fā)電機(jī)。相反，放電時(shí)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(zhǎng)到10年左右 新開(kāi)發(fā)的鎳氫充電電池與鋰離子充電電池相比的優(yōu)點(diǎn)是，前者的高溫特性出色，可設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。由于能設(shè)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(wèn)題一般設(shè)置在車(chē)內(nèi)。另外，EDLC可設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。 松下集團(tuán)通過(guò)為電解液添加新開(kāi)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(dòng)力車(chē)（HEV）量產(chǎn)的電池單元在環(huán)境溫度超過(guò)60℃后，充電效率會(huì)大幅降低。
圖5：可設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi) 原產(chǎn)品在環(huán)境溫度超過(guò)60 ℃后，效率會(huì)大幅降低，而此次開(kāi)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(diǎn)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(jià)格比鉛酸蓄電池高，所以部件成本上升。不過(guò)，松下集團(tuán)預(yù)計(jì)“運(yùn)行成本會(huì)降低”。這是因?yàn)椋ㄟ^(guò)與鎳氫充電電池一起使用，估計(jì)鉛酸蓄電池的壽命可延長(zhǎng)到10年左右。鉛酸蓄電池的壽命一般為2～3年。如果能延長(zhǎng)到10年，就不用再支付市場(chǎng)價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)～3萬(wàn)日元的鉛酸蓄電池的換購(gòu)費(fèi)用了。 鉛酸蓄電池的壽命之所以能夠延長(zhǎng)，是因?yàn)槌浞烹娭饕ㄟ^(guò)鎳氫充電電池進(jìn)行，所以鉛酸蓄電池的負(fù)荷減輕。一般情況下，鉛酸蓄電池的充放電次數(shù)達(dá)到約1萬(wàn)2000次后，放電電壓就會(huì)降到7.2V以下（圖6）。而通過(guò)與鎳氫充電電池并用，充放電次數(shù)可達(dá)到原來(lái)的5倍以上，約為6萬(wàn)8000次。
圖6：可大幅延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的壽命 （a）僅利用鉛酸蓄電池時(shí)，反復(fù)充放電約1萬(wàn)2000次后，放電電壓降到7.2V以下。（b）通過(guò)與鎳氫充電電池一起使用，反復(fù)充放電約6萬(wàn)8000次，放電電壓仍能確保10V以上。 松下集團(tuán)在鉛酸蓄電池的日本市場(chǎng)上擁有高份額。今后打算向整車(chē)廠商提供組合使用鉛酸蓄電池和此次新開(kāi)發(fā)的鎳氫充電電池的方案。將來(lái)，除了再生功能外，還計(jì)劃用于電動(dòng)換檔（Shift by Wire）等的輔助電源。 |
