混合動(dòng)力車進(jìn)入鋰離子時(shí)代(上)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
本田在2011年4月舉行的紐約車展上，發(fā)布了第9代新款“思域”。新款思域目前尚無在日本上市的計(jì)劃，但其之所以備受關(guān)注，是因?yàn)樵撥嚨幕旌蟿?dòng)力款——思域混合動(dòng)力車是該公司首次配備鋰電池的混合動(dòng)力車。
隨后在5月份，豐田上市了以“普銳斯”為原型、擴(kuò)大了室內(nèi)空間的HEV旅行車“普銳斯α”。普銳斯α有7座款和5座款兩種車型，其中7座款采用了鋰電池。
豐田除了在2003年上市的“威姿”怠速停止機(jī)構(gòu)車型上作為發(fā)動(dòng)機(jī)重啟電源采用了鋰電池外，還在2009年12月限量上市的插電式混合動(dòng)力車（PHEV）“普銳斯插電式混合動(dòng)力”上配備了鋰電池。但在量產(chǎn)型混合動(dòng)力車的動(dòng)力用途上采用鋰電池還是首次。
小型輕量化是鋰電池魅力所在
日產(chǎn)汽車已經(jīng)于2010年11月上市了配備鋰電池的HEV“風(fēng)雅混合動(dòng)力車”。日本的三大汽車廠商在2010年底至2011年上半年期間相繼上市了配備鋰電池的HEV（表）。
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與Ni-MH充電電池相比，鋰電池的魅力在于可實(shí)現(xiàn)電池的小型、輕量化。三公司在HEV上采用的鋰電池，均為每單元的電壓為3.6V，是單元電壓1.2V的Ni-MH充電電池的3倍。另外，鋰電池與Ni-MH充電電池相比，正極和負(fù)極的活性物質(zhì)容易以較薄的厚度涂布在極板上，由此可降低內(nèi)部電阻。電動(dòng)汽車（EV）使用的電池，可利用這一特點(diǎn)來提高重量能源密度，作為HEV的電池也可用來提高輸出密度。
此次各公司在HEV上配備的鋰電池的單位重量輸出密度為3550～4000W/kg，比原來的Ni-MH電池的約1200W/kg提高到了約3倍以上（表）。也就是說，僅從數(shù)值來看，輸出功率相同時(shí)，電池的重量就可以減小至1/3。另外，表中雖沒有給出單位體積的輸出密度，但如果輸出功率相同，則鋰電池的體積也可縮小至Ni-MH充電電池的一半以下。
不過，在實(shí)際商品中如何發(fā)揮這些特性，此次三家公司的思路完全不同。日產(chǎn)為實(shí)現(xiàn)高動(dòng)力性能和燃效，采用了“輸出重視型”電池；而豐田需要在有限的空間內(nèi)配備電池，因此采用了“小型輕量化”的設(shè)計(jì)；本田則采用了在實(shí)現(xiàn)電池小型輕量化的同時(shí)，還能提高輸出功率的“均衡型”。下面看一下三家公司電池的實(shí)際情況。
IPU尺寸未變
本田的新款思域混合動(dòng)力車上的IPU（Intelligent Power Unit）集電池、逆變器及DC-DC轉(zhuǎn)換器等為一體，其尺寸與用于原思域混合動(dòng)力車的IPU相同（圖1）。新款思域混合動(dòng)力車是該公司首款使用鋰電池的車型，采用了重視車輛碰撞時(shí)安全性的設(shè)計(jì)。同時(shí)還考慮到了萬一開發(fā)時(shí)間出現(xiàn)延誤，可立即替換為原來使用Ni-MH電池的IPU。不過，正如下文將要觸及的，內(nèi)置的鋰電池比原來的Ni-MH充電電池大幅實(shí)現(xiàn)了小型輕量化。
圖1：新款“思域混合動(dòng)力車”的IPU（Intelligent Power Unit）
集成有充電電池、逆變器和DC-DC轉(zhuǎn)換器等。尺寸與原來的思域混合動(dòng)力車IPU相同。
負(fù)責(zé)新款思域混合動(dòng)力車混合動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)的本田技術(shù)研究所汽車研發(fā)中心第3技術(shù)開發(fā)室第2部主任研究員藤木有司就采用鋰電池的理由，提到了“兼顧燃效和動(dòng)力性能”的特點(diǎn)。
新款思域混合動(dòng)力車不但較老款提高了燃效，還確保了動(dòng)力性能，不必再辯解說“因?yàn)槭腔旌蟿?dòng)力車，所以……”。為此本田將發(fā)動(dòng)機(jī)排量由原來的1.3L提高到了1.5L。但排量增加會(huì)導(dǎo)致燃效降低。為彌補(bǔ)這一點(diǎn)，通過提高電池和馬達(dá)的輸出功率，加大了馬達(dá)的輔助量以及制動(dòng)時(shí)的能源回收量。
新款思域混合動(dòng)力車的市區(qū)燃效、高速燃效及混合模式燃效均為44英里/加侖（18.7km/L），與原思域混合動(dòng)力車的40、43、41英里/加侖（17.0、18.3、17.4km/L）相比，混合模式燃效提高了7％，“實(shí)現(xiàn)了轎車中的頂級燃效”（藤木）。同時(shí)，動(dòng)力性能也“不輸給2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)車”（藤木）。
電池成本與原來相同
本田在思域混合動(dòng)力車上采用的鋰電池是外殼材質(zhì)使用鋁（Al）合金的方形單元，正極采用Li（Co-Ni-Mn）O2（鈷·鎳·錳酸鋰）3元類材料（圖2）。負(fù)極材料采用硬碳（Hard Carbon）。單元由本田與GS Yuasa Power Supply（GS湯淺的全資子公司）的合資建立的Blue Energy公司生產(chǎn)。
圖2：新款思域混合動(dòng)力車使用的方形單元
上部可以看見集電極。
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