鎳氫充電電池:無(wú)需DC-DC轉換器降低成本,提高溫度特性可設置于發(fā)動(dòng)機艙

發(fā)布時(shí)間:2013-4-8 11:25    發(fā)布者:李寬
關(guān)鍵詞: 鎳氫電池 , 能量回收
松下集團的能源公司在2013年2月于美國舉行的車(chē)載電池國際會(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。計劃2014年前后實(shí)現實(shí)用化。


圖1:串聯(lián)10個(gè)一號電池單元  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動(dòng)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(cháng)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,利用兩個(gè)電池的電力驅動(dòng)馬達,補償發(fā)動(dòng)機的驅動(dòng)力。
      
最近,在發(fā)動(dòng)機車(chē)上采用減速能量再生功能的汽車(chē)廠(chǎng)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動(dòng)力補償功能。

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轉換器。

之所以無(wú)需轉換器,是因為針對SOC(State of Charge:充電狀態(tài))變化的充放電電壓變動(dòng)范圍與鉛酸蓄電池基本相同(圖3)。驅動(dòng)車(chē)載電裝品使用的電壓根據鉛酸蓄電池決定,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SOC的情況升降電壓。

松下集團開(kāi)發(fā)的鎳氫充電電池單元為一號電池,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(圖4)。并聯(lián)鉛酸蓄電池無(wú)需經(jīng)由轉換器調整電壓。


圖4:無(wú)需DC-DC轉換器  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)電極間物理存儲電荷,所以充電電壓隨著(zhù)充電的進(jìn)行而上升。因此,需要采用可變電壓式發(fā)電機。相反,放電時(shí)電壓降低,為穩定電壓需要使用DC-DC轉換器。

鉛酸蓄電池的壽命延長(cháng)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,可設置于發(fā)動(dòng)機艙內。由于能設置于鉛酸蓄電池附近,還可以縮短布線(xiàn)。鋰離子充電電池因溫度特性的問(wèn)題一般設置在車(chē)內。另外,EDLC可設置在發(fā)動(dòng)機艙內。

松下集團通過(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:可設置于發(fā)動(dòng)機艙內
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相比的優(yōu)點(diǎn)是,前者的內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),松下集團預計“運行成本會(huì )降低”。這是因為,通過(guò)與鎳氫充電電池一起使用,估計鉛酸蓄電池的壽命可延長(cháng)到10年左右。鉛酸蓄電池的壽命一般為2~3年。如果能延長(cháng)到10年,就不用再支付市場(chǎng)價(jià)格高達2萬(wàn)~3萬(wàn)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(cháng),是因為充放電主要通過(guò)鎳氫充電電池進(jìn)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達到約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,充放電次數可達到原來(lái)的5倍以上,約為6萬(wàn)8000次。


圖6:可大幅延長(cháng)鉛酸蓄電池的壽命
(a)僅利用鉛酸蓄電池時(shí),反復充放電約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,反復充放電約6萬(wàn)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(chǎng)上擁有高份額。今后打算向整車(chē)廠(chǎng)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,還計劃用于電動(dòng)換檔(Shift by Wire)等的輔助電源。

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wccd 發(fā)表于 2013-4-8 13:40:00
在民用科技方面,日本人總是走在前面。
health 發(fā)表于 2013-4-15 09:23:20
不錯。
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