丰田及通用就PHEV发表演讲

新一代电池材料开发愈发活跃

作者:《日经汽车技术》编辑部 文章来源:技术在线! 发布时间:2010-08-12
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《日经汽车技术》与《日经电子》就EV及HEV(电动汽车/混合动力车)的多项技术共同举办了为期两天的研讨会“Automotive Technology Days 2010 summer”(图1)。会议展望了电动车辆、电池、充电基础设施以及要素技术等电动化的未来方向。


图1:现场座谈场景
研讨会的第二天就汽车的电子电动化及安全性进行了讨论。

在研讨会的第一天上午,“普锐斯插电式混合动力”的开发负责人——丰田的田中义和以及在美国通用(GM)负责混合动力车及电动汽车技术的Martin J. Murray出席会议,并进行了题目为“展望电动车辆的未来”的现场座谈。

在座谈会上,田中就今后车辆的电动化进程表示,“4年前并没有预料到对混合动力车的需求会这么高。今后也仍然会以超过公司预计的速度发展。目前,混合动力车的销量占丰田汽车在日本国内销量的2成左右,5年后即使达到5成也不足为奇”。

Murray预测,“包括通用预定2010年11月上市的采用增程发动机的EV‘Chevrolet Volt’及微混合动力车等在内,广泛的电动化技术将实现共存”。之后,美国飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)的Ken Hansen以实现HEV及EV社会的半导体技术为主题发表了演讲。

在研讨会的第二天上午,三菱汽车的和田宪一郎、丰田的射场英纪、明治大学的向殿政男以及电气通信大学的新诚一进行了“关于汽车的电子电动化及安全性的思考”的现场座谈。在座谈会上,和田介绍了为提高在全球实施50万km实证试验等的EV“i-MiEV”的安全性所做的努力。向殿表示,仅凭电子控制实现故障保护是不可能的,必须同机械系统联动。

射场介绍说,目前的电池在平时使用时没有危险,但如果因金属片等发生短路的话,就有可能引发事故,现在正在研究可能引发事故的模式以及无论出现什么故障都不会燃烧的电池。新表示,需要认识到“汽车本来就是有一定危险的物品”,他指出,需要重新认识目前的制动器和油门踏板相互接近的HMI(人机界面)。

英飞凌科技日本(Infineon Technologies Japan)的Torsten Fisher介绍了欧洲的EV开发项目“E3Car-project”,并就旨在提高EV效率的电力转换及电池管理系统进行了讲解。

普锐斯PHV计划销售数万辆

在研讨会第一天下午的分组会上,丰田的田中和GM的Murray在车辆技术回顾中分别就普锐斯插电式混合动力车(PHV)和Chevrolet Volt发表了演讲(图2)。普锐斯PHV使用锂离子充电电池取代了普锐斯通常使用的镍氢(Ni-MH)充电电池,通过将电池电压从202V提高到350V,降低了获得相同输出功率的电流值,提高了系统效率。丰田的目标是,计划在2012年初之前降低价格,实现数万辆规模的量产。

Murray强调Volt是配备有增程发动机用发动机的EV,在高速区以下均可只使用马达行驶。如果开发顺利的话,预定从从2010年11月开始生产Volt,从2011年下半年开始在欧洲生产其姊妹车型“欧宝Ampera”。野村综合研究所的风间智英介绍了HEV及EV的市场预测和电池的最新动向。预计到2020年,HEV将占全球乘用车市场的约1成,汽车用电池的市场规模将达到9500亿日元左右,实现与目前的消费类锂离子充电电池市场相同的规模。此外,dSPACE Japan的有马仁志和ST微电子的Andre Roger分别就以基础车型开发为中心的HEV及EV的开发方法、以及支持功能安全标准的马达控制用微控制器发表了演讲。


图2:丰田的“普锐斯插电式混合动力车”

在车辆技术分组会的第二天,海外电动汽车厂商的代表、韩国喜特恩特(CT&T)公司的金星东、以及挪威Think公司的Richard Canny登台发表了演讲。CT&T的金星东介绍了小型电动汽车“e-ZONE”,并宣布,将在美国、欧洲以及亚洲各国建立小规模的当地组装基地,展开销售网(图3)。目标是到2013年在全球年均销售30万辆电动汽车。

挪威Think创立于1991年,该公司的4座车“City”于2008年作为电动汽车首次获得欧洲的款式认定。该车目前正在芬兰的Valmet Automotive公司生产,通过配备美国ENERDEL生产的锂离子充电电池,续航距离可达到160km。预定2010年在美国少量上市,从2011 年开始也在美国进行生产。德勤咨询(Deloitte Tohmatsu Consulting)的周磊就中国的HEV及EV的发展趋势进行了介绍。与外资企业的EV相比,中国本土的EV尺寸多为小型的A~C级别,具有价格进一步降低的趋势。此外,UL日本的川口升就电动汽车的安全标准进行了讲解。明导科技日本(Mentor Graphics Japan)的栗田昭裕介绍了可提高EV及HEV开发效率的车辆构造。


图3:韩国CT&T的小型EV“e-ZONE”

间隙大也可进行送受电

在电池及充电技术分组会上,ENERDEL公司的Taison Tan首先介绍了该公司的车载电池现状。该公司除了面向Think的EV供应锂离子充电电池之外,还在推进HEV用单元的开发等。住友大阪水泥的斋藤光正就该公司在作为正极材料颇受关注的LiFeP04 (磷酸铁锂)方面所做的努力进行了介绍,强调该公司的水热合成法能够更加节能,而且混入异物的风险较低。

英耐时(ENAX)的小池哲夫就该公司最新的锂离子充电电池及方便拆解和组装的电池组技术等进行了介绍。三井金属的井手仁彦就可提高锂离子充电电池容量的硅(Si)负极,介绍了该公司可提高循环使用寿命的技术(图4)。最后由原索尼公司的西美绪总结了负极材料、正极材料和隔膜的技术动向以及空气电池实现的可能性等最新技术动向。


图4:三井金属开发的硅负极“SILX”的构造
通过在硅粒子表面包覆铜,确保粒子之间的导电性,提高了循环寿命。


图5:东大演示磁共振送电
即使距离比较远、接收线圈和发送线圈的位置有偏差,也可进行送电。

在电池及充电技术分组会的第二天,丰田的射场介绍了该公司旨在开发出创新性电池的举措。作为候补材料,射场介绍了电势比LiFePO4高的LiMnPO4(磷酸锰锂)、全固体电池以及锂空气电池的开发现状等。三星横滨研究所的小林直哉介绍,在全固体电我·池的开发中,如果正极采用铝(Al)化合物,可改善充放电特性等。

昭和飞行机工业的高桥俊辅介绍了该公司开发的电磁感应式非接触充电技术在日本国内的公交车等上的应用事例。三菱重工业的安间健一讲解了该公司推进开发的利用微波的充电技术。优点是容易错开停车位置,可降低成本,但存在送受电效率低的课题。东京大学的居村岳广介绍了最近发现的新型非接触充电技术——磁共振方式(图5)。特点是,即使发送线圈和接收线圈的间隙较大,位置稍有偏移,也可进行送受电。

各行各业涉足充电基础设施业务

在充电基础设施分组会上,首先,关于通过专用更换站将使用过的电池组更换为充满电的电池组的服务,Better Place的山田进一就其现状、目标及今后的课题发表了演讲。该公司从2010年4月开始在东京启动电池更换式EV出租车的实证实验,此次公开了电池的寿命以及相对于LPG(液化石油气)车的优缺点。

接下来,东京大学的太田丰介绍了从EV向电力网供电的V2G(Vehicleto Grid)观点。东京财团的平沼光介绍了使为EV充电的基础设施等新一代电力网实现国际标准化的趋势。

埃森哲的桐原慎也介绍了智能电网城市。还提到了EV的标准化,指出已经形成了中国和欧洲对美国的态势。他预测,出现爆发性扩大的市场将是标准化的胜者(图6)。松下的天野博介讲解了HEMS(家庭能源管理系统),以在丹麦采取的举措为中心进行了介绍。

在EV时代的新商业模式分组会上,首先,三菱汽车的和田就在EV和住宅间交换电力的V2H(Vehicle to Home)进行了介绍,公开了前去为因电池没电而无法行驶的EV充电的“助人EV”构思(图7)。


图6:标准化的状况形成了中国和欧洲对美国的结构。


图7:助人EV
由三菱汽车、东京电力和Hasetec等共同开发。

伊藤忠商事的村濑博章介绍了在茨城县筑波市启动的车载电池再利用等可降低电池成本的新业务举措。日本Unisys的竹田幸博就充电基础设施收费系统的可行性发表了演讲。该公司开发出了可进行收费及认证的充电服务“Smart Oasis”和支持该服务的充电站。已经开始在日本全国各地进行实证实验。

Orix汽车的高山光正就EV的汽车共享(Car Sharing)发表了演讲。汽车共享的特点是,EV续航距离短的缺点很难显现出来。最后,东京大学的堀江英明(同时在日产汽车任职)和该大学的田中谦司就充电电池再利用业务的可行性以及在冲绳县的汽车租赁业务中导入EV的可行性进行了介绍。

新设计了空调和制动器

在以EV及HEV用辅助装置为主题的分组会上,第一个上台的是三电的菊池泰夫。该公司供应EV及HEV用空调部件——电动压缩机。有时电动压缩机在发动机处于停止状态下也需要工作,因此较原来的压缩机进一步降低了工作噪声。

接下来上台的是天合汽车日本(TRW Auto Motive Japan)的山下惠一,山下介绍了正在开发的再生协调电动制动单元“ESCR”(图8)。该单元以ESC(防侧滑装置)的油压单元部件为基础进行设计,因此特点是能够降低成本。


图8:美国TRW正在开发的再生协调制动单元“ESC-R”
以ESC的油压单元部件为基础进行设计,可降低成本。


图9:丰田“普锐斯”的功率控制单元
采用大同特殊钢生产的电抗器,将电池的201.6V电压转换为马达的驱动电压650V。

捷太格特的土屋高行就电动助力方向盘(EPS)的高电压化发表了演讲。大型HEV及EV用EPS的电源方面,目前已经将现有的铅充电电池的电压(12V)提高2~3倍左右,但升压时会产生电力损失。因此,如果将来升压至数十V的辅助驱动用电池能够取代铅充电电池实现实用化,便有望进一步降低电力损失。

多摩川精机的北泽完治宣布,该公司的绝对角度传感器“Resolver”已经用于丰田“普锐斯”和本田“Insight”的驱动马达。另外,东京理科大学的千叶明就不使用稀土类磁铁的驱动马达发表了演讲。

在以功率元件为主题的分组会上,富士电机控股的岩室宪幸就功率半导体的一种——IGBT(绝缘栅双极晶体管)发表了演讲。而富士通研究所的今西健治介绍了取代硅的功率半导体材料——GaN(氮化镓)。

名古屋工业大学的小坂卓和大同特殊钢的斋藤贵伸分别就使用辅助卷线提高效率的驱动马达、以及升压转换器用电抗器(图9)材料发表了演讲。英飞凌科技日本的杵筑弘隆介绍了延长电池寿命的电池监测系统。

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