第4届国际充电电池展采访报告

怠速停止及能源再利用市场上,电池与电容器的竞争

2013/03/19

概 要

 本报告将对2013年2月27日~3月1日在东京国际展示场举办的“第4届国际充电电池展”中车载用途相关产品的展出情况进行介绍。

 锂离子电池方面,日本的电池厂商中三菱重工和IHI/A123 Systems参与展出。

 铅电池方面,推进面向怠速停止及HV(Hybrid vehicle)的使用。各公司继续发扬铅电池价格低、安全性高的优势,展出了强化铅电池充电受入性差的缺点,或可在部分充电环境中增加使用寿命的电池。

 电容器方面,马自达和PSA已经采用双电层电容器,另外各电容器厂家与整车厂正在进行包括锂离子电容器在内的产品・评价。

 锂离子电池已开始用于12V起动机用电池。保时捷已从2010年起作为部分车型的选配,A123 Systems为3家欧洲整车厂(McLaren、Mercedes-Benz及另外一家)配套。尽管价格较高,但由于其在轻量・长寿命・制动能量再利用等方面的效果,A123 Systems目前计划面向高级车打开销路。

 今后,为应对全球各地燃耗标准的严格化,预计怠速停止及制动能量再利用市场将进一步扩大(有预测称2017年全球将达到3,900万辆)。为了获得该市场,除目前主流的铅电池外,双电层电容器、锂离子电容器、及锂离子电池也将加入竞争,形成各装置通过自身优势抢占市场的局面。


相关报告:2012年第3届国际充电电池展(2012年4月登载)


※图片点击放大。



锂离子电池的展出

 日本的锂离子电池厂家中三菱重工和IHI/A123 Systems参与展出。IHI/A123 Systems展出为梅赛德斯-奔驰车配套的起动机用锂离子电池。A123 Systems还与另外2家整车厂签署协议。

 中国大陆和台湾的锂离子电池厂家也参加展出。三幸半导体计划从台湾的尚志精密化学进口锂离子电池作为起动机用电池,在日本售后市场展开。

 另外参加去年第3届充电电池展的松下、GS汤浅、东芝等致力于车载电池的电池厂家,未参加此次展出。


三菱重工のリチウムイオン二次電池
搭载三菱重工的锂离子充电电池"MLiX",参战“2012派克峰国际爬坡赛”
的赛车


IHI/A123 Systemsが出展した3機種のリチウムイオン電池
IHI/A123 Systems展出的3款锂离子电池
(中央的"ALM 12V7"非车载用途)


Mercedes-Benz車に供給するスタータ用リチウムイオン電池
为梅赛德斯-奔驰车配套的起动机用锂离子电池
(IHI/A123 Systems展出)


中国の浙江谷神能源科技(Godsend)が出展した、リチウムイオン電池のセルとパック
中国浙江谷神能源科技(Godsend)展出的锂离子电池单元及电池组


台湾の尚志精密化學(Tatung Fine Chemicals)/三幸セミコンダクターが出展した、スタータ用リチウムイオン電池
台湾尚志精密化学(Tatung Fine Chemicals)/三幸半导体展出的
起动机用锂离子电池

三菱重工的锂离子电池MLiX系列

标准型 高输出功率型 高容量型
(开发中)
产品名 50 High Power 40 High Power 20 High Capacity 60
主要车载用途 EV HV EV
质量(kg) 1.4 1.4 0.85 1.4
尺寸(W×D×H)mm 110×38×166.5 110×38×166.5 110×28×130 110×38×166.5
公称容量(Ah) 50 40 20 60

(注)三菱重工的锂离子电池MLiX有适合定置用的高容量型和适合车辆搭载的高输出功率型。车载用途锂离子电池供应给本公司的柴油发动机HV叉车、及在京都市和青森市运行的客车。

 

IHI/A123 Systems展出的锂离子电池

圆筒型

方形蓄电池 

(层压型)
ANR26650 AHR32113
主要用途 HV客车、
航空机启动用
HV乘用车、HV客车 EV、PHV 起动机用电池
配套给宝马的HV
(注3)
GM Chevrolet
Spark EV等
M-Benz车(注4)
容量(Ah) 2.5 4.4 19.6
能量(Wh) 8.2 14.5 65.0
(注) 1. A123 Systems于2013年1月被中国的万向集团(Wanxiang Group)收购,但仍维持公司名和商标继续业务。
2. 日本国内的客车,供应给东京都羽村市的社区巴士及墨田区的循环巴士。
3. 配套给宝马的ActiveHybrid 3和ActiveHybrid 5。
4-1. A123 Systems为3家欧洲整车厂(McLaren (MP4-12C)、梅赛德斯-奔驰车(车型未知)、及另外1家)配套起动机用锂离子电池(2012年3月公布)。
4-2. A123 Systems在此次展会上展出为梅赛德斯-奔驰车配套的12V80Ah锂离子电池。另外还参照展出为更加小型的乘用车配套的12V40Ah电池和12V60Ah电池。
4-3. 最初搭载起动机用锂离子电池的整车厂-保时捷于2010年2月从总部位于美德的GAIA采购电池,作为选择设置搭载于911 GT3、911 GT3 RS、Boxster Spyder 3款车型中(价格为1,700美元)。目的为“轻量化”。客户下订单后,以铅电池和锂离子电池2者均配置的状态交车(因为零度℃以下时锂离子电池的性能会下降)、可简单更换。
4-4-1. (非此次展会展出)铃木于2012年9月发售的新Wagon R中采用的减速能源再生装置“Energy Charge”中综合使用了怠速停止专用的铅电池和东芝产SCiB锂离子电池。利用交流发电机产生的电力为2个电池充电,供应给音响等电装品。电装开发出电池组。
4-4-2. 二个电池(组)电压均为12V,且在电压特性方面具有高度的相似性,因此无需通常所需的电压变压器。

 

日本的锂离子电池厂家

三菱重工 搭载MLiX电池
的赛车
 2012年7月,在美国科罗拉多州举办的“派克峰国际爬坡赛”中展出搭载了三菱重工锂离子电池MLiX的赛车“E-Runner”。

中国的锂离子电池厂家

Sinopoly
中聚電池
锂离子电池  Sinopoly总部设于香港,在吉林市和天津拥有锂离子电池工厂,从15年前开始生产锂离子电池。车载用途电池配套给客车及出租车。出租出全车采用非充电的电池交换系统。
Godsend
浙江谷神
能源科技
锂离子电池  Godsend从事磷酸铁锂(LiFePO4)为正极的锂离子电池的开发、生产和销售。广泛开发用于使用锂离子电池的大容量蓄电系统到EV等移动体的电池。

台湾的锂离子电池厂家

Tatung Fine Chemicals
(尚志精密化学)/三幸半导体
锂离子电子制
起动机等
 日本的三幸半导体计划从台湾锂离子电池厂家“尚志精密化学"Tatung Fine Chemicals"”进口正极使用了磷酸铁锂(LiFePO4)的锂离子电池,并在日本市场展开。
 展出了使用锂离子电池的车载起动机电池(寿命长、轻量、能力再利用等卖点)和便携式电源(车辆的紧急启动装置及手机充电插座等)。希望由这些产品入手,将尚志精密化学的产品引进日本的售后市场。
Phoenix Silicon International(PSI) 磷酸铁锂离子
电池
 台湾的Phoenix Silicon International(PSI、升阳国际半导体)生产・销售磷酸铁锂离子电池。磷酸铁锂从住友大阪水泥及三井造船与戸田工业共同成立的“M&T olivine”2家公司采购。
 ENAX与PSI携手,计划将PSI生产的磷酸铁锂离子电池以定置用为主要用途,在日本市场展开(2012年2月公布)。
 PSI目前为台湾高尔夫球场的高尔夫球车配套磷酸铁锂离子电池。此外还计划供应给台湾及中国大陆整车厂家生产的EV/HV。
Chang Hong
(长泓能源科技)
使用LFPO
的电池
 台湾的Chang Hong开发出正极使用“锂铁磷系复合化合物(Lithium Iron Phosphate Oxide, LFPO)的电池。LFPO通过不同于磷酸铁锂(LiFePO4)的其他材料,具备成本低且特性优良的特点。
 计划从定置用拓展至EV/HV、高尔夫球车、电动摩托等移动体的更广范围。

 

 



铅电池改良后搭载于怠速停止及HV中

 各车载用铅电池厂家展出怠速停止用电池、HV用电池。延续铅电池价格低、安全性能良好的优势,强化充电受入性,增加部分充电环境下的使用寿命,拓展新的用途。还展出充电控制系统搭载车用铅电池。

 各公司搭载的AGM(Absorbent Glass Mat)Technology用于怠速停止等,为目前最先进的铅电池。

 古河电池开发出怠速停止用UltraBattery,其负极并列连接铅负极和电容器负极,将擅长大电流放电的铅电池和擅长大电流充电的长循环寿命的电容器组配使用。


新神戸電気が出展したHV用鉛電池「TuflongHV」
新神戸电机展出的HV用铅电池“TuflongHV”


Ceilブランドのフォークリフト向け鉛電池
井上钉螺工业从印度进口的Ceil品牌的叉车向铅电池,
纵长(高超过40cm)的铅电池24单元的模块。
表面上黑茶色的部分为焊接的痕迹。
白色管道为向24个单元集中供水的系统


韓国のATLASBXが出展した鉛電池、左上がAGM方式のHV用電池
韩国ATLASBX展出的铅电池,左上为AGM方式的HV用电池、
右上为采用AGM方式的Start-Stop用电池、左下为通常的液式
Start-Stop用电池、右下为充电控制系统搭载车向电池


欧州でのマイクロHV車用鉛電池
欧洲的微型HV车用铅电池
(采用AGM Technology,由Exide Technologies公司的日本经销商 冈田商事展出)

 

强化充电受入性等性能的铅电池

新神戸电机 HV用Tuflong HV  HV辅助设备用铅电池。由于HV车的发动机室内设备很多,没有放置铅电池的空间,因此置于后排座椅下等位置。由此需要该电池具备不漏水、无需水分补给等特性。采用VRLA(Valve Regulated Lead Acid)构造(注1)和AGM Technology(注2)。
怠速停止车用
TuflongECO-IS
 怠速停止车用电池用于(较通常车相比)低充电状态且充放电频率较高的环境。但另一方面,铅电池留有充电时间较长,在非满电状态下使用会缩短使用寿命等课题。
 TuflongECO-IS将输入特性提高至1.5倍。且改良延长了非满电状态下使用的使用寿命。怠速停止设计为电池余量减少时不运行(通过发动机驱动进行充电),但由于该电池可在短时间内充满电,因此可更高频率地进行怠速停止。
 TuflongECO-IS搭载于日产MARCH/SERENA、丰田Vitz/PIXIS SPACE等多款车型中。
(注)1-1. VRLA(Valve regulated Lead Acid)电池为密闭结构,无需补水、液量检查。阀具有内部发生高压等异常情况时作为安全阀的功能。
1-2. 通常铅电池需要定期补给水分,但VRLA电池在充电过程中正极板产生的氧气与负极板产生的氢气结合生成水,由此可抑制电解液(稀硫酸)的减少。
2. AGM为Absorbent(或Absorbed)Glass Mat的略语,是VRLA电池(注1)的一种。为利用玻璃纤维毡分离器吸附电解液的构造,提高了启动性、耐久性。
古河电池 怠速停止车用
UltraBattery
 古河电池开发出怠速停止车用铅电池“UltraBattery”。怠速停止车内,铅电池通常处于称为PSOC(Partial state of charge)的非满电状态,但却要求进行大电流的快速放电等苛于以往的使用条件。
 通常铅电池正极为二氧化铅、负极为海绵状铅,但UltraBattery正极同为二氧化铅、负极为铅负极和电容器负极(多孔质碳)并列连接。
 由此,可提高充电受入性,延长PSOC条件下的寿命,并可保持铅电池原有的安全性。
海外厂家产的铅电池产品
Chloride/
井上钉螺工业
Ceil品牌
铅电池
 井上钉螺工业为英国蓄电池企业克劳瑞德(生产・销售EXCIDE品牌)的印度当地法人(生产并全球销售Ceil品牌)的销售经销商。Ceil品牌在全球年销售铅电池10亿美元。
叉车用
铅电池
 主要进口叉车用铅电池,向丰田・日产的叉车及小松供货。由于目前日本只有2家叉车用铅电池厂家,竞争较小造成价格居高不下,因此进口品更为便宜。
ATLASBX
(韩国)
HV用电池  HV辅助蓄电池用铅电池。采用AGM Technology(注2),实现高容量、高耐久性特性。配套给丰田普锐斯。
Start-Stop用
电池
 兼有采用AGM Technology的电池(图片右上)和通常的液式(Flooded)型电池(左下)。循环寿命方面,公司一般的产品为1.8万回,而AGM式为12万回、液式为4万回。
充电控制车用
电池
 充电控制系统(注3)搭载车向铅电池。充电受入性较公司传统产品提高50%,高温耐久性及启动性也得到提高。

(注)3. 充电控制系统(Alternator management system)在充电达到一定量时,停止发电机,中断发电,以提高燃效。为快速充电,需要充电受入性较高的电池。

Exide Technologies/
冈田商事
微型HV用
铅电池
(欧洲车用)
 Exide Technologies公司(上述Chloride的集团公司)的,由日本经销商冈田商事展出的欧洲微型HV车用铅电池。强化了怠速停止及制动能量再利用方面的性能。有通过Exide Technologies和欧洲主要整车厂共同开发的ECM(Enhanced cycling mat)方式、及VRLA结构和AGM方式强化的AGM Technology规格。

 

 



双电层电容器

 双电层电容器(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)不像充电电池那样通过化学反应,而是通过吸附、剥离电解液中的离子蓄电,因此可进行快速・大电流的充放电。即使长时间使用,也不易劣化。但由于蓄电容量较小,因此预计将与铅电池或锂离子电池并用。

 马自达和PSA正式采用了双电层电容(EDLC)。马自达的“i-ELOOP”为减速能源再生系统,目的为将电容器积蓄的电能用于电装设备的电力。PSA的怠速停止系统“e-HDi”方面,用于柴油HV车的启动。


日本ケミコンが、マツダの減速エネルギー回生システム
日本贵弥功为马自达的减速能源再生系统“i-ELOOP”配套的
双电层电容・模块


Maxwell社のUltracapacitor
Maxwell公司的Ultracapacitor(双电层电容器)、左端为向PSA的e-HDi Start-Stop
系统配套的E-Booster系统(系统制造为Continental AG)

 

双电层电容器

日本
贵弥功
推进低电阻化、
高耐热化
 日本贵弥功推进双电层电容器的低电阻化、高耐热化,相继开发出第1代、第2代、及目前的第3代产品。展出耐热性高达85℃的正在开发中的产品。
为马自达的
减速能源
系统配套
 第3代双电层电容器配套给马自达于2012年11月发售的新型ATENZA中搭载的减速能源再生系统“i-ELOOP”。
 利用减速时产生的再生能源为电容器蓄电,积蓄的电能部分用于大灯等电装设备。为提高充电力,采用可升压至25V的变压式发电机。由此减少发电机的工作时间,在频繁进行加减速的实用行驶领域,预计可提高燃效10%左右。
 由于减速能源再生系统在每次减速时均会频繁进行大电流的充电,因此日本贵弥功通过独自的改良,实现了约相当于传统产品1/3的内部电阻值。另外,将耐热性由原来的60℃提高至70℃,可搭载于发动机室内。
Maxwell
(美国)
E-Booster  为PSA的柴油车向Start-Stop系统"e-HDi"配套Ultracapacitor(双电层电容器)。在红色交通指示灯前等以20km以下时速行驶时,发动机也会停止,城市内行驶时可最多节约燃耗15%。电容器模块为Continental AG产。
 由于启动柴油发动机,特别是在寒冷地区启动需要较大能量,因此将2.2kW Starter-generator和电容器组配,可在不影响其他车载电气设备的情况下瞬时再启动。
Engine Start
Module
 在北美的严寒地区及禁止怠速的重量检查所等启动困难的场合装备的Class 6-8重卡向启动支持系统。通过将搭载的若干个铅电池中的一个变换为电容器,便于在-40℃到60℃的条件下启动。
LS Mtron
(韩国)
双电层电容器  LS Mtron于2003年作为双电层的专门厂家从LG集团分离。名称由"LG"变为"LS"。
 为中国的HV客车供应1)利用制动能源,辅助峰值时的动力、2)制动发生异常时作为备用电源的电容器。
 此外,使电机车峰值时的能源辅助系统及混合动力工程机械实用化。关于燃料电池车,输出负载补偿(持续在一定能量下行驶用途向正在开发中。
Ioxus(美国)/
Power system(日本)
双电层电容器  2012年2月,由欧姆龙与三井物产2家公司主导的Power system的股份出售给美国同行业的大型厂家Ioxus,退出双电层电容器业务。Ioxus将以Power system为基地,为日本、韩国、中国等亚洲地区的整车厂配套产品。

 

 



锂离子电容器

 锂离子电容器正极使用与EDLC正极相同的活性炭、负极使用与锂离子电池负极相同的碳素材料。充放电通过正极附着、剥离电解液中的离子,负极吸收储存・释放锂离子进行。拥有高于EDLC的高输出功率和能量密度。

 先进电容器技术已有了用于行驶中可频繁在停车站充电的微型客车的实例。另外各公司正推进与整车厂家关于怠速停止、能源再生等用途的协议,但价格条件非常严格。


旭化成FDKエナジーデバイスが出展した大容量リチウムイオンキャパシタ「EneCapTen」
旭化成FDK能源设备展出的大容量锂离子电容器“EneCapTen”。
循环用途(反复使用)向模块,充放电次数为10万回以上、
左右均带有放热用散热器。图片右侧为高容量的新开发品。


リチウムイオンキャパシタのみを駆動用電源とする小型EV "Miluira"
仅用于锂离子电容器驱动电源的小型EV "Miluira"
(旭化成FDK能源设备展出)

锂离子电容器

旭化成FDK能源设备 “锂离子
电容器并用”
的提案
 模拟演示了将锂离子电容器与锂离子电池或铅电池并用的效果。分别具有降低峰值电流和电压变动、延长循环寿命、将电源系统紧凑化等效果。
车载用途的提案  提出可在怠速停止及再生・辅助(有望改善燃效、延长充电电池寿命)、非接触充电(消除充电时间浪费、削减电池搭载量)、备用电源等领域做出贡献。还建议搭载于EV/HV。
EneCapTen  展出旭化成FDK能源设备的大容量锂离子电容器45V模块"EneCapTen"。反复使用再生辅助的“循环用途向”的冲放电次数为10万回以上且带散热器,备用等“待机用途向”的充放电次数为1万回以上。
搭载锂离子电容器的Miluira  展出全球首个仅将锂离子电容器作为驱动电源的EV "Miluira"(Takayanagi制作)。搭载24个锂离子电容器模块(2个串联、12个并联),电量864Wh,200A下快速充电3.6分钟约可行驶13km。不进行制动再生,若进行的话可进一步增加行驶距离。行驶距离目标为20km。
 Takayanagi市售搭载铅电池的超小型EV Miluira。为“摩托车1类(四轮)”。

(注)根据2013年3月7日的日经产业新闻,旭化成FDK能源设备计划于2014年在湖西市的工厂引进产线,量产锂离子电容器。之前根据整车厂的个别需求提供试作品,由此将量产车向功能标准化。

新神戸电机 锂离子
电容器LCAP
 展出圆筒形锂离子电容器“LCAP”。没有展出车载用途,但据解说员称,正在与整车厂家就“充电电池 + 电容器”的组配、通过电容器怠速停止、及辅助部分驱动(微型HV)等用途进行协商。
JM Energy ULTIMO  JM Energy为2007年8月发起的JSR的集团企业,正在开发・生产・销售锂离子电容器“ULTIMO”。
怠速停止用途  汽车用途方面,与客户共同开发怠速停止相关系统。内容包括从启动发动机时曲轴的辅助到制动能量再生的强化等各个阶段。
先进电容技术 Premlis  先进电容技术(Advanced Capacitor Technologies)于2004年成立,主要供应工业用途的锂离子电容器“Premlis”。
微型客车
用途的开发
 汽车用途方面,进入HV及怠速停止领域,但汽车行业的价格条件颇为严格。目前正与客户讨论搭载于微型客车中。由于电容器可在短时间内充电,循环寿命也长达10万回以上,因此可在每次停靠车站时进行充电。

 

 



FDK的镍氢电池业务

 FDK在松下与三洋电机合并时,收购了三洋电机的汽车驱动用以外的镍氢电池部门,继续其业务。

FDK的镍氢电池

e-Call  即使在碰撞失去电源时,也可作为维持自动联络呼叫中心系统的辅助电源使用。欧洲的欧洲委员会建议2015年起纳入法规要求,俄罗斯计划2014年导入。 日本的富士通天等3家公司已于2012年12月进行了e-Call的试验用设备的演示。
 在巴西,需要搭载用于追踪被盗车辆的GPS以及为此从主电池分离出的电源。
e-Toll  便携式,可作为更换车辆后仍可使用的ETC电源。例如,新加坡就采用了e-Toll系统。目前已有出货实绩。


资料:本次展会的宣传板展示、发送资料、各公司的公告

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