2014年国际充电电池展及能源再生蓄电设备

扩大电容的使用,日产/三菱汽车采用镍氢电池系统

2014/03/21

概 要

ミルイラ
使用锂离子电容器作为电源的2人乘坐EV Miluira
(旭化成FDK Energy Devices展出)

  2014年2月26日~28日第5届国际充电电池展在东京国际展示场召开。本报告将主要介绍车载用途电池的展出情况,以及应用于怠速停止及制动能源再生的蓄电设备。

  松下开始向日产及三菱汽车的怠速停止车配套使用镍氢电池的能源再生系统。并作为全新蓄电设备的应用事例进行推广(本此展会没有展出)。

  怠速停止作为一项高性价比节能技术,其应用不断扩大。但对于普通铅蓄电池来说负荷过大,因此开发出怠速停止车专用铅蓄电池,并得到普及。此外,双电层电容器、锂离子电池、镍氢电池等铅蓄电池的辅助蓄电设备的应用也不断扩大。

用于怠速停止/能源再生的蓄电设备

蓄电设备 日本国内应用事例 供应商 概要
开发专用的铅蓄电池 多数 各铅蓄电池制造商 开发输入特性及寿命周期得到强化的专用铅蓄电池。
增加新设备 双电层电容器 马自达、本田 日本贵弥功 辅助铅蓄电池,强化充电及放电能力。延长铅蓄电池的寿命。
锂离子电池 铃木(ENE-Charge) 东芝/电装
镍氢电池 日产、三菱汽车 松下


  此外,还展出将电容器作为EV及HV的蓄电设备使用的事例。Ioxus和JM Energy分别为海外市场的混合动力客车配套双电层电容器(EDLC)和锂离子电容器。

相关报告: 第4届国际充电电池展 (2013年3月登载)



双电层电容器(EDLC)

  双电层电容器(EDLC:Electric double layer capacitor)与充电电池不同,不进行化学反应,而是通过吸附电解液中的离子进行蓄电。因此即使长时间使用也不易老化(蓄电池存在多次化学反应后性能下降、使用寿命不长的缺点)。并且可进行快速・大电流充放电,可用于启动柴油发动机、12缸发动机、行驶于寒冷地区的重卡等。但由于蓄电容量较小,因此可与蓄电电池、锂离子电池等并用。

 

日本贵弥功、Ioxus、Maxwell的双电层电容器

  日本贵弥功展出为马自达及本田配套的双电层电容器。马自达重视“快速充电”功能,利用EDLC储存电力,提供给车载电气设备,以减少交流发电机的发电量,提高燃效。本田重视“快速放电”功能,该系统在怠速停止再启动时仅使用电容器的电力。两公司的系统在车辆的使用寿命内均无需更换EDLC。

  Ioxus为2007年在美国成立的新兴电容器制造商,2012年将三井物产和欧姆龙出资成立的电容器厂家Power system纳入旗下。 目前正努力扩大能源再生及各种线控系统备用电源的车载用途。展出为中国客车配套的模块。

  Maxwell Technologies展出为北美寒冷地区的重卡配套的用于启动发动机的模块。在日本作为清扫车夹带装置的电源使用。

 

EDLC 日本贵弥功为本田Fit/Vezel配套的 双电层电容器(EDLC) EDLC 日本贵弥功为马自达新型Axela配套的 双电层电容器 (出于空间的高效优化、 采用5个电池二段重叠的构造搭载)
ハイブリッドバスに供給するモジュール 为中国混合动力客车配套的模块 (Ioxus展出) エンジン・スタート・モジュール Maxwell Technologies为北美寒冷地区行驶的重卡配套的 发动机启动模块

 

双电层电容器(EDLC)

日本贵弥功 EDLC业务扩大   日本贵弥功的车载EDLC(商品名DLCAP),使用温度范围从原来的-25℃~+60℃增加至-40℃~+70℃。由于耐热性得到提高,可置于发动机舱内。由于低温特性提高,即使在寒冷地区使用,仍可充分发挥其性能。
  由于车载业务的扩大,日本贵弥功2013年度EDLC业务的销售额预计为40亿日元,相当于车载业务开始前2011年度的10倍。2015年度还将扩大车载以外业务,达到年营业额100亿日元。
用于马自达车   继马自达的Atenza和在中国销售的CX-5,还为2013年11月上市的新型Axela中配置的SKYACTIV-G20、SKYACTIV-D2.2中使用的减速能源再生系统i-ELOOP配套EDLC。展出由10个DLCAP组成的模块。
  加速装置关闭时回收能量,储存至大容量电容器中,极力避免加速装置关闭时使用交流发电机发电,从而提高燃效。使用铅蓄电池启动发动机,不使用电容器中储存的能量。
用于本田车   作为减速能源再生系统,为本田Fit的1300cc汽油发动机车及Vezel汽油车(仅1500cc)的怠速停止系统配置车型配套。交付的模块由6个DLCAP组成。本田称之为“电容电源怠速停止系统”。Fit 1300cc车JC08行驶模式下的燃效为26.0km/L(FF/CVT)。
  减速时交流发电机发电产生的能量储存至EDLC,在怠速停止时为电力设备供电。全球首次采用发动机再启动时仅通过EDLC储存的电力发动电池电机的系统。
Ioxus 日本 混合动力客车   展出为中国市场的混合动力客车配套的EDLC模块。该模块帮助客车提高燃效40%左右。Ioxus计划扩大该产品在中国市场混合动力客车及风力发电中的使用。
Maxwell Technologies 发动机启动模块 (美国)   展出为北美运送商使用的重卡配套的发动机启动模块。该模块可帮助车辆在寒冷环境下稳定启动发动机,较铅蓄电池体积更小,且可减少使用个数。
启停系统 (欧洲)   欧洲车载用途方面,Continental AG担任其组装,用于PSA的柴油车"e-HDi"的启停系统(主要用于发动机的再启动)、Lamborghini Aventador的启停系统(用于该车12缸700hp发动机的再启动)等。
电动清扫车 (日本)   日本国内为新明和工业生产的“电动清扫车系统”的夹带装置提供电力。

(注)Maxwell Technologies的产品通过其日本代理店-极东贸易和在产品开发中使用到Maxwell产品的工程公司-久住电子工业介绍。

 

 



锂离子电容器

  锂离子电容器正极与EDLC一样采用活性炭、负极与锂离子电池一样使用可附着锂离子的碳素材料。比EDLC能量密度更高,比锂离子电池输出密度更大。且具有EDLC同等的100万回以上的充放电能力。多用于快速充放电、能源再生、峰值辅助、电力平均化等,还考虑增加汽车、客车、铁道等交通工具用途的使用。

锂离子电容器和双电层电容器优劣势

锂离子电容器 双电层电容器 (EDLC) 铅蓄电池 锂离子电池
峰值电压(V) 3.8 2.5 2.0 4.2
能源容量(Wh)
输出(W) ×
寿命特性 ×
温度范围(℃) -20~80 -20~60 -30~50 -20~60

注:◎、○、△、×表示性能从高到低。 资料:旭化成FDK Energy Devices的展出资料

 

JM Energy、旭化成FDK Energy Supply、新神戸电机的锂离子电容器

  JM Energy为JSR的子公司,从事层叠型及方型锂离子电容器的生产和销售。展出为英国市区客车配套的锂离子电容器模块。

  公司投资60亿日元,在山梨县的现有工厂附近建设年产能为300万个的新工厂,新工厂将于2015年6月出货(现年产能为层叠型30万个、方型12万个)。

  旭化成FDK Energy Devices(AFEC)展出仅使用锂离子电容器作为电源的超小型EV Miluira。还展出新开发的高容量电池和高输入/出电池。

  新神戸电机展出锂离子电容器<LCAP>。

 

锂离子电容器

JM Energy 混合动力客车   展出为英国市区行驶的混合动力客车配套的锂离子电容器模块。客车车顶上安装12个电池模块,每个模块有15个额定电压为2.2V~3.8V的方型电池"CPP3300S"。通过将减速回收的能源储存于锂离子电容器并用于加速时的驱动辅助,提高柴油发动机的燃效35%。
  JSR集团在比利时的基地、JM Energy的姐妹公司"JSR Micro N.V."负责欧洲的销售,获得来自客车等大型车辆电动系统厂家"Bluways"(总部在美国)的订单。由Bluways组装后交付客车公司。电池寿命较长,在客车的整个使用寿命内无需更换。
旭化成FDK Energy Devices EV Miluira   仅利用锂离子电容器作为电源的2人乘坐EV。长2360mm×宽1200mm×高1400mm、整备质量350kg。电量为864Wh。200A快速充3.6分钟即可充满,满电可行驶13km。EV由浜松市的高柳公司生产。
旭化成FDK Energy Devices 标准电池   公司的标准品。商品名为EneCapTen。
高容量电池   开发出能源密度(Wh/L)较传统产品提高70%的高容量电池“FSC40RA”。可延长工作时长、行驶里程,适合作为备用电池、微型车及AGV(Automatic guided vehicle、无人运输车)的主电源使用。
高输入/出电池   开发出提高输出密度(kW/L)的高输入/出电池“FSC10XA”。用于汽车・铁路的再生辅助时,可回收更多能源。
新神戸电机 LCAP   新神戸电机展出圆柱形锂离子电容器“LCAP”。作为建筑及工业设备的辅助电源、主电源、电力回收、各类备用电源使用。

 

 



镍氢电池的利用

  松下开发出使用镍氢电池的12V能源再生系统”。FDK开发出可耐受零下40℃温度的镍氢电池。

 

ヒーター付ニッケル水素電池 零下40℃也可使用的“加热型镍氢电池”(FDK展出) (“2HR”等数字表示使用的电池数量)

 

镍氢电池的使用

松下 12V能源 再生系统   松下已开始为2014年2月发售的日产DAYZ ROOX和三菱eK Space配套使用镍氢电池的12V能源再生系统。日产称之为“停车前怠速停止&电池辅助系统”、三菱汽车称之为“Auto stop&go(带滑行停止功能)/Assist battery”。
  采用符合铅蓄电池12V电压的设计,无需变压器即可组装至原来的怠速停止系统中。采用高温特性得到提高的镍氢电池,制动・冷却系统得到简化。
  铅蓄电池专为用于怠速停止而开发。怠速停止车要求电池可经受严酷的使用环境,因此与镍氢电池配合使用的铅蓄电池也要求为专用电池。
FDK eCall、eToll 用电池   作为欧洲市场eCall(事故等紧急情况联络)、eToll(收费公路等的费用征收)电源使用的镍氢电池。目前的产品可在零下20℃下使用,并应市场需求开发出加热型新产品,可用于零下40℃。

 

 



用于怠速停止车辆的蓄电池

  新神戸电机和古河电池展出克服铅蓄电池输入特性及使用寿命等缺点的用于怠速停止的铅蓄电池。古河电池的UltraBattery采用的新技术融合了铅蓄电池和电容器的功能。

 

TuflongECO-IS 新神戸电机的“用于怠速停止车的电池 (TuflongECO-IS)” (图片右边"Q-85"用于Vitz/March 级别的车型、左边"M-42"用于微型车) UltraBattery 古河电池的“用于怠速停止车的电池(UltraBattery)”

 

用于混合动力车/怠速停止车的铅蓄电池

新神戸电机 HV辅机电池   12V电池有时会置于HV(混合动力车)内通常手碰不到的地方,因此采用无需补水的VRLA(控制阀式铅蓄电池)。保修24个月或行驶3万km。为丰田AQUA、Prius、Prius α、Prius PHV配套。不用于启动发动机。商品名为"TuflongHV"。
  VRLA(Valve regulated lead acid)将充电过程中正极产生的氧吸附至负极板,还原为水。由此抑制电解液(稀硫酸)的减少。
用于怠速停止的铅蓄电池   通过低电阻构造提高性能(采用低电阻正极、高输入负极)、通过采用高密度活性物质延长寿命(公司传统产品的3倍以上)、通过采用新添加材料提高输入性能(同1.5倍以上)。商品名为"Tuflong ECO-IS"。
古河电池 用于怠速停止的铅蓄电池   古河电池用于怠速停止的UltraBattery正极与铅蓄电池一样采用二氧化铅、负极使用独立技术的电容层包裹铅,融合了铅蓄电池和电容器的性能,使寿命增加一倍。保修期为日本国内最长的36个月或6万km。
  电容层的使用使充电接受能力得到提高,放电后恢复到充电状态的速度提高30%。因此可应付频繁的怠速停止。
  另外,通过提高充电接受能力,抑制硫酸盐化(铅蓄电池充电时负极发生由硫酸铅变回铅的反应,此时难以变回的现象),使寿命几乎倍增。

(注)松下、汤浅等其他铅蓄电池厂家也在进行怠速停止用铅蓄电池的开发和销售。

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