中國儲能網(wǎng)訊：自 1947 年推出 Tama 電動車到最近展示的 ZEV BladeGlider 先進(jìn)電動跑車概念原型，日產(chǎn) (Nissan) 對電動動力系統(tǒng)研發(fā)從未停歇。這家汽車制造商一直在不斷改良電動推進(jìn)系統(tǒng)解決方案，而電動汽車技術(shù)的研發(fā)仍有很長一段路要走。
繼 2010 年推出世界上首款現(xiàn)代純電動乘用車后，日產(chǎn) (Nissan) 一直將自身定位為零排放汽車(ZEV)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。據(jù)了解，第二代聆風(fēng) (Leaf) 將在今年 9 月上市。
日產(chǎn)公司的BladeGlider 電動概念跑車預(yù)示著未來電動跑車的發(fā)展形態(tài)。（圖片來源：日產(chǎn)）
目前，日產(chǎn)歐洲公司 (Nissan Europe) 正帶領(lǐng)一個英國研究團(tuán)隊開展“高能量密度電池 (HEDB) 項目”(High Energy Density Battery - HEDB)，聯(lián)手研發(fā)下一代高能量密度電池，為電動車和混合電動車提供高性能的多功能電池系統(tǒng)。目前，日產(chǎn)的電動汽車電池組生產(chǎn)仍在英國的桑德蘭工廠進(jìn)行。
簡單來說，該研究團(tuán)隊將通過多項具體試點(diǎn)項目，實現(xiàn)電池產(chǎn)品的多樣化和工藝改進(jìn)。作為項目的核心成員之一，Hyperdrive Innovation 公司創(chuàng)始人、常務(wù)執(zhí)行董事 Stephen Irish最近接受了《國際汽車工程》的采訪。 Irish 指出，盡管電池化學(xué)領(lǐng)域在最近幾年中已經(jīng)取得了大量進(jìn)展，“但并未出現(xiàn)可以顯著優(yōu)化電池密度的‘神奇’解決方案?！比欢?，Irish 認(rèn)為，憑借“高能量密度電池”項目取得的電池組級優(yōu)化成果及 Hyperdrive 公司的電池管理系統(tǒng)(BMS)，電動汽車電池的使用壽命和能效均能得到保證，并可以支持“機(jī)會充電”(opportunity charging)。
電池開發(fā)工作的重點(diǎn)在于深刻理解特定車型的占空比，并時時權(quán)衡成本。Irish 表示：“如何才能取得最大價值？車輛或設(shè)備的使用頻率如何？如何進(jìn)行充電？能源又從哪里來？我們總是不斷問自己這些問題?！贝送?，電池的開發(fā)也不能忽視車輛重量、電子元件及其工作方式的相互影響。
盡管 Hyperdrive 公司的主要任務(wù)是電池管理系統(tǒng)的開發(fā)，但創(chuàng)新的化學(xué)解決方案也是公司需要投入精力的地方。這家公司最近已經(jīng)開始進(jìn)行鋰硫電池的相關(guān)研發(fā)。理論上講，鋰硫電池的能量密度可以達(dá)到鋰離子電池的 5 倍。不過，Irish 透露，鋰硫電池目前仍處于研發(fā)階段，且在真實世界中也可能無法達(dá)到理想能量密度。
“我們雖然不是化學(xué)家，但也必須了解電池化學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并將其充分融入至我們的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計中?！盜rish 解釋說，“與OEM一樣，我們也需要清晰的產(chǎn)品上市路線。”
Hyperdrive 公司是 Flux Capacitor 的電池技術(shù)供應(yīng)商。圖中的 1970 款電動 Enfield 8000 曾在 2016年“四分之一英里沖刺賽”中取得了 9.86秒的好成績，達(dá)到了破紀(jì)錄電動汽車車速 121mph(194.7km/h)。據(jù)了解，這些電池最初是用于貝爾超級眼鏡蛇 (Bell SuperCobra) 直升機(jī)的起動系統(tǒng)。（圖片：Jonny Smith）
電池尺寸很重要
Irish 說，由于電池市場中存在一些“極端用戶”，要解決的問題有時會變得更加復(fù)雜。其中一部分極端用戶并不關(guān)心電池壽命，一心只想著最大程度地延長電池工作時長、提高電池儲能容量以及縮短電池充電時間；而另一部分極端用戶則最看重電池及其相關(guān)電子系統(tǒng)的使用壽命，以及在電池產(chǎn)品的完整生命周期中實現(xiàn)電池價值最大化。
Irish 表示，“我個人傾向于盡量縮小電池體積，只要可以滿足車主的日常通勤需求即可，這可以同時降低重量和成本。大多數(shù)人開車也只是上上班而已，并不會像自己以為的那樣，會經(jīng)常進(jìn)行長距離駕駛?！比欢?，值得注意的是，最終用戶總是希望獲得更長的續(xù)航里程，這也是我們需要面對的市場壁壘以及必須克服的挑戰(zhàn)。”
Irish 指出，在放電率維持在 80% 的情況下，典型電動汽車電池的使用壽命通常在 5000 到 6000 次充放之間。但如果放電率達(dá)到 100%，電池的使用壽命則將縮短三分之二。此外，一些二級再用系統(tǒng)的應(yīng)用，也將有助于電池取得最高能效。
降低電池和電池管理系統(tǒng)的成本是一場持久戰(zhàn)，其中通用化設(shè)計可以實現(xiàn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。Irish 解釋說，“如果我們選擇定制系統(tǒng)，則必須重復(fù)支付一次性工程費(fèi)用（NRE），而考慮到研發(fā)工具和驗證測試需求，這筆開支可能非常龐大?！睂Ρ戎?，Hyperdrive 公司打造的一系列標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品不但可以降低成本，而且還能縮短產(chǎn)品上市時間。
此外，Hyperdrive 公司還設(shè)計了一款適用于商用車輛和部分非公路設(shè)備的模塊化電池系統(tǒng)。此外，Hyperdrive 公司還聯(lián)手德事隆(Textron) 旗下 Douglas Equipment 公司，設(shè)計了一款后推式輕度混合牽引器。
Hyperdrive Innovation 公司創(chuàng)始人 Stephen Irish 是“高能量密度電池”(High Energy Density Battery) 項目的核心成員之一，他認(rèn)為汽車電池僅需滿足車主的日常通勤需求即可。（圖片來源：Hyperdrive Innovation）
低溫運(yùn)行技術(shù)研究
低溫運(yùn)行是電動汽車研發(fā)工作中最值得關(guān)注的領(lǐng)域之一。為了積累相關(guān)經(jīng)驗，Hyperdrive 還聯(lián)手英國南極科考隊，共同開展聯(lián)合項目。一些低電流應(yīng)用主要采用非牽引型電池，該項目的研究目的是盡量了解電池及其相關(guān)系統(tǒng)在接近零下 50°C的極端低溫下的性能。一般來說，內(nèi)燃機(jī)在極端低溫下的性能很差，通常需要通宵預(yù)熱發(fā)動機(jī)。
Irish 對電動汽車在低溫（盡管不是極端低溫）下的表現(xiàn)非常有信心。他說，“由于電動汽車通常需要在夜間充電，因此早上的車艙環(huán)境將會較為溫暖舒適，擋風(fēng)玻璃也不會結(jié)霜?！?
Irish 表示，Hyperdrive 公司在進(jìn)行電池管理系統(tǒng)研發(fā)時已經(jīng)考慮了溫度的要求，該系統(tǒng)將通過主動控制電池充放電，盡量避免對電池的損害。然而，一些應(yīng)用場景仍離不開熱管理系統(tǒng)。
Irish 的工作經(jīng)驗非常豐富，曾多次參與捷豹路虎 (JaguarLand Rover) 和 NSK轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (NSK Steering Systems) 的開發(fā)項目。Irish 在 5 年前成立 Hyperdrive公司，目前與日產(chǎn)的合作包括在各類電動車中安裝采用日產(chǎn)電池技術(shù)的高性能系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)。另外，日產(chǎn)歐洲聯(lián)合研究團(tuán)隊中的其他成員包括：華威制造集團(tuán) (Warwick Manufacturing Group)、華威大學(xué) (University of Warwick)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué) (Newcastle University)、零碳未來公司 (Zero CarbonFutures) 等。
作者：Stuart Birch
來源：SAE《國際汽車工程》雜志
翻譯：SAE 中國辦公室
