鉅大LARGE | 點擊量：288次 | 2023年10月19日
混合動力車和插電式混合動力車對儲能系統(tǒng)的要求
汽車（HEV）保有量不斷新增，從乘用車到公共交通領域，均已實現(xiàn)批量應用。
1997年問世的豐田普瑞斯混合動力轎車目前全球累計銷量達287萬輛;混合動力公交客車也已在倫敦、巴塞羅那等歐洲城市運營；在國內公共交通領域，混合動力公交客車在各示范運營城市的保有量已占到"十城千輛工程"示范車輛總量的85%以上。
混合動力汽車可使用更小排量的發(fā)動機，在汽車怠速等情況下關閉發(fā)動機，采用電池或電容作為儲能單元回收制動能量，更加有效地提高燃油經濟性；和純電動汽車相比，電機功率較小，可以減少車載動力鋰電池組容量，續(xù)駛里程較長。而插電式混合動力汽車（PHEV）采用較大容量的電池組，純電動行駛里程更長更節(jié)能，也是國家《節(jié)能和新能源產業(yè)規(guī)劃（2012-2020）》中提到的和純電動汽車并列的發(fā)展對象。
在混合動力技術發(fā)展過程中，隨著系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)要求的不斷提高，儲能單元也經歷了從鉛酸電池、鎳氫電池、超級電容到鋰電池的跨越。目前，混合動力汽車尤其是插電式混合動力汽車，大多采用鋰電池作為儲能系統(tǒng)，而超級電容在混合動力公交客車領域也有著較為廣泛的應用。
1.混合動力車和插電式混合動力車對儲能系統(tǒng)的要求
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
動力鋰電池是混合動力汽車的基本儲能單元，其性能直接影響到驅動電機的性能，從而影響整車性能。混合動力汽車動力鋰電池使用情況不同于純電動汽車，在工作時常處于非周期性充放電循環(huán)中，且通常裝載的電池組容量較小，電池需具備高充放電倍率和效率，以及較高的比功率密度（W/Kg）；此外，混合動力汽車要頻繁對電池進行充電和放電，充放次數(shù)因此較多，對大充放倍率下的循環(huán)壽命也提出更高要求。對插電式混合動力汽車而言，由于同時具有純電動行駛工況及混合動力行駛工況，對電池的比能量密度（Wh/Kg）和比功率密度均有要求。
2.常用儲能單元比較
國內混合動力公交客車早期使用鎳氫電池作為儲能單元，但其在高溫放電效率、"記憶效應"、循環(huán)壽命、熱管理及電池組管理等方面都存在著較難解決的問題;超級電容理論上充放電循環(huán)壽命長，可快速充電，也可供應很高的放電電流，但其缺點是能量密度低，混合動力公交客車在山地城市或者頻繁起步加速的工況中，常出現(xiàn)電能耗盡情況，影響車輛動力和節(jié)油率;鋰電池具有比鎳氫電池更高的電壓平臺、能量密度、功率密度及更長的循環(huán)壽命，相對超級電容具有更高的能量密度和性價比，然而由于混合動力工況條件嚴苛，鋰電池系統(tǒng)壽命，以及在極端情況下的安全問題均面對挑戰(zhàn)。
3.LpTO鋰電池特性及應用前景
鈦酸鋰(LTO)材料用于電池開發(fā)始于上世紀90年代，作為負極材料應用，相對碳負極有較大優(yōu)勢，近年來倍受關注。LTO是一種零應變材料，鋰離子在嵌入和脫出時，晶格常數(shù)和體積變化都很小，循環(huán)性能最佳。LTO材料不和電解液發(fā)生反應，無SEI膜形成，LTO的電勢也比鋰金屬高，不易析出鋰枝晶，相比石墨負極鋰電池具有更高的安全性能。
LpTO電池和其他混合動力汽車用儲能單元重要性能參數(shù)比較（表一）
資料來源：國內知名廠商混合動力鎳氫電池數(shù)據(jù)、韓國知名廠商混合動力用超級電容數(shù)據(jù)、國內知名廠商
混合動力用磷酸鐵鋰電池數(shù)據(jù)，6C充/6C放，100%DOD，室溫循環(huán)至80%。
微宏動力對現(xiàn)有LTO材料進行改性，并同時對正極材料、隔膜以及電解液進行了相應的改性開發(fā)，經過系統(tǒng)整合，開發(fā)出了更安全和超長循環(huán)壽命的LpTO電池。LpTO電池技術應用在混合動力和插電式混合動力汽車領域有以下的優(yōu)勢：高倍率充放條件下的長循環(huán)壽命，可和車輛同使用壽命；功率密度較高，同時滿足混合動力和插電式混合動力對電池組能量密度的要求;更安全的負極材料使得電池組整體安全程度更高;能夠經濟地滿足車輛動力需求及能量回收的各種復雜工況；系統(tǒng)成本也更低。
相對和磷酸鐵鋰電池而言，LpTO電池具有高倍率充放電條件下十倍的循環(huán)壽命、更高的低溫充放電效率以及更高的安全性能。長循環(huán)壽命使得電池組可以和車輛同壽命，降低車輛的后期維護成本。相對超級電容而言LpTO電池具有十倍以上的能量密度，可防止出現(xiàn)山地及頻繁起步加速時電能容易耗盡的情況，同時相對更低的成本也新增了其競爭力。
目前，LpTO電池已經批量應用在插電式混合動力公交客車上。表2列出了一款采用LpTO電池的12米插電式混合動力公交客車的基本參數(shù)，這款車型可采用集電弓從車頂充電，利用電池可快速充電的特性，在車輛?？康拈g隙充電，充分利用純電模式行駛，以達到高節(jié)油率目標。
采用LpTO電池組的插電式混合動力公交客車基本參數(shù)（表二）
混合動力汽車和插電式混合動力汽車的初始投入和燃油消耗較低，日益受到市場青睞。隨著電池技術的不斷進步，新的LpTO電池可望和車輛同壽命，兼顧鋰電池和超級電容的優(yōu)點，這能夠彌補現(xiàn)有鋰電池體系在使用壽命、安全方面的不足，同時具有比超級電容更高的能量密度和性價比，是混合動力汽車和插電式混合動力汽車儲能系統(tǒng)更佳的選擇。
LpTO電池組已在重慶經過長時間嚴冬和酷暑的嚴格考驗，在快速充電純電動公交客車上單車累積里程超過60,000Km，循環(huán)次數(shù)超過2,500次。其在插電式混合動力公交客車上也正開始規(guī)模化的應用。
【作者系微宏動力系統(tǒng)（湖州）有限公司市場部經理】
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