鉅大LARGE | 點擊量：300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動機，在汽車怠速等情況下關閉發動機，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能，也是國家《節能和新能源產業規劃（2012-2020）》中提到的和純電動汽車并列的發展對象。
在混合動力技術發展過程中，隨著系統對儲能系統要求的不斷提高，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，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，充放次數因此較多，對大充放倍率下的循環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，常出現電能耗盡情況，影響車輛動力和節油率;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，鋰電池系統壽命，以及在極端情況下的安全問題均面對挑戰。
3.LpTO鋰電池特性及應用前景
鈦酸鋰(LTO)材料用于電池開發始于上世紀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，晶格常數和體積變化都很小，循環性能最佳。LTO材料不和電解液發生反應，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比較（表一）
資料來源：國內知名廠商混合動力鎳氫電池數據、韓國知名廠商混合動力用超級電容數據、國內知名廠商
混合動力用磷酸鐵鋰電池數據，6C充/6C放，100%DOD，室溫循環至80%。
微宏動力對現有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，經過系統整合，開發出了更安全和超長循環壽命的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勢：高倍率充放條件下的長循環壽命，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壽命、更高的低溫充放電效率以及更高的安全性能。長循環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，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，在車輛停靠的間隙充電，充分利用純電模式行駛，以達到高節油率目標。
采用LpTO電池組的插電式混合動力公交客車基本參數（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點，這能夠彌補現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，循環次數超過2,500次。其在插電式混合動力公交客車上也正開始規模化的應用。
【作者系微宏動力系統（湖州）有限公司市場部經理】
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