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微宏动力宋寒浅析LpT锂电池应用前景

2018-09-18 01:45:01 作者: 0人读过 | 我要赞

微宏动力宋寒:浅析LpT锂电池应用前景

近年来,具有节省燃油消耗与降低二氧化碳排放优势的混合动力汽车(HEV)保有量不断增加,从乘用车到公共交通领域,均已实现批量应用。

1997年问世的丰田普瑞斯混合动力轿车目前全球累计销量达287万辆;混合动力公交客车也已在伦敦、巴塞罗那等欧洲城市运营;在国内公共交通领域,混合动力公交客车在各示范运营城市的保有量已占到”十城千辆工程”示范车辆总量的85%以上。

混合动力汽车可使用更小排量的发动机,在汽车怠速等情况下关闭发动机,采用电池或电容作为储能单元回收制动能量,更有效地提高燃油经济性;与纯电动汽车相比,电机功率较小,可以减少车载动力电池组容量,续驶里程较长。而插电式混合动力汽车(PHEV)采用较大容量的电池组,纯电动行驶里程更长更节能,也是国家《节能与新能源产业规划()》中提到的与纯电动汽车并列的发展对象。

在混合动力技术发展过程中,随着系统对储能系统要求的不断提高,储能单元也经历了从铅酸电池、镍氢电池、超级电容到锂离子电池的跨越。目前,混合动力汽车尤其是插电式混合动力汽车,大多采用锂离子电池作为储能系统,而超级电容在混合动力公交客车领域也有着较为广泛的应用。

1.混合动力车与插电式混合动力车对储能系统的要求

动力电池是混合动力汽车的基本储能单元,其性能直接影响到驱动电机的性能,从而影响整车性能。混合动力汽车动力电池使用情况不同于纯电动汽车,在工作时常处于非周期性充放电循环中,且通常装载的电池组容量较小,电池需具备高充放电倍率和效率,以及较高的比功率密度(W/Kg);此外,混合动力汽车需要频繁对电池进行充电与放电,充放次数因此较多,对大充放倍率下的循环寿命也提出更高要求。对插电式混合动力汽车而言,由于同时具有纯电动行驶工况及混合动力行驶工况,对电池的比能量密度(Wh/Kg)与比功率密度均有要求。

2.常用储能单元对比

国内混合动力公交客车早期使用镍氢电池作为储能单元,但其在高温放电效率、”记忆效应”、循环寿命、热管理及电池组管理等方面都存在着较难解决的问题;超级电容理论上充放电循环寿命长,可快速充电,也可提供很高的放电电流,但其缺点是能量密度低,混合动力公交客车在山地城市或者频繁起步加速的工况中,常出现电能耗尽情况,影响车辆动力和节油率;锂离子电池具有比镍氢电池更高的电压平台、能量密度、功率密度及更长的循环寿命,相对超级电容具有更高的能量密度与性价比,然而由于混合动力工况条件严苛,锂离子电池系统寿命,以及在极端情况下的安全问题均面临挑战。

TO锂离子电池特性及应用前景

钛酸锂(LTO)材料用于电池开发始于上世纪90年代,作为负极材料应用,相对碳负极有较大优势,近年来倍受关注。LTO是一种零应变材料,锂离子在嵌入与脱出时,晶格常数与体积变化都很小,循环性能极佳。LTO材料不与电解液发生反应,无SEI膜形成,LTO的电势也比锂金属高,不易析出锂枝晶,相比石墨负极锂离子电池具有更高的安全性能。

LpTO电池与其他混合动力汽车用储能单元主要性能参数对比(表一):

镍氢电池

超级电容

磷酸铁锂电池

LpTO电池

电压平台 (V)

1.2

2.5

3.2

2.3

单体重量能量密度(Wh/Kg)

45

6

90

75

单体体积能量密度(Wh/L)

140

10

200

140

峰值比功率密度(W/Kg)

800

20,000

1,800

2,300

单体循环寿命

600

500,000

2

微宏动力宋寒浅析LpT锂电池应用前景

,000

25,000 d

高低温性能

一般

安全性能

一般

一般

资料来源:国内知名厂家混合动力镍氢电池数据、韩国知名厂家混合动力用超级电容数据、国内知名厂家

混合动力用磷酸铁锂电池数据,6C充/6C放,100%DOD,室温循环至80%。

微宏动力对现有LTO材料进行改性,并同时对正极材料、隔膜以及电解液进行了相应的改性开发,经过系统整合,开发出了更安全与超长循环寿命的LpTO电池。LpTO电池技术应用在混合动力与插电式混合动力汽车领域有以下的优势:高倍率充放条件下的长循环寿命,可与车辆同使用寿命;功率密度较高,同时满足混合动力与插电式混合动力对电池组能量密度的要求;更安全的负极材料使得电池组整体安全程度更高;能够经济地满足车辆动力需求及能量回收的各种复杂工况;系统成本也更低。

相对与磷酸铁锂电池而言,LpTO电池具有高倍率充放电条件下十倍的循环寿命、更高的低温充放电效率以及更高的安全性能。长循环寿命使得电池组可以与车辆同寿命,降低车辆的后期维护成本。相对超级电容而言LpTO电池具有十倍以上的能量密度,可避免出现山地及频繁起步加速时电能容易耗尽的情况,同时相对更低的成本也增加了其竞争力。

目前,LpTO电池已经批量应用在插电式混合动力公交客车上。表2列出了一款采用LpTO电池的12米插电式混合动力公交客车的基本参数,这款车型可采用集电弓从车顶充电,利用电池可快速充电的特性,在车辆停靠的间隙充电,充分利用纯电模式行驶,以达到高节油率目标。

采用LpTO电池组的插电式混合动力公交客车基本参数(表二):

车辆长度

12米

混合动力形式

并联插电式

发动机

CNG发动机,170 kW

电机

94 kW永磁同步电机

电池组

20 kWh LpTO电池组,334V 60Ah

混合动力汽车与插电式混合动力汽车的初始投入和燃油消耗较低,日益受到市场青睐。随着电池技术的不断进步,新的LpTO电池可望与车辆同寿命,兼顾锂离子电池与超级电容的优点,这能够弥补现有锂离子电池体系在使用寿命、安全方面的不足,同时具有比超级电容更高的能量密度与性价比,是混合动力汽车与插电式混合动力汽车储能系统更佳的选择。

LpTO电池组已在重庆经过长时间严冬与酷暑的严格考验,在快速充电纯电动公交客车上单车累积里程超过60,000Km,循环次数超过2,500次。其在插电式混合动力公交客车上也正开始规模化的应用。

本文作者系微宏动力系统(湖州)有限公司市场部经理

( /李艳娇 )

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