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锂离子电容器的开发制成模块和铅蓄电池组合使用

发布时间:2020-07-21 17:52:23 阅读: 来源:硅酸铝针刺毯厂家

通过制成模块来削减成本

大型蓄电元器件并不是只要便宜就好的产品,其长期可靠性非常重要,一旦发生问题就会失去市场的信赖,最终会造成巨大损失。

在实际使用条件下,不是单元单体使用,而是需要制成模块,以确保既定的电压或输出功率,因此必须实现模块的低成本化。

LIC可由以下3点来削减模块成本:①单元单体的电压较高,可减少单元数量;②高温耐久性出色,设置条件比较宽松;③可削减管理成本。

关于①,制成既定电压的模块时,单元电压越高,使用的单元数量越少。例如,电压为300V时,需要120个EDLC的2.5V单元,而使用LIC的3.8V单元只需80个即可。

由于②的特性,可在比较广泛的温度条件下使用。像LIB那样,需要进行非常严密的温度管理时,则设置场所会受限。但如果高温耐久性出色,可放宽对温度环境的限制,因此设置场所的自由度较高,能为削减成本做出贡献。

③的管理成本,是指蓄电元器件的管理系统“Battery Management System(BMS)”相关的成本。LIB等充电电池的充放电曲线会随着电流值和温度环境发生巨大变化,因此为管理充电状态,BMS会花费成本。

LIC如图3所示,充放电曲线的斜率不会随着电流值发生大幅变化。这种趋势也不会随温度而变化,只需管理电压就能掌握充电状态,因此可降低BMS的成本。

图3:即使电流值发生变化也容易管理充电状态的LIC

LIC即使输入输出时的电流值发生大幅变化,其斜率也不会改变,因此可轻松管理单元的充电状态。

电力再生市场占LIC的一大半市场

以上介绍了LIC的一般特征,下面将介绍我们开发的LIC——EneCapTen的特征(图4)。EneCapTen的单元采用重视散热性的层压构造,可进行大电力的充放电。寿命极长,达到10万次以上。另外,考虑到环境负荷,没有使用铅等重金属。

图4:FDK开发的LIC“EneCapTen”

单元采用层压构造(a)。45V模块由12个单元构成(b)。

模块将根据用户的性能参数设计。此外,表2所示的通用模块现已上市,用于混合动力车的4000F单元现正在开发中。

目前,LIC的主要用途有以下四方面:①瞬低补偿装置和UPS(不间断电源)等备用(Backup)市场;②混合动力车、起重机及建筑机械等电力再生市场;③太阳能发电和风力发电等负荷平均化市场;④混合动力车和复印机等电力辅助市场。

其中,市场规模最大的是电力再生市场,估计将占一半以上。不过,预计今后随着智能电网领域的扩大,太阳能发电和风力发电等负荷平均化用途也将形成一个巨大的市场。

作为瞬低补偿装置

我们开发的LIC已经在瞬低补偿装置和太阳能发电负荷平均化等领域得到了采用。例如,瞬低补偿装置不同于可供应5分钟以上电力的UPS,可针对在1分钟以内的短时间内发生的电力下降供给电力。EDLC由于容量较小,最多只能补偿雷电造成的数ms左右的瞬时电压下降。而LIC的容量比较大,可用于电力公司自动供电导致的停电以及从常用线路切换为备用线路时的停电等数秒左右的电压下降(表3)。

瞬低补偿装置并非设置在每台设备上,而是通过统一补偿整个工厂,从而可降低管理成本。瞬低补偿装置目前仍以铅蓄电池为主流,但铅蓄电池的漏电流大,需要花费成为来维持电压,因此今后有望被LIC取代。

正在海岛上做验证试验

作为太阳能发电负荷平均化的应用事例,在日本经济产业省的“平成21年度海岛独立型系统新能源导入验证事业”中,冲绳县的与那国岛(150kW)、北大东岛(90kW)和多良间岛(230kW)采用了我们的LIC(图5)。

图7:用于多良间岛的太阳能发电负荷平均化(点击放大)

冲绳电力在多良间岛设置了230kW的太阳能发电设备,在实施使用LIC的负荷平均化验证试验。(摄影:冲绳电力)

海岛上存在的问题有用柴油发动机发电的发电成本高和需要为减轻环境负荷而削减CO2排放量等。作为对策,通过导入太阳能发电和风力发电,在减少柴油发动机发电用燃料的运输量的同时,还可削减CO2排放量。另外,由于海岛上使用的是独立的小规模系统,可作为微型智能电网验证,因此已经开始了验证试验。

与铅蓄电池组合使用

我们认为,包括怠速停止系统(ISS)在内的混合动力车市场今后非常有潜力。电动汽车和插电式混合动力车等需要一定能量容量的汽车无疑最适合使用LIB。然而,对混合动力车而言,输出功率、再生效率和寿命比能量容量更为重要,与LIB和镍氢充电电池等充电电池相比,LIC更合适(表4)。

具体地,我们打算在配备ISS的车辆上将其与铅蓄电池组合使用。ISS可发挥两个作用:①在发动机启动时向启动器供电;②在发动机停止时及发电停止时供电。

关于①向启动器供电,采用LIC可代替铅蓄电池供给大电力。铅蓄电池如果反复以大电力放电,会加速劣化。因此,通过将LIC与铅蓄电池并联,从低电阻LIC中释放大电力,可防止铅蓄电池因发生大的输出变动而劣化。

在铅蓄电池上并联我们的LIC时的电流和电压变化如图6所示。试验条件参考了混合动力车的实车行驶模拟模式。从结果可知,较大电流的变动LIC会予应对,铅蓄电池不会发生大变动。

图9:以LIC应对较大的输出变动

通过并联铅蓄电池和低电阻LIC,铅蓄电池不会发生较大输出变动,因而可防止劣化。

另外,②的发动机停止时和发电停止时向车载电装品供电很重要。汽车一般以发动机的皮带驱动发电机转动获得能量,因此发电机直接与燃效相关。所以,采用使发电机脱离动力源的构造,可实现具有出色燃效的车辆。

不过,即使发电机脱离动力源,助力方向盘等电装品也需要较大的电力。因此认为,不仅是铅蓄电池,还要追加LIC,方可实现大电力的供给。

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