詳解鋰離子電容器開發(fā)

我們開發(fā)的LIC已經(jīng)在瞬低補(bǔ)償裝置和太陽能發(fā)電負(fù)荷平均化等領(lǐng)域得到了采用。例如，瞬低補(bǔ)償裝置不同于可供應(yīng)5分鐘以上電力的UPS，可針對在1分鐘以內(nèi)的短時間內(nèi)發(fā)生的電力下降供給電力?！　DLC由于容量較小，最多只能補(bǔ)償雷電造成的數(shù)ms左右的瞬時電壓下降。而LIC的容量比較大，可用于電力公司自動供電導(dǎo)致的停電以及從常用線路切換為備用線路時的停電等數(shù)秒左右的電壓下降。

瞬低補(bǔ)償裝置并非設(shè)置在每臺設(shè)備上，而是通過統(tǒng)一補(bǔ)償整個工廠，從而可降低管理成本。瞬低補(bǔ)償裝置目前仍以鉛蓄電池為主流，但鉛蓄電池的漏電流大，需要花費(fèi)成為來維持電壓，因此今后有望被LIC取代。

正在海島上做驗(yàn)證試驗(yàn)

作為太陽能發(fā)電負(fù)荷平均化的應(yīng)用事例，在日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的“平成21年度海島獨(dú)立型系統(tǒng)新能源導(dǎo)入驗(yàn)證事業(yè)”中，沖繩縣的與那國島（150kW）、北大東島（90kW）和多良間島（230kW）采用了我們的LIC。

沖繩電力在多良間島設(shè)置了230kW的太陽能發(fā)電設(shè)備，在實(shí)施使用LIC的負(fù)荷平均化驗(yàn)證試驗(yàn)。

海島上存在的問題有用柴油發(fā)動機(jī)發(fā)電的發(fā)電成本高和需要為減輕環(huán)境負(fù)荷而削減CO2排放量等。作為對策，通過導(dǎo)入太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，在減少柴油發(fā)動機(jī)發(fā)電用燃料的運(yùn)輸量的同時，還可削減CO2排放量。另外，由于海島上使用的是獨(dú)立的小規(guī)模系統(tǒng)，可作為微型智能電網(wǎng)驗(yàn)證，因此已經(jīng)開始了驗(yàn)證試驗(yàn)。

與鉛蓄電池組合使用

我們認(rèn)為，包括怠速停止系統(tǒng)（ISS）在內(nèi)的混合動力車市場今后非常有潛力。電動汽車和插電式混合動力車等需要一定能量容量的汽車無疑最適合使用LIB。然而，對混合動力車而言，輸出功率、再生效率和壽命比能量容量更為重要，與LIB和鎳氫充電電池等充電電池相比，LIC更合適。

具體地，我們打算在配備ISS的車輛上將其與鉛蓄電池組合使用。ISS可發(fā)揮兩個作用：①在發(fā)動機(jī)啟動時向啟動器供電；②在發(fā)動機(jī)停止時及發(fā)電停止時供電。

關(guān)于①向啟動器供電，采用LIC可代替鉛蓄電池供給大電力。鉛蓄電池如果反復(fù)以大電力放電，會加速劣化。因此，通過將LIC與鉛蓄電池并聯(lián)，從低電阻LIC中釋放大電力，可防止鉛蓄電池因發(fā)生大的輸出變動而劣化。

在鉛蓄電池上并聯(lián)我們的LIC時的電流和電壓變化如圖6所示。試驗(yàn)條件參考了混合動力車的實(shí)車行駛模擬模式。從結(jié)果可知，較大電流的變動LIC會予應(yīng)對，鉛蓄電池不會發(fā)生大變動。

通過并聯(lián)鉛蓄電池和低電阻LIC，鉛蓄電池不會發(fā)生較大輸出變動，因而可防止劣化。

另外，②的發(fā)動機(jī)停止時和發(fā)電停止時向車載電裝品供電很重要。汽車一般以發(fā)動機(jī)的皮帶驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動獲得能量，因此發(fā)電機(jī)直接與燃效相關(guān)。所以，采用使發(fā)電機(jī)脫離動力源的構(gòu)造，可實(shí)現(xiàn)具有出色燃效的車輛。

不過，即使發(fā)電機(jī)脫離動力源，助力方向盤等電裝品也需要較大的電力。因此認(rèn)為，不僅是鉛蓄電池，還要追加LIC，方可實(shí)現(xiàn)大電力的供給。

最適合用于混合動力車

我們還進(jìn)一步將LIC用于混合動力車作為了目標(biāo)。此前由于EDLC容量不足，混合動力車主要采用鎳氫充電電池，但LIC的能量密度是EDLC的4倍，因此認(rèn)為可以用于混合動力車。

LIC的優(yōu)點(diǎn)如上文所述，是可大幅擴(kuò)大充放電深度。鎳氫充電電池和LIB如果擴(kuò)大充放電深度會導(dǎo)致劣化，因此其充放電深度一直在40％左右。

也就是說，容量實(shí)際上只利用了40％。如此看來，用容量雖然小，但能以100％的深度充放電的LIC構(gòu)成模塊，也可實(shí)現(xiàn)不遜于充電電池的外形尺寸和重量。

在很多方面具有優(yōu)勢的LIC

圖7是面向混合動力車試制的模塊。模塊的外形尺寸為400mm×400mm×90mm。容量為240Wh，工作電壓為144～72V。該模塊可設(shè)置在車輛前座下方，用一個模塊能滿足輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動的弱混合動力車，用兩個模塊可支持僅靠馬達(dá)行駛的強(qiáng)混合動力車。

面向混合動力車開發(fā)的模塊，容量為240Wh，其外形可供設(shè)置在前座下方。

表5是實(shí)際使用的混合動力車模塊與用我們的LIC構(gòu)成的模塊的比較。若A～C公司的混合動力車的充放電深度為40％左右，則利用我們開發(fā)的模塊就能充分確保相同的性能。

而且，如果實(shí)際容量相同，LIC在壽命、充電狀態(tài)管理、安全性、設(shè)置自由度以及系統(tǒng)小型化等上具有優(yōu)勢。壽命、充電狀態(tài)管理和安全性優(yōu)勢基于前述的LIC特征。而關(guān)于設(shè)置自由度，因LIC耐高溫，所以設(shè)置場所的限制小。另外，由于具備耐高溫的特征，無需采用水冷等需要嚴(yán)格溫度管理的冷卻方式，因此有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。

高容量化和低溫特性的改善

我們認(rèn)為，今后隨汽車的電動化的一步步推進(jìn)，蓄電元器件會在混合動力車等高輸出用途和電動汽車等高容量用途上發(fā)展，特別是高輸出用途的市場會擴(kuò)大。

雖然還未被充分認(rèn)識到，但我覺得對蓄電元器件而言，完善的壽命管理尤為重要。蓄電元器件最希望避免的是出現(xiàn)突然無法使用的情況。為避免陷入這種事態(tài)，需要高精確地管理蓄電元器件。而充放電特性穩(wěn)定、充放電曲線不會隨著不同條件發(fā)生變化的LIC可進(jìn)行精細(xì)的管理，因此可以稱得上是最佳蓄電元器件。

我們的模塊在汽車用途的使用范圍如圖8所示。除了混合動力車以外，還能用于電動助力方向盤及電動汽車空調(diào)等多種用途。

除了混合動力車外，LIC模塊還可利用于多種用途。圖由FDK根據(jù)日本電氣學(xué)會“汽車電源的42V化技術(shù)”制作。

作為對今后的單元的要求，我們計劃提高容量和改善低溫特性。提高容量方面，計劃開發(fā)在保持高輸出的同時，具備5000F以上靜電容量的單元，以實(shí)現(xiàn)模塊的小型化。

改善低溫特性方面，將開發(fā)在-40℃的低溫下也能供電的單元。不過，在低溫下的使用情況只有最初啟動時的較短時間，考慮到混合動力車為開啟車內(nèi)暖氣需要啟動發(fā)動機(jī)，能在多大程度上改善低溫特性，可能還需要考慮與材料成本的關(guān)系。