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超级电容器在混合动力车上的应用 最近，禁止生产高效车辆和风力发电系统，如丁庆灵活车辆、动态恢复系统设备车辆和能源发电系统。随着发动机启动次数的增加, 交流发电机对发电的抑制作用, 电动机辅助系统导致电池使用时有充电不足的现象, 而且制动恢复导致大电流脉冲充电等令电池使用条件发生很大变化。在这种使用条件下, 常规的阀控式铅酸蓄电池不能很好地发挥其作用, 寿命也受到影响。 日本古河电池株式会社研发的超级电容器一体型铅酸蓄电池-UltraBattery是以超级电容器及铅电极为负极的一体式电极, 铅酸蓄电池作为能源, 超级电容器作为脉冲动力, 对电池的性能进行了改良, 从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。 Ultra Battery的样品模型如图1所示, 其应用于混合动力车。 原理如图2所示, 此种超级电容器一体型铅酸蓄电池的负极是超级电8.5 Ah (5 h) FTZ12-HEV电动自行车用图1超级电容器一体型铅酸蓄电池 容器与铅的混合式电极。图3为2 V的常规铅酸蓄电池与超级电容器一体型铅酸蓄电池的充放电性能的比较图。如图3的充放电特征所示, 混合动力车电池放电深度的范围为30%~70%, 超级电容器一体型铅酸蓄电池则在更广的放电深度范围内显示出更好的充放电特征。 在高倍率电流充电时, 铅酸蓄电池在负极上过早地产生氢气, 使负极充电效率降低。为了解决这一问题, Ultra Battery负极由一片超级电容器 (多孔碳电极) 和一片铅电极组合而成, 如图2所示。负极中的超级电容器电极 (碳电极) 在高倍率电流充放电时可分担一部分充放电电流, 从而抑制了电池充电时氢气的产生。另外加入添加剂，也能达到抑制氢气产生的效果。图 4 为铅电极和超级电容器电极在加入与没加入添加剂情况下氢气产生量随电位变化曲线图。从图 4 中可知和没有使用添加剂的超级电容器相比，使用添加剂的超级电容器电极与铅电极的氢气产生量基本相同，起到缓冲作用。 图5表示了分别使用铅酸蓄电池与超级电容器一体型铅酸蓄电池的混合动力车, 在高速路及坡路上等情况下行驶, 两种电池循环寿命实验比较图。从图5可明显看出超级电容器一体型铅酸蓄电池的循环寿命大致是铅酸蓄电池的4倍。Ultra Battery在电池电压下降时, 可通过电容器放电来防止铅电池的电压降低。铅电池在SOC (荷电状态) 较低时, 会导致名为硫酸化的硫酸铅析出, 使电池的寿命缩短。而Ultra Battery在电压为12 V以下时就会启动超级电容器放电, 从而延长了电池寿命, 充电性能也得以提高。 Ultra Battery特点可总结为: (1) 是一种利用超级电容器及铅为负极具有组合型电极的新型设计电源, 大幅度改善了常规铅酸蓄电池充放电性能; (2) 开发出抑制超级电容器电极产生氢气的添加剂, 提高负极充电效率; (3) 显著延长了电池循环寿命。因此Ultra Battery是适用于混合动力车等下一代环保机动车用电池。 古河电池株式会社曾在美国北卡罗来纳州的“人与车科技展2008”上展示了将Ultra Battery作为铅蓄电池应用于本田“Insight”轿车中, 并使用此电池成功地进行了160 000 km的实验行驶。安装在汽车中的状况如图6所示。 日本古河电池株式会社今后打算进一步开发Ultra Battery作为充电电池, 改善其性能并降低其成本, 使其实际应用于禁止怠速运转车和混合动力车等下一代环保机动车以及风力发电系统。CJPS