鋰離子電容器的開(kāi)發(fā)：制成模塊和鉛蓄電池組合使用

　　通過(guò)制成模塊來(lái)削減成本

　　大型蓄電元器件并不是只要便宜就好的產(chǎn)品，其長(cháng)期可靠性非常重要，一旦發(fā)生問(wèn)題就會(huì )失去市場(chǎng)的信賴(lài)，最終會(huì )造成巨大損失。

　　在實(shí)際使用條件下，不是單元單體使用，而是需要制成模塊，以確保既定的電壓或輸出功率，因此必須實(shí)現模塊的低成本化。

　　LIC可由以下3點(diǎn)來(lái)削減模塊成本：①單元單體的電壓較高，可減少單元數量；②高溫耐久性出色，設置條件比較寬松；③可削減管理成本。

　　關(guān)于①，制成既定電壓的模塊時(shí)，單元電壓越高，使用的單元數量越少。例如，電壓為300V時(shí)，需要120個(gè)EDLC的2.5V單元，而使用LIC的3.8V單元只需80個(gè)即可。

　　由于②的特性，可在比較廣泛的溫度條件下使用。像LIB那樣，需要進(jìn)行非常嚴密的溫度管理時(shí)，則設置場(chǎng)所會(huì )受限。但如果高溫耐久性出色，可放寬對溫度環(huán)境的限制，因此設置場(chǎng)所的自由度較高，能為削減成本做出貢獻。

　?、鄣墓芾沓杀?，是指蓄電元器件的管理系統“Battery Management System（BMS）”相關(guān)的成本。LIB等充電電池的充放電曲線(xiàn)會(huì )隨著(zhù)電流值和溫度環(huán)境發(fā)生巨大變化，因此為管理充電狀態(tài)，BMS會(huì )花費成本。

　　LIC如圖3所示，充放電曲線(xiàn)的斜率不會(huì )隨著(zhù)電流值發(fā)生大幅變化。這種趨勢也不會(huì )隨溫度而變化，只需管理電壓就能掌握充電狀態(tài)，因此可降低BMS的成本。

圖3：即使電流值發(fā)生變化也容易管理充電狀態(tài)的LIC

　　LIC即使輸入輸出時(shí)的電流值發(fā)生大幅變化，其斜率也不會(huì )改變，因此可輕松管理單元的充電狀態(tài)。

　　電力再生市場(chǎng)占LIC的一大半市場(chǎng)

　　以上介紹了LIC的一般特征，下面將介紹我們開(kāi)發(fā)的LIC——EneCapTen的特征（圖4）。EneCapTen的單元采用重視散熱性的層壓構造，可進(jìn)行大電力的充放電。壽命極長(cháng)，達到10萬(wàn)次以上。另外，考慮到環(huán)境負荷，沒(méi)有使用鉛等重金屬。

圖4：FDK開(kāi)發(fā)的LIC“EneCapTen”

　　單元采用層壓構造（a）。45V模塊由12個(gè)單元構成（b）。

　　模塊將根據用戶(hù)的性能參數設計。此外，表2所示的通用模塊現已上市，用于混合動(dòng)力車(chē)的4000F單元現正在開(kāi)發(fā)中。

　　目前，LIC的主要用途有以下四方面：①瞬低補償裝置和UPS（不間斷電源）等備用（Backup）市場(chǎng)；②混合動(dòng)力車(chē)、起重機及建筑機械等電力再生市場(chǎng)；③太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等負荷平均化市場(chǎng)；④混合動(dòng)力車(chē)和復印機等電力輔助市場(chǎng)。

　　其中，市場(chǎng)規模最大的是電力再生市場(chǎng)，估計將占一半以上。不過(guò)，預計今后隨著(zhù)智能電網(wǎng)領(lǐng)域的擴大，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等負荷平均化用途也將形成一個(gè)巨大的市場(chǎng)。

　　作為瞬低補償裝置

　　我們開(kāi)發(fā)的LIC已經(jīng)在瞬低補償裝置和太陽(yáng)能發(fā)電負荷平均化等領(lǐng)域得到了采用。例如，瞬低補償裝置不同于可供應5分鐘以上電力的UPS，可針對在1分鐘以?xún)鹊亩虝r(shí)間內發(fā)生的電力下降供給電力?！　DLC由于容量較小，最多只能補償雷電造成的數ms左右的瞬時(shí)電壓下降。而LIC的容量比較大，可用于電力公司自動(dòng)供電導致的停電以及從常用線(xiàn)路切換為備用線(xiàn)路時(shí)的停電等數秒左右的電壓下降（表3）。

　　瞬低補償裝置并非設置在每臺設備上，而是通過(guò)統一補償整個(gè)工廠(chǎng)，從而可降低管理成本。瞬低補償裝置目前仍以鉛蓄電池為主流，但鉛蓄電池的漏電流大，需要花費成為來(lái)維持電壓，因此今后有望被LIC取代。

　　正在海島上做驗證試驗

　　作為太陽(yáng)能發(fā)電負荷平均化的應用事例，在日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的“平成21年度海島獨立型系統新能源導入驗證事業(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（圖5）。

圖7：用于多良間島的太陽(yáng)能發(fā)電負荷平均化（點(diǎn)擊放大）

　　沖繩電力在多良間島設置了230kW的太陽(yáng)能發(fā)電設備，在實(shí)施使用LIC的負荷平均化驗證試驗。（攝影：沖繩電力）

　　海島上存在的問(wèn)題有用柴油發(fā)動(dòng)機發(fā)電的發(fā)電成本高和需要為減輕環(huán)境負荷而削減CO2排放量等。作為對策，通過(guò)導入太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，在減少柴油發(fā)動(dòng)機發(fā)電用燃料的運輸量的同時(shí)，還可削減CO2排放量。另外，由于海島上使用的是獨立的小規模系統，可作為微型智能電網(wǎng)驗證，因此已經(jīng)開(kāi)始了驗證試驗。

　　與鉛蓄電池組合使用

　　我們認為，包括怠速停止系統（ISS）在內的混合動(dòng)力車(chē)市場(chǎng)今后非常有潛力。電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē)等需要一定能量容量的汽車(chē)無(wú)疑最適合使用LIB。然而，對混合動(dòng)力車(chē)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（表4）。

　　具體地，我們打算在配備ISS的車(chē)輛上將其與鉛蓄電池組合使用。ISS可發(fā)揮兩個(gè)作用：①在發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)器供電；②在發(fā)動(dòng)機停止時(shí)及發(fā)電停止時(shí)供電。

　　關(guān)于①向啟動(dòng)器供電，采用LIC可代替鉛蓄電池供給大電力。鉛蓄電池如果反復以大電力放電，會(huì )加速劣化。因此，通過(guò)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(dòng)而劣化。

　　在鉛蓄電池上并聯(lián)我們的LIC時(shí)的電流和電壓變化如圖6所示。試驗條件參考了混合動(dòng)力車(chē)的實(shí)車(chē)行駛模擬模式。從結果可知，較大電流的變動(dòng)LIC會(huì )予應對，鉛蓄電池不會(huì )發(fā)生大變動(dòng)。

圖9：以L(fǎng)IC應對較大的輸出變動(dòng)

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

　　另外，②的發(fā)動(dòng)機停止時(shí)和發(fā)電停止時(shí)向車(chē)載電裝品供電很重要。汽車(chē)一般以發(fā)動(dòng)機的皮帶驅動(dòng)發(fā)電機轉動(dòng)獲得能量，因此發(fā)電機直接與燃效相關(guān)。所以，采用使發(fā)電機脫離動(dòng)力源的構造，可實(shí)現具有出色燃效的車(chē)輛。

　　不過(guò)，即使發(fā)電機脫離動(dòng)力源，助力方向盤(pán)等電裝品也需要較大的電力。因此認為，不僅是鉛蓄電池，還要追加LIC，方可實(shí)現大電力的供給。