近年來，以節省燃油消耗與降低二氧化碳排放為目的的混合動力汽車（HEV）保有量不斷增加，從乘用車到公共交通領域，都已經實現了成批量的應用。1997年正式面世的豐田普瑞斯混合動力轎車至今已經實現了全球累積287萬輛的銷量；在歐洲，混合動力公交客車已經在倫敦、巴塞羅那等城市運營；在國內公共交通領域，混合動力公交客車在各示范運營城市的保有量也已經占到了“十城千輛工程”示范車輛總量的85％以上。混合動力汽車可使用更小排量的發動機，在汽車怠速等情況下關閉發動機，采用電池或電容作為儲能單元回收制動能量，更加有效地提高燃油經濟性；與純電動汽車相比，電機功率較小，可以減少車載動力電池組容量，續駛里程長。而插電式混合動力汽車（PHEV）采用較大容量的電池組，車輛的純電動行駛里程更長，更為節能，也是國家《節能與新能源產業規劃（2012-2020）》中提到的與純電動汽車并列的發展對象。
在混合動力技術的發展過程中，隨著系統對儲能系統要求的不斷提高，儲能單元也經歷了從鉛酸電池、鎳氫電池、超級電容到鋰離子電池的歷程。目前，混合動力汽車尤其是插電式混合動力汽車，大多采用鋰離子電池作為儲能系統，而超級電容在混合動力公交客車領域也有著較為廣泛的應用。

1. 混合動力汽車與插電式混合動力汽車對儲能系統的要求
動力電池是混合動力汽車的基本儲能單元，其性能直接影響到驅動電機的性能，從而影響整車性能。混合動力汽車上的動力電池其使用情況不同于純電動汽車，在工作時，動力電池常處于非周期性的充放電循環中，而且通常裝載的電池組容量較小，要求電池的充放電倍率和效率高，需要電池有較高的比功率密度（W/Kg）；同時，混合動力汽車需要頻繁地對電池進行充電與放電，意味著電池的充放次數較多，對電池在大充放倍率下的循環壽命也有更高的要求。對插電式混合動力汽車而言，由于同時具有純電動行駛工況以及混合動力行駛工況，對電池的比能量密度（Wh/Kg）與比功率密度均有要求。

2. 常用儲能單元
a. 鎳氫電池
在鋰離子電池大規模應用以前，混合動力汽車上的電池系統大多為鎳氫電池，國內的混合動力公交客車在初期也都使用鎳氫電池作為儲能單元。鎳氫電池相對鉛酸電池而言，具有可大倍率充放，循環壽命更好的特點，同時比功率密度也更高。然而，在混合動力工況下電池的充放電倍率較高，電池的溫度極容易升高，鎳氫電池在環境溫度高于35攝氏度時，綜合效率大大降低，更嚴重的問題是高溫下氧的析出更容易，導致電池充電的庫倫效率大大降低，在45攝氏度下，高功率的鎳氫電池充電效率只有30％左右，在這種狀態下其自放電也會加劇，這些都是目前不太容易解決的難題。除此以外，混合動力汽車用鎳氫電池組的“記憶效應”、循環壽命、熱管理、以及電池組管理等方面也都存在著較難解決的問題，因此隨著鋰離子電池的技術更新，鎳氫電池正逐漸淡出混合動力汽車市場。
b.超級電容
超級電容是一種電容量可達數千法拉的電容器，理論的充放電循環壽命非常長，一般來說可以達到50萬次或9萬小時；超級電容可以在數十秒到數分鐘內快速充電，同時也可以提供很高的放電電流，一般的蓄電池很難達到這樣的要求。超級電容一個較大的缺點是其能量密度很低，一般為蓄電池的5％或者更低，使用超級電容的混合動力公交客車，由于裝配的電能少，在山地城市或者頻繁起步加速的場合，常常出現電能耗盡的情況，影響了車輛動力及節油率。同時，目前其價格也是一個瓶頸。
由于體積能量密度不高，目前超級電容大多使用在混合動力公交客車上，而在能量密度需求較高的插電式混合動力公交客車以及混合動力乘用車上的應用沒有實際的應用案例。
c. 鋰離子電池
鋰離子電池具有比鎳氫電池更高的電壓平臺、能量密度、功率密度以及更長的循環壽命；相對超級電容更高的能量密度與性價比，在混合動力汽車與插電式混合動力汽車上具有良好的應用前景。在國內，目前使用鋰離子電池較多的是混合動力城市公交客車，盡管相對鎳氫電池來說在性能上已經有了很大的提升，然而由于混合動力工況的條件嚴苛，在高充放電倍率以及高溫的考驗下，鋰離子電池系統的壽命以及在極端情況下的安全問題均面臨挑戰，電池廠商也在積極尋找更適用的鋰離子電池。

3. LpTO鋰離子電池及其在混合動力汽車與插電式混合動力汽車的應用前景
鈦酸鋰（LTO）材料用于電池開發始于上世紀90年代，其作為負極材料應用，相對碳負極有較大的優勢，近年來受到很大的關注。LTO是一種零應變材料，鋰離子在嵌入與脫出時晶格常數與體積變化都很小，使得其具備極優的循環性能。LTO材料不與電解液發生反應，無SEI膜形成；更重要的在于LTO的電勢比鋰金屬高，不易析出鋰枝晶，使得其相對石墨負極的鋰離子電池具有更高的安全性能。微宏對現有LTO材料進行改性，并同時對正極材料、隔膜以及電解液進行了相應的改性開發，經過系統整合，開發出了更安全與超長循環壽命的LpTO電池。

a. 參考國內知名廠家混合動力鎳氫電池數據
b. 參考韓國知名廠家混合動力用超級電容數據
c. 參考國內知名廠家混合動力用磷酸鐵鋰電池數據
d. 6C充/6C放，100％DOD，室溫循環至80％
表1. LpTO電池與其他混合動力汽車用儲能單元主要性能參數對比

表1列出了常用的幾種混合動力汽車用儲能單元的主要性能參數對比。總的來說，LpTO電池技術應用在混合動力與插電式混合動力汽車領域有以下的優勢：
1) 高倍率充放條件下的長循環壽命，可與車輛同使用壽命；
2) 具備較高的功率密度，同時滿足混合動力與插電式混合動力對電池組能量密度的要求；
3) 更安全的負極材料使得電池組整體安全程度更高。
4) 能夠經濟地滿足車輛動力需求及能量回收的各種復雜工況；
5) 更低的系統成本。
相對與磷酸鐵鋰電池而言，LpTO電池具有高倍率充放電條件下十倍的循環壽命、更高的低溫充放電效率以及更高的安全性能。長循環壽命使得電池組可以與車輛同壽命，降低車輛的后期維護成本。相對超級電容而言LpTO電池具有十倍以上的能量密度，可避免出現山地及頻繁起步加速時電能容易耗盡的情況，同時相對更低的成本也增加了其競爭力。
目前，LpTO電池已經批量應用在插電式混合動力公交客車上。表2列出了一款采用LpTO電池的12米插電式混合動力公交客車的基本參數，這款車型可采用集電弓從車頂充電，利用電池可快速充電的特性，在車輛停靠的間隙充電，充分利用純電模式行駛，以達到高節油率的目標。自2012年4月份以來，這款車已經在重慶投放運營300余輛，到2012年年底總量將達到500輛。

表2. 一款采用LpTO電池組的插電式混合動力公交客車基本參數

圖1.裝配LpTO電池組，采用集電弓快速充電的插電式混合動力公交客車

4. 小結
混合動力汽車與插電式混合動力汽車相對純電動汽車而言較低的初始投入與更低的燃油消耗，正受到市場的青睞。隨著電池技術的不斷進步，新的LpTO電池可以快速充電與放電，同時具備超長的使用壽命，可達到與車輛同壽命，兼顧鋰離子電池與超級電容的優點，這能夠彌補現有鋰離子電池體系在使用壽命、安全方面的不足，同時具有比超級電容更高的能量密度與性價比，是混合動力汽車與插電式混合動力汽車儲能系統更佳的選擇。
LpTO電池組已在重慶經過長時間嚴冬與酷暑的嚴格考驗，在快速充電純電動公交客車上單車累積里程超過60,000Km，循環次數超過2,500次。其在插電式混合動力公交客車上也正開始規模化的應用。