電動(dòng)汽車(chē)儲能及充放電相關(guān)技術(shù)

隨著(zhù)我國社會(huì )和經(jīng)濟的發(fā)展,家用汽車(chē)將不斷普及,汽車(chē)的能耗和排放將不斷增加,因此研制和推廣清潔高效的汽車(chē)動(dòng)力同樣勢在必行。電動(dòng)汽車(chē)可以不依賴(lài)石油資源,能源效率是傳統燃油汽車(chē)的1.5~2.0倍,與燃油汽車(chē)相比在全壽命周期可以減排20%的二氧化碳,因此被認為是目前最有發(fā)展潛力的交通工具。我國已經(jīng)把發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)列入“十二五”規劃,準備在今后的幾年內大規模發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。

　　1電動(dòng)汽車(chē)種類(lèi)

　　通常,電動(dòng)汽車(chē)有純電動(dòng)汽車(chē)(PureElectricVehicle,PEV)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HybridElectricVehicle,HEV)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FuelCellElectricVehicles,FCEV)三種類(lèi)型,近幾年混合動(dòng)力汽車(chē)中的外接充電式(Plug-In)混合動(dòng)力汽車(chē)(ParallelHybridElectricVehicle,PHEV)特別受到關(guān)注,國內外專(zhuān)家認為,PHEV有望在幾年后得到廣泛的推廣使用。

　　1.1純電動(dòng)汽車(chē)

　　純電動(dòng)汽車(chē)是指完全由動(dòng)力蓄電池提供電力驅動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē),見(jiàn)圖1,目前主要采用鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池作為驅動(dòng)力。

　　鉛酸電池是非常成熟的蓄電池,價(jià)格比較便宜,雖然鉛酸電池的制造和廢棄存在著(zhù)重金屬污染的嚴重缺點(diǎn),但是在近階段還是電動(dòng)汽車(chē)的重要驅動(dòng)電力。

　　鎳氫電池的比能量高、使用壽命長(cháng),但是鎳氫電池需要采用高價(jià)的鎳金屬(占成本的60%),因此制造成本較高,大量推廣遇到很大困難。

　　鋰離子電池技術(shù)發(fā)展很快,近10年來(lái)比能量已經(jīng)從100Wh/kg增加到了180Wh/kg,比功率可達2kW/kg,循環(huán)壽命達1000次以上,工作溫度范圍達-40~55℃。近年由于磷酸鐵鋰離子電池的研發(fā)有重大突破,又大大提高了電池的安全性,因此目前已有許多發(fā)達國家將鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池的主攻方向。我國擁有鋰資源優(yōu)勢,2004年鋰電池產(chǎn)量已占全球市場(chǎng)的37.1%,預計到2015年以后,鋰離子電池的性?xún)r(jià)比有望達到可以和鉛酸電池競爭的水平,而成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的主要動(dòng)力電池。

　　根據能量轉換效率,可以對純電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的經(jīng)濟性進(jìn)行粗略的比較。假設電池最高可充電荷電狀態(tài)(StateOfCharge,SOC)為0.9,放電SOC為0.2,即實(shí)際可用的電池容量?jì)H占總容量的70%;由電網(wǎng)供電價(jià)為0.5元/kWh,電池的平均充放電效率為0.75。粗略計算,鉛酸電池每提供1kWh電能,價(jià)格為3.05元左右(其中2.38元為電池折舊費,0.67元為電網(wǎng)供電費),鎳氫電池每提供1kWh電能,費用為9.6元,鋰離子電池為10.2元。

　　1.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)

　　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)具備兩個(gè)以上動(dòng)力源,其中有一個(gè)可以釋放電能,見(jiàn)圖2。

　　混合動(dòng)力汽車(chē)按混合方式不同,可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種;按混合度(電機功率與內燃機功率之比)的不同,又可分為微混合、輕度混合和全混合三種。其中外掛式皮帶驅動(dòng)啟動(dòng)/發(fā)電(BSG)式是微混合動(dòng)力汽車(chē)的典型結構,所用的電機功率一般僅2~3kW,具有發(fā)動(dòng)機的停車(chē)斷油功能,可節燃油5%~7%。輕度混合動(dòng)力汽車(chē)的典型結構,在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸后端加裝一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電型盤(pán)式電機(ISG)。全混合或混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)采用純電力驅動(dòng)功能,豐田公司的Prius轎車(chē)即屬于這類(lèi)全混合汽車(chē)。目前我國研制的混合動(dòng)力汽車(chē),大多采用ISG輕度混合或BSG微混合方案,主要是考慮這兩種方案的技術(shù)難度較小,生產(chǎn)成本也較低。但是根據研究表明,混合動(dòng)力汽車(chē)的節油率幾乎與汽車(chē)功率的混合度成正比,因此從長(cháng)遠來(lái)看和推廣發(fā)展全混合電動(dòng)汽車(chē)是一種必然趨勢。日本豐田公司在1997年率先向市場(chǎng)推出先驅者(Prius)混合動(dòng)力汽車(chē),并在日本、美國和歐洲各國市場(chǎng)上均獲得較大成功,累計產(chǎn)銷(xiāo)量已超過(guò)60萬(wàn)輛。隨后日本本田、美國福特、通用和歐洲一些大公司,也紛紛向市場(chǎng)推出各種類(lèi)型的混合動(dòng)力汽車(chē)。

　　外接充電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV)作為最新一代的混合動(dòng)力汽車(chē)類(lèi)型,近年來(lái)受到各國政府、汽車(chē)企業(yè)和研究機構的普遍關(guān)注。PHEV在混合動(dòng)力汽車(chē)中采用大容量的動(dòng)力電池,電池容量一般為5~10kWh,約是純電動(dòng)汽車(chē)電池容量的30%~50%,是一般混合動(dòng)力汽車(chē)電池容量的3~5倍,因此可以說(shuō)是一種介于混合動(dòng)力汽車(chē)與純電動(dòng)汽車(chē)之間的過(guò)渡性產(chǎn)品。與傳統的內燃機汽車(chē)和一般混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)相比,PHEV更多依賴(lài)動(dòng)力電池驅動(dòng)汽車(chē),通?？梢员ＷC車(chē)輛采用純電動(dòng)驅動(dòng)行駛50~90km,只有當汽車(chē)超過(guò)這一里程后才需要啟動(dòng)內燃機。因此它的燃油經(jīng)濟性進(jìn)一步提高,二氧化碳和氮氧化物排放更少。

　　據統計:法國城鎮居民的用車(chē),80%的日均駕車(chē)里程少于50km;在美國,汽車(chē)駕駛者的用車(chē)也有60%以上日均行駛里程少于50km,80%以上日均行駛里程少于90km。因此PHEV有很好的適用性,特別適合于一周5天駕車(chē)上下班,行駛里程50~90km之間的工薪族使用。