微功耗清潔能源存貯系統(tǒng)

圖10是電動轎車96V鋰離子動力電池組充電電壓的仿真波形，單體電池26個，端電壓3.7V，26個單體電池端電壓從2V到3.3V不等，依次相差0.05V，充電終了時，每個單體電池端電壓完全相等，都等于與每個單體電池并聯(lián)的穩(wěn)壓電源輸出電壓的設(shè)定值3.75V。單體電池充電終止端電壓，等于與其并聯(lián)的并聯(lián)穩(wěn)壓電路輸出電壓的設(shè)定值，此設(shè)定值可以人為調(diào)整，所以單體電池充電終止端電壓可以人為控制，電動轎車96V鋰離子動力電池組的充電電路參考文獻(xiàn)[5]。

電動轎車采用三相電機(jī)驅(qū)動，則鋰離子動力電池組端電壓為288V，需3.7V單體電池78個串聯(lián)，充電電路略顯復(fù)雜，但由于整個充電電路完全由相同的簡單電路級聯(lián)而成，且無大電流、高電壓開關(guān)的通斷操作，實(shí)現(xiàn)起來非常容易，具體電路和仿真波形參考文獻(xiàn)[5]{5}。

圖10 電動轎車96V鋰離子動力電池組充電電壓的仿真波形

6 蓄電池特性的選擇

6.1 普通鉛酸蓄電池

免維護(hù)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)，由于自身結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，在使用壽命期間基本不需要補(bǔ)充蒸餾水，具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小等特點(diǎn)，采用鉛鈣合金柵架后，充電時產(chǎn)生的水分解量少，水份蒸發(fā)量低，加上外殼采用密封結(jié)構(gòu)，釋放出來的硫酸氣體也很少，所以它與傳統(tǒng)蓄電池相比，具有不需添加任何液體，對接線樁頭、電線腐蝕少，抗過充電能力強(qiáng)，起動電流大，電量儲存時間長等優(yōu)點(diǎn)。

因此，免維護(hù)鉛酸蓄電池相對于一般蓄電池有非常大的優(yōu)勢，但在使用過程中會發(fā)生減液現(xiàn)象，這是因為柵架上的銻會污染負(fù)極板上的海綿狀純鉛，完全充電后蓄電池內(nèi)的反電動勢，造成水的過度分解，大量氧氣和氫氣分別從正負(fù)極板上逸出，使電解液減少。由于其結(jié)構(gòu)上的原因，正常使用中，只能以3C以下倍率充電、放電，其比能量、比功率、循環(huán)壽命等難以適應(yīng)電動汽車、智能電網(wǎng)、清潔能源系統(tǒng)儲能等領(lǐng)域的時代要求。

6.2 鋰離子動力蓄電池

鋰離子蓄電池對充放電的要求，與鉛酸等可逆電化學(xué)反應(yīng)類蓄電池完全不同。由于鋰離子蓄電池成組應(yīng)用技術(shù)、系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵零部件及產(chǎn)品研究，嚴(yán)重滯后于鋰離子蓄電池的發(fā)展，電池成組后發(fā)生過充電、過放電、超溫和過流等問題，致使成組鋰離子蓄電池使用壽命大幅縮短，安全性大幅下降，甚至發(fā)生燃燒、爆炸等惡性事故，已經(jīng)成為制約鋰離子蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題，也是當(dāng)前節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

我國電動汽車技術(shù)發(fā)展到今天，在車用動力電池、電機(jī)、電傳動等領(lǐng)域，已經(jīng)取得了一批不錯的成果。車用動力電池技術(shù)雖然還不是很成熟，但發(fā)展的速度與發(fā)達(dá)國家相比并不算慢。對電池單體進(jìn)行測量時，顯示出的各項指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計要求。但是，真正集成為一個動力總成，或者集成到整車上的時候，卻發(fā)現(xiàn)與單體測量時的情況有很大出入。車用動力電池總成并非將一個個單體電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起就行了那么簡單。將數(shù)10個甚至上百個電池集成在一起，并將它們集成到車上，在世界范圍內(nèi)都是一項高新技術(shù)，絕不是看起來那么容易的事情，有能力解決這一難題的單位或個人也不是太多。鋰離子蓄電池系統(tǒng)主要包括電池系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和維護(hù)管理系統(tǒng)，是一個函括多個技術(shù)領(lǐng)域和行業(yè)的高技術(shù)集成系統(tǒng){6}。

綜上所述，就目前電力電子技術(shù)而論，鋰離子動力電池的應(yīng)用仍處于研發(fā)階段，還沒有形成一個商業(yè)運(yùn)營的系統(tǒng)，在可預(yù)見的將來，也不可能形成市場。

6.3 千網(wǎng)水平蓄電池

鑒于世界能源危機(jī)即將來臨，鑒于千網(wǎng)水平蓄電池相對于傳統(tǒng)蓄電池的強(qiáng)大優(yōu)勢，鑒于鋰離子動力電池應(yīng)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀，現(xiàn)在正是千網(wǎng)水平蓄電池異軍突起的大好時機(jī)。全世界生產(chǎn)千網(wǎng)水平蓄電池只有兩個地方，一個在美國，一個在包頭，但市場需求卻是無限的，電動汽車動力、智能電網(wǎng)貯能、清潔能源系統(tǒng)貯能等等，這些都關(guān)系到一個國家的戰(zhàn)略、命運(yùn)、未來，千網(wǎng)水平蓄電池能在包頭落地生根，則中國幸甚，人民幸甚。

表1 千網(wǎng)水平電池與傳統(tǒng)電池比較

千網(wǎng)水平蓄電池具有以下的優(yōu)勢。

⑴ 因為極板采用水平放置，可以避免電池的電解液濃度差的極化現(xiàn)象，而電解液濃度差的極化現(xiàn)象是傳統(tǒng)鉛蓄電池容量下降及壽命縮短的主要原因之一。

⑵ 極板陰陽直接連通，因此內(nèi)阻小，極板活物質(zhì)利用比較均勻，且節(jié)省極群并聯(lián)鉛材，大電流放電，電壓降比較小。