電動(dòng)汽車儲(chǔ)能及充放電相關(guān)技術(shù)

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,家用汽車將不斷普及,汽車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動(dòng)力同樣勢(shì)在必行。電動(dòng)汽車可以不依賴石油資源,能源效率是傳統(tǒng)燃油汽車的1.5~2.0倍,與燃油汽車相比在全壽命周期可以減排20%的二氧化碳,因此被認(rèn)為是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ慕煌üぞ?。我?guó)已經(jīng)把發(fā)展電動(dòng)汽車列入“十二五”規(guī)劃,準(zhǔn)備在今后的幾年內(nèi)大規(guī)模發(fā)展電動(dòng)汽車。

　　1電動(dòng)汽車種類

　　通常,電動(dòng)汽車有純電動(dòng)汽車(PureElectricVehicle,PEV)、混合動(dòng)力汽車(HybridElectricVehicle,HEV)、燃料電池電動(dòng)汽車(FuelCellElectricVehicles,FCEV)三種類型,近幾年混合動(dòng)力汽車中的外接充電式(Plug-In)混合動(dòng)力汽車(ParallelHybridElectricVehicle,PHEV)特別受到關(guān)注,國(guó)內(nèi)外專家認(rèn)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

　　純電動(dòng)汽車是指完全由動(dòng)力蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車,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(qū)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重金屬污染的嚴(yán)重缺點(diǎn),但是在近階段還是電動(dòng)汽車的重要驅(qū)動(dòng)電力。

　　鎳氫電池的比能量高、使用壽命長(zhǎng),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(dá)2kW/kg,循環(huán)壽命達(dá)1000次以上,工作溫度范圍達(dá)-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(dá)國(guó)家將鋰離子電池作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的主攻方向。我國(guó)擁有鋰資源優(yōu)勢(shì),2004年鋰電池產(chǎn)量已占全球市場(chǎng)的37.1%,預(yù)計(jì)到2015年以后,鋰離子電池的性價(jià)比有望達(dá)到可以和鉛酸電池競(jìng)爭(zhēng)的水平,而成為未來(lái)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄姵亍?/p>

　　根據(jù)能量轉(zhuǎn)換效率,可以對(duì)純電動(dòng)汽車和燃油汽車的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行粗略的比較。假設(shè)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?jī)H占總?cè)萘康?0%;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(jì)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(fèi),0.67元為電網(wǎng)供電費(fèi)),鎳氫電池每提供1kWh電能,費(fèi)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

　　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具備兩個(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(jī)功率與內(nèi)燃機(jī)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(qū)動(dòng)啟動(dòng)/發(fā)電(BSG)式是微混合動(dòng)力汽車的典型結(jié)構(gòu),所用的電機(jī)功率一般僅2~3kW,具有發(fā)動(dòng)機(jī)的停車斷油功能,可節(jié)燃油5%~7%。輕度混合動(dòng)力汽車的典型結(jié)構(gòu),在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端加裝一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電型盤式電機(jī)(ISG)。全混合或混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車采用純電力驅(qū)動(dòng)功能,豐田公司的Prius轎車即屬于這類全混合汽車。目前我國(guó)研制的混合動(dòng)力汽車,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(jù)研究表明,混合動(dòng)力汽車的節(jié)油率幾乎與汽車功率的混合度成正比,因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看和推廣發(fā)展全混合電動(dòng)汽車是一種必然趨勢(shì)。日本豐田公司在1997年率先向市場(chǎng)推出先驅(qū)者(Prius)混合動(dòng)力汽車,并在日本、美國(guó)和歐洲各國(guó)市場(chǎng)上均獲得較大成功,累計(jì)產(chǎn)銷量已超過(guò)60萬(wàn)輛。隨后日本本田、美國(guó)福特、通用和歐洲一些大公司,也紛紛向市場(chǎng)推出各種類型的混合動(dòng)力汽車。

　　外接充電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)作為最新一代的混合動(dòng)力汽車類型,近年來(lái)受到各國(guó)政府、汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的普遍關(guān)注。PHEV在混合動(dòng)力汽車中采用大容量的動(dòng)力電池,電池容量一般為5~10kWh,約是純電動(dòng)汽車電池容量的30%~50%,是一般混合動(dòng)力汽車電池容量的3~5倍,因此可以說(shuō)是一種介于混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車之間的過(guò)渡性產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車和一般混合動(dòng)力汽車(HEV)相比,PHEV更多依賴動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)汽車,通?？梢员ＷC車輛采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)行駛50~90km,只有當(dāng)汽車超過(guò)這一里程后才需要啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。因此它的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高,二氧化碳和氮氧化物排放更少。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì):法國(guó)城鎮(zhèn)居民的用車,80%的日均駕車?yán)锍躺儆?0km;在美國(guó),汽車駕駛者的用車也有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天駕車上下班,行駛里程50~90km之間的工薪族使用。