電動汽車儲能及充放電相關技術

隨著我國社會和經濟的發(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力同樣勢在必行。電動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,因此被認為是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ慕煌üぞ摺Ｎ覈呀洶寻l(fā)展電動汽車列入“十二五”規(guī)劃,準備在今后的幾年內大規(guī)模發(fā)展電動汽車。

　　1電動汽車種類

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

　　1.1純電動汽車

　　純電動汽車是指完全由動力蓄電池提供電力驅動的電動汽車,見圖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力。

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

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

　　鋰離子電池技術發(fā)展很快,近10年來比能量已經從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汽車用動力電池的主攻方向。我國擁有鋰資源優(yōu)勢,2004年鋰電池產量已占全球市場的37.1%,預計到2015年以后,鋰離子電池的性價比有望達到可以和鉛酸電池競爭的水平,而成為未來電動汽車的主要動力電池。

　　根據能量轉換效率,可以對純電動汽車和燃油汽車的經濟性進行粗略的比較。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,即實際可用的電池容量僅占總容量的70%;由電網供電價為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,價格為3.05元左右(其中2.38元為電池折舊費,0.67元為電網供電費),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混合動力電動汽車

　　混合動力電動汽車具備兩個以上動力源,其中有一個可以釋放電能,見圖2。

　　混合動力汽車按混合方式不同,可分為串聯式、并聯式和混聯式三種;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啟動/發(fā)電(BSG)式是微混合動力汽車的典型結構,所用的電機功率一般僅2~3kW,具有發(fā)動機的停車斷油功能,可節(jié)燃油5%~7%。輕度混合動力汽車的典型結構,在汽車發(fā)動機曲軸后端加裝一個電動/發(fā)電型盤式電機(ISG)。全混合或混聯式混合動力汽車采用純電力驅動功能,豐田公司的Prius轎車即屬于這類全混合汽車。目前我國研制的混合動力汽車,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難度較小,生產成本也較低。但是根據研究表明,混合動力汽車的節(jié)油率幾乎與汽車功率的混合度成正比,因此從長遠來看和推廣發(fā)展全混合電動汽車是一種必然趨勢。日本豐田公司在1997年率先向市場推出先驅者(Prius)混合動力汽車,并在日本、美國和歐洲各國市場上均獲得較大成功,累計產銷量已超過60萬輛。隨后日本本田、美國福特、通用和歐洲一些大公司,也紛紛向市場推出各種類型的混合動力汽車。

　　外接充電式混合動力汽車(PHEV)作為最新一代的混合動力汽車類型,近年來受到各國政府、汽車企業(yè)和研究機構的普遍關注。PHEV在混合動力汽車中采用大容量的動力電池,電池容量一般為5~10kWh,約是純電動汽車電池容量的30%~50%,是一般混合動力汽車電池容量的3~5倍,因此可以說是一種介于混合動力汽車與純電動汽車之間的過渡性產品。與傳統(tǒng)的內燃機汽車和一般混合動力汽車(HEV)相比,PHEV更多依賴動力電池驅動汽車,通?？梢员ＷC車輛采用純電動驅動行駛50~90km,只有當汽車超過這一里程后才需要啟動內燃機。因此它的燃油經濟性進一步提高,二氧化碳和氮氧化物排放更少。

　　據統(tǒng)計:法國城鎮(zhèn)居民的用車,80%的日均駕車里程少于50km;在美國,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。