電動汽車儲能及充放電相關(guān)技術(shù)

隨著我國社會和經(jīng)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(rèn)為是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ慕煌üぞ?。我國已?jīng)把發(fā)展電動汽車列入“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(guān)注,國內(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純電動汽車

　　純電動汽車是指完全由動力蓄電池提供電力驅(qū)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(qū)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(yán)重缺點,但是在近階段還是電動汽車的重要驅(qū)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(shù)發(fā)展很快,近10年來比能量已經(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(chǎn)量已占全球市場的37.1%,預(yù)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(jù)能量轉(zhuǎn)換效率,可以對純電動汽車和燃油汽車的經(jīng)濟性進行粗略的比較。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,即實際可用的電池容量僅占總?cè)萘康?0%;由電網(wǎng)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(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(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種;按混合度(電機功率與內(nèi)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(qū)動啟動/發(fā)電(BSG)式是微混合動力汽車的典型結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),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(lián)式混合動力汽車采用純電力驅(qū)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(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(qū)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(chǎn)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(gòu)的普遍關(guān)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(chǎn)品。與傳統(tǒng)的內(nèi)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(qū)動汽車,通?？梢员ＷC車輛采用純電動驅(qū)動行駛50~90km,只有當(dāng)汽車超過這一里程后才需要啟動內(nèi)燃機。因此它的燃油經(jīng)濟性進一步提高,二氧化碳和氮氧化物排放更少。

　　據(jù)統(tǒng)計:法國城鎮(zhèn)居民的用車,80%的日均駕車?yán)锍躺儆?0km;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。