綠色革命可(ke)(ke)(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)不(bu)久就將(jiang)迎來一場重大勝利。在(zai)大規模的(de)(de)(de)電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)成(cheng)為“可(ke)(ke)(ke)(ke)儲(chu)存(cun)”和(he)“便攜式”能(neng)(neng)(neng)(neng)源之時，能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)效率將(jiang)獲得(de)顯著改善(shan)，而且(qie)可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)(de)推(tui)動工(gong)作也(ye)將(jiang)取得(de)進展(zhan)。可(ke)(ke)(ke)(ke)儲(chu)存(cun)性和(he)便攜性是(shi)液(ye)(ye)體燃(ran)料(liao)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)優勢，而通過(guo)電(dian)池系統提供的(de)(de)(de)電(dian)力(li)則擁有提供一種(zhong)可(ke)(ke)(ke)(ke)行(xing)替代方案(an)的(de)(de)(de)潛力(li)。電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)可(ke)(ke)(ke)(ke)在(zai)幾乎所有的(de)(de)(de)耗能(neng)(neng)(neng)(neng)設備中使用(yong)，而且(qie)，電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)也(ye)可(ke)(ke)(ke)(ke)以從幾乎所有的(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)源來產生。核能(neng)(neng)(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)液(ye)(ye)體燃(ran)料(liao)(汽(qi)油(you)、柴油(you)、乙(yi)醇、氫等(deng)等(deng))都能(neng)(neng)(neng)(neng)很容易(yi)地轉換成(cheng)電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)。因(yin)此，與石油(you)燃(ran)料(liao)相比，電(dian)力(li)的(de)(de)(de)重大優勢是(shi)可(ke)(ke)(ke)(ke)以利用(yong)最(zui)具成(cheng)本效益的(de)(de)(de)解(jie)決(jue)方案(an)隨(sui)時隨(sui)地產生能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)。

       對電(dian)(dian)能的(de)(de)(de)(de)規范(fan)化(hua)可以同(tong)時實現規模經(jing)濟，并免(mian)除局部燃(ran)料消(xiao)耗所需(xu)的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎設施。優越(yue)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)能可儲存性便于(yu)發電(dian)(dian)(效率最高，且不(bu)是“按需(xu)”型的(de)(de)(de)(de))，目前(qian)的(de)(de)(de)(de)情(qing)況大(da)體如(ru)此(ci)。例如(ru)：風力發電(dian)(dian)和太陽能發電(dian)(dian)未必與峰值功率需(xu)求(qiu)模式相吻(wen)合，而可儲存特性則能緩解(jie)這個問題有所緩解(jie)。優越(yue)的(de)(de)(de)(de)便攜性允(yun)許電(dian)(dian)能作(zuo)為汽車(耗能大(da)戶(hu))的(de)(de)(de)(de)能源(yuan)。隨(sui)著時間(jian)的(de)(de)(de)(de)推移，其他傾向(xiang)于(yu)使用綠色能源(yuan)的(de)(de)(de)(de)應用肯定將(jiang)得益于(yu)此(ci)項技(ji)術。

電動汽車對電池系(xi)統的要求(qiu)

       電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)(che)為(wei)綠(lv)色(se)革命提供(gong)了一個巨(ju)大的(de)(de)(de)(de)發展機(ji)遇，原因有很(hen)多。電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)(che)采用電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)力(li)取代了燃(ran)(ran)氣動(dong)力(li)。電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)力(li)的(de)(de)(de)(de)生成效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)很(hen)高，可(ke)以從(cong)幾乎所(suo)有的(de)(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)來(lai)獲得(de)。此外，電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)使用效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)也高于燃(ran)(ran)油汽(qi)車(che)(che)(che)。大多數汽(qi)車(che)(che)(che)在(zai)(zai)運(yun)行時(shi)(shi)將經歷一個“加(jia)速、減速和空轉(zhuan)”的(de)(de)(de)(de)連(lian)續(xu)周期。相比之下，易變的(de)(de)(de)(de)負(fu)載(比如(ru)加(jia)速或減速)更有利于電(dian)(dian)(dian)動(dong)馬達(而(er)非燃(ran)(ran)油引擎)，因為(wei)它(ta)(ta)在(zai)(zai)低速條件(jian)下提供(gong)了高轉(zhuan)矩。燃(ran)(ran)油引擎的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)只在(zai)(zai)一個很(hen)窄的(de)(de)(de)(de)速度/負(fu)載范圍內(nei)達到(dao)最(zui)高，而(er)且(qie)為(wei)滿足峰值加(jia)速的(de)(de)(de)(de)需要，它(ta)(ta)必須是超大型(xing)的(de)(de)(de)(de)。用于把汽(qi)油能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)動(dong)能(neng)的(de)(de)(de)(de)引擎效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)通(tong)常為(wei) 20%，而(er)電(dian)(dian)(dian)動(dong)馬達將電(dian)(dian)(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)動(dong)能(neng)的(de)(de)(de)(de)過程中可(ke)以實現 90% 的(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)。此外，電(dian)(dian)(dian)動(dong)馬達還(huan)無(wu)須在(zai)(zai)停靠(kao)時(shi)(shi)因為(wei)空轉(zhuan)而(er)無(wu)謂(wei)地消(xiao)耗能(neng)量(liang)，而(er)且(qie)電(dian)(dian)(dian)動(dong)系(xi)統還(huan)具備通(tong)過再生制動(dong)來(lai)恢(hui)復機(ji)械(xie)能(neng)的(de)(de)(de)(de)潛(qian)力(li)。通(tong)過電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)能(neng)耗成本(ben)僅為(wei)0.013美元/英里這一事實，便能(neng)看出能(neng)量(liang)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)(de)整體(ti)改善情(qing)況。

遺(yi)憾的(de)(de)是，在(zai)現(xian)今的(de)(de)市場上(shang)，純電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)還不是一種(zhong)可(ke)行的(de)(de)解決(jue)(jue)方案，因(yin)為其行駛(shi)(shi)距離(li)(li)受限于車(che)(che)上(shang)所能儲(chu)存的(de)(de)能量。如(ru)今常(chang)見的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)組在(zai)充電(dian)(dian)8小時(shi)之后能夠(gou)讓一輛電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)行駛(shi)(shi)100英里。而一個普通(tong)的(de)(de)汽(qi)車(che)(che)油(you)箱則能為一輛標準汽(qi)車(che)(che)提供(gong)300英里的(de)(de)行駛(shi)(shi)距離(li)(li)，且只需幾分(fen)鐘的(de)(de)時(shi)間(jian)就能完成加(jia)油(you)。如(ru)果(guo)想得(de)到美國消費者的(de)(de)廣泛接受，那(nei)么電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)必須延長行駛(shi)(shi)距離(li)(li)和(he)/或縮短再充電(dian)(dian)時(shi)間(jian)。應(ying)運而生的(de)(de)解決(jue)(jue)方案是“油(you)電(dian)(dian)混合(he)動(dong)力車(che)(che)”，它把燃(ran)油(you)引(yin)(yin)(yin)擎和(he)電(dian)(dian)動(dong)傳動(dong)系統組合(he)起來，以提供(gong)足夠(gou)的(de)(de)行駛(shi)(shi)距離(li)(li)，同時(shi)仍然(ran)擁有綠色能源的(de)(de)大(da)多數好處。油(you)電(dian)(dian)混合(he)動(dong)力車(che)(che)采(cai)用車(che)(che)載燃(ran)氣引(yin)(yin)(yin)擎(用于電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian))，并(bing)在(zai)需要時(shi)在(zai)最有效的(de)(de)速(su)度/轉矩范圍(wei)內操(cao)作該引(yin)(yin)(yin)擎。

毫無疑問，電(dian)(dian)動汽(qi)車的(de)成功將有助(zhu)于(yu)(yu)其(qi)它(ta)應(ying)用(yong)(yong)的(de)高性(xing)能(neng)電(dian)(dian)池系統找到(dao)屬于(yu)(yu)自己(ji)的(de)生(sheng)存空間，從(cong)而推進其(qi)價格的(de)下降和(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)提(ti)(ti)升。對(dui)于(yu)(yu)局部發電(dian)(dian)(包(bao)括小型光(guang)伏(fu)或(huo)風力發電(dian)(dian)系統)，電(dian)(dian)池可以(yi)起到(dao)至關重要的(de)平衡作用(yong)(yong)，且當(dang)可以(yi)使(shi)用(yong)(yong)電(dian)(dian)網電(dian)(dian)力時，它(ta)還能(neng)充(chong)當(dang)一個后備電(dian)(dian)源系統。目前的(de)電(dian)(dian)池系統相當(dang)昂貴而且龐大，且存在(zai)可靠性(xing)和(he)(he)安全方面的(de)問題。下一代(dai)電(dian)(dian)池系統將提(ti)(ti)供較高的(de)能(neng)量密(mi)度，旨在(zai)實(shi)現(xian)外形較小、價格較低、可靠性(xing)和(he)(he)安全性(xing)更高的(de)解決方案。

高電壓電池組的設計挑(tiao)戰

       對于大功率電池應用而言，鋰離電池可作(zuo)為首選的(de)(de)化(hua)學(xue)電池，主要因(yin)為它的(de)(de)能量密度(du)高(gao)(gao)。當(dang)今的(de)(de)電動汽車和油電混(hun)合動力車采用的(de)(de)是(shi)NiMH電池，如果采用鋰(li)離子電池將使(shi)其能量儲(chu)存密度(du)提高(gao)(gao)400%。然(ran)而，為了使(shi)鋰(li)離子電池在多達數千次的(de)(de)充放電循環過程中保持可靠，電池系(xi)統必須解決諸多技術難題。

鋰離子電池的性能取決于電池溫度和使用期限、電池充電和放電速率以及充電狀態(SOC)。這些因素并不是獨立的。例如：鋰離子電池在放電時將產生熱量，從而增加放電電流。這有可能形成熱失控狀態，并導致災難性故障的發生。此外，把鋰離子電池充(chong)電(dian)至(zhi)100% SOC或放(fang)(fang)電(dian)至(zhi)0% SOC將迅速降低其容量。因此，必(bi)須(xu)將鋰離子(zi)電(dian)池(chi)的(de)操作限制在某(mou)個SOC范圍(wei)內(nei)，比(bi)如20%至(zhi)80%，此時(shi)的(de)可(ke)用容量僅(jin)為(wei)規定(ding)容量的(de)60%。不僅(jin)如此，鋰離子(zi)電(dian)池(chi)還具(ju)有平(ping)坦的(de)放(fang)(fang)電(dian)曲線(圖1)，其中1%的(de)SOC變化可(ke)能僅(jin)表現為(wei)數毫(hao)伏(fu)的(de)電(dian)壓差異。為(wei)充(chong)分利用電(dian)池(chi)的(de)可(ke)用電(dian)壓范圍(wei)，電(dian)池(chi)系統必(bi)須(xu)非常準確地監視電(dian)池(chi)電(dian)壓(它直接對應于SOC)。

除了(le)鋰離子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)敏感(gan)特性之外，把(ba)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組合在一(yi)起(qi)的(de)方法也是一(yi)個重要的(de)考(kao)慮(lv)因素。如欲從一(yi)個電(dian)(dian)(dian)(dian)氣系統(tong)(比如用于給(gei)車輛加(jia)速所需(xu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣系統(tong))來提(ti)供有效的(de)功(gong)率(lv)(lv)，則(ze)需(xu)高達數百伏的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓。舉例(li)來說，在1V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓條件下輸(shu)送1kW功(gong)率(lv)(lv)需(xu)要1,000A電(dian)(dian)(dian)(dian)流，而在100V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓條件下輸(shu)送1kW功(gong)率(lv)(lv)則(ze)僅(jin)需(xu)10A電(dian)(dian)(dian)(dian)流。系統(tong)布線和互連線中的(de)固有電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)將轉換成(cheng)IR損耗，因此設計師(shi)需(xu)采(cai)用切實可行的(de)最高電(dian)(dian)(dian)(dian)壓/最低電(dian)(dian)(dian)(dian)流。