綠色革命可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)不久就(jiu)將(jiang)迎來(lai)一場重大勝利。在大規(gui)模的(de)(de)(de)電能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)成為(wei)“可(ke)(ke)儲存”和(he)“便攜式(shi)”能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源之時，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量效率將(jiang)獲得顯著改(gai)善，而(er)且可(ke)(ke)再生能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)(de)推(tui)動工作(zuo)也(ye)將(jiang)取得進展(zhan)。可(ke)(ke)儲存性和(he)便攜性是液體燃(ran)料(liao)的(de)(de)(de)主要優勢，而(er)通過電池系統(tong)提供的(de)(de)(de)電力(li)(li)則擁有提供一種可(ke)(ke)行(xing)替代方案(an)的(de)(de)(de)潛(qian)力(li)(li)。電能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)可(ke)(ke)在幾乎所有的(de)(de)(de)耗能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)設備中使用，而(er)且，電能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)也(ye)可(ke)(ke)以(yi)從幾乎所有的(de)(de)(de)可(ke)(ke)用能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源來(lai)產生。核能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)液體燃(ran)料(liao)(汽(qi)油(you)、柴(chai)油(you)、乙醇、氫等等)都能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)很容易(yi)地轉換成電能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。因此，與石油(you)燃(ran)料(liao)相比，電力(li)(li)的(de)(de)(de)重大優勢是可(ke)(ke)以(yi)利用最具成本效益的(de)(de)(de)解決方案(an)隨時隨地產生能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量。

       對(dui)電能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)規范化可(ke)以同時(shi)實現規模經濟，并(bing)免除局部燃料(liao)消(xiao)耗所需的(de)(de)基(ji)礎設施。優越的(de)(de)電能(neng)(neng)(neng)可(ke)儲存性(xing)便于發電(效率最高(gao)，且不是“按需”型的(de)(de))，目前的(de)(de)情(qing)況大體如此。例如：風力發電和太陽能(neng)(neng)(neng)發電未必與(yu)峰值功率需求模式(shi)相吻合，而可(ke)儲存特性(xing)則能(neng)(neng)(neng)緩解這個(ge)問(wen)題(ti)有所緩解。優越的(de)(de)便攜性(xing)允許電能(neng)(neng)(neng)作為(wei)汽車(耗能(neng)(neng)(neng)大戶)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源。隨著時(shi)間的(de)(de)推移，其(qi)他傾向(xiang)于使用(yong)綠色能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)應用(yong)肯定將得益于此項技(ji)術。

電動汽車對電池系(xi)統(tong)的要求

       電(dian)(dian)動(dong)汽車(che)為綠色革命提供了一(yi)個(ge)巨(ju)大的(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)機(ji)遇，原因有很(hen)多。電(dian)(dian)動(dong)汽車(che)采用電(dian)(dian)網電(dian)(dian)力取代(dai)了燃氣動(dong)力。電(dian)(dian)網電(dian)(dian)力的(de)(de)(de)(de)(de)生成效(xiao)率(lv)很(hen)高，可(ke)以從幾乎所(suo)有的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)來(lai)獲(huo)得。此外，電(dian)(dian)動(dong)汽車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)使用效(xiao)率(lv)也(ye)高于(yu)燃油汽車(che)。大多數(shu)汽車(che)在(zai)運(yun)行時(shi)將(jiang)經歷一(yi)個(ge)“加速(su)(su)(su)、減速(su)(su)(su)和空轉(zhuan)(zhuan)”的(de)(de)(de)(de)(de)連續周期。相比(bi)之下，易變的(de)(de)(de)(de)(de)負(fu)載(比(bi)如加速(su)(su)(su)或減速(su)(su)(su))更有利于(yu)電(dian)(dian)動(dong)馬(ma)達(da)(而(er)(er)非燃油引擎)，因為它(ta)在(zai)低速(su)(su)(su)條件下提供了高轉(zhuan)(zhuan)矩。燃油引擎的(de)(de)(de)(de)(de)工作效(xiao)率(lv)只(zhi)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)窄的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)(su)(su)度/負(fu)載范(fan)圍內達(da)到(dao)最高，而(er)(er)且為滿(man)足(zu)峰(feng)值加速(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)需要，它(ta)必須(xu)是超大型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)。用于(yu)把汽油能(neng)(neng)量轉(zhuan)(zhuan)換為動(dong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)引擎效(xiao)率(lv)通常為 20%，而(er)(er)電(dian)(dian)動(dong)馬(ma)達(da)將(jiang)電(dian)(dian)能(neng)(neng)轉(zhuan)(zhuan)換為動(dong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程中可(ke)以實現 90% 的(de)(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)效(xiao)率(lv)。此外，電(dian)(dian)動(dong)馬(ma)達(da)還無須(xu)在(zai)停(ting)靠時(shi)因為空轉(zhuan)(zhuan)而(er)(er)無謂地消耗能(neng)(neng)量，而(er)(er)且電(dian)(dian)動(dong)系統還具備通過(guo)(guo)再生制(zhi)動(dong)來(lai)恢復(fu)機(ji)械能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)潛力。通過(guo)(guo)電(dian)(dian)動(dong)汽車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)能(neng)(neng)耗成本僅為0.013美元(yuan)/英里這一(yi)事實，便(bian)能(neng)(neng)看(kan)出能(neng)(neng)量效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)整體改善情況。

遺憾的(de)(de)是，在(zai)現(xian)今的(de)(de)市場上，純電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)還不是一種可行(xing)(xing)的(de)(de)解決(jue)方(fang)案(an)，因為其(qi)行(xing)(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離受(shou)限于車(che)(che)上所能(neng)儲存的(de)(de)能(neng)量(liang)。如(ru)今常見的(de)(de)電(dian)(dian)池組(zu)在(zai)充電(dian)(dian)8小時之(zhi)后能(neng)夠讓一輛電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)行(xing)(xing)駛(shi)(shi)(shi)100英(ying)里(li)。而一個普通的(de)(de)汽(qi)車(che)(che)油箱則(ze)能(neng)為一輛標準汽(qi)車(che)(che)提供300英(ying)里(li)的(de)(de)行(xing)(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離，且只需幾分鐘的(de)(de)時間(jian)(jian)就(jiu)能(neng)完成加油。如(ru)果想(xiang)得到美國消費者的(de)(de)廣泛接受(shou)，那么電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)必(bi)須延長行(xing)(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離和/或(huo)縮短再充電(dian)(dian)時間(jian)(jian)。應運而生的(de)(de)解決(jue)方(fang)案(an)是“油電(dian)(dian)混合(he)(he)動力(li)車(che)(che)”，它把燃油引擎(qing)和電(dian)(dian)動傳動系統(tong)組(zu)合(he)(he)起(qi)來，以(yi)提供足夠的(de)(de)行(xing)(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離，同時仍然擁有綠色(se)能(neng)源(yuan)的(de)(de)大多數(shu)好處。油電(dian)(dian)混合(he)(he)動力(li)車(che)(che)采用車(che)(che)載燃氣(qi)引擎(qing)(用于電(dian)(dian)池充電(dian)(dian))，并在(zai)需要時在(zai)最有效的(de)(de)速(su)度/轉矩范圍內操作(zuo)該引擎(qing)。

毫無疑問(wen)(wen)，電動汽(qi)車的成(cheng)功將(jiang)有助于其它(ta)應用的高性(xing)能(neng)電池(chi)(chi)系(xi)(xi)統(tong)找(zhao)到屬于自己的生存(cun)空間，從而(er)推進其價格(ge)的下降和性(xing)能(neng)的提(ti)升。對于局部發電(包括小(xiao)型光伏(fu)或風力(li)發電系(xi)(xi)統(tong))，電池(chi)(chi)可以(yi)起到至關(guan)重(zhong)要的平衡(heng)作用，且(qie)(qie)當可以(yi)使用電網(wang)電力(li)時，它(ta)還能(neng)充當一個后備電源系(xi)(xi)統(tong)。目(mu)前的電池(chi)(chi)系(xi)(xi)統(tong)相當昂貴而(er)且(qie)(qie)龐大(da)，且(qie)(qie)存(cun)在(zai)可靠性(xing)和安(an)全(quan)方面(mian)的問(wen)(wen)題。下一代電池(chi)(chi)系(xi)(xi)統(tong)將(jiang)提(ti)供較高的能(neng)量密度，旨在(zai)實現外(wai)形較小(xiao)、價格(ge)較低、可靠性(xing)和安(an)全(quan)性(xing)更高的解決方案。

高電壓(ya)電池組的設計挑戰

       對于大功率電池應用而言，鋰離電池可(ke)作為(wei)(wei)首選(xuan)的化學電(dian)池(chi)(chi)，主要因為(wei)(wei)它(ta)的能量(liang)(liang)密度(du)高(gao)。當今的電(dian)動汽車(che)和油電(dian)混合動力(li)車(che)采(cai)用的是(shi)NiMH電(dian)池(chi)(chi)，如果(guo)采(cai)用鋰離子電(dian)池(chi)(chi)將使(shi)其能量(liang)(liang)儲(chu)存密度(du)提高(gao)400%。然而，為(wei)(wei)了使(shi)鋰離子電(dian)池(chi)(chi)在多達數千次的充放電(dian)循環過程中保持可(ke)靠，電(dian)池(chi)(chi)系統必須(xu)解決諸(zhu)多技術難(nan)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，把鋰離子電池充電(dian)(dian)至100% SOC或放(fang)電(dian)(dian)至0% SOC將迅速降低其容量。因(yin)此，必(bi)須將鋰離子電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)操作限制在某個SOC范(fan)(fan)圍(wei)內，比如20%至80%，此時(shi)的(de)(de)(de)(de)可(ke)用(yong)容量僅為規定容量的(de)(de)(de)(de)60%。不(bu)僅如此，鋰離子電(dian)(dian)池(chi)還具有平坦的(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)曲線(xian)(圖1)，其中1%的(de)(de)(de)(de)SOC變化可(ke)能僅表現為數(shu)毫(hao)伏的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)差異。為充分利用(yong)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)可(ke)用(yong)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)范(fan)(fan)圍(wei)，電(dian)(dian)池(chi)系(xi)統必(bi)須非(fei)常準確地(di)監視電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(它直接對應(ying)于SOC)。

除了鋰離(li)子電(dian)池的(de)敏感特性之外，把電(dian)池組合(he)在(zai)一(yi)起的(de)方法也是一(yi)個重要的(de)考慮因(yin)素。如欲(yu)從(cong)一(yi)個電(dian)氣系統(比如用(yong)于給車輛加速所(suo)需(xu)的(de)電(dian)氣系統)來(lai)提供(gong)有效的(de)功(gong)率，則(ze)需(xu)高(gao)達(da)數百伏的(de)電(dian)壓(ya)。舉例來(lai)說，在(zai)1V電(dian)壓(ya)條件(jian)下輸送1kW功(gong)率需(xu)要1,000A電(dian)流，而在(zai)100V電(dian)壓(ya)條件(jian)下輸送1kW功(gong)率則(ze)僅需(xu)10A電(dian)流。系統布線和互連線中的(de)固有電(dian)阻將轉換(huan)成IR損耗，因(yin)此設(she)計師需(xu)采(cai)用(yong)切實可行(xing)的(de)最(zui)高(gao)電(dian)壓(ya)/最(zui)低電(dian)流。