綠色革命可能(neng)(neng)(neng)不(bu)久就將(jiang)迎(ying)來一場重大勝利(li)。在(zai)大規模的(de)(de)(de)(de)電(dian)能(neng)(neng)(neng)成(cheng)(cheng)為(wei)“可儲存(cun)”和“便攜式”能(neng)(neng)(neng)源(yuan)之時，能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)效(xiao)率將(jiang)獲(huo)得(de)顯著改善，而(er)且(qie)可再(zai)生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)推動工作也(ye)將(jiang)取得(de)進展。可儲存(cun)性(xing)和便攜性(xing)是(shi)液體(ti)燃料(liao)的(de)(de)(de)(de)主要優(you)勢(shi)，而(er)通過電(dian)池系統(tong)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)電(dian)力則(ze)擁有提供(gong)一種可行替代(dai)方案的(de)(de)(de)(de)潛力。電(dian)能(neng)(neng)(neng)可在(zai)幾(ji)乎所有的(de)(de)(de)(de)耗能(neng)(neng)(neng)設備中使用，而(er)且(qie)，電(dian)能(neng)(neng)(neng)也(ye)可以從幾(ji)乎所有的(de)(de)(de)(de)可用能(neng)(neng)(neng)源(yuan)來產(chan)生。核能(neng)(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)(neng)和液體(ti)燃料(liao)(汽油(you)、柴油(you)、乙醇、氫(qing)等等)都能(neng)(neng)(neng)很容易地轉換(huan)成(cheng)(cheng)電(dian)能(neng)(neng)(neng)。因此(ci)，與(yu)石(shi)油(you)燃料(liao)相比(bi)，電(dian)力的(de)(de)(de)(de)重大優(you)勢(shi)是(shi)可以利(li)用最(zui)具成(cheng)(cheng)本效(xiao)益(yi)的(de)(de)(de)(de)解決方案隨時隨地產(chan)生能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)。

       對電(dian)能(neng)的(de)規范化可(ke)以同時實現規模經濟，并免除(chu)局部燃(ran)料消耗(hao)所(suo)需(xu)的(de)基(ji)礎(chu)設施。優越(yue)(yue)的(de)電(dian)能(neng)可(ke)儲(chu)(chu)存性便(bian)于發電(dian)(效率最高，且不是“按需(xu)”型(xing)的(de))，目前的(de)情(qing)況大體如此(ci)。例如：風力(li)發電(dian)和太(tai)陽能(neng)發電(dian)未(wei)必與峰值功率需(xu)求模式相吻合，而(er)可(ke)儲(chu)(chu)存特性則能(neng)緩(huan)解這個問(wen)題有所(suo)緩(huan)解。優越(yue)(yue)的(de)便(bian)攜性允許電(dian)能(neng)作為汽車(耗(hao)能(neng)大戶)的(de)能(neng)源。隨著時間的(de)推移，其他傾向(xiang)于使用綠色能(neng)源的(de)應(ying)用肯定將得益于此(ci)項技術。

電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車對電(dian)(dian)池系統(tong)的要求

       電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車(che)為(wei)(wei)綠(lv)色革命提供了(le)(le)一個(ge)(ge)巨(ju)大的(de)(de)發(fa)展機遇(yu)，原因有(you)很(hen)多。電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車(che)采用電(dian)(dian)(dian)網(wang)電(dian)(dian)(dian)力(li)取(qu)代了(le)(le)燃(ran)氣動力(li)。電(dian)(dian)(dian)網(wang)電(dian)(dian)(dian)力(li)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)很(hen)高(gao)(gao)，可以從幾乎所(suo)有(you)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源來獲(huo)得。此外，電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車(che)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源使用效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)也高(gao)(gao)于(yu)燃(ran)油(you)汽(qi)車(che)。大多數汽(qi)車(che)在(zai)運行時將經歷(li)一個(ge)(ge)“加(jia)(jia)速、減速和空(kong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)”的(de)(de)連續周期。相(xiang)比(bi)之下，易變的(de)(de)負載(zai)(比(bi)如加(jia)(jia)速或減速)更(geng)有(you)利(li)于(yu)電(dian)(dian)(dian)動馬(ma)達(而(er)非燃(ran)油(you)引(yin)擎(qing)(qing))，因為(wei)(wei)它(ta)在(zai)低速條件下提供了(le)(le)高(gao)(gao)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)矩(ju)。燃(ran)油(you)引(yin)擎(qing)(qing)的(de)(de)工作效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)只(zhi)在(zai)一個(ge)(ge)很(hen)窄的(de)(de)速度/負載(zai)范(fan)圍內達到最高(gao)(gao)，而(er)且(qie)為(wei)(wei)滿(man)足峰值加(jia)(jia)速的(de)(de)需要，它(ta)必須(xu)是超大型(xing)(xing)的(de)(de)。用于(yu)把汽(qi)油(you)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)動能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)引(yin)擎(qing)(qing)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)通(tong)常為(wei)(wei) 20%，而(er)電(dian)(dian)(dian)動馬(ma)達將電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)動能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)過(guo)程中可以實現 90% 的(de)(de)典(dian)型(xing)(xing)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)。此外，電(dian)(dian)(dian)動馬(ma)達還無(wu)須(xu)在(zai)停靠時因為(wei)(wei)空(kong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)而(er)無(wu)謂(wei)地消耗能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)，而(er)且(qie)電(dian)(dian)(dian)動系統還具(ju)備通(tong)過(guo)再生(sheng)制動來恢復機械能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)潛(qian)力(li)。通(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車(che)的(de)(de)典(dian)型(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗成(cheng)本僅(jin)為(wei)(wei)0.013美元/英里這一事實，便能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)看出能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)整體改善情況。

遺憾(han)的(de)是(shi)，在現今的(de)市場(chang)上，純電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)還不是(shi)一(yi)種(zhong)可行(xing)的(de)解(jie)決方案(an)，因為其行(xing)駛(shi)距離(li)(li)受限于車(che)(che)上所能(neng)儲存的(de)能(neng)量(liang)。如(ru)今常見的(de)電(dian)(dian)池組在充(chong)(chong)電(dian)(dian)8小時之后能(neng)夠(gou)讓一(yi)輛電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)行(xing)駛(shi)100英里。而(er)(er)一(yi)個普通的(de)汽(qi)車(che)(che)油箱則能(neng)為一(yi)輛標準(zhun)汽(qi)車(che)(che)提供(gong)300英里的(de)行(xing)駛(shi)距離(li)(li)，且(qie)只需幾分鐘的(de)時間(jian)就能(neng)完成加(jia)油。如(ru)果想得(de)到美國(guo)消費者的(de)廣泛接(jie)受，那么電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)(che)必須延長行(xing)駛(shi)距離(li)(li)和/或縮(suo)短再充(chong)(chong)電(dian)(dian)時間(jian)。應運而(er)(er)生的(de)解(jie)決方案(an)是(shi)“油電(dian)(dian)混合動力車(che)(che)”，它把(ba)燃油引擎(qing)(qing)和電(dian)(dian)動傳動系統(tong)組合起來，以提供(gong)足夠(gou)的(de)行(xing)駛(shi)距離(li)(li)，同時仍(reng)然擁有綠色能(neng)源的(de)大多數好(hao)處(chu)。油電(dian)(dian)混合動力車(che)(che)采用(yong)車(che)(che)載燃氣引擎(qing)(qing)(用(yong)于電(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian))，并(bing)在需要時在最有效(xiao)的(de)速度/轉(zhuan)矩(ju)范圍(wei)內操作該引擎(qing)(qing)。

毫無疑問，電(dian)動汽車(che)的(de)成功將(jiang)有助于其它應用(yong)的(de)高(gao)(gao)性(xing)能電(dian)池系(xi)(xi)(xi)統找到屬于自(zi)己的(de)生(sheng)存空間(jian)，從而推進其價(jia)格的(de)下降和性(xing)能的(de)提升。對于局部發(fa)電(dian)(包括小(xiao)型(xing)光伏或風力發(fa)電(dian)系(xi)(xi)(xi)統)，電(dian)池可以起到至關重要的(de)平衡(heng)作用(yong)，且當(dang)可以使用(yong)電(dian)網電(dian)力時，它還能充當(dang)一個(ge)后備電(dian)源系(xi)(xi)(xi)統。目前(qian)的(de)電(dian)池系(xi)(xi)(xi)統相當(dang)昂貴而且龐(pang)大，且存在可靠性(xing)和安全方面的(de)問題。下一代電(dian)池系(xi)(xi)(xi)統將(jiang)提供較(jiao)高(gao)(gao)的(de)能量密度，旨在實(shi)現(xian)外形較(jiao)小(xiao)、價(jia)格較(jiao)低、可靠性(xing)和安全性(xing)更高(gao)(gao)的(de)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，鋰離電池可作為(wei)首選的(de)化學電池，主要(yao)因為(wei)它的(de)能(neng)量密度(du)高。當今的(de)電動汽車和(he)油電混合動力車采用(yong)(yong)的(de)是NiMH電池，如果采用(yong)(yong)鋰離(li)子(zi)電池將使其能(neng)量儲(chu)存密度(du)提高400%。然而，為(wei)了使鋰離(li)子(zi)電池在多達數(shu)千次(ci)的(de)充放電循環過程中(zhong)保(bao)持可靠(kao)，電池系(xi)統(tong)必須(xu)解決諸多技術難題(ti)。

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)(dian)(dian)(dian)至100% SOC或放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)至0% SOC將(jiang)迅速降低(di)其容量(liang)。因此，必須(xu)將(jiang)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)操作限制在某個SOC范圍內，比如20%至80%，此時(shi)的(de)(de)可(ke)(ke)用容量(liang)僅(jin)為規定容量(liang)的(de)(de)60%。不僅(jin)如此，鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池還具(ju)有平坦的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)曲(qu)線(圖1)，其中(zhong)1%的(de)(de)SOC變(bian)化可(ke)(ke)能僅(jin)表現為數毫伏的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)差(cha)異。為充(chong)分利用電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)可(ke)(ke)用電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)范圍，電(dian)(dian)(dian)(dian)池系統必須(xu)非(fei)常準確地監視電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(它直(zhi)接對(dui)應于SOC)。

除(chu)了(le)鋰離子電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)敏感特性之(zhi)外，把電(dian)池(chi)(chi)組合在一(yi)起的(de)(de)方法也是(shi)一(yi)個(ge)(ge)重(zhong)要(yao)的(de)(de)考慮因素。如欲(yu)從一(yi)個(ge)(ge)電(dian)氣系統(比如用(yong)于給車(che)輛加(jia)速所需(xu)(xu)的(de)(de)電(dian)氣系統)來提(ti)供(gong)有(you)效的(de)(de)功率(lv)，則需(xu)(xu)高達(da)數百伏的(de)(de)電(dian)壓。舉例來說，在1V電(dian)壓條件(jian)下(xia)輸送(song)1kW功率(lv)需(xu)(xu)要(yao)1,000A電(dian)流(liu)，而在100V電(dian)壓條件(jian)下(xia)輸送(song)1kW功率(lv)則僅需(xu)(xu)10A電(dian)流(liu)。系統布線(xian)和互連線(xian)中的(de)(de)固有(you)電(dian)阻將(jiang)轉(zhuan)換成IR損耗，因此設(she)計師需(xu)(xu)采用(yong)切實可行的(de)(de)最高電(dian)壓/最低電(dian)流(liu)。