綠(lv)色革命可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)能不(bu)久就(jiu)將(jiang)迎來一場(chang)重大(da)勝利。在大(da)規模的(de)電(dian)(dian)能成(cheng)(cheng)為“可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)儲存”和“便攜式”能源之時(shi)，能量效(xiao)率將(jiang)獲得顯著改(gai)善，而且(qie)(qie)可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)再生能源的(de)推動工作也(ye)將(jiang)取得進(jin)展。可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)儲存性和便攜性是液(ye)(ye)體燃(ran)料的(de)主要優(you)勢(shi)，而通過電(dian)(dian)池系統提供的(de)電(dian)(dian)力(li)則擁有(you)提供一種(zhong)可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)行替代方案(an)的(de)潛力(li)。電(dian)(dian)能可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)在幾乎所有(you)的(de)耗能設備中使用(yong)(yong)，而且(qie)(qie)，電(dian)(dian)能也(ye)可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)從(cong)幾乎所有(you)的(de)可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)用(yong)(yong)能源來產(chan)生。核(he)能、太陽能、風能、地(di)熱能和液(ye)(ye)體燃(ran)料(汽油、柴油、乙醇、氫(qing)等等)都能很容易地(di)轉換成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)能。因此，與石(shi)油燃(ran)料相比(bi)，電(dian)(dian)力(li)的(de)重大(da)優(you)勢(shi)是可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)利用(yong)(yong)最具(ju)成(cheng)(cheng)本效(xiao)益(yi)的(de)解決方案(an)隨(sui)時(shi)隨(sui)地(di)產(chan)生能量。

       對電(dian)能(neng)(neng)(neng)的規(gui)范化可(ke)以同時實現(xian)規(gui)模經濟，并免除局(ju)部燃(ran)料消耗所(suo)需的基礎(chu)設(she)施。優(you)越(yue)的電(dian)能(neng)(neng)(neng)可(ke)儲(chu)存(cun)性(xing)便于發電(dian)(效率最高，且不是“按需”型(xing)的)，目前的情況大(da)體如此(ci)。例如：風力發電(dian)和太陽能(neng)(neng)(neng)發電(dian)未必(bi)與峰值(zhi)功(gong)率需求模式(shi)相吻合，而可(ke)儲(chu)存(cun)特性(xing)則能(neng)(neng)(neng)緩解這個問(wen)題有所(suo)緩解。優(you)越(yue)的便攜性(xing)允(yun)許電(dian)能(neng)(neng)(neng)作為汽車(耗能(neng)(neng)(neng)大(da)戶)的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)。隨著時間的推移，其(qi)他傾向于使用(yong)綠色能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的應用(yong)肯定將得益于此(ci)項(xiang)技術。

電(dian)動汽車對電(dian)池系統(tong)的要求

       電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)為(wei)(wei)綠色(se)革(ge)命提(ti)供了(le)一(yi)(yi)個巨大的(de)(de)發(fa)展機(ji)遇，原因有(you)很(hen)多。電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)采用(yong)(yong)電(dian)網(wang)電(dian)力(li)取代了(le)燃(ran)(ran)氣動(dong)力(li)。電(dian)網(wang)電(dian)力(li)的(de)(de)生(sheng)成效率(lv)很(hen)高(gao)，可以(yi)(yi)從幾乎所有(you)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)來(lai)獲(huo)得。此(ci)外(wai)，電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)使(shi)用(yong)(yong)效率(lv)也高(gao)于燃(ran)(ran)油汽(qi)(qi)車(che)(che)。大多數汽(qi)(qi)車(che)(che)在(zai)運行時將經歷一(yi)(yi)個“加(jia)速、減速和空(kong)轉(zhuan)”的(de)(de)連(lian)續周期。相比之(zhi)下(xia)，易變的(de)(de)負(fu)載(比如加(jia)速或減速)更有(you)利于電(dian)動(dong)馬(ma)(ma)達(da)(而(er)非燃(ran)(ran)油引(yin)(yin)擎(qing))，因為(wei)(wei)它在(zai)低(di)速條件下(xia)提(ti)供了(le)高(gao)轉(zhuan)矩。燃(ran)(ran)油引(yin)(yin)擎(qing)的(de)(de)工作效率(lv)只在(zai)一(yi)(yi)個很(hen)窄(zhai)的(de)(de)速度/負(fu)載范(fan)圍內達(da)到(dao)最高(gao)，而(er)且為(wei)(wei)滿足峰(feng)值加(jia)速的(de)(de)需要，它必須是超大型的(de)(de)。用(yong)(yong)于把(ba)汽(qi)(qi)油能(neng)(neng)(neng)量轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)動(dong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)引(yin)(yin)擎(qing)效率(lv)通常為(wei)(wei) 20%，而(er)電(dian)動(dong)馬(ma)(ma)達(da)將電(dian)能(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)動(dong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)過程中可以(yi)(yi)實(shi)現 90% 的(de)(de)典型效率(lv)。此(ci)外(wai)，電(dian)動(dong)馬(ma)(ma)達(da)還無(wu)須在(zai)停(ting)靠時因為(wei)(wei)空(kong)轉(zhuan)而(er)無(wu)謂地消耗能(neng)(neng)(neng)量，而(er)且電(dian)動(dong)系(xi)統還具備通過再生(sheng)制(zhi)動(dong)來(lai)恢(hui)復機(ji)械能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)潛(qian)力(li)。通過電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)的(de)(de)典型能(neng)(neng)(neng)耗成本僅(jin)為(wei)(wei)0.013美(mei)元/英(ying)里這一(yi)(yi)事實(shi)，便能(neng)(neng)(neng)看(kan)出能(neng)(neng)(neng)量效率(lv)的(de)(de)整(zheng)體改善情(qing)況。

遺憾的是，在現今(jin)的市場上，純電(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)還不是一(yi)(yi)種可行的解(jie)決方案(an)，因為其行駛(shi)(shi)距離受(shou)限于車(che)上所(suo)能儲存的能量。如(ru)今(jin)常見的電(dian)池(chi)組(zu)在充(chong)電(dian)8小時之后能夠讓(rang)一(yi)(yi)輛(liang)(liang)電(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)行駛(shi)(shi)100英(ying)(ying)里(li)。而一(yi)(yi)個普通的汽(qi)車(che)油(you)箱(xiang)則能為一(yi)(yi)輛(liang)(liang)標準汽(qi)車(che)提供300英(ying)(ying)里(li)的行駛(shi)(shi)距離，且只需幾分鐘(zhong)的時間(jian)就能完(wan)成加油(you)。如(ru)果(guo)想得(de)到美國(guo)消費者的廣泛接(jie)受(shou)，那么電(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)必(bi)須延長行駛(shi)(shi)距離和/或(huo)縮短再充(chong)電(dian)時間(jian)。應運而生的解(jie)決方案(an)是“油(you)電(dian)混(hun)合動(dong)(dong)力(li)車(che)”，它把燃(ran)油(you)引(yin)(yin)擎(qing)和電(dian)動(dong)(dong)傳動(dong)(dong)系統組(zu)合起來，以提供足夠的行駛(shi)(shi)距離，同時仍然擁有綠色(se)能源的大多數好處。油(you)電(dian)混(hun)合動(dong)(dong)力(li)車(che)采(cai)用(yong)車(che)載燃(ran)氣(qi)引(yin)(yin)擎(qing)(用(yong)于電(dian)池(chi)充(chong)電(dian))，并在需要時在最有效的速度(du)/轉矩范圍(wei)內操作該引(yin)(yin)擎(qing)。

毫無疑問(wen)，電(dian)動汽車的(de)(de)成功將有助(zhu)于(yu)其它應用的(de)(de)高(gao)(gao)性(xing)(xing)能電(dian)池(chi)系(xi)統(tong)找到(dao)屬(shu)于(yu)自己的(de)(de)生(sheng)存空間，從而推進其價(jia)格的(de)(de)下降和性(xing)(xing)能的(de)(de)提(ti)升(sheng)。對于(yu)局部發電(dian)(包(bao)括小型(xing)光伏(fu)或風(feng)力發電(dian)系(xi)統(tong))，電(dian)池(chi)可以(yi)起到(dao)至關重要的(de)(de)平衡作用，且當(dang)可以(yi)使用電(dian)網電(dian)力時，它還能充(chong)當(dang)一(yi)個后備電(dian)源系(xi)統(tong)。目前的(de)(de)電(dian)池(chi)系(xi)統(tong)相當(dang)昂貴而且龐大，且存在可靠(kao)性(xing)(xing)和安全方面的(de)(de)問(wen)題。下一(yi)代(dai)電(dian)池(chi)系(xi)統(tong)將提(ti)供較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)能量密(mi)度，旨(zhi)在實(shi)現外(wai)形較(jiao)小、價(jia)格較(jiao)低(di)、可靠(kao)性(xing)(xing)和安全性(xing)(xing)更高(gao)(gao)的(de)(de)解(jie)決方案。

高電(dian)壓電(dian)池組的(de)設計挑戰(zhan)

       對于大功率電池應用而言，鋰離電池可作為(wei)首選(xuan)的(de)(de)化學(xue)電池(chi)，主(zhu)要(yao)因為(wei)它(ta)的(de)(de)能量(liang)密度高(gao)。當今的(de)(de)電動(dong)汽車(che)和油電混合動(dong)力車(che)采(cai)(cai)用(yong)的(de)(de)是NiMH電池(chi)，如(ru)果采(cai)(cai)用(yong)鋰(li)離子電池(chi)將使其(qi)能量(liang)儲(chu)存密度提高(gao)400%。然而，為(wei)了使鋰(li)離子電池(chi)在(zai)多達數千(qian)次(ci)的(de)(de)充放電循環過(guo)程中(zhong)保持可靠，電池(chi)系統(tong)必(bi)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，把鋰離子電池充電(dian)(dian)(dian)至(zhi)100% SOC或放電(dian)(dian)(dian)至(zhi)0% SOC將(jiang)迅速降低(di)其(qi)(qi)容(rong)(rong)量(liang)。因此(ci)，必(bi)須將(jiang)鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)操作(zuo)限制在(zai)某個(ge)SOC范圍內(nei)，比如(ru)20%至(zhi)80%，此(ci)時的(de)(de)可(ke)用(yong)容(rong)(rong)量(liang)僅為規定容(rong)(rong)量(liang)的(de)(de)60%。不僅如(ru)此(ci)，鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池還具(ju)有平坦(tan)的(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)曲線(xian)(圖(tu)1)，其(qi)(qi)中(zhong)1%的(de)(de)SOC變化(hua)可(ke)能僅表現為數毫伏的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓差(cha)異。為充分利用(yong)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)可(ke)用(yong)電(dian)(dian)(dian)壓范圍，電(dian)(dian)(dian)池系統(tong)必(bi)須非常準(zhun)確地監視電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓(它直(zhi)接對應于SOC)。

除(chu)了鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)敏感特(te)性之外，把電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組合在(zai)一(yi)起的(de)方法也是一(yi)個(ge)重要的(de)考慮因素。如(ru)欲從一(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣系統(比如(ru)用(yong)于給車輛加速所需(xu)(xu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣系統)來提供有效的(de)功(gong)(gong)率(lv)(lv)，則(ze)需(xu)(xu)高達數百(bai)伏的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)。舉例來說，在(zai)1V電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)條件下(xia)(xia)輸送1kW功(gong)(gong)率(lv)(lv)需(xu)(xu)要1,000A電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流，而在(zai)100V電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)條件下(xia)(xia)輸送1kW功(gong)(gong)率(lv)(lv)則(ze)僅需(xu)(xu)10A電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流。系統布線(xian)和(he)互連線(xian)中的(de)固有電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻將轉(zhuan)換成IR損耗(hao)，因此設計師需(xu)(xu)采(cai)用(yong)切(qie)實可行的(de)最(zui)高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)/最(zui)低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流。