2.1.3 純電動汽車儲能裝置——蓄電池

電池是人類歷史上最偉大的發明之一，能夠隨時提供大量的電能。電池有兩種：一次電池（也稱為原電池）和二次電池（也稱為蓄電池）。一次電池將化學能轉化為電能的過程是不可逆的，當完全放電后，電池即被廢棄。因此，它用于高能量密度且一次性使用的場合，像計算器使用的紐扣電池便屬于一次電池。相反，二次電池所儲存電能的化學反應是可逆的，當電能釋放后，可能通過外部電源注入直流電流進行充電，使其恢復到原始的狀態。目前純電動汽車使用的儲能裝置就屬于二次電池。

1.用于純電動汽車的蓄電池種類

目前，用于純電動汽車的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎳鎘（NiCd）蓄電池、鎳氫（NiMH）蓄電池以及鋰離子電池等。在后面第4章“新能源汽車的儲能系統”中將對新能源汽車的儲能裝置做詳細介紹，因此以下只對上述四類蓄電池作簡單介紹。

（1）鉛酸蓄電池 雖然相同重量和體積時，鉛酸蓄電池的能量密度是最低的，但因為其成熟度和高性價比以及從綜合角度考慮，還沒有能完全替代它的電池，所以它是純電動汽車可充電蓄電池中應用最廣泛的類型。鉛酸蓄電池有正極和負極之分，憑借兩極間的電解質促使帶電離子移動，電子在與兩極用導線相連的外部電路中流動。鉛酸蓄電池放電時生成水和硫酸鉛。充電會逆轉這種反應，在正負極板上分別形成鉛和二氧化鉛，蓄電池恢復到原初的已充電狀態。

（2）鎳鎘蓄電池 鎳鎘蓄電池正極板由鎘制成，負極板由氫氧化鎳制成，兩極板被尼龍隔板隔開，置于氫氧化鉀電解質中，外面是不銹鋼殼體，制成具有密封的電池單元。最初鎳鎘蓄電池大部分是應用在各種音響設備、通信設備、計算機等的小容量電池。用于純電動汽車的大容量鎳鎘蓄電池后來才得以開發。1990年后，法國的SAFT公司最早開始量產鎳鎘蓄電池。與鉛酸蓄電池相比，它的重量只有傳統鉛酸蓄電池的一半，具有更長的深循環壽命、低溫性能優良，雖然價格比較貴，但在純電動汽車中的應用還是慢慢增多，比如在法國的純電動汽車上，鎳鎘蓄電池和鉛酸蓄電池就被同時使用。然而，除了價格貴外，鎳鎘蓄電池還存在記憶效應，蓄電池在長時間不用時，容量會有所降低。

（3）鎳氫蓄電池 鎳氫（NiMH）蓄電池是鎳鎘蓄電池技術的延伸，在能量密度方面比鎳鎘蓄電池有所提高。其正極板由金屬氫化物制成，避免了鎘對環境的影響，還有性能方面的改善，也可以忽略記憶效應的影響。鎳金屬氫化物蓄電池不能輸出高的峰值功率且自放電速率很高，過充時容易損壞。鎳金屬氫化物蓄電池應用于純電動汽車上先是發生在美國，而后豐田公司和松下電池工業公司合作，共同成立了松下EV Energy公司，并將鎳氫蓄電池投入生產和用于電動汽車，隨后日本電池、Yuasa、古河、SAFT、Varta等電池公司也開始著手生產這類蓄電池。因鎳氫電池不能滿足電動汽車150～200Wh/kg的能量密度需求，且鎳氫電池中鎳占比較大成本較高，因此，鎳氫電池并未作為一個可靠選擇。

（4）鋰離子電池 鋰離子電池的正極主要采用LiMn2O4、LiNiO2等鋰的化合物制造。鋰離子電池的負極不再采用金屬鋰作為負極，而是采用天然石墨、人造石墨和層狀石墨的鋰碳化物LiC6等碳材料制造，通過鋰離子在碳中分離和結合進行充電和放電。鋰離子電池在純電動汽車中的應用顯示出很多優點，其單體電壓高達3.6～4V，相當于3個鎳鎘蓄電池串聯起來的電壓。其比能量達到100～120Wh/kg，是鎳鎘蓄電池的1.5～3倍，比功率高達1500W/kg，循環壽命可達充電1000次。鋰離子電池具有充放電效率高、功率輸出密度大、沒有記憶效應、環保性好等優點，成為各國在蓄電池開發中的重點。但是其快速充、放電的性能較差，需要進一步解決對其充放電過程的控制和配備專用的充電器。鋰的制取較困難、管理和使用較復雜，要求有嚴格的安全措施，需要配備電子保護電路、電池管理系統和熱管理系統等，這些都使其造價升高，價格高于同等容量的鎳鎘蓄電池或鎳氫蓄電池。

2.蓄電池的充電

對于燃油汽車中用于起動電機的蓄電池，因為汽車備有發動機，運轉時可以隨時為蓄電池充電，而純電動汽車使用蓄電池替代原燃油汽車的動力源，其耗電量相當大，所以行駛之后需要再充電，否則無法驅動車輛。另外，蓄電池放電后，若長時間不給予充電，則蓄電池極板的活性物質會因硫化而失去活性，最后將不能充電。蓄電池充電方法可以按照充電快慢和供電連接情況進行分類。依充電快慢情況可分為低速充電法和快速充電法，而依供電連接情況則可分為電極接觸傳導充電法和非接觸感應充電法。純電動汽車常采用低速充電法、快速充電法和電極接觸傳導充電法，而一般又以使用低速充電法為佳，其他按照需要使用快速充電法等。在第4章里將會對蓄電池的充電方法進行詳細介紹，這里就不再贅述。

3.蓄電池荷電狀態指示器

蓄電池荷電狀態指示器是純電動汽車能源管理系統的一個重要組成部件。純電動汽車蓄電池中存儲有多少電能，還能行駛多少里程，是純電動汽車行駛中必須知道的重要參數，所以蓄電池荷電狀態指示器是純電動汽車必須裝備的儀表。目前實驗室中的電量預測精度比較高，但是在純電動汽車的行駛過程中，該指示器指示精度還難以滿足要求。