李軍

摘要：隨著近年來(lái)綠色環(huán)保發(fā)展理念的不斷深入，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到了極大程度的開(kāi)拓與發(fā)展。通過(guò)分析理解電動(dòng)汽車的簡(jiǎn)單工作原理，便可知道電源系統(tǒng)是電動(dòng)汽車發(fā)展的核心因素。為滿足相比于傳統(tǒng)汽車應(yīng)有的動(dòng)力性與續(xù)駛里程，以及使用壽命相當(dāng)?shù)幕疽?，電?dòng)汽車的電源應(yīng)當(dāng)具備高比能和高比功率等性能。對(duì)此，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究循環(huán)壽命長(zhǎng)、效率高、成本低的電源系統(tǒng)是當(dāng)前電動(dòng)汽車發(fā)展的重要走向。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；電源系統(tǒng)

前言：近年來(lái)，綜合保護(hù)環(huán)境、未來(lái)可持續(xù)等發(fā)展原則，于此理念下誕生的電動(dòng)汽車受到了廣泛的歡迎與認(rèn)可。電動(dòng)汽車，簡(jiǎn)稱BEV，指的就是以車載電源為運(yùn)行動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛的車輛。

而其與傳統(tǒng)汽車的明顯不同之處即是電源使用的根源不同。電動(dòng)汽車常用的電源即蓄電池，通過(guò)蓄電池持續(xù)為電動(dòng)機(jī)提供電能從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到驅(qū)動(dòng)汽車行駛的目的。本文將從分析電動(dòng)汽車電源變化發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代電動(dòng)汽車電源發(fā)展來(lái)進(jìn)一步研究未來(lái)電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)。

一、電動(dòng)汽車的簡(jiǎn)單概述

隨著人類對(duì)資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展理念的深入理解，近年來(lái)作為能在一定程度上降低環(huán)境影響力的電動(dòng)汽車得到了廣泛的認(rèn)可與使用。

電動(dòng)汽車BEV，就是將車載電源作為供電源從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)一步使得汽車能夠順利行駛。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，它的工作原理即從蓄電池提供電能產(chǎn)生電流開(kāi)始，通過(guò)電力調(diào)節(jié)器過(guò)渡到電動(dòng)機(jī)，再經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛（Road）。

對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車與其根本性上的不同即是電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)成為了電動(dòng)汽車能夠順利運(yùn)行的關(guān)鍵部件。而對(duì)電動(dòng)汽車這一大類來(lái)說(shuō)，由于車載電源及動(dòng)力系統(tǒng)等方面存在的不同，繼而發(fā)展出了純電動(dòng)汽車BEV、混合動(dòng)力汽車PHEV和燃料電池汽車FCEV簡(jiǎn)單概括歸納的三種電動(dòng)汽車。

純電動(dòng)汽車BEV是目前技術(shù)較為成熟的典型電動(dòng)汽車代表。通過(guò)蓄電池充當(dāng)車載電源，在有電力供應(yīng)的地方都能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)超快充電與隨時(shí)充電，進(jìn)而電動(dòng)機(jī)順利工作驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

混合動(dòng)力汽車PHEV則是通過(guò)從燃料在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)工作或是蓄電池類的電能儲(chǔ)存裝置中獲得動(dòng)力的汽車，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)閉與蓄電池供電給電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換，完美實(shí)現(xiàn)油耗低、污染少的最優(yōu)工況。而其又根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的不同繼而分為串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車SHEV、并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車PHEV及混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車CHEV等不同類型。

燃料電池汽車FCEV，顧名思義就是通過(guò)利用燃料電池消耗燃料，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行的汽車。燃料電池的工作原理即是常見(jiàn)的電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，能量轉(zhuǎn)換率在此反應(yīng)中還奇高。因而燃料汽車成為了當(dāng)前發(fā)展下的理想車型，近年來(lái)更是得到了極大程度的發(fā)展。

二、電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的發(fā)展追溯

自電動(dòng)汽車問(wèn)世以來(lái)，車載電源的選用也結(jié)合著當(dāng)前資源利用情況與人類發(fā)展需求而不斷改進(jìn)，大致可以分為蓄電池等三個(gè)階段。

鉛酸蓄電池是車載電源的早期開(kāi)發(fā)的電源系統(tǒng)，也因?yàn)樵诖朔矫婕夹g(shù)成熟而得到了廣泛的使用。除了技術(shù)成熟外，鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用的重要原因還有其價(jià)錢便宜、可靠性高、良好的溫度性能等方面。

然而實(shí)際上，鉛酸蓄電池的比能量與比功率都比較低。拿城市的一輛普通公交車來(lái)說(shuō)，行駛一百公里會(huì)消耗100KWh。照此計(jì)算，如果行駛300km，相應(yīng)的就應(yīng)該裝置300KWh的電池組。如果電池組比能量按每一千克40Wh來(lái)算的話，電池組的重量都能占到7.5t！這顯然是不可能的。此外，不可避免的阻率也使得鉛酸蓄電池釋放的電能不足進(jìn)而制約電動(dòng)汽車加速、爬坡等相關(guān)性能。

而后發(fā)展的鎳鎘電池Ni-Cb，盡管其功率強(qiáng)，并且儲(chǔ)存能量高，而其生產(chǎn)成本高，而且重金屬鎘污染環(huán)境且具有致癌性。因而鎳鎘電池在電動(dòng)汽車的發(fā)展中存在很大的限制。而無(wú)鎘的鎳氫電池Ni-MH則因此與鎳鎘電池相反不存在污染問(wèn)題，保留著其綠色環(huán)保的效用。鈉硫電池（Na-S）有著很高的比功率與比能量，但又由于其存在溫度限制與腐蝕性的影響，存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堅(jiān)固的影響。

近年來(lái)廣泛發(fā)展的鋰離子電池（Li-lon）盡管仍處于開(kāi)發(fā)階段，但由于其超強(qiáng)的比能量與使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，使得Nissan FEV、Altra等電動(dòng)汽車都采用了鋰電池電池。

三、電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的未來(lái)展望

不得不說(shuō)，聯(lián)系到當(dāng)前資源可循環(huán)可再生、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)展理念，鋰離子電池等更具經(jīng)濟(jì)效益與綠色意義的電源系統(tǒng)已逐步替換了早期的鉛酸蓄電池等高消耗車載電源，進(jìn)而登上了電動(dòng)汽車當(dāng)前電源系統(tǒng)研究發(fā)展的舞臺(tái)。

實(shí)際上，鋰離子電池不僅比能量和比功率高，其價(jià)格也相較于其他蓄電池更低，性能也更安全和穩(wěn)定。就拿前文鉛蓄電池中舉例的城市公交車來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的理論比能量為每千克170Wh。照前面配置的300KWh鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，如果替換成鋰離子電池中的磷酸鐵鋰電池，重量就會(huì)驟然減輕至1764Kg！而錳鋰電池的輸出電壓更高于磷酸鋰電池，可見(jiàn)鋰離子的電池前景是極為廣闊待深入研究挖掘的。

此外，目前新興的電動(dòng)汽車電源還有在20世紀(jì)90年代提出的新概念電池，飛輪電池（FB）。飛輪電池與傳統(tǒng)的化學(xué)電池有著本質(zhì)上的不同，它是一種物理電池，即是通過(guò)物理方法機(jī)械能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。飛輪電池中內(nèi)部的電機(jī)在充電的時(shí)候就會(huì)以電動(dòng)機(jī)的形式運(yùn)轉(zhuǎn)，即當(dāng)有外部能量輸入時(shí)電機(jī)能夠帶動(dòng)飛輪高速運(yùn)作。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是充電使得飛輪轉(zhuǎn)速增加同時(shí)增大其儲(chǔ)能，相對(duì)應(yīng)的放電就是飛輪帶動(dòng)對(duì)外輸出電能完成能量轉(zhuǎn)換。

實(shí)際上由于其仍在開(kāi)發(fā)階段，成本高技術(shù)要求也高使得應(yīng)用并不廣泛。但飛輪電池所具備的方便快捷無(wú)污染，效率高且壽命長(zhǎng)等性能使得各國(guó)對(duì)此投入大量的人力與資金開(kāi)展研究。而我國(guó)例如英利集團(tuán)等科技企業(yè)更在“十二五”期間投入了大容量?jī)?chǔ)能飛輪研發(fā)，實(shí)現(xiàn)大儲(chǔ)能裝置的規(guī)?；a(chǎn)。

可以說(shuō)，21世紀(jì)及22世紀(jì)，在地球資源日益緊張、環(huán)境不斷惡化的形勢(shì)下，太陽(yáng)能（包括其派生的風(fēng)能、浪能）可能變?yōu)槲ㄒ辉试S使用的能源。在此情況下，在利用太陽(yáng)能的基礎(chǔ)上加入飛輪電池儲(chǔ)能的效用，太陽(yáng)能電廠便可以提供全天候的能源。而在這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)下，人類“綠色能源”的研究探索也能夠終得以成功。

結(jié)論

在當(dāng)前節(jié)約型社會(huì)建設(shè)過(guò)程中，電動(dòng)汽車在各方面具備的經(jīng)濟(jì)效益與便利，使得電動(dòng)汽車勢(shì)必成為當(dāng)下出行的新寵。對(duì)比早期開(kāi)發(fā)使用的鉛蓄電池，鋰離子電池更輕便且價(jià)格便宜，更在比功率比能量方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。而當(dāng)下正在努力開(kāi)發(fā)的飛輪電池，較于傳統(tǒng)化學(xué)電池更為便利?？梢?jiàn)，電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)仍存在廣闊的開(kāi)發(fā)空間待有關(guān)研究人員對(duì)此深究探索。

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