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电动汽车储能及充放电相关技术介绍

导读: 我国的能源资源分布特点是煤多气少油贫,石油资源严重依赖进口, 如果不加控制到2030年中国需进口石油可能达到8. 5 亿t,相当于目前全球出口总量的50%,将给我国的能源安全埋下严重的隐患。

  我国的能源资源分布特点是煤多气少油贫,石油资源严重依赖进口, 如果不加控制到2030年中国需进口石油可能达到8. 5 亿t,相当于目前全球出口总量的50%,将给我国的能源安全埋下严重的隐患。交通是耗油大户,根据预测2030年交通工具的用油将占总耗油量的55%以上,因此车辆用能结构的变革势在必行。随着化石能源的日益枯竭以及二氧化碳等温室气体排放带来的气候变暖的加剧,节能减排已经成为全球的共识,我国“十二五” 规划要求单位GDP的能耗要降低20% ,污染排放要降低10%。随着我国社会和经济的发展,家用汽车将不断普及,汽车的能耗和排放将不断增加,因此研制和推广清洁高效的汽车动力同样势在必行。电动汽车可以不依赖石油资源,能源效率是传统燃油汽车的1.5~ 2.0倍,与燃油汽车相比在全寿命周期可以减排20%的二氧化碳,因此被认为是目前最有发展潜力的交通工具。我国已经把发展电动汽车列入“十二五”规划,准备在今后的几年内大规模发展电动汽车。
 
  1 电动汽车种类

  通常,电动汽车有纯电动汽车( Pure Electric Vehicle,PEV) 、混合动力汽车(Hybrid Electric
Vehicle, HEV) 、燃料电池电动汽车( Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV) 三种类型,近几年混合动力汽车中的外接充电式( Plug-In) 混合动力汽车( Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV) 特别受到关注, 国内外专家认为,PHEV 有望在几年后得到广泛的推广使用。
 
  1. 1 纯电动汽车

  纯电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动汽车,见图1, 目前主要采用铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池作为驱动力。


  铅酸电池是非常成熟的蓄电池,价格比较便宜,虽然铅酸电池的制造和废弃存在着重金属污染的严重缺点,但是在近阶段还是电动汽车的重要驱动电力。

  镍氢电池的比能量高、使用寿命长,但是镍氢电池需要采用高价的镍金属(占成本的60%) ,因此制造成本较高,大量推广遇到很大困难。

  锂离子电池技术发展很快, 近10年来比能量已经从100 Wh/ kg 增加到了180 Wh/ kg, 比功率可达2 kW/ kg,循环寿命达1000次以上,工作温度范围达- 40~ 55 ℃。近年由于磷酸铁锂离子电池的研发有重大突破,又大大提高了电池的安全性,因此目前已有许多发达国家将锂离子电池作为电动汽车用动力电池的主攻方向。我国拥有锂资源优势,2004 年锂电池产量已占全球市场的37.1%,预计到2015 年以后,锂离子电池的性价比有望达到可以和铅酸电池竞争的水平,而成为未来电动汽车的主要动力电池。

  根据能量转换效率,可以对纯电动汽车和燃油汽车的经济性进行粗略的比较。假设电池最高可充电荷电状态( State Of Charge, SOC)为0.9,放电SOC 为0.2,即实际可用的电池容量仅占总容量的70% ;由电网供电价为0. 5元/ kWh,电池的平均充放电效率为0. 75。粗略计算,铅酸电池每提供1 kWh 电能,价格为3. 05元左右(其中2.38元为电池折旧费,0.67 元为电网供电费) ,镍氢电池每提供1 kWh 电能,费用为9.6元, 锂离子电池为10.2元。

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