電化學(xué)儲能在電動汽車中的應(yīng)用分析

張云天

摘 要：電化學(xué)儲能技術(shù)具有使用方便、反應(yīng)快、配置靈活的特點，目前應(yīng)用在電動汽車上的儲能技術(shù)主要是電化學(xué)儲能技術(shù)。該文根據(jù)電動汽車動力電池的性能需要，從能量、比能量、比功率、充電性能、安全性和成本等角度比較了現(xiàn)有的主要電化學(xué)儲能技術(shù)，總結(jié)了鉛酸電池、鋰離子電池、釩液流電流和鈉硫電池在電動汽車商業(yè)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，其中鋰離子電池在純電動車中應(yīng)用最廣，而鉛酸電池主要應(yīng)用在混合動力車和觀光車、公交汽車中。最后指出現(xiàn)有的儲能技術(shù)在比能量、比功率、充電速度、循環(huán)壽命次數(shù)、安全性和成本等方面仍然存在不足，還遠遠不能滿足電動汽車的普及推廣。

關(guān)鍵詞：電動汽車 電化學(xué)儲能 鋰離子電池 鉛酸電池

中圖分類號：TM91 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0019-02

Abstract：Currently， the energy storage technology used in electric vehicles is mainly electrochemical energy storage technology， which has the characteristics of convenient operation， fast response and flexible configuration. Based on the performance requirements of electric vehicle power battery， this paper compares existing major electrochemical energy storage technology from the perspectives of the energy， specific energy， specific power， charging performance， safety and cost， and summarizes the application status of lead-acid batteries， lithium-ion batteries， vanadium flow current and sodium-sulfur batteries in the commercialization of electric vehicles. Among them， lithium-ion batteries are most commonly used in battery electric vehicle while the lead-acid batteries are mainly used in hybrid vehicle， sightseeing car and bus. Finally， this paper points out that existing energy storage technology is still insufficient in terms of energy， specific power， charging speed， cycle life times， safety and cost， which cannot meet the further promotion of electric vehicles.

Key Words：Electric vehicles；Electrochemical energy storage technology；Lithium-ion battery；Lead-acid battery

由于電能不能大量儲存，而太陽能、風(fēng)電發(fā)電又具有非常明顯的隨機性與不確定性，因而常常造成了新能源發(fā)電量的浪費；同時電網(wǎng)供電存在峰谷電價差異，因此利用儲能裝置來吸收系統(tǒng)“多余”便宜的電能，在需要時再重新利用，具有顯著的經(jīng)濟價值，從而使得儲能技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展[1]。與此同時，由于能源危機，采用電能取代汽油燃料作為汽車動力，是未來交通發(fā)展的唯一長遠解決方案。

在現(xiàn)有的儲能技術(shù)中，電化學(xué)儲能具有技術(shù)相對成熟、轉(zhuǎn)換效率高、能量密度大、容量擴展方便，是解決電動汽車電源問題最有前途的技術(shù)。

1 電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

電化學(xué)儲能是指通過發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)來完成電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)電能的存儲和釋放。電化學(xué)儲能電池主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池、氫鎳電池、鋅空氣電池、燃料電池以及超級電容器，其中鉛酸電池、鋰離子電池、釩液流電池和鈉硫電池是研究重點和熱點[2]。

描述儲能裝置的主要技術(shù)參數(shù)有能量、功率、比能量、比功率、充放電倍率、循環(huán)壽命次數(shù)、轉(zhuǎn)換效率和單位成本等，其中比能量、比功率是最重要的性能指標。比能量是單位體積或質(zhì)量存儲的能量，表示電動汽車的續(xù)航能力；比功率是單位質(zhì)量電池所能提供的功率，表示電動汽車的加速性能和最高車速。同時，儲能裝置的經(jīng)濟性也是其發(fā)展的重要動力。表1給出了常用電化學(xué)儲能技術(shù)的主要參數(shù)比較。

2 電化學(xué)儲能技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用

電化學(xué)儲能技術(shù)最重要的民用領(lǐng)域就是電動汽車。其中鉛酸電池技術(shù)較為成熟經(jīng)濟，是使用最廣泛的儲能電池。美國是全球鉛酸蓄電池使用量最高的國家，中國也是制造和消費鉛酸電池最多的國家。第一代電動汽車就是采用鉛酸電池作為儲能裝置。但是由于鉛酸電池的比能量和轉(zhuǎn)換效率較低，不能滿足電動汽車的長途、高速行駛的動力需求，所以常常作為旅游觀光車、市內(nèi)公共汽車和叉車上的電力電源。同時由于價格優(yōu)勢突出、性能穩(wěn)定，鉛酸電池常常被用來與其他動力源混合，應(yīng)用于電動汽車。近期報道，美國在“下一代電動車”中將研制一種超級電池（UltraBattery），將超級電容器與鉛酸電池并聯(lián)使用（“外并”），進化為“內(nèi)并”，將雙電層電容器的高比功率、長壽命優(yōu)勢融合到鉛酸電池中，造成高功率、高能量密度、長壽命，且成本低廉的超級電池[3]?？梢娿U酸電池的未來發(fā)展前景也非常值得期待。

目前市場上，鋰離子電池被公認為性能最好，同質(zhì)量的鋰離子電池的能量是鉛酸電池的4～6倍，是鎳氫電池的2～3倍，并且地球上鋰礦資源豐富，海水中也存在鋰離子，未來可利用太陽能從海水中提取，基本沒有原材料問題。但是其價格過高，且大功率鋰電池存在不可忽視的安全性問題，這是電動汽車大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。然而瑕不掩瑜，經(jīng)過對鋰電池的安全性、穩(wěn)定性、壽命及成組技術(shù)的實驗改進，目前國內(nèi)外多數(shù)汽車廠家選擇鋰電池作為電動汽車的動力電池，表2給出了世界部分品牌電動汽車電池技術(shù)比較表。

釩液流電池能夠快速大電流充電，可實現(xiàn)“瞬間充電”，還具有大電流深度放電，比功率大，比能量高特點，非常適合于作電動汽車的動力電源。鈉硫電池的比能量，續(xù)航能力強，可高功率大電流放電，但對工作溫度有一定要求。在目前技術(shù)水平下，這兩類電池仍處于研究較短，距離商業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。

3 結(jié)語

電化學(xué)儲能技術(shù)具有使用方便、反應(yīng)快、配置靈活的特點，是目前最受重視的儲能技術(shù)。應(yīng)用在電動汽車上的電化學(xué)儲能技術(shù)主要有鉛酸電池、鋰離子電池、釩液流電池、鈉硫電池等。目前商業(yè)化應(yīng)用最多的是鉛酸電池和鋰離子電池，釩液流電池和鈉硫電池還處于實驗室階段?？傮w來說，這些儲能技術(shù)在比能量、比功率、充電、循環(huán)壽命次數(shù)、安全性和成本等方面仍然存在不足，還不能使電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車媲美。還需要更先進的儲能技術(shù)以獲得更加理想的駕駛周期、行駛里程、駕駛體驗和更低的成本。

參考文獻

[1] 張坤，彭勃，郭姣姣，等.化學(xué)儲能技術(shù)在大規(guī)模儲能領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景分析[J].電力電容器與無功補償，2016，37（2）：54-59.

[2] 劉勝永，張興.新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)儲能電池綜述[J].電源技術(shù)，2012，87（4）：601-605.

[3] 宋永華，陽岳希，胡澤春.電動汽車電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（4）：1-7.