綠色革命可(ke)(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)不久就將(jiang)(jiang)迎來一場(chang)重(zhong)大(da)勝利。在大(da)規模的(de)(de)(de)(de)(de)電能(neng)(neng)(neng)(neng)成(cheng)為“可(ke)(ke)(ke)儲存”和“便攜式”能(neng)(neng)(neng)(neng)源之時(shi)，能(neng)(neng)(neng)(neng)量效率將(jiang)(jiang)獲得顯著改善，而(er)(er)且(qie)可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)(de)(de)(de)推動(dong)工作也將(jiang)(jiang)取得進(jin)展。可(ke)(ke)(ke)儲存性(xing)和便攜性(xing)是(shi)(shi)液體燃料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)優勢，而(er)(er)通過電池(chi)系統提供(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)電力則擁有提供(gong)一種可(ke)(ke)(ke)行替代方案的(de)(de)(de)(de)(de)潛力。電能(neng)(neng)(neng)(neng)可(ke)(ke)(ke)在幾乎所(suo)有的(de)(de)(de)(de)(de)耗能(neng)(neng)(neng)(neng)設備(bei)中使(shi)用，而(er)(er)且(qie)，電能(neng)(neng)(neng)(neng)也可(ke)(ke)(ke)以從(cong)幾乎所(suo)有的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)用能(neng)(neng)(neng)(neng)源來產生。核(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)、太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)、風(feng)能(neng)(neng)(neng)(neng)、地熱能(neng)(neng)(neng)(neng)和液體燃料(liao)(liao)(汽油(you)、柴油(you)、乙醇(chun)、氫等等)都能(neng)(neng)(neng)(neng)很容易地轉換成(cheng)電能(neng)(neng)(neng)(neng)。因此，與石油(you)燃料(liao)(liao)相比，電力的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)優勢是(shi)(shi)可(ke)(ke)(ke)以利用最具(ju)成(cheng)本效益(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)解決方案隨(sui)時(shi)隨(sui)地產生能(neng)(neng)(neng)(neng)量。

       對(dui)電(dian)能(neng)的(de)(de)規(gui)范(fan)化可(ke)以同時實現規(gui)模(mo)經濟，并免除局部燃(ran)料消耗所需的(de)(de)基(ji)礎(chu)設施。優越的(de)(de)電(dian)能(neng)可(ke)儲(chu)存(cun)性便于發電(dian)(效(xiao)率(lv)最高，且(qie)不是“按需”型的(de)(de))，目前(qian)的(de)(de)情況(kuang)大體如此(ci)。例如：風力發電(dian)和(he)太陽能(neng)發電(dian)未必與峰值功率(lv)需求模(mo)式相吻合(he)，而可(ke)儲(chu)存(cun)特性則(ze)能(neng)緩(huan)解這(zhe)個問題有所緩(huan)解。優越的(de)(de)便攜性允許電(dian)能(neng)作(zuo)為汽車(耗能(neng)大戶)的(de)(de)能(neng)源(yuan)。隨著(zhu)時間的(de)(de)推移，其他(ta)傾向于使用(yong)(yong)綠色(se)能(neng)源(yuan)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)肯(ken)定將得(de)益(yi)于此(ci)項(xiang)技術。

電(dian)動(dong)汽車對電(dian)池系統(tong)的要求

       電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)(qi)車為(wei)(wei)綠色革命提(ti)供了一個(ge)(ge)巨大的(de)(de)(de)發展機遇，原因有(you)很多(duo)。電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)(qi)車采用電(dian)網電(dian)力取(qu)代(dai)了燃(ran)氣動(dong)力。電(dian)網電(dian)力的(de)(de)(de)生成(cheng)效率(lv)很高(gao)，可(ke)以(yi)從幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)來(lai)獲得。此(ci)外，電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)(qi)車的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)使(shi)用效率(lv)也高(gao)于(yu)(yu)燃(ran)油(you)汽(qi)(qi)(qi)車。大多(duo)數(shu)汽(qi)(qi)(qi)車在(zai)運行時將經歷一個(ge)(ge)“加速、減(jian)速和空轉(zhuan)”的(de)(de)(de)連續(xu)周期(qi)。相(xiang)比之下(xia)，易變的(de)(de)(de)負載(比如(ru)加速或減(jian)速)更有(you)利于(yu)(yu)電(dian)動(dong)馬達(而(er)非燃(ran)油(you)引(yin)(yin)(yin)擎(qing))，因為(wei)(wei)它在(zai)低速條(tiao)件下(xia)提(ti)供了高(gao)轉(zhuan)矩。燃(ran)油(you)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)的(de)(de)(de)工作效率(lv)只在(zai)一個(ge)(ge)很窄的(de)(de)(de)速度/負載范圍內達到最高(gao)，而(er)且(qie)為(wei)(wei)滿(man)足峰值(zhi)加速的(de)(de)(de)需要，它必須(xu)是超大型的(de)(de)(de)。用于(yu)(yu)把汽(qi)(qi)(qi)油(you)能(neng)(neng)量轉(zhuan)換為(wei)(wei)動(dong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)引(yin)(yin)(yin)擎(qing)效率(lv)通常為(wei)(wei) 20%，而(er)電(dian)動(dong)馬達將電(dian)能(neng)(neng)轉(zhuan)換為(wei)(wei)動(dong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中可(ke)以(yi)實(shi)(shi)現 90% 的(de)(de)(de)典型效率(lv)。此(ci)外，電(dian)動(dong)馬達還(huan)無須(xu)在(zai)停靠時因為(wei)(wei)空轉(zhuan)而(er)無謂(wei)地消耗能(neng)(neng)量，而(er)且(qie)電(dian)動(dong)系(xi)統還(huan)具(ju)備通過(guo)再生制動(dong)來(lai)恢復機械能(neng)(neng)的(de)(de)(de)潛力。通過(guo)電(dian)動(dong)汽(qi)(qi)(qi)車的(de)(de)(de)典型能(neng)(neng)耗成(cheng)本僅(jin)為(wei)(wei)0.013美(mei)元/英里(li)這一事實(shi)(shi)，便能(neng)(neng)看出能(neng)(neng)量效率(lv)的(de)(de)(de)整體改善(shan)情(qing)況(kuang)。

遺憾的(de)(de)(de)(de)是(shi)，在(zai)現今的(de)(de)(de)(de)市場上(shang)，純電(dian)動汽車(che)(che)還不是(shi)一(yi)種可行(xing)的(de)(de)(de)(de)解決(jue)方(fang)案(an)，因(yin)為(wei)其行(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離受限于車(che)(che)上(shang)所(suo)能(neng)儲存的(de)(de)(de)(de)能(neng)量。如今常見(jian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)池(chi)組在(zai)充電(dian)8小時(shi)之后(hou)能(neng)夠(gou)讓一(yi)輛電(dian)動汽車(che)(che)行(xing)駛(shi)(shi)(shi)100英里(li)。而一(yi)個普通的(de)(de)(de)(de)汽車(che)(che)油箱則能(neng)為(wei)一(yi)輛標(biao)準(zhun)汽車(che)(che)提供(gong)300英里(li)的(de)(de)(de)(de)行(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離，且(qie)只(zhi)需幾分鐘(zhong)的(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)(jian)就能(neng)完(wan)成加(jia)油。如果想得到美國消(xiao)費者的(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛接受，那么(me)電(dian)動汽車(che)(che)必(bi)須延長行(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離和/或縮短再充電(dian)時(shi)間(jian)(jian)。應(ying)運而生(sheng)的(de)(de)(de)(de)解決(jue)方(fang)案(an)是(shi)“油電(dian)混合(he)動力(li)車(che)(che)”，它把燃油引擎(qing)和電(dian)動傳動系統組合(he)起(qi)來(lai)，以提供(gong)足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)行(xing)駛(shi)(shi)(shi)距離，同時(shi)仍然(ran)擁(yong)有綠色(se)能(neng)源的(de)(de)(de)(de)大多數好處。油電(dian)混合(he)動力(li)車(che)(che)采用車(che)(che)載(zai)燃氣(qi)引擎(qing)(用于電(dian)池(chi)充電(dian))，并在(zai)需要(yao)時(shi)在(zai)最有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)速度(du)/轉矩范(fan)圍內操作該引擎(qing)。

毫無疑問(wen)，電(dian)(dian)(dian)動汽車(che)的(de)(de)成功將(jiang)有助(zhu)于(yu)其(qi)它應(ying)用(yong)的(de)(de)高性能電(dian)(dian)(dian)池(chi)系(xi)(xi)統(tong)找(zhao)到(dao)屬于(yu)自己的(de)(de)生存空間，從而推進其(qi)價格的(de)(de)下降(jiang)和性能的(de)(de)提(ti)升。對于(yu)局部發電(dian)(dian)(dian)(包括小型光伏或風力發電(dian)(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong))，電(dian)(dian)(dian)池(chi)可(ke)以起到(dao)至關重(zhong)要的(de)(de)平衡(heng)作用(yong)，且當可(ke)以使用(yong)電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)力時(shi)，它還能充當一個后備電(dian)(dian)(dian)源系(xi)(xi)統(tong)。目前的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)系(xi)(xi)統(tong)相(xiang)當昂貴而且龐(pang)大，且存在可(ke)靠(kao)性和安(an)全方面的(de)(de)問(wen)題。下一代(dai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)系(xi)(xi)統(tong)將(jiang)提(ti)供(gong)較(jiao)高的(de)(de)能量密度，旨在實現外形較(jiao)小、價格較(jiao)低、可(ke)靠(kao)性和安(an)全性更高的(de)(de)解決方案。

高電壓電池組的設計(ji)挑(tiao)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)(de)化學(xue)電(dian)(dian)池，主(zhu)要(yao)因(yin)為(wei)它(ta)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)密度高(gao)。當今的(de)(de)(de)電(dian)(dian)動汽車和油(you)電(dian)(dian)混合動力車采(cai)用的(de)(de)(de)是NiMH電(dian)(dian)池，如果采(cai)用鋰離(li)子電(dian)(dian)池將使其能(neng)量(liang)儲存(cun)密度提高(gao)400%。然而，為(wei)了(le)使鋰離(li)子電(dian)(dian)池在多達數千次的(de)(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)循(xun)環(huan)過程中保(bao)持可靠，電(dian)(dian)池系統必須解(jie)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(chong)電(dian)至100% SOC或放電(dian)至0% SOC將(jiang)迅速降低其容(rong)量。因此，必(bi)須將(jiang)鋰離(li)子(zi)電(dian)池的(de)(de)操作限(xian)制在(zai)某個SOC范(fan)圍內(nei)，比如20%至80%，此時的(de)(de)可(ke)用(yong)(yong)容(rong)量僅(jin)為(wei)(wei)(wei)規定容(rong)量的(de)(de)60%。不(bu)僅(jin)如此，鋰離(li)子(zi)電(dian)池還具有平坦(tan)的(de)(de)放電(dian)曲線(圖1)，其中1%的(de)(de)SOC變化可(ke)能僅(jin)表現為(wei)(wei)(wei)數毫伏(fu)的(de)(de)電(dian)壓差異。為(wei)(wei)(wei)充(chong)分利用(yong)(yong)電(dian)池的(de)(de)可(ke)用(yong)(yong)電(dian)壓范(fan)圍，電(dian)池系統必(bi)須非常準確(que)地監視(shi)電(dian)池電(dian)壓(它直接對應于SOC)。

除了鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)敏感(gan)特(te)性之外，把(ba)電(dian)(dian)(dian)(dian)池組(zu)合在一起的(de)方法(fa)也是(shi)一個(ge)重要的(de)考(kao)慮(lv)因(yin)素。如欲從一個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)(qi)系統(tong)(比如用于給車(che)輛加(jia)速所需(xu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)(qi)系統(tong))來提供有效(xiao)的(de)功率(lv)，則(ze)需(xu)高(gao)達數百伏(fu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓。舉例來說(shuo)，在1V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓條件下輸送(song)1kW功率(lv)需(xu)要1,000A電(dian)(dian)(dian)(dian)流，而在100V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓條件下輸送(song)1kW功率(lv)則(ze)僅需(xu)10A電(dian)(dian)(dian)(dian)流。系統(tong)布線和互連(lian)線中的(de)固有電(dian)(dian)(dian)(dian)阻將轉換(huan)成IR損耗，因(yin)此設計師(shi)需(xu)采(cai)用切實可行(xing)的(de)最高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓/最低電(dian)(dian)(dian)(dian)流。