電源系統(tǒng)

電源是制約電動汽車發(fā)展的因素。作為電動汽車的電源應(yīng)該具有高比能和高比功率等性能，以滿足汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求。另外，還應(yīng)具有與汽車使用壽命相當?shù)难h(huán)壽命、效率高、成本低和免維護等特點 。

目前用于電動汽車上的電源主要是蓄電池，其次是燃料電池。蓄電池是能量存儲裝置，通過外界充電實現(xiàn)儲能；燃料電池是能量生成裝置，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。蓄電池技術(shù)成熟，價格合理，而燃料電池則被認為是最有發(fā)展前途的電動汽車動力源。

蓄電池的主要性能指標有：①比能量--單位電池質(zhì)量所能存儲的電量(W·h/kg)，是評價電動汽車整車質(zhì)量和續(xù)駛里程的指標；②能量密度--單位電池體積所存儲的電量(W·h/L)，它影響蓄電池的尺寸；③比功率--單位電池質(zhì)量所能輸出的功率(W/kg)，是評價電動汽車加速性、爬坡能力及最高車速的指標；④功率密度--單位電池體積所能輸出的功率(W/L)；⑤循環(huán)壽命--蓄電池充、放電一次稱為一個循環(huán)，循環(huán)壽命表示更換電池前所能完成的循環(huán)數(shù)。循環(huán)壽命短，將增加電動汽車的維護費用。

1.蓄電池

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鉛酸蓄電池廣泛地應(yīng)用于電動汽車上，其主要原因是技術(shù)成熟，價格便宜，可靠性好，單體額定電壓高(2.0V)。另外，輸出電流大以及良好的高、低溫性能等均適合電動汽車使用。但是鉛酸蓄電池存在比能量低，充電時間長，使用壽命較短等缺點。

鎳隔(Ni-Cb)電池比功率大，比能量高，可快速充電，使用壽命長，抗電流沖擊能力強，工作溫度范圍寬(-40℃～85℃)，在較大的放電電流范圍內(nèi)電壓變化較小等，成為電動汽車很具吸引力的電源。但是生產(chǎn)成本高(約為鉛酸電池的2～4倍)，單體額定電壓只有1.2V，重金屬鎘具有致癌性等，限制了它在電動汽車上的廣泛應(yīng)用。

鎳氫(Ni-MH)電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性，但由于無鎘，因此不存在重金屬污染問題，被稱為"綠色電池"。批量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。Ni-MH電池單體額定電壓為1.2V，其負電極為經(jīng)吸氫處理后的儲氫合金，正電極為氫氧化鎳，電解液為KOH溶液。

鈉硫(Na-S)電池有很高的比功率和比能量，但其工作溫度高，再加上鈉的活化性和腐蝕性，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須保證堅固和安全。Na-S電池以熔融態(tài)鈉為負電極，熔融態(tài)硫為正電極，陶瓷β-Al2O3作電解質(zhì)，并作為離子傳導(dǎo)媒介和熔融態(tài)電極的隔離物，以避免電池自放電。

鋰離子(Li-Ion)電池自20世紀90年代初問世以來發(fā)展很快。雖然目前鋰離子電池仍處于開發(fā)階段，但在Nissan　FEV、Nissan　Prairic　Joy和Altra等電動汽車上都采用鋰離子電池。它具有單體額定電壓高，比能量和能量密度高和使用壽命長等優(yōu)點，缺點是自放電率高。

電動汽車用的各種蓄電池的性能參數(shù)見表，美國先進電池聯(lián)合會(USABC)制定的電動汽車用蓄電池遠期性能指標也列于表中。

.燃料電池

燃料電池是燃料與氧化劑通過電極反應(yīng)將其化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池不需要充電，只要外部不斷地供給燃料和氧化劑，就能連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。電動汽車用燃料電池的燃料為氫和甲醇，氧化劑為空氣。燃料電池具有比能量高、使用壽命長、維護工作量少以及能連續(xù)大功率供電等優(yōu)點。另外，燃料電池電動汽車可達到與燃油汽車相同的續(xù)駛里程。(如下左圖)

根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、溶融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池五類。適于電動汽車用的有堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。在燃料電池中，燃料作負電極的工作物質(zhì)，在負電極發(fā)生氧化反應(yīng)；氧氣(空氣)作正電極的工作物質(zhì)，在正電極發(fā)生還原反應(yīng)。在堿性燃料電池中，氫氣和氧氣(空氣)分別吸附在用活性炭制成的電極上，并將兩個電極置于KOH電解液中，若接通外電路，便有電流流過負載。

使用鎳作為正電極的催化劑，鋰鎳氧化物作為負電極的催化劑，可以加速電池的反應(yīng)過程。質(zhì)子交換膜燃料電池使用固體隔膜作電解質(zhì)，隔膜夾在正、負電極之間，并以鉑作電極反應(yīng)的催化劑

質(zhì)子交換膜燃料電池用作電動汽車的電源有以下優(yōu)點：

①在所有燃料電池當中，質(zhì)子定換膜燃料電池的比功率和功率密度都最高，在相同輸出功率的情況下，體積最小；

②工作溫度低，起動時間短；

③電池中惟一的液體為水，從而避免了腐蝕作用；

④使用固體電解質(zhì)，因而不會發(fā)生電解液蒸發(fā)、外溢等問題。質(zhì)子交換膜燃料電池的缺點是內(nèi)阻稍大，而且需使用貴金屬鉑作電極催化劑。

直接用甲醇作燃料的燃料電池稱為直接甲醇燃料電池。發(fā)展直接甲醇燃料電池的原因是甲醇來源豐富，生產(chǎn)成本低，而且易于儲存、運輸和銷售，便于電動汽車使用。

3.能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)由電壓、電流和溫度等傳感器 以及控制單元及其輸入/輸出接口等組成 ，其功用 為：①檢測 電動汽車電池組中各單體電池的端電壓和溫度以及各單體電池充、放電電流；②預(yù)報電池組剩余的電量和電動汽車還能續(xù)駛的里程；③電池需要充電時，及時報警，以防電池過放電而影響其使用壽命；④當電池組充電時，能量管理系統(tǒng)根據(jù)檢測 到的各單體電池的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定各單體電池的充電狀態(tài)，并控制充電機的充電過程，保證各單體電池均衡充電，不使其過充電或欠充電；⑤合理分配電池能量，以達到節(jié)能目的，例如，當鉛酸電池作為電動汽車的主電源時，在汽車起動和爬坡時，暫時關(guān)閉空調(diào)器等耗電大的電器，以使電池放電流不致過大。

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