1.2.3 电动汽车高压电能储存与使用

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插电式（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。

本章主要关注纯电动汽车，纯电动汽车由动力电池、控制器、电机和驱动轴等部分组成，完全是由动力电池提供电力驱动，如图1-18所示。动力电池通过控制器将电能传递到电机，电机将电能转化为机械能，传递给驱动轴，驱动轴带动车轮转动。下面分两部分介绍电动汽车的储能系统和充电技术。

图1-17 电能输送流程图

图1-18 电动汽车能量传递路线示意图

1.电动汽车储能系统

动力电池按材料来分，可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池，如图1-19所示。

铅酸电池由于自身性能限制了动力电源的发展且存在铅污染，逐渐退出市场；镍镉存在镉污染，记忆效应严重，也基本退出动力电池市场；镍氢电池是镍镉电池的改进，具有比能量高、充电速度快、基本无记忆效应、无环境污染，安全性高等特点，但是镍氢电池制造成本较高，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100W·h/kg增加到了180W·h/kg，比功率可达2kW/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。

动力电池决定了电动汽车的行驶里程、加速能力和充电时间。电动汽车的动力电池由很多节电池单体组成，一节电池单体通常包含四个主要部分：正极、负极、电解液和隔膜。当电池放电的时候，正极从外电路接收电子，负极向外电路提供电子，隔膜是一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正、负极，阻止电子穿过。

一节电池单体的电量是固定的，但它的容量取决于所包含的活性材料的多少，单个电芯的电量从几安培到几千安培不等，电池的电量就是它所能提供的电子数目，电流是单位时间内通过导体的电子数目，那么容量就是电流乘以时间，单位为安培时。

图1-19 动力电池分类

2.电动汽车充电技术

按照充电速率控制方式的不同，电动汽车有多种充电方式。

（1）恒压充电 恒定电压加在电池上，从图1-20可以看出，开始电池电量很低时，充电电流最高，随着电量的增加，电流下降，当电池接近充满时，电流降到最小值。恒压充电所需要的电子装置相对简单，因此价格低廉。

（2）恒流/恒压充电 如图1-21所示，在一个充电循环的开始使用恒定高电流，当电池电压达到一定值时，改为恒压控制，这种充电方式可以通过减少充电过程中的热量来延长电池寿命，提高电池性能。

图1-20 恒压充电

图1-21 恒流/恒压充电

（3）脉冲充电 脉冲充电使用“脉冲电压”来取代恒压或者恒流，如图1-22所示，这种方法对电池施加一系列的高电流和高电压脉冲直到电池电压达到设定值。这种充电方法最主要的优点是能够极大地减少发热，使充电器在电池接近充满的时候还能以高电压运行，此外，降低热量意味着减少了能量损失，所以脉冲充电能够极大地减少充电时间，提高效率。

充电方式有很多选择，电动汽车厂家会根据所配置的电池情况提供最合适的充电方式。

3.电动汽车制动能量回收技术

在电动汽车中，作为动力装置的电动机同时也具有发电功能，利用这一功能，可以实现电动机的再生制动。

在制动过程中，整车的惯性能量可以传递到电动机，从而带动电动机转动，此时，电动机转化为发电机，向动力电池充电，将制动能量转化为电能，储存在动力电池中，实现了能量的再生利用。同时，电动机产生的制动力矩还可以作用于车轮，对车轮施加制动力，从而达到使车辆减速的效果。

图1-22 脉冲充电