提起儲(chǔ)能電池，我們電動(dòng)汽車行業(yè)的小伙伴默認(rèn)就是鋰電池，其實(shí)，在鋰電池之外，還有許多種類的儲(chǔ)能形式存在，即使是具體到動(dòng)力電池，用來(lái)或者說(shuō)曾經(jīng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車的電池也不止一種兩種。這是一篇匯總了超過(guò)十種儲(chǔ)能媒介的綜述，選擇翻譯它，主要就是太全面?！?Review of energy storage systems for electric vehicle applications Issues and challenges》，作者M(jìn).A. Hannana等人。把今天的內(nèi)容與前面兩天的內(nèi)容匯總到一起，4.4節(jié)以后是今天的最新內(nèi)容。

概述

電動(dòng)汽車（EV）技術(shù)解決了減少溫室氣體排放的問(wèn)題。電動(dòng)汽車的概念側(cè)重于替代能源的利用。然而，電動(dòng)汽車系統(tǒng)目前在能源存儲(chǔ)系統(tǒng)（ESS）方面面臨安全、尺寸、成本和整體管理問(wèn)題多個(gè)方面的挑戰(zhàn)。此外，先進(jìn)的電力電子技術(shù)在ESS中的應(yīng)用，是提高EV性能的另外一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文回顧ESS技術(shù)，分類，特性，結(jié)構(gòu)，電力轉(zhuǎn)換，以及在EV上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。此外，本文討論的各種類型的電池，根據(jù)它們的能量存儲(chǔ)機(jī)理，材料組成，基于其容量的一般電力輸送過(guò)程和整體的ESS系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)和預(yù)期壽命。本文綜述了下一代電動(dòng)汽車應(yīng)用中ESS技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的諸多因素，挑戰(zhàn)和問(wèn)題。

1 介紹

通過(guò)確保適當(dāng)利用先進(jìn)技術(shù)，世界正在走向發(fā)展。許多發(fā)展中國(guó)家和欠發(fā)達(dá)國(guó)家正在爭(zhēng)相實(shí)現(xiàn)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)進(jìn)步。解決公民的交通需求象征著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。全球流動(dòng)性和許多城市的發(fā)展明顯地增加了車輛在道路上行駛的數(shù)量。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，從1990年到2014年銷售約295.57百萬(wàn)輛汽車，2014年銷售總額的31.70％。預(yù)計(jì)2015年銷量增長(zhǎng)3％[1]。

車輛數(shù)量的增長(zhǎng)已經(jīng)導(dǎo)致兩個(gè)主要問(wèn)題，即，交通擁堵和二氧化碳（CO2）的排放過(guò)量。一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)車輛在消耗大約總?cè)剂夏芰?5％[2,3]，其余以CO2，一氧化碳，氮氧化物，碳?xì)浠衔?，水和其他溫室氣體（GHG）的形式消散熱量; 總氣體排放量的83.7％為CO2 [4] 。CO2排放量，從1990年的227億噸急劇增加至2013的 352.7億噸[5]中，如圖1所示。隨著CO2從1990年開(kāi)始的緩慢上升，見(jiàn)于圖1，在未來(lái)十年，該增長(zhǎng)率從2003年至2008年逐年加快。在2013年，排放量減小至3.80-2.00％。二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體之一，這是一個(gè)嚴(yán)重的全球環(huán)境問(wèn)題。

脫碳在減少二氧化碳運(yùn)輸部門的排放量，具有重要作用。對(duì)化石燃料驅(qū)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到CO2 排放目標(biāo)。因此，需要先進(jìn)技術(shù)才能達(dá)到長(zhǎng)期和更高的排放目標(biāo)。CO2和其他溫室氣體排放量的減少，是許多國(guó)家和研究的重要問(wèn)題。許多國(guó)家和地區(qū)獨(dú)自或聯(lián)合通過(guò)了計(jì)劃，通過(guò)電動(dòng)車輛（EV）代替常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)車輛的方式減少CO2的排放[6,7] 。減排計(jì)劃已經(jīng)設(shè)定了未來(lái)幾十年的溫室氣體排放目標(biāo)[4]。電動(dòng)汽車具有高效率和低排放甚至零排放的優(yōu)點(diǎn)，因而吸引了各方的關(guān)注。 [8]。

圖 1. 運(yùn)輸二氧化碳（CO 2）排放量[5]。

電動(dòng)汽車將電力儲(chǔ)存在電化學(xué)電池，燃料電池（FC）和超級(jí)電容器（UCs）中運(yùn)行，其最終電力來(lái)源包括發(fā)電廠和可再生能源。根據(jù)動(dòng)力來(lái)源不同，電動(dòng)汽車有幾種類型，如混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV），純電動(dòng)汽車（BEV），插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，光伏電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車[9，10]。不同于傳統(tǒng)的車輛，電動(dòng)汽車使用一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力電源和電動(dòng)機(jī)[10,11]。電動(dòng)汽車中使用再生制動(dòng)和熱電發(fā)電機(jī)，以減少能源浪費(fèi)。車輛的制動(dòng)過(guò)程吸收其能量，將其轉(zhuǎn)換回電能，并將能量返回到電池，而熱電發(fā)電機(jī)將熱量從發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為電力[3,11,12]。電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)通常不需要使用傳統(tǒng)的變速箱，并且在很寬的速度范圍內(nèi)具有高轉(zhuǎn)矩。此外，電動(dòng)汽車在靜止時(shí)不消耗任何動(dòng)力[13]，在運(yùn)行時(shí)消耗75％以上的能量。目前，電動(dòng)汽車平均使用1千瓦時(shí)電量續(xù)航4~8英里[3] 。

電動(dòng)車是高度依賴于能量存儲(chǔ)技術(shù)，例如 FC和UCS [3,14 - 16] ，它需要從電網(wǎng)充電。電動(dòng)汽車的額外能源需求是普通電網(wǎng)的新挑戰(zhàn)。為了滿足額外的電力需求，大多數(shù)國(guó)家正在投資可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能 [16] 。 車輛自身的可再生能源和存儲(chǔ)的能源可以在用電高峰期間給大電網(wǎng)供電 （ V2G ） ， 在用電低谷期間從大電網(wǎng)充電恢復(fù)動(dòng)力性能 [17-19]。存儲(chǔ)在電池系統(tǒng)和其他存儲(chǔ)系統(tǒng)中的電能被用于操作電動(dòng)機(jī)和附件以及車輛的基本系統(tǒng) [20] 。VE上的電池存儲(chǔ)能量，除了用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還同時(shí)給車輛附件供電。車輛的續(xù)航和功率性能完全取決于電池的性能 [3,14 - 16] 。

電動(dòng)汽車中的電能存儲(chǔ)需要考慮許多要求。管理系統(tǒng)，電力電子接口，電源轉(zhuǎn)換，安全和防護(hù)對(duì)提高能量效率和實(shí)現(xiàn)EV分布式管理都非常重要 [21-25] 。電動(dòng)汽車需要高科技提供長(zhǎng)途續(xù)航和高能量使用效率。能源的選擇和管理，能量?jī)?chǔ)存和儲(chǔ)能管理系統(tǒng)對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車技術(shù)至關(guān)重要[23]。

能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（ESS）正在成為電力市場(chǎng)中的重要一環(huán)，提高可再生能源的比例，減少二氧化碳排放量[4,5,8] ，重新定義智能電網(wǎng)概念[26-29] 。ESS對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)具有重要影響; 它提供了連續(xù)和靈活的電源供給并提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)不可控的額外功率波峰的出現(xiàn)。此外，ESS確保了因自然災(zāi)害造成的電力危機(jī)期間，仍然能夠?yàn)橄M(fèi)者提供可靠的服務(wù) [30]。

本文側(cè)重于ESS制造，利用，回收和處理過(guò)程中的環(huán)境和安全問(wèn)題。不同類型的能量存儲(chǔ)技術(shù)按照發(fā)電過(guò)程，特點(diǎn)，以及在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用進(jìn)行一一解釋。分析比較現(xiàn)有的電化學(xué)儲(chǔ)能單元的特征。

圖2. EV架構(gòu)：a）電池供電的EV和b）串并聯(lián)全HEV

圖2顯示了電動(dòng)汽車的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。圖2（a）和（b）分別給出了一個(gè)BEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和一個(gè)混合動(dòng)力汽車原理框圖。

2 典型ESS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ESS系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與應(yīng)用該系統(tǒng)的場(chǎng)景及具體參數(shù)有關(guān)。ESS包括機(jī)械的，電化學(xué)的，化學(xué)的，電的，熱的和混合的等各種類型[30] 。這些系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)和組成的材料成分分類[14,30] 。圖3展示了儲(chǔ)能介質(zhì)的詳細(xì)分類，其中能夠應(yīng)用于EV的類型，涂成灰色。飛輪，二次電化學(xué)電池，F(xiàn)C，UC，超導(dǎo)磁線圈和混合ESS通常用于EV動(dòng)力系統(tǒng)[9,10,14 - 16,23,30 -33]。

圖3根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)形式和材料成分劃分的儲(chǔ)能系統(tǒng)分類（ESS）。