摘要：蓄電池及其管理系統是影響和決定電動汽車性能指標的關鍵技術之一，本文首先簡述了電動汽車用蓄電池的發展現狀，然后分析了電動汽車及混合動力電動汽車對動力電池組的選型要求，隨后著重介紹了蓄電池管理系統的關鍵技術，最后對電動汽車用蓄電池技術的前景進行了展望。
　　關鍵詞：電動汽車;蓄電池;關鍵技術
　　蓄電池是電動汽車的主要儲能裝置之一，也是決定電動汽車續駛里程以及衡量車輛性能的重要指標之一。世界各國都在研發滿足整車要求的、可靠性高的蓄電池。蓄電池的主要性能(能量密度、功率密度、安全性、循環壽命、溫度特性等)影響著其發展[1]。
　　1.電動汽車用蓄電池發展現狀
　　應用于電動汽車(純電動汽車、混合電動汽車等)的動力電池發展歷經三代：1)鉛酸蓄電池2)堿性蓄電池，包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等3)燃料電池。燃料電池的發展最有前景，但技術上還不太成熟，有待進一步研究。因此，蓄電池憑借著其技術成熟、安全耐用、價格低廉等優勢，依舊是目前電動汽車動力裝置的主要選擇。
　　鉛酸蓄電池作為電動車的第一代電源，雖尚有許多不足，但是由于應用歷史最長，成本售價低廉，特別是近年來密閉技術已日趨完善，所以鉛酸蓄電池在動力電源中仍占有一席之地[2]。鉛酸蓄電池性能可靠，壽命長維護方便，鉛原料充足，但其比能量低，輸出波動大，低溫性能差，充電時間長。隨著電動汽車用動力蓄電池技術的不斷發展，鉛酸蓄電池必將逐步被眾多新型高性能的蓄電池所淘汰。
　　鎳氫電池是目前人們看好的第二代電池之一，它將逐步取代鉛酸電池的產品。鎳氫電池的能量密度和功率密度遠遠超過于鉛酸電池，所以日益應用到電動汽車上。鎳氫電池的主要優點是：比能量高(一次充電可行使的距離長);比功率高，在大電流工作時也能平穩放電(加速爬坡能力好);低溫放電性能好;循環壽命長;安全可靠，免維護;對環境不存在任何污染問題，可再生利用，符合持續發展的理念。但是Ni-MH蓄電池成本太高，價格昂貴。
　　鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。鋰元素是緊隨氫和氦之后第三種最輕的元素，它具有最低的負電動式，而且鋰離子電池的化學反應過程對活性材料的應力小。鋰離子蓄電池是綠色蓄電池，不會因廢棄造成二次污染，容易被政府環保部門接受，并且它儲能特性好，所以說鋰離子電池在各種動力電池中最具發展潛力，它將逐步取代鎳氫電池，成為電動汽車用動力蓄電池的主流[3]。美國、日本等汽車發達國家對鋰離子電池的研究工作都給予了更多的重視與投入。
　　常用的蓄電池種類的性能指標如表1[2]。

	Pd-acid	Ni-Cd	Ni-Fe	Ni-Zn	Ni-MH	Na-S	Li-ion
比能量（Wh/Kg）	35	55	57	70	60 - 70	100	100
功率(W/Kg)	130	170	130	180	170	150	300
循環壽命(次)	400-600	500以上	800-1000	200-300	1000以上	350	1200
優點	廉價可靠性高	比能量較高壽命長耐過充放性好	比能量較高壽命長耐過充放性好	比能量高功率大	比能量高壽命長	比能量高	比能量高電壓高
缺點	比能量較低耐過充放性差	Cd有毒性價高高溫充電性差	需經常補水價高充電效率低	壽命短價高高溫充電性差	價高高溫充電性差	高溫工作穩定	價高安全性問題
現狀	部分達實用化	部分達實用化	實用試驗中	實用試驗中	實用試驗中	實用試驗中	開發實用試驗中

　　2. 電動汽車對動力電池組的要求
　　蓄電池可以適用于純電動汽車(EV)以及混合動力電動汽車(HEV)。EV和HEV對動力電池組的工作要求有所不同。
　　2.1 EV對蓄電池的工作要求
　　EV是僅由動力蓄電池組提供電能驅動行駛的車輛，由于蓄電池組是EV的唯一儲能裝置，因此EV動力蓄電池組要有足夠的能量和容量，而且要具有深度放電能力，在必要時能夠實現滿負荷功率和全放電。EV的動力電池組必須進行周期性的充電，因此高效率充電裝置和快速充電裝置是很必要的[1]。
　　2.2 HEV對蓄電池的工作要求
　　與EV相比，HEV對動力蓄電池組的容量要求有所降低，但要能夠根據整車要求實時提供更大的瞬時功率。對于不同結構的HEV，由于工作環境、工作模式的復雜性等對動力蓄電池組提出統一的要求是比較困難的，但一些共性要求可以歸納如下：
　　(1) 蓄電池組的峰值功率要大，能短時大功率充放電。
　　(2) 循環壽命要長，達到1000次上的深度放電循環和40萬次以上的淺度放電循環。
　　(3) 電池的荷電狀態(State of Charge, SOC)應盡可能保持在50%-85%的范圍內。
　　(4) 需要配備電池管理系統和熱管理系統[1]。
　　3.電池管理系統關鍵技術
　　除了和電池本身性能表現外，電池管理系統(Battery Management System，BMS)是電動汽車絕不可少的核心系統。BMS是聯系蓄電池組和整車之間的重要橋梁，主要是為了能夠提高電池的利用率與使用率，防止電池本身出現過充電和過放電，以便最大限度地利用電池的存儲能力和循環壽命，與此同時BMS還監測電池的使用狀態，從而對蓄電池組進行安全監控和有效管理。實現這個過程需要運用很多技術，如數據采集、剩余容量的估算、熱管理技術、均衡充電、安全管理和實時通信技術等，以下將對幾個關鍵技術進行介紹。
　　3.1 SOC估計
　　SOC是用于描述電池剩余電量的參數，是電池使用過程中的重要參數。早期電動汽車用動力蓄電池主要用電壓作為限制條件來防止過充或過放，而目前這已經不能滿足電動汽車的發展要求。一方面，電動汽車要求準確估計電池SOC，從充分發揮電池能力和提高安全性兩個角度對電池進行高效管理，以進一步提高整車性能。另一方面，電動汽車電池在使用過程中表現的高度非線性，使準確估計SOC具有很大難度。兩方面的結合，促使電動汽車電池SOC估計的研究工作不斷開展，與此同時新方法也不斷出現[4]。
　　傳統的SOC基本估算方法有開路電壓法、內阻法等。開路電壓法適用于測試穩定狀態下的電池SOC，在電動汽車行駛過程中不宜單獨使用。開路電壓法通常用作其它算法的補充。內阻法是根據蓄電池的內阻與SOC之間的聯系來預測SOC。但電池的內阻受多方面的因素影響，測量結果易受干擾，可信度不高。再加上這種方法比較復雜，計算量大，因此在實際應用中比較困難[4]。
　　3.2 熱管理技術
　　熱管理是BMS的重要組成部分，主要任務是使電池工作在適宜溫度范圍內,提高能量效率，確保電池的安全性，穩定電池的工作性能。
　　熱管理系統中最關鍵的技術有三點，確定電池最優工作溫度范圍，電池熱場計算及溫度預測以及傳熱介質的選擇。[5]按照采用的傳熱介質來分類， 熱管理系統可以分為：空氣冷卻、液體介質冷卻和采用相變材料冷卻的熱管理系統。[6]空氣冷卻是目前電動汽車電池組最常用的散熱方式。
　　隨著蓄電池組在電動汽車中扮演著越來越重要的角色，電池熱環境的惡化與對電池性能的要求越來越苛刻的矛盾日益突出，研制高效的冷卻系統迫在眉睫。熱管理系統目前還存在不少值得研究的問題，現有車輛上的蓄電池散熱多為僅考慮外部散熱結構，很少將電池內部傳熱特性與外部散熱過程耦合分析，而這是從根本上控制電池，散熱帶來的負面影響的有效途徑。另外，如何利用電池導出的廢熱，與發動機產生的廢熱一起，加以回收利用，用于車用空調系統，也是將來電池熱管理發展的一個方向。
　　3.3 均衡充電技術
　　均衡充電技術也就是為單體電池均衡的充電，其作用在于使電池組內每一個電池都可以達到均衡一致的穩定平穩狀態。均衡技術是目前世界各國都在致力研究與大力開發的一項電池能量管理系統的關鍵技術。
　　從均衡結構形式來分，常用的均衡充電有集中均衡和獨立均衡兩種。集中均衡充電通過均衡控制單元，控制繼電器網絡的切換實現同一個均衡充電單元對不同單體電池進行均衡充電的控制。這種方法充電硬件設備簡單，但繼電器網絡控制邏輯要求高，每次只能給電池組內的一只電池進行均衡充電，均衡效率低。獨立均衡充電有若干均衡充電單元，通過分布的均衡控制單元控制每個均衡充電單元對一節電池或一組電池進行均衡充電。與集中均衡充電相比硬件復雜，設備成本高，但是均衡充電的自動化程度高，控制靈活，可以同時對多只電池進行均衡化處理。動力蓄電池組均衡充電具有三種方式：充電結束后實現單體電池間的自動均衡、充電過程中實現單體電池間的自動均衡及采用輔助管理裝置，對單個電池的電流進行調整。
　　BMS作為電動汽車關鍵的技術之一，與其他技術相比，還有很大發展空間，尤其是在采集數據的可靠性、SOC的估算精度和安全管理等方面，都有待進一步研究和改進。
　　4、電動汽車用動力蓄電池技術前景展望
　　對于各種動力蓄電池，暫時還無法斷言哪一種一定會取得未來動力電源市場的主導地位，但可以對各種動力蓄電池的發展力和前景進行展望。鎳氫電池和鋰離子電池憑借著它們領先的技術指標，現已逐步取代之前的鉛酸電池成為電動汽車用蓄電池的主體。鋰離子是最有可能在可外接充電式混合動力汽車上實現商業化應用的蓄電池。
　　5.結語
　　當前電動汽車技術正處于發展高潮，由于電動汽車技術的全面發展，最應提高的就是存儲技術。性能、成本、壽命、可靠性和價格等將成為動力電池能否占據市場的主要因素。隨著存儲技術的發展和突破，具有高能量密度、高功率密度、較好的充放電性能、較長的循環壽命以及高安全性等優秀性能的汽車用動力電池定會實現商品化。
　　參考文獻
　　[1] 陳全世，朱家璉，田光宇.先進電動汽車技術[M].化學工業出版社，2007
　　[2] 蘇光耀，高德淑.電動車用大型蓄電池研究概況[J]
　　[3] 吳憩棠，安富強.鋰離子蓄電池的未來發展方向[J].新能源汽車，2011
　　[4] 林成濤，王軍平，陳世全.電動汽車SOC估計原理與應用.電池[J]， 2004,10
　　[5] 付正陽，林成濤，陳全世.電動汽車電池組熱管理系統的關鍵技術.公路交通科技[J]，2008,3 第25期
　　[6] 張國慶，馬莉，張海燕.HEV電池產熱行為及電池熱管理技術.廣東工業大學學報，2008,3