电动汽车技术培训课件能源系统讲义

一、能源系统概述

在目前以及可以预见的将来，能源系统是电动车实现市场化的瓶颈。

为了确保电动车合理的行驶性能，对其能源系统应具有如下要求：

• 高比能量(2h放电率时至少44w．h／kg)，以确保电动车达到合理的行驶里程；

• 高比功率，以确保电动车的加速和爬坡性能；

• 寿命长，免维护；

• 制造成本低廉；

• 自放电、自衰减小；

• 合理的运行环境要求；

• 充电快、效率高、设备简单；

• 尺寸小；

• 发生事故时的安全性好；

• 可回收性好；

• 更换简便。

目前，适合电动车的能源系统有：蓄电池、燃料电池、电容器储能和飞轮储能等。

二、蓄电池

1、蓄电池的基本概念

蓄电池是一种化学电源。

在充电时，靠内部的化学反应，将充电电源的电能转变为化学能储存起来；用电时，则是通过化学反应将储存的化学能转变为电能，输出给用电设备。

蓄电池按其电解液的不同分为酸性和碱性两种。

蓄电池有许多类型，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池、锌空气电池等。

图1  一次电池原理

2、蓄电池的主要性能指标和特性

（1）蓄电池的容量

蓄电池的容量表征蓄电池的蓄电能力。

通常以充足电后的蓄电池，放电至其端电压到达规定的终了电压时，电池所放出的总电量来表示。

当蓄电池以恒定电流放电时，其容量(Q)等于：

Q＝Idtd(A．h)

蓄电池的容量不是常数，不但与极板表面参与电化学反应的活性物质数量有关，还与充电的程度、放电电流的大小、放点时间的长短、电解液的密度、温度的高低、蓄电池的效率以及新旧程度等因素有关。

为了便于比较，引出额定容量的概念。

额定容量Qo又名公称容量，是按一定的标准保证蓄电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。

（2）蓄电池的能量

指按一定标准所保证的放电条件下，蓄电池所能输出的电能。

单位是W·h(瓦时)或kW·h (千瓦时)。

（3）蓄电池的比能量

比能量，又称能量密度或能流密度，是评价电动汽车一次充电所

能行驶里程的指标。

它是指单位质量或单位体积电池所能输出的电能，故有质量比能量和体积比能量之分。

蓄电池的比能量比传统汽车车载能源比能量低得多。

各类蓄电池的比能量从几十到200W·h／kg多不等，而传统汽车所用的汽油、天然气和甲醇等燃料的比能量分别高达12367W·h／kg、13761 W·h／kg和5628 W·h／kg。

当进行全面的横向比较时，蓄电池比能量的分母应将电机及其控制器等的质量考虑进去，而汽油、天然气和甲醇等燃料的比能量的分母则应将燃料容器、发动机等的质量考虑进去。

这样考虑的结果，蓄电池的比能量还是要低许多，与上述燃料相比，甚至不在一个数量级上。

（4）蓄电池的循环使用寿命

在蓄电池内进行的每一次充电和放电过程，称为蓄电池的循环。

蓄电池的循环使用寿命又称循环寿命，指在一定的放电条件下，电池容量降到某一规定值之前，电池所能耐受的充、放电循环次数。

蓄电池的循环使用寿命与放电深度、温度、充放电形式等条件有关。

（5）蓄电池的功率

蓄电池的功率是指在一定放电制度下，单位时间内电池输出的能量，单位是kW(千瓦)。

（6）蓄电池的比功率

蓄电池的比功率，又称动力密度，指单位质量或单位容积的电池输出的功率，单位是W／kg或W／L。

蓄电池的比功率大，则表明在单位时间内，单位质量所放出的能量多，即电池能用较大的电流放电。

蓄电池的比功率是评价电动汽车加速性、爬坡能力和最高车速的指标。

（7）蓄电池的输出效率

蓄电池在充放电过程中存在下列损失：

电池有内阻，只要有电流通过即产生热消耗(I2r内)；

电池存在自放电，即使没有负载，也会或多或少消耗一部分能量；

充电末期，水发生电解，消耗能量。

影响蓄电池效率的主要因素是蓄电池存在内阻。

蓄电池内阻包括：正负极板的电阻、电解液的电阻、隔离物的电阻以及连接物的电阻。

其数值与电池容量、电解液的密度和充放电状态有关。

容量大，内阻小；电解液的密度大，内阻小；放电时，内阻增高；充电时，内阻减小。

蓄电池的安时效率一般约为84％-93％，瓦时效率约为71％-79％。

（8）蓄电池的自放电率δ

蓄电池的自放电率是指在蓄电池存放期间(无负荷)容量的下降率，用单位时间内容量下降的百分数表示：

式中：Qa---蓄电池存放前的容量；

          Qb--蓄电池存放后的容量；

             T--蓄电池存放的时间（天或月）。

（9）蓄电池的充放电特性

蓄电池充电时充电电压或充电电流随充电时间而变化的特性称为蓄电池的充电特性。

蓄电池的充电电压即为充电时蓄电池的端电压。

在恒电流充电场合，充电电压随充电时间增加而增高，在恒电压充电场合，充电电流随充电时间增加而很快衰减。

蓄电池放电时，端电压随放电时间而变化的特性称为蓄电池的放电特性。

图2 蓄电池充电特性曲线

3、蓄电池的类型

（1）铅酸电池

铅酸电池是各种蓄电池中最为成熟的一种。

目前其销量占全部蓄电池销量的50％-60％。

目前铅酸电池的比能量一般为30-40W·h/kg，比功率一般为150-200W/kg，循环使用寿命一般为500-700次，完全充电时间一般大于8h。

当蓄电池和外负载接通放电时，正极板上的PbO2和负极板上Pb都变成硫酸铅(PbSO4)，电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。

充电时按相反的方向变化，正、负极板上的PbSO4分别恢复成原来的PbO2和Pb，电解液中的H2SO4增加，相对密度变大。

略去中间的化学反应过程可用下式表示：

铅酸电池的优点有：原料易得，技术成熟，成本低(在二次电池中最低)，效率高(75％-80％)，可靠性高，比功率较高，标称电压高(在所有水溶性电解液电池中最高)，无记忆效应等。

铅酸电池的不足是：比能量低，难于快速充电，自放电率高(通常在25Ĉ温度下每天1％-2％)，循环寿命短，而且当过放电和过充电时，寿命显著缩短。

开路电压与蓄电池硫酸浓度呈函数关系。

正常状态下硫酸密度在1.05-1.30 g/cm3 范围内，电池的开路电压与电解液密度关系为：

E=ρ 0.85

式中ρ-电解液的密度（g/cm3）。

因为电解液密度与电池荷电状态有很好的对应关系，因此，开路电压与荷电状态也有一定的对应关系。

在平时试验时，通常采用密度计测电解液密度来估算剩余电量，但这种方法不能应用在车辆行驶中；而开路电压可以在线测量，所以通常可以利用开路电压估算电池荷电状态。

但对开路电压进行测量时，需要在工作之后经过一段时间使电解液浓度达到平衡状态后进行。

表1 产品规格型号与尺寸

（2）镍镉电池

镍镉电池属碱性电池，其正极板为氢氧化镍(Ni(OH)3)，负极板为镉(Cd)和铁(Fe)的混合物，电解质是氢氧化钾(KOH)溶液，密度为1.2kg/L。

为了改善循环寿命和高温性能，电解液中加入氧化锂。

充电反应  电解液中的KOH电离为K 和(OH)—。

在充电电流的作用下，正负极板活性物质反应如下：

    正极       2Ni(OH)2 2(OH)--2e=2Ni(OH)3

    负极       Cd(OH)2 2K  2e=Cd 2KOH

放电反应  电解液中的KOH电离为K 和(OH)—，正极板物质转变为氢氧化亚镍(Ni(OH)2)，负极板物质转变为氢氧化亚镉(Cd(OH)2)：

    正极       2Ni(OH)3 2K  2e=2Ni(OH)2 2KOH

    负极       Cd 2(OH)--2e=Cd(OH)2

镉镍电池充放电时两极化学反应方程总式：

       2Ni(OH)3 2KOH Cd=2Ni(OH)2 2KOH Cd(OH)2

镉镍电池的优点为：比能量较高，达55W·h/kg；比功率较高，190W／kg；快速充电性能较好，15min可恢复50％容量，从40％到80％仅用18min；过充放电性能好；循环使用寿命长，等于铅酸电池的2倍，可达2000多次，寿命可达7年；使用温度范围宽(—40-85C)。

这些性能都优于铅酸电池。

镉镍电池的缺点是：成本较高，为铅酸电池的2.4倍；标称电压低，等于1.2V(铅酸电他为2V)；有记忆效应；报废电池存在重金属镉污染等。

记忆效应：如果电池属镍镉电池，长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。

意思是说，电池好像记忆用户日常的充、放电幅度和模式，日久就很难改变这种模式，不能再做大幅度充电或放电。

锂离子电池不存在这种效应。

由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。

电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。

在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。

同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。

要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如用 0.1C 放至 0V ）一是采用大电流充放电（如 1C ）几次。

事实上，氢镍电池、锂电池、铅酸蓄电池也都有记忆效应。

其反应还都是与晶枝生长有关。

应当说明，镉镍电池虽然成本较高，但其使用寿命长、比能量大，实际使用成本并不高。

为了治理镉污染，近年来，欧美等国己可做到100％回收和再生。

镉镍电池是目前除铅酸电池之外在电动汽车上应用最多的电池。

（3）镍氢电池

镍氢电池也是碱性电池，其基本特性与镉镍电池相似，但不含重金属，回收一般不构成问题，故有“绿色电池”之称。

近年来，镍氢电池受到国际上的普遍关注。

镍氢电池以储氢合金为负极，以氢氧化镍为正极，电解质是混有氢氧化锂的氢氧化钾。

镍氢电池的电化学反应式为：

镍氢电池的优点为：

比能量(3小时率)较高，达75-80w·h/kg，170-200w·h／L;

比功率(80％时)较高，达160-230W／kg，400-600W／L；

快速充电性能较好，15min充满容量的40％-80％；工作温度范围宽，为－28-80C。

镍氢电池的缺点为：

循环使用寿命较短，为600次；

价格较贵，1kW·h约为600-800美元。

若大批量生产，可望降到lkW·h约为250美元。

随着镍氢电池技术的不断进步，预计其循环使用寿命可望超过2000次，比能量和比功率也都会增加，充电时间则会减少(10min补充到满能量的70％)。

镍氢电池的总体性能与镍镉电池差不多，但没有镉污染，故成为近期电动汽车发展的重要选择。

（4）钠硫电池

是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。

在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。

一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液体电解质构成，而钠硫电池则与之相反，它是由熔融液态电极和固体电解质组成的，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体，所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。

钠硫电池是近期普遍看好的电动汽车电池。

美国福特汽车公司的Minivan就是用钠硫电池作为储能动力源。

钠硫电池的阳极是350C的熔融钠，阴极是熔融硫磺。

钠硫电池目前达到的技术指标为：比能量    118w·h/kg，153wh/L，比功率    243W／kg，315W／L。   

钠硫电池的问题是：  价格昂贵1kw·h高于1000美元；高温腐蚀严重、电池寿命较短; 工作温度高(350-380C)，加之钠的活性很高，存在不安全因素。

对此，厂家做了大量工作、予以改善。

（5）锌-空气电池

锌-空气电池(简称锌空电池)问世已有上百年，它的应用主要是在一些国家或地区用作家庭备用电源，20世纪90年代开始了作为电动汽车动力源的尝试。

锌-空气电池是利用活化锌与空气中的氧在电解液中发生电化学反应产生电能的原理而制成的。

它以锌(通常是锌合金)作为阳极，以氧气(从空气中吸入到疏松的碳中)作为阴极，以氢氧化钾溶液作为电解液。

输出电能时，锌和氧化合为氧化锌。

充电时，氧化锌分离为锌和氧。

锌空电他的主要优点是比能量大。

美国DEMI公司开发的锌空电池样品的比能量已达160W·h/kg。

锌空电池潜在的比能量为200Wh/kg。

锌空电池的主要问题是寿命短、比功率小及充电能量接受率较低等。

锌-空气电池的开路电压为1.4～1.5V，有扣式、圆柱形和方形等多种形状。

锌-空气电池既可制成一次电池，也可制成二次电池。

锌-空气电池应用较广，扣式锌空气电池已完全替代锌-氧 化汞电池

用于助听器等仪器，方形和圆柱形锌空气电池已广泛用于各种信号灯。

（6）锂电池

以锂为负极，再配以适当的正极和电解质组成的电池。

具有比能量高和放电电压高等优点，因而受到高度的重视。

但是，锂二次电池的安全问题制约了它的发展——锂或金属锂为负极时，充放电过程中，金属锂会在负极上沉积，产生枝晶，枝晶锂可能会把隔膜穿透，造成电池内部短路，导致起火或爆炸。

锂离子电池的工作原理是基于充放电时，锂离子通过电解液在正负极之间游离，其电化学反应式为：

放电时，锂离子被负电极释放，通过电解液游离至正电极，充电过程则相反。

锂离子电池的优点为：

比能量高，约为100W·h/kg；

比功率高，约为200W／kg；

循环寿命长，约为1200次；

充电时间较短，约为2-4h；

电压高，达到4V；

原材料丰富；

使用安全(但万一电池损坏，电池中的金属锂暴露于空气或遇水仍会发生燃烧)。

锂离子电池的缺点是：

价格较高；

快充放电性能差——因其使用的有机电解质属低导电类且Li 在负极材料中扩散慢。

存在过充放电保护问题——虽然比锂二次电池安全，但由于其采用非水有机溶剂，不具有传统可充电池可以利用水的分解和再结合实现过充放电保护的功能，为避免过充放电、确保安全，需要用集成电路加以保护。

4、结语

可用作电动汽车动力电池的蓄电池有数十种，不过截至目前还没有一种能够胜任工作。

从已经达到的指标和发展看，一般认为新型铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等是最有潜力的电动汽车动力电池。

对蓄电池的性能要求可以参考美国先进蓄电池集团(USABC)所制定的中长期发展目标。

USABC是美国能源部、通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司会同主要的蓄电池生产厂商，于20世纪80年代末成立的。

蓄电池的最终目标，除了保持其零污染、噪声小等优势品质之外，在比能量、比功率、快速添加能量(充电)和售价等方面应当向内燃机汽车看齐。

看来还需要走过一段艰巨的路程。

USABC先进蓄电池的中长期发展目标

三、超级电容

1、超级电容概述

超级电容器准确地说应称为电化学双电层电容器。

超级电容从字面意思上理解，是一种比传统电容更优秀、档次更高的电容。

这种新型的能源器件所能存储的能量比传统的电容大10倍以上，同时又保持了传统电容释放能量速度极快的特点，因此“超级”之说当之无愧。

正是由于超级电容所具有的可以在短时间大电流充放电(一次充放电只需要几分钟)，循环寿命长(能反复充放电使用的寿命超过10000次，极限寿命可达10万次，为一般电池的数十倍以上)，充放电效率高，可以正常工作的温度范围宽(-35℃～75℃)等特点。

因此，在混合动力汽车和燃料电池汽车上作为辅助能源的应用前景广阔。

2、超级电容原理

当导体电极插入电解液中时，由于库仑力、分子间作用力(范德华力)或原子间作用力（共价力）的作用，其表面上的净电荷将从溶液中吸引部分不规则分配的带异种电荷的离子，使它们在电极／电解质溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层，从而形成了—层在电极上，另一层在溶液中的两个电荷层，称为双电层。

由于界面上存在一个位垒，两层电荷都不能越过边界彼此中和，双电层结构将形成一个平板电容器。

图3 双电层结构示意图

式中       ɛ---有效电介质常数；

             d---间隙距离；

             A---电极表面积；

             C---电容器的电容量；

             U---外加电压：

             E---储存的电量。

使用高ε的电介质材料，缩短分层间距，增加电极表面积可提高电容器的电容量。

图4   超级电容的基本工作原理

3、超级电容的特点

超级电容的电容比传统电容的大得多，这是由于超级电容与传统电容比，储存电荷的面积大得多，电荷被隔离的距离小得多。

传统电容的电极采用的是平板导电材料，靠缠绕来增加储存电荷的面积，将电荷板隔开的绝缘材料是塑料薄膜、纸张或陶瓷，不可能做得很薄。

因此在一定的体积要求下，其电容的增幅相当有限；而超级电容的电极采用的是多孔碳基导电材料，其原理是在高度多孔状电极与束缚态电解质(高分子导体等)的接触表面所特定的电双层上直接充电。

应当指出，超级电容的储能能力虽然还远大干一般电容，但是不如蓄电池。

超级电容和铅酸电池的性能比较

超级电容与蓄电池组合用作汽车动力源，具有如下一系列优点：

使汽车的加速性能和爬坡性能提高、起步性能改善，对电动汽车尤其是纯电动汽车的动力性能起到很大的补救作用；

可回收制动和减速工况的能量、使汽车的续驶里程延长。

这个特点，对电动汽车十分宝贵。

制动及减速工况能量回收不但可以提高汽车的运行能量效率，还可以改善制动系统的工作可靠性；

此外，超级电容还具有对环境友好、无污染，机械强度高，安全性好(防火、防爆)，使用过程中免维护，使用寿命长(＞10年)，工作温度范围宽(-30—＋45度)，在瞬时高电压和短路高电流情况下有缓冲功能，能量系统较为稳定等优点。

4、超级电容的应用现状

在近期内，超级电容极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但使用超级电容作辅助能量源具有显著优点。

在电动汽车上使用的最佳组合为电池＆超级电容混合能量系统，从而使得电动汽车对电池的比能量和比功率要求分离开来。

电池设计可以集中于对比能量和循环寿命要求的考虑，而不必过多地考虑比功率问题。

由于超级电容的负载均衡作用，电池的放电电流得到减少从而使电池的可利用能量、使用寿命得到显著提高。

而且与电池相比，超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能。

由于超级电容的载荷均衡和能量回收作用，车辆的续驶里程得到极大地提高。

但该系统应对电池、超级电容、电动机和功率逆变器等作综合控制和优化匹配，功率变换器及其控制器的设计应充分考虑到电动机和超级电容之间的匹配。

四、超高速飞轮

飞轮电池(flywheel Batteries)并非电化学电池，它实际上是一只高速旋转的飞轮带动的发电机。

飞轮电池是靠其动能来转换成电能的，充电时，飞轮中的电机以电动机的形式运行，在外电源的驱动下，该电机带动飞轮加速旋转，用电给飞轮电池充电就是增加飞轮的速度。

放电时，飞轮中的电机以发电机状态运行，在飞轮的带动下对外输出电压、电流，完成机械能到电能的转换。

当飞轮电池输出电能时，飞轮的速度逐渐降低。

1、超高速飞轮的原理

与传统质量飞轮不同的是，超高速飞轮质量轻而转速极高，下面从飞轮所储存的能量C的计算公式出发进行分析：

式中         J---转动惯量；

               ω---飞轮转速。

超高速飞轮可采用等应力设计原则。

为获得最大的能量存储量，飞轮转子的每一部分都具有相等的应力，结果飞轮外形随着转子半径的增加飞轮厚度递减。

图5   超高速飞轮的工作原理简图

2、超高速飞轮特点

超高速飞轮主要具有以下特点：比能量高、比功率高、电能和机械能之间的转化效率高，成为远期储能装置的一种选择。

使用超高速飞轮作辅助能量源的混合动力电动汽车具有和使用超级电容器作辅助能量源的混合动力电动汽车相同的优点。

首先，减弱了对电池比能量和比功率之间的要求，有利于优化电池的比能量密度和循环寿命设计；其次，由于飞轮的负载均衡作用，降低了电池的输出功率以及放电电流，电池的可利用能量、使用寿命得到了提高；最后，在车辆低功率行驶以及再生制动时，飞轮可以高效率地实现补充充电。

由于负载均衡装置和主能源之间的协调工作和再生制动时的能量回收，车辆的续驶里程明显提高。

超高速飞轮还可以像蓄电池和燃料电池一样，作为独立的能源系统向电动汽车供电，并有可能成为电动汽车应用的远期目标。

飞轮有望具有比其他任何电池都高的比能量和比功率，甚至有可能超过内燃机。

另外，飞轮的使用寿命不受限制(至少高于车辆寿命)解决了其他能量源存在的使用寿命有限的问题。

与固定储能装置不同，超高速飞轮用作电动汽车的储能装置面临两大问题。

首先、当车辆转弯或产生颠簸偏离直线行驶时，飞轮将会产生陀螺力矩，陀螺力矩将严重影响车辆的操纵性能；其次，若飞轮出现故障，以机械能形式存储在飞轮中的能量就会在短时间内释放出来，相应地，产生的大功率输出将对车辆会产生巨大破坏。

比如，若1kWh的飞轮失效，在1-5s内将产生720—3600kW的功率输出，因此故障抑制一直是超高速飞轮用于电动汽车面临的巨大障碍。

3、超高速飞轮的应用

飞轮电池仍需要解决的技术问题有：

①飞轮材料问题。

由于飞轮转速很高，使飞轮材料本身受到很大的离心力的作用，越距边缘处所受的离心力越大。

②磁浮轴承问题。

由于飞轮的转速很高，要保存其动能，首先必须消除轴承的摩擦损耗(这也是延长飞轮寿命所必需的)，也就是使飞轮的旋转的部分和静止部分没有接触，即使飞轮悬浮起来。

③飞轮在真空环境中旋转问题。

为了保存飞轮的动能，还必须消除空气的阻力，为此必须把飞轮密封于真空的壳体中，使飞轮在真空中旋转，真空壳体中的气压应保持在10-3-10-4Pa以下。

目前要达到这样高的真空度已不太难，难的是如何在较长的一段时间内保持这样的真空度。

一是密封问题，二是解决真空壳体内某些材料逸出气体的问题。

④动平衡问题。

由于飞轮的转动部分有一定的质量，转速高达200000r／min，故该转动部分必须有非常好的动平衡精度，并且要长期保持这种精度。

否则会引起振动和噪声，并可能损坏轴承。

这对飞轮的几何对称性，对飞轮材料均匀性、强度、弹性和塑性变形，都提出了较高的要求。

提高动平衡精度是个难点，要保持已获得的动平衡精度则更难。

要使飞轮电池成为电动车辆的实用电池，除了上述技术问题要得到很好的解决外，还要降低飞轮电池的成本。

五、混合动力系统

电动汽车使用混合动力系统具有以下优点：

（1）实现了电动汽车对能量和功率要求的分离，使得电动汽车可使用蓄电池、燃料电池等高能量的能源和使用超级电容、超高速飞轮等高功率的能源；

（2）由于无需同时追求高比能量和比功率，能源的循环寿命得以延长，生产成本降低；

（3）充分利用了电动汽车各种能源的优点，比如，蓄电他的技术成熟、成本低廉；燃料电池高比能量和高燃油效率；超级电容巨大的比功率和瞬间充／放电能力；超高速飞轮巨大的比功率和不受限制的使用寿命。

图6   混合动力系统工作方式

1、近期混合动力

基于现有的各种能源技术，近期内可用于电动汽车的混合动力系统包括：蓄电池＆蓄电池的混合动力、蓄电池＆超级电容的混合动力以及燃料电池＆蓄电池的混合动力。

在蓄电池＆蓄电池混合动力系统中，一种蓄电池具有高比能量，另一种蓄电池具有高比功率。

考虑到技术成熟程度和造价，Zn空气电池＆阀控铅酸电池成为最佳选择。

由于超级电容比能量低，难于满足电动汽车的实际应用，必须与其他的能源结合使用。

可采用蓄电池＆超级电容的混合动力系统。

虽然燃料电池具有非常高的比能量，但比功率低并且难以实现再生能量回收，因此燃料电池＆蓄电池的混合动力系统也是一种方案。

2、远期混合动力系统

就长远发展来看，超级电容的比能量应得到进一步提高，以满足车辆加速和爬坡性能的要求以及全部接受再生制动能量。

同样，超高速飞轮的比能量也应得到进一步的提高。

它们有望取代蓄电池，并和燃料电池组成燃料电池＆超级电容混合动力系统和燃料电池＆超高速飞轮混合动力系统。

蓄电池—超级电容例子

蓄电池-超级电容双能源系统的基本结构

蓄电池-超级电容双能源系统结构型式

双能源系统控制策略

蓄电池-超级电容双能源系统控制原理

（a） NYCC运转循环

（b） 电池SOCb对比

（c） 单独电池时电池电流

（d） 双能源系统时电池电流

（e） 双能源系统时电容

（f） 双能源系统时电容电流

六、电池的能量管理

电池能量管理系统要完成的基本任务包括：

①对电动车辆电池组中的每块电池的端电压和温度进行采集，对每组电池充放电电流进行实时采集，建立每块电池的使用历史档案。

②随时预报电动车辆还能运行多少路程，即预报电动车辆储能电池还剩余多少能量，使驾驶员在行车过程中做到心中有数。

③电池需要充电时，及时报警，以防止电池过放电而影响其使用寿命。

特别是铅酸电池，过放电会严重损坏电池，显著地缩短电池的寿命。

④电动车辆运行时，如果电池组中有哪块电池损坏了或因使用时间过长需要更换，自动用好的电池替换，从而提高了系统的可靠性，并显示有关信息，以便操作者在方便时取下坏的电池。

⑤合理地分配电池能量在电动车辆上的使用，以便达到节能的目的。

⑥当给电池组充电时，能量管理系统根据所检测的电池组中每块电池的有关数据，通过一定的运算处理，确定每块电池的充电状态，根据电池的充电与维护要求，控制充电机的充电过程，综合考虑各电池的充电状态，确定何时该停止充电，从而在一定程度上弥补电池组在充电过程中，由于各电池的不均衡性而造成某些电池过充电或欠充电问题，这样有利于延长电池的使用寿命。

另外，能量管理系统还能确定哪块电池因长期处在欠充电状态，而需要单独给予完全充电或适当的过充电，以免该电池过早损坏。

在电动车辆上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。

美国通用休斯电子公司已于近期研制并在电动车辆上应用了铅酸电池能量管理系统。

在福特汽车公司的电动车辆实验室中，也正在试验性能完善的电动车辆能量管理系统。

在电动车辆上，除了有必要使用电池能量管理系统外，在选用电池组中的电池时，应尽量选用各种特性参数接近的电池，这对提高电池组中各电池的使用寿命也是十分重要的。

声明：来源于驱动视界