我国电动车现状及发展趋势 高，水含量最低。当用小灯泡联接到电池正负两端开始放电时，一个电极上的离子通搏电解液到达另一极，从而改变了金属电极和电解液的化学成分。此时，铅与二氧化铅均转化为硫酸铅。当电池完全放电时，因为电池极板上均覆以硫酸铅，而电解液中主要是水而非硫酸，已不能再产生电流了。当电池充电时，化学反应过程相反，电解液中的硫酸不断地得到补充，以恢复产生电能的能力。
铅酸电池已经成功地实现商品化近一个世纪了，就全球而言，目前它的销量占到全部蓄电池销量的50%左右。铅酸电池如此成功的原因是因为它的制造技术成熟、价格低廉、电池的电压高、高低温性能好、高效率、长浮充寿命以及无记忆效应等等。正因为这些优点，铅酸电池不失为电动车驱动的优先选用能源系统之一。然而铅酸电池的缺点是其比能量相当的低，自放电率高，循环寿命低。
为了适合电动车的应用，特别设计的铅酸电池采取了一系列的改进措施，这包括采用无锑网格板、内部气体再结合以及电池密封技术，以提高电池的比能量和比功率，使电池真正地做到免维护和全封闭，即构成所谓阀控铅酸电池。在这类阀控电池中，最引人注目的是美国电源公司开发的HORIZON新型铅酸电池。它的核心技术是以高强度轻型玻璃纤维丝为基体，挤压成柔软的铅丝，再将铅丝织成轻型的网格，铺在特殊的电化学物质上，构成所谓双格网板，最后将这些双格网板水平放置，以保证极板上的活性物质最大限度地参与电化学反应。这些独特的技术使得HORIZON电池的性能大大提高：比能量达到43 W·h/kg；比功率达285 W/kg；循环寿命达到1000次；快速充电能力(8 min充电到50％，不到30 min即可充至100％)；价格较低(2000美元~3000美元可装备一辆电动车)；可靠性高；免维护以及不对环境造成污染等等。这些性能使得HORIZON铅酸电池特别适合于电动车的应用，是一种十分有前途的铅酸电池。
(2)镍镉电池：
由于镍镉电池成熟的技术及优良的性能。使它成为当前最具吸引力的蓄电池之一。大多数电池制造商认为．镍镉电池与铅酸电池是当前第一代商业化电动车的首选电池。典型的镍镉电池的标称电压1.2 V，比能量56 W·h/kg，比功率225 W/kg。它以羟基氢氧化镍为正极，金属镉为负极．碱性电解液为一种水溶性氧化钾溶液，其碱性密度为1.2 kg/L。
镍镉电池的主要优点是比功率高(超过220 W/kg)、循环及浮充寿命长(分别为2000
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我国电动车现状及发展趋势 次和7年)、使用温度范围宽(-40℃～85℃)、快速充电能力强(从40％到80％仅用18 min)。但是镍镉电池昂贵的初期投资(为铅酸电池的2～4倍)、比较低的标称电压(1.2 V，铅酸电池是2 V)、记忆效应和镉污染等都是电动车应用中的不利因素。 (3)镍氢电池：
镍氢电池的活性材料是一种氢化金属形态的氢，以此作为负电极，正电极是羟基氢氧化镍。它与镍镉电池的主要区别在于它的负极是氢，而不是金属镉。氢化金属在电池充放电时能够进行氢吸收和释放的可逆反应，与镍镉电池一样，水溶性氧化钾溶液是镍氢电池电解液的主要成分。当电池放电时，负极上的氢化金属被氧化成合金，正极上的羟基氢氧化镍被减少为氢氧化镍，而充电过程则相反。
镍氢电池的技术关键是一种能够储存氢的合金，它应是一种能够稳定地经受无数次循环反复的材料。镍氢电池的标称电压为1.2 V；比能量高于镍镉电池，达到65 W·h/kg，这在目前的蓄电池中是较高的；比功率200 W/kg，低于镍镉电池；无铬污染；放电时发热较少；有类似于镍镉电池的快速充电能力。但是，镍氢电池的放电能力和比功率不如镍镉电池高。镍氢电池是近期电动车发展的重要选择之一，它的发展受到很多国内外著名电池发展商的极大重视，投人了巨大的人力和财力开发、改进镍氢电池的性能，以期在镍氢电池方面取得重大突破。目前镍氢电池技术还在进一步的发展之中。 (4)锂离子电池：
锂离子电池采用锂碳夹杂材料(离子)作为负电极，一个锂过渡金属化合物作为正电极．液体质子惰性有机溶液，如溶于丙烯碳酸二乙醚溶剂的盐作为电解液。在充放电时，锂离子通过电解液游离于正负极之间。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。
锂离子电池的优点是电压高，达到4 V；比能量高，达到120 W·h/kg；较长的循环寿命(达1000次)；充电时间短；原材料蕴藏丰富并且使用安全。
到目前为止，可用于电动车的蓄电池千差万别，多达数十种，但还没有一种蓄电池能够在电动车应用中占主导地位，这些电池各有千秋。从目前的发展来看，新型铅酸电池，镍氢电池及锂离子电池是电动车应用中最具潜力的电池，这些蓄电池还处在不断的发展之中[24]。
4.3 其他新兴的电动车能源系统
4.3.1 燃料电池
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我国电动车现状及发展趋势 燃料电池是一种利用燃料和氧化剂产生电能的系统。燃料可以是氢气、碳氢化合物、天然气、甲醇甚至汽油等，在催化剂的作用下，燃料慢慢地与空气或氧气之类的氧化剂相结合，可以不断地产生电流。尽管燃料电池在燃烧时有热损失，但在室温下它的转化效率仍能达到84％[25]。
自从威廉·格鲁夫于1839年发明了燃料电池以来，它的开发使用至今已逾150年了。燃料电池的首次实质性的应用始于20世纪60年代美国太空总署 (NASA)，的阿波罗太空飞行计划，当时每股通用电气公司为阿波罗太空飞船议计了称之为Geminni的燃料电池动力系统，它采用海绵状的薄膜聚合物作为电池的电解液。
现阶段，固态聚合燃料电池技术比较成熟，即使包括容器和附件在内，这种燃料电池的比能量也将达到500 W·h/kg，远远高于任何一种蓄电池。但是它的比功率却只有60 W/kg，这就限制了由燃料电池驱动的电动车的加速和爬坡能力。此外，燃料电池在电动车刹车或下坡时，不能回收利用再生能量。在价格方面，目前燃料电池是极其昂贵的，固态聚合燃料电池的成本达到4000美元/kW，是蓄电池的数十倍。因此，尽管这种燃料电池具有非常理想的比功率，但由于价格十分昂贵，降低成本是普及燃料电池的一个重大课题[26]。
也许，人们还不能期望蓄电池驱动的电动车在行驶里程方面与燃油汽车相媲美，但是以燃料电池为动力的电动车的行驶里程则完全是由车载燃料量决定的，只要有适量的燃料，电动车就可具有与燃油汽车相当的行驶里程。与燃油汽车类似，这类电动车补充燃料也可以在几分钟之内完成。燃料电池的寿命通常远高于蓄电池并且几乎是免维护的。正是由于上述特点，尽管燃料电池还有种种缺点，它仍然为电动车描述了一个能与燃油汽车相竞争的美好前景。近年来，人们对燃料电池在电动车上应用开发的兴趣日益增加。
4.3.2 超大电容器辅助能源系统
由于电动车频繁起动或停车，使得蓄电池的放电过程变化很大。在正常行驶时，电动车从蓄电池中吸取的平均功率相当低，而加速或爬坡时的峰值功率又相当高，一辆高性能的电动车的峰值功率与平均功率之比可达到16：1。事实上，电动车行驶中，用于加速或爬坡时所消耗的能量占到总能耗的2/3。在现有的材料和技术条件下，蓄电池必须在比能量和比功率之间以及比功率和循环寿命之间作出平衡，而难以在一套能源系统上同时追求高比能量、高比功率和长寿命。为了解决电动车行驶里程与加速
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我国电动车现状及发展趋势 爬坡性能之间的矛盾，可以考虑采用两套能源系统，其中由主能源提供最佳的行驶里程。而由辅助能源在加速和爬坡时提供短时的辅助动力。辅助能源系统的能量可以直接取自主能源，也可在电动车刹车或下坡时回收可再生的动能。
在快速和深放电条件，电容器的特点是比功率高、循环寿命长、比能量较低。研究表明，如果采用超大电容器，则可以克服普通电容器比能量低的缺点。用超大电容器作为辅助能源系统，与主蓄电池一道可以构成电动车的混合能源系统，从而可大大提高电动车的驱动性能。
4.3.3 超高速飞轮储能技术
高速飞轮技术在20世纪70年代至80年代初曾是技术发展的一个热点。在中东石油危机之后，人们对它的兴趣慢慢减退了。近年来，随着高强度复合材料和低耗轴承的发展，以及电动车应用的需要，超高速飞轮技术再次成为研究热点。发展能够应用于电动车的超高速飞轮，其丰要技术包括：能够承受超高速运行的高强度飞轮；能够将电能和机械能进行高效率双向转换的电机和功率变换器。超高速飞轮的基本结构。
超高速飞轮可以用作电动车的辅助能源系统。与超大电容器类似，它将电动车正常行驶时、刹车减速时或下坡时的动能储存起来。在起动、加速或爬坡时为电动车提供辅助的短时动力，以改善电动车的行驶性能。特别是可以大大增加电动车的行驶里程，延长蓄电池的使用寿命。超高速飞轮还可以像蓄电池或燃料电池一样，作为独立的能源系统向电动车供电。它的比能量可达100 W·h/kg，比功率达1500 W/kg，储能能力高于任何现存的或潜在的蓄电池，甚至可以高于内燃发动机。超高速飞轮既没有环境污染的问题，又有寿命长、可靠性高、免维护、重量轻和体积小的优点，是电动车理想的能源系统。不久之后，超高速飞轮就可以替代超大电容器成为电动车的辅助能源系统[27]。
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我国电动车现状及发展趋势 第五章 电动车的现状
5.1 电动自行车现状分析
电动自行车（electric bicycle）是以蓄电池、锂电池等电能作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。它虽然具有普通自行车的外表特征（甚至具有摩托车的外表特征），但是主要的是，它是在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具[28]。
在我国的大中城市，以小汽车为主的出行方式带来了道路的拥堵，出行费用高，带来了高能源消耗以及较为严重的大气污染等问题。随着电动自行车出现和普及，由于其便捷、省力和廉价的特点，电动车逐渐成为上班族的主要交通工具之一。由于电动车和小汽车在一定程度上存在替代性，所以骑电动车出行的市民越多，依靠小汽车的出行的居民就越少。可以说，电动车交通替代了部分小汽车交通。这有利于缓解机动车交通拥堵，更大大减少了汽车尾气排放对大气的污染
电动自行车骑行简便、速度快、省时、省力、价格适中、维护费用低，特别适合我过消费者的需求，这也是目前我国电动车流行的重要原因。此外，由于石油资源日益紧张，2008年以来国际油价持续上涨，而小汽车是耗油大户，电动自行车正日益成为我国交通系统不可缺少的重要组成部分。消费者使用电动自行车的主要用途如图5-1所示[29]。
图6-1 消费者购买电动自行车的主要用途
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