提起儲能電池，我們電動汽車行業的小伙伴默認就是鋰電池，其實，在鋰電池之外，還有許多種類的儲能形式存在，即使是具體到動力電池，用來或者說曾經用來驅動汽車的電池也不止一種兩種。這是一篇匯總了超過十種儲能媒介的綜述，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.A. Hannana等人。把今天的內容與前面兩天的內容匯總到一起，4.4節以后是今天的最新內容。

概述

電動汽車（EV）技術解決了減少溫室氣體排放的問題。電動汽車的概念側重于替代能源的利用。然而，電動汽車系統目前在能源存儲系統（ESS）方面面臨安全、尺寸、成本和整體管理問題多個方面的挑戰。此外，先進的電力電子技術在ESS中的應用，是提高EV性能的另外一個關鍵環節。本文回顧ESS技術，分類，特性，結構，電力轉換，以及在EV上應用的優點和缺點。此外，本文討論的各種類型的電池，根據它們的能量存儲機理，材料組成，基于其容量的一般電力輸送過程和整體的ESS系統中的電力電子技術和預期壽命。本文綜述了下一代電動汽車應用中ESS技術可持續發展的諸多因素，挑戰和問題。

1 介紹

通過確保適當利用先進技術，世界正在走向發展。許多發展中國家和欠發達國家正在爭相實現發達國家的技術進步。解決公民的交通需求象征著技術和經濟增長的進一步發展。全球流動性和許多城市的發展明顯地增加了車輛在道路上行駛的數量。根據參考文獻[1]，從1990年到2014年銷售約295.57百萬輛汽車，2014年銷售總額的31.70％。預計2015年銷量增長3％[1]。

車輛數量的增長已經導致兩個主要問題，即，交通擁堵和二氧化碳（CO2）的排放過量。一般來說，常規車輛在消耗大約總燃料能量85％[2,3]，其余以CO2，一氧化碳，氮氧化物，碳氫化合物，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年開始的緩慢上升，見于圖1，在未來十年，該增長率從2003年至2008年逐年加快。在2013年，排放量減小至3.80-2.00％。二氧化碳是導致全球變暖的溫室氣體之一，這是一個嚴重的全球環境問題。

脫碳在減少二氧化碳運輸部門的排放量，具有重要作用。對化石燃料驅動車輛的內燃機的改進還遠遠達不到CO2 排放目標。因此，需要先進技術才能達到長期和更高的排放目標。CO2和其他溫室氣體排放量的減少，是許多國家和研究的重要問題。許多國家和地區獨自或聯合通過了計劃，通過電動車輛（EV）代替常規的內燃機車輛的方式減少CO2的排放[6,7] 。減排計劃已經設定了未來幾十年的溫室氣體排放目標[4]。電動汽車具有高效率和低排放甚至零排放的優點，因而吸引了各方的關注。 [8]。

圖 1. 運輸二氧化碳（CO 2）排放量[5]。

電動汽車將電力儲存在電化學電池，燃料電池（FC）和超級電容器（UCs）中運行，其最終電力來源包括發電廠和可再生能源。根據動力來源不同，電動汽車有幾種類型，如混合動力電動汽車（HEV），純電動汽車（BEV），插電式混合動力電動汽車，光伏電動汽車和燃料電池電動汽車[9，10]。不同于傳統的車輛，電動汽車使用一個或多個動力電源和電動機[10,11]。電動汽車中使用再生制動和熱電發電機，以減少能源浪費。車輛的制動過程吸收其能量，將其轉換回電能，并將能量返回到電池，而熱電發電機將熱量從發動機和機器系統自動轉換為電力[3,11,12]。電動汽車電動機通常不需要使用傳統的變速箱，并且在很寬的速度范圍內具有高轉矩。此外，電動汽車在靜止時不消耗任何動力[13]，在運行時消耗75％以上的能量。目前，電動汽車平均使用1千瓦時電量續航4~8英里[3] 。

電動車是高度依賴于能量存儲技術，例如 FC和UCS [3,14 - 16] ，它需要從電網充電。電動汽車的額外能源需求是普通電網的新挑戰。為了滿足額外的電力需求，大多數國家正在投資可再生能源，如太陽能和風能 [16] 。 車輛自身的可再生能源和存儲的能源可以在用電高峰期間給大電網供電 （ V2G ） ， 在用電低谷期間從大電網充電恢復動力性能 [17-19]。存儲在電池系統和其他存儲系統中的電能被用于操作電動機和附件以及車輛的基本系統 [20] 。VE上的電池存儲能量，除了用于驅動電機，還同時給車輛附件供電。車輛的續航和功率性能完全取決于電池的性能 [3,14 - 16] 。

電動汽車中的電能存儲需要考慮許多要求。管理系統，電力電子接口，電源轉換，安全和防護對提高能量效率和實現EV分布式管理都非常重要 [21-25] 。電動汽車需要高科技提供長途續航和高能量使用效率。能源的選擇和管理，能量儲存和儲能管理系統對未來電動汽車技術至關重要[23]。

能量儲存系統（ESS）正在成為電力市場中的重要一環，提高可再生能源的比例，減少二氧化碳排放量[4,5,8] ，重新定義智能電網概念[26-29] 。ESS對整個電力系統具有重要影響; 它提供了連續和靈活的電源供給并提高電網應對不可控的額外功率波峰的出現。此外，ESS確保了因自然災害造成的電力危機期間，仍然能夠為消費者提供可靠的服務 [30]。

本文側重于ESS制造，利用，回收和處理過程中的環境和安全問題。不同類型的能量存儲技術按照發電過程，特點，以及在電動汽車上的應用進行一一解釋。分析比較現有的電化學儲能單元的特征。

圖2. EV架構：a）電池供電的EV和b）串并聯全HEV

圖2顯示了電動汽車的傳動結構。圖2（a）和（b）分別給出了一個BEV驅動系統和一個混合動力汽車原理框圖。

2 典型ESS系統結構

ESS系統的典型結構與應用該系統的場景及具體參數有關。ESS包括機械的，電化學的，化學的，電的，熱的和混合的等各種類型[30] 。這些系統按照結構和組成的材料成分分類[14,30] 。圖3展示了儲能介質的詳細分類，其中能夠應用于EV的類型，涂成灰色。飛輪，二次電化學電池，FC，UC，超導磁線圈和混合ESS通常用于EV動力系統[9,10,14 - 16,23,30 -33]。

圖3根據它們的結構形式和材料成分劃分的儲能系統分類（ESS）。