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EnergyTrend: 新一代鐵鋰電池之應用與展望

作者: | 發(fā)布日期: 2012 年 12 月 06 日 18:19 | 分類: 分析評論

2012年綠色產(chǎn)業(yè)展在各種再生能源系統(tǒng)組成的襯托下,呈現(xiàn)給大眾更多元化應用的面相。做為再生能源范疇里重要的儲能源件,鋰電池產(chǎn)業(yè)包含了關(guān)鍵的電池芯與電池模組也沒有缺席。

符合環(huán)境保護的工藝特性

長泓能源科技主要從事是電池芯生產(chǎn),產(chǎn)品類別包括了16.8Ah的軟包電池,或者內(nèi)含三顆軟包電池做并聯(lián)的50Ah電池芯(圖一)。在材料方面,使用氧化鋰鐵磷做為正極材料,制造部分則使用了水系工藝,相較于傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰油性有機溶劑工藝,水系工藝相對的安全、環(huán)保與無毒,除可避免油性工藝中有機溶劑可能發(fā)生的氣爆現(xiàn)象,亦可免除具污染的有機氣體釋出。此一優(yōu)異的特質(zhì)對工藝加工環(huán)境、設備投資與工藝良率的控管均有絕對之影響。

氧化鋰鐵磷電池因為其缺陷型橄欖石結(jié)構(gòu)(Defected Olivine)的特性,對于鋰電池較為忌諱的過充(Over Charge)與過放(Over Discharge)現(xiàn)象, 因高溫所產(chǎn)生的安全疑慮也較低,相較其于他不同化學結(jié)構(gòu)之鋰系電池因高溫裂化或析鋰而產(chǎn)生的自燃風險,鐵鋰電池無疑是鋰系電池中最佳的選擇,循環(huán)壽命可達到兩千次以上。另,產(chǎn)品電壓經(jīng)過四顆鋰鐵電池串連后,即可取代鉛酸電池的12V電壓,對于電路設計的修改程度也較低。

優(yōu)異的安全與放電表現(xiàn)
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鐵鋰電池因為分子密度組成的限制,與三元系材料的能量密度,在電池重量表現(xiàn)上一直受到市場的顧慮,長泓電池使用了單電池芯內(nèi)并技術(shù),組成單顆電池芯50Ah的方型電池,若是與相同容量的18650鐵鋰圓柱型電池相比,圓柱型需要45顆的并聯(lián),在重量上將增加20%,體積也將超過30%(圖二),最重要的是多顆并聯(lián)將產(chǎn)生多點焊接的不確定變量,使得電池成組之內(nèi)阻因松動而遽增,安全風險也將提高。

以電池產(chǎn)品最重要的放電表現(xiàn)來看,長泓氧化鋰鐵磷電池最大放電電流可達到500A(10C, pulse 30Sec),電池輸出功率密度亦可達1413W/kg以上,因其單體電池體積小、容量高,故在市面上同級鐵鋰電池芯的產(chǎn)品中,長泓的鋰鐵電池具有極優(yōu)異的市場競爭潛能。

應用多元發(fā)展

長泓科技這次也將剛完成量產(chǎn)的高能量氧化鋰鐵磷電池芯,佐以不同之成功應用,包含全套的非洲學童燈組,呈現(xiàn)于會場之中(圖三)。

為了驗證長泓能源50Ah動力電池芯,長泓也陸續(xù)與模組廠合作進行電池模組化,并且裝置在各種動力載具上,包括了各種EV、E-bike、E-Ferry載具以及儲能系統(tǒng)等等,其中電動船(石門一號)目前已在石門水庫進行試運行,預計三年內(nèi)有機會擴及到日月潭及其他各水庫等地。電動機車目前與多家國內(nèi)外機車制造廠合作,初期鎖定歐美日等市場。較大型的載具如高爾夫球車、電動大巴、純電動車、堆高機….目前也已陸續(xù)推出多起成功應用,且獲得業(yè)界不少青睞。儲能系統(tǒng)則以日本及歐洲為主要市場,提供電力不足地區(qū)做為穩(wěn)壓以及節(jié)能電源的應用。

除了陸上載具之外,水上載具也成為長泓關(guān)注的應用焦點。石門水庫第一艘太陽能公艇石門一號(圖四),已于今年九月份正式下水服役,由甲申由船業(yè)有限公司制造/隆宜公司輔助所打造的雙體式船底、聯(lián)合財團法人船舶暨海洋產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心所設計的船身結(jié)構(gòu)與鴻锠動力科技所慎密籌建的電控系統(tǒng)與電池組設計,此一系統(tǒng)團隊由設計之初即導入系統(tǒng)化的觀念,成功地運用長泓鋰鐵電池并發(fā)揮至最大極致。不但克服了水上運行所面對的水阻以及多濕、多震蕩等環(huán)境特性,更對馬達輸出功率選配、船內(nèi)外機緊急動力系統(tǒng)設計、電控系統(tǒng)設計、太陽能備用電源規(guī)劃、電池選擇、電池成組規(guī)劃、水密設計、電池管理系統(tǒng)設計、充電系統(tǒng)規(guī)劃與選配、電動管制中心的整合,都做出最“適”化的設計,方使石門一號得以無虞的在石門水庫進行例行的水域巡航與水質(zhì)監(jiān)控的任務。

此艘電動船的動力主要來自60KW的純動力電池,同時也備有16片約3KW太陽能板作為備用電源儲能之用,可強化石門一號的綠色環(huán)保形象。據(jù)經(jīng)濟部水利署北區(qū)水資源局張庭華主任說明,石門一號被賦予了十六項的例行任務,未來也將與志工活動結(jié)合,肩負著傳統(tǒng)水上載具結(jié)合綠色能源的環(huán)保教育使命。

根據(jù)集邦科技的現(xiàn)場了解,有別于日月潭電動船的旅游功能,石門一號開發(fā)的目的在于寧靜水域的調(diào)查,因此在船體規(guī)格上適合輕巧的船身設計,而非將傳統(tǒng)游艇進行動力改裝,換句話說,石門一號是特別為了此一水域的運作任務而進行的船體設計與制作,采用雙體式船底(圖五),船底中間位置呈現(xiàn)懸空狀態(tài),讓船底的吃水面積達到最小狀態(tài),降低水阻以提升船只的續(xù)航力,讓內(nèi)部的電動系統(tǒng)能夠更佳的發(fā)揮其效能。

石門一號配備了60kWh的總電池容量,利用六個模組進行并連,以避免因為單一模組故障,而產(chǎn)生了整體功率不足導致船只停擺的情形;而驅(qū)動部分則是由兩組25kW (96V)低壓馬達所組成,平時則以6kW低功率進行巡航(約六節(jié)航速),有別于一般動輒220V馬達來說,屬于相對低耗電的驅(qū)動系統(tǒng);綜觀整體驅(qū)動與儲能系統(tǒng)的搭配,另外因為采用50Ah大容量電池芯設計,且以低功率型式輸出動力,電池放電率 (c-rate)可降低至0.1C,在電池模組的散熱設計也因此而變得簡單且省電。

充電設計可使用16kW(220V, 75Ah)進行高功率充電,充電時間約四小時,另佐以船頂所配置的太陽能板進行慢速充電,讓整體船只在運行時,將綠色能源發(fā)揮到極致。

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