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EnergyTrend: 新一代鐵鋰電池之應(yīng)用與展望

作者: | 發(fā)布日期: 2012 年 12 月 06 日 18:19 | 分類: 分析評(píng)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(yīng)用的面相。做為再生能源范疇里重要的儲(chǔ)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(hù)的工藝特性

長(zhǎng)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(jī)溶劑工藝,水系工藝相對(duì)的安全、環(huán)保與無(wú)毒,除可避免油性工藝中有機(jī)溶劑可能發(fā)生的氣爆現(xiàn)象,亦可免除具污染的有機(jī)氣體釋出。此一優(yōu)異的特質(zhì)對(duì)工藝加工環(huán)境、設(shè)備投資與工藝良率的控管均有絕對(duì)之影響。

氧化鋰鐵磷電池因?yàn)槠淙毕菪烷蠙焓Y(jié)構(gòu)(Defected Olivine)的特性,對(duì)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(xué)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(fēng)險(xiǎn),鐵鋰電池?zé)o疑是鋰系電池中最佳的選擇,循環(huán)壽命可達(dá)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(duì)于電路設(shè)計(jì)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?yàn)榉肿用芏冉M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(chǎng)的顧慮,長(zhǎng)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(diǎn)焊接的不確定變量,使得電池成組之內(nèi)阻因松動(dòng)而遽增,安全風(fēng)險(xiǎn)也將提高。

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

應(yīng)用多元發(fā)展

長(zhǎng)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(yīng)用,包含全套的非洲學(xué)童燈組,呈現(xiàn)于會(huì)場(chǎng)之中(圖三)。

為了驗(yàn)證長(zhǎng)泓能源50Ah動(dòng)力電池芯,長(zhǎng)泓也陸續(xù)與模組廠合作進(jìn)行電池模組化,并且裝置在各種動(dòng)力載具上,包括了各種EV、E-bike、E-Ferry載具以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等等,其中電動(dòng)船(石門一號(hào))目前已在石門水庫(kù)進(jìn)行試運(yùn)行,預(yù)計(jì)三年內(nèi)有機(jī)會(huì)擴(kuò)及到日月潭及其他各水庫(kù)等地。電動(dòng)機(jī)車目前與多家國(guó)內(nèi)外機(jī)車制造廠合作,初期鎖定歐美日等市場(chǎng)。較大型的載具如高爾夫球車、電動(dòng)大巴、純電動(dòng)車、堆高機(jī)….目前也已陸續(xù)推出多起成功應(yīng)用,且獲得業(yè)界不少青睞。儲(chǔ)能系統(tǒng)則以日本及歐洲為主要市場(chǎng),提供電力不足地區(qū)做為穩(wěn)壓以及節(jié)能電源的應(yīng)用。

除了陸上載具之外,水上載具也成為長(zhǎng)泓關(guān)注的應(yīng)用焦點(diǎn)。石門水庫(kù)第一艘太陽(yáng)能公艇石門一號(hào)(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(cái)團(tuán)法人船舶暨海洋產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心所設(shè)計(jì)的船身結(jié)構(gòu)與鴻锠動(dòng)力科技所慎密籌建的電控系統(tǒng)與電池組設(shè)計(jì),此一系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)由設(shè)計(jì)之初即導(dǎo)入系統(tǒng)化的觀念,成功地運(yùn)用長(zhǎng)泓鋰鐵電池并發(fā)揮至最大極致。不但克服了水上運(yùn)行所面對(duì)的水阻以及多濕、多震蕩等環(huán)境特性,更對(duì)馬達(dá)輸出功率選配、船內(nèi)外機(jī)緊急動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能備用電源規(guī)劃、電池選擇、電池成組規(guī)劃、水密設(shè)計(jì)、電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、充電系統(tǒng)規(guī)劃與選配、電動(dòng)管制中心的整合,都做出最“適”化的設(shè)計(jì),方使石門一號(hào)得以無(wú)虞的在石門水庫(kù)進(jìn)行例行的水域巡航與水質(zhì)監(jiān)控的任務(wù)。

此艘電動(dòng)船的動(dòng)力主要來(lái)自60KW的純動(dòng)力電池,同時(shí)也備有16片約3KW太陽(yáng)能板作為備用電源儲(chǔ)能之用,可強(qiáng)化石門一號(hào)的綠色環(huán)保形象。據(jù)經(jīng)濟(jì)部水利署北區(qū)水資源局張庭華主任說明,石門一號(hào)被賦予了十六項(xiàng)的例行任務(wù),未來(lái)也將與志工活動(dòng)結(jié)合,肩負(fù)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(chǎng)了解,有別于日月潭電動(dòng)船的旅游功能,石門一號(hào)開發(fā)的目的在于寧?kù)o水域的調(diào)查,因此在船體規(guī)格上適合輕巧的船身設(shè)計(jì),而非將傳統(tǒng)游艇進(jìn)行動(dòng)力改裝,換句話說,石門一號(hào)是特別為了此一水域的運(yùn)作任務(wù)而進(jìn)行的船體設(shè)計(jì)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(dá)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(dòng)系統(tǒng)能夠更佳的發(fā)揮其效能。

石門一號(hào)配備了60kWh的總電池容量,利用六個(gè)模組進(jìn)行并連,以避免因?yàn)閱我荒=M故障,而產(chǎn)生了整體功率不足導(dǎo)致船只停擺的情形;而驅(qū)動(dòng)部分則是由兩組25kW (96V)低壓馬達(dá)所組成,平時(shí)則以6kW低功率進(jìn)行巡航(約六節(jié)航速),有別于一般動(dòng)輒220V馬達(dá)來(lái)說,屬于相對(duì)低耗電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);綜觀整體驅(qū)動(dòng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的搭配,另外因?yàn)椴捎?0Ah大容量電池芯設(shè)計(jì),且以低功率型式輸出動(dòng)力,電池放電率 (c-rate)可降低至0.1C,在電池模組的散熱設(shè)計(jì)也因此而變得簡(jiǎn)單且省電。

充電設(shè)計(jì)可使用16kW(220V, 75Ah)進(jìn)行高功率充電,充電時(shí)間約四小時(shí),另佐以船頂所配置的太陽(yáng)能板進(jìn)行慢速充電,讓整體船只在運(yùn)行時(shí),將綠色能源發(fā)揮到極致。

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