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EnergyTrend: 新一代铁锂电池之应用与展望

作者: | 发布日期: 2012 年 12 月 06 日 18:19 | 分类: 分析评论

2012年绿色产业展在各种再生能源系统组成的衬托下,呈现给大众更多元化应用的面相。做为再生能源范畴里重要的储能源件,锂电池产业包含了关键的电池芯与电池模组也没有缺席。

符合环境保护的工艺特性

长泓能源科技主要从事是电池芯生产,产品类别包括了16.8Ah的软包电池,或者内含三颗软包电池做并联的50Ah电池芯(图一)。在材料方面,使用氧化锂铁磷做为正极材料,制造部分则使用了水系工艺,相较于传统的磷酸铁锂油性有机溶剂工艺,水系工艺相对的安全、环保与无毒,除可避免油性工艺中有机溶剂可能发生的气爆现象,亦可免除具污染的有机气体释出。此一优异的特质对工艺加工环境、设备投资与工艺良率的控管均有绝对之影响。

氧化锂铁磷电池因为其缺陷型橄榄石结构(Defected Olivine)的特性,对于锂电池较为忌讳的过充(Over Charge)与过放(Over Discharge)现象, 因高温所产生的安全疑虑也较低,相较其于他不同化学结构之锂系电池因高温裂化或析锂而产生的自燃风险,铁锂电池无疑是锂系电池中最佳的选择,循环寿命可达到两千次以上。另,产品电压经过四颗锂铁电池串连后,即可取代铅酸电池的12V电压,对于电路设计的修改程度也较低。

优异的安全与放电表现
 
铁锂电池因为分子密度组成的限制,与三元系材料的能量密度,在电池重量表现上一直受到市场的顾虑,长泓电池使用了单电池芯内并技术,组成单颗电池芯50Ah的方型电池,若是与相同容量的18650铁锂圆柱型电池相比,圆柱型需要45颗的并联,在重量上将增加20%,体积也将超过30%(图二),最重要的是多颗并联将产生多点焊接的不确定变量,使得电池成组之内阻因松动而遽增,安全风险也将提高。

以电池产品最重要的放电表现来看,长泓氧化锂铁磷电池最大放电电流可达到500A(10C, pulse 30Sec),电池输出功率密度亦可达1413W/kg以上,因其单体电池体积小、容量高,故在市面上同级铁锂电池芯的产品中,长泓的锂铁电池具有极优异的市场竞争潜能。

应用多元发展

长泓科技这次也将刚完成量产的高能量氧化锂铁磷电池芯,佐以不同之成功应用,包含全套的非洲学童灯组,呈现于会场之中(图三)。

为了验证长泓能源50Ah动力电池芯,长泓也陆续与模组厂合作进行电池模组化,并且装置在各种动力载具上,包括了各种EV、E-bike、E-Ferry载具以及储能系统等等,其中电动船(石门一号)目前已在石门水库进行试运行,预计三年内有机会扩及到日月潭及其他各水库等地。电动机车目前与多家国内外机车制造厂合作,初期锁定欧美日等市场。较大型的载具如高尔夫球车、电动大巴、纯电动车、堆高机….目前也已陆续推出多起成功应用,且获得业界不少青睐。储能系统则以日本及欧洲为主要市场,提供电力不足地区做为稳压以及节能电源的应用。

除了陆上载具之外,水上载具也成为长泓关注的应用焦点。石门水库第一艘太阳能公艇石门一号(图四),已于今年九月份正式下水服役,由甲申由船业有限公司制造/隆宜公司辅助所打造的双体式船底、联合财团法人船舶暨海洋产业研发中心所设计的船身结构与鸿锠动力科技所慎密筹建的电控系统与电池组设计,此一系统团队由设计之初即导入系统化的观念,成功地运用长泓锂铁电池并发挥至最大极致。不但克服了水上运行所面对的水阻以及多湿、多震荡等环境特性,更对马达输出功率选配、船内外机紧急动力系统设计、电控系统设计、太阳能备用电源规划、电池选择、电池成组规划、水密设计、电池管理系统设计、充电系统规划与选配、电动管制中心的整合,都做出最“适”化的设计,方使石门一号得以无虞的在石门水库进行例行的水域巡航与水质监控的任务。

此艘电动船的动力主要来自60KW的纯动力电池,同时也备有16片约3KW太阳能板作为备用电源储能之用,可强化石门一号的绿色环保形象。据经济部水利署北区水资源局张庭华主任说明,石门一号被赋予了十六项的例行任务,未来也将与志工活动结合,肩负著传统水上载具结合绿色能源的环保教育使命。

根据集邦科技的现场了解,有别于日月潭电动船的旅游功能,石门一号开发的目的在于宁静水域的调查,因此在船体规格上适合轻巧的船身设计,而非将传统游艇进行动力改装,换句话说,石门一号是特别为了此一水域的运作任务而进行的船体设计与制作,采用双体式船底(图五),船底中间位置呈现悬空状态,让船底的吃水面积达到最小状态,降低水阻以提升船只的续航力,让内部的电动系统能够更佳的发挥其效能。

石门一号配备了60kWh的总电池容量,利用六个模组进行并连,以避免因为单一模组故障,而产生了整体功率不足导致船只停摆的情形;而驱动部分则是由两组25kW (96V)低压马达所组成,平时则以6kW低功率进行巡航(约六节航速),有别于一般动辄220V马达来说,属于相对低耗电的驱动系统;综观整体驱动与储能系统的搭配,另外因为采用50Ah大容量电池芯设计,且以低功率型式输出动力,电池放电率 (c-rate)可降低至0.1C,在电池模组的散热设计也因此而变得简单且省电。

充电设计可使用16kW(220V, 75Ah)进行高功率充电,充电时间约四小时,另佐以船顶所配置的太阳能板进行慢速充电,让整体船只在运行时,将绿色能源发挥到极致。

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