EnergyTrend: 锂电池的未来与关键

作者: | 发布日期: 2012 年 04 月 26 日 21:43 | 分类: 分析评论

锂电池的未来与关键
 
随着绿色产业抬头,能源独立与节能环保成为国家新兴产业的发展重点,众所皆知油价以及电价分别是驱动电动车以及智慧电网的关键因素,随着国际社会对于排碳声浪的诉求与日俱增,新能源产业的关键催化也逐步在各种民生必需品中出现,在创能以及节能系统发展陆续到位后,储能系统的应用与需求也逐步显著提升,根据集邦科技旗下研究机构Energytrend的预估,过去十年锂电池让手机与NB产业蓬勃发展,接下来的十年将会是以家用储能与车用电池系统为发展主体,成为下一波推动锂电池成长的关键应用。
 
兼具多用途的分布式储能系统
 
分布式储能系统在结构上包含了电池芯以及电池组装,以单一结构来看为一锂电池组成的储能系统,然而在实际应用上,可区分成两块,一则为紧急备用电力,二则为再生能源储能系统(图一)。
以备用电力来说,电池系统本身需要能够承受瞬间跳电所带来的高功率附载环境,同时又必须能够做到长效时间运作的特点,由其在支援家电应用上,更是必须把运行时间拉到数小时甚至是数天的时间,若是以一般紧急备用电力来说,其系统运行时间将难以与家用系统比拟。
以再生能源储能系统来说,系统整合的整体效率呈现至为重要,而电池更是系统的关键核心。再生能源混合系统其本质上可在白天与夜晚运行,白天可与再生能源系统搭配,以降低白天电力尖峰负载的问题,而在夜间时又可与市内电力搭配,善用夜间离峰电力,并且在日间进行电力重新分配的功能。以目前再生能源动辄使用期限二十年起跳的长寿命来说,电池的优化与配置,将攸关是否能让整体系统寿命符合产品的长效要求。
 
摆脱进口能源的电动车发展关键-电动车电池系统
 
对于汽车产业来说,任何的零组件寿命,都必须经过反复的验证以及评估,电池系统在使用经验上,除了成本占比率高之外,常因为特殊使用情形而有安全性的疑虑,尤其在充放电期间,安全意外更是时有耳闻。电池材料从锂铁到三元材料等,都有着大不同的系统设计特性,产品性能、单位价格与安全性成为难以兼顾的产品表现。
以GM Volt为例,虽然使用高能量密度的电池材料,并且辅以散热系统以提高电池安全性,然而在经过撞击测试之后,散热系统所衍生的电路问题仍是一大困扰,此一事件再次显示,评估电池的性能除了单位价格与单位能量密度之外,电池安全性更是难以量化却又不可忽视的关键点。
当然电动车辆使用为数众多的电池芯,如何做出应有的高能量密度与安全管理,包括将电池芯能量密度拉升至130Wh/kg以上,系统电力总容量超过10kWh,DOD与SOC维持在10~90%以提升电池内之电力使用率,都是电动车电池所面临的关键门槛。锂铁电池本身由于放电曲线平缓,因此在大型的电池模组设计复杂度有其难处。(图二)
 
 
长泓储能布局发展快速
 
长泓能源成立于2009年,主要着重在锂铁电池,使用台塑长园科技的氧化锂铁磷正极粉材,制作成储能与动力电池应用的方型电池芯,其产线(图三)特点包括1. 使用水系工艺2. 使用堆叠极片。水系工艺具有环保且低污染的工艺特质,且制造流程安全性也较高,据长泓表示,目前国际上仅有少数几家电池厂在正负极制造上采用水系工艺,而长泓能源是唯一一家制造50Ah大容量成功的厂商。而堆叠极片工艺的优点在于适合做大放电的输出,对于定置型储能与车辆产业的应用具有其适切性。
长泓能源科技目前正进行小规模量产,产能约500kAh/m,预计2013Q2后里新厂产能可达8MAh/m,预计2016年可完成四条生产线建置,月产能达 32.5MAh/m,届时,长泓能源科技将成为全球氧化锂铁磷电池芯产能最大的生产基地。
长泓能源目前在产品的试用上已具有多元的经验,在备用电源(UPS)及储能系统领域上,皆有不错的实绩;长泓在中国各省县皆有电网合作案,在风光互补中,配合再生能源系统做为其2.5kW的储能系统;日本的家用储能系统则是长泓下一步的着眼方向,包括3kW以及5kW的家庭用系统。在产能规划中目前产线已具有500kAh/m的产能规模,未来待后里厂建厂完毕,产能将有机会更大幅扩充。

长泓汽车布局开始上路
 
为了有效验证产品在大型载具的耐久表现,长泓能源积极参与电动车领域的开发,该电池芯目前为50Ah的容量大小设计,对于应用在车用模组领域上,仅需要对其做多串连少并连的设计即可,借此也可降低模组的电源管理复杂度。
由于目前国际间主要的汽车厂对于电池的采用态度,大多以专一独断的合作模式,对于台湾电池产业目前的产能与规模来说并未适宜,然而电池切入汽车产业的发展,却又需要时间的验证与资料的累积,因此如何快速在车辆载具验证,成为目前重要的发展课题。
 
长泓能源在电动车的发展上采取多元的发展模式,一方面与汽车厂进行送样合作之外,同时也与动力系统厂合作,借由改装现行车辆载具,进行各种数据的蒐集与零组件验证。改装车部分(图四),日前更成功地与鸿宇能源科技蒋台福董事长技术合作,共同开发纯电动车(BEV, 10 KWh, 96V 100Ah),最高时速可达120km/h以上,续航力可达100公里,最大输出电流可至300安培。此一系统,以自制电机控制单元,经高功率回授系统与高效能BMS的设计,整合50匹马力之电动马达,两独立电池模组共64颗电芯,电池成组总重约77.3公斤,内建两组25A充电器,以家用110V/220V标准电压,慢充10或4小时可充饱。目前该电动车已开始运抵台湾进行测试规划,预料待资料蒐集完备后,将是向汽车厂全面推展的时间点。而传统汽车厂部分,目前主要仍以亚洲车厂为合作对象进行产品送样认证。
 

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