綠能知識

磷酸鋰鐵電池

這個被稱為改變鋰電池革命的電池技術,被電動車產業寄予厚望。磷酸鋰鐵(LiMPO4)電池,也被稱為磷酸鐵鋰電池,同樣是屬於鋰離子電池的一種,但是沒有鋰鈷電池的材料昂貴。磷酸鋰鐵電池的磷、鋰、鐵材料,價格算是比較便宜,同時蘊藏在地球的含量很豐富,不會造成原料缺乏的問題。它的優點是電容量高,能夠快速充電且循環次數多,這讓電池的壽命延長。

最重要的,它比鎳氫電池、一般鋰電池等主流充電電池在高溫環境下的穩定性更高,這讓它有很好的安全性優勢,適合安裝在每天使用的電動車上,可確保鋰電池的大電流輸出輸入安全。不過,其普及化受到技術成本、專利、產能等問題的影響,目前看來還需要時間的醞釀,但速度已經在加速,成為各國瞄準的新電池技術標的。
 

鋰電池較沒有記憶效應

鋰電池和鎳氫電池不同,已經沒有記憶效應,是以多少次循環(cycle)當作壽命計算的單位,而不是用充電的次數來計算。也就是說,「充滿」鋰電池到飽再放到完算是一次,一般鋰電池的充放電循環可達數百次以上。鋰電池的設計會加上防止電力過低的保護電路版,這種電路版的用途是避免鋰電池電量過低,因為太低的話,很難充電,鋰電池就會有損壞的風險。

低自放鎳氫電池

應用在電動車上的鎳氫電池勢必要和一般常見的鎳氫電池有很大的不同,也就是新的低自放電池技術。一般的鎳氫充電電池,人們會注意到每次當充電電池充好電,裝上設備後,很快的時間又沒有電了,需要充電。不然就是充好的電池放在盒子裡,要拿出來用的時候,又沒有電了。這是怎麼回事呢?其實這就是電池的「自我放電」效應作祟。

一般的鎳氫充電電池的自我放電率高達每個月20%到30%以上,隨著使用期間的成長,自放電率會更高,電量衰退得更快。正因為這個大問題,這幾年日本廠商開發出了低自放電池技術(low self-discharge rate,LSD),當中以三洋的eneloop 低自放電池最有名。

顧名思義,低自放電池標榜的就是自我放電率低,廠商可以在充飽電以後,把這種充電電池拿到市場上賣,消費者買了回去用,至少,馬上都還有80%以上的電量可以用,等用完電了,再來充電即可,但價格也比較高。

目前使用在豐田等大廠油電混合車量產車型的鎳氫充電電池,普遍都採用低自放技術,免得駕駛人沒辦法順利充電,或者是電池效率變差的速度過快。低自放的鎳氫電池,可說是鋰電池在車用動力電池市場的一大對手。

鎳氫電池

鎳氫電池(NiMH)的技術已經相當成熟,是由先前的鎳鎘電池(NiCd)的進一步改良技術。其電池內部有能夠吸收氫元素的金屬,鎳鎘電池則是用氫氧化鎳(NiOH)與鎘(Cd)金屬來擔任發電的化學反應要件。比起鎳鎘電池,鎳氫電池更為環保,這是因為鎘是有毒物質。

不過,鎳氫電池的缺點是有電池記憶效應,並且有高自我放電反應。鋰電池因為沒有這些缺點,被視為能取代鎳氫電池的要角。鎳氫電池最大的優點是提供大輸出電流。
 

純電動車與插電式油電混合車的充電設備

不論是家庭、加油站附設的充電站、專門充電站,提供給純電動車與插電式油電混合車的充電設備是一門大學問。它最主要的特點是把電力公司送來的電,用比一般家用插座110V或220V更高的電壓,把電充入電動車上的大容量電池中。這個充電設備的工作效率,與充電時間非常有關係,也和電的浪費程度高低有關,又可以看成是電轉換效率的學問。

假設充電設備用200V的電壓來幫電動車充電,充到飽需要8小時的話,改用400V可以縮短時間,改用800伏特的電就會更加縮短充電時間。而電流保護裝置是必要的,確保充電過程的人身與設備安全。

二氧化碳排放標準

汽油在引擎燃燒後會產生二氧化碳的廢氣,過多的二氧化碳,是溫室效應的因素之一。歐洲國家比較早導入這項環保規範標準,目的是希望降低車輛的二氧化碳排放量。以一般的汽油引擎而言,要達到先進國家要求的二氧化碳標準,必須要提高燃油效率,在技術上創新研發才行,資金與時間成本相當地高。

如果汽油引擎車裝上的電池與馬達,變成油電混合車,那麼就可以降低到為120 g/km或更少的二氧化碳排放量。如果是純電動車,那麼就不會有二氧化碳排放的問題,燃料電池車也是一樣。

智慧電網

我們使用的電力線路網相當龐大,是由火力、水力或核能等不同的發電廠產生電之後,透過高壓電線來進行長途的傳遞,再由各用電區域的變電所把高壓電轉換為低壓電,就近供應各地家庭、工廠使用,這整個輸電網路,大致上已經存在數十年之久。現階段許多公司提出的智慧電網(smart grid),是希望透過新的資訊技術與通訊結構,改善發電廠>變電廠>用戶這個流程中的各種問題,提高傳電效率,減少長距離傳電的損失,做到各區域的電力負載平衡最佳化。

另外,智慧型電錶可以增加無線網路與電力線通訊機能,除了提供網路通訊服務外,最重要的是電力公司可以遠端檢測電力狀況,以及家庭可以進行家電設備遠端遙控等等。

發電廠的主要發電方式

水力發電的結構很簡單,透過水流動的力量帶動發電機上的螺旋槳,進而產生電力,人類古老使用的水車就是類似的方式,只是水力發電是產生電,而水車則提供動能,幫忙人類磨粉。同理,風力發電也是。

火力發電是人類產生電的主力,使用鍋爐燃燒石化燃料,讓熱去加熱液態水,產生水蒸氣,即可利用水蒸氣高速旋轉發電機來產生電。一般汽車上的電瓶,給予充電的也是引擎旋轉過程中,帶動發電機予以充電。

至於核能發電,人類目前使用的技術是核分裂反應爐,只是讓反應爐進行核分裂反應產生熱,同樣是加熱水,產生水蒸氣去帶動渦輪來發電。

電是怎麼產生的?

人類目前使用的電,主要分成發電機產生的,以及化學反應產生的共兩種。前者具體的方式包括火力、水力、核能等方式,設法讓金屬線圈旋轉,通過磁鐵時,就能夠讓發電機產生電力。後者則是像電池這樣的產物,透過化學反應方式,藉由不同材料的化學反應,產生能量提供電力輸出。至於太陽能發電,則是把光能轉換為電能。風力發電和水力發電原理類似,差異在於提供轉動螺旋槳的是風。

石化燃料

石油、煤與天然氣(瓦斯)都是屬於石化燃料,是包括動物、植物等多種古代有機物,經過長時間壓縮和加熱成形的。石油屬於年代非常久遠的海洋動物和海洋植物屍體累積而成,天然氣則是這些累積物碰到較高溫度於地底下形成,而煤礦是遠古陸地上的植物經過長期擠壓而成。

這些燃料能夠被人類使用的狀態有液態和氣態,都是屬於碳氫化合物,能夠燃燒氧化並轉換成熱能,也可以透過化學反應的方式分解出氫氣,透過不同方式產生電能。

石油的計量單位為「桶」,一桶石油為42加侖,但因為每個地方產出的石油重量不太一樣,每桶石油的重量自然也有差異。平均而言,一噸重石油約為8桶。