EnergyTrend: 鋰電池的未來與關鍵

發佈日期: 2012 年 04 月 26 日 21:43 | 作者: | 分類: 分析評論
 隨著綠色產業抬頭,能源獨立與節能環保成為國家新興產業的發展重點,眾所皆知油價以及電價分別是驅動電動車以及智慧電網的關鍵因素,隨著國際社會對於排碳聲浪的訴求與日俱增,綠能產業的關鍵催化也逐步在各種民生必需品中出現,在創能以及節能系統發展陸續到位後,儲能系統的應用與需求也逐步顯著提升,根據集邦科技旗下研究機構Energytrend的預估,過去十年鋰電池讓手機與NB產業蓬勃發展,接下來的十年將會是以家用儲能與車用電池系統為發展主體,成為下一波推動鋰電池成長的關鍵應用。
 
兼具多用途的分散式儲能系統
 
分散式儲能系統在結構上包含了電池芯以及電池組裝,以單一結構來看為一鋰電池組成的儲能系統,然而在實際應用上,可區分成兩塊,一則為緊急備用電力,二則為再生能源儲能系統(圖一)。
以備用電力來說,電池系統本身需要能夠承受瞬間跳電所帶來的高功率附載環境,同時又必須能夠做到長效時間運作的特點,由其在支援家電應用上,更是必須把運行時間拉到數小時甚至是數天的時間,若是以一般緊急備用電力來說,其系統運行時間將難以與家用系統比擬。
以再生能源儲能系統來說,系統整合的整體效率呈現至為重要,而電池更是系統的關鍵核心。再生能源混合系統其本質上可在白天與夜晚運行,白天可與再生能源系統搭配,以降低白天電力尖峰負載的問題,而在夜間時又可與市內電力搭配,善用夜間離峰電力,並且在日間進行電力重新分配的功能。以目前再生能源動輒使用期限二十年起跳的長壽命來說,電池的優化與配置,將攸關是否能讓整體系統壽命符合產品的長效要求。
 
圖一 再生能源搭配儲能系統
 

   
Source: 長泓能源
 
擺脫進口能源的電動車發展關鍵-電動車電池系統
 
對於汽車產業來說,任何的零組件壽命,都必須經過反覆的驗證以及評估,電池系統在使用經驗上,除了成本佔比率高之外,常因為特殊使用情形而有安全性的疑慮,尤其在充放電期間,安全意外更是時有耳聞。電池材料從鋰鐵到三元材料等,都有著大不同的系統設計特性,產品性能、單位價格與安全性成為難以兼顧的產品表現。
以GM Volt為例,雖然使用高能量密度的電池材料,並且輔以散熱系統以提高電池安全性,然而在經過撞擊測試之後,散熱系統所衍生的電路問題仍是一大困擾,此一事件再次顯示,評估電池的性能除了單位價格與單位能量密度之外,電池安全性更是難以量化卻又不可忽視的關鍵點。
當然電動車輛使用為數眾多的電池芯,如何做出應有的高能量密度與安全管理,包括將電池芯能量密度拉升至130Wh/kg以上,系統電力總容量超過10kWh,DOD與SOC維持在10~90%以提升電池內之電力使用率,都是電動車電池所面臨的關鍵門檻。鋰鐵電池本身由於放電曲線平緩,因此在大型的電池模組設計複雜度有其難處。(圖二)
 
 
圖二 鋰鐵電池模組
Source: 長泓能源科技
 
 
長泓儲能佈局發展快速
 
長泓能源成立於2009年,主要著重在鋰鐵電池,使用台塑長園科技的氧化鋰鐵磷正極粉材,製作成儲能與動力電池應用的方型電池芯,其產線(圖三)特點包括1. 使用水系製程2. 使用堆疊極片。水系製程具有環保且低污染的製程特質,且製造流程安全性也較高,據長泓表示,目前國際上僅有少數幾家電池廠在正負極製造上採用水系製程,而長泓能源是唯一一家製造50Ah大容量成功的廠商。而堆疊極片製程的優點在於適合做大放電的輸出,對於定置型儲能與車輛產業的應用具有其適切性。
長泓能源科技目前正進行小規模量產,產能約500kAh/m,預計2013Q2后里新廠產能可達8MAh/m,預計2016年可完成四條生產線建置,月產能達 32.5MAh/m,屆時,長泓能源科技將成為全球氧化鋰鐵磷電池芯產能最大的生產基地。
長泓能源目前在產品的試用上已具有多元的經驗,在備用電源(UPS)及儲能系統領域上,皆有不錯的實績;長泓在中國各省縣皆有電網合作案,在風光互補中,配合再生能源系統做為其2.5kW的儲能系統;日本的家用儲能系統則是長泓下一步的著眼方向,包括3kW以及5kW的家庭用系統。在產能規劃中目前產線已具有500kAh/m的產能規模,未來待后里廠建廠完畢,產能將有機會更大幅擴充。
 
圖三 長泓氧化鋰鐵磷電池產線
Source: 長泓能源科技
 
長泓汽車佈局開始上路
 
為了有效驗證產品在大型載具的耐久表現,長泓能源積極參與電動車領域的開發,該電池芯目前為50Ah的容量大小設計,對於應用在車用模組領域上,僅需要對其做多串連少並連的設計即可,藉此也可降低模組的電源管理複雜度。
由於目前國際間主要的汽車廠對於電池的採用態度,大多以專一獨斷的合作模式,對於台灣電池產業目前的產能與規模來說並未適宜,然而電池切入汽車產業的發展,卻又需要時間的驗證與資料的累積,因此如何快速在車輛載具驗證,成為目前重要的發展課題。
 
長泓能源在電動車的發展上採取多元的發展模式,一方面與汽車廠進行送樣合作之外,同時也與動力系統廠合作,藉由改裝現行車輛載具,進行各種數據的蒐集與零組件驗證。改裝車部分(圖四),日前更成功地與鴻宇能源科技蔣台福董事長技術合作,共同開發純電動車(BEV, 10 KWh, 96V 100Ah),最高時速可達120km/h以上,續航力可達100公里,最大輸出電流可至300安培。此一系統,以自製電機控制單元,經高功率回授系統與高效能BMS的設計,整合50匹馬力之電動馬達,兩獨立電池模組共64顆電芯,電池成組總重約77.3公斤,內建兩組25A充電器,以家用110V/220V標準電壓,慢充10或4小時可充飽。目前該電動車已開始運抵台灣進行測試規畫,預料待資料蒐集完備後,將是向汽車廠全面推展的時間點。而傳統汽車廠部分,目前主要仍以亞洲車廠為合作對象進行產品送樣認證。
 
圖四 長泓電池導入電動車系統
Source: 長泓能源科技
 
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