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文章分類 > 智慧生活應用
綠能趨勢─電動機車電池的最佳選擇
   
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  作者:天碩電網科技股份有限公司 發表於2012/12/21 下午 02:20:12
 

 從石油的開始使用至今不到200年的時間,但以如此快速的開採使用與浪費,也有消耗完的一天;且石油燃燒時向大氣層釋放二氧化碳,導致全球暖化,雖然每能量單位石油釋放的二氧化碳低於煤,但是高於天然氣。但是作為交通用燃料要減少焚油導致的二氧化碳的釋放尤其棘手。一般只有大的發電廠才能夠裝配吸收二氧化碳的裝置,單個車輛無法裝配這樣的裝置。因此,須找出一種能替代石油的車用燃料。

現今車輛所採用的替代能源為「電」,因此電動車成為最熱門的研究方向。發展電動車首要面對的難題就是電池儲能的能力,為了要推動電動車的馬達所需之能量,電池本身需要能提供長時間輸出大電流,並且需要瞬間高電流的輸出。第二是電池本身的充電次數與充電時間需要能達到要求,同時使用上需要絕對的安全,確保電池遭受到外力破壞與惡劣環境的影響下,都能夠保證不危及車輛與行車人員的安全。此外,還需要考慮到電池材料的成分未來是否會影響到環境,造成生態的破壞。

電池分類:

目前熟知的電池分別為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池及鋰子電池等。其主要的作用原理,均是使用電的化學反應來達成電池的儲能與釋放。如下表所示,其為現今使用的電池種類,以及電池各個的規格介紹:

表1.常見之電池產品特性比較

 

電池類型

鉛酸電池

鎳鎘電池

鎳氫電池

鋰锰電池

磷酸鋰鐵電池

-空氣電池

燃料電池

工作電壓(V)

2V

1.2V

1.2V

3.7V

3.3V

1.4V

1.23V

體積能量密度(Wh/L)

100

150

250

285

270

210

300

重量能量密度(Wh/Kg)

30

60

80

110

120

225-400

500

功率(W/Kg)

300

150

800

400

1000

200

340-1500

安全性

尚可

極優

尚可

充電時間(H)

8

1.5

4

2-4

0.5-1

無須充電

0.05(補充氫氣)

能量效率()

60

75

70

90

95

60

43-58

記憶效應

循環壽命

100-500

600

600

800

1000-2000

600

2000

環保問題

成本(USD/kWh)

150

300

200-350

300

1000

90-120

500

由上表可知,相較於鉛酸、鎳氫電池等鋰電池中,磷酸鋰鐵電池以安全性最佳、具有大電流、循環壽命長、適合應用於大功率等優點,最為適合運用於電動車上,已成現今的研究主流。

圖一、電動車電池的釋放

電池充電:

        電池充電的方法大大的影響電池的壽命,尤其過度的充電是造成電池損壞的最大因素,電池充電的方法大約分為四種:

  • 定電壓充電法:是最普遍的充電方式,不過此方法在電池充滿電後,必須立即移除電壓或是使用浮充模式,補充電量以免電池損壞。其優點在於充電時電池溫度不會劇烈上升,且在高充電的狀態下不會有高電壓現象;而缺點在於充電的時間難以估計,且充電初期充電電流大。
  • 定電流充電法:是由使用者根據充電時間和電容量設定電流值,但因為沒考慮電池原本的電量狀態,固效率不高。其優點在於充電初期電流不會過大,所以充電的時間容易估計。而缺點為高充電狀態時容易出現高電壓現象,使得電池的溫度會急速的上升。
  • 定電流-定電壓充電法:結合定電流充電法與定電壓充電法,所有的優點所研發出的充電方法,此方法具有定電流充電法可以達到快速充電的優點,也具備定電壓充電法可自行調節電流的功能,因此不會增加造成電池永久損壞的機會。其方法在於一開始電瓶以定電流模式,因為電池一開始於電量較少時對電流的接受度較高,故可以將大部分放掉的電量快速的補回。使用定電流充電模式將電池電壓充到達峰值後,切換至定電壓充電模式來降低高電壓的狀態。
  • 脈衝充電法:為使用週期性的脈衝電流對電池充電,可在充電過程中提供電池休息的時間,來緩和電化學反應,並且可以適當的調節脈衝電流的大小,達到快速充電的目的,其電流波形如下圖所示,重點在於使用脈衝充電法時,需要注意脈衝電流值。脈衝週期以及充電的責任週期等參數設定。

圖二、脈衝充電法之充電取線

        電動機車已成為全球共通的發展趨勢,由上述的討論中我們可得知,磷酸鋰鐵電池在於性能與安全的表現上令人滿意,更重要的是它對生態環境並不會造成傷害,雖然現今的製造成本相對於其他電池較為高,但在各家業者相競研發以及製程的進步,相信不久的將來會有很大的突破。

參考資料:

  1. 許家興,「電動車電池類型與電池基礎介紹」,財團法人車輛研究測試中心,2009年10月
  2. 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%B3%E6%B2%B9
 
分類:智慧生活應用/節能減碳
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