鋰電池的未來(lái)與關(guān)鍵
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隨著綠色產(chǎn)業(yè)抬頭，能源獨(dú)立與節(jié)能環(huán)保成為國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，眾所皆知油價(jià)以及電價(jià)分別是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車以及智慧電網(wǎng)的關(guān)鍵因素，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)于排碳聲浪的訴求與日俱增，新能源產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵催化也逐步在各種民生必需品中出現(xiàn)，在創(chuàng)能以及節(jié)能系統(tǒng)發(fā)展陸續(xù)到位后，儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用與需求也逐步顯著提升，根據(jù)集邦科技旗下研究機(jī)構(gòu)Energytrend的預(yù)估，過(guò)去十年鋰電池讓手機(jī)與NB產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，接下來(lái)的十年將會(huì)是以家用儲(chǔ)能與車用電池系統(tǒng)為發(fā)展主體，成為下一波推動(dòng)鋰電池成長(zhǎng)的關(guān)鍵應(yīng)用。
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兼具多用途的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)
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分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上包含了電池芯以及電池組裝，以單一結(jié)構(gòu)來(lái)看為一鋰電池組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，然而在實(shí)際應(yīng)用上，可區(qū)分成兩塊，一則為緊急備用電力，二則為再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)(圖一)。
以備用電力來(lái)說(shuō)，電池系統(tǒng)本身需要能夠承受瞬間跳電所帶來(lái)的高功率附載環(huán)境，同時(shí)又必須能夠做到長(zhǎng)效時(shí)間運(yùn)作的特點(diǎn)，由其在支援家電應(yīng)用上，更是必須把運(yùn)行時(shí)間拉到數(shù)小時(shí)甚至是數(shù)天的時(shí)間，若是以一般緊急備用電力來(lái)說(shuō)，其系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間將難以與家用系統(tǒng)比擬。
以再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)整合的整體效率呈現(xiàn)至為重要，而電池更是系統(tǒng)的關(guān)鍵核心。再生能源混合系統(tǒng)其本質(zhì)上可在白天與夜晚運(yùn)行，白天可與再生能源系統(tǒng)搭配，以降低白天電力尖峰負(fù)載的問(wèn)題，而在夜間時(shí)又可與市內(nèi)電力搭配，善用夜間離峰電力，并且在日間進(jìn)行電力重新分配的功能。以目前再生能源動(dòng)輒使用期限二十年起跳的長(zhǎng)壽命來(lái)說(shuō)，電池的優(yōu)化與配置，將攸關(guān)是否能讓整體系統(tǒng)壽命符合產(chǎn)品的長(zhǎng)效要求。
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擺脫進(jìn)口能源的電動(dòng)車發(fā)展關(guān)鍵-電動(dòng)車電池系統(tǒng)
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對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，任何的零組件壽命，都必須經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證以及評(píng)估，電池系統(tǒng)在使用經(jīng)驗(yàn)上，除了成本占比率高之外，常因?yàn)樘厥馐褂们樾味邪踩缘囊蓱]，尤其在充放電期間，安全意外更是時(shí)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(tǒng)設(shè)計(jì)特性，產(chǎn)品性能、單位價(jià)格與安全性成為難以兼顧的產(chǎn)品表現(xiàn)。
以GM Volt為例，雖然使用高能量密度的電池材料，并且輔以散熱系統(tǒng)以提高電池安全性，然而在經(jīng)過(guò)撞擊測(cè)試之后，散熱系統(tǒng)所衍生的電路問(wèn)題仍是一大困擾，此一事件再次顯示，評(píng)估電池的性能除了單位價(jià)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(guān)鍵點(diǎn)。
當(dāng)然電動(dòng)車輛使用為數(shù)眾多的電池芯，如何做出應(yīng)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(tǒng)電力總?cè)萘砍^(guò)10kWh，DOD與SOC維持在10~90%以提升電池內(nèi)之電力使用率，都是電動(dòng)車電池所面臨的關(guān)鍵門檻。鋰鐵電池本身由于放電曲線平緩，因此在大型的電池模組設(shè)計(jì)復(fù)雜度有其難處。(圖二)
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長(zhǎng)泓儲(chǔ)能布局發(fā)展快速
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長(zhǎng)泓能源成立于2009年，主要著重在鋰鐵電池，使用臺(tái)塑長(zhǎng)園科技的氧化鋰鐵磷正極粉材，制作成儲(chǔ)能與動(dòng)力電池應(yīng)用的方型電池芯，其產(chǎn)線(圖三)特點(diǎn)包括1. 使用水系工藝2. 使用堆疊極片。水系工藝具有環(huán)保且低污染的工藝特質(zhì)，且制造流程安全性也較高，據(jù)長(zhǎng)泓表示，目前國(guó)際上僅有少數(shù)幾家電池廠在正負(fù)極制造上采用水系工藝，而長(zhǎng)泓能源是唯一一家制造50Ah大容量成功的廠商。而堆疊極片工藝的優(yōu)點(diǎn)在于適合做大放電的輸出，對(duì)于定置型儲(chǔ)能與車輛產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用具有其適切性。
長(zhǎng)泓能源科技目前正進(jìn)行小規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)能約500kAh/m，預(yù)計(jì)2013Q2后里新廠產(chǎn)能可達(dá)8MAh/m，預(yù)計(jì)2016年可完成四條生產(chǎn)線建置，月產(chǎn)能達(dá) 32.5MAh/m，屆時(shí)，長(zhǎng)泓能源科技將成為全球氧化鋰鐵磷電池芯產(chǎn)能最大的生產(chǎn)基地。
長(zhǎng)泓能源目前在產(chǎn)品的試用上已具有多元的經(jīng)驗(yàn)，在備用電源(UPS)及儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域上，皆有不錯(cuò)的實(shí)績(jī)；長(zhǎng)泓在中國(guó)各省縣皆有電網(wǎng)合作案，在風(fēng)光互補(bǔ)中，配合再生能源系統(tǒng)做為其2.5kW的儲(chǔ)能系統(tǒng)；日本的家用儲(chǔ)能系統(tǒng)則是長(zhǎng)泓下一步的著眼方向，包括3kW以及5kW的家庭用系統(tǒng)。在產(chǎn)能規(guī)劃中目前產(chǎn)線已具有500kAh/m的產(chǎn)能規(guī)模，未來(lái)待后里廠建廠完畢，產(chǎn)能將有機(jī)會(huì)更大幅擴(kuò)充。
長(zhǎng)泓汽車布局開始上路
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為了有效驗(yàn)證產(chǎn)品在大型載具的耐久表現(xiàn)，長(zhǎng)泓能源積極參與電動(dòng)車領(lǐng)域的開發(fā)，該電池芯目前為50Ah的容量大小設(shè)計(jì)，對(duì)于應(yīng)用在車用模組領(lǐng)域上，僅需要對(duì)其做多串連少并連的設(shè)計(jì)即可，借此也可降低模組的電源管理復(fù)雜度。
由于目前國(guó)際間主要的汽車廠對(duì)于電池的采用態(tài)度，大多以專一獨(dú)斷的合作模式，對(duì)于臺(tái)灣電池產(chǎn)業(yè)目前的產(chǎn)能與規(guī)模來(lái)說(shuō)并未適宜，然而電池切入汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，卻又需要時(shí)間的驗(yàn)證與資料的累積，因此如何快速在車輛載具驗(yàn)證，成為目前重要的發(fā)展課題。
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長(zhǎng)泓能源在電動(dòng)車的發(fā)展上采取多元的發(fā)展模式，一方面與汽車廠進(jìn)行送樣合作之外，同時(shí)也與動(dòng)力系統(tǒng)廠合作，借由改裝現(xiàn)行車輛載具，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的蒐集與零組件驗(yàn)證。改裝車部分(圖四)，日前更成功地與鴻宇能源科技蔣臺(tái)福董事長(zhǎng)技術(shù)合作，共同開發(fā)純電動(dòng)車(BEV, 10 KWh, 96V 100Ah)，最高時(shí)速可達(dá)120km/h以上，續(xù)航力可達(dá)100公里，最大輸出電流可至300安培。此一系統(tǒng)，以自制電機(jī)控制單元，經(jīng)高功率回授系統(tǒng)與高效能BMS的設(shè)計(jì)，整合50匹馬力之電動(dòng)馬達(dá)，兩獨(dú)立電池模組共64顆電芯，電池成組總重約77.3公斤，內(nèi)建兩組25A充電器，以家用110V/220V標(biāo)準(zhǔn)電壓，慢充10或4小時(shí)可充飽。目前該電動(dòng)車已開始運(yùn)抵臺(tái)灣進(jìn)行測(cè)試規(guī)劃，預(yù)料待資料蒐集完備后，將是向汽車廠全面推展的時(shí)間點(diǎn)。而傳統(tǒng)汽車廠部分，目前主要仍以亞洲車廠為合作對(duì)象進(jìn)行產(chǎn)品送樣認(rèn)證。
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