鋰電池的未來與關(guān)鍵
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隨著綠色產(chǎn)業(yè)抬頭，能源獨立與節(jié)能環(huán)保成為國家新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點，眾所皆知油價以及電價分別是驅(qū)動電動車以及智慧電網(wǎng)的關(guān)鍵因素，隨著國際社會對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構(gòu)Energytrend的預(yù)估，過去十年鋰電池讓手機與NB產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，接下來的十年將會是以家用儲能與車用電池系統(tǒng)為發(fā)展主體，成為下一波推動鋰電池成長的關(guān)鍵應(yīng)用。
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兼具多用途的分布式儲能系統(tǒng)
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分布式儲能系統(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)來看為一鋰電池組成的儲能系統(tǒng)，然而在實際應(yīng)用上，可區(qū)分成兩塊，一則為緊急備用電力，二則為再生能源儲能系統(tǒng)(圖一)。
以備用電力來說，電池系統(tǒng)本身需要能夠承受瞬間跳電所帶來的高功率附載環(huán)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(yīng)用上，更是必須把運行時間拉到數(shù)小時甚至是數(shù)天的時間，若是以一般緊急備用電力來說，其系統(tǒng)運行時間將難以與家用系統(tǒng)比擬。
以再生能源儲能系統(tǒng)來說，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行，白天可與再生能源系統(tǒng)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(nèi)電力搭配，善用夜間離峰電力，并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(yōu)化與配置，將攸關(guān)是否能讓整體系統(tǒng)壽命符合產(chǎn)品的長效要求。
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擺脫進口能源的電動車發(fā)展關(guān)鍵-電動車電池系統(tǒng)
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對于汽車產(chǎn)業(yè)來說，任何的零組件壽命，都必須經(jīng)過反復(fù)的驗證以及評估，電池系統(tǒng)在使用經(jīng)驗上，除了成本占比率高之外，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(tǒng)設(shè)計特性，產(chǎn)品性能、單位價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)過撞擊測試之后，散熱系統(tǒng)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(guān)鍵點。
當(dāng)然電動車輛使用為數(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^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)計復(fù)雜度有其難處。(圖二)
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長泓儲能布局發(fā)展快速
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長泓能源成立于2009年，主要著重在鋰鐵電池，使用臺塑長園科技的氧化鋰鐵磷正極粉材，制作成儲能與動力電池應(yīng)用的方型電池芯，其產(chǎn)線(圖三)特點包括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)長泓表示，目前國際上僅有少數(shù)幾家電池廠在正負極制造上采用水系工藝，而長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)點在于適合做大放電的輸出，對于定置型儲能與車輛產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用具有其適切性。
長泓能源科技目前正進行小規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)能約500kAh/m，預(yù)計2013Q2后里新廠產(chǎn)能可達8MAh/m，預(yù)計2016年可完成四條生產(chǎn)線建置，月產(chǎn)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(chǎn)能最大的生產(chǎn)基地。
長泓能源目前在產(chǎn)品的試用上已具有多元的經(jīng)驗，在備用電源(UPS)及儲能系統(tǒng)領(lǐng)域上，皆有不錯的實績；長泓在中國各省縣皆有電網(wǎng)合作案，在風(fēng)光互補中，配合再生能源系統(tǒng)做為其2.5kW的儲能系統(tǒng)；日本的家用儲能系統(tǒng)則是長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，未來待后里廠建廠完畢，產(chǎn)能將有機會更大幅擴充。

長泓汽車布局開始上路
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為了有效驗證產(chǎn)品在大型載具的耐久表現(xiàn)，長泓能源積極參與電動車領(lǐng)域的開發(fā)，該電池芯目前為50Ah的容量大小設(shè)計，對于應(yīng)用在車用模組領(lǐng)域上，僅需要對其做多串連少并連的設(shè)計即可，借此也可降低模組的電源管理復(fù)雜度。
由于目前國際間主要的汽車廠對于電池的采用態(tài)度，大多以專一獨斷的合作模式，對于臺灣電池產(chǎn)業(yè)目前的產(chǎn)能與規(guī)模來說并未適宜，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(fā)展課題。
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長泓能源在電動車的發(fā)展上采取多元的發(fā)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(tǒng)廠合作，借由改裝現(xiàn)行車輛載具，進行各種數(shù)據(jù)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臺福董事長技術(shù)合作，共同開發(fā)純電動車(BEV, 10 KWh, 96V 100Ah)，最高時速可達120km/h以上，續(xù)航力可達100公里，最大輸出電流可至300安培。此一系統(tǒng)，以自制電機控制單元，經(jīng)高功率回授系統(tǒng)與高效能BMS的設(shè)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(nèi)建兩組25A充電器，以家用110V/220V標(biāo)準電壓，慢充10或4小時可充飽。目前該電動車已開始運抵臺灣進行測試規(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間點。而傳統(tǒng)汽車廠部分，目前主要仍以亞洲車廠為合作對象進行產(chǎn)品送樣認證。
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