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電池及充電技術躍進 推升電動車需求

  • DIGITIMES企劃
電動車採用無線充電技術,可兼具便利性和安全性。來源:車輛研究測試中心

歐美電動車銷量增加,加上大陸自有品牌車型積極投入等因素,電動車市場預期將持續成長,水漲船高之下,電動車電池市場前景看好。

不過,電動車要快速普及,電池成本的下降是關鍵所在。也因此各相關業者無不積極利用各種方式來降低電池成本,幾年努力下來頗見成效。

根據麥肯錫研究報告指出,電動汽車的電池成本已從2010年的1,000美元/kWh降至2016年的227美元/kWh,下降幅度約達8成。此報告並預測電池組成本至2020年將降至190美元/kWh,並在2030年達到100美元/kWh。可以想見,這樣的電池成本將能帶動電動車價格的下降,屆時甚至能真正威脅燃料引擎汽車的市場。

二代電池現身  容量大幅提升

除電池成本外,電池容量是影響消費者是否能接受電動車的另一主要因素。近幾年來電動車的進展極為快速,然而,儘管現今許多電動車配備了高效能大容量的電池設備,但仍需要頻繁的充電。

為了提高電池的容量進而減少充電頻率,各種類型的電池技術陸續開發出或測試中。不過,截至目前為止,鋰離子電池仍被視為是最適合大容量儲存及快速充電的電池類型。

採用鋰離子電池,Nissan的電動車大約每100英里就需充電,至於特斯拉眾所矚目的平價電動車Model 3,其續駛距離則是215英里。Model 3是採用日廠Panasonic的二代圓柱狀電池Panasonic 21700,其電池容量高達4,500mA。

據悉二代電池性能較一代提升許多,因此若電動車原本需使用1千組一代電池,使用二代電池,則僅需 700 組就已綽綽有餘。繼Tesla後,其他新興電動車廠預期也將導入二代電池的使用。二代電池需求增加,與Panasonic並列為三大動力電池供應商的LG Chem和Samsung SDI也預計將在2017年底量產二代電池。

全固態電池  減少充電時間

電動車市場的成長帶動電池需求增加,也吸引許多新型電池技術投入,全固態(all-solid-state)鋰電池就是值得注意的發展之一。全固態電池號稱能解決電動車電池的兩大問題,也就是能拉長續駛距離及減少充電時間。

以鋰電池之父 John Goodenough近期帶領德州大學奧斯汀分校團隊研發的「全固態鋰電池而言,就強調電池容量是3倍大,且只要數分鐘就可充電完畢,不必再像從前那樣等待數小時,而且更安全。

Goodenough團隊所開發的技術是使用玻璃製電解質來取代電解液。玻璃電解質是以鋰、鈉或鉀製成,可大幅增加電池的能量密度,即使充放電超過1,200次,電池續航力也幾乎不受影響。且採用固態電解質可解決電池充電過快時激發「金屬鬚晶」(metal whiskers);導致正負兩極相互接觸、繼而起火爆炸的問題。據悉德州大學科技商業化辦公室目前已與多家電池大廠洽談授權事宜。

導入超級電容器  保證車輛性能穩定

在鋰電池的基礎上,搭配超級電容器的使用也能為電動車帶來多項好處。基本上,超級電容器屬於功率型的儲能設備,其特性包括效率高、壽命長,運作溫度範圍寬及可靠性高等。在電動車領域中,超級電容器主要用於混合動力公車的起步加速;電動車的啟停、電動渦輪增壓,主動懸掛等。

超級電容器還能做為電動車的備用系統。基本上,鋰電池的運作溫度範圍較窄,不適用於某些寒冷或酷熱的地區,且壽命也較超級電容器短。因此,在某些應用場合,就可以混合使用鋰電池和超級電容器,利用超級電容器可靠性高、壽命長等特點,進一步保證汽車性能的穩定性。

電動車無線充電  安全又便利

儘管大容量電池已能夠提供長距離的駕駛,但是當電池電力耗盡時,仍然還是得進行充電,因此提供充電的便利性,當然也是吸引消費大眾選購電動車的因素之一。或者是從另一個角度來看,如果充電很方便,使用者或許願意透過頻繁充電來降低對大容量電池的依賴,如此或可進一步降低電動車的成本。針對這兩方面訴求,無線充電技術都是極佳解方。

一般來說,使用充電槍的接觸式充電方式,較容易受到環境條件的影響,天候不佳時可能會有電氣接點潮濕引發觸電的疑慮,且在維護方面,接觸式充電的充電接頭容易殘留汙漬及長期使用下的磨耗,這將影響充電的效能與效率。

相對於充電槍充電的這些缺點,利用無線充電技術,由於毋需以電線連接充電站設備和電動車,僅需靠近無線充電設備就能進行充電,且由於沒有通電接點的設計,所以就能避免觸電危險,兼具便利性和安全性。

由於沒有充電槍充電的缺點,無線充電得以擁有發展的空間。目前除美、日電動車廠及研究機構對電動車無線充電技術有極大興趣外,歐盟也相當關注利用無線充電技術來提升電動車充電的方便性,台灣的車輛研究測試中心也有所著墨。

值得一提的是,特斯拉的平價電動車Model S,已採用Evatran這家公司所開發的PluglessPower系統(免插充電系統),做為該車種的無線充電方案,顯然無線充電已被列為電動車充電的理想選項。

根據Frost & Sullivan調查報告,2014年至2020年間,全球電動車的無線充電市場規模每年成長率為126%,預估未來5∼7年銷售量將在達35萬套以上(3∼3.8kW佔比約71.2%),市場規模將激增至17.5億美元。

雖說前景頗佳,然而電動汽車無線充電技術的普及仍有瓶頸待突破,尤其是基礎設施供應商需配合建置無線充電站設備,否則,即便無線充電對電動汽車用戶而言是一項非常便利的功能,大規模普及仍非一蹴可幾。

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