EnergyTrend: 鋰電池的未來與關鍵
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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