突破電動車發展瓶頸之電池技術

                 今年10月聯合國和平大使、美國奧斯卡影帝李奧納多透過《洪水來臨前》紀錄片,呼籲國際社會重視氣候變遷帶來的環境影響與衝擊;緊接著11月《巴黎協定》正式生效,要求簽署國須逐步減少或控制溫室氣體排放,以減緩全球暖化趨勢。我國雖未能參與簽署《巴黎協定》,但政府在能源及環境政策上仍積極響應國際減碳行動,並主動提出「國家自定預期貢獻」(Intended Nationally Determined Contribution,簡稱INDC),承諾將2030年的排碳量降至2005年的一半1

                 根據《2015年中華民國國家溫室氣體清冊報告》的統計數據,台灣2013年的二氧化碳總排放量為269,627千公噸二氧化碳當量,其中,交通運輸的排放量為34,472千公噸二氧化碳當量,占總排放量的13.84%,僅次於能源工業(64.33%)及製造業與營造業(17.89%),為國內第三大二氧化碳排放源2。面對國內外與日俱增的減碳壓力與節能要求,運輸業者雖持續投入節能電動車之生產開發因應市場所需,但目前的產業發展已出現瓶頸,使電動車在未來取代傳統汽柴油車、落實節能減碳的願景受到考驗。

                 電動車所面臨的發展瓶頸,除了電動車需要大量基礎建設(如充電站等)的配合支援才能有效推廣,更關鍵的原因還是在電池的使用方式。首先,針對傳統電動車倚賴單一種類電池組、難以滿足各種駕駛情況下電能需求的問題,車輛工程專家已試圖從系統層次觀點提出「多電源」的動力系統架構作為解決方案,如電動車可裝載燃料電池、超級電容等不同類型的電源,再透過內建的智慧型電源管理架構,有效分配電池電能,以團隊分工形式,維持車輛性能與續航力3

                 另一方面,電動車電池在反覆充放電過程中會逐漸老化,一般來說,當電池的電量狀態(State of Charge,SOC)低於80%時,將不再適用於電動車,須更換電池以維持車輛正常運行,然而目前電動車所使用的電池組對個別電池的性能一致性要求極高,無法只針對老化部分汰舊換新(因更換後的新電池與車內原電池的性能仍然不一致),必須整組電池一起更換,導致車主需要負擔昂貴的維修費用,實不利電動車的普及推廣。對此,車輛工程專家也開始發展新的技術,試圖打破電池的使用限制並提升其使用效率,具體做法包括:(一)開發可新舊並用的電池技術:容許電池組內可繼續充電使用的電池保留,將老化不堪使用的部分進行更換;(二)發展新的電池管理系統(Battery management system, BMS):除了支援新舊電池更換,另配合動態補電技術,援助電池組中電力不足的電池;(三)導入電池充電控制技術:因應電池特性,搭配合適的電流波形及頻率進行充電,讓原本因電化學反應而失效的電池在充電過程中活化再生,使下降的SOC重新提升,藉此延長電池本身壽命。以上三點皆可賦予車主更大的檢修彈性,並降低電池保養成本,進而提高民眾使用電動車輛的意願,有助於推動未來電動車產業發展。: 

 

註1:《中華民國(臺灣)「國家自定預期貢獻」(INDC)》

註2:《2015年中華民國國家溫室氣體清冊報告》

註3:《新型「電能」電動車之動力系統設計架構》

作者介紹

黃國修 國立臺北科技大學車輛工程系 教授
綠色能源科技、電動車、智慧車艙的節能及安全技術、金屬燃料電池