輕型電動車鋰電池模組技術發展趨勢

刊登日期:2012/2/24
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鋰離子電池的應用成功切入到電動自行車(包含電動輔助動力自行車,歐美一般稱為Pedelec)與電動機車,是這一波輕型電動車蓬勃發展的主要因素。其中,鋰電池模組設計技術結合電池特性分析應用、電子監控技術與機構設計等技術,在配合輕型電動車輛的整體設計要求下,提供需要的動力性能、續航距離與使用壽命,因而能夠創造出新市場的接受度。

鋰電池電池芯的選擇
鋰電池模組在電動車輛表現的關鍵性能在於輸出功率與能量,兩者分別影響車輛載具的爬坡/ 加速性能與續航力行程。然而電池芯的能量與功率性能,除了取決於材料化學特性之外,也與電池粉體材料、電解液與極板等製程與配方比例等因素有密切的關連,因而各電池芯廠在設計與製程上的差異,對於最終表現的影響很大,特別是在高功率與高低溫條件下的充放電性能必須有所取捨。

機構設計技術
電池模組的機構設計依不同應用載具的電池型態差異會有不同結構的構想。大型電動車電池需要儲存能量達數十千瓦小時,重量達數百公斤,大都以模組化切割成數十個單元再進行串並接。輕型電動車重量一般在一、二十公斤以內,不論是定置在車體或可抽取的形式,大都集中在一個電池盒內。有些車輛設計為了提供消費者依實際需要選擇裝設兩組或更多電池以增加續航行程,因此也有車體上可抽換、擴充的電池組設計。


圖一、電池模組機構技術的重點方向與實施標的

1. 電池芯的排列
電池芯排列方式考量的因素很多,除了配合車體外型或電池外型設計的可用空間限制之外,電池芯的串並接數量是最主要的考量因素。串並接數目是依照電壓額定與容量需求而定。目前較普遍的輕型電動車以馬達的額定電壓區分為24V 、36V與48V 三大類,常見以18650 電池芯進行串並接組合,一個電池組需要的電池芯數量隨著能量的需求範圍不同,大約從二十餘顆到一百五、六十顆。
3. 外殼與內部支撐結構
電池模組外殼承接車體機構設計,橋接車體的支撐結構,達成電池模組內部各項組件的穩固連接與密封特性需要。因此,與車體連接的鎖固、與內部結構的良好固定設計是其主要功能。承受車體在路面上的振動與衝擊條件是基本的要求。

電池管理系統
1. 電池保護與平衡功能
 (2)放電截止電壓
受限於串接各電池芯在放電末期的壓降差異,單電池芯放電截止電壓太高,容易在馬達控制器還未達到低電壓狀態即發生電池輸出截止狀況;如果單電池芯放電截止電壓太低則容易在放電結束後,因為未能關閉外部小電流持續放電而造成電池芯的損壞。
 3. 充電流程控制
鋰離子電池的充電方式較其他二次電池的充電模式簡單許多,它不像鎳鎘電池具有記憶效應,因此不需要定期做完全放電的清除動作。因為阻抗低,也沒有如鎳氫電池充電末期電壓下降的情況,因此可用定電壓充電。因為自放電率低,充電完成後,除非充電器本身會消耗電池電量,否則也不需再進行浮充維持電池電壓。
6. 電池異常記錄與維修診斷工具
電池異常狀態的事件記錄是電池不良的維修保固重要依據。電池使用歷程記錄越詳細,判斷電池異常原因的依據就越明確。常見的電池異常情況包含低電壓(Under-voltage)、過電流及溫度過高等狀況。低電壓的可能原因包含長時間未充電或系統耗電量過大、電池芯異常自耗電過大等因素……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:周裕福 / 統達能源股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌302期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9930


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