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电池及充电技术跃进 推升电动车需求

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电动车采用无线充电技术,可兼具便利性和安全性。来源:车辆研究测试中心

欧美电动车销量增加,加上大陆自有品牌车型积极投入等因素,电动车市场预期将持续成长,水涨船高之下,电动车电池市场前景看好。

不过,电动车要快速普及,电池成本的下降是关键所在。也因此各相关业者无不积极利用各种方式来降低电池成本,几年努力下来颇见成效。

根据麦肯锡研究报告指出,电动汽车的电池成本已从2010年的1,000美元∕kWh降至2016年的227美元∕kWh,下降幅度约达8成。此报告并预测电池组成本至2020年将降至190美元∕kWh,并在2030年达到100美元∕kWh。可以想见,这样的电池成本将能带动电动车价格的下降,届时甚至能真正威胁燃料引擎汽车的市场。

二代电池现身  容量大幅提升

除电池成本外,电池容量是影响消费者是否能接受电动车的另一主要因素。近几年来电动车的进展极为快速,然而,尽管现今许多电动车配备了高效能大容量的电池设备,但仍需要频繁的充电。

为了提高电池的容量进而减少充电频率,各种类型的电池技术陆续开发出或测试中。不过,截至目前为止,锂离子电池仍被视为是最适合大容量储存及快速充电的电池类型。

采用锂离子电池,Nissan的电动车大约每100英里就需充电,至于特斯拉众所瞩目的平价电动车Model 3,其续驶距离则是215英里。Model 3是采用日厂Panasonic的二代圆柱状电池Panasonic 21700,其电池容量高达4,500mA。

据悉二代电池性能较一代提升许多,因此若电动车原本需使用1千组一代电池,使用二代电池,则仅需 700 组就已绰绰有余。继Tesla后,其它新兴电动车厂预期也将导入二代电池的使用。二代电池需求增加,与Panasonic并列为三大动力电池供应商的LG Chem和Samsung SDI也预计将在2017年底量产二代电池。

全固态电池  减少充电时间

电动车市场的成长带动电池需求增加,也吸引许多新型电池技术投入,全固态(all-solid-state)锂电池就是值得注意的发展之一。全固态电池号称能解决电动车电池的两大问题,也就是能拉长续驶距离及减少充电时间。

以锂电池之父 John Goodenough近期带领德州大学奥斯汀分校团队研发的「全固态锂电池而言,就强调电池容量是3倍大,且只要数分钟就可充电完毕,不必再像从前那样等待数小时,而且更安全。

Goodenough团队所开发的技术是使用玻璃制电解质来取代电解液。玻璃电解质是以锂、钠或钾制成,可大幅增加电池的能量密度,即使充放电超过1,200次,电池续航力也几乎不受影响。且采用固态电解质可解决电池充电过快时激发「金属须晶」(metal whiskers);导致正负两极相互接触、继而起火爆炸的问题。据悉德州大学科技商业化办公室目前已与多家电池大厂洽谈授权事宜。

导入超级电容器  保证车辆性能稳定

在锂电池的基础上,搭配超级电容器的使用也能为电动车带来多项好处。基本上,超级电容器属于功率型的储能设备,其特性包括效率高、寿命长,运行温度范围宽及可靠性高等。在电动车领域中,超级电容器主要用于混合动力公车的起步加速;电动车的启停、电动涡轮增压,主动悬挂等。

超级电容器还能做为电动车的备用系统。基本上,锂电池的运行温度范围较窄,不适用于某些寒冷或酷热的地区,且寿命也较超级电容器短。因此,在某些应用场合,就可以混合使用锂电池和超级电容器,利用超级电容器可靠性高、寿命长等特点,进一步保证汽车性能的稳定性。

电动车无线充电  安全又便利

尽管大容量电池已能够提供长距离的驾驶,但是当电池电力耗尽时,仍然还是得进行充电,因此提供充电的便利性,当然也是吸引消费大众选购电动车的因素之一。或者是从另一个角度来看,如果充电很方便,使用者或许愿意透过频繁充电来降低对大容量电池的依赖,如此或可进一步降低电动车的成本。针对这两方面诉求,无线充电技术都是极佳解方。

一般来说,使用充电枪的接触式充电方式,较容易受到环境条件的影响,天候不佳时可能会有电气接点潮湿引发触电的疑虑,且在维护方面,接触式充电的充电接头容易残留污渍及长期使用下的磨耗,这将影响充电的效能与效率。

相对于充电枪充电的这些缺点,利用无线充电技术,由于毋需以电线连接充电站设备和电动车,仅需靠近无线充电设备就能进行充电,且由于没有通电接点的设计,所以就能避免触电危险,兼具便利性和安全性。

由于没有充电枪充电的缺点,无线充电得以拥有发展的空间。目前除美、日电动车厂及研究机构对电动车无线充电技术有极大兴趣外,欧盟也相当关注利用无线充电技术来提升电动车充电的方便性,台湾的车辆研究测试中心也有所著墨。

值得一提的是,特斯拉的平价电动车Model S,已采用Evatran这家公司所开发的PluglessPower系统(免插充电系统),做为该车种的无线充电方案,显然无线充电已被列为电动车充电的理想选项。

根据Frost & Sullivan调查报告,2014年至2020年间,全球电动车的无线充电市场规模每年成长率为126%,预估未来5~7年销售量将在达35万套以上(3~3.8kW占比约71.2%),市场规模将激增至17.5亿美元。

虽说前景颇佳,然而电动汽车无线充电技术的普及仍有瓶颈待突破,尤其是基础设施供应商需配合建置无线充电站设备,否则,即便无线充电对电动汽车用户而言是一项非常便利的功能,大规模普及仍非一蹴可几。

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