鋰離子電池 & 充電站

作者:Lillian   |   2014 / 12 / 24

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:股感知識庫


鋰離子電池早期應用不廣,直至1992年Sony成功開發出新的電解液,改善了電池的充放電次數及安全問題,首個商用鋰離子電池才正式推出。其後,因鋰離子電池具重量輕、容量大及無記憶性等優點,逐漸成為電池產業的研發重點,開始被廣泛地應用於消費電子產品。

鋰離子電池發展多年以來多半仍集中在高價值的3C產業,較少被應用於市場規模更大的儲能和動力電池市場,如純電動車、油電混合車、中大型UPS(不斷電供應系統)、航太設備與飛機用電池等領域,主要在於正極材料成本偏高,且應用於車子這類的行動裝置上,因安全性仍不足而遲遲無法有所進展。

直至近期的發展,如經過技術改良的三元電池,以及更安定的正極材料磷酸鐵鋰被發現等,都使鋰離子電池應用於動力電池市場有新的突破,未來電動車產業似乎也已朝鋰離子電池發展,從以往做3C產品頂多4~6顆的電池,到一輛電動車將使用7000顆以上的需求下,鋰離子電池產業將有一波前所未有的大爆發,根據ITT指出2013年電動車對鋰離子的需求量已明顯的翻倍成長,2016年的需求量年複合成長更將超過120%。

 

鋰電池種類

廣義的可充電鋰離子電池是指由石墨為負極,鈷、錳或磷酸鐵等為正極,以及一種用於運送鋰離子的電解液所構成。依正極材料目前電池的主要種類,如下表:

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充電站

要使電動車成為一項完整產品,我們必須探討其所搭配的充電建設。充電設備的普及程度充電速度是消費者購買電動車時考量的重要因素,而與這兩項因素相關的就是充電系統成本、與電力公司的配電建設。若希望提升充電速度,伴隨的是設備成本與對配電建設的要求,而充電站的成本又直接影響著充電站的普及程度,這之間的彼此抵換關係是電動車業者需要思考的,要讓使用者將汽車換成電動車,必須拿出的當然是不影響使用者原有習慣或者比現在汽車加油還要更便利的充電解決方案。

 

充電站建設三核心因素

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  1. 充電速度快至慢依序為DC =>AC Level 2=>AC Level 1;
  2. 充電設備成本高至低:DC >AC Level 2>AC Level 1。

 

營運建置三模式

若以平日生活型態來說,電動車可能停靠的地點將在住宅、工作地點、購物中心或交通轉乘點,而這些地點就是充電設備可能設置的選擇。考慮上段所述三項因素及配合使用者的移動地點,目前充電建設的營運建置模式可以分成三種:

  1. 住宅與公司充電:(=>慢充)

一般住宅與公司建置的充電設備,提供住戶或公司員工使用。家庭與公司一般受限於電力設備規格與必須私人負擔充電設備建置成本,且停留於這兩處時間較長,因此通常建置較便宜且容易建設的AC Level 1或AC Level 2交流電慢充設備,即可滿足使用者大部分情況的充電需求。此外若要建置住宅充電設備也另須考慮使用者是否擁有自有車位。

  1. 停車場、路邊停車格充電:(=>慢充為主,快充為輔)

因為停留在停車場或停車格的停車時間有很大的不確定性,因此必須同時具有快充及慢充兩種規格的充電設備,此外停車場還有公營及私營停車場兩種分別,在充電站建設初期,政府的推廣補助,多由公營停車場開始建置。

  1. 交通轉運站、路邊充電站、購物中心:(=>快充)

在這類結點通常時間很短,因此需要追求的便是快充設備。路邊充電站如加油站一般希望以提供充電服務營利,短期之內難以達到規模經濟,因此與購物中心建置充電設備類似,希望帶來的是周邊效益、訪客數,例如充電站旁的便利商店、咖啡廳等。

 

充電設備零組件

在對充電站建設有概念後。從圖中我們可以看到一台Nissan Leaf正在進行充電,我們可以將整個充電組合做簡單拆解:充電站設備可分為充電樁、充電連接線、充電槍頭、車輛端充電座、電源供應端的配電設備等。

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國際快速充電規格

除了設備以外,在上圖中的充電樁上還有一個CHAdeMO標誌,其代表的是此充電樁符合日本CHAdeMO協會規格並取得認證。目前充電設備規格較具規模的有日規的CHAdeMO、美國的SAE J1772及TESLA的 Super Chargers,不同規格除了制定充電槍頭與車輛充電座的連接規格以外,還包括符合協會制定的電壓、電流、測試程序等各種規範。各大車廠有其擁護的規格,在不同地區各種規格的發展現況也不太一樣因此對充電設備廠來說,積極取得認證以及取得哪一種規格的認證是值得注意的。

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日本CHAdeMO

最先有規模的規格是由Mitsubishi、Nissan、Toyota、Honda、Subaru 等日系大廠與東京電力公司共同制定的CHAdeMO規格,統一電動車與Plug-in Hybrid充電規格,並共同發展快速充電設施。截至2014.2.11前為止全球已有3553個DC快速充電站(日本1967個、歐洲1020個、美國554個,其他國家12個),相對於其他規格,CHAdeMO起步較早經驗豐富,目前市面上銷售最佳的NISSAN Leaf即是採此規格,TESLA 的Model S也適用

 

美國SAE Combo Connector (SAE J1772)

美國自動機工程協會(Society of Automotive Engineering,簡稱SAE)於2012年10月15日正式認定了電動車快速充電系統SAE J1772的標準規格,這是SAE與超過190個汽車製造商共同的合作結果,未來歐美Audi、BMW、Chrysler、Daimler、Ford、GM、 Porsche以及Volkswagen等各大車廠都將依此規格制定自家的電動車款充電介面。此規格充電介面整合了快充與慢充兩種形式,對照CHAdeMO規格的分開形式,兩者並不相容,且其DC快充規格還在研議中,目前只能使用其AC交流電充電功能。

 

TESLA Supercharger

TESLA 的Supercharger快速充電站,目前在北美有140站,在歐洲有112,已可讓使用者透過TESLA的充電網絡橫越美國東西岸,預計在2015年期充電站網絡可覆蓋98%的全美人口。在中國市場的預約銷售佳績讓TESLA打算加速佈局在中國的充電網絡建設,除了TESLA車使用者可完全免費使用充電服務外,其他充電規格可相容的其他廠牌車款也可使用TESLA的充電站。雖然TESLA 車款(Model S)電池容量相較於其他車廠多出許多,但TESLA獨有的高壓充電技術,仍可達到30分鐘完成80%的充電進度,換取320公里的續航里程,美國獨立汽車分析師SalDemir分析,此技術升級是從(通信/連接)埠提高電壓而非更換設備,長期來說產生的費用很小,因此雖然其充電站目前數目不多,未來仍有相當大的發展潛力。

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Lillian
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