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科技未來,如果成真?|ADI攜手汽車製造商引領「電氣化」革命,鑽研電池管理系統助攻電動車普及化

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科技未來,如果成真?|ADI攜手汽車製造商引領「電氣化」革命,鑽研電池管理系統助攻電動車普及化

全世界正在醞釀一場百年來的「潔淨革命」!對環境更友善又能減少碳排放的電動車,正逐漸取代化石燃料汽車。過度使用化石燃料,對地球造成那些傷害?根據2014年《科學人》(Scientific American)雜誌一篇文章指出,導致全球暖化的汙染源,近50%是來自燃燒化石燃料發電或取暖所造成。換言之,當電動汽車發展速度越快,可望讓空氣污染比例降低50%~90%。

最明顯的例子,就是今年COVID-19疫情導致各國開始封城,工廠停工、旅遊班機停飛、汽車通勤頻率減少,讓地球獲得喘息的機會。印度旁遮普邦當地居民30多年來,首度清楚看到150英里旁的喜馬拉雅山;威尼斯的觀光河道,更發現多年未見的海洋生物再次現身。由此可見,「電氣化」不僅可推動電動車產業,同時又能實現碳平衡。

推動電氣化的關鍵:電動車,2030電動車上看2億台

除了暖化,石化燃料排放的廢氣,對人體帶來更多傷害。根據世界衛生組織統計,空氣污染每年造成420 萬人死亡,縮短人類壽命1.8 年。若要推動環境永續,打造電氣化世界,最具有效益的就是推動「電動車」。

事實上,電動汽車的市場規模正在蓬勃發展。根據不同調查來源,有的指出電動車市場預計將成長10 倍,或是世界經濟論壇的調查,預估2030年電動乘用車達到2.15億台,2018年到2030年的電動車銷量,每年以23%速度成長。

然而,這些統計數字看似樂觀,但要把電動車更廣泛推到大眾市場,除了售價因素,往往消費者最關注的就是電池支援的行車里程數,以及充電站是否足夠。事實上,影響電動車的售價高低,其中40%比例與電池有關。換言之,如果有更低成本、更高效用的電池,對電動汽車的普及將扮演關鍵角色。

對於重視環境永續的ADI(Analog Devices, Inc.),正發揮自己所長,致力打造友善地球的產品。從2008年開始,ADI就持續鑽研高壓電池堆監控器,成為電池管理系統(BMS)領域的領導者,期望從相關技術來監測、管理電動車的電池,提升其使用效能。2019年ADI在BMS產品已減少6,000萬噸二氧化碳排放,相當於7,000萬公頃樹林的吸收量,並且目標讓二氧化碳排放量逐年減少30%。

電動車核心元件:電池,ADI致力打造高性能電池管理系統

電動車內的電池,除了影響售價,在其他面向有何重要性?若電池過度充電可能會引發爆炸;充電不足(或完全放電)則導致電池失效。換言之,電池管理系統的品質,直接影響電動車每次充電後能行駛的里程數多寡。

另一方面,電動車電池的組成及運作原理的技術門檻相當高。因為電動車的電池組是由數百、甚至數千個電芯串在一起共同運作。一台電動車往往使用到100 個單獨電池,形成長串的電池堆,當駕駛者踩下踏板的瞬間,電池堆頂部必須供應350 V電壓,瞬間提供超過10萬瓦的電能才能驅動車子前行。

如果電池堆中有一個電池功能失效,等於整個電池堆無法有效發揮電力,同時電量也要維持在15%~85%較能保持電池的健康度,避免電池性能下降。這時候,電池就需要BMS進行長時間的「精度」測量,仔細偵測其中的電壓、溫度、健康度、以及充電狀態。而ADI掌握高精度BMS整合電路( IC ),加上有強大通訊介面,又能支援模組化設計(架構),可針對電芯進行高精度測量,進而提高每次充電行駛里程效率、延長電池使用壽命,以確保駕駛的安全。

除了BMS之外,在電池化成和測試方面,ADI也是這方面技術的佼佼者。所謂電池化成和測試,就是牽涉電池多次的充電、放電過程,刺激電池內化學物質的反應,藉此觀察電流、電壓的功率循環表現,進而防止電池充電過度和充電不足。

在這方面,ADI掌握多項技術優勢:

  • 加速上市:更易於導入的系統架構設計,幫助電池製造商不用從零研發,產品上市速度提升3~4倍
  • 技術性能:在可以重複充電的條件下,提供高精度電池並確保性能穩定一致
  • 縮小尺寸:縮小電池模組尺寸,電池製造商能安裝更多測試設備,提升化成和測試效率
  • 系統化知識:ADI掌握獨特Know-How,設計可提高化成密度的方案,促進產業發展
ADI再下一城:開發無線電池管理系統,讓廢電池繼續照亮偏鄉

ADI的新一代BMS 產品可望在明年投入車輛生產,另一方面,為了實現更好的儲能技術,近期ADI更開發出「無線電池管理系統」(WBMS),也就是不再需要使用線束將電芯連接在一起。如此作法,可降低原本線束的複雜度及既有的機械挑戰,讓電池組設計更加彈性。

除了物理技術有大幅進展,更重要的是,WBMS帶來數位化資料蒐集價值。因為每個電池模組採用無線,從化成階段到儲存、組裝、使用,這一連串過程,都能藉由數位技術計算電池剩餘電量,或洞察電池的健康狀態。例如過去電池經歷多少次充放電,電動汽車是否發生過事故、車輛維修記錄等資料,都能藉由WBMS的感測器加以記錄。

另一方面,電池使用8~10年後,充電能力逐漸下降到原始電池容量的70%到80%,這樣的電池就無法再為汽車提供動力。此時,WBMS就能針對電池過去的使用紀錄,完整交給回收廠或二手買家,讓電池發揮二次使用(二次壽命)的價值。甚至這些電池還可應用到其他領域,例如把內部剩餘電力回收到電網,或是把廢棄電池集結再利用,進一步為偏鄉提供電力,讓每位孩子直接享受閱讀的樂趣。善盡電動車電池的一生,達到物盡其用,正是ADI推動電動車取代化石燃料車的決心。

ADI正透過技術優勢,藉由電池管理系統、電池感測設備,有效解決地球能源及環境問題。尋求突破正是ADI的企業DNA,在促進世界朝向更美好生活的藍圖上,ADI攜手汽車商、電池製造商,再次展開新的發展里程。
 

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