電動車未來展望_Part1

2021年04月06日
專欄作家曾逸敦/
現任中山大學機電工程學系教授,開授汽車學與世界發展史課程。著書有「汽車學原理與實務」、「電動車原理與實務」、「保時捷911傳奇」及「義大利超跑傳奇」。
部落格:曾教授與古董保時捷(eatontseng.pixnet.net)

1.前言
    電動車已經成為未來的趨勢,現在在路上已經可以看到不少純電電動車了,而在不遠的未來,很有可能完全取代燃油車。世界各國也開始意識到發展潔淨的替代交通工具的重要及急迫性,各家車廠更是積極投入大量資源不斷升級車款配備,以下整理出未來設備進化的路線。
 
2.電池
發展電動車首先要面對的一個重要關鍵就是電池儲能的提升,為了要推動電動車馬達所需之能量,電池本身必須有能提供長時間輸出大電流的能力,且電池本身的充電次數跟充電時間都要能達到客戶使用需求,同時安全方面也必須達到絕對安全的地步,確保電池受到撞擊或刺穿、甚至惡劣其後的影響都不會危害到車輛及人員安全,選用材質時更要考量到材料成分不會造成生態的破壞。
    電動車電池分類有鉛酸電池、鎳氫電池、鈉鎳氯電池、鋰離子電池、鎳鎘電池等等,而鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍,是鎳鎘電池的4倍,並且人類只開發利用了其理論電量的20%~30%,開發前景非常光明,同時它是一種真正的綠色環保電池,不會對環境造成污染,是目前最佳能應用到電動車上的電池,但傳統鋰離子電池對溫度很敏感、低溫的性能不佳、以及性能會隨著使用時間而退化。近年來,固態鋰金屬電池正成為電動車電池的熱門選項,早在2017年,美國能源部就投入研究鋰金屬在EV能源儲存領域的技術,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)期望採用塑膠和陶瓷基複合材料,在不犧牲機械強度的情況下兼顧兩者的優點(低成本和高導電率),接著更採用3D互連的聚合物/陶瓷複合材料作為薄膜固態電解質。通過部分燒結3D互連的陶瓷結構與聚合物以填充孔,製成堅固的薄膜。這將產生新的電解質,在強度堅固又可在室溫下,具有高的鋰離子傳導性,預計該技術離商品化的時程已經不遠了。美國通用汽車也宣布,預計將在2025年投入生產鋰金屬電池。電動車電池組的成本,在短期內,將跌至每千瓦時100美元至120美元以下,並預計研發階段的真正突破性創新將比預期的還要快。
電動車龍頭特斯拉,近年來提出了一種混合鋰離子/鋰金屬電池,該電池是通過在石墨上電鍍鋰金屬來實現。與傳統的鋰離子電池相比,在石墨頂部進行鋰金屬電鍍的混合陽極電池設計,可將能量密度提高20%。鋰金屬電池技術已經逐步進化,對於未來電動車的成本下降、行駛距離提高,以及安全性帶來更令人期待的突破。
 
 
3.冷卻設備 
    動力電池溫度控制的出發點是將動力電池始終處於良好工作狀態。一般來說,過低的電池溫度影響電池的充放電能力,過高的溫度則影響電池的壽命和安全性。動力電池的最佳和高效工作區間一般在20-35℃的狹小溫度區間。液冷技術的空調系統上安裝中間換熱器有兩個流道,單數層為冷卻液乙二醇,偶數層為製冷劑,兩者層層排列、交互堆疊進行熱交換,電池組由於容量大,通過水泵把整個電池板裡面的防凍液抽出來進行一個循環,簡單的來說就是,把防凍液體通過管線布置在電池包內,冷卻液降低溫度後流入動力電池中吸走過多的熱量,使得電動車輛動力性強、續行里程加長。
    目前已成為國際汽車零組件第一級供應商的艾姆勒,隨著電動車產業趨勢及自動駕駛技術快速發展,布局先進駕駛輔助系統、高階雲端伺服器晶片散熱等,預期艾姆勒業績將因此持續成長,其擁有獨特的金屬射出成型、鍛造、沖壓等多元成型技術,銅的散熱效果是鋁的三倍多,粉末冶金製程是最高階的特殊工法,透過粉末跟介質和銅黏在一起可以生產散熱效率高的產品,更能協助客戶開發新產品。