選擇PHET

簡介

在發展電動車輛過程中，因為高能量高功率密度要求，導致電池系統設計一直是極富挑戰性之問題，迄今，此項問題因油電混合車採用內燃機來對現行市場可用電池進行充電，而彌補能量效率低下而稍為減緩；然而，鋰離子電池之展露頭角或可克服電動車電池設計之困境。過去數年來，因為實驗室或公路意外之報 導，使鋰離子電池之安全問題仍為大眾關心之議題，本文係針對一種由小型圓柱型磷酸鐵鋰電池芯所組成之具容錯性電池系統，深入調查設計細節與實驗驗證過程暨結果。

摘要

自半世紀前，因為石油短缺及全球暖化原因，官方及業界對電動驅動技術已逐漸重視，伴隨豐田推出 Prius 油電混合車於市場後，許多車廠都推出燃料電池車、油電混合車與電動車款。然而，量產這些未來車的關鍵在缺乏可應用的成熟能源儲存技術，既然二次電池對油電混合及純電動車發展是重要的，過去數十年已推動及測試多種電化學機制，直到最近鋰離子電池技術因具下列之性質才被廣泛深入研究：

• ● 高重量與體積能量密度
• ● 常溫操作條件
• ● 長壽命週期
• ● 脈衝功率密度佳

過去數十年雖已連續測試過許多”高電壓”正極材料，鋰鈷、鋰鎳及鋰錳是最常被報導的具潛力電化學材料。在許多電化學材料， Zaghib 等人最近發表了裹碳磷酸鐵鋰(C-LiFePO₄)材料，因具有操作溫度高並可抗拒熱脫序現象而成為最具發展性之技術。表(1)將裹碳磷酸鐵鋰、鋰錳及鋰鈷三種市面最常使用之材料特性做一比較，無論如何當電池芯封裝成包時，必須針對整包電池組進行系統預期之最壞事故及濫用情形測試，稱為性能安全及濫用試驗。在任何情形下，電池系統不可起火及冒出可燃煙霧。表(2)將鋰鈷與裹碳磷酸鐵鋰電化材料因內短路之潛在危險之分解機制詳列比較，因此對油電混合車及純電動車應用有較高安全標準時，一種安全裝置必須設置於電池系統方為可行。

本文介紹與探討具世界專利之 DOSBAS^® 安全電池系統，舉例將熱脫序現象或起火危險之保護機制說明之。DOSBAS^® 是根據DOnald Safe BAttery Systems而命名，伍博士先於 2005 年首先研究再於 2007 年提出用於電動車電池組，主要功能是於每一個電池芯上串接一保險絲來保護系統，每一保護電池芯再依串並聯結構加上電壓平衡電路板來封裝成方型電池盒內。根據此推薦系統將可強化裹碳磷酸鐵鋰電化學材到道路應用層次。除了 DOSBAS^® 電池系統所具備之高安全性外，更因維修電池時可更換及隔離電池芯而大幅降低使用成本。相較於大規格電池包使用大規格電池芯而言，標準電池芯如 18650 或 26650 ,或甚至是鋰高分子電池芯都可使用於本系統來降低成本與提高可靠度， DOSBAS^® 安全電池系統是一種應用於油電混合或純電動車於考量性能、安全、可靠度及成本之優質選項。