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安全新指標,電池健康檢知技術介紹
  • 發布年度:2015
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處 林登禾

    現在手機已是我們的生活必需品,經過一段時間使用,會發現手機電池每次充飽後的待機時間在逐漸縮短,也就是電池(二次電池,又稱可充電電池,泛指所有在電量用到一定程度之後可以被再次充電、反複使用的化學能電池的總稱。)的蓄電能力在逐漸衰退;倘若要避免手機雖然顯示是充飽電狀態,卻在出門後遇到電力耗盡的窘境,電池健康狀態(State of Health, SOH)檢知,就必是使用電池系統所需瞭解的重要議題。

    為降低車輛排放廢氣造成空氣汙染,近年來各國政府及產業莫不致力於電動車輛之研發,並應用具備高能量密度之鋰電池,提供電動車潔淨運行與充足行駛里程。由於在電池系統在實際應用上,通常將電芯以成並成串的進行組合,因此為確保電池在使用中的效能與安全,「電池管理系統」就成了電池組的保姆,全球也針對電池模組健康狀態及使用安全議題,逐步建立了相關的測試標準以進行規範。

    目前一般的電池管理系統僅具監控電芯電壓及平衡功能等,尚無法對各電芯的健康狀態做有效的判別,因此,為了提供電池應用安全,須建立電池的健康狀態檢知技術;目前常見的7種電池健康狀況測試方式如下表所示,可依不同的應用情境得到電池的健康狀態數值,其適用性與特色一併於表中約略說明。

    常見電池健康狀態測試方法一覽表

    電池健康狀態不易檢測,一般常使用交流阻抗分析儀來約略確認電池健康狀態,或是使用充放電機來確認容量,且必須將電池模組拆卸,因此在估測上都非常麻煩。因此,車輛中心(ARTC)在電池健康狀態估測上以整車電池組作為思考,發展出能測試整車動力電池組的主動式估測技術,考量功率與容量兩種不同層面的老化,並將此技術整合至充電過程,使估測過程更為簡單易用;如下圖即為鋰鐵電池模組的功率老化的測試結果,可得到鋰鐵電池模組功率與電量的關係,如第一次進行的功率測試,可看到最高約有4.5kW的輸出功率,當執行100次加速老化後,電池功率輸出變小,如黃色曲線,再執行100次加速老化後,電池的輸出功率又變得更小了。

    鋰鐵電池模組峰值功率測試結果圖

    以上介紹為目前常用的電池健康狀態檢知技術技巧,但隨著電池使用情境擴大,電池健康狀況檢測系統的設計也會趨於複雜,設計者也須了解電池各項特性,方能掌握電池於各種不同使用過程之健康情況。ARTC已透過學研合作發展主動式電池健康狀態估測相關技術,後續更將進行產業合作,推動成為電動車安全的新指標;未來,此技術不但可應用於電動車輛系統上,也能應用在儲電系統領域中,目標即為協助產業提供更安全可靠的產品,同時提高民眾對於使用電池產品的信心度。

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