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科技未来,如果成真?|ADI携手汽车制造商引领「电气化」革命,钻研电池管理系统助攻电动车普及化

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全世界正在酝酿一场百年来的「洁净革命」!对环境更友善又能减少碳排放的电动车,正逐渐取代化石燃料汽车。过度使用化石燃料,对地球造成那些伤害?根据2014年《科学人》(Scientific American)杂志一篇文章指出,导致全球暖化的污染源,近50%是来自燃烧化石燃料发电或取暖所造成。换言之,当电动汽车发展速度越快,可望让空气污染比例降低50%~90%。

最明显的例子,就是今年COVID-19疫情导致各国开始封城,工厂停工、旅游班机停飞、汽车通勤频率减少,让地球获得喘息的机会。印度旁遮普邦当地居民30多年来,首度清楚看到150英里旁的喜马拉雅山;威尼斯的观光河道,更发现多年未见的海洋生物再次现身。由此可见,「电气化」不仅可推动电动车产业,同时又能实现碳平衡。

照片中提到了feat. PRik、一分钟讲堂、One Min. Lecture,包含了动画片、剪贴画、动画片、漫画、产品设计

推动电气化的关键:电动车,2030电动车上看2亿台

除了暖化,石化燃料排放的废气,对人体带来更多伤害。根据世界卫生组织统计,空气污染每年造成420 万人死亡,缩短人类寿命1.8 年。若要推动环境永续,打造电气化世界,最具有效益的就是推动「电动车」。

事实上,电动汽车的市场规模正在蓬勃发展。根据不同调查来源,有的指出电动车市场预计将成长10 倍,或是世界经济论坛的调查,预估2030年电动乘用车达到2.15亿台,2018年到2030年的电动车销量,每年以23%速度成长。

然而,这些统计数字看似乐观,但要把电动车更广泛推到大众市场,除了售价因素,往往消费者最关注的就是电池支持的行车里程数,以及充电站是否足够。事实上,影响电动车的售价高低,其中40%比例与电池有关。换言之,如果有更低成本、更高效用的电池,对电动汽车的普及将扮演关键角色。

对于重视环境永续的ADI(Analog Devices, Inc.),正发挥自己所长,致力打造友善地球的产品。从2008年开始,ADI就持续钻研高压电池堆监控器,成为电池管理系统(BMS)领域的领导者,期望从相关技术来监测、管理电动车的电池,提升其使用性能。2019年ADI在BMS产品已减少6,000万吨二氧化碳排放,相当于7,000万公顷树林的吸收量,并且目标让二氧化碳排放量逐年减少30%。

电动车核心元件:电池,ADI致力打造高性能电池管理系统

电动车内的电池,除了影响售价,在其他面向有何重要性?若电池过度充电可能会引发爆炸;充电不足(或完全放电)则导致电池失效。换言之,电池管理系统的品质,直接影响电动车每次充电后能行驶的里程数多寡。

另一方面,电动车电池的组成及运作原理的技术门槛相当高。因为电动车的电池组是由数百、甚至数千个电芯串在一起共同运作。一台电动车往往使用到100 个单独电池,形成长串的电池堆,当驾驶者踩下踏板的瞬间,电池堆顶部必须供应350 V电压,瞬间提供超过10万瓦的电能才能驱动车子前行。

如果电池堆中有一个电池功能失效,等于整个电池堆无法有效发挥电力,同时电量也要维持在15%~85%较能保持电池的健康度,避免电池性能下降。这时候,电池就需要BMS进行长时间的「精度」测量,仔细侦测其中的电压、温度、健康度、以及充电状态。而ADI掌握高精度BMS整合电路( IC ),加上有强大通讯界面,又能支持模块化设计(架构),可针对电芯进行高精度测量,进而提高每次充电行驶里程效率、延长电池使用寿命,以确保驾驶的安全。

除了BMS之外,在电池化成和测试方面,ADI也是这方面技术的佼佼者。所谓电池化成和测试,就是牵涉电池多次的充电、放电过程,刺激电池内化学物质的反应,藉此观察电流、电压的功率循环表现,进而防止电池充电过度和充电不足。

在这方面,ADI掌握多项技术优势:

ADI再下一城:开发无线电池管理系统,让废电池继续照亮偏乡

ADI的新一代BMS 产品可望在明年投入车辆生产,另一方面,为了实现更好的储能技术,近期ADI更开发出「无线电池管理系统」(WBMS),也就是不再需要使用线束将电芯连接在一起。如此作法,可降低原本线束的复杂度及既有的机械挑战,让电池组设计更加弹性。

除了物理技术有大幅进展,更重要的是,WBMS带来数字化资料蒐集价值。因为每个电池模块采用无线,从化成阶段到储存、组装、使用,这一连串过程,都能藉由数字技术计算电池剩余电量,或洞察电池的健康状态。例如过去电池经历多少次充放电,电动汽车是否发生过事故、车辆维修记录等资料,都能藉由WBMS的感测器加以记录。

另一方面,电池使用8~10年后,充电能力逐渐下降到原始电池容量的70%到80%,这样的电池就无法再为汽车提供动力。此时,WBMS就能针对电池过去的使用纪录,完整交给回收厂或二手买家,让电池发挥二次使用(二次寿命)的价值。甚至这些电池还可应用到其他领域,例如把内部剩余电力回收到电网,或是把废弃电池集结再利用,进一步为偏乡提供电力,让每位孩子直接享受阅读的乐趣。善尽电动车电池的一生,达到物尽其用,正是ADI推动电动车取代化石燃料车的决心。

ADI正通过技术优势,藉由电池管理系统、电池感测设备,有效解决地球能源及环境问题。寻求突破正是ADI的企业DNA,在促进世界朝向更美好生活的蓝图上,ADI携手汽车商、电池制造商,再次展开新的发展里程。
 

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