研究报告
EnergyTrend: 铁锂电池系统的优势与机会
2011-06-28

电子产品在近三十年普遍融入于生活应用中,近五年的消费性产品成长更是让电池在能量密度的需求上逐年升高。目前可充电电池最普及的约可分为铅酸电池、镍氢电池与锂电池,其中镍氢电池与高能量密度锂电池(锂钴/锂三元系)更是充斥在各种消费性产品中。铅酸与高功率锂离子电池(锂三元/锂锰/锂铁)则普遍应于动力型产品。

若是以使用历史来看,铅酸电池从1859年问世至今,更是已有超过百年历史,目前已进化至免加水型铅酸电池(valve-regulated lead-acid battery),从车辆到备用电源应用,市场需求规模可观。随着电池性能需求的提升,取代铅酸电池成为锂电池的另一项重大挑战。

铁锂电池产品具先天优势

随着动力锂电池的发展逐步跟进,市场开始在铅酸与锂电池之间取舍。铅酸电池技术成熟且价格低廉,但仍有许多问题需要克服,包括了电池重量能量密度较低,且使用寿命较低导致维护更换频率较高等。为了取得较佳的单位能量密度以及使用的便利性,市场上一般可选择锂锰、锂三元以及锂铁电池等。锂锰与锂三元在能量密度通常都具有较高的表现;而铁锂电池除了在能量密度低于前者外,仍具有其他的几点优势:

高使用寿命
最大的优势在于有较高的循环寿命。 一般而言,铅酸电池属于浅度放电特性,设计简便且无电源管理机制,虽然价格便宜但寿命仅约在300~500次,一般锂电池则在500~700次,锂铁寿命更可达2000次。

高相容性
铅酸电池因为已发展上百年时间,因此在日常生活应用已相当普及,包括了汽车电瓶、电动两轮车、备用电源等,然而如前所述,铅酸在能量密度与使用寿命仍低于锂电池许多。在锂电池的原始资料中,锂铁电池工作电压为3.2V,而其他常见如锂钴或者三元相材料电池则为3.7V,因此当系统需要做12V的铅酸电池取代的时候,仅需做四组电池串连,即可得到接近12V的电压值,而锂钴与锂锰则因为数值较高,因此在串连电压上较难匹配。

独立型光电照明展现新商机
日本大地震以来,上至日本政府下至一般民众,对于节能产品更是大幅提高接受度。包括了LED灯泡、变频冷气等节能白色家电,都成为热卖商品。另外,因为日本许多地区面临了基础建设的损毁,因此必须仰赖独力光电照明系统(standalone photovoltaic lighting system),以维持道路基本照明,市场需求因运而生。事实上,独立行照明系统主要的目标市场,在于一些电力基础建设不慎普及的地区,举凡南美洲、非洲等低GDP的新兴地区,甚至是欧洲郊区,都有此系统的硬体需求。

独立型光电照明系统一般而言,主要涵盖了照明模组、太阳能模组以及储能系统三部分。以目前产业发展脚步来看,照明以及光电模组已逐渐成熟,然而在电池系统部分,不但所占规格角色吃重,且产品规格不一的情况下,成为此系统发展的主要关键元件。以一般中低亮度(3000流明)的路灯系统来说(图一),太阳能板约需180Wp的规格; 而电池系统须考量到使用时间每日平均10小时,且日照时间还须涵盖阴天的低日照环境,因此电池储存容量需求甚高,未来将成为锂电池应用不可忽视的重要一环。

资料来源: EnergyTrend

 
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