2011/5/18
電動機車用鋰電池模組熱管理技術研發
政府研究報告( 張金泉)
(一).全程計畫目標依據2009行政院永續能源政策綱領，電動機車為台灣重點發展政策，政府將從2009年起於4年內推廣16萬輛可抽換電池之電動機車，藉以發展國內電動機車產業，作為台灣發展電動車產業的基礎。鋰電池導入是電動機車發展成功關鍵，安全是鋰電池應用於電動機車的最大挑戰，當車輛在爬坡、載重及超車行駛時，電池需大電流放電以提供足夠的動力，將導致電池溫度升高至60℃以上，嚴重影響電池壽命，甚至可能引起電池爆炸危險。目前國內電動機車開發計畫並未投入電池熱管理技術研發，本計畫以國內外2輛電動機車進行實車測試，同時對現行業界鋰電池模組進行行車放電溫升測試，從測試資料瞭解國內外電動機車用鋰電模組的熱管理技術現況與瓶頸，開發自主化的熱管理材料與模組設計能力，改善鋰電池模組現階段的散熱問題；從本計畫開發的具熱管理鋰電池散熱模組行車放電溫升測試，提出未來鋰電池模組熱管理應用在電動機車產業的發展方向，推廣成立鋰電池、電池模組和電動機車產業的整合性研發聯盟，強化台灣鋰電池模組應用在電動機車及下一階段電動車產業的國際競爭力。由「FY97-98工研院機械所－先進潔能電動機車」的執行經驗，我們認為含相變材料散熱模組最有機會解決現行鋰電池模組的溫升問題，本計畫的詳細計畫執行內容如下： 1.建置國內外2輛電動機車並對現行鋰電池模組進行放電溫升測試及研發改善方案透過所建置的電動機車呈現現有鋰電池模組在實際使用實際情境下的溫升問題，分析現有鋰電池模組的散熱設計瓶頸，以開發具最適合電動機車使用的熱管理鋰電池模組。 2.新型含相變材料（PCM）之散熱模組開發與鋰電池模組模擬設計開發電動機車鋰電池模組專用之新型含相變材料熱管理模組技術，利用相變化材料的潛熱吸收電池放電瞬間產生的高熱，相變溫度設計在55℃以內，以確保電池模組溫度控制在60℃以下。 3.鋰電池模組熱模擬設計建立鋰電池芯放電－放熱資料庫和鋰電池模組熱傳－散熱模型，結合電池熱模擬、模組組裝與行車放電溫升測試，不斷修正電池模組的模擬模型，強化電池模組的設計能力。 4.開發6組具熱管理電池模組改善現行鋰電池模組散熱問題藉由電池模組模擬設計製作6組具熱管理的48V 10~20Ah電池模組。電池模組最後性能目標為電池模組內最高操作溫度不超過60℃、溫度不均勻度小於10℃，此熱管理鋰電池模組可直接應用在現行的電動機車。本計畫所開發之鋰電池熱管理技術和電池模組，可提升本國在車用鋰電池模組設計的競爭力。 (二).本年度重要工作或目標 1.建置2輛電動機車作為電池模組及電動機車性能測試平台 2.完成現行業界鋰電池模組行車放電溫升測試 3.開發含相變材料之輕薄型平板散熱片（平板散熱片厚度＜2.0mm、相變材料相變溫度＜55℃、潛熱＞200J/g）。 4.建立鋰電池芯放電－放熱資料庫與電池模組熱傳－散熱模型。 5.完成具熱管理鋰電池模組之熱電整合設計，開發6組具熱管理之48V 10~20Ah鋰電池模組，通過UN-T振動測試與電池模組及電動機車性能測試。實車測試目標：所開發（48V 10~20Ah）具熱管理電池模組經電池模組及電動機車性能測試，模組內部最高溫度＜60℃、電池間溫度差＜10℃之目標。 (三).全程預期效益 1.開發電動機車用鋰電池模組熱管理技術，並結合電池熱場模擬技術，藉此了解電池材料與結構在電池放電時的熱特性，因此本計畫所開發含相變材料之散熱設計及導入高導熱新材料作為專利佈局之重點，預計提出3件專利申請。 2.本計畫所建置之電動車用鋰電池模組及電動機車性能測試方法，從現有電動機車鋰電池模組測試瞭解國內外電池熱管理技術現況，建立可供業界使用的鋰離子電池模組熱管理設計與測試平台，協助電動機車產業與鋰電池模組產業建立自主化的車用鋰電池模組技術。 3.積極透過業界科專方式推動國內電池產業投入動力型鋰電池與電動車用鋰電池的研發能力，並協助電池模組設計製造及熱管理業者與電動機車相關業者進行上下游垂直整合及建構動力鋰電池產業研發聯盟，強化國內動力鋰電池產業技術，並使鋰電池模組熱管理成為台灣電動機車電池之核心技術。 4.建立電池放電－放熱特性資料庫，作為車用電池模組電池芯選用與模組熱管理設計依據。從電池特性資料庫與電池結構設計關係，協助國內鋰電池廠設計更適用於電動機車或電動車的鋰電池芯，讓台灣鋰電池產業能進入龐大的車用鋰電池供應鏈。 5.建立實體電池模組與熱電整合設計開發流程，推升國內電動機車鋰電池模組在熱電整合與模組安全之研發能量。 6.本計畫開發含相變材料的整合散熱與吸熱模組，透過電池模組的熱模擬設計，以散熱和相變材料之潛熱雙管並用將電池溫度控制在60℃以下，在有限的空間限制下解決電動機車之鋰電池模組散熱問題，提高其安全性與使用壽命。
產業來源：科技政策智庫 科研焦點
