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[信息] 從複合引擎至鋰電池

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发表于 2008-12-9 06:04:43 | 显示全部楼层

從複合引擎至鋰電池

从複合引擎至锂电池(一)

  科技明星-从複合引擎至锂电池

  方笃雍 2006.12.1

  当今市场上希望接替传统汽油引擎的竞争者除了複合引擎外,还有也已量产并使用「超级柴油」的改良型柴油引擎,与「氢燃料电池」,还可加上直接燃烧氢的内燃机引擎。目前的柴油车是以柴油较汽油便宜,加上柴油引擎耗油率较低而受到欢迎。严格说来,柴油引擎不是广义複合引擎真正的竞争者,只因为它已相当省油了,所以目前汽车製造业研发「烧柴油的複合引擎」的动机不强。

  至于複合引擎与氢燃料电池(hydrogen fuelcell),其实各大汽车製造业,包括Toyota在内,都是两头下注但优先度不同。当氢燃料电池的发展还在蹒跚学步,複合引擎却已开花结果大出风头时,许多研发氢燃料电池的人却还坚持「氢是最后的解决,氢时代终将来临」。

  

  Toyota Prius引擎与马达等电动元件结合方式的解剖图

  

  Toyota Prius的Hybrid系统示意图之一

  

  Toyota Prius的Hybrid系统示意图之二

  许多相信「结合锂电池的複合引擎」的人一样,对这种说法嗤之以鼻;因为不论分解甲烷或电解水分子来製造氢燃料都非常耗能,何况氢的储存、配送远比瓦斯、汽油、柴油既困难又危险;再加上目前氢燃料电池仍然依靠贵又稀有的白金(铂)製作触媒反应器,有人估算,若硬要用它来驱动未来的车辆,全世界的白金根本不足以应付这麽大的需求。就算找到白金的替代品,除非氢燃料电池的储能密度远胜于即将成功的大型锂电池,否则它就得继续待在实验室或充当某些富豪的玩具。在某些特定的领域上,氢燃料电池绝对有它的价值,但用在汽车上则没多大的指望。一篇不久前出版的ScientificAmerican(那一期忘了)分析各种替代能源之淨效率的文章指出,目前的氢燃料电池远逊于油电複合引擎。欲进一步了解氢燃料电池可参考。

  为何複合动力汽车会崛起?

  首先得谈目前遍佈全球的内燃机引擎(汽油/柴油引擎)的优缺点:

  优点:马力大,技术成熟,拥有遍佈全球的燃料供应及车辆维修体系。

  缺点:噪音大,污染空气,低速运转时汽油/柴油燃烧不完全,燃料利用率很差,暖车及怠速时则纯粹是浪费燃料。在走走停停的市区裡,交通越拥挤,平均能量利用率越低而且排气污染越严重。

  虽然内燃机效率不佳,但因汽油及柴油的能量密度远高于当今最佳的蓄电池及氢燃料电池,所以传统汽车的续航力大致令人满意,并风行于全世界。问题是传统汽车风行才一个世纪,地球的石油蕴藏量就已亮起了红灯。近年来油价节节高升,汽车又是空气污染及温室效应气体的主要来源之一,儘量儘快地减少耗油已是势在必行。一旦省油又省钱的新世代汽车普及后,不但届时汽车製造业将缺乏意愿生产豪华又耗油的传统汽车,各国政府还可能会立法「严惩」坚持浪费燃料的车主们。〔注:本来我想写十年,但据 报导,全世界第2大的科威特BurganGreater油田产能已经开始下跌,而最大的沙乌地阿拉伯的油田已经开始灌水「挤」石油后,就改为五年。换句话说,当初某些专家预测2005年左右全球石油产量将达到顶峰,从此开始下跌并最终枯竭的可怕预言已经实现了。根据全世界最大石油公司Saudi Aramco的一位前副总裁SadadAl-Husseini推测,如果情况不改善的话,到了2030年,得有10个全新的沙乌地阿拉伯的油田才能应付全球的需求。〕

  相对地,以电动马达驱动的汽车有如下优点:

  (1)车辆静止时马达可以完全静止,不浪费能量。

  (2)以电流大小来调节马达出力,控制机构简单,而且没有汽油/柴油低速运转时燃烧不完全而效率低落的情形。

  (3)整体结构比汽油/柴油简单,活动零件较少,使用寿命较长。

  (4)操作时可以非常安静。

  複合动力汽车可利用现有的燃料供应及车辆维修体系,又可显着地提高燃料利用率,遂成为取代传统内燃机引擎的热门替代方桉。

  完全式複合与辅助式複合引擎的比较

  複合引擎有完全式与辅助式两种。两者最大的区别就是前者可只靠马达驱动车辆,在起步时后加速至某一速限前,完全不须起动内燃机引擎,相当于电动车;而后者的马达只是当助推动力装置而已,马力较弱,蓄电池的蓄电量较小,省油效果较差。不过Toyota Prius能够击败与其同期竞争的HondaInsight与Civic,不光靠较强的马达与电池而已,较先进的变速箱、车控电脑软体,再加上细心的车体设计,以及高明的行销策略也都是成功的因素。市场已经显示,消费者对辅助式複合引擎兴趣缺缺,甚至有些刻薄的人还謯称它为FakeHybrid。奇怪的是,原本不理会Hybrid的通用汽车终于也加入竞争,但首先推出的竟然是使用AssistHybrid系统改装的Saturn小型车。

  现阶段HEV(Hybrid Engine Vehicle)市场的竞争

  HEV第一回合的竞争的大赢家毫无疑问是Toyota,单单Prius一款车就囊括了全体HEV市场的三分之二,儘管目前全体HEV的销售量仅约佔全球家用汽车市场的千分之一。

  Toyota在Hybrid领域的最强的竞争者恐怕是美国福特汽车(Ford MotorCompany)。当今每谈複合引擎,大家都先想到ToyotaPrius,其实两家企业的技术非常类似而且技术层次接近,只因福特推出时间落后于Toyota,即使自己拥有核心技术,仍被迫向Toyota购买十数项专利(相关专利共超过300项)使用权来製造并销售自己的複合动力汽车。所以福特的Escape HybridSUV儘管运作方式与电脑萤幕画面都类似Toyota的hybrid,但是车控电脑软体及相当硬体完全是自家的版本。

  福特为了增加市场竞争力,正大力研发可使用E85燃料(85%酒精+15%无铅汽车)的複合动力汽车,称之为弹性燃料车(FFV, flexible-fuelvehicles)。目前,E85已普及于美国中西部。使用E85的目的是提高使用燃料的弹性,并进一步降低空气污染与温室气体的排放。困难在于,酒精比汽油更易挥发,应用在複合动力汽车时,因为汽车经常处于只靠马达驱动,酒精挥发的问题若不加以克服会更严重,易造成燃料的无谓损失。

  根据2006年11月20日出版的TIME週刊上Toyota的宣言式广告,其总裁Katsuaki Watanabe声称将于2007年春季推出FFV,而且正致力于研发下一代更省油的PHEV(Plug-in Hybrid Engine Vehicle)。

  外充电式複合动力汽车的先驱

  更省油的方法应该是提高蓄电池的蓄电量,以增加马达驱动汽车的里程比率。此乃基于简单的能量平衡原理:对同一部车而言,在同一路线上行驶一定距离,所需的能源大致上是固定的,如果目前的HEV的蓄电池只用来回收汽车原本在刹车、滑行、下坡时会浪费的能量当中的一部份,并在起步、低速行驶、加速时释放出来,电池蓄电量并不够大,甚至当蓄电量降得太低时,还要靠引擎带动发电机去充电(烧油去充电)。当时没注意到其实早已有人想到加强蓄电池的主意,并已实地试验很长的一段时间了。

  ToyotaPrius进入美国市场不久,一些极富创造力的美国工程师买主们,便开始研究它的结构,并测试它的极限,很快地了解Toyota实在太「保守」了*,Prius应该可以更省油的,开始「改良」,于是产生一批号称\"PRIUS+\"可接外部电源充电的複合动力汽车。这裡的外部电源指的是车库裡的一般电源插座。〔注:Toyota原装的镍氢电池蓄电量不够高,而且透过软体控制,限制它充电不充过80%,放电不低于40%(另一说法是30%),纯电力驱动只限时速50公里以下(一方面也是马达力量还不够强)。〕

  在\"PRIUS+\"内部,玩家们冒着原厂汽车保固失效的风险,拆掉了Toyota原装的镍氢电池,取代以更先进更强的锂电池,并为锂电池加装了110伏特交流转直流的充电器(详情请参考照片)。他们可没有,不能也不须改造Prius的车控软体喔!。根据照片中的车主自述,他的Prius于2003年10月由EnergyCS公司改装完成;改装前行驶了36000英里,耗油率平均为48.5 MPG(miles pergallon),相当于20.6公里/升;改装后头两天,在日常作息路线上,其中含以105公里时速行驶40英里长往返机场的高速公路上,获得50.2公里/升的耗油率;有一天在旧金山湾区走了64英里,其中55英里为高速公路,获得34.6公里/升的耗油率。他们的结论是,达到100+MPG的耗油率是可能的,如果由Toyota自己来做应该会更好。

  〔注:1英里=1.609344公里;1美制加仑=3.785公升。有人尝试用一般的铅蓄电池凑合在PHEV上,结果累积工作了11小时后它们就报销了,根本经不起大电流的反覆充电、放电。〕
 楼主| 发表于 2008-12-9 06:05:19 | 显示全部楼层
  锂电池是HEV与PHEV成功的关键

  然而不论在媒体上複合动力汽车有多热门,许多专家认为,如果不能迅速解决下列两大问题,那麽它的市场将很快地达到饱和:

  * 由于製造成本偏高(不提研发成本的摊提,因为传统汽车一样有研发成本),导致售价偏高,亦即由于买车初期的投资成本过高,造成它们的车主省油而不省钱。

  * 製作成本偏高的主要因素为複合动力汽车使用的强力电池,目前主要为镍氢电池(NiMH battery)的成本降不下来〔原因容后详述〕,而且现在电池还不够强,省油的效率还不够。

  * 某些专家连充电式複合引擎都不看好,就是因为电池实在难做又太贵了,何况PHEV还比HEV需要更轻、更强、更多的电池呢!

  複合动力车的销售量越来越大,但它们目前几乎都使用镍氢电池,因为它是技术成熟的产品,实用寿命可长达十年之久或15万公里航程。但镍的价格从1990年代中的每公斤7美元涨到现在的25美元,迫使汽车製造业急于寻找替代品,而锂电池则是他们一致的首选。

  〔注:镍的用途广大,餐具、厨具广泛使用的18-8型不鏽钢,含重量比率为18%铬及8%镍的合金。〕

  镍氢电池终将被锂电池取代

  个人归纳未来的超级锂电池的必要条件如下:

  * 强力:每单位容积或重量的蓄电密度大,重量轻,不太佔空间,使用时间长。

  * 充电快:能承受较大的充电电流,快速充电时最好只要几分钟就可充满80%。不能像现在摄影机、手机用的小型锂钴系列锂离子电池要花1~3小时才能充好。

  * 价廉:生产成本低,原料容易取得。

  *.耐用:经得起多年的反覆充电放电循环,而且自我放电倾向(self-discharge tendency)很低。

  *.环保:易回收再利用,若被抛弃也不易造成环境污染。不只是产品本身无毒而且容易回收再利用。它的製造过程也要避免产生污染及有毒的废弃物。      

  * 安全:万一使用不当或发生意外,也不致引起爆炸或燃烧,不易被当作恐怖分子的武器。

  * 简易:拆装容易,而且标准化(就像铅蓄电池那样)

  锂电池的潜力何在?

  * 强力:它的原始输出电压是3.6V为镍氢电池的三倍,重量比后者轻,蓄电密度则是三倍。而且它的化学配方还在不断创新,製造技术(融合奈米科技)也在持续地改进中。

  * 充电快:据报导,融合奈米科技的雏型成品经过严格测试的结果非常令人满意。有雏型成品,经测试结果是一分钟内可充满80%。

  * 价廉:目前锂电池与镍氢电池的成本之半都来自原料,但它的原料锂金属是地球上第32丰富的元素。来源是来自包括海水的天然盐水中,虽然浓度很低,但因为原料是液态的容易处理,而且提炼技术早已成熟。

  * 耐用:据上述融合奈米科技的雏型成品经过极多次的反覆完全充电及放电的严格测试后,蓄电量的下降微不足道。

  * 环保:视化学配方而定,但将来可望比镍氢电池为佳。

  * 安全:用在汽车上有待确认,但目前各家应用在电脑、手机等的小型电池都有防短路的设计。

  * 简易:对使用者友善(friendliness)不难做到,最怕的是再发生如同当年录影带有VHS与BETA之争那种不相容的情形。铅蓄电池虽然不怎麽样,至少它早已标准化,不论电极接头大小都相同,输出电压一样都是12伏特。

  锂电池的技术上的挑战

  * 环保:不幸的是,锂化合物本身并不毒,但目前大部份的锂电池内的电解液既贵又毒,只因目前大都是用在小电器如手机、笔记型电脑裡面,问题还不太严重。一旦要大型化,势必要改良配方才行。不要忘了,「环保」是複合引擎的广告重点呢!

  * 大型化:当初Toyota研发Prius时,早期使用的镍氢电池在急速充电放电时会变得过热,锂电池在大型化的过程也碰上了同样的问题。先驱们发现把目前最常用的含钴(cobalt)化合物的锂电池大型化时,会有过热而着火或爆炸的危险。所以大家就积极研究各种新配方来迥避此问题。此外,大型化不是单纯地把现有的小型锂电池拼凑起来,而是先把每个电池单元(cell)的蓄电密度提高,并组合成节省空间减轻重量的电池模组(module),最后使得每一模组可单独使用,或视应用的需求加以并联或串联起来。

  * 安全性:主要是预防意外短路或是过强的充电,造成锂电池燃烧甚至爆炸的问题。再说,汽车是家庭用品之一,HEV 与PHEV使用的强力蓄电池可不能让任何家人(除非本身是技术人员)轻易接触到。考虑一个较极端但发生过不只一次的状况-汽车掉进水裡了:万一电池在瞬间洩露大量的电力到乘客空间裡,那麽乘客可能还没被淹死就先被电死了,连逃出车外的机会都没有,这怎麽可以呢?再假设一个较不危险的状况:A先生早起赶着开车上班,但因为前晚睡眠不足,忘了把正在车库充电的PHEV上的电缆拔下来,结果他的车子就拖了一条电缆满街跑,所经之地人车纷纷闪避,换言之,汽车必须安装能预防类似状况的装置。

  * 标准化:目前各家汽车製造业都使用订製型高效能蓄电池。日后必须仰赖汽车界的大佬们能够协调合作,在各自研发的同时,早日将产品规格化,给大家方便。目前大型锂电池的研究与市场都还处于战国时期,标准化可不是一项轻鬆的工作。

  汽车锂电池的实用范例与竞争

  许多研发大型锂电池有成的小公司虽然掌握了核心技术并展示了初期的成品,但到现在为止并不赚钱,他们除非获得大汽车製造业的青睐,实现大规模生产之后才有可能成功。然而大规模生产通常不是这些研发起家的小公司的专长,委託生产(OEM, Original Equipment Manufacturer)是可行的方式之一。上述为"PRIUS+"生产锂电池的Valence Technology公司总裁Dean Bogues说的:「如果有某一OEM大厂有兴趣的话,我们不会拒绝。」,因为从找到电池配方至产品成熟通常要花10年。希望一向擅长OEM的台湾製造业能够掌握这个机会。

  〔注:美国的Valence Technology公司生产的是锂铁磷酸电池,被美国的EDrive Systems公司採用,将Toyota Prius改造成为可外接充电的複合动力汽车,即PHEV。〕

  锂电池的实用范例如下:

  1. Toyota虽然大胆掀起Hybrid的高潮,但也有它保守的一面,例如Toyota Estima Hybrid就仅在日本发行。现在可能为了实测锂电池的可靠性,最近在国外推出了一款使用锂电池名为Vitz CVT4的小型车(日本版的Yaris),而且还自退一步,只使用辅助式複合引擎(Assist Hybrid),使它不能单靠马达行驶,但是它在马路上暂停的时候,它的电池可供应灯光、暖气、冷气、音响的用电,这时引擎就可以休息了。

  2. 速霸陆(Subaru)、日产(Nissan)、三菱(Mitsubishi)汽车都在製作以锂电池为本的概念车。

  3. 横跨欧美的Lithium Technology Corporation,这家公司常为军方提供高性能锂电池,现正研发可让PHEV在50甚至60英里(80甚至100公里)时速下不需耗油的电池系统。

  4. 底特律的美国各大车厂现正投资于一家名为Johnson Controls Inc.,希望在2010年推出又轻又便宜的複合引擎用蓄电池,与日本的产品竞争。

  5. 日本方面目前的市佔率,Toyota的合资公司Panasonic Electric Vehicle Energy目前的市佔率为74%,Sanyo为13%供应Ford汽车的Escape和Honda的Accord hybrid,还有一家独立的Panasonic battery operation生产电池供应Honda Civic hybrid,佔了剩下的13%。

  6. Johnson Controls本来是最大的传统车用铅蓄电池的製造公司,因为与巴黎的Saft Advanced Power Solutions合资而拥有了发展锂电池的能力。美国的通用汽车、福特汽车,宾士/克莱斯勒汽车,再加上美国的能源部(Department of Energy)组成了「美国先进电池合伙」(U.S. Advanced Battery Consortium),于2006年8月14日与Johnson Controls & Saft签了一份为期两年价值1.25亿美元的合约,以发展$500价格的车用锂离子电池。

  当各大车厂竞相发展HEV及PHEV时,核心组件-蓄电池-渐有两大阵营在形成中,一边是先发制人的日本各大电池厂,另一边是美国加上欧洲的。你可能以为将来美国的hybrid会儘量使用美国发展的电池,日本的hybrid当然用日本电池。不然,当今国际化(globalization)盛行,连科技人才都是如此。最新型的Toyota Prius的车体设计及车控软体的改良,都是由Toyota美国分公司的美国本地专才完成的。各国大企业经常会併购国外的高科技小公司。由于人才与技术的国际化,只有性能够好而且价格令人满意的产品,最终才能胜出并主宰市场及技术标准。

  进一步了解锂与锂电池       

  锂是最轻的金属,比重只有0.534 g·cm−3(水的比重是1),甚至可以浮在

  油上。锂在空气与水中会产生剧烈的化学反应,因此纯锂不存在大自然中。虽然锂普遍存在天然咸水中,但是目前从事提炼锂(成品为碳酸锂)的产地有限,而且近年来由于需求远大于供给,所以价格一直在高涨,2005年涨了20%。预测2006年会再上涨25%,不过此后将因中国(青海与西藏)、阿根廷、智利增产而舒缓涨价的压力。

  电池用碳酸锂的市场比率自2000年的10%升高到2005年的20%,预测其需求量将因移动式电子产品及複合动力汽车,每年将上涨10%。

  如此看来,近几年内,即使大型锂电池研发顺利,若複合动力汽车需求持续增加的话,由于数以亿计的全球汽车市场是如此的庞大,期待锂电池的价格如半导体晶片价格快速下跌的希望恐怕不大。究竟晶片很小而且可以越做越小,而锂电池却大多了,锂原料的需求量将不减反增,使得锂电池的价格顶多趋于平缓却不易大跌。

  四面环海的台湾与纽西兰,应该考虑建立大型的锂提炼厂,自海水中萃取锂化合物,用来大规模地生产锂电池,以免将来受制于外国。说不定台湾的国营企业「台盐」可以重新利用七股、布袋,台南科学园区附近广大的旧盐田浓缩海水,并在那裡建起提炼锂的新厂,作为台湾自製的锂电池原料。如果台湾连锂电池的配方与製程都是自己的专利,使得自己的产品更具竞争力,那麽继LCD之后台湾又将拥有另一个明星产业了。

 楼主| 发表于 2008-12-9 06:06:14 | 显示全部楼层
  PHEV及锂电池的好搭档-太阳电池

  太阳电池通常以太阳电板(Solar Panel)为成品,是近年来逐渐热门的发电装置,有意思的是文明的城市不多见,反而在一般人认为「落后」、「偏远」的地方很流行,如中国的蒙古、新彊(我在电视上看到的)及非洲的肯亚乡间。因为这些人口相当疏散的地方,电力公司不肯架线到每一户去,所以太阳电板配合大型蓄电池,成为最方便的电源,虽然它供应的电力不如传统的家用电力强。

  PHEV靠外部电源,即牆壁上来自一般发电厂的电力为其充电,等于是以较廉价的家庭用电取代燃料油。经估算,美国的夜间离峰电价仅为汽油单价的五分之一,因此扩充PHEV的蓄电池,增加使用马达行驶或辅助驱动的里程比率,就可大大地减少汽油的消耗。没错,传统发电厂要烧煤或瓦斯来发电,但是深夜裡多馀的电力不用也是浪费掉,再则要改进几百座发电厂总比改进几亿辆汽车来得容易多了。美国热衷于推广PHEV的人士的还有一个卖点是,发电厂烧的煤是本地自产的能源,多加利用就可减轻对外国石油的依赖。

  假如外部电源是来自风力、潮汐、养猪场沼气、太阳能等再生能源发的电,那长远下来驾驶PHEV就更合算了。直接把太阳电板装到车顶上,可能是更理想的选择:

  (1) 太阳电板没有活动零件,正常使用下几乎不会坏。

  (2)白天汽车不论是否在行驶中都有机会充电,尤其是上班族的PHEV一旦停妥于「露天停车场」后就不动了,车子閒着没事干,若能在下班前充饱了电,那麽上下班可能都不用烧油了。

  (3)牆上插座放出来的是交流电,PHEV须附交流电转直流电的装置才能向蓄电池充电;太阳电板发的是直流电,只要恰当地并联/串联它的各个发电单元,输出恰当的电压及电流,就可以直接用来充电。

  虽然太阳电板的发电量不足以驱动汽车,但它产生的能量可先被保存在蓄电池中,需要时再集中释放出来加以应用。

  早在2001年美国就有位Lapp先生把太阳电板装到Prius车顶上,即使他的改装非常的保守,汽车启动后与行驶间才能充电,居然把该车的耗油量又再降低了10%。

  读者可能想到,HEV比传统汽车複杂,PHEV更複杂,加上太阳电板后(估且称为SPHEV,Solar PHEV),岂不是太複杂了?而且如果马达增强到光用它就能以80甚至100公里的时速,在电池充满后连续行驶100~200公里,平常只用于上下班或买菜的汽车很可能根本没机会加油,那麽为什麽车子还要一直「带着」引擎与一箱油跑来跑去?乾脆直接买加装太阳电板的电动车算了!如果很多人有这种觉悟的话,加上锂电池与太阳电板的成本够低的话,纯粹的电动车就有市场了。

  但是纯电动车与太阳电板有它们本身的极限:

  (1)高纬度地区冬天日照时间过短,阳光太弱,太阳电板发挥不了功能,而且低气温下,电池充电与放电的效率会大幅下降,纯电动车的马力与续航力会大跌*。

  (2)即使在一般地区,开纯电动车出城做长途旅行时,因为续航力不足,会有走走停停等待充电的问题,就算未来的锂电池充电速度很快,使用者也会觉得不方便。

  〔注:读者可上网参阅,关于美国北方严冬造成Toyota Prius Hybrid的镍氢电池效率下降及耗油率上升的报告。〕

  何况HEV、PHEV、SPHEV都能使用生质柴油(biodiesel)、酒精等再生型「绿色」燃料的话,它们的引擎排气对环境的冲击就更不明显,并具备最大的应用弹性。因此未来可能出现纯电动车与複合动力车共同主宰市场的状况。

  为了镍氢/锂电池运作时散热容易,目前的複合动力车都把它装在离引擎很远的行李厢下方或后座椅背。但是在冰雪笼罩的寒带,个人认为可以把複合动力车设计成让锂电池接近引擎,并互相加温:让冷却引擎的循环水管路环绕过锂电池。严冬冷车起动时,由锂电池放电加热引擎冷却水,暖化引擎让引擎容易启动;引擎运转后,反过来以环绕锂电池的热水保持电池于常温(摄氏15~30度),避免了电池因温度太低而减少充电放电的效率。

  个人对于太阳电池另有一项看法:太阳电池不一定需要紧密地镶在又平又硬的板子上,何不分成很多小块镶在橡皮布上,彼此间留点缝隙,小块间以细电线相连,构成太阳电毯(Solar Blanket),如此一来就可以把它捲起来,方便于搬运,使用时再把它展开即可。天气热的时候,把太阳电毯罩在有充电插座并露天停放的PHEV上,既可降低车内温度又可顺便给锂电池充电,一举两得。

  汽车用锂电池成功之后-超越汽车无法不在的影响

  假如锂电池大型化成功,又能够大幅地降低成本及售价,那麽它的影响将不仅限于一般的汽车了。

  首先受益的可能是目前正热门的风力、太阳能发电等再生式能源。它们将因与大型锂电池结合,提高了发电规模及能源利用率,而更容易推广并普及于社会大众。西欧、日本等国正在推广的家用太阳电板,若有够强的锂电池配合,就可能蓄积更多的太阳能电力,供夜间或自然光线不足时使用,可能做到完全不仰赖传统电力,甚至还有馀电卖回给电力公司。

  许多办公室、医院即使不方便装设太阳电板,拿汽车用锂电池做成的不断电系统(UPS, Uninterruptible Power System),可比现有的储存更多的紧急用电,而发挥更大的作用。

  〔注:很难装发电风车在屋顶上,因为根据实验,会有严重的振动及安全的问题。〕

  大多数的家用割草机、修树或砍树的电锯都使用吵杂的汽油引擎,而用马达的则是力道不强还得拖着一条电线(不小心的话可能会被自己切断),若能换成由体积小但强力的锂电池来供电,就会安静多了,而且就算电池没电了,更换电池容易,充电也很快。

  历史证明,全世界最急于採用新科技的莫过于军方。当年美国莱特兄弟发明第一架真正的飞机后,即使当时机身只是木架与帆布做的,正摩拳擦掌的欧洲列强们,就急着彷造并改进它,没几年第一次世界大战爆发,飞机很快地就在欧洲的天空到处翱翔溷战。

  军方不像老百姓,买新东西时表面上的经济因素不是那麽重要。今年9月台湾出版的某一军事杂志上(似乎是「矛与盾」),提及将複合引擎应用到20吨级军用装甲车的研发个桉,其着眼于此一技术可为装甲车带来省油并增加续航力的潜力。军用车辆省油后,即可减轻后勤补给的压力,而续航力大幅提昇更意味着任何时刻能有更多的兵员、火力、装备可以投入战场,这岂是一般民用车主,斤斤计较于省油是否值得较高车价所能比拟的?

  据报导,美军的M1系列战车在伊拉克执行任务有时一天长达20小时甚至更久。现代化的战车内部充满了电子设备,电脑、雷射测距仪、抗雷射扫瞄器、热影像仪等,再加上驱动枪炮、炮塔马达等电器,即使车身完全静止,非常耗油的引擎也必须持续地运转才能带动发电机供应所需的电力。所以即使战车大部份时间只是呆在城镇外围执行封锁伊拉克游击队的任务,也得不时地补给柴油。假如战车的蓄电池能量增加好几倍,那麽很容易因敌人伏击而打穿几个洞的油罐车就可以少冒险几趟了,说不定有时单靠其他装甲车送来锂电池就可以继续执行任务了。简而言之,就算不指望Hybrid技术能帮忙驱动重达50至70吨的战车,单是大型锂电池本身就可以帮忙战车作战了。

  军方梦想中的反飞机、飞弹用的高能雷射炮(laser gun)说不定有一天会因大型先进锂电池而实现。可以担任侦察、狙击的无人飞机(UAV, Unmanned Aircraft Vehicles)若使用够强的锂电池与马达驱动后置型螺旋桨,将因没有热排气,它将很难被敌军的红外线导向地对空飞弹锁定并击落;又因为马达很安静,夜间飞行时行踪将更加隐匿。以后说不定会出现一种小型无人潜艇,结合锂电池、马达、可收放的太阳电板/帆,靠着接收全球定位系统卫星的座标信号,长期地慢速巡弋(埋伏)在敌国海岸线或海港附近,待命伏击敌方的船舰、近海的雷达、油槽等设施。

  结  论

  2006年11月15日晚在家看台湾新闻,见到新竹海边一座巨型风力发电机突然起火烧燬的事件。由此可见,即使公认已成熟且实用化多年的科技,都可能发生不可预期的事故,新科技的风险就更不用提了。

  当今複合动力引擎与大型锂电池的研发与市场都还处于战国时代。众多厂家若不参与竞争,则有被消费者及媒体视为「落后」、「不长进」的危险;全力投入,又不晓得到底自己的产品能否胜出,庞大的投资是否能回收并获利。唯一可以肯定的是,不论如何石油终将耗尽,传统汽油与柴油引擎终将走入绝境,除非改用酒精、生质柴油等「绿色燃料」。未来就算是锂电池不是终极产品,我们终需某种「超级电池」来协助维持文明社会的运转。虽然有人还坚持「氢燃料电池」就是终极的答桉,但除非它将来不再需要白金,而且氢的生产、储存、运输方式出现奇蹟,否则这是绝对不可能的,建议大家暂时不必太再意它。

  台湾在这一场即将到来的「複合引擎+锂电池+绿色燃料」的综合产业革命中绝不能缺席。至于纽西兰,虽然心理重视环保,但因为政府比较保守加上经济体太小,大概当新科技享用者的机会远比作为推广者的大得多吧!

  耗油极凶的轿车或SUV(美国人称之为fuel hog)未来不但将面临燃料费持续高涨的问题,而且政府势必将以提高燃料税或及「空污费」等方式「逼退」它们,但融合了Hybrid技术而较省油的豪华汽车,可能可以获得某种程度的「原谅」。

  複合动力引擎与大型锂电池的崛起越来越明显,但一想到全球几十亿辆汽车可能要在十年甚至二十年内急速且大量地淘汰,那还真是人类工业革命以来的一项「艰钜任务」呢!

  本文取材自下列网址:

  * 1.      Ford Develops World's First Ethanol-Fueled Hybrid Marrying Two Gasoline-Saving Technologies WASHINGTON, D.C., Jan. 25, 2006 by Ford Motor Company http://www.ford.com/

  *2.      HYBRID OUTREACH: U.S. automakers join lithium-ion battery project

  BY JASON ROBERSON, September 6, 2006, http://www.freep.com/ Detroit Free press

  *3.      Johnson Controls jumping further into hybrid-vehicle battery world

  David Niles, Published 09/28/05 http://wistechnology.com/

  *4.      HybridCARS.com Power, Plugs and People Author: Felix Kramer,Apr. 12, 2006: SF Bay Area Gets a Second Plug-In Hybrid

  *5.     Brad Berman/HybridCars.com's Lithium Battery Report

  Jan 6, 2006, Lithium Ion Hybrid Batteries, A Laptop in Every Garage

  *6.     http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium for “Toyota Prius” and “Lithium”

  *7.     Toyota moves to corner the 'plug-in' market (The plug-ins are coming.)

  July 20, 2006 edition, The Christian Science Monitor, www.csmonitor.com

  *8.     Solar-Powered Toyota Prius Project August 17, 2005 2:40 AM - Michael Graham Richard, Gatineau, Canada,

  www.treehugger.com/files/2005/08/solar-powered_t.php

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