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甚麼叫做電池交換站?兼談電動汽車的發展

 

◎ 洪國治

2011/2/7 的自由時報刊載“電動機車電池交換站 板橋、高雄試辦“的消息(註一) 。文中所提及的台灣城市動力公司總經理洪國修即為筆者的弟弟,我們相差十二歲。筆者於一九八八年為突破黑名單﹐以當時最前進的特殊電池“Nickel Metal Hydride Batteries”(NiMH電池)發明(註二)貢獻故鄉台灣﹐於是請國修在台灣尋投資者設廠,他也開始接觸電池。經多次衝折﹐我個人終於取得單程入境簽証(註三)﹐而他則從基本的原理開始﹐製造流程﹑建廠 . ..等學習,進而獲得一完整的鎳氫化物電池的智識。我們一起在台灣努力十年餘﹐由於一開始我受制於單次簽証及戶籍問題(註四)﹐每隔兩個月就要離台回美﹐因此廠務就由他負責。就這樣﹐他有更廣泛及成熟的電池生產及應用經驗﹐另外在鋰電池及氫能科技方面也有相當的基礎。

我們認為機車是台灣空氣污染的主要來源﹐因此電動機車是解決台灣環保問題的方案。然而﹐電動機車的主要瓶頸是電池。電動機車所需要的電池不是小電池﹐也不是幾顆而已﹐而是需要較大的電池(D Size 以上)很多顆﹐以串聯及並聯而成的電池組。做為電池製造商﹐我們知道電池的優點﹐更知道缺點。電池SIZE越大﹐串聯及並聯數目越多時﹐在充放電循環時問題越多。單顆電池品質即使一致﹐可放電循環達五百次以上﹐可是多顆串聯及並聯後﹐由於散熱問題﹐造成(A) 充電量的不平均﹐有的未充飽﹐有的卻已過度充電了。(B) 放電時﹐有的先用盡(放完電)並造成過度放電。結果是﹐充放電過程產生惡性循環﹐導致整個電池組的壽命遠不如預期。因此﹐如果設計電動機車可以走很遠﹐則要較大的電池組﹐此反而使電池的壽命更短﹐”欲遠而不達“。此外﹐如何充電﹖尤其住公寓的人們﹗還有充電的安全問題呢﹗

為解決(A) 電池組的壽命﹐(B) 充電及安全問題﹐(C) 電池組的重量﹐(D) 電動機車使用者的方便﹐及(E) 電池組的遺失及維護等問題﹐電池交換站是我們當時 (十餘年前) 研究出來的答案。

為了發揮電池交換站的功能﹐其主要是針對每天上下班族或三十公里路程的人。

電池交換站如同汽油加油站﹐電池交換站賣 ” 電(及服務)“﹐但顧客不必自己充電(加油)。我們已研發出類似信用卡的使用者ID卡﹐及電腦控制的自動電池交換台。此交換台提供自動電池的交換﹑結帳﹑及充電。

電動機車使用者在電池組“沒電” 警示時﹐到附近的電池交換站。他(她) 所要做的動作是(A) 由機車取出放過電的電池組﹐(B) 走到站裡的電池交換台前﹐刷 (INSert) ID卡﹐(C) 等到台上的一個空電池抽屜自動出來後﹐放入使用過的電池組於此抽屜﹐此抽屜會自動關回去﹐ (D) 等另一充飽電的電池組抽屜自動出來後﹐取出此電池組﹐(E)此變成空的抽屜自動關回去﹐取出ID卡﹐結帳﹐ (F) 將充飽電的電池組放回機車電池盒子內。

前後手續約兩分鐘左右。使用者不必為電池的充電及維護而煩﹐也無電池的壽命問題。ID卡也有防盜功能。電池的重量輕﹐女士們很容易取出﹑交換及放回。

我們當年開發此技術時﹐台灣的傳統機車業大為反對﹐找不到合作對象。不久﹐筆者因世台會巴士車禍受傷﹐回美療養數年。洪國修及一姪兒繼續不捨工作。諷刺的是﹐此系統技術後來得到數位台灣人財務支援﹐在中國的蘇州成功完成近兩年的測試。

也許由於油價大幅上升﹐加上環保問題不能再拖﹐所以﹐在這有利的客觀因素下﹐傳統機車業也不敢反對﹐我們得到台灣的環保署的支持﹐我們選定板橋市設三十個的點(三~五公里方圓)運作。希望以此順利擴大到其他城鎮鄉﹐如此﹐台灣電動汽車就可在不久的將來上路了。

電動汽車需要的電池組更大。在九十年代﹐密西根一位聯邦眾議員Dick Chrysler 出資與筆者合作在密西根設電池廠﹐欲供應美國電動汽車用。然而﹐當時以GM為龍頭的 USABC 設定里程是四百英里。此距離至少需要的鉛酸電池的重量高達一千五百磅以上﹐鎳氫化物(NiMH) 電池的重量則約為其一半以下。即使不考慮壽命及其他問題﹐此四百英里設定就是說﹕電動汽車不可行。事後討論﹐這USABC的決定固然合乎汽油灌滿TANK的旅程﹐但他們明知電池的瓶頸﹐仍然如此決策﹐似乎顯示出GM﹐FORD及CHRYSLER的頭子們(A)欠缺眼光﹐(B) 應付敷衍大眾消費者﹐(C) 取政府(人民) 的錢花(註五)。如果當時決策是三十英里﹐我們已可供應品質不錯的鎳氫化物電池了。即混成汽車(Hybrid Car) 應是美國汽車公司先﹐而不是TOYOTA了。TOYOTA 及FORD 的混成汽車目前用6Ah D-size 鎳氫化物電池﹐我們那時已有10Ah 的電池。

由上面電動機車的討論﹐美國要有普偏的電動汽車必須縮短電池的里程數目﹐減輕車重﹐而發展區域性的電池交換站將有助於電動汽車的推行。

(註一) 電動機車電池交換站 板橋、高雄試辦 (自由時報) ; & 台灣e新聞

(註二) (A) 筆者洪國治為美國 ECD (Ovonic Battery company) 的電池材料AB2的原始發明者

            (B) 筆者離開 ECD後﹐研發ABx並擁有自己的專利 (US patent NO. 4849205, 5006328, 5552246, 5733680 etc.)

(註三) 同時期前後﹐北加州的陳都也以KOMAG負責人﹑投資高科技公司申情請但被禁止。可能是他的公司當時已是美國著名上市公司﹐如果他在台搞台獨﹐要處理可能會很麻煩。而我則是運用台灣“錢多掩腳” 的資本﹐且世界上尚未有鎳氫化物電池產品正式出現﹐工研院的材料所及能資所非常有興趣。值得一提的是﹐當時的五院院長級和外交部長均無法撼動警總﹑入境管理局的限制。

(註四)筆者利用在台機會﹐到清華材料研究所和中山大學兼課教氫能科技及固態化學。學期中﹐仍然須離台﹐再入境。更荒唐無恥的是﹐中國黨派有打小報告的學生在筆者上課時監視(事後幾年﹐一位學生來美相遇告知) 。

(註五) 每次能源問題發生﹐汽車工業皆獅子大開口﹐取得政府巨大的研發費用。筆者最感困擾的是“燃料電池” ﹐汽車公司都會大言的說﹐幾年內問世。其實﹐市面上如果看不到小家庭產品的“燃料電池” ﹐則大家且等二十年吧﹗

2011-02-08

 

電動機車

電動機車電池充電站

 

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