電動車的三大技術關卡,是電動馬達、動力控制單元、以及相當重要的電池。其中最重要的動力電池技術,牽涉到安全性、環保、循環使用壽命、性能極限、環境溫度、能量提供能力、充電時間等重大議題。而主要監控及管理整車電池模組、並且提供預警保護功能、進而延長電池使用壽命的電池管理系統(BMS),更是攸關整體電動車動力的最核心關鍵。
在種類眾多的電動車動力電池類型當中,可藉由充電程式回復蓄電量、可多次循環使用的二次電池,目前是大部分整車車廠開發電動車款最常用的電池類型。其中又以鋰電池材料包括鋰鈷、鋰錳、磷酸鋰鐵以及日本常用的鋰鈷錳三元相電池為主。綜觀工作電壓、能量體積密度、重量體積密度、功率和安全性等特性表現,磷酸鋰鐵和鎳氫電池性能較佳。目前純電動車的電池組,總電壓約在288~360V之間,工作電壓越高的電池,電動車所需的電池數量就越少;功率密度越高,瞬間放電電流越大,超速和爬坡就更有力。
車輛中心(ARTC)電動車專案工程師許嘉興指出,目前電動車電池常見的充電方法,包括定電壓充電曲線(CV)、定電流充電曲線(CC)、定電流/定電壓充電曲線(CC-CV)和脈衝充電法。CV充電法的電流會隨著電池內阻降低,因此電池溫度不會劇烈上升,高充電狀態也不會有高電壓現象,不過充電初期電流大,會較容易發燙,且充電時間較無法估計。CC充電法在充電初期電流不會過大,時間容易估計,不過高充電狀態時容易有高電壓現象,電池溫度會急遽上升。CC-CV充電法則兼顧CC快速充電和CV可自我調節電流的功能。
至於脈衝充電法多應用在鉛酸電池,是使用週期性的脈衝電流對電池充電,可以在充電過程中提供電池休息時間來緩和化學反應,並可調節脈衝電流大小,達到快速充電的目的。
正因為各類電池特性不盡相同,使得由多顆單體電芯(cell)所串接而成的高壓電池組,在不同的使用狀態下,會造成電芯不一致性的狀況增加。而每個單電池都需要做適當的監測與平衡,提高單電池性能、安全與壽命。同時,電池組必須具有過充監測、過放監測、過電流監測以及過溫保護等功能。
電池組的保護功能,晶片大廠的解決方案就非常關鍵。例如電池滿電仍繼續充電時,保護電路板上的保護晶片就會切斷充電;電壓過低時,保護晶片就會切斷放電迴路;偵測到有短路現象時,可立即切斷與電池的迴路;保護晶片也需進行電池溫度監測,並將訊息回傳到系統運作過溫保護控制。目前包括Linear、TI、Infineon、Freescale、Microchip、RoHM等晶片大廠都已具備電池組保護晶片相關管理技術。