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電動車普及化是全球最新趨勢
地球氣候劣化已經時刻影響著每個人的生活，各國政府在對抗氣候變遷方面展現了堅定的決心，透過各項施政措施逐步實踐。電動車因為無排放廢氣，成為解決溫室效應問題的最佳選擇之一，也是先進國家積極推動的產業。
台灣不僅參與全球氣候行動，更設定了2050年淨零排放目標，強調ESG（環境、社會、公司治理）的概念。這不僅是對地球氣候的積極回應，更是對未來世代的承諾。隨著電動車和綠色能源的發展，台灣有望在可持續發展的道路上走在前端，展現對氣候變遷的積極態度。
在台灣，我們日常生活中也能見到各種電動車輛，其中電動輔助自行車（電動腳踏車 e-bike）不僅零污染，還結合了交通工具和運動效果的功能。在歐美，它已經成為一種時尚，未來可能成為家家必備的車款。然而，動力電池是電動輔助自行車上唯一具有危險性的零件，因此在購車之前對電池的充分了解至關重要，以確保安全且安心地使用您的愛車。本文將對市面常見的動力電池種類進行重點整理，提供更多資訊給您。
市面上常見應用於電動車的電池種類
鉛酸電池
鉛酸電池的電極由鉛製成，內部需要注入電解液，通常是硫酸溶液。這種電池分為兩種型式：一種是需要定期注入水的，另一種則是稱為免保養型（VRLA），其內部有具有吸水能力的隔板。免保養型鉛酸電池由於內部電解液量極少，且電池本體完全密閉，因此幾乎不需要定期維護，但這兩者之間的差異在於水的注入需求。
鉛酸電池的壽命一般為2至4年，但長期處於低電量的情況下，其壽命可能會縮短。此外，鉛酸電池具有一定的危險性，主要體現在以下幾點：
- 腐蝕性： 鉛酸電池內的硫酸溶液具有腐蝕性，可能對皮膚和眼睛造成傷害。在操作或維護時，應戴好防護裝備，避免接觸電解液。
- 氫氣釋放： 在充電過程中，鉛酸電池會釋放出氫氣。如果在不通風的環境中，氫氣可能在一定濃度下形成易燃氣體，增加火災的風險。
- 重金屬污染： 鉛是一種重金屬，長時間使用鉛酸電池後，如果電池處理不當，可能造成土壤和水源的鉛污染，對環境和生態系統造成損害。
使用鉛酸電池時應注意遵守相應的安全操作規定，確保正確的處理和回收，以減少對環境和人體的潛在風險。
鎳氫電池
鎳氫電池（NiMH）是由鎳鎘電池改良而來，以能吸收氫的金屬代替鎘。相較於鎳鎘電池，鎳氫電池在相同價格下提供更高的電容量、較不明顯的記憶效應以及較低的環境污染，被譽為最環保的電池之一。不少大功率的鎳氫電池也廣泛應用在油電混合動力車輛中，其中最著名的例子就是豐田的Prius。
鎳氫充電電池應用
- 消費性電子產品：
– 新式低漏電的鎳氫電池已普及應用在消費性電子產品，取代了部分鹼性電池的使用。
– 舊式鎳氫電池由於自放電，不適合應用在需要長時間電力的裝置。 - 遙控玩具：
– 高功率的鎳氫電池取代了鎳鎘電池，廣泛應用在電動遙控玩具，提供更大的容量和輸出功率。 - 混合動力車輛：
– 大功率的鎳氫電池是油電混合動力車輛的主要動力源，例如豐田的Prius。
– 其他混合動力車輛包括本田洞察者、福特汽車的Ford Escape、雪佛蘭的Chevrolet Malibu和本田的Honda Civic Hybrid。 - 純電池動力車：
– 部分純電池動力車輛仍使用鎳氫電池，例如本田的Honda EV Plus、福特汽車的Ford Ranger EV和Vectrix。
– 儘管重量較鋰離子電池更重，但仍有部分車輛選擇使用鎳氫電池。
危險性與注意事項
- 內阻升高：
– 定義為“內阻”大於原標準的1.5倍，蓄電容量小於80%。
– 內阻過高可能導致放電期間電池溫度升高，甚至發生爆炸。
– 影響電池容量，對串聯電池組中的鄰近電池壽命造成不利影響。 - 內阻升高原因：
– 過度充放電、極板結晶、環境溫度過高、連接片腐蝕。 - 注意事項：
– 高溫環境下，鎳氫電池性能和安全性可能受到影響，需要特別注意溫度管理。
– 正確的處理和回收對於減少對環境和人體的潛在風險非常重要。
鋰電池
鋰電池正式名稱為鋰離子電池（Li-ion），屬於充電電池之一，使用鋰化合物作為電極材料。其主要依賴鋰離子在正極和負極間的移動實現充放電。鋰離子電池具有輕量、大容量、無記憶效應等優勢，相對安全，不易爆炸，並且能製造成多種形狀的電芯，成為主流電池技術。
4680電池和1865電池都屬於鋰電池的一種包裝型式，圓柱電池從較小的1865到2170再到4680，電池容量有顯著提升。1865一般為2.6-3.5Ah，2170一般為4-5Ah，而4680可達20-30Ah，容量提升約5倍。
鋰離子電池特性包括高能量密度、無記憶效應、長循環壽命，是眾多3C產品的主要電源。然而，鋰電池不耐過放和過充，錯誤使用可能影響電池壽命並存在安全風險。大多數鋰電池配備保護電路或防爆機制以確保安全。
鋰電池結構主要包括正極、電解液、負極、隔離膜，形成獨立運作的基礎單元，通常被稱為「電芯」。管理系統電路板用於有效管理電池效能，最終通過外殼封裝成為鋰電池。充放電過程是一種化學反應，需注意適宜使用溫度範圍，建議在攝氏0度到45度之間，避免高溫環境。
三元鋰電池
三元鋰電池是一種新型電池，正極材料包含鎳、鈷、錳或鎳、鈷、鋁等三元素的聚合物。它具有高能量密度、穩定性和一致性優勢，被特斯拉等車廠選用，以提高電池系統性能並降低成本。然而，其較低的起火點使得保護要求提高。
三元鋰電池優於磷酸鐵鋰電池的能量密度，單體能量密度為180Wh/kg，成組後為110Wh/kg。迴圈壽命方面，兩者相當，單體電芯壽命大於3000次。三元鋰電池擁有優越的循環充放電性能和耐寒特性，因此在寒冷環境下表現更出色。
然而，三元鋰電池的發熱問題需要注意，高充電功率可能導致過度發熱，進而影響電池壽命。此外，生產成本高是三元鋰電池目前的主要制約，使其主要應用在中高端純電動車，價格相對較高。
鉛酸、鎳氫、鋰離子、三元鋰電池比較表
| 鉛酸電池 | 鎳氫電池 | 鋰電池 | 三元鋰電池 | |
|---|---|---|---|---|
| 工作電壓 | 2V | 1.2V | 3.7V | 3.7V |
| 充放電次數 | 大約300次 | 約500次 | 大約500次 | 約1000次 |
| 記憶效應 | 有 | 有 | 接近無 | 接近無 |
| 自放電率(月) | 10-20% | 30-40% | 1-2% | 1-2% |
| 危險性 | 有釋放有毒氣體與爆炸危險 | 過放電會造成電池損壞 | 過充可能引發爆炸 | 耐熱性差，撞擊易爆炸 |
| 環境污染 | 鉛酸污染 | 輕度 | 輕度 | 輕度 |
| 原料成本 | 低 | 中 | 高 | 高 |
電池、馬達及里程關係
市面上有各種電動交通工具，如電動摩托車和電動輔助自行車。在選購時，一個關鍵問題是每次充電所能行駛的里程。然而，這個問題並非簡單，影響行駛里程的因素除了廠商標示的電池和馬達規格外，還包括道路坡度、風向、整體重量、胎壓和變速器檔位等多個因素，難以得出一個標準數據。
雖然計算行駛里程複雜，但我們可以利用廠商提供的數據，結合簡單的物理公式來推算合理的里程。例如，對於電動輔助自行車，如果規格為36V/250W的無刷馬達和36V/10Ah的鋰離子電池，可以進行以下簡單的計算：
- 計算電池總輸出功率 (P)：288W = 10 x 36 x 0.8（假設電池最大放電量為80%）
- 最大運轉時間：約1.15小時 = 288 / 250，約為69分鐘
- 最大里程約為28.8km = 25km / 60 x 69（25km為電助車法定速度上限，車廠通常以此速限設計齒輪比）
這樣的計算結果表示，在沒有人力輔助下，以平均時速25km行駛，該車輛將有約28.8km的續航力。然而，需注意這僅是簡單的推估方式，各家車輛設計不同，計算結果可能有所差異。
換言之，如果您只設定動力輔助達50%，全程仍有使用人力踩踏，則該車輛的輔助動力可支撐約57.6公里左右。簡單來說，電動助力使用越少，電池續航力越高。
總體而言，在選購電動交通工具時，仍需考慮多方面因素，包括實際使用環境和自身需求，以獲得更準確的估算。
結語
動力電池是各式電動車輛重要零部件之一，佔整車成本比例接近 40%是電動車輛成本佔比最大的部分，對續航里程、整車壽命、安全性等關鍵指標具有重要影響，品質越精良的產品在於安全性、實用性及舒適性上必然會有保障，然而相對的購車成本相對會比較高，正所謂一分錢一分貨，然而作為聰明消費者的您，希望本文可以為您評估購買電動助力自行車時可以有多一分的幫助。
