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整合雙向電源轉換功能 二合一機型更省事

BIC-2200鋰電池製造測試流程應用。明緯

從人手一支的智慧型手機、平板、NB等各種行動3C產品,到手持電動工具、無線電吸塵器等家電、電動機車、電動車,乃至於電動巴士等,電池無所不在,且隨著DC House、分散式電網、汽車對電網(Vehicle to Grid;V2G)應用與日俱增,電池需求的一路成長,已在各方預料之中。

僅就鋰離子電池的需求成長來看,根據BloombergNEF(BNEF)報告,估計至2030年為止,鋰離子電池需求將突破每年2.8TWh(terawatt-hours),這相當於80個Tesla超級工廠的年度產量總和,較2020年的展望高出35%,箇中原因在於電動車電池需求激增。另根據研究機構Roskill的報告,至2029年,全球對鋰離子電池的需求預計將成長10倍以上,超過1,8‌00GWp時。

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專注傾聽客戶需求 明緯不間斷研發切合市場發展趨勢之電源產品。明緯

電池需求持續推升的情況下,可預期未來電池製造廠將不斷成長,在量產規模放大後,製造商必須投資更多相關測試與製造設備,如何降低總體成本是重要課題。再者,為了滿足客戶對於交期的期待,電池生產的效率將受到更嚴格的檢視,電池廠商須思考儘量降低設備出錯而影響交期的風險。

於是,製程當中的電池充放電程序,需仰賴一台充電器搭配一台電阻器或逆變器的情況,出現改善的必要性。

簡化設備配置  降低出錯風險

看到了電池製造的痛點,全球標準電源領導品牌明緯近期推出的「2,200W能源回饋式雙向交直流電源供應器BIC-2200系列」,讓電池製造工廠僅使用一台BIC-2200,就能取代兩台製程設備,「少一台設備,就意謂空間、成本、元件、故障率、維護需求都能夠減少,」明緯集團大中華區執行長蔡明志強調,越多設備和元件意味維護成本升高,出錯風險增加。此外,BIC-2200系列採用低高度1U薄型化設計,更不佔空間。

「電池生產,從電極製作開始一直到出貨期間,部分製程需透過電池的充放電,以確保電池的功能與效能,」產品策略中心產品專員郭智銘說明,在電池製作的所有工序中,以「化成」與「老化&分容」這兩大環節耗能最鉅。

其中,「化成」是指電池製造後,通過一定的充放電方式,將其內部正負極物質啟動,改善電池的充放電效能及自放電、儲存等綜合效能的過程,是影響電池品質的關鍵製程之一。

轉換電源+回收電力  功能強大

如上所述,在「化成」與「老化&分容」的充放電過程,傳統是由充電器及電阻器或逆變器分別負責。「兩台的功能是否能合而為一呢?」這樣的想法冒出後,明緯開始投入研發,經過年餘時間,革命性的2-in-1產品出現在世人眼前。

客戶使用單台BIC-2200就能完成充放電,除了可以透過AC對DC電池供電之外,當需要將電池放電時,更可透過反向電源動作,將電池DC電能回饋到AC電網,供周遭設備使用。此轉換模式的工作原理與AC轉DC相反,是由電池或負載端回收直流能量,然後轉換為交流電後,直接饋回市電電網。回饋電網電流總諧波失真<3%,遠低於法規要求。

電源轉換效率高  降低損耗

值得一提的,BIC-2200的雙向電源轉效率高達93%,比起傳統上採用電阻器放電,能為客戶省下可觀的電費。

明緯為何能提高電源轉換效率?明緯集團研發中心研發長簡鵬輝說明,「我們採用了SiC-MOSFET,且用料較好,使用更多的銅材,加上散熱設計的優化,以及透過數位控制優化運作機制,因此能提高轉換效率,降低能源轉換時的損耗。」

SiC MOSFET(碳化矽金氧半場效電晶體)是新一代的電源切換元件,相較於以往的 Si MOSFET,採用碳化矽做為基材的SiC MOSFET,具有更高可靠性、更少熱管理問題等優點,不過,SiC MOSFET的價格也較矽基MOSFET的價格來得高。

BIC-2200的元件及材料成本較高,因此產品訂價也較高,雖然如此,明緯發布此新產品後,市場反應熱烈,從8月間至今已累積近700台的訂單數量,目前已交貨100餘台,「眾所周知,受到國際政經情勢影響,近期供應鏈並不順暢,影響我們的製造排程,我們目前正積極趕工中,希望能加快滿足客戶的需求,」蔡明志說。

各項特性傑出  大獲客戶青睞

BIC-2200大受歡迎,除了「2-in-1」的明顯好處之外,令人驚艷的效能,也是吸引眾多青睞的關鍵所在。

除了傑出的電源轉換效率之外,郭智銘提到,「在AC對DC與DC對AC雙向的轉換時,我們的產品能在極短的1ms內快速切換,除了能縮短製程時間,提高產線效率,電池測試設備亦可實現高速資料紀錄,廠商們非常滿意此一特性,」BIC-2200具備AC轉DC及DC轉AC兩種轉換功能,轉換功能的切換可藉由BIC-2200內部韌體自動偵測,或是外部手動控制方式來實現。

「目前市面上唯一的競爭產品,其切換時間約是BIC-2200的5至10倍,廠商非常喜歡快速切換的特性,」蔡明志補充說道。電池需求日趨增加,對於製程上可能出現拖慢生產速度的任何瓶頸,製造商無不希望「除之而後快」。

值得一提的,為使客戶能夠彈性地增加或減少負載量,BIC-2200系列最多可並聯5台輸出,總功率達到11,000W,如此不僅提升產線彈性,也能滿足不同量產規模的需求。

BIC-2200系列亦提供支援CAN Bus通訊協定的機型。CAN Bus是一種串列雙線式全雙工的通訊規格,可以允許網路上的多個設備直接互相通訊,「有了CAN Bus,廠商能夠透過遠端監控,更有效率地進行電源管理,也有利於智慧工廠的建置,」郭智銘說。

安規認證完善  滿足全球市場所需

為了滿足各國需求,並且提升使用上的安全性,BIC-2200系列擁有完整認證,除了通過CB/UL/TUV 62368法規予CE認證之外,其AC並聯電路設計亦符合IEC 62477法規。此外,包括孤島保護、AC異常保護、DC過電壓保護、過負載保護、短路保護及過溫度保護等,各種保護功能一應俱全,確保不致因單一設備出錯而影響整個生產流程。

除了應用於電池工廠產線,BIC-2200也適用於各種電池需要充放電以及電力回收的場合,例如電池研發測試設備、電池充放電模組、電能回收系統、儲能櫃系統等等,都是BIC-2200系列可發揮的舞台。

在企業節能減碳要求愈趨嚴苛的趨勢下,採用BIC-2200系列,不僅能降低建置、生產、維護成本,且有效降低耗電,甚至回饋電力,有利於企業達成淨零排放的終極目標。

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