【電動車電池再利用】
#EV電池用來電網級儲能 #傳統車廠動起來
電動車（EV）內的鋰離子電池使用壽命約為八年，在電池失去20%的容量後就需進行更換，代表這些退役的EV電池仍有80%容量可以使用，若安裝於電網等級的儲能設備做循環利用，能降低相關產業的成本與碳排。雖然目前尚未獲得市場的大量關注，#但麥肯錫公司與麻省理工學院的新研究認為，隨著EV產業規模的擴充與新創公司的投入，這項應用是有經濟效益的。

▉主流車廠的目光
首先，MIT的研究表明，二次利用電池（second-life battery，以下簡稱二次電池）的商業化仍有些挑戰需要克服：技術面來看，從EV卸下的鋰離子電池若要重複使用，需進行大量測試和升級，以確保電池在新環境中的性能穩定；還需搭配經濟誘因，即穩定的電池供應、電池需求與資本，初生的二次電池市場才能取得成功。隨著EV市場規模擴大，主流車廠的電池研發部門也慢慢找到門路，例如：

1⃣通用汽車（GM）替新一代鋰離子動力電池組「Ultium」建立了循環供應鏈，將電池第二生命周期的應用納入Ultium電池組的設計裡。

2⃣日產汽車（Nissan）是2015年第一批在電網級儲能設備（連接電網的太陽能發電廠）中試用二次EV電池的車廠之一。過去電動車廠進行固定式儲能業務最知名的公司是Tesla，但其儲能設備使用的都是新電池，而非二次電池。

3⃣BMW也在2015年與太平洋瓦斯電力公司（PG&E）合作，進行18個月的供需測試，簡單來說，PG&E透過互連網向BMW送出將電網降載的信號，BMW會選擇若干EV停止充電，等降載結束，車輛再繼續充電。BMW也提供二次電池給PG&E做電網級太陽能的儲能利用。

4⃣德國的戴姆勒（Daimler AG）在2015年宣布，計劃在德國呂嫩市（Lunen）與一家回收公司共同建造13Mwh的二次電池存儲能裝置。戴姆勒的子公司Mercedes-Benz Energy去年則與中國最大EV製造商的北京電動汽車合作，興建了一個以退役EV電池建構的儲能系統。

5⃣美國電動卡車新創商Rivian與加州電動巴士製造商Proterra沒有直接涉足儲能，但從初始設計就讓EV電池易於報廢，使二次利用變得容易，也就是一種從源頭著手的循環經濟模式。

▉兩份報告的經濟效益研究
EV製造商並不是唯一關注二次電池的公司，越來越多的項目開發商（project developer）也開始利用二次電池的儲能功能來降低電網級儲能設備的成本。相較於早期用於家庭住宅等小型離網儲能設施，二次電池似乎已邁向一塊新大陸，準備用在連結電網的儲能系統上。

MIT研究員Ian Mathews 在《Applied Energy》期刊上發表的研究以及其他五位MIT同事得出的結論是：以電網級的太陽能備用儲能裝置，作為鋰離子電池第二生命週期的應用是有利潤的，由於角色並不吃重（備用），使用壽命可達十年或更長。

MIT的研究結果，是基於對一個「假想中」的2.5MW電網級太陽能電廠進行的嚴格模擬，假設該電場位於加州，考量下面三種情形：1. 只蓋電場、2.蓋電場 + 新電池做為儲能設備、3.蓋電場 + 以80%容量二次電池做為儲能設備。研究結果發現，若以新電池做為儲能設備（選項2）無法產生利潤，#可是若二次電池低於原始電池價格的60%，搭配良好的管理系統，二次電池與2.5MW太陽能項目的結合，就會是一項有利可圖的投資。

另一個來自麥肯錫公司的獨立研究則發現，到2020年代中期，#二次電池可比新電池減少30%到70%的成本；且到2030年，二次電池的年度供應量可望超過一億度，可滿足該年度全球儲能預測需求的一半。但麥肯錫和MIT的研究均指出，需解決若干技術面的挑戰，才能成功釋放二次電池的供應量，例如將不同型號EV的電池，統合到同一個儲存系統中，目前還有一些障礙要克服。

▉新創公司蓄勢待發
為了推動該領域的發展，總部位於加州的幾間新創公司RePurpose Energy、Smartville Energy和ReJoule分別從加州能源委員會電力投資計劃（EPIC）獲得200萬至300萬美元的補助，它們的使命是使EV電池能重複利用於低成本、永續的太陽能儲能系統中。

★RePurpose：快速體檢與安全性
這間誕生於加州大學戴維斯分校、由Jae Wan Park教授領導的新創，把重點放在準確、迅速地拆卸大部分由Nissan出產的EV電池，然後使用新的控制原件重新組裝。

根據RePurpose的計算，只要更換鋰電池組（battery）中退化最嚴重的電池芯（cell），二次電池可在電動車以外重複使用長達12年，但首先必須在系統中找到損壞的cell。RePurpose開發出可在約一分鐘內跑完檢測電池退化程度的方法，傳統的測試過程需要一整天。

另外，#安全性是影響投資二次電池產業的最大障礙之一。RePurpose開發了一種「非破壞性滅火系統」，可以偵測到即將發生故障的電池組，然後防止該電池過熱，過程不會損壞任何電子組件。減輕投資者的風險總是可以增加投資意願。

★Smartville：翻新不同型號電池的挑戰
Smartville不像RePurpose和產業的其他玩家一樣選擇加快電池測試過程，其專門設計的電源轉換器為保持電池系統的健康，反而放慢測試速度。由於電池的「健康檢查」需要在幾週內多次對電池進行充電放電，因此還可從測試過程獲得銷售電力服務的額外收入。此外，公司的控制原件與電力設計可以將來自不同車輛、不同品牌、不同型號的所有EV電池，連同電力耦合（power-coupling）格式全部整合到同一種模組設計中，再透過調節過程提高各別電池的均一化程度，因此解決EV電池組型號眾多的困境，這項技術對產業能否規模化而言非常重要。。

★ReJoule：從源頭下手
ReJoule採用一種技術，讓電池的第二生命在它仍於電動車中就已佈線。透過在新電池上安裝ReJoule的技術，可以優化電池系統的生命週期，使之壽命更長。一旦電池管理系統被植入電動車中，就可以即時（real-time）衡量電池的健康狀況，使電池從第一生命週期（EV）過渡到第二生命週期（儲能）的程序精簡許多，因為不需要額外的測試，也不需要將電池從EV中取出，再運送到特定的測試中心，測試完成後再將電池運輸到第二次使用的環境，過渡程序可以更順暢，達成產業的流線化。

因為電池所需礦物原料的開採、精煉，以及電池的模組化與製程，都需大量耗能，若能通過二次使用的電池緩解新電池的市場需求，就可以減排大量溫室氣體以及舒緩稀有礦產的需求。

▉資料來源
MIT報告（摘要）：https://reurl.cc/1xV3q8
麥肯錫公司報告（摘要）：https://reurl.cc/lVWgA9
新聞報導：https://reurl.cc/7X87mD、https://reurl.cc/pdNrAZ

圖片改自
Capgemini

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#物聯網IoT #系統單晶片SoC #電源設計 #能源緩衝
#無線量測匯流排wM-Bus #全球行動通訊系統GSM

【能源緩衝，延長無線感測工作壽命】

物聯網 (IoT) 因分佈區域廣且感測器節點位置不受限，加上為符合成本效益，須盡可能延長運作時間、降低維護頻率與成本，對開發人員是一大挑戰。此外，若以射頻長途傳輸感測資料，會導致系統功率更加複雜——無線感測節點除了降低平均功耗，偶爾也須為傳輸資料提供高峰值電流，這也是它不夠普及的原因。

以功率角度而言，須結合感測系統的最低靜態電流，以及功率擴大器的高功率效能；另一方面，內部線路須降低電流用量，以延長電池電力。因此，挑選耐用材質與元件以及高效的裝置和功率架構十分重要，而系統單晶片 (SoC) 若搭配超低功率降壓轉換器、降低供應電壓，可進一步減少電流用量。

無線傳輸的峰值功率除了低 IQ 之外，感測器須將蒐集或處理後的資料傳至基地台；例如，公寓大樓的智慧瓦斯感測器就常使用地方資料集中器。資料傳輸所需能源多寡，取決於距離及射頻協定，常見標準為無線量測匯流排 (wM-Bus) 或全球行動通訊系統 (GSM)。為滿足上述脈衝負載型運作，需有新式電源管理思維。

由於電池無法提供所需電流，勢必得在無線電未運作時儲存能源，讓電池的負載峰值耦合，才能在運作時使用；而儲存電容因為能源密度高、電容大，是絕佳的緩衝能源媒介。使用切換式電源供應器 (SMPS) 時，電容可藉由電池以外的各種電壓充電 (即便在電流受限的運作情況亦可達成)，再定義電池的負載電流。

延伸閱讀：《物聯網長效期無線感測器需要超低功率架構》
http://www.compotechasia.com/a/ji___yo…/2016/0122/31028.html
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