鉛酸電池與鋰電池 — 探討

為何只監控，何不監控與管理兼具？

未來十年，隨著新的電池化學儲存材料和技術不斷演進與發展，緊急電力備援儲存領域將會是空前的振盪變化。

化學電池仍然是提供緊急瞬時電力的最可靠的唯一方案。

百年來，鉛酸電池技術的應用已經非常的成熟。但在2020年即將到來時刻，緊急電力備援儲存的材料選擇成為一重要課題，所討論的已經不是哪種鉛酸電池技術，而是哪種新的化學電池技術，但在這重要議題，面對著新的技術的確認與轉換的切入時間點，這多是需要多方面考量的問題。

接下來這幾年，可完全取代且應用於緊急電力備援的新電池材料技術成熟前，確實將會出現很有趣的一件事，因為很確信一點，需要給我們的老朋友鉛酸電池 (或可說是強勁的競爭者)，一個公平且更充分、更好的表現的機會空間。

本篇文章，探討一種與鉛酸電池技術有關但從未被重視、且連電池製造商也一樣忽略未採用的觀念，但這一觀念確在目前新的電池材料技術上應用非常廣泛(事實上它是一種非常重要觀念)。

我們會對鉛酸電池這麼熟悉、與應用這麼悠久，是因它擁有合理的成本、易於回收和相對穩定的鉛酸化學特性，在這所有一切已經成為更重要且完全被倚賴應用於瞬時緊急電力供應的運作。但在這個觀念未被重視下，現幾乎已經掩蓋了這些，越來越被認為鉛酸電池是一種高成本商品的主要因素。

就因為如此，大家就誤認為鉛酸電池它的使用壽命是非常短，且容易故障，所以常常需要花費大筆經費更換新的電池。往往這些被更換下來的電池，其真正使用壽命，卻只有短短幾年，約為電池設計使用年限的50%~60%，或是更短，就因為一個理由，確保沒有重大問題。

長久以來，演變成公認鉛酸電池是一種消耗商品，造成大量廢棄電池，嚴重污染影響整體環境。而確沒有試圖嘗試改善，善用鉛酸電池的優點，延長它的使用年限，減輕廢棄電池與降低污染。或許即將的未來，當新的化學材料電池，進入市場競爭時，可能將會喚醒廣大鉛酸電池行業(客戶和製造商)，開始考慮發展鉛酸電池的延長壽命技術，讓鉛酸電池於緊急電力備援儲存的領域保守競爭力。

有關電池的電子控制與管理技術，雖然目前普遍認為，僅新的化學材料電池才需應用得到。但事實上，長久以來鉛酸電池製造商一直是抱持懷疑與抵制這種技術，相對的，對於銷售近百年來，確沒有去思考著將此技術應用於鉛酸電池，且一直沒有此類似的觀念。

撰寫本篇文章的初衷，在於緊急電力應用的市場，長期以來一直倚重鉛酸電池的技術。當轉換新的電池材料技術取代現今使用的鉛酸電池的這段期間，我們試圖以一個真相可行性，一種客觀的實用性與及成本效益等做為選項，來探討『增進鉛酸電池的運作效率甚而延長它的使用壽命年限』的解決方案。

鉛酸電池使用規範，工作環境溫度應該保持在25°C與及維持在電池設計要求的浮充電壓狀態。但在某些的應用環境，在某些電池製造商，要求浮充電壓的精確度需在±1/100V範圍內。

這樣的條件，對於將單顆電池配予專用的穩定電壓充電機使用情境下，是很容易達成與維持。

然而，於實際應用，我們不可能只使用壹顆電池，而是使用很多顆電池串聯起來，且每單顆均為同一品牌、型號和批號來組成的電池組再搭配穩定電壓充電機，如此每顆電池浮充電壓，是無法精確的控制，這還牽涉到製造商與化學材料成份比重混合比例的差異，致使每顆電池的電壓不一致產生電壓差。

電池組就是由很多顆鉛酸電池串聯組成，在此情境下每單顆電池將會出現個別變化的兩個現象：

1) 過度充電
2) 充電不足

過度充電/充電不足這兩個基本現象往往是 VRLA 鉛酸電池主要故障的原因。雖然當新的電池組建置安裝時，通常過度充電/充電不足的現象是比較輕微極小，但電池組隨著時間持續持續著運作，原本輕微的過度充電/充電不足的現象將會逐漸加深演變成嚴重，在這樣的持續使用情況下將會無法避免故障根本原因：

1) 正柵極腐蝕
2) 晾乾
3) 硫酸化

如果改善或解決過度充電/充電不足造成故障的主要原因，故障的機率將會大大降低甚至於被排除。

這樣電池組減少了故障，將會增加了電池組使用效率：

1) 每單顆電池電量將能個別儲存飽和，促使整體電池組電量處於完全儲存飽和狀態。
2) 整體電池組使用壽命相對下將被延長。
3) 因為排除了過度充電現象，也就減少熱量產生，降低電解液被蒸發機會，如此VLA電池在此情況下就會減少需要加水的問題。
4) 當電池組也不會因為更換某顆新的電池，而影響到其他電池的充電問題。

個別電池浮充電壓是最主要關鍵，會影響到整個電池組儲存容量飽和程度。一個緊急電力備援電池組的運作性能如果希能符合電池製造商建議要求，就必需提供電池組浮充電流來維持，且這浮充電流是微量的，如此才可避免個別電池電壓因為補充需求產生〝相互補捨〞的現象，才可使電池組中每顆電池儲存容量均維持在飽和狀態，確保電池組在放電時能夠提供最大的電量釋放與防止電池組的〝滯留能量〞。

當串電壓要提高需求，鉛酸電池電池組勢必需更多的電池數量來串聯，但電池組的浮充電流不可能因而提升或產生額外的電流，仍然是維持微量浮充電流，如此狀況下更容易產生電池電壓彼此〝鎖定〞。『BACS® 電池管理系統』能有效與能力〝化解〞這種的問題現象，確保電池組的儲存容量完全飽和，且可安全穩定瞬時放電，也不會發生過度的應力或電池反向。