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目前，電動車(EV)和油電混合電動車(HEV)的車用電池基本上是以一整個電池組的方式進行設計、開發與銷售，而一個車用電池組中通常包含好幾百顆單電池(cell)。這些單電池之間採用串聯的方式連接，而這可能導致一個麻煩的問題：整個電池再怎麼強大也強不過其弱點——如果其中一個單電池故障，整個電池組就毁了，必須整組更換。其基本原則是讓所有的單電池都一模一樣，而且能夠儲存相同的電量，同樣地，電池監測系統也適用於整個系統。

然而，實際的情況卻有所不同：因為每個單電池的實際容量可能因為製造容差而全然不同。儘管電池製造商透過徹底地篩選與搭配，試圖避免發生這種效應。然而，在此過程中，有許多單電池會被挑出來。其結果是：整個電池會變得更加昂貴。另一個問題是就算電池組中只有一個單電池損壞，也會影響到整部車子可能都不能動。在此情況下，就必須換掉整個電池。

Fraunhofer生產技術與自動化研究所(Fraunhofer IPA)的研究人員於是設計出一種替代途徑，可望解決這種不理想的情況。他們開發出一種模組化的電池系統，其中的每個單電池都可被單獨更換。然而，每個單電池都必須搭配一個自有的電池監測系統(BMS)——一款用於測量溫度與充電程度等有關參數微控制器。

因此，每個單電池都能清楚掌握各自的情況。透過電池之間存在的既有高電流連接，單電池能經由電力線通訊交換資料。這些微控制器也能與外部裝置(如電池系統控制器)進行通訊，並根據來自單電池的資料計算剩餘的電量。

當汽車採用目前的車用電池時，可能發生其中一個單電池故障時導致汽車整個停擺的情況，但Fraunhofer的設計卻能讓汽車在此情況下繼續行駛。這是因為其中一個故障的空電池只是停止作用，而且被另行隔離了，但電流將會被導向停用的單電池周圍。

Fraunhofer IPA研究小組經理Kai Pfeiffer表示，「根據單電池的品質不同，可以增加不同範圍的行駛續航力。在一個電池組的整個生命週期，這種效果將會變得更加重要。如果你試著讓老舊的電池組中停用幾個單電池，很可能就會發現車子竟然還能延長多達10%的續航力。」

由於單電池的容量較低，其實幾乎不影響汽車的續航力，但製造商不必預先篩選單電池，因而得以顯著節省成本。此外，單電池的容量還會隨時間演進而彼此相互適應。其原因在於：採用這種新的電池組後，儲存較少容量的單電池會先被停用。

單電池的性能越強大，使用時間就越長，但也更快老化，其容量也會持續降低。再者，當單電池發生故障時，就不必再把車子送進廠維修了。因為電池是由數百個單電池組成，只是其一個單電池故障再也無關緊要了。而如果車主仍決定要維修這個電池，也只需簡單的更換單獨的單電池即可，不必換掉整個電池。

研究人員已經成功地打造出一款電池組原型。下一步，他們將進一步縮小連接至單電池的電路。目標在於實現成本不到1歐元的監測系統。

編譯：Susan Hong

(參考原文：Interchangeable cells make traction batteries cheaper，by Christoph Hammerschmidt)

資料來源:電子工程專輯