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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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高安全性鋰電池 輕型車輛產業的綠色新契機

張育寧

在全球瀰漫的一股綠色風潮下,
憑藉在輕型車輛上的製造優勢,台灣有機會在商機無限的
輕型電動車市場搶得先機。在這場國際競爭賽中,
高安全性鋰電池模組系統技術,
是台灣廠商進入國際市場的最佳後盾。

夏 夜晚風輕拂的夜晚,身處在浪漫巴黎,你想用什麼方式和這個古老的文藝之城相遇?散步在塞納河畔,回味著華裔設計師貝聿銘在羅浮宮的玻璃金字塔建築設計意涵,一回頭,還來不及聞到咖啡香,就被香榭里舍大道上擁擠的汽車嗆得一頭一臉的廢氣。

如果汽車能夠不用汽油、不排廢氣該多好!

內燃引擎機動汽車過去一個多世紀以來,快速改變人類社會的運輸面貌,但繁忙交通造成的廢氣排放污染,卻也成為許多世界知名城市最頭痛的問題。隨著能源枯竭、石油價格不斷打破歷史紀錄,加上地球暖化帶來的氣候異常現象,尋找能夠保持內燃引擎汽車的便利性和安全性,同時又能夠解決能源消耗和空氣污染問題的次世代運輸解決方案,成為歐美國家近幾年最熱門的話題。

以巴黎為例,這個人口密集,又以觀光為主要經濟價值的城市,經過多年的摸索,以電池作為動能的次世代電動車,似乎已經成為巴黎市民面對這個問題的最終答案。

現任巴黎市長德拉諾埃(Bertrand Delanoë)從上任後就開始大力推動交通改革政策,由政府協助建立的單車出租服務,讓巴黎市民習慣以單車作為短程交通工具。如今,在德拉諾埃的主導下,電動車將逐漸取代汽機車,成為國際觀光客的下一個「巴黎印象」。

從輕型車輛技術優勢切入國際市場

當能源枯竭和地球暖化問題,從學術議題變成正在發生的國際巨變,發展省能技術,就成為國際車輛產業不可避免的趨勢。這幾年電動車相關技術專利,是許多國家重視的技術競爭場域。

工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組顧問楊模樺博士表示,「車輛產業已經從傳統的機械製造,慢慢轉型為節能環保產業的一環;這個轉換不只意味著一場技術革命,更意味一股新的市場商機正在慢慢醞釀。」

在電動汽車產業深耕超過十年,楊模樺不只長期投注在技術研發,對市場更有深刻觀察和體悟。環保議題發酵多年,歐洲在制度環境、市場接受度上,都已經準備好進入節能環保產業的新世代。面對強勢歐元和歐盟的強大經濟實力,如何找到台灣廠商的切入點,是工研院過去幾年來相當關注的焦點之一。

「電子業二十多年的專業代工生產模式,雖然帶動台灣在全球資訊產業鏈中不可動搖的地位,但產品世代轉換時間越來越短,我們不得不面對製程研發成本越來越高,毛利下降速度卻越來越快的問題。」楊模樺說,要走出這種零組件代工的產業瓶頸,台灣勢必得發展新的產業內容和不同的商業模式,「節能環保產業就是下一個舞台。我們的汽車研發和生產能力雖然比不上美、日,但是在自行車和機車領域,卻有相當優異的表現,這就是台灣切入節能環保車輛市場的最大優勢。」

1980年代後期開始,台灣輕型車輛漸漸從過去的低單價車種內銷市場,慢慢朝向高附加價值的品牌出口市場發展,同時也投入大量資金進行製造與設計研發,在國際輕型車輛市場占有重要地位。根據經濟部資料,台灣自行車產業2004年產值為15億美元,是當年全球第三位;同年機車產業產值25億美元,是全球第六大機車生產國。

「台灣輕型車輛產業的生產製造能力已經非常成熟,關鍵是在研發新世代電動車過程中,廠商需要一個能夠提供能源解決方案的技術支援團隊;同時產品研發完成後,如何在一開始進入國際市場時,就占據制訂標準的制高點。」楊模樺說,「這就是工研院所要扮演的角色。」

高安全性鋰電池產業—台灣的新契機

全球電動車產值到2010年至少可達到兩兆美元,而其中光是電池產值大約就有三千億美元
全球電動車產值到2010年至少可達到兩兆美元,而其中光是電池產值大約就有三千億美元

「能源技術發展的關鍵,在於系統可靠度和系統效率。」系統效率影響續航力,若系統效率不佳,每次充電後無法長時間駕駛,就降低電動車的便利性;而系統可靠度若不穩定,車輛行駛時會隱藏斷電安全隱憂,「車子開到一半突然沒電熄火,這是多麼可怕的事情。」

楊模樺表示,「不管是可靠度或系統效率,電動車商品化的核心問題在於電池組系統設計能否達到車輛系統的需求,包含電池性能必須維持高水準,同時能源管理系統也要維持高效率。」

過去傳統電動車多以鉛酸電池為主,不管是續航力和穩定度上,都無法達到與燃油車相同的水準,這也是電動車無法獲得市場認同的重要因素。「鋰電池具有體積小、重量輕、壽命長的優點,可以解決傳統鉛酸電池的續航力不足問題。」

提供完整的電源模組解決方案

「電動車的電池效能無法達到和燃油車一樣的水準,是電動車商品化最大的致命傷,由於電池材料研發和電動車機電系統設計兩者中間存在溝通缺口,在技術整合困境下,造成研發上的瓶頸。」楊模樺說,「這正是材化所過去十多年來累積的研發經驗和成果,所能夠補足之處。」

在國家能源科技研發發展計畫的支持之下,材化所整合跨機械、電子、資訊、材料與化學等領域人才,組織一個跨領域研發團隊,除了電池監控領域之外,同時更掌握上下游電池特性與車輛應用特性的專業知識。

過去十多年來,這個團隊持續執行多個電動車電池整合計畫,也多次參與業界電池組、混合動力機車等科技專案研發計畫,對於目前國內廠商跨足國際輕型電動車市場,可以快速提供符合實務需求的支援。

「從團隊過去的產品研發經驗來看,台灣廠商要切入國際市場,應該先解決電池供應鏈後端的電源模組開發問題,其中的關鍵技術核心,包含安全性、續航力、電池輕便性和充電維修便利性等問題。」楊模樺說,工研院的研發團隊已經具備相當完善的技術整合能力。

「首先,在材料選擇上,我們可以協助廠商依據產品特性和市場需求,選擇最佳材料。」楊模樺舉例,「其次在安全監控方面,電動車電源系統要維持穩定性,必須擁有完善的供電監控機制,例如殘電量顯示、電池溫度監控等都必須高度準確。如此之外,電動車的電池模組設計也要兼顧保護、防漏電,以及電池輕便性的問題。」

技術整合、國際接軌雙頭並進

長遠來看,節能環保的國際趨勢不會改變,電動車產業在這股綠色風潮之下,就像一個初長成的少年一樣,還需要一段時間的成長和蛻變,才能走向成熟。

「節能環保產業的發展,必須依賴國家政策的支持和推動,因為這是社會價值和集體習慣的革命過程。」除了歐洲市場逐漸走向成熟之外,許多新興地區例如中國等,也都開始嘗試推行電動車市場。楊模樺強調,「不同市場對於產品的等級要求會不同,但他們都將是台灣未來發展輕型電動車的目標市場之一。」

雖然市場潛能可觀,但要走的路還很長。推動輕型電動車必須解決的關鍵問題,除了產品研發之外,建立國際共通的產品規格標準,例如次系統介面溝通標準、電池安全認證標準,以及能源補充服務模式等,也都是目前台灣廠商進入這個新興綠色產業時,必須考量的問題。

「這幾年工研院投入資源,參與電動車產業國際標準規格的相關制訂組織和活動,」楊模樺說,「台灣廠商擁有在國際市場上的競爭優勢,只要做好技術整合和國際市場接軌,我們相信輕型電動車將有機會成為台灣下一個聞名國際重要產業之一。」



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