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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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搶搭鋰電池產業列車 電池安全才是王道

文 魏茂國

若是在平日上下班顛峰時間,站在車水馬龍的交通要道旁,大概很少人能忍受不斷傳來的車輛排氣與聲浪。雖然在二十世紀時,人類歷經多次石油危機,但直到近期在環保節能、排碳污染、能源價格等議題交錯綜合之下,對於能源的利用才有了更正面的態度及做法。

以汽車的發明問世,至今不過一百多年,人類也藉此享受到互相往來與互通有無的便利。但能源意識的抬頭,讓人無法再忽視石油對環境所帶來的衝擊;也因此在運輸工具的改進上,電動車的興起提供了一項重要的解決之道,利用電能來驅動車輛,同時還可減少廢氣與噪音,對淨化環境有絕對的幫助。

於是乎,假如在路上奔跑的大大小小車輛,都能變成電動車,那該會是個多麼美好的情境?

各國相繼投入,爭取產業先機

有趣的是,上世紀每當石油危機出現時,電動車就有如曇花一現,一時之間成為大家關注的焦點,並在新的油源發現後銷聲匿跡。但在民眾認知的提升與相關科技的演進下,如今電動車已成了不可不為的技術與產業,無論是國內外政府與產業,都全力投入這塊「美好的未來」。

2009年8月,美國政府宣布將提撥24億美元,補助獎勵研發環保汽車與相關電池,其中有15億美元將提供給車用電池製造商;日本政府規劃於2020年前,電動車年銷售須達80萬輛,並將加強研發充電設備與電池技術;德國則是要在2020年前,達到讓100萬輛電動車上路的目標,並以5億歐元投入電動車研發,其中鋰電池部分為5,900萬歐元;臨近的中國也計畫自2012年起,每年要生產約100萬輛電動車,並提供車廠與消費者優渥的補助;英國更喊出2020年要達到的電動車與油電混合車100%的銷售。

電動車的快速發展,勢將帶動電池產業的蓬勃。根據日本野村綜合研究所的估計,2015年電動車電池的市場規模,將高達123億美元。在這股全球潮流中,我國政府也不落人後,陸續於2009年4月啟動「綠色能源產業旭升方案」,其中即規劃建構我國為亞太地區電動車輛主要生產基地,以及於2009年8月公布「電動機車產業發展推動計畫」,要在2009至2012年四年內推動可抽換式鋰電池電動機車達內銷16萬輛、外銷3.65萬輛,並提供經費補助購買輕型電動機車及小型輕型電動機車。

2010年4月,行政院再度通過「智慧電動車發展策略與行動方案」,包括七年內至少投入新台幣97億元,以示範運行、技術研發、推廣普及等方面,全力推動發展智慧電動車,預期在2016年達到內銷4.5萬輛、外銷1.5萬輛,未來三年並補助22億元推動3,000輛智慧電動車示範運行,且提供智慧電動車示範運行階段三年免徵貨物稅優惠,以及自2014年起補助消費者購買電動車。

此外,方案中還希望未來能藉由兩岸互補與行銷全球市場,於2030年達成全球前五大智慧電動車輸出國,並創造外銷100萬輛、總銷量達到120萬輛的目標。這些計畫與宣示不只擘畫了電動車產業的未來路徑,提供產業的發展方向,業者們也期望在更明確的政策下,能落實並延續推動的力量,才能有效深耕建立產業,同時也在電池技術研發上領先全球。

以「安全」為關鍵,提升技術水準

如同台灣向來最拿手的製造生產技術,台灣的電池產業過去也多以OEM為主,在國際市場上的競爭力有限。不過,由工研院所創新研發的高安全性鋰電池材料STOBA,不僅榮獲2009年全球百大科技研發獎(R&D 100 Award),並於2010年4月邀集業者共同成立「高安全性STOBA鋰電池聯盟」,成為台灣電池產業提升轉型的契機。

「台灣要在電動車的產業鏈中占有重要位置,就一定要擁有其他人所沒有的。」工研院材化所副所長彭裕民表示,過去台灣在電池領域中,並沒有特別領先的技術,但在鋰電池普及使用的情況下,由工研院研發的STOBA技術,可為鋰電池創造更高的安全性,防止因過熱而爆炸,正是目前企業及市場所需的技術,也是台灣電池產業得以突破、創造區隔的一大關鍵。

在行動電話、筆記型電腦等3C產品上普遍使用的鋰電池,「安全」一直是廠商與使用者所關切的問題;STOBA技術獲獎後,也成為許多國際3C企業或鋰電池廠關注的焦點,甚至展現高度的興趣。因此,若是可以守住「高安全性鋰電池」的核心,並建立技術與生產基地,還有機會可與國外廠商合作,進軍國際市場,壯大台灣電池產業競爭力。

另一方面,由於電動車是個新興的領域,電動車所採用的儲能系統也是如此,在全球尚未出現真正具有優勢的國家或企業之時,高安全性鋰電池將可成為擴展台灣在電動車產業中的一項獨特訴求。彭裕民表示,從3C產品跨越電動車,使用的都是鋰電池,僅在規格上有所差異,如果可以加總,就可創造經濟規模;因此以電池而言,就是「希望能將安全標準提升至全球最高」,成為主導電池安全發展的角色。

更嚴格的標準與更好的安全表現,能吸引國外廠商與國內業者結盟合作,工研院與聯盟的廠商也積極地推廣STOBA技術。彭裕民認為,雖然目前STOBA技術仍以較成熟的手機及筆記型電腦的導入會比較快,電動汽車使用的部份則還在發展之中,需要更多時間來完成,但STOBA技術已證明了其安全性;反而若是以台灣原本在機車與腳踏車產業所具備的優質能力,先行導入電動機車與電動腳踏車則有更高的機會,並創造台灣電池產業的利基。

整合價值鏈,開發群聚效應

在安全性的提升之外,國內電池產業面對電動車市場的另一項重大課題,就是「整合」。以電池產業的供應鏈,從上游的材料與設備製造、中游的電池生產、以及中下游的模組與終端產品等,台灣的產業分布較為分散,因此更需要整合性的工作。「高安全性STOBA鋰電池聯盟」正是業界整合的媒介之一,包括能元、有量、威力、興能、精極、動能等電池廠,以及達振、新普、順達等模組廠,還有光陽、三陽、益通、華創等車廠,都是聯盟的成員,也形成完整的價值結合。

達振能源公司總經理楊模樺表示,過去的電池可能因為安全的理由,而在性能上有所犧牲;如果有了STOBA等更安全的技術可以導入產業,串連供應鏈的廠商採用,並在減少性能犧牲的情形下維持電池的安全性,就會成為產業的新價值。從技術的層面來看,彭裕民指出,以全球電動車的發展狀況,應該採取「車隊運行」的方法,也就是將相關的技術整合至車輛上實際運作,並在運作過程中建構相關的基礎建設,成為一個試驗場,不斷地試驗、磨合、解決問題,以找出最佳的組合與運行方式。

 尤其在「高度介面整合」上,正是工研院努力的方向。透過經濟部技術處「下世代儲電元件與系統技術開發」計畫,工研院將材化所的電池、機械所的電動車,以及各業者與廠商的使用操作能力等,整合於同一個平台上,協調對新技術的不同看法,而不是個別發展、缺乏連結,進而使電動車的運作更為順暢、更接近市場,這也會讓車廠願意與國內業者進行更深入的合作、選擇使用國內的產品。

不過,能元科技營業處副總經理佘家棟提醒,業界的整合並不容易,原因在於各家廠商的發展時程不同,如果不能相互配合、獲得所需的技術,就只能往國外尋求。彭裕民說,過去台灣的產業發展,很少能朝向整體系統來發展,但價值最高的部分,有時並不在於產品本身,可能是在經過設計提升價值的後端,這就要靠介面整合來發掘出來,也是過去台灣比較弱勢的一環。

像是在電池的安全上,從設計、製造、使用、維修與檢測等方面,都需要高度的整合,以找出彼此間最好的搭配;例如電池如何能在快充的模式下,也不會影響安全及品質。接下來,當電池應用在電動車上時,如何能與電動車的機構配合一致,同樣也是進入電動車產業時的整合重點。

「高度介面整合是邁向高質化產業、高價值鏈的必經過程。」彭裕民並強調,過去國內電池業者將產品送至國外客戶後,很少能獲得技術回饋的資訊;現在國內業者可以透過整合,得到更完整的數據,以了解產品的優缺點並改進,因此「很珍惜、也很高興有這樣的實驗平台,」他說。

走出台灣,爭取世界市場

有了技術與產品後,便需要市場銷量的支撐。然而台灣市場規模小,爭取更多的海外市場,就成了國內業者們勢在必行的策略,甚至已是許多業者目前的營運主力。而且以目前全球電動車產業的現況,參與競爭的已不只有傳統的車廠;由於電動車的技術與傳統車輛不同,因此更吸引了新業者的加入,而不同國家的經濟發展階段,也影響著策略的布局。

一般估計電動汽車的電能儲存系統,約占整車成本的二分之一,國內的電池產業相關業者,自不想放過這龐大的商機;但一方面得要面對國際電池大廠的壓力,同時在中國已成為全球最大單一汽車市場,並相信是未來全球電動車最大市場的態勢下,對岸的電動車相關產業發展也相當迅速,成為不可輕忽的崛起力量。

中國之所以在電動車的發展中受到矚目,除了因幅員廣大、擁有大家所覬覦的廣大內需市場外,還有的就是中國政府的大力支援,比克、力神等電池廠,都獲得極大的資助。以往在傳統的汽車發展上,中國已落後先進國家許多,但是在電動車領域卻有難得機會可以一舉超越,於是中國政府自然全力推動,當地電池業者的企圖心也不僅止於內需市場,成為台灣最重要的競爭者與壓力來源。

在中國已為全球最大的工廠與市場之時,彭裕民指出,儘管許多國家都在發展電動車或車用儲能系統,但總會有「要便宜的電池就要向中國買」的心態,可是卻又擔心安全性的問題,而這正是台灣創造差異化、取得中國市場的機會;目前即有不少台灣的電池模組廠,利用較先進的技術在中國與車廠進行合作。

「中國是最可怕的對手!」佘家棟表示,電池產業是資金與技術密集的產業,現階段台灣在電池生產技術與品質管控上雖仍領先中國,但中國的追趕速度快,台灣僅約剩下兩年的時間搶占市場;因此與工研院在STOBA技術上的合作,進一步提升電池的安全性,希望藉此拉大與競爭者之間的距離,利用更好的產品爭取客戶認同。

楊模樺則從現有技術分析,目前包括台灣等各國發展電動車,多數是「由奢入儉」,是為了環保的理由,從原先性能較好的車輛轉為使用電動車。但相對於中國在經濟改革後,卻是「由儉入奢」,以往只能用雙腳踩騎腳踏車的民眾,現在因所得提高,有能力購買電動腳踏車,是一種經濟成長的需求表現,也因此當地的電動腳踏車數量增加快速;雖然在電池品質上不若台灣,但未來從「量變」走向「質變」的時候,就會是台灣的機會。

建設配套措施,創造便民環境

以台灣推動電動車的政策及規劃,彭裕民認為已較過去來得明確,但還需要和產業凝聚更多的信心與決心,提出更遠程的發展藍圖,供業者與民眾依循;因為像電動車這樣的新技術與新產業,且需要環境的建構,在全球看來都需要政府的支持,才能有效地延續推動的力量。

楊模樺更直指,目前的能源市場不是自由市場的競爭,有政策的大幅介入與推動,但未來終究要回歸到自由市場機制;大家應該要以「革命」的角度來看待電動車的發展,而不是「取代」的觀念,用新創的產品去取代原有的產品。不過也由於電動車的產業風險高,許多業者既不敢不投入發展,卻又不敢身先士卒,沒辦法用過去累積經驗來預測;因而更要認清自己的優勢在哪裡,衡量自己能做些什麼,才是比較務實的做法。

歸納種種因素後,電動機車與電動腳踏車,是目前最適合台灣發展的項目。佘家棟表示,在台灣很少人每天需要上百公里的移動,大多數只是短距離的通勤而已,使用電動車更能減少噪音、空污等問題;不過在政府法規、基礎建設、使用習慣、產品價格等因素上,都還需要有更多的配套措施與誘因,才能讓消費者願意購買使用,這樣的市場也才會大。

對於民眾而言,政府要能協助做到「方便」,才可促使消費者接受電動車。過去政府推行電動機車雖有熱情,但技術尚未到位,也還未有油價、環保等議題;而在今日節能減碳趨勢的推波助瀾下,也還需要更多的商業創意和政策導引,例如廣設充電站,使民眾認為使用電動車是一件很方便又省錢的事,並對環境有所幫助,才能厚實產業的發展,美好的生活情境也才會實現。



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