觀察2023年的產業重大趨勢，儲能系統是不可忽視的一塊版圖。在政策大力支持下，InfoLink預估，台灣的儲能市場規模將在2023年開始顯著成長，累積的經濟規模可能超過新台幣100億元。同時預期再生能源在2026~2030年間進入成長爆發期，儲能的累積規模可望從3GWh 成長至20GWh，且經濟規模在2023年上看新台幣2,000億元。電池作為儲能系統的核心，便成為台灣廠商在2023年積極布局的領域，電池研發與測試等廠商紛紛投入儲能電池的生產與測試，搶攻儲能電池商機。

為了確保儲能電池的安全性與效能，電池測試廠商提供高電壓的測試方案與相關的安全規範。同時台廠憑藉氧化物材料研究的優勢，開發軟包鈦酸鋰電池，有效強化鋰電池的穩定性。

台廠搶攻儲能商機

在電池研發與生產方面，大型集團以台泥與台塑為首積極建造電池廠，搶攻儲能鋰電池商機。台泥集團創立能元科技，能元科技旗下高雄的三元能源科技電池廠，將在2023年啟用，預期產能為1.8GWh。台塑則在2022年7月成立台塑新智能，投資160億在彰濱工業區設置5GWh的磷酸鋰鐵電池芯廠。第一階段預計投資60億元，設置規模2.1GWh的磷酸鋰鐵電池芯廠，預計2024年投入量產；第二階段則預計投資100億元，設置規模2.9GWh的磷酸鋰鐵電池芯廠。新創電池廠格斯科技則研發鈦酸鋰電池及軟包技術，布局國內外的儲能與電動車市場，並在中壢建立電池廠，預計產能為1GWh。

致茂電子(Chroma)資深產品專員劉威志(圖1)分析，台灣的儲能市場有三大商機， 一是輔助台電的電力供應，作為電力備載。其次，智慧電網的發展，包括風能、光能、電能等綠能設施，與市電對接便需要搭配相應的儲電系統。第三，政策推動企業發展儲能。政府為了達成2025年再生能源的比例達到20%的目標，要求用電大戶企業需要依照政策要求，建立一定比例的綠電來源。用電大戶達到綠電比例規範有四種做法，包含設置再生能源設備、儲能設備、購買碳權或者繳納代金。上述做法中，建立儲能系統對企業而言，是效益較高的選擇。因為儲能系統的建置成本較其他作法低，且利用率高。例如，如果半導體大廠建立儲電系統，該系統可以用於穩定廠區的機台供電品質，廠商也能符合法規要求，達到一舉兩得的效果。因此可見建置儲能系統，是業界廠商具有高度投資意願的項目。

 

圖1　Chroma資深產品專員劉威志

儲能電池安全重在損害可控

建置儲能系統的重要技術基礎之一，就是電池安全性。儲能鋰電池須要通過相關的測試及安全規範，同時也能透過新材料、技術的研發，達到更嚴謹的安全性與更好的效能表現。設計儲能與電動車鋰電池安全機制的角度不同，劉威志指出，電動車電池使用情境與人身安全高度相關，須要通過嚴格的車規認證。儲能電池的安全重點則聚焦於控制異常狀況的發生頻率，以及控制意外發生的範圍。大型的儲能設備通常設置在遠離人煙的地區，設備內部會大量串聯及並聯多顆電池。因此儲能電池的安全防護重點，在於控制風險意外發生的頻率及範圍。電池管理系統(BMS)可偵測電池是否有異常，針對異常狀況執行早期的偵與阻斷。而考慮到單一電池可能不慎起火，電池的結構設計會著重透過結構避免火勢延伸，盡可能減少損失。

電池測試方面，應用在電動車及儲能系統中的鋰電池，最大的特性在於直流電壓。Chroma電池專案部經理楊舜博(圖2)說明，目前市場上多數電動車採用450~800V的電池系統，而過去幾年儲能系統以900V的系統為主，近期則發展1200V的系統儲能廠商將1500V電池系統納入產品藍圖。因此電池測試設備廠商推出相應的直流高壓測試方案，協助儲能廠商在實驗室及產線上，進行完整的電池充放電測試。

 

圖2　Chroma電池專案部經理楊舜博

UL 9540確保系統安全

儲能電池的安全規範可參考UL 9540及UL 9540A，UL Solutions能源暨工業自動化事業部工程經理翁文俊(圖3)提及，UL 9540就是針對整個儲能系統的安全規範，測試系統的電氣、物理、環境等面向測試。除了系統相關的測試，建置儲能系統還需要考量消防規畫，才能確保當儲能設備發生起火意外，整體的災害維持在消防可控的範圍內。以NFPA 855為例，該規範便是要求儲能系統除了符合UL 9540測試， 也需要依照場域設定總電量的上限，確保系統配置符合消防處理的策略。

 

圖3　UL Solutions能源暨工業自動化事業部工程經理翁文俊

UL 9540A規範聚焦於當儲能櫃遭遇起火燃燒的情況時，是否能防止災害擴散。UL 9540A實際測試儲能櫃在熱失控的環境下，是否會起火燃燒？若是起火燃燒，是否會產生氣體或者其他危險因素？實驗室在實際測試中蒐集數據，將數據做為消防策略規畫的依據。此規範與多數的電池安全規範不同，產品在測試過程中起火並不一定代表失效，例如即便產品起火燃燒，但是並未產生其他氣體，就有可能通過測試。

UL Solutions全球研發技術總監王凱魯博士(圖4)進一步說明，從安全性分析儲能電池，儲能電池的瓶頸之一是壽命。儲能系統裡面通常使用上千顆電芯，長期使用之下，電芯壽命的差異可能越來越大。BMS的設計須要控制電芯充放電一致，來達到電芯壽命一致的目的。同時BMS設計也能採用類似預測維護的模式，透過監控及早得知部分電芯的壽命問題，以執行必要的調整，藉此確保系統內不會出現少數電芯損壞而難以維修的窘境。

 

圖4　UL Solutions全球研發技術總監王凱魯博士

氧化物負極打造高穩定鋰電池

電池材料研發是提高鋰電池效能、壽命與安全性的重要方向，格斯科技董事長張忠傑(圖5)說明，格斯研發的鈦酸鋰電池外包裝採用鋁鉑製成的軟包裝材料，相較方形或圓柱形外觀的硬殼電池，軟包電池的外包裝保有彈性與韌性，不會因為擠壓而破裂。採用軟包鈦酸鋰電芯的電池模組，相較一般的鋰電池模組，具有更高的穩定性及壽命。因為此鈦酸鋰電池模組的設計透過大面積的電芯極板堆疊形成較大的截面積，可有效降低電池的內阻，進而達到降低發熱量的目的。

 

圖5　格斯科技董事長張忠傑

負極材料方面，鈦酸鋰電池採用氧化物取代石墨，透過不同的結構特性來優化鋰電池的運作。張忠傑解釋，石墨負極是層板結構，當鋰離子在充放電的過程中移動到負極，容易相互結合後沉積在負極。當電解液中流動的鋰離子減少，不只會導致電池效能下降，沉積在負極的鋰離子還會形成枝晶，刺穿隔離膜造成安全問題。而氧化物負極結構呈現格子狀，鋰離子在負極時相互隔絕，不容易結合導致沉積，在充放電過程中可以順暢流動。因此氧化物負極的鈦酸鋰電池在研究中，證實充放電三十萬次後還能使用。

淨零碳排的目標與儲能設備需求開拓鋰電池新藍海，電池測試與安全認證廠商已及早布局市場，提出符合儲能系統需求的測試方案，同時透過安規確保儲能場域與系統運作安全。台灣廠商積極新建電池廠，也開發新興電池材料研究，期望搶攻儲能商機。