UL电池科技峰会从技术、安全、应用探究储能系统

众所皆知，近年能源及电力产业发展议题，始终备受各界关注，产业界也积极寻找下一个最具市场涵量的技术与应用；伴随绿色能源、新型电动交通工具、运输及智能建物等等诸多应用的带动，「电池储能」已跃为焦点，称得上是高度吸睛的明日之星。

此时此刻，电池储能仍处于快速变革的时期，究竟孰为赢家或输家，尚在未定之天，显见此议题蕴含许多亟待探索与开发的空间。为此向来致力推展安全科学、期以驱动未来性产业跃进的UL(Underwriters Laboratories)，着眼于「台湾创新、紮实研发」愿景，偕同台湾电池协会、DIGITMES，在日前举办「2018电池科技峰会」。

UL希冀藉由各领域专家的精辟分享，从市场发展、技术演进、基础工程与智能应用等不同角度切入，深度探究电池储能议题，同时也特别安排一场「储能系统新视野—从技术、安全、再生、管理、应用、供应链谈储能商机」高峰座谈，藉由专业媒体人带领协会代表、产业先进及技术专家，进行深度对谈，向与会者抛出储能系统新思维。

锂电池创新应用，以安全性为依归

UL全球研发技术总监暨UL机构荣誉理事王凯鲁致词表示，能源议题牵动经济发展，在绿能当道前提下，储能系统成为当前产业与政府解决电力问题的一大关键。伴随并网型储能系统带动，促使再生能源产业对锂离子电池技术的需求攀升，另外加上锂离子电池持续降价效应，影响所及，锂电池储能系统的前景益发看俏。

根据Research and Markets的2018年最新报告显示，2017年全球锂电池市场产值为298.6亿美元，预期到2026年可望增至1393.6亿美元，成长幅度达366.7%，火热程度可见一斑。

尽管锂电池蕴含许多创新应用价值，但不可否认，后续能否稳定发展的关键，势必维系在安全性。有监于此，UL针对锂电池的各种应用，陆续推出新的安全标准，综观这些标准内含的重要元素，首先在必须兼顾电池与系统安全性，其次应建立功能性安全(Functional Safety)机制，再者则透过反向思考，提出失效后的应对防护措施，以优化电池系统设计。

王凯鲁重申，UL期望「2018电池科技峰会」带动跨界交流，分享电池储能的发展趋势，并为台湾业者指引可能的切入商机。

台湾电池协会理事长李桐进指出，论及储能发展，目前全球皆处于启动阶段；以台湾而论，现今发展途径包括能源局前瞻计划示范推广、台湾电力公司示范运行，及社区型储存的推广。

李桐进强调，欲促进储能大步发展，「标准」绝对是必要关键，而标准的推广重点有三，一是产业标准，近两年台湾电池协会举办多场会议，其用意便是催生产业标准，并与全国认证基金会(TAF)合力进行研究，判断哪些机构有能力提供相关检验服务；二是储能利用，可考虑将储能列入再生能源法规中；三是政策推广，建议政府可善用补助及奖励，鼓舞台湾产业结合太阳能板与储能，发展为完整系统，增强竞逐世界盃的实力。

此外循环经济的推广，亦是牵动储能发展的关键之一，相关的推动重点，首先在于未来汽车、摩托车等电池的梯次利用及回收体系统之推广，其次在于材料再利用、电池组租赁、绿色能源管理、碳足迹的足迹等等新商业模式的建立。

立足安全核心，提升能量密度与循环寿命

工研院产业科技国际策略发展所(IEK Consulting)研究员林幸慧，以「能源新星—锂电池储能的市场观测」为题发表演说。她指出，全球锂电池市场呈现稳定成长态势，2017年整体市场规模达136 GWh，年增率为31%，其中车用锂电池为成长之最。

电动车厂对于电池性能的要求(含能量密度、充电速度、循环寿命)日益提升，其中能量密度锂电池驱使电池材料趋向高克电容量、高工作电压等方向发展，现以高能量密度NCM(三元)为主的正极材料，未来逐步使用高镍化、高锂化等高克电容量材料，负极材料则导入矽负极材料。

惟因2018年意外事件不断爆发，使各国政府与产业更加重视锂电池安全性与相关消防措施，举凡提高材料热稳定性、确保BMS(电池管理系统)功能性正常、有效防止延烧及产品安全性测试，皆成为各界关注焦点。总体来说，针对储能电池，应以安全为核心，透过材料、机械结构、设备等全方位把关，再立足于安全基石，接续寻求能量密度、使用寿命或高低温性能的提升。

对的材料与电池设计，必能产生对的应用

德国EnergyBus协会主席杨模桦阐述「电池技术的改造运动」，他表示今后再生能源装置总容量愈趋攀升，某些区域的再生能源占比多达30%以上，这些区域如何维持能源系统品质与有效利用性，将是重要课题；欲强化品质与效率，关键就在储能系统及能源管理技术。

每当探讨储能系统，多数人第一个想到的都是锂离子电池。杨模桦说，不管谈到锂电池的正极、负极、电解液与隔离膜，每个区域皆有诸多材料选项，而每项材料带来的变化，皆可能对整体系统产生复杂影响，他认为不同材料彼此间并无绝对的好坏，端看设计者能否针对众多材料的排列组合，做到优化调控，以期在功率／动力(Power)、能量(Energy)、安全性(Safety)、使用寿命(Service life)及成本(Cost)等五大指标之间实现最佳平衡，终至满足应用端之需求。

展望今后值得关注的趋势，包括已在3.5 Ah达到瓶颈的18650圆柱形锂电池，可望完成动力电池的初期应用阶段使命，后续由21700电池接棒，单体容量可达到5.0~5.5 Ah，满足更高能量密度要求；随着电池尺寸的扩大，势将融入更多基于安全性、可靠度的设计，譬如三星针对储能开发的锂电池中加入Fuse，就是明显之例。

估计在可预见的1~5年内，锂电池的正极材料仍将持续提高镍含量，矽负极材料的使用比重亦不断提高，预估在5~15年后，也许可见到固态电池、锂硫电池或锂空气电池的崛起。但无论演变态势为何，「对的材料」加上「对的电池设计」，依旧是孕育「对的应用」的致胜方程序。

系统失效模式，应是被「设计」出来的

接下来的数场议程，由王凯鲁领衔，偕同多位UL内部专家接力演说。王凯鲁分享的主题为「锂电池安全应用与标准的新思维」，他强调锂电池的原罪在于热失控问题，系因多数材料在高温下容易分解，故而触发热生成、放热反应、加速反应等循环，终至起火燃烧。

因此人们应认清现实，了解锂电池有一定的安全风险，要懂得如何要求电池的安全性，一方面从品质着手，降低电池出问题的机率，二方面需要从电芯设计出发，降低电池失效的严重性；不仅如此，应用端也要有更完善的安全措施，意即应用锂电池的产品，必须要有完善的失效模式设计。

如何善尽失效模式设计？王凯鲁提出两大重点，首先在系统设计前，先要了解电池特性，包括电池安全的使用范围、电池可能的失效方式与严重性，其次系统的失效模式应该是被「设计」出来的，唯有系统的层层把关，才能缓解失效可能造成的损害。

其余UL讲者依序为担任全球研发技术部资深工程师的吴明龙、能源暨电力科技部首席工程师Jason Smith，及能源暨电力科技部工程经理翁文俊。

吴明龙分析电池失效的原因，并分享相关案例。他归纳锂电池安全特性的影响因子，大致落在设计、品质及应用三大区间，肇因于三区块当中的任何不良因素，可能产生过热膨胀、起火、冒烟、破裂与爆炸等不同失效模式。

关于锂电池失效案例，令人印象深刻的莫过于波音787、三星Note 7等事件。以波音787电池失效个案而论，无论在设计、品质及应用等方面皆有缺陷，设计的缺点包括电池芯、极柱，前者起因于极柱与集流体之间的连接点设计不良，以致容易衍生局部热点、造成内短路，后者因为应力不均，造成极卷两侧的极片与隔离膜之间接触不良；谈到品质问题，则碍于极片与隔离膜的接触不良，导致某区域的锂离子无法正常传导，过多锂离子于局部累积，因而形成锂针晶物；关于应用部份，主要问题在于低温下的放电率仅70%，无法被使用的能量转为热，于系统内累积。

吴明龙补充说，有时问题的症结不在电池本身，而在电池组装的方位，因方位不同，造成某些极柱电解液不平衡的浸润，因而产生腐蚀现象。

藉助功能性安全，确保电池可靠无虞
Jason Smith介绍隐藏版的功臣「功能性安全」。他指出，综观现今多数电池设计，愈来愈少见到诸如保险丝或热关断(TCO)之类的无源元件，此乃因为基于成本、灵活性、重复使用、更小的空间、更高的效率、更强大的功能等等考量，开始大量采用有源电子产品与软件，意即电池管理系统(BMS)，因此需要藉助功能性安全原则，确保电子产品及软件具有一定的可靠度。

他接着说，完整的功能性安全，应涵括四大要素，分别是危害与风险的评估、环境压力测试、硬件评估与软件评估。以电池的危害与风险为例，包括电池因排气、泄漏、热失控等异常状况而导致的危险，及过压／过充、欠压／过放电、过温、充放电时过电流，可藉由失效模式和影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)来加以评估。

总之藉由功能性安全评估，足以识别并解决电池的危害与风险，并确认硬件是否可靠、电子产品能否耐受恶劣环境的影响，及软件没有错误或缺陷，终至确保电池安全运行。

接续登场的翁文俊，针对与电池安全相关法规进行剖析。他指出，过去25年来，锂电池在全球电池市场中，可谓增长最快、应用最广泛的产品，不少锂电池渴望获得通行全球市场的认证，但现阶段并无这般制度，仅能藉由转证或是透过当地市场的认证。

他介绍几个区域或国家针对锂电池的法规要求，譬如起步最早的日本，现有PSE及S Mark标章，其中PSE涵括锂电池蓄电池、不含储能产品，若容量体积大于或等于400WH/L，需申请圆形PSE，此时UL可用 JIS C8715-2发测试报告及证书，让客户的产品挂上S Mark跟整个系统去申请当地的补助。

针对储能电池系统，目前相关标准甚多，包括较为常见的UL1642、UL1973、IEC62619等；若论及功能性安全标准，也有UL991、UL 1998、IEC61508 Series等众多项目。由于标准繁多，制造商不易凭一张证书行遍全球，但UL正在规划在未来纳入IEC标准，协助业者转证CE，如此仅需一次认证即可，有助降低费用与Lead Time。

最后两段议程，由有量科技总经理程敬义、台达电子储能元件事业部资深经理戴大欣联袂压轴。程敬义讲题为「探究锂电池储能系统的性价比」，一方面介绍该公司采用的STOBA防爆技术，标榜可附着在正极材料于表面形成薄膜，增加电池的阻抗并降低电流，有效抑制热爆走；二方面阐述三元材料、磷酸铁锂、钛(锰酸锂)等三类锂电池，皆可用于储能系统，端看应用场景为何，假设以5年寿命、削峰填谷、2千次深度充放电等条件而论，低功率NMC的CP值最高，反观若以电力品质改善、频率调节为导向的应用，由于需要做快速充放电，则以LTO(钛)最具优势。

戴大欣畅谈储能系统于智能电网的应用模式，他首先介绍储能系统架构几个重要元件，包括电池储能系统(BESS)、储能货柜系统、电力调节系统(PCS)、Site Controller等等，接着将储能应用区分为表(电表)后、表前等市场，人们相对熟知前者，常见应用包括削峰填谷、时间移转应用，但他认为伴随电业自由化趋势，可望衍生诸多新兴模式，所以表前应用的重要性将持续攀升，相关应用例如辅助服务，协助电网做频率调节。

段标；专家分享真知灼见，带出储能新视野

活动最后，由作家暨电台主播朱楚文担任主持人，邀集EnergyBus协会杨模桦、有量科技程敬义、台达集团戴大欣、UL王凯鲁等讲者再次登台，加上台湾电池协会秘书长吕学隆，5位专家共聚一堂，从技术、安全、再生、管理、应用及供应链等不同角度，探究储能商机。

戴大欣指出，将储能系统用于电网，各国还在摸索，因此台湾无法借镜外例，只能靠自己的场域淬链实际案例，再结合经验传承，方能有所突破。

杨模桦说，电池从电动车走向储能，从小的电力电子结构走到大的电力电子结构，从kW走向MW，在安全性方面既无经验值，也无标准方法可循，他认为较佳的做法是，让电池设计、应用开发的不同团队协同发展，借此确保从材料、电池设计到系统控制的一路安全。

王凯鲁认为，谈电池安全，不宜仅看单一元件或产品，需站在更高角度，综观材料、元件、产品乃至系统等完整构面；他强调100%不出安全问题，是不可能的，因此重点在于需为系统设计容错空间，力求失效情况不会蔓延。

程敬义表示，由于材料研发的精进、生产自动化加上规模扩大，使锂电池在过去十年大幅降价八成，展望未来他仍预期持续降价，挟着日益强劲的成本优势，锂电池非常适合用于电动车或储能系统；唯一变量是材料，只因随着大量生产自动化，现今生产锂电池的人工、制造成本合计仅占10~15%，反观材料占比则高出许多，例如近年因电动车大量推广，导致正极材料需求高涨，使钴翻涨了2~3倍，便可能造成锂电池价格波动。

吕学隆说，论及储能系统的标准，不管从产业或市场的秩序、商业模式、安全性能等诸多面向来看，标准的需求亟需一步步发展；考量台湾必须连动国际市场，故储能系统产品应接轨国际安全性能检测标准，继而再探讨因地制宜的可能性，而标准检验局已为此着手准备，预期今年底到明年初，便可提出初步标准。

总括而论，透过协会代表、产业先进及技术专家之间对谈，针对人们急欲探究的诸多储能系统问题，皆能一再给予精辟的解答，得以抛出深具高度的储能系统新视野。