近年來在全球暖化與石油危機的推波助瀾下，電動車被視為全球暖化與石油危機的最佳解藥，迫使越來越多車廠開始認真思考電動車上路的可行性，但車輛平均壽命都在10年以上，工作環境遠比3C產品惡劣，平均充放電的次數可能達到每天1次以上，且電池串並聯數量遠大於3C產品，這些差異對鋰電池導入電動車都是前所未有的挑戰。
車用電池的正確說法為車用電池模組，如果該模組只是單純地將電池進行串並聯來達到足夠的電壓與容量，車用電池與一般零件無異，因為電池本身不會發出任何訊號或資訊並做出主動式的控制動作。但車用電池的可靠度、安全性、性能表現等卻間接主導了電動車整體表現，因此車用電池更需要搭載功能強大的電池管理系統，協助電池發揮最佳的性能、維持最長的壽命、避免電池失效等意外發生，這也是車用電池管理系統最重要的使命。
電池模組技術
電池模組技術(Battery Pack Technology)與電池管理系統技術的差異在於電池模組技術除了考慮BMS之外，還需要對電池芯特性、模組機構設計有更深入的分析與整合能力。在3C產業中，筆記型電腦的電池模組在電池串並聯使用的總電池數量大多低於10顆18650尺寸的電池芯，電池都操作在1C以下的充放電速率，且電池芯的量產製程到模組開發都進入成熟階段，因此電池模組的機構設計大多著重在如何配合筆電廠在外型與尺寸上的規格需求做修改。
不論從使用者或業者的角度來看，車用電池模組在設計上需滿足安全性(Safety)、可靠度(Reliability)、品質(Quality)與成本(Cost)四項基本要求。四項基本要求中，最重要的就是安全性，而電池芯雖是安全性的關鍵因素之一，但是，好的電池芯仍需要好的組裝品質、機構設計、電路保護與電池資訊的可靠度等搭配才能夠強化整體安全性。
圖三、車用電池模組間之關係圖
若從工程面來看，上述四項基本需求可概分為三個主要的技術層面，包括電池芯技術、精確電池資訊估測技術與機構設計技術。電池芯技術包含電池芯內部的結構設計、材料配方在容量與安全性的改善、製程穩定度等，都是電池廠不斷努力的目標。即便如此，一個全方位的車用模組技術除了基本的保護與SOC 估測功能之外，在電池層面上需要對電池特性與特徵有更深入的了解，才能在系統規格中挑選最佳的電池芯及電池篩選與分群的方法等。
機構技術主要涵蓋的範圍除了將單電池串並聯成高壓大容量的電池之外，整個機構設計還須考慮電與熱的傳導路徑設計、模組機構對振動與衝擊的耐受度及耐久度、量產時在產線組裝的流程與可靠度等。圖五顯示造成電池失效的主要因素與三道防護措施：第一道為電子電路防護，第二道為機構防護，最後一道為自我保護。由內往外，電池芯技術也包含電池自我保護，只有在電池芯內部發生異常或其他防護措施失效時才作動，例如電池製程瑕疵引起的內部短路，只能仰賴電池芯本身內部的化學機制來終止連鎖反應路徑，目前工研院獨步全球的STOBA技術，就是在電池內部添加STOBA 的添加劑來阻止電池內短路之後的連鎖反應造成的熱暴走(Thermal Runaway)，也有其他公司透過隔離膜閉孔或塗佈特殊材質來切斷電池的連鎖反應。第二道防線主要預防來自振動、衝擊、墜落與穿刺等傷害，因此好的機構設計，一方面可以避免振動或衝擊等機械疲勞造成的損害，另一方面在模組遭受到穿刺或擠壓等破壞時，透過機構配置可以隔離或阻擋損害的蔓延，即能降低最後一道防線被觸發的機率。
圖五、導致電池失效的原因與防護措施
高精確度電量顯示技術
工研院材化所早在十幾年前即開始投入車用鋰電池的研發工作，也累積許多電池芯的測試方法與電池芯特性的檢測方式，提高電池的電量估測準確度也是研發的重點項目之一，目前已發展出一套專利技術解決電池老化後的電量估測誤差問題，且該技術不需要增加額外的硬體成本，使用者在正常使用的條件下，即可持續監測電池容量的老化狀況，並根據電池電壓與電量積分等資訊，對開路電壓-容量表持續修正，因此不論電池老化與否，估測誤差可控制在±5%的範圍內。
BMS vs.電池快充技術
從充電站的角度來看，充電站輸出功率越低，充電等待時間越久，充電站建置成本也越低；當充電站輸出功率越大，會使充電站的建置成本越高，但是對於縮短充電時間的效益反而不顯著。例如使用1C充電，約60分鐘能充80%的容量，只需將充電速率由1C增加2C，即可節省30分鐘的充電時間，但要繼續從30分鐘縮短到10分鐘，則充電速率需從2C增加到6C才能達到時間要求，若要達到充電5 分鐘充電80%的容量，則充電速率高達12C，因此電池最佳的C/P操作區間約在2C~4C範圍內。單從充電站的建置成本來看（忽略快充對電池的傷害），圖十顯示最佳輸出功率對應的充電時間約在10~30分鐘，大約15分鐘的充電速率為最佳的選擇，因此若要朝快速充電的方向發展，C/P值設定在2C~4C為最佳範圍……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：孫建中、周崇仁、劉秋昱、凌守弘/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌291期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9210