呂學隆 / 工研院產科國際所
本文分析高負荷與高耐用鋰電池在礦用、港口與農業機械應用市場的發展現況。為因應全球減碳法規，上述領域正逐步以鋰電池系統取代傳統柴油引擎。礦用機械需克服粉塵與地下防爆挑戰，電池須具備高倍率快充與極高防護能力，業界並發展出「電池即服務(BaaS)」模式以轉移終端客戶的資產與壽命風險。港口物流機械則需應對高鹽霧腐蝕與高濕海洋環境，依賴零碎時間進行高功率快充以維持連續作業。農業機械則強調長時間高扭矩輸出下的熱管理技術（如浸沒式冷卻），以及抵抗化學農藥與高壓清洗防護。儘管目前面臨初期建置成本高昂與電池容量限制等挑戰，但憑藉逐年改善的全生命週期成本(TCO)優勢，電動化趨勢明確。目前各大設備主機廠多採穩健過渡策略，同步推出電動與燃油版本以優化整體設計。
【內文精選】
二次電池作為現今電能儲存的主要媒介之一，在數以千計的電能儲存應用發展中，針對高負荷(High-Load)與高耐用性(High-Durability)電池應用市場上，由於相關應用通常要求電池在高倍率充放電(High C-rate)、極端溫度或連續高強度作業下，仍能保持長循環壽命與安全性，因此逐漸需要考量性能指標符合的二次電池技術導入應用，並用以取代柴油引擎等傳統動力來源。
進一步針對惡劣工況(Harsh Environment)、高負荷(High-Load)與高耐用性(High-Durability)三大關鍵指標來聚焦電池應用市場討論（表一），在礦用卡車/地下工程機械、港口機械與農業機械的三個利基型應用市場，目前所討論的電池技術核心挑戰，在於「功率密度(Power Density)」與「循環壽命(Cycle Life)」之間的權衡。磷酸鐵鋰(LFP)因其結構穩定性，在重型機械領域正逐步取代傳統柴油引擎；在高負荷應用中，傳統風冷已無法滿足需求，液冷(Liquid Cooling)甚至浸沒式冷卻(Immersion Cooling)正逐漸引入超高倍率充放電場景中；在高負荷場景下，電池衰退速度較快，因此「電池即服務(Battery as a Service; BaaS)」或租賃模式在重卡與礦山機械領域轉移終端用戶對「耐用性」的資產風險。
▼表一、高負荷耐用要求鋰電池應用市場評估比較指標
電動化農業機械對於電池的要求，主要在持續高扭矩輸出，牽引機等農具對「空間與重量」的敏感度遠低於乘用車（為確保抓地力與牽引力，部分傳統柴油拖拉機甚至需要刻意添加數百公斤的鑄鐵或混凝土配重），但對「循環壽命、熱穩定性與總體擁有成本(TCO)」的要求卻極高。由於耕作(Plowing)不同於道路行駛，它需要電池持續數小時輸出高功率以克服土壤阻力，這對電池的熱管理系統是極大考驗，容易導致熱累積。此外，農業機械也有季節性高強度使用的特性，在農忙時期，機器需連續工作10~14小時，對充電速度與穩定性要求極高，但是超過50%的設備使用時間閒置，此時設備非電氣因素如濕氣入侵、粉塵堆積、劇烈溫差與高壓清洗過程等，均可能造成故障與可能的電池安全風險，在設計時，電池模組需抵抗農藥、化肥、泥水與動物排泄物的侵蝕，防護能力成為農機電池設計的另一大技術關鍵---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
▼表三、國際農業機械廠商導入電動化現況、產品與電池供應關係
★本文節錄自《工業材料雜誌》472期，更多資料請見下方附檔。