撰文／王明德
充電速度與安全性是電動車能否普及的關鍵，由工研院開發的「具飛輪之微型電動車快充系統」，具備快速充放電、高使用壽命與高安全性等特色，今年並入圍 2020 年「全球百大科技研發獎」，顯示此技術在未來智慧移動領域的無窮潛力。
有一天，工研院機械與機電系統研究所副所長陽毅平還在台大任教時，騎著實驗室自行開發的電動機車，載著女兒上路兜風，騎沒多久便注意到儀表板上的電量掉了一大格。一想到車子可能會沒電，讓陽毅平不由得緊張起來，於是草草結束這次兜風。「擔心沒電，可以說是所有電動車駕駛的最大焦慮，畢竟電動車的充電站還沒普及；就算有，把電充滿也要耗費 1、2 個小時，對駕駛來說時間過長。」
不過，這個焦慮最近已被工研院的團隊解決，工研院研發的「具飛輪之微型電動車快充系統」，可將過去至少要 1 小時以上的充電時間縮短為 10 分鐘，且使用壽命長，不會有充電站電池容易老化與化學汙染問題，如此優異的成績讓工研院再度成為電動車業界的焦點。
談起這項技術的起源，陽毅平表示工研院在電動車能源領域早就有相關研發，飛輪儲能系統就是其中之一。飛輪儲能原理與市面常見的電池儲能極為不同，是利用電流經過馬達驅動飛輪，讓飛輪以慣性旋轉，用動能方式儲能；放電時，再由旋轉的飛輪帶動發電機產生電流，輸出給用電單位。雖然飛輪儲能技術早在 1970 年代就被提出，不過由於尺寸太大、安全機制不佳，且高速時軸承損耗過快，因此未能普及，而這些困難，現在已經被工研院團隊克服了。
工研院的具飛輪之微型電動車快充系統採用微型高速飛輪，因此整套系統的體積非常小，只要大約 5 坪左右的面積埋設飛輪系統，就可以進行大功率充電，未來設定的目標是在 10 分鐘內可以輸出約 60 度電，「用現行的電動車電池容量來算，可以跑將近 300 多公里，相當於從臺北到臺南的距離，」陽毅平說。
除了可快速充電外，這項技術使用磁浮軸承，在沒有物理接觸的情況下，零部件不會產生摩擦損耗，因此系統的使用壽命可以高達 20 年；比起現行充電站的儲能電池壽命只有 3 到 5 年左右，可說是大幅躍進，即便初期導入成本較高，從整體營運成本來看，飛輪和電池儲能系統搭配使用，將是最佳選擇。
在安全性方面，因採用高速旋轉慣性的動能儲能，除了人工智慧監控的預防性減速，團隊正開發研究一套機制，將使一旦運轉中失控的飛輪也能快速將飛輪的轉子解離而快速減速。
回到市場推廣面，陽毅平點出在環保意識抬頭下，各國政府近年來紛紛制定電動車政策，汽車與機車業者也開始推出電動車輛，根據企管顧問業者勤業眾信（Deloitte）預估，到 2025 年，全球電動車總銷售量將來到 1,120 萬台，是今年電動車銷售量的 4.5 倍，「不過市場要普及，充電機制仍是關鍵，不只是充電站數量要夠，充電速度與安全性也要到位。」在高輸出功率、高安全性與穩定性特色下，飛輪儲能系統都是電動車充電站的首選之一。
陽毅平表示，目前團隊規畫將此技術優先應用在電動車充電站，初期會以電動機車為主，「電動機車數量多、電池電量小，會是這幾年成長較快的市場，比較有機會。」陽毅平表示，在電動機車市場站穩腳步後，未來要將商業模式複製到電動汽車市場也比較容易。
除了電動車之外，陽毅平認為風力發電、UPS 不斷電系統也會成為飛輪儲能的潛力應用場域。風力發電目前的痛點是不穩定的風量會造成不穩定的電能輸出，透過飛輪儲能系統，風力發電機可以先行儲存累積電能，再穩定輸出到電網中。而企業用的 UPS 系統，也可將電池改為飛輪，除了使用壽命更長，快充快放特色也讓 UPS 的可用性更高。
整體而言，工研院研發的飛輪儲能系統，已能滿足多種場域的備電系統需求，「接下來我們會持續開發各種應用，提供未來智慧交通、智慧生活更高可靠性、無汙染的儲能系統。」陽毅平十分期待地說。
轉載自《工業技術與資訊》月刊第 346 期 2020 年 11 月號，未經授權不得轉載。