在汽車產業迎來百年一遇的大變革之際，作為電動車核心的「電池」技術動向也備受關注。這次我們採訪了在車用方形鋰離子電池領域擁有豐富實績的 Prime Planet Energy & Solutions（PPES）。這家承襲 Toyota、Panasonic 以及 Sanyo 三家公司技術與精神的企業，分享了車用電池技術的最新發展，以及未來的發展策略。
車用電池的現況如何？專訪 HEV 電池市占率領先的 Prime Planet Energy & Solutions
在電動化浪潮以前所未有的速度席捲全球的現代，汽車的動力來源正迅速走向多元化，也逐漸融入我們的日常生活。
目前市場上有各式各樣的電動車，包括油電混合車（HEV）、插電式油電混合車（PHEV）、純電動車（BEV），以及燃料電池車（FCEV）等。
HEV 巧妙結合汽油引擎與馬達；PHEV 可透過外部電源充電，日常短程移動時能僅靠電力行駛；BEV 則完全不搭載引擎，僅依靠大容量電池驅動。這些車款的運作原理與各自擅長的用途都有很大的差異。
而支撐所有這些電動車運作的核心，就是「車用電池」。
這次採訪的對象 Prime Planet Energy & Solutions（以下簡稱 PPES），是 Toyota 與 Panasonic 於 2020 年成立的合資企業。該公司以 Sanyo 長年累積的方形車用電池技術為基礎，從研發到製造皆一手包辦。公司名稱也蘊含著強烈的願景，希望「讓這顆無可取代的地球變得乾淨、富足，並將其傳承給未來世代」。
PPES 的特色不僅在於供應電池，業務範圍還涵蓋各類零組件與系統的開發及應用。尤其在 HEV 電池領域，該公司已累積超過 15 年的長期出貨實績。
汽車所搭載的電池，必須依照不同車款的特性與使用方式，具備最適合的性能。PPES 的產品大致可分為兩種類型：「高輸出型電池」與「高容量型電池」。
以 HEV 為主要應用對象的高輸出型電池（High Power Battery），為了輔助引擎輸出，必須頻繁且瞬間地釋放與吸收電力。因此，這類電池需要具備優異的高功率密度，以及極佳的充放電性能。
另一方面，主要用於 BEV 與 PHEV 的高容量型電池，必須讓車輛僅靠電力行駛更長的距離，因此最受重視的是「高能量密度」，也就是如何在有限的空間內儲存更多能量。
針對車用電池所需的高階性能，以及不同類型電池在開發上的差異，PPES 企業溝通部部長木村毅典先生表示：
「從電池技術的角度來看，要同時兼顧高輸出與大容量並不容易，因此我們會採取不同的設計方向。
像 HEV 這類車輛需要反覆進行頻繁的充放電，並且在電池容量較小的情況下，瞬間輸出大量電流，因此設計上會盡可能降低內部電阻，讓電池更容易輸出功率。具體來說，我們會降低材料的密度，增加能夠進行化學反應的面積，並加入更多電解液。
另一方面，BEV 使用的電池數量較多，因此需要提高材料密度。我們會調整正極材料的壓縮方式，並混合大小不同的顆粒，讓顆粒之間的空隙盡可能填滿，以提升電池容量。此外，我們也生產能夠適度兼顧高輸出與高容量特性的 PHEV 用電池。」
我們日常使用的智慧型手機、筆記型電腦等家電產品，也廣泛採用相同的鋰離子電池。
然而，這些日常生活中常見的電池，與搭載於汽車上的車用電池相比，在安全標準與耐用性方面，所面臨的要求有著決定性的差異。
汽車必須在各種嚴苛的氣候條件下行駛，從烈日下的酷熱環境到極度寒冷的氣候都不例外，還必須承受行駛過程中劇烈的震動與衝擊。此外，電池也必須具備足夠的耐用性，確保在數年至十幾年的長時間使用下，性能衰退仍能維持在最低限度。
最重要的是，即使發生意外事故，也必須符合極高的安全標準，避免電池起火或發生其他故障，這是不可妥協的必要條件。
相較於日常家電使用的電池，車用電池面臨哪些嚴苛的使用條件，又是如何確保安全性與可靠性？木村先生對此表示：
「最大的差異在於『耐用性』與『環境耐受性』。智慧型手機的電池使用兩、三年後，充電容量就會下降至約 70%；但車用電池必須提供 15 年的保固，因此會採用不易劣化的材料。
此外，汽車是在嚴苛的環境下使用，因此必須採用特殊設計，確保零件即使長期承受引擎震動與路面傳來的細微震動，也不會因疲勞而損壞。即使處於零下 20 度至 60 度的極端溫度環境，也絕對不容許發生故障，因此在安全性方面採用了非常高規格的設計。
另外，智慧型手機只使用一顆電池，但汽車則會將數十顆至數百顆電池串接使用。只要其中一顆出現瑕疵，就可能導致整個系統無法正常運作，因此每顆電池的品質都不能有任何差異，必須具備極為穩定的品質管理。」
在競爭激烈的車用電池市場中，PPES 據稱已建立起其他業者難以取代的獨特優勢與市場定位，而其核心關鍵就在於對「方形電池」的堅持。
目前，車用電池的外型大致可分為圓柱形與方形兩種，兩者之間的決定性差異，木村先生做出了以下說明。
「圓柱形電池的外殼呈圓形，因此耐受電池內部壓力的能力較高，也具有容易接收外部電子的特性。因此，這種電池適合提高單顆電池的容量，但如果要像汽車一樣輸出 400V 的高電壓，就必須將大量電壓為 3.7V 的電池串聯或並聯，最終會在零件成本與配置空間方面產生問題。
相較之下，方形電池只需使用較少數量的大容量電池，就能以簡單的方式連接，因此整體系統的效率較高，非常適合車用需求。
不過，要讓方形電池真正應用於汽車，仍面臨相當大的技術門檻。即使電池尺寸變大，也必須始終確保電池內部的化學反應維持均勻，這需要極為先進的控制技術。PPES 憑藉多年累積的專業知識與技術，持續穩步提升這項高難度技術，並不斷提供兼顧安全性與性能的高品質車用電池。」
此外，Toyota 與 Panasonic 等母公司負責著眼於 30 年後的全固態電池等基礎前瞻技術開發，而 PPES 則專注於未來約 10 年內能投入量產的技術開發。透過明確的分工，雙方得以兼顧開發速度與產品品質。
PPES 長期以來與汽車製造商密切合作，攜手推進電池開發，這樣的經驗也讓其能針對整輛車的系統進行最佳化整合。PPES 的最大優勢似乎不只是追求單顆電池芯的性能，更在於具備全面性的技術實力，能夠提升整體車載系統的效率與安全性。
面對日益激烈的全球競爭，PPES 在市場上具備什麼樣的定位與優勢？木村先生分析如下：
「我們從 15 年前就開始持續生產車用電池，至今沒有發生過重大故障，這份安全性實績就是我們最大的優勢。此外，在 HEV（油電混合動力車）使用的鋰離子電池領域，我們在全球也擁有頂尖的市占率，並獲得全球各大汽車製造商的高度信賴。」
為了實現車用電池所要求的最高等級安全性與品質，必須具備高度精密的「設計、製造、檢驗」流程。在 PPES 的製造現場，從材料的挑選階段，到電池芯、模組，乃至整體系統的設計，每個環節都以毫不妥協的態度進行開發。
支撐這套體制的，是稱為「大部屋活動」的跨部門專案制度，以及深植於公司內部的 Toyota 生產方式（TPS）。透過專責部門推廣 TPS 的理念，讓公司內部建立起深入追究問題本質、徹底解決問題的文化。
在製造過程中，即使是極其微小的異物混入，也可能造成嚴重的性能下降或產品缺陷，因此 PPES 徹底落實在極度潔淨的環境中進行生產。成品出貨前，也會從多個角度進行嚴格檢驗，並建立完善的機制，防止不良品流入市場。
對於 PPES 獨有、能夠持續維持高品質的製造理念，木村先生表示：
「我們將安全性擺在第一位，從設計、製造到檢驗，整合 Sanyo、Panasonic 與 Toyota 三家公司各自最優秀的技術，打造出完善的生產線。
在開發流程方面，我們採用稱為『大部屋活動』的專案制度，讓設計、生產技術、製造等所有部門的成員齊聚一堂，以團隊形式共同推動專案。
我們並不會抱持『這不是我的負責領域，所以我不清楚』的態度，而是建立起積極跨越部門界線、全體共同致力於提升品質的企業文化。
此外，Toyota 生產方式（TPS）也已廣泛融入公司內部。我們設立了專責部門來推廣 TPS，並在全公司推行相關培訓，讓員工彼此教學、互相學習，共同推動製造工作。這與 Panasonic 的理念也有相通之處，雙方的理念在良好的環境中融合得相當順利。」
未來，在邁向永續社會的大趨勢下，交通運具的電動化預計將進一步加速。
隨著全固態電池與性能更優異的液態電解質鋰離子電池逐步實用化並普及，電動車本身的發展方向也可能迎來重大轉變。
據悉，PPES 並不會滿足於目前的成果，而是持續大力推動次世代電池的開發。
為了實現碳中和社會，仍有許多課題需要克服，包括進一步提高能量密度、縮短充電時間，以及降低產品整個生命週期所造成的環境負擔等。
對於開創未來移動方式的願景，以及 PPES 為實現碳中和所制定的長期策略，木村先生表示：
「在『將潔淨且富足的社會傳承至未來』這項願景下，我們正致力於減少電池製造過程中的溫室氣體排放，並積極利用再生能源。展望 2030 年，我們將進一步推動打造環境負擔更低的工廠。」
透過這次的採訪，我們再次深刻體認到，車用電池是建立在高度技術與精密製造工藝之上的產品。
車用電池必須通過遠比智慧型手機等日常電子產品電池更加嚴格的標準，即使身處嚴苛的環境，也必須持續安全、穩定地供應電力。
車用電池不只是驅動汽車的零件，更是解決全球環境問題的重要關鍵。未來，車用電池的技術仍將持續不斷地進化。
這些電池技術的創新，將進一步帶動電動車的普及與性能提升，讓我們所使用的交通工具邁向更加美好、潔淨的未來。
原文出處：スマホの電池と何が違う？ トヨタ×パナソニック合弁PPESに聞く「電動車の心臓部・車載バッテリー」の凄さとは
原文記者：くるまのニュース編集部 金子高志
原文圖庫：https://kuruma-news.jp/photo/1112297
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