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2007年08月08日 星期三

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2007年07月27日

作者＼ 勝光科技

| 綜觀燃料電池的市場趨勢及應用設計概觀 |

諾貝爾獎得主Smalley博士曾表示，未來50年人類面臨的十大問題中，以能源居首，能源需求量成長了3∼4倍，而能源技術的革命性發展與突破，包括燃料電池、太陽能電池、儲氫系統、光觸媒、光電池等應用也將為生活帶來變革。而為什麼能源技術的相關議題漸漸受到重視及討論呢？主要是起因於全世界在能源方面所遭遇到的瓶頸，首先就是石油、煤等資源預計於50年內趨於枯竭，人們必須尋求並發展其他替代的能源。再者便是人們對地球暖化議題的重視，乾淨永續的綠色能源議題全球發燒。

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可攜式電子產品為什麼需要燃料電池？

綜觀3C可攜式電子產品的趨勢，放眼全球IT產業，科技產品的種類愈來愈多，功能也是日趨複雜，包括無線、影像、資料儲存等功能輩出，為市場帶來了驚人的需求，然而，為了使用這些新穎的產品功能，則必須有足夠的電力支援。根據機構預估目前電能主流鋰離子電池的供電每年可更新8~10%但也面臨上限，電力將不足以支持未來將不斷出現的新穎科技產品，產業更須積極地尋找新的能源而這也就是「燃料電池」的機會。

針對上述的議題，列舉筆記型電腦用電量作參考，目前的電力需求約略估算，從最普遍的office軟體應用所需的12 W到玩家玩遊戲所需的100W 電力，我們以實際數據來討論之：一台具處理器及行動設備核心運算模式的筆記型電腦以最普遍office軟體每小時運行將耗損約12.5 W的電力，以一個工作天基本8小時來計算，一整天所需的電力將是12.5 W× 8h = 100 Wh ，以這樣的電力計算，目前一般筆記型電腦配備鋰離子電池約可以提供3 - 4小時的電力，若要持續使用一整天的筆記型電腦，則需至少2 -3組電池才能支援所需電力，更不要說大量運算或使用影音及遊戲模式所耗掉的電池電力。

《圖一　筆記型電腦的供電缺口》

燃料電池的市場趨勢

燃料電池的種類很多，包含了磷酸燃料電池（PAFC）、融熔碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固態氧化物燃料電池（SOFC）、鹼液燃料電池（AFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）與直接甲醇燃料電池（DMFC）等，其中質子交換膜燃料電池與直接甲醇燃料電池較適用於小型燃料電池，主要可供應一般市場上的可攜式電子產品，預計在2004~2006 年間，廠商注重原型機的發表與專利的卡位；2007~2008 則可謂是燃料電池的先期市場，針對較高階如：筆記型電腦、手機等商用/工業用市場，預計會出現商品化的小量生產，這段時間同時也是給予消費者燃料電池的相關知識並教育；預計當市場上的消費者接受燃料電池的觀念之後，於2009~2010年進入大量量產階段。

燃料電池的產品趨勢

產品發展趨勢方面，以IT產品結構來分，全球各大品牌在燃料電池原型機的發展，可以下表歸納之。其中耳機和MP3屬於mW的小瓦數產品，手機和PDA則是約1-5W的產品，筆記型電腦所需電力約10-20W，小型發電機則需要50-150W的電力。燃料電池可以根據電的高低，應用於適當的控制系統，而控制系統又可以依據燃料的供給方式分為主動和被動兩種形式，一般而言，高電力產品需要主動系統，低電力產品則運用被動系統即可。

《圖二　各品牌的燃料電池原型機—依產品型式》

《圖三　一般燃料電池產品發展趨勢—依控制系統分》

燃料電池的應用設計概觀

概括而言，為了解決電力不足、能源危機的問題，人們必須提出適當的解決方案，在此對於電力的解決方案做了幾個重點敘述與整合：

●減少產品組件對電力的消耗

●增加電源裝置的效能和延長電池生命

●有效整合電源管理裝置與應用

●增加能源密度並減少裝置來源的能源需求與容量

在開發新能源的部份，對於新能源的選擇，必須注意以下幾點：

●全天電源供應（例如：筆記型電腦一天使用八小時、十二小時或二十小時）

●混合電力能源發展

●體積 / 重量 / 效率

●容易整合

●友善的使用者介面設計

燃料電池的應用是相當多元的，除了可以單獨發電以外，亦可以與原有的系統內的鋰離子電池搭配以混合電力能源方式增加續航力。勝光科技持續研發可攜式裝置之燃料電池Stack及提供系統設計knowhow，在此提供三款燃料電池系統設計應用Reference Designs：

外接式多用途充電器設計

此款外部充電器的燃料電池設計，利用燃料電池原理發電後，可設定不同voltage輸出電力至3C產品的電池組（如：鋰離子電池），使電池不需要藉由市電的供應，便可以繼續使用，這樣的應用對於臨時的供電亦或長期於戶外使用3C產品是較方便的，外接式燃料電池系統設計基本步驟如（圖四）所示。

《圖四　外接式燃料電池系統設計基本步驟》 - BigPic:617x327

筆記型電腦混合供電設計

因筆記型電腦的電力需求波動高，此時便可利用混合供電Hybrid系統設計，結合燃料電池與二次電池特性取得長時間的續航力。並依各系統廠不同設計需求，區分為外接式Docking 模式，如（圖五）及內建式Media Bay模式，如（圖六）。

《圖五　Docking設計範例圖》 - BigPic:620x224

《圖六　內建Media Bay設計》 - BigPic:642x288

燃料電池的未來發展

放眼未來的市場潛力，燃料電池首先預計將先發酵於工業用途，如：工業用筆記型電腦、倉庫業的可移動式電腦 / 行動式處理器 (Mobile Computing)等，其對於電力的需求高，接受價格也高，可謂是燃料電池的先期市場；接下來才會是一般的消費性市場。2007~2008 年將會是燃料電池的關鍵時刻，在此階段市場上預期將會出現少量的商品化產品，並同時教育一般消費者，當市場接受燃料電池的新興觀念之後，預計於2009~2010年開始量產面向市場，並將觸角延伸應用至車用市場，隨著燃料電池各項應用產品推出與採用，預期全球燃料電池市場成長幅度將迅速攀升，迎向綠色能源的新經濟時代，如（圖七）。

《圖七　全球燃料電池市場營收預測》

《圖八　全球微型燃料電池於筆記型電腦應用的出貨量預測》

《圖九　全球微型燃料電池於手機及多功能手機應用的出貨量預測》

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