一般汽車主要是使用石化燃料作為動力來源,不但耗用大量石油資源,也是溫室氣體排放的主要禍首之一。在全球節能減碳的趨勢下,許多國家都將車輛電動化作為溫室氣體減量的重要措施之一,積極發展電動車產業。台灣多家廠商也針對電動車關鍵零組件的動力電池,投入研發、生產,以期在這一波全球動力車輛綠化轉型之際,掌握關鍵技術及專利,拓展未來的龐大商機。
依據野村公司2009年的統計資料,隨著電動車產業持續成長,電池需求將隨之增加,預計2015年電動車電池市場規模可達123億美元。且全球主要汽車製造業者及美國、中國等政府,也都相同預期電動車市場將快速成長,例如三菱公司預期在2020年電動車將占該公司汽車銷量的20%;美國政府也預測電動車滲透率於2015年將達6%、2020年達11%;中國政府則以2011年底,新能源車銷售量占大眾運輸汽車比重的5%為目標,這都有助於電池業者開拓更大市場。
(表一) 為何要發展電動車?
石油逐漸枯竭 |
2010年石油產量達到頂峰,2030年如有一半汽車改為電動車,美國每日進口石油將減少至600萬桶(目前每日進口約1400萬桶)。 |
地球暖化加劇 |
交通運輸占CO2來源比重達24%,09年12月哥本哈根協定將取代京都議定書,制訂碳排放標準。 |
空氣污染日益嚴重 |
歐洲計畫在2012年限制汽車的CO2排放達到120g/kg,2020年將進一步達到95g/kg,加利福尼亞州的零排放計畫 |
大國石油戰略 |
中國、美國政府決心擺脫對進口石油的依賴,發展電動車將大幅降低石油的使用量。 |
綠色經濟新產業 |
拓璞預估,2020年若30%是電動車,將創造1兆元的產值,創造47萬個就業機會。 |
電動車要普及 先解決電池問題
電動車目前尚有一些問題待解決,這些大部分都是電池方面的問題。例如在電池本身的重量方面,以現在可上路的電動機車,一個電瓶動輒都要5~6公斤了,更何況是汽車專用電池。另外,電池也必須做好防爆裝置等安全性考量。至於要將電瓶統一格式做成交換式電瓶,對車廠來說是不太可能的,畢竟這樣一來,車廠根本就沒有利潤可賺。目前電動車在電池方面有以下三大缺點。
電池技術限制
既使是目前最新款的鋰鐵電池,儘管其體積與耐用度等技術都有了突破,但應用於電動車,其體積還是無可避免龐大的問題。例如納智捷的EV+電動車款,其電池容量為40KWh,共使用了6000顆18650可充電式鋰鐵電池。
充電速度緩慢
一般汽車的內燃機(包括汽柴油、LPG等車款),最慢都能在幾分鐘內加滿燃料上路。但以電動車來說,就算以現在市場上最先進的快充技術,一顆18650鋰鐵電池充滿電也必須花費超過10分鐘的時間。若以前文提到的納智捷EV+車款,6000顆18650鋰鐵電池組要想在半小時內快充完畢,以目前的充電技術來說,真的是難上加難。
標準化問題
其實,電動車的充電電池與充電站規格的標準化,才是最大的問題所在。這就和3C廠商各自發展自家規格,誰也不讓誰的道理一樣,各大汽車廠一定是盡力發展自己的標準,不同廠商之間的規格將完全不同,誰也不願去附和別人的規格。這是因為一旦電池規格標準化之後,將形同3C產品一樣毫無利潤,原廠也可能失去後續維修的商機。
解決電動車產業亂象 標準制訂刻不容緩
近幾年來,純電動車技術持續不斷發展,使得市面上又多了數款純電動車。只不過,市場對於電動車產業前景仍存有疑慮。目前不管何種電動車,售價都偏高,因而影響消費者的接受度,若能克服成本過高,以及電池過熱、供電續航力與穩定性等疑慮,再加上廣設充電站,應可讓更多消費者接受電動車,並提高普及率。
台灣NEC企劃部專案工程師邱凡容指出,目前純電動車不論在技術上、成本上、基礎設施上,都還存在著商用化發展的瓶頸,亟需政府相關政策的支持。純電動車的普及,需要透過政府各種鼓勵政策與措施,來打造純電動車市場起步階段的良好環境,進而加速純電動車的商用化過程。純電動車的商用化,必須解決兩大重要問題,一是購置的成本,二是能源的補給。而在能源補給的問題上,除了純電動車在研發上缺少統一的標準之外,充電相關的基礎設施也非常不完備。
另外,針對電池的問題,邱凡容也以例舉目前最成熟的鋰離子電池,其能量比只有汽油的1/50,從此可看出電動車發展的瓶頸,正出在其核心的電池技術上。事實上,電池專家早就不斷呼籲,現今的電池理論早已侷限電池技術有任何突破性的發展,唯有對電池技術換一種新的思維來架構新的理論,才可能會有所突破。
邱凡容說,目前部分純電動車採用插電式充電,也就是電力耗盡後利用插座充電;也有些純電動車採用電池式供電,也就是電力耗盡後直接更換電池,不需要插座。充電式的純電動車,由於各廠商的電池尺寸大小不一致,有些連充電介面也不相同。而採用電池式的電動車,未來如果真的量產了,這些大量廢電池的處理,勢必成為新的環境災害。這些問題的解決,都必須仰賴一套統一的標準規範儘快出爐,才有可能解決。
搞定充電站 電動車問題解決一大半
純電動車顧名思義,就是完全以電力來當作動力來源。動力系統則使用馬達與電機控制驅動,不使用液態石化燃料,因此沒有引擎轟轟作響的問題,也省去排氣管排放廢氣的困擾,具有絕佳的環保優勢。當然,純電動車越輕則越省電,也能提高續航力,但由於電池本身便有一定的重量與體積,目前相關廠商努力的方向,是設法減輕純電動車整體的重量。
能元科技副總經理鄭宗田指出,除了重量問題之外,電動車上路,最重要的當然是充電設施。充電設施不能只設置於住家,工作地點、以及沿路都必須設置充電站,或者在加油站增加充電設備,才有辦法說服用車人,安心開著電動車上路。
鄭宗田說,只不過目前由於各國電動車充電的基礎設施都不完善,也嚴重限制了純電動車的發展。例如,除非是私有的屋舍,否則很難在公有大樓或公寓裡設置充電設備,而戶外的停車空間,要想設置充電設備更是不可能。另外,純電動車基礎設施的建置,由於耗電量驚人,還需要政府與電力相關單位的支援才行。而缺少充電設備的標準規範,更是讓充電站的實際應用大打折扣,可能會造成多數電動車根本無法進入充電站進行充電。
對於充電站的問題,國外已經在純電動車的基礎設施建設方面,進行了許多新的嘗試。例如日本東京目前就有超過80個充電站,大樓和道路旁隨處可見充電設備。至於美國加州史丹佛大學裡,則設置了專供電動車充電的停車位,每兩個車位間就有一個充電座。至於美國的家庭,普遍都是獨棟且擁有車庫,因此更容易解決充電問題。鄭宗田說,解決了充電站的問題,電動車普及的問題與挑戰,幾乎就能解決一大半。
車廠視純電動車為發展核心
正由於各國政府的支持,包括日產、雷諾、Subaru(速霸陸)、Mitsubishi(三菱)、Peugeot(標緻)、Benz(賓士)與BMW等傳統車廠,開始積極切入純電動車的開發設計與製造,而包括Ecotricity、Westfield、Delta Motorsport、Lightning等規模較小的車廠也進行了純電動車的研發。台灣裕隆汽車也自創標榜智慧科技車的納智捷(LUXGEN)品牌,由華創負責關鍵設計,進軍純電動車市場。
據了解,小型純電動車適合進行短程的運輸用途,例如用於都市內短程代步、機場、科學或工業園區、遊樂渡假區等,行駛距離不超過100公里之內的短程用途。而大型純電動車,如電動巴士等,則適合由政府單位來支持,以求提供更具環保功能的大眾運輸工具,並減少都會區的二氧化碳排放量。
目前已有日本東京電力公司將帶頭參與電動車基礎設施的建置,預計在2010年之前在東京建置超過200個充電站,三年內更將增加到1000個以上,以為新款電動車的上市做好準備。日產汽車也預估,旗下Leaf等電動車的電池成本,將在四年內大幅下降。目前日產的Leaf電動車已於日本、美國和歐洲等地銷售。
(表二) 電動車規格戰-國家級戰爭
中國 |
美國 |
戰略:以市場換技術 |
戰略:以科技、規格滲透市場 |
- 中國2012年的汽車產量中有10%,就是至少100萬輛以上是新能源汽車。
- 十城千輛計畫:斥資200億人民幣在13座城市,每個城市每年推出不少於1000輛新能源汽車開展示範運行。
- 中國電動汽車大戰略:既然以「汽油」為主的汽車產業無法和歐、美、日本抗衡,乾脆「一步到位」直接鎖定電動汽車,希望用龐大市場快速壯大中國汽車工業。
|
- 歐巴馬宣示,2015年美國新環保車保有量將達100萬輛 。
- 美國經濟振興方案中,今年有20億美元指定發展先進電池技術。
- 美國政府提供80億美元貸款給福特、日產、Tesla發展新能源車。
- 愈來愈嚴苛的能耗與溫室氣體排放法規。
|
快充和加強續航力為電池發展關鍵
節能減碳已是全世界共同的話題,各國政府與民間單位也積極開發各種替代能源。純電動車便是這樣的一種產物,標榜純電動,不會造成空氣的污染。目前各大車廠都積極投入純電動車的研發,只不過初期研發出來的電動車,續航力普遍不足,只適合都會區或社區型使用。
油電混合車已經發展了好幾年,這種車款平常適合在市區行駛,非常省油,也沒有噪音的污染,一旦需要長途駕駛就,就依靠燃燒油料帶動引擎來進行高速行駛。這種油電混合動力車,成效非常不錯,目前缺點是車價過於昂貴,並非一般百姓負擔得起。
純電動車無法普及的最大關鍵,就在於充電站的設置。目前充電站少之又少不提,曾有大廠提出設立交換電瓶服務站的構想,然而這也是行不通的,畢竟電瓶的重量,以目前所研發最小的電瓶,少說也有5~6公斤,位置還是安裝在底盤油箱和引擎的位子,光是要拆卸就有很大的問題,若遇到女性駕駛則更是不容易。
為了提高普及率,目前已有國外業者廣設充電站來為電動車補充電力,至於台灣,由於形式和規格無法統一,造成設置上多頭馬車的現象。而且目前部分廠商所提出的充電續航力數據,是只載一個人,完全無其他負載的狀況下所測出來的數據,若套用到一般車輛正常行駛狀況下,能達到三分之二的續航力就很不錯了。此外,電池充一次電需要超過十小時,加上一組電池壽命僅約2~3年,售價則約10~20萬,這些都將影響購買純電動車的意願。也由於電池組的體積無法再有效縮小,目前相關業者多朝向快速充電和加強續航力的方向來發展。
(表三) 鋰離子電池主要生產廠商
台灣 |
能元科技、興能高科技、必翔電能、台灣超能源、量威電池、動能科技、有量科技、威力能源、蘭陽科技、金山電能 |
中國 |
比亞迪、比克、天津力神、湖南神舟、中炬森萊、蘇州星恒、中信國安盟固利、科立遠 |
日本 |
Sanyo、Panasonic、Sony、GS Uasa、NEC |
韓國 |
Samsung、LG Chemical |
美國 |
A123、Johnson Controls |
德國 |
Saft |
(表四) 台灣科技投資主軸
70年代 |
家電 |
80年代 |
PC |
90年代 |
光電、半導體、太陽能 |
100年~ |
電動車、新能源 |
政府提供助力 產業更快起飛
據了解,電池成本佔電動車成本結構相當高之比例,將近50%,因此直接影響了電動車的售價及市場普及。為突破成本過高的困境,新型態的服務契約模式應運而生,例如業者可提供電池租賃服務模式,消費者不需購買價格昂貴的電池;或提供一定里程數內、不限次數更換電池的服務(如電池交換),以降低電動車價格,達到推廣使用電動車之政策目標。
![《圖三 台灣NEC企劃部專案工程師邱凡容指出,目前純電動車還存在著商用化瓶頸,亟需政府政策的支持。》](/art/2010/10/121705031964/p3.jpg)
《圖三 台灣NEC企劃部專案工程師邱凡容指出,目前純電動車還存在著商用化瓶頸,亟需政府政策的支持。》 |
|
此外,電池專利技術主要包括化學相關化合物及製程技術的研發等,隨著電池產業持續發展,掌握關鍵核心技術的廠商將能主導產業發展趨勢,因此包括台灣、美國、日本、中國、韓國等國的廠商,均積極投入技術研發,以提升技術層次及競爭力,並掌握技術專利。
全球推動電動車產業發展的國家,均對電池產業寄予高度重視,例如美國及中國政府均提供電動車購置補貼或租稅減免措施等,來鼓勵消費者購買電動車輛。目前中國政府提供針對商用車、公務車等運輸車輛的購車補助,美國政府也提供業者研發高階電池之政策誘因,以鼓勵電池技術之發展。
![《圖四 能元科技副總經理鄭宗田指出,除了電池重量問題之外,電動車上路,最重要的當然是充電設施。》](/art/2010/10/121705031964/p4.jpg)
《圖四 能元科技副總經理鄭宗田指出,除了電池重量問題之外,電動車上路,最重要的當然是充電設施。》 |
|
結語
電動車名為環境保護而戰,實則是各車廠之間的角力大戰。曾有研究指出,製造電動車的電池過程中所產生的二氧化碳,比傳統燃油汽車還多,而且電動汽車的充電過程中,也會導致用電量大增,這也是必須考量的。電動車的迷思,或許只是把燃油這個環節的排氣污染,改成電力與電池生產過程的污染罷了。但無論如何,電動車都將是未來汽車產業與政府重點發展的項目。
配合產業發展趨勢,政府已陸續推出相關政策措施,大力協助台灣電動車電池產業之拓展,例如提高鋰電池研發之法人科專預算補助,由2009年的1.2億元,提高為今年度的1.6億元。除法人科專外,業界科專亦將電動車輛關鍵零組件納入補助範圍,其中即包括電動車用儲能系統(如鋰離子電池、超級電容)與電源管理系統等,以積極協助發展電動車關鍵零組件及建立系統整合技術,加速帶動台灣電動車產業之興起。
- 美國戰略智庫Starfor總裁George Friedman預言,電池在21世紀戰場的重要性將凌駕石油。