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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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電動車電池交換發展概況與面臨的挑戰

陳志洋

電池技術發展四十餘年,卻仍不能在從運輸上全面取代化石能源,純電動車的動力補給問題懸而未決,看Better Place在以色列的電池交換與配套充電服務,發現電動車電池交換的挑戰與機會。

電動車電池交換的概念是為了解決目前電動車價格過高、充電時間較久等問題,但受限於技術與營運模式等限制,尚未被大多數車廠所接受,以下簡介全球最知名電動車電池交換營運商Better Place發展概況,探討其目前的商業模式,最後提出目前電動車電池交換仍待解決的問題。

Better Place的三種服務:慢速、快速充電與電池交換

Better Place主要定位為電動車能源服務營運商,透過與車廠、電池廠、電力公司與政府部門合作,共同建設電動車電能補充基礎設施,並提供電動補充與管理、收費、售後服務等系統整合方案。

Better Place 近年陸續在日本、美國、丹麥、夏威夷、澳洲及中國大陸等地與車廠合作並進行試驗計畫,2011年三月獲得以色列官方支持,宣布在以色列進行大規模的充電基礎設施計畫,目標為年底前興建四十座電池交換站,並和超過四百家停車業者簽訂合約,預計將建設上千座充電站。為了拓展電動車使用率,亦和當地較具規模的公司合作,以提供電動車作為員工的福利與報酬,包含了電費、保險與維護費等優惠,目前以色列前三百大企業已有許多公司承諾願意加入Better Place的計畫。

Better Place商業模式中,最為人所熟知的是電池交換與車電分離,希望解決一般民眾購買電動車最在意的兩大問題──購車成本與充電便利性。電池交換站確保有臨時充電需求的電動車透過全自動的交換設備在五分鐘內更換已充飽電的電池,至於車電分離的制度,則設計為消費者可選擇僅購買電動車而電池採租賃的方式,藉此以大幅降低購車的初始成本。

一般人所熟知的Better Place主要為電池交換營運,然其實際的營運提供包含三個電能補充方案。第一是慢速充電,使用者於夜間和日間長時間充電之用,為主要電力補充來源。第二是快速充電,一般設於城市中的交通節點,補充能源時間約45到60分鐘,為滿足使用者緊急時隨機充電需求之用。第三就是電池交換,主要用於城際間通勤之用,提充在短時間內可補足供長距離行駛的電量。

根據其解決方案,電動車駕駛者平時可在家或工作地點進行每日例行性的充電,偶而有突發狀況時則可利用快速充電,普及的電池交換站網絡則可使車主在長途旅行時不需擔心充電時間過久的問題。


售車後再配套充電服務方案

如何解決一般民眾對電動車價格過高以及充電不便的疑慮?Better Place和Renault在以色列合作推出的整車銷售與充電服務整合方案,雙方目前合作推出支援電池交換的車型Renault Fluence ZE EV,售價為34,840美元,約合台幣100 萬元,而Toyota Camry在以色列售價約120萬元。

此價格不含任何電力補充服務,消費者購車後可評估本身需求,向Better Place選購每年二萬到三萬公里等能源補充之不同方案,二萬公里的方案定價是月付309美元,一年需3,708美元;3萬公里的方案是月付453美元,一年需5,436美元,付費後可免費使用Better Place建置的公共充電站與電池交換站。

Better Place本身設有機制以監測消費者所使用里程,若超過所選定之里程限制,則依超過里程數計費,平均約每公里0.24到0.28美元之間。除了月費制外,尚有另一項購車加三年服務的優惠,消費者可一次付清美金44,648元,即可享有三年內每年2.5萬公里能源補充費用的服務。(請參閱表1)

根據規劃,2011年年底開始交車後整個營運模式將開始正式運作。在整個服務方案中,除了上述公共充電與電池交換站外,並包含了由Better Place 提供會員家用充電設備的安裝與維護,以及24小時道路救援與諮詢等服務。

根據Better Place 宣稱的數據,以使用傳統引擎車與參加Better Place 的方案進行比較,使用者的成本將降低20%,包含省下保險費283.4美元與保養費283.4美元等。

技術掌控、產品區隔、成本過高讓車廠卻步

電動車電池交換能成為大多數人所認同的營運模式,原因在於最接近傳統汽油車的補充能源方式,消費者僅需到電池交換站,透過機械設備進行車上電池與備用電池的換置,即可在五分鐘內完成能源補充。

然而,此模式至今仍有許多瓶頸仍待突破,例如電池拆裝介面可靠度問題、電池標準統一與品質問題、車電分離的營運模式問題等等,此外電動車電池重達數百公斤,必須以機械進行抽換。Better Place藉由自動化機械設備由車底更換250公斤的電池組,但自動交換設備所費不貲,加上備用電池的成本,短期內營運商財務狀況亦為重大問題,以致目前電動車電池交換模式仍不被車廠接受。

未來影響電動車電池交換模式是否成功的關鍵,可能在於如何解決補貼和營運獲利分配的問題,以及電池規格和介面規格必須有單位出面主導,最後則在於可靠度問題須獲得有效解決。

目前Better Place遭遇到最大的瓶頸,是許多車廠對電池交換模式的商業可行性仍有懷疑,目前僅有Renault-Nissan集團宣布積極投入合作。車廠卻步的主因,在於電池標準化是電池交換能實現的重要前提,然部分車廠認為此將造成電動車產品均質化的效果,亦即產品將沒有太大的差異性,這對於向來重視技術掌握與產品區隔的車廠是難以接受的。

此外,亦有車廠認為投入電池交換營運的代價太過昂貴,投入發展將不合成本效益。目前主要車廠皆投入電動車研發,但認為電池交換可行的卻不多,而大部分專家亦認為電池交換的概念,在美國等幅員較大的地區需要較多的電池以及交換站做後勤,且未來電池與充電技術改善後,可能降低充電時間到目前加油的水準,此點將使得電池交換站的概念不具經濟效益。

目前電動車電池交換缺乏車廠支持、電池化標準疑慮,加上機械可靠度問題仍待解決,Better Place 的營運模式亦尚未證明其可行性,評估現階段即投入有相當大之風險。以色列獨特的政治環境令該國致力於去油化,與
Renault-Nissan集團的配合對其他國家而言也難以複製,故若欲投入電動車能源補充,短期內仍應以充電較為適合,除了多數車廠支持外,因設備投入成本相對較低,亦可避免沉沒成本過大的問題。

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