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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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特用市場、鋰電池、智慧化、區域特色的充電方案

陶曉嫚

全球暖化與油電雙漲的衝擊下,令民眾切身感受到需要新的綠色運輸方案,而面對全球電動車狂潮,能量密度高的鋰電池將取代鎳氫電池、車載通訊系統智慧化,各國政府也推出政策大餅,從特定應用方案切入,打造符合地方需求的充電環境──掀起汽車消費大國、生產強國的技術革命,在借鏡國際經驗的同時,發現台灣的機會與優勢。

回顧上一次油電價格調漲,2008年油價上漲19%、電價上漲25%,當時躉售物價指數(WPI)分別上漲3.5%和5.1%,加上金融海嘯的衝擊,當年台灣國內生產總值(GDP)下滑5.25%,小老百姓深深感受到荷包縮水與謀生更為艱辛的壓力。

四年後,從不景氣到「無感復甦」,今年四月初油價每公升大漲逾三元,加上電價也要分段調漲,物價、民生物資順應油電雙漲而連鎖反應,石化、汽車產業受油價調整衝擊大,電價調整對產業的影響則更廣,用電量大的產業如電子上游晶圓代工、面板、金屬工業、塑化、紡織、水泥、玻璃等,恐讓今年整體企業獲利下修10%。

除了墊高企業成本,調漲油電對民間消費的影響更甚,在汽油、柴油漲價一成下,推估一般家庭每月上下班通勤所增加的花費,機車族將多支出新台幣40元、汽車族則增加700元。眼前歐債危機雖讓油價有向下修正的空間,但在長期能源吃緊的疑慮下,消費者添購個人交通工具、企業配置商務及物流車隊時,必需將眼光放得更遠、更加精打細算。

紓解油價上漲的壓力,在配合環保節能的訴求,近代電動車經過近十年的研發期,終於走出理論領域到被大眾認同──然而,在電動車電池系統價格偏高、馬力與速度不比用油引擎車,以及現階段充電設備和車載資通訊環境不完備的情況下,要用什麼方式讓市場接受電動車?

趨勢一:在特用市場發掘電動車利基

其實在分眾市場中,電動車已經相當普及,例如堆高機、高爾夫球車、老人代步車都已經是電動車。「現在的目標,是要讓商用、乘用車輛電動化,從會考量使用成本的商用車市場切入,是比較有利基的,我們要找到特定應用方案,再來進行試運行計畫。」工研院機械與系統研究所副所長王漢英指出,商用車隊通常在固定距離內活動,而企業主認同電動車為未來趨勢後,會考量品牌社會形象,進而採用較環保的電動車。

例如在先進國家,主打「能夠借用,何必要擁有」的汽車分享事業已經行之有年,電動車的分享制度也分階段上路。例如2011年底,法國政府推出了「Autolib計畫」,目前為止已經舖設長達250公里的行車道路、購置250台電動車,並修建75座專用停車場,出租費用分成年度會員制、單週使用卷、一日使用卷等三種形式,目標是在2014年將電動車數量增加到三千台以上,停車場規模擴大到一千座,希望在這個過程中,讓民眾熟悉電動車的駕駛模式,作為日後推廣的基礎。

有鑑於此,南韓知識經濟部也在今年推出為期16個月的示範性「電動車Sharing事業」,將客群鎖定在充電站之間通勤的民眾,在住宅區建造車輛保管處,讓民眾不需要自行購買,就能以小時為單位租用電動車。

台灣尚未出現電動車分享事業,但也有地區性的重點推廣,具代表性的案例之一,就是雲林西螺果菜市場的電動鐵牛車。

日本大田蔬果市場全部使用電動車為載運器具,整個市場空氣相當乾淨,然而交易場佔地四公頃、東南亞規模最大的西螺果菜市場,卻使用引擎轟轟作響的柴油鐵牛車,把整個市集弄得烏煙瘴氣。

所以從2007年開始,環保署委託工研院研發電動鐵牛車,提供西螺果菜市場試運行,菜販的反應相當正面,然而,電動鐵牛車因仍未大量生產,所以造價高昂是目前面臨亟待解決的問題。身兼西螺果菜市場董事長的西螺鎮長蕭澤梧表示,希望未來政策面可以更符合菜販的需求考量,並有多種配套方案來提高菜販對電動鐵牛車的接受度。

趨勢二:高功率鋰電池將取代鎳氫電池

「電池模組系統就佔電動車成本的三分之一到二分之一,而目前每小時供電一千瓦的動能的鋰電池模組系統,大約要價800到1,000美元,純電動車售價居高不下的原因,就是電池核心材料與線路零組件還未大量生產。」材料與化工研究所儲能材料及技術研究組副組長陳金銘指出,同規格的鋰電池要如日本新能源及產業技術綜合開發機構(NEDO)的目標,在2015年降價至300美元、2020年降價至200美元,就需要密集投入資金研發。

現階段美國、歐洲、日本、韓國、大陸與台灣都競相投入高功率動力鋰電池的開發。基於維持全球汽車工業的霸主地位與能源安全的考量,美國總統歐巴馬於2009年3月啟動以24億美元經費,展開研發下一代插電式電動車(PHEV)計畫。而同年度中國大陸已超越美國,成為世界第一大汽車市場,動力鋰電池已被宣布為策略性新興產業。

因應全球的電動車狂潮,經濟部技術處將「下世代儲電元件與系統技術開發」科專計畫列為旗艦計畫,預計從2010 年至2019年分三個階段,十年總經費約30億新台幣,每年將投入新台幣二到三億元,建立起國內動力鋰電池科技產業的自主化技術,並促成材料、儲電元件與電動車輛系統的上中下游產業垂直整合與策略聯盟,期望創造出另一個兆元產業,使台灣能成為世界高階電動車輛鋰電池研發與製造的重鎮。

日本資訊技術綜合研究所(IIT)指出,今年鎳氫電池在油電混合車的應用規模將達到140萬輛的最高點,從2013年開始,搭載鋰電池的油電混合車數量便會超過搭載鎳氫電池的。由於鎳氫電池有記憶效應,折舊年限比鋰電池短,讓鋰電池成為下一代車用動力電池主流,同時隨著安全性與效能的提升,電動車開始更進階地「去油化」,從HEV走向PHEV及BEV。

「台灣不從HEV、PHEV著手,是因為這兩大領域的技術已經被國際大廠主宰,從純電動車切入比較有機會。」陳金銘點出,全球電動車的銷售量在2020年將大幅成長至857萬輛,其中高達九成使用鋰電池做為動力電源,在電動車動力鋰電池方面,2010年,全世界電動車動力鋰電池的市值只有約新台幣120億元,預估到了2020年,全世界市值將高達約新台幣7,661億元以上,平均年成長率約625%,成長力極為驚人。

若以全球消費車用電池的金額計算市場占有率,到了2020年,鋰電池需求金額約占97%,現在主流的鎳氫電池則只占3%,因此陳金明推斷,屆時全世界電動車電池將完全被鋰電池所取代。

趨勢三:高智慧化的車載資通訊系統

在電池系統價格降低後,往後汽車市場就是電動車的天下嗎?答案未必這麼樂觀。預測到了2030年,全世界1.5億輛新車中,約2到3千萬輛是電動車,為什麼這個數字不是百分之百?

「因電動車在馬力、續航力上仍尚未突破,故電動車的運行,遠比傳統車種複雜。」資訊與通訊研究所車載資通訊與控制系統組副組長蔡序開分析,電動車的運行需要更多的關注、更即時的資料,以確保用車人在「安心」的狀態下開車;在車速以秒計算的情況下,目前駕駛人能獲得的路況訊息卻是以分鐘為單位更新,當看到前方路肩警示牌或是聽到廣播路況時,往往為時已晚,而且要在眾多不相關的訊息中,取得對自己最有幫助的部份,也考驗駕駛人的精神集中度。電動車在路徑、電能補給與修繕地點的選擇上,比傳統車輛更倚賴精密的運算、更需要即時切身的資訊,必須有車載資通訊系統的輔助。

「在物聯網的推廣歷程中,首先會被落實的是汽車──利用短距車間通訊技術直接將車輛連結起來,形成車聯網,以達到更安全、更節能減碳之精緻化目的,而這些遠景的達成,把先進電信技術導入車輛中是重要關鍵。」蔡序開形容,以前電信技術是用於提供固定式電話化的服務、現在是管理手機的服務,而未來,電信技術將用於電動車的運行、管理、維護和服務配置。

其實從1996年開始,美國通用汽車就已經在推廣車聯網—OnStar,但是找不到關鍵性應用服務(Must have applications),其服務的訂購者不超過一千萬,對全球汽車業龍頭而言,這樣的成績是不成功的。而未來最快全面導入車聯網的國家將會是中國大陸,依據中國十二五計畫中規劃,在未來五年內大陸會有一千萬車聯網服務客戶,而在2020年將會有二億輛可控車輛上路,這項政策對於台灣ICT產業是不錯的機會。

在追求節能環保的大方向下,不僅是車輛走向電動化,還必須智慧化,這也意味著要讓電動車跳脫試運行階段到全面上路,需要建置更完備的行車與充電環境。

趨勢四:因地制宜的充電方案

在今年五月中旬,全球最大規模的汽車出租品牌赫茲公司(The Hertz Corporation)宣佈,推廣電動車充電網Source London,來支持倫敦成為歐洲電動車之都的政策。作為全球第一家在三大洲提供電動汽車租賃服務、提供最多電動車車型的公司,赫茲與電動車廠達成協定,發表新款電動車如近日亮相的Vauxhall Ampera,在英國經營著倫敦六個地區的16個充電站,據點遍佈倫敦西斯羅機場(London Heathrow)和倫敦城市機場(London City Airport)。

美國與歐洲各國目前傾向由企業來經營充電站,主要以設備業者建置公共充電設施為主。對於適用政府特許模式的地區而言,中國則以三大石油公司和兩大電網公司帶頭,一邊利用經營加油站的優勢踏入電動車電池與充電站市場,另一方面則是在充電標準上擁有制訂的權利。

為了推廣電動車,一般公設充電站在短期五年內都是免費使用,對於發展充電站營利化,仍有許多課題尚待釐清。

以日本為例,出光興產株式會社在2009年9月到2010年3月底於東京進行實驗,報告指出若再2009至2015年間經營充電站,每一座充電站初期投資需要3,420萬日元,推估收益約為1,761萬日元,並不符合成本,必須設法降低初期的沉沒成本。

「什麼才是最適合台灣的充電方案,要試過才有辦法修正,現在應該累積更多行車經驗來歷練。」王漢英認為,台灣幅員不大、沒有極端氣候,人民卻有乘坐巴士、汽車、機車、單車等多元交通工具的習慣,是車輛電動化、智慧化的最佳試煉場。

就內需市場而言,國際整車品牌競爭激烈,王漢英指出,台灣長期在汽車零組件上具有快速應變能力,在ICT產業也具備優勢,生產電動車關鍵零組件、發展車載資通訊系統與平台、試驗新服務與使用模式,將是台灣綠色運輸產業進軍世界舞台的關鍵。

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