電動車 TAICS 充電柱 無線充電

電池/充電產業開步走 供儲能模式進化力挺電動車

2018-07-31
空氣汙染問題近年來討論熱度不斷升溫,為解決此問題,各國相繼發布禁售燃油車的時程表,並祭出一系列的電動車產業相關輔導政策,企圖發展純電力行駛的移動工具,順應環保潮流。

全球汽車產業正朝向電動化趨勢發展,預計在2030年時,55%新車都是電動車,傳統汽柴油引擎將逐漸退場。而電池管理(充換電技術)與充電站的發展將是汽、機車電動化的最重要關鍵之一,面對此龐大商機的需求,為了協助台灣產業善用自身軟硬體實力優勢搶奪市場先機,台灣資通產業標準協會(TAICS)於日前舉辦「電動車電池管理與服務發展趨勢」標準論壇,邀請國內外專家齊聚一堂。與會的專家有研究法人、車廠、設備技術、場域運營等國內外代表性機構,包括車輛研究測試中心、工研院等兩個國內主要研究法人機構;電動機車廠商Gogoro、其昜科技;設備技術與場域運營大廠台達電、WiTricity、信璽國際、能海電能科技等,全方面涵蓋電動車產業,從政府政策、充電技術、充電環境等關鍵面向,探討技術與應用場域之資通訊標準需求。

台灣資通產業標準協會秘書長周勝鄰表示,從產業來看,電動車對傳統汽車製造帶來很大的衝擊,如同特斯拉帶來的效益一般難以忽視。而電動車很重要的組成要素在於電池設計,其本身已發展約2~3個世代,現已日趨成熟。在電池使用部分,已慢慢導入ICT技術,可看到特斯拉的崛起,使得傳統汽車製造商的地位受到挑戰,其技術特色透過電腦IT控制,進一步做電池管理,提升電池使用效率,此舉與電池設計的技術本身重要性相同。

特斯拉電動車快速崛起,也進一步帶動台灣零組件的產業發展。可看到特斯拉採用多項關鍵零組件來自台灣供應商,本土廠商如起而行也希望可以像是IT產業,憑著技術的優良與產業的優勢,讓全世界想找電動車關鍵零組件的業者都會想到台灣,等到愈來愈多電動車廠加入市場之後,台灣將在新的市場、新的商機占到更重要的地位(圖1)。

圖1 特斯拉採用台灣零組件供應鏈汽車分布圖
資料來源:各廠商資料、車輛中心整理(2018)

另一方面,周勝鄰也談到,在電動車使用上,充電時間至少需要半小時時間,為了提升電動車的使用效率,興起電池交換的概念,意味著讓電池提供成為服務,而這將對未來電動車的產業鏈、商業模式產生很大變革。以台灣來說,可看到Gogoro主推的電池更換服務帶來的話題,除了背後技術帶來的產業發展,亦可看到服務面對生活帶來影響。

Gogoro副總經理彭明義談到,地球環境不斷改變,而空氣汙染議題近兩年討論熱度加溫,可看到全球有700萬人死因來自於空氣汙染,其中更有590萬人位於東南亞與西太平洋地區。以台灣地區來看,因呼吸相關癌症死亡人數約8,600人,相對約2,000人死於機動車輛的交通事故。

因應節能減碳 各國吹禁售燃油車風潮

為了改善上述問題,許多國家已提出禁售傳統燃油車法案,期能推動電動車、插電式混合動力車(PHEV)等環保車輛,以取代傳統燃油車,因應汽車對環境帶來的汙染問題,而此舉也進一步促進電動車應用市場快速成形。

聯合國氣候變化大會達成巴黎協議,為限制溫室氣體排放訂下目標,同意把全球平均氣溫升幅控制在攝氏2度之內。而由於CO2濃度快速上升,導致氣候明顯暖化,根據ICCT調查,各國針對車輛訂定嚴格油耗法規,降低CO2排放量。舉例來說,歐盟規定2020年每公升須能行駛25.8公里,其油耗標準非常嚴格,現有內燃機引擎技術難因應未來5~10年油耗法規,促使車廠朝汽車電動化發展因應政策。

成本/續航力/充電站 電動車普及三大關鍵

電動車市場正急速起飛,2017年全球電動車銷量超過123萬輛,較2016年大幅成長57%。其中中國大陸、美國、挪威、日本與德國為前五大銷售國。在此趨勢之下,電動車發展起飛最關鍵的重點可分為三大要點。車輛研究測試中心協理王正健分析,成本、續航力與充電站等三大要素是影響電動車是否能普及的關鍵要素。基於此,各國正積極布建充電站,車廠與政府持續對重要路線規畫充電站,根據研究機構報告顯示,目前由美國擁有最多充電站,而日本則在快充數量領先全球;預計到了2026年,全球充電站數量將超過220萬。

台達電處長艾祖華認為,充電柱目前遇到最大挑戰在於軟體、系統整合問題。舉例來說,在歐洲地區,充電系統橫跨不同國家與電信商,如何規畫不同通訊平台,整合不同電信業的漫遊系統,甚至將各廠商的充電柱呈現在APP中,實為一大挑戰。此外,硬體上也可看到充電槍的接口規格標準多元,若要符合各種標準,相對的成本上也會隨之而升。整體上充電柱的槍頭標準、電壓與後台通訊系統,皆與軟體息息相關(圖2)。

圖2  電動車充電後端系統與APP設計流程圖
資料來源:台達電

整體而言,充電站與基礎建設的設計相關緊密。例如,許多住在公寓中的居民,難以在家中進行電動車充電,因為一般家中,可支援的電力約5~7Kw,若再加上一個充電柱,極有可能產生跳電風險,也因此充電問題層出不窮,需要基礎建設跟著改善。可看到市場上已有許多充電柱廠商與土地建設商合作,於地下室整體規畫充電站設置。

電池交換服務當紅 智慧能源概念興起

充電站延伸出充電時間與基礎建設設計的不方便性,也促使一些廠商期能透過換電池的方式,增加電動車運作的方便性。彭明義談到,電池交換服務的概念與現在使用燃油汽/機車使用的概念一樣,只是將「加油」這項動作,轉變成電池交換的做法,透過這個方法補充能源,實際運作時間約六秒鐘,讓能源的取得可以更加快速。

信璽國際執行長賴世墉表示,在電動機車產業上,經常面臨車輛充電耗時、電池太重、電池安全、電池成本高、機車騎行距離續航與行駛狀況等問題。舉例來說,光是電池費用就占電動機車成本的60%,且電池僅能支撐3~5年的時間。

延續上述問題,為了解決電池對電動車帶來的影響,彭明義談到,該公司透過電池交換的商業模式,由自己管理電池的方式,在電池上提供更好安全性,並透過NFC交換電池資訊,從而分析使用者的使用模式,包含行駛時間、距離、加速狀態等,以了解車況是否正常,並藉此推薦更適合消費者的使用方案。同時,得以有效確保電池安全性,而用戶也無須煩惱保養電池的問題。

整體而言,Gogoro認為,打造智慧機車需滿足四項條件,第一是滿足使用者過去在燃油機車的使用習慣,目前台灣有90%車輛是100~125c.c的車輛,故電動機車的速度需要滿足與125c.c相等的等級;第二是良好的操控性;第三為電車與燃油車行駛的行駛距離差異必須縮短,一般燃油機車行駛約100公里需要加油,依照比例,電動機車的設計也需同樣支援行駛100公里距離;最後,則是滿足創新需求。

電動機車產業除了在機車方面不斷提升之外,在基礎建設的配合也須面面俱到。能海電能科技總技術長朱國權認為,服務才是台灣電動車產業最終的機會。台灣應該從業界裡面,將每個汽/機車交換站或充電站的據點變成大數據,將這些數據資料轉換成有用的資訊,建立新的商業價值。舉例來說,台灣各地都設有加油站,加油的每張發票都有紀錄著數據資料,包含加油時間、位置與當地天候資料,而這些大數據蒐集而來的資料,得以轉變成更貼近消費者的配套方案。

解決插拔問題 汽車無線充電受矚目

WiTricity大中華區總經理曹元蓀表示,各國已將傳統汽油車改用電動車轉換設定期限,而要推動電動車應用除了在電池效能、整體成本外,充電插拔是個有待解決的重要問題,也使得汽車導入無線充電的應用備受矚目。

曹元蓀談到,現已有許多國外廠商將電動車充電走向無線化,包含本田(Honda)、豐田(Toyota)、通用汽車(GM)、奧迪(Audi)與BMW等皆朝著這個方向前進,期能在沒有插頭的狀況下,透過無線充電技術達到與傳統充電一樣的效率,同時又能保障充電安全問題。

為了實現此目標,WiTricity透過磁共振技術,提供汽車大廠媲美有線充電的無線充電技術,目前該公司已可實現點對點90~93%以上電池充電效率,且該公司的標準技術可允許前後偏差10cm,左右偏差7.5mm的充電偏差位置,現已與TDK、Toyota、IHI、APTIV、BRUSA等公司合作。

無線充電汽車已非遙不可及的夢想,韓國現代汽車於2018年瑞士日內瓦車展已展示無線充電系統,而BMW也已有3.3千瓦的無線充電系統支援,並預計朝7千瓦、11千瓦的容量邁進。

不過,曹元蓀表示,無線充電技術要成功,需要一個標準規範。美國SAE早於2011年即開始制定無線充電標準,規範無線電頻率、安全設計、通用性以及電磁相容規範等標準;此外,IEC主要制定於地面端的標準,而ISO則是制定車輛端的規範。另外,中國大陸也於2015年開始制定相關標準。

整體而言,目前一級車廠皆有SOP量產無線充電車型的規畫,從2018~2020年,將會看到不同的無線充電車型。在國際標準的制定上,2019年將底定所有無線充電標準規範。無線充電未來幾年將有望成為新能源汽車的標配設備。

汽車行駛關乎人命,當然相關的法規標準制定也不容小覷,隨著汽車電子化發展,車輛電子的重要規範ISO 26262地位也逐日提升。工研院機械所副所長陽毅平談到,車輛行駛過程中,其危險性的原因需要層層抽絲剝繭,找出哪個元件所導致,而符合規範也非常重要,包含電子控制單元(ECU)與視訊編解碼器單元(VCU)皆須符合ISO 26262。

圖3  無線充電滿足多種類型的電動車應用
資料來源:WiTricity

交通運輸新趨勢 共享汽車概念逐步起飛

王正健表示,未來汽車產業將逐漸轉型,自駕車將走向電動化,故須控制耗電量與成本,也基於此,在自駕車的時代,未來買房不見得需要配備車位,汽車可自行開往較遠的停車場停車;此外,透過車隊管理公司掌管汽車的租賃模式,共享汽車概念也將隨之而起,目前全球汽車總銷售量大約九千萬台,說不定在共享汽車的風潮興起下,汽車銷售量將愈趨減少。

除了電動汽車之外,電動機車也正朝著共享的概念發展。目前也以有電動機車廠商以機車租賃的商業模式運行。其昜電動車科技總經理龔子琪表示,該公司以開發出智慧共享電動機車租賃系統,透過行動裝置實現預約租車、充電還車與支付扣款。

龔子琪談到,電動車的售價高於燃油車且環境建置不夠友善(如充電站不足),加上消費者對於後續維護成本的疑慮,使得消費者在購買上產生遲疑。除此之外,可看到台灣機車數量高達1,360萬台,機車密度為全球第一,而這些機車卻有95%時間閒置在停車場,不僅間接壓縮城市空間,同時也造成嚴重的空氣汙染。為改善上述狀況,以租賃的模式改變機車的使用方式,不失為一項解套的方針。

根據歐美統計,一台共享車輛可以替代10~15台自有車輛。舉例來說,100台共享電動車,即可替代1,000台自有燃油機車,可迅速降低PM2.5,並減少900台車輛製造的碳足跡,這也意味著,共享經濟帶來的減碳效果不容忽視。

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