掌握電源管理/可靠度關鍵　電動車駛出新綠色商機

受到綠能潮流的影響，歐、美、日等已開發國家電動車已展開示範運行計畫，豐田(Toyota)、現代(Hyundai)、本田(Honda)、三菱(Mitsubishi)、戴姆勒(Daimler)、寶馬(BMW)、通用(GM)、福特(Ford)等主要國際車廠各地的電動車發展計畫也正如火如荼地展開，以及中國大陸車廠對於電動車市場亦躍躍欲試，將有助於加速電動車商用化。為搶攻電動車商機，台商可望透過技術研發、策略聯盟及車載資通訊系統(Telematics)打入車廠供應鏈，以取得電動車市場有利作戰位置。此外，電池的研發、管理與國際大廠的產品策略，以及電動車可靠度相關測試，也不可輕忽。  

圖1　中華經濟研究院國際經濟所特約研究顧問戴志言指出，電動車關鍵元件進入障礙不同於傳統車，台商在相關技術領域已有初步成果。

中華經濟研究院國際經濟所特約研究顧問戴志言(圖1)表示，電動車試營運模式可概分為廠商技術研發，服務概念開發、市場開拓，以及市場深耕、使用深度強化三個階段，現階段首要之務即為創造初期市場需求。著眼於節能減碳為大勢所趨，眾多的國際汽車大廠在日本、北美、德國、英國、澳洲、丹麥、以色列等電動車試運行計畫正遍地開花，並積極導入混合電動車(HEV)、插電式混合電動車(PHEV)與純電動車(BEV)研發，甚至開始在市面上販售電動車，如2011年通用將推出插電式混合電動車、日產(Nissan)將於2010年底前銷售電動車Leaf等。  

此外，不少國外車廠亦將營運觸角延伸至亞洲地區，如三菱於2009年5月與香港政府簽訂協議將在香港試運行電動車i-MiEV；福斯集團(Volkswagen)與比亞迪合作共同開發磷酸鋰鐵電池等。  

除電動車試運行計畫緊鑼密鼓及商品化萌芽外，各國電動車的補貼政策亦有助於刺激市場需求，尤其日本購買電動車補助金額最優渥，藉由政府資金補貼，以三菱i-MiEV為例，售價約為300萬日圓，減去補貼金額與加入消費稅後，車主須支付162萬日圓，戴志言分析，5年後減去節約部分的燃料費後，車主實際支付金額為107萬日圓，整體購買成本僅較傳統汽油高7萬日圓。  

避免龐大投資付之東流　電動車廠一魚多吃  

雖然電動車的發展前景備受看好，但攸關電動車上市的時間與整體品質最的電池，卻因涉及龐大的投資金額，投入風險不小。為降低損失的金額，車廠採取與電池廠商策略合作的方式，既可取得最佳與穩定的電池來源，又可降低投資風險，以度過市場尚未完全明朗的階段。  

圖2　達振能源總經理楊模樺表示，對的材料、對的電池設計與應用，為電動車電池系統的研發指標。

達振能源總經理楊模樺(圖2)表示，電池研發門檻相當高，要設立一座電池廠，除須投入龐大的資金外，若研發失敗，更將血本無歸，再加上目前電動車市場雖已確立為未來發展重心，但由於造價仍高，無法迅速普及，車廠為減少風險，自然採取與多家電池廠合作的模式，以與電池廠商共創雙贏。

觀察現階段汽車廠與電池廠合作的狀況，楊模樺指出，車廠與電池廠主要的合作模式為雙方合資成立新公司，或是僅止於單純的合作關係。例如在日本，日產、富士重工業及恩益禧(NEC)合資成立新的電池公司Automotive Energy Supply Corporation(AESC)，三菱與統力湯淺(GS Yuasa)則成立Lithium Energy Japan，不過，車廠並不局限於僅與一家電池廠商合作，反之亦然，如統力湯淺同時也為本田汽車主要電池供應商。  

在美國，車廠與電池廠的合作關係則由美國能源部(DOE)主導，目的為平衡各家廠商的實力，如福斯與三星(Samsung)、博世(Bosch)共同創立的SB LiMotive合作；福特的電池供應商則為三洋、Johnson Controls-Saft及樂金化學(LG Chem)，楊模樺強調，從合資公司的股分分配，也可發現合資公司是由車廠或電池廠擁有主導權，若車廠取得51%的股份，合資的電池公司則由車廠主導。  

此外，除了合資成立新公司外，車廠也利用入股電池廠的方式，以取得電池技術與供應來源，豐田入股Panasonic EV Energy即為一例。  

為搶得市場商機，廠商在市場策略方面紛紛使出渾身解數，而在技術面，如何提升電池效率、材料的選擇與電池系統管理，在在為廠商所須面臨的挑戰。  

攸關電動車性能　電池/電池管理系統扮要角  

電池的效率左右電動車性能好壞，不過要採用何種材料、安培數與電壓的電池，以及如何打最佳的電池管理系統，端視電動車的需求為何，此一選擇與設計亦將影響電動車的可靠度。電池的效率左右電動車的良窳，但要採用何種電池材料，電池系統由安培數較大或較小的電池組成，以及電池系統的電壓大小等，端看電動車所要求的需求為何，不過，電動車的可靠度也直接影響電池的售價與材料的選擇。  

楊模樺表示，電池廠商要如何取捨該發展大電池或小電池，端看電動車的電力需求。舉例而言，以總供電量360伏特的電池系統來說，可利用四個50安培電池組成一個電池模組，再以二十二個電池模組封裝成一個電動車的電池系統，此系統可供如三菱平均速率為每小時130公里的電動車所用；然而用2安培的電池組成模組時，即需六百二十一顆，再以十一個模組組成一個系統，即可提供平均速率為每小時200公里的電動車所需的電力，因此如何選擇電池，電動車要求的電力與速度將是最大的關鍵。  

除了考量電池之外，電池管理系統也是廠商須思考的重點，楊模樺指出，許多廠商的觀念皆停留在研發出最佳化的電池即可，但電池的效率較好不等於採用最佳化電池即可獲得的成果，每一種電池電壓差異大，組成系統時須考慮總體能量的釋放與適當的管理，才能符合電動車所需，以提升可靠度與安全性，並達到最好的電池效率。  

楊模樺強調，現階段台灣電池廠商大多由消費性電子用的小電壓、電流電池開發為出發點，對廠商而言，研發高壓、高電流的電動車電池的技術門檻提高不少，特別是以現今習以為常的電池元件要直接用於電動車電池中，除了元件本身的限制外，電動車電池系統設計複雜度也相對增加，因此廠商研發時須全盤考量。  

善用MCU監控電動車電池與安全  

電池的設計趨於完善後，實際運用到電動車時，須考量電動車整體能源使用，才能進一步發揮電池效能，並有效利用電池電力，此時，微控制器(MCU)將扮演不可或缺的重要角色。此外，電動車的安全性也須仰賴微控制器，才得以進一步提升。  

圖3　瑞薩電子第一營業事業部微處理晶片部副理何吉哲表示，目前市面上的電動車中，Prius已導入瑞薩電子的微控制器產品。

自1980年開始，有大量半導體產品進入汽車，此即為車用電子發展的開端，2005年車用電子比重已占一輛車總零件的25%，預計2015年將達40%，若是再加上電動車的部分，將可達50%。瑞薩電子(Renesas)第一營業事業部微處理晶片部副理何吉哲(圖3)表示，雖然車用電子比重不斷攀升，不過未來業者也將如現今汽車板金廠面臨相同的成本壓力。現階段降低成本的主要方式之一為往更小製程發展，一方面也可提高效能與更省功耗，不過在2009年豐田汽車陸續發生召回問題車輛檢修事件後，該公司也請瑞薩電子暫緩將車用電子產品往90奈米製程演進，回頭要求汽車的穩定與安全。  

根據下世代汽車發展趨勢來看，2014年時，車廠已可完整實現其於電動車的發展計畫，何吉哲表示，雖然鋰電池被視為電動車未來電池較佳的選擇，不過鋰電池應用於汽車中時，將須考量更多安全性與電源管理的問題，才能提高駕駛人的安全，如於快速充電時，鋰電池須可承受充電過程中所產生的熱能，以免爆炸，以及微控制器須有效管理馬達運作，以進一步提升用電效率等。  

為因應電動車各項安全與電源管理需求，瑞薩電子也推出相對應的微控制器產品，如馬達控制器、電壓偵測與電池管理系統等，何吉哲指出，瑞薩電子馬達控制產品系列採用高效能的中央處理器(CPU)核心，以及可高速存取的快閃記憶體(Flash Memory)，並內建同步串列通訊單元(Synchronous Serial Communication Unit, SSU)、串列通訊介面(Serial Communication Interface, SCI)，使產品可與其他電子元件進行通訊，此外，內建的RCAN-ET則與控制區域網路(CAN)、區域網路(LAN)規格相容，而電壓偵測產品則可一次偵測十二個串列電池。  

電動車可靠度測試舉足輕重  

由於燃料電池電動車也為熱門選項之一，為解決燃料電池關鍵元件與組裝過程的誤差，可靠度測試在產品設計與生產過程中的重要性可見一斑。  

圖4　台灣安捷倫電子量測事業群應用工程部資深專案經理祁子年坦言，目前國內燃料電池測試需求尚未普及，市場仍在萌芽階段。

台灣安捷倫(Agilent)電子量測事業群應用工程部資深專案經理祁子年(圖4)表示，透過直流電子負載(Electronic Loads)、功能產生器及任意波形產生器將可協助確認燃料電池發電效率，並分析元件與組裝製程的弊端，此外，藉由交流電訊號射入方法(AC Signal Injection Method)可提供更多的測試資訊。  

另一方面，為提高生產效率，業界已開發出整合多元化汽車電子測試功能的直流電電源分析儀(DC Power Analyzer)。祁子年指出，汽車電子的研發工程師測試汽車電子元件往往需要數種不同的儀器搭配，現階段透過高整合度直流電電源分析儀，即可經由單一測試儀器完成眾多測試項目，免除編排測試順序，並可大幅縮短測試時間。  

台商進軍電動車機會點與挑戰  

有鑑於各國車廠、政府力推之下，電動車前景可期，台商對此市場亦躍躍欲試，戴志言認為，台灣電動車技術發展策略應區分為二，其一針對國際技術層次高的電能與動力系統技術，如整車控制單元、多功能模組化電動技術、底盤線傳控制技術、輕量化車身技術、高效率驅動技術、馬達設計技術等台商最好能採用收購、技術授權或策略結盟策略追趕技術能力；再者，對於規格尚未底定的電能系統技術，如電池模組管理系統、市電及快速充電放電技術等，須致力於參與國際標準制定。  

然台灣供應鏈雖趨完整，卻獨缺國內自有汽車品牌，導致整車發展經驗匱乏。戴志言建議，值此中國大陸新興整車廠商戮力投入電動車研發之際，台灣電動車關鍵元件商若能成功打入供應鏈，即可望隨著車廠的成長在國際供應鏈體系占有一席之地。尤其是善用國內資通訊產業的優勢，戴志言剖析，車載資通訊系統將可提升電動車性能、使用親和度，並透過導入的輔助科技和服務，可促成電動車產業與應用的營運模式創新。  

車載資通訊激發電動車創新營運模式  

為取得未來應用於電動車的車載資通訊技術，以及發展出適合特定使用情境下的車載資通訊車載機與後端營運系統，台商須考量電動車與傳統車輛在一般性因素與應用情境因素的差異性。  

一般性因素可區分為載台差異與服務的特殊性兩項，以電動車而言，前者包括車輛操作特性、車輛續航力及燃料補充特性；後者涵蓋車輛共同使用模式管理、車輛能源監控服務、緊急替代救援服務以及快速充電站導引與車位保留。戴志言指出，由電動車的一般性因素可能衍生的新功能為駕駛人管理、線上輔助，電動車狀態線上監控與協助，快速能源補充協助功能，以及快速導引與車位保留服務，其中合作對象涵蓋電動車製造商、車載單元(OBU)製造商及控制中心服務。  

至於應用情境因素，由於電動車導入初期可能因為車輛續航力低於一般內燃機系統，目前規畫多為都會中短距離使用，或於可管理的環境、地區或情境下使用，戴志言舉例，車載資通訊可提供環境敏感地區的導入應用、實施停車改搭電動車措施及特區之導入應用。以日本測試運行計畫的主要應用情境為例，可演變為市中心的貨車共同利用、市中心共享車、大規模住宅區的第二部車、觀光地區的公共電動車等代步用途。此外，戴志言預期，在可管理的環境、地區或情境下使用電動車，可能催生電動車特殊車載資通訊服務，如商用車隊等。  

電動車需求萌芽，吸引群雄競逐，戴志言強調，台商在核心元件、車輛品牌代工及服務系統供應商領域相當有利，惟台灣關鍵元件商應加緊升級現有的技術與產品規格，成為國際廠商的重要夥伴，並發展電動車整車模組，作為車商發展電動車不可或缺的盟友；車輛品牌代工方面，台灣應力促發展成為車廠特定電動車型生產供應商，以及電動車行亞洲市場的生產基地；服務系統方面，須結合車載資通訊與分散式能源供應技術，且發展成為特定電動車服務系統供應商。