電動大客車由於市場規模小,加上各地不同的法規要求,讓整個產業的格局更加碎片化,因此在新技術的導入速度上,通常落後於小型車。但這也意味著小客車採用的設計概念,最終通常會經過一定程度的轉化,出現在電動大客車上。
寬能隙技術/雙向電源將是大勢所趨
英飛凌(Infineon)工業與基礎設施業務首席工程師邱貴彬指出,目前台灣電動大客車上搭載的馬達驅動器、車載充電器,基本上都還是使用矽MOSFET跟IGBT技術。已經在電動小客車上大量導入的碳化矽(SiC)技術,還沒有應用在電動大客車上。同樣的,目前電動大客車所使用的充電設備,裡面採用的元件,主流也仍是矽元件。
電動大客車產業之所以還沒有大量導入SiC技術,最主要的考量還是成本因素。雖然在中國供應商蜂擁進軍SiC市場的情況下,SiC元件的平均價格已大幅下滑,但還是比MOSFET、IGBT高出許多。只要應用的規格需求落在MOSFET、IGBT技術可以滿足的範圍內,車廠還是會傾向於使用性價比更好的矽元件。
因此,作為全球最大的電源晶片供應商,英飛凌雖然在SiC與氮化鎵(GaN)領域都有完整的產品組合跟布局,但我們仍持續在矽技術上進行投資。例如近期推出的EconoDAUL 3 IGBT7,就是很適合應用在電動大客車上的最新一代IGBT技術。
與以往的IGBT相比,IGBT7因為使用更先進的微圖形溝槽(Micro Pattern Trench, MPT)結構,所以導通損比前一代降低了17%~20%不等。此外,IGBT7的高溫耐受能力也優於前一代產品,其連續工作時的耐溫可以達到150°C,過載時的耐溫則是175°C。這些特性使得IGBT7非常適合應用在輕/重型卡車與電動大客車的馬達驅動器上。
不過,IGBT7的性能跟英飛凌自家的SiC方案相比,還是有一段落差。因此,隨著應用對功率密度的要求不斷提升,業界最終還是會逐漸轉向SiC。例如在車載充電器與充電樁設計上,若要支援快速充電功能,從IGBT轉向SiC是必然的趨勢。
在電動大客車領域,另一個值得特別關注的議題是雙向電源設計。由於電動大客車上搭載的電池容量普遍都在100度(kW/h)左右,如果能善用這些電池容量,把電動大客車當作分散式儲能裝置來運用,對客運業者跟電力公司來說都是件好事。因此,很多電動大客車製造商與重電業者都認為,等時機成熟,雙向電源的需求一定會出現。
以台灣的情況為例,我們大約有1.5萬輛大客車,如果全部電氣化並支援雙向電源,就意味著我們的電力系統中,有150萬度潛在的分散式儲能容量,只要能善加利用,不只可以促進電網穩定,客運業者也可以得到新的收入來源。
針對雙向電源,英飛凌已經做好準備。從元件、模組到整個電源子系統的參考設計,英飛凌都可以提供。只要V2G相關法規跟技術標準確定下來,英飛凌有信心,可以提出符合法規跟客戶需求的整體解決方案。
軟體定義概念緩解客製化挑戰
恩智浦(NXP)汽車系統工程與市場行銷資深經理張嘉恆則認為,已經在小型車領域掀起革命的軟體定義汽車(Software Defined Vehicle, SDV)概念,同樣會在大客車這類大型商用車領域掀起巨大波瀾。
他指出,大型車產業所面臨的主要挑戰之一,是各地不同的法規。大型商用車的市場規模本來就不如小型車,不同國家對大型商用車,又提出非常在地化的合規審查標準,因此讓這個產業變得更加碎片化。整體來說,全球大型商用車的法規中,大概只有安全跟環保這兩個領域的規定是共通的,其他規定則普遍充滿在地特色。
智慧城市概念的興起,進一步加深了法規在地化的程度。不管是大貨車或大客車,都是智慧城市裡的一環。因此,地方政府在推動智慧城市的過程中,或多或少會對這兩種大型商用車的設計規格或功能,提出新的要求,讓本來就已經很客製化的大型車輛變得更加客製化。
軟體定義汽車的概念,在一定程度上可以緩解大型車輛深度客製化所帶來的挑戰。因為軟體定義汽車可以把許多本來要透過硬體表現的功能,變成更具彈性,可以靈活調整的軟體,因此車輛製造商有機會在共通的硬體平台上,靠軟體來滿足多變的市場需求。其實,這也是軟體定義汽車概念之所以能在小型車市場上掀起革命的原因,因為小型車的製造商也需要更多設計彈性,降低客製化車款的開發成本。
因此,恩智浦認為,大型商用車最終也會像小客車一樣,擁抱軟體定義汽車的設計理念。而且,國際上有幾家較具規模的大型商用車製造商已經開始研究相關課題,尋找適合大型商用車的實作跟導入方法。「我們通常會以為大型商用車業者比小客車業者更保守,但在軟體定義汽車這個議題上,大型商用車業者的腳步其實挺快的。或許是因為政府法規更新的速度,也比過去更快了。」張嘉恆透露。