溫室氣體排放引起氣候異常更造成全球性的空污與霾害，如何抑制交通工具廢氣排放不僅是各國政府的頭痛問題，也是巴黎氣候協定的重點。近年來各國政府對空氣污染問題高度重視，包含法國與英國相繼宣布2040年禁售汽柴油車，而中國政府也為了要抵抗霾害問題，預計將於2020年完成車樁建置與智慧電網系統，以滿足超過500萬輛電動汽車充電需求，促使電動車商機水漲船高。根據Frost& Sullivan估計，2016年全球電動車銷量約78萬輛，2020年將達241萬輛，複合成長率高達5.8%。
功率元件/電路保護滿足高功率電池需求
電動車堪稱當紅炸子雞。2017年7月Volvo宣布從2019年起，賣出的每一輛車都將配備電力驅動引擎；電動車製造商特斯拉(Tesla)預計將建造5座超級工廠，火力集中電動車製造和電池的開發；此外，日立汽車系統與本田汽車達成正式合作協定，成立新能源合資公司，積極研發電動汽車引擎系統。
電動車產業日趨熱門，帶動電池相關產業快速成長，因此高能量密度與高功率密度的電池需求更加迫切。其中，背後的功率元件選用與電路保護模式也備受關注。
新型絕緣閘雙極電晶體(IGBT)設計是電池設計不可忽視得重要元件。以功率保護元件設計要點來說，新加坡商安富利技術顧問宋自恒表示，電動車IGBT設計需要考量電壓及電流規格選用、驅動電路的設計，以及驅動IC電源為集中式多組輸出或分散式單組輸出的選用。目前可提供相對應的功率半導體元件供應商包含日立(HITACHI)、瑞薩(Renesas)、三菱電機(Mitsubishi)、安森美半導體(ON Semiconductor)與英飛凌(Infineon)等廠商。
而上述這些功率半導體元件廠商，皆面臨元件設計時，無可避免的四大挑戰，包含
．開關損耗需降低，使馬達變得更小型、更輕巧，同時還需要在15~20kHz的頻率範圍(傳統頻率為5~10kHz)
．減小寄生電感、電阻和熱阻，傳統打線(Wired Bonding)可改善為燒結組合(Sintered Compositions)
．汽車世界中，作業溫度範圍，最低可以達到-40℃，因此當IGBT和二極體的擊穿電壓(BV)需耐至更低溫度
．降低成本、重量和尺寸大小
另一方面，在電路保護設計方面，Littelfuse資深技術行銷工程師游恭豪表示，車用零組件都需要通過AEC-Q101認證，即便是電路保護的保險絲亦是如此，其認證項目包含溫度、濕度與溫控，認證時間大約需要三個月。經過測試後，才能保證汽車可安全行駛於道路。
游恭豪談到，電池管理系統(BMS)功能是電動車最重要的部分，故車廠需確保BMS功能在任何異常狀況下，都不受到影響或損壞。因此感測器線路保險絲(Sensing Line Fuse)保護位居要角。
EV車輛中的電池管理系統是非常複雜的關鍵任務(Mission Critical)系統，需要將其放置在適當的位置並選擇保護元件，以滿足過壓和短路保護效能。基於此，游恭豪將BMS保護分成六個區塊來看，包含感測器線路保險絲產品選擇、電池監測IC輸入過電壓保護、菊鏈I/F過電壓靜電放電(ESD)保護、控制器區域網路匯流排(CAN Bus)I/F過電壓ESD保護與高電壓/電流電力線保護。
整體而言，游恭豪認為，鋰電池技術將成為任何一種EV車輛的基礎，除了功率密度和充電循環壽命的優點外，還需要大量的監測和保護。
四大要素缺一不可 電動車儲能設計當道
輝能科技行銷部經理許容禎談到，電動車的安全、功率、價格與壽命是車廠在儲能設計中主要的四大方針。以電池來看，現在所有電動車使用的鋰電池，都是液態電池，無論電池芯怎麼保護，只要穿刺後電解液體滲出，即有可能產生燃燒。
許容禎指出，歐洲EUCAR安規對電池穿刺有明顯定義，不過若要完成此規範，則門檻太高，故在中國電動車GEB規範中，無穿刺安規需求，但若此規範過關，未來極有可能產生多起事故發生的疑慮。
懷格(Vicor)台灣區應用工程師楊有承以特斯拉Model S電池的並聯和串聯架構舉例，該車款的車內電池架構是由16個模組串聯在一起，其中，每個模組又分成六串，加上74顆電池芯並聯而成，總共約有7,104顆鋰電池芯。可以想像一台電動車中，有七百多支手機在其中。
如何兼顧所有特性，同時又滿足低價需求呢？許容禎談到，每種車用材料貢獻的效能都不一樣，有些材料滿足容量要求、有些則可提升安全性或功率，無論做哪些選擇，都會犧牲掉一些需求。但整體而言，價格和安全訴求是影響性能選擇的主要因素。
舉例來說，汽車長距離的行駛需要有較高的續航力，在中國地區，希望透過快充方式，使續航力能快速提升，主打充電5分鐘、用電2小時的方針。但不可置否，快充是以大電流的方式，將電力輸送到電池中，此運作模式會消耗車子的電池壽命。而另一方面，華為採用的方式，是在電池的負極裡面，添加石墨稀提高壽命，但相對而言，就增加了製造成本。
安全/成本一步到位 固態電池顛覆想像
許容禎談到，特斯拉在電池模組(Pack)端做很多保護，整車的電池芯比例大概只有30%，其體積能量密度很高；而三星的策略是提供較小的體積能量密度給BMW，具有高安全性，因此其電池芯占整車的53%。換言之，對電動車電池來說，需要一半或七成的比例建立保護機制。
相對而言，若採用固態鋰電池方案，則可同時降低電池模組的保護機制與成本。許容禎提到，可燃物質、氧和熱是導致燃燒的三要素，若缺少其中一樣，就無法燃燒起火，而固態鋰電池本身沒有可燃的液態解液體，能保障安全與穩定，再者，若採用好散熱的材質，就可以在電池模組端，降低冷卻系統的成本。
不僅如此，固態鋰電池還能實現無極電池(Bi-parallel)技術，亦即能於電池芯中達成串聯效果，據了解輝能已能滿足一顆電池芯內可完成32串聯規格。目前Bi-parallel技術還在起步階段，一旦可以做到一顆電池芯70安培，一顆電池44.4V的規格，就不需要太多額外的串/並聯，達到電動車規格需求，同時還能節省BMS成本。
解決可靠度/EMI問題 掌握充電架構系統
工研院機械所智慧車輛技術組系統整合與應用部副經理林金亨表示，台灣廠商基本上已具備製造車用電力轉換器能力，其主要挑戰來自於可靠度與低電磁干擾(EMI)有待克服，導致布局電動車市場難以有突破性的進展。
林金亨談到，由於車內空間有限，故在挑選架構就格外重要。電力轉換器架構來說，成品做出來只需一年時間，但成品完成後，需經過一系列標準測試、環境驗證過程，再者，成本效益與散熱問題也不容輕忽。基於此，採用何種充電器加裝在車上，如何擺放、確認採用標準，皆須在產品設計之前就考慮周到。
電動車的主要電力來自電池，充電方法可分為三種，包含馬達驅控器(Motor Controller and Inverter)、車載充電器(On-board Charger)和交/直流連接器(Charging Connector)，以及直流快充連接器(Quick Charging Connector)；其中，充電形式有兩種，充電式與電池交換的模式。
後者電池交換的模式，在某些應用場景也非常方便，例如香港機場的電動行李拖車就是採用這種方式進行供電。整體而言，通常機場拖車一天約有兩小時的休息時間，因此要將電動車的電池充滿8小時是不太可能的，故香港機場購置百輛電動行李拖車，並額外購買三成的電池，透過電池交換的方式，將電池移到外面充電再將充飽電力的電池放回拖車中，提升工作效率。
不過，一般而言，充電式是電動車普遍採用的充電模式，可分為接觸式充電與非接觸式。以接觸式的充電來看，分為交流充電與直流充電；前者的特色在於整體建置較便宜、安全性高、且可建置的地點多元、需要的面積也較小，但缺點在於充電需要的時間較長，充電插頭尚未統一。相反的，直流充電的充電時間較短，可減少車用電池的重量與價格，不過電力高有危險性，整體建置價格也較高，所需耗費金額約五十萬至一百二十萬台幣。
金屬異物干擾不容輕忽 高功率無線充電登場
另一方面，非接觸式充電方式，非無線充電莫屬，其安全機制是首要考量要素。富達通無線充電事業部經理詹其哲表示，無線充電式透過發射高能量的電磁波來傳送電力，不過，在發射端上的物品不一定是預期的待充物，當發射端上有金屬成分的異物時，高能電磁波被金屬物吸收後溫度會升高，將導致意外發生，因此需有完善的金屬異物偵測機制，避免災害降臨。
詹其哲提到，在無線充電系統之中，金屬異物危害設計是最難的挑戰。當無線充電系統檢測到金屬時，必須立即關閉能量輸出，其核心技術是做好資料碼傳送與功率調節的效能。當無線充電發射端偵測到金屬異物時，可利用編碼內容進行控制，停止發送能量到接收端；此外，還可依照受電端需求自動調整輸出功率。功率調節可由八步驟進行，
1.預設定受電端電壓目標
2.受電端將偵測到的電壓編碼反饋
3.供電端解碼取得受電端電壓資料
4.計算新的目標線圈電壓
5.降低頻率提高線圈振幅或提高頻率降低線圈振幅
6.重新量測線圈電壓
7.檢查是否已經達到目標電壓
8.功率調節結束
當執行完上述八個步驟後，可返回第一個步驟進行下次調節。高速調節功率性能快速，通常步驟4~8僅需花費2秒。
整體而言，詹其哲認為，電動車的無線充電功率商品化最低門檻為3KW，充電效率必須高於97%。若在3KW下效率90%的狀況下，約有300W的能量損耗。一般狀況下100W的損耗就會散發出相當大的熱能與電磁能量。基於此，若要將3KW功率控制損耗在100W內，效率推算應該為97%。此外，安全的控制系統與實用的輔助停車是不可或缺的要素；要維持高效率，供電端與受電端線圈需要對準，而就算線圈做大後，停車可偏移距離也只有10~20公分的範圍內，駕駛者要準確停車難度較高，故需導入自動駕駛予以協助。
了解關鍵元件驗證要點 加速布局車用市場
德國萊因(TÜV)交通運輸服務型式認證&智慧運輸系統專案工程師陳郁名表示，除了美國有自己的規範之外，目前大多數國家的進/出口汽車，都跟隨歐盟法規。其中，歐盟法規制定的三階段，首先，是政府強制要求的Recommendations，像是電池環保指令(Battery Directive)2006/66/EC；其次，是Standards，像是一般常見的規則、指南，包含ISO、IEC、DIN、JIS和CNS的標準，無強制性，可作為分級標準；最後則是Regulations，為當地法規，具有強制性。有可能完全遵照法規內的描述，或做些許修改。
以電動車立法的基準來自於UN R ECE、EC和StVZO。目前許多車用產品採用UN R ECE規範，現已約有六十幾個國家以此規範為主，如日本；而德國則是以StVZO為主。不過，即便車廠符合EC and ECE法規，但也要滿足當地法規的其他要求，才能產品上市。
一般來說，電動車允許在特定國家/地區銷售產品之前，需要進行型式認可。陳郁名談到，以台灣來說，在認證過程會由國家政府單位負責檢查，評斷是否通過認證；而歐洲國家，則是透過認證公司，確認測試流程是否有通過認證。
基於此，通過認證首要知道事先了解產品，做一些諮詢服務(Consulting Services)，而後進行資格審查的申請，基本上須通過ISO 9000，或由發聲單位或認證單位到場認證，確認是否為合法工廠或經銷商。當驗證確認符合批准類型的程序後，進入到法規測試程序，接下來就是一系列的檢查、證明與符合性測試等過程。
提升差異化/設計品質 台晶片廠搶占EV版圖
整體而言，未來電動車的價格供應會日趨便宜並提供更好的續航力，而獲取能源的方式也會更加多元化，像是使用風力或太陽能發電導入車輛電池充電，而這些趨勢將促使電動車逐漸取代汽油車或油電混和車。
楊有承分析，現今電動車市場大多聚集在國外，若本身沒有品牌力的支撐，難有長足的進展。他認為，電動車市場與台灣本土市場息息相關，一方面需仰賴政府鼓勵投資，二方面相關供應商需研發特殊技術滿足差異化需求，提高本身技術能力。
宋自恒談到，台灣未來布局電動車市場，可由兩面向著手，針對中小企業的廠商，可提供高品質的零組件服務歐美日中等大廠，或是為大廠代工或設計馬達或驅動器等關鍵零組件；而一些規模較大的公司，如鴻海可自行研發製作廠內電動車和收購其他車廠。
