為了推動電動車普及,讓電動車主可以輕鬆找到充電地點,就像找加油站一樣方便,將是首要條件。
有鑑於此,中國大陸國家發改委先前曾發布《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015∼2020)》,明確訂定至2020年時建設充電站1.2萬座、充電樁480萬個,以滿足中國500萬輛電動車充電的需求。
為達到此目標,中國發改委、國家能源局和工信部已發出通知,要求自2017年起,凡是新生產的電動汽車和新安裝的充電基礎設施,皆必須符合新的大陸國家標準,另要求原有充電設施需根據標準進行升級改造。這顯然是一個極為龐大的市場。
不僅中國,歐洲的充電站市場當然也是兵家必爭之地,其中以北歐發展電動車的速度最快,挪威更是Tesla在全球的第二大市場。
至於北美,近年來也掀起一波波電動車充電站的建置熱潮。除了Tesla本身已投入大量資源,在美國、加拿大建立了828個超級充電站(Supercharger Station),可同時為超過5,300輛Tesla電動車充電外,其他一線大車廠如BMW、福斯汽車(VW)等,也正在美國各地推動類似的充電站建置計畫,以便為日後自家的電動車上路做好必要的基礎建設。
同時多車快速充電 高規格方案受歡迎
近年來積極投入電動車充電樁、充電槍等充電站設備建置的台達電,就是積極搶進此市場的業者之一。
台達電開拓歐洲市場的成果之一,就是該公司已為挪威高速公路共388個電動車充電站提供設備,且台達電所提供的是可實現快速充電和同時多部車充電的高規格方案。
繼挪威之後,台達電也陸續取得德國、西班牙、瑞典和荷蘭的100KW等級或以上的充電站訂單。台達電動車充電產品包括家用交流充電器、公用交流充電樁、直流快速充電機、直流充電模組等。這些模組的效率極高,例如直流充電機的能源轉換率達94%以上、交流充電器(AC Wallbox)的能源轉換率更高達99.7%。
充電站數量的多寡,是消費者是否願意購買電動車的關鍵考量因素之一,但僅憑這一點還不足以吸引使用者採用電動車,充電速度的快慢,也是各家車廠努力的目標之一。在2016年底,BMW、戴姆勒(Daimler AG)、大眾福斯(Volkswagen AG)與福特汽車(Ford Motor Co)就宣佈將共同成立一家合資公司,主要任務是在2020年於歐洲建立一個由400個超快速、大功率(350千瓦)電動車充電站構成的網路,讓各種品牌的混合動力車和電動車都能利用這些充電站,希望藉此提高大眾購買電動汽車的意願。
提升充電方便性 無線充電有賣點
在充電方式上,相較於使用充電槍,「無線充電」的便利性顯然是一大賣點。無線充電,是指透過無線感應以取得電力進行充電的方式,在此定義下,無線充電、感應式電力、非接觸式充電、無接點充電都可被稱為無線充電技術。
目前電動車多採用接觸式充電,也就是透過充電槍進行充電,但是這樣的充電方式會有安全和維護方面的問題。車輛研究測試中心研究發展處李廷恩博士進一步說明,在安全方面,接觸式充電容易受環境條件影響,天候不佳時可能有電氣接點潮濕引發觸電的疑慮;在維護方面,接觸式充電的充電接頭容易殘留汙漬及長期使用下的磨耗,這將影響充電的效能與效率。
因為充電槍充電有這些缺點,也就給了無線充電得以發展的空間。顧名思義,利用無線充電技術,就意謂電動車毋需以電線連接,僅需靠近無線充電設備就能充電,且由於沒有通電接點的設計,自然就能避免觸電危險,無線充電堪稱兼具便利性和安全性。
隨著電動車無線充電技術的進展,相關市場也逐漸啟動。根據Frost&Sullivan調查報告,2014年至2020年間,全球電動車的無線充電市場規模每年成長率為126%,預估未來5∼7年銷售量將在達35萬套以上(3∼3.8kW占比約71.2%),市場規模將激增至17.5億美元。目前躍居全球最大電動車市場的中國大陸,在其官方發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016∼2030年)》中,就曾多次提及要發展電動車無線充電技術,進而建置高效率、低成本的無線電能傳輸系統,這無疑將促進電動車無線充電市場的起飛。
無線充電備受車廠青睞
在電動車無線充電領域中,Qualcomm、WiTricity是兩大重要角色。WiTricity公司衍生自麻省理工學院(MIT)的無線充電研究團隊,其採用的技術主軸為磁共振式無線充電系統,已吸引包括Toyota、Audi、Delphi、Mitsubishi、Honda在內的知名車廠與其合作。
高通(Qualcomm)在2012年與法國雷諾公司簽署純電動車無線充電技術開發備忘錄,當時是採用電磁感應方式。之後,高通則是採用磁共振感應技術,為Formula E錦標賽的官方安全車提供Qualcomm Halo無線充電支援。此種充電系統包括地面上的高頻發射板及車上的接收板,當電動車停在發射板上,兩者不需直接接觸,就能將高頻交流電轉換成直流電為汽車充電。
此外,高通也已和Lumen Australia公司簽訂電動汽車無線充電(WEVC)授權協議,在此合作中,Lumen將開發、製造並提供基於Qualcomm Halo WEVC技術的WEVC系統。Lumen是原始設備與原廠電氣電子系統配件開發廠商,目前在數個產業領域參與多項WEVC生產計劃。
值得一提的是,Tesla的平價電動車Model S已採用Evatran公司所開發的PluglessPower系統(免插充電系統),做為該車種的無線充電方案,顯然無線充電已被列為電動車充電的理想選項。
相較於國外業者積極於電動車無線充電技術的開發,台灣業者多仍聚焦於發展消費性裝置所採用的無線充電技術。對此,李廷恩指出,目前國內少有研究機構及業者投入電動車大功率無線充電技術領域,長此以往,台灣可能就會失去市場先機。
為了讓台灣能與國際接軌,車輛研究測試中心從2011年開始致力於高功率無線充電相關技術開發,佈局多項關鍵技術,包括耦合天線設計、集中磁場型線圈設計、高頻直/交流電力轉換技術、阻抗匹配技術及異物偵測技術等。
經過多年努力,車輛中心在高效能電力轉換技術,以及操作安全與控制技術這兩方面已有具體成果,且已依循J2954 WPT class 1關鍵指標建置3.7kW無線充電系統雛型,其中包含了線圈構型、屏蔽效應、耦合電路、功率轉換、整流電路等多項技術,並實際整合系統於車輛中心自行研發的電動車平台上(圖1)。
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| 圖1 車輛中心所研發的電動車平台上,已經搭載大功率無線充電功能。 |
李廷恩強調,電動車無線充電技術的研發重點包括提升系統安全性、可靠度及充電效率等,而這些技術的建立不僅可用於電動車,也適用於各中大功率電動載具,如高爾夫球車、電動輪椅、電動搬運車等,甚至隨著未來技術的發展,無線充電技術更可支援車輛在移動中進行動態充電,如此將能大幅提升充電效率,對消費大眾的吸引力也會大增,進一步促成電動車的普及。
善用離峰電價優惠 商用電動車起步早
除了充電的便利性與速度外,為電動車充電所需支付的電費支出,也是很多精打細算的車主所關心的重點。畢竟,在全球能源產業大舉導入再生能源、智慧電網等新技術的情況下,很多國家已經導入浮動電價機制,若車主選在錯誤的時間為電動車充電,荷包絕對會大失血。
事實上,對於交通運輸業者而言,幫自家電動車對充電要花多少電費,跟汽柴油價格相比有沒有競爭力,絕對是採購決策時的主要考量之一。有鑑於此,專攻商用電動車市場的業者,已經幫客戶規畫好配套方案,以確保電動車的總體持有成本(TCO)具有競爭力。未來相關機制也勢必會逐漸滲透到一般自用車市場。
目前以電動巴士(圖2)為核心業務,並將在2017年推出電動自小客車的凱勝綠能便指出,不管是電動巴士或電動自小客,其採購成本肯定都比同級汽柴油車來得高,因此,在商用車市場上,要贏得客戶青睞,必然要從總體持有成本的角度著手。
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| 圖2 凱勝綠能的電動巴士每次充飽電的行駛里程,已經超過300公里。 |
凱勝綠能發言人林至晟表示,對交通運輸業者而言,充電站的問題較小,因為車隊採取集中管理,充電一定是在業者自家的場站內進行,因此充電的速度跟充電的電費,是運輸業者最關心的重點,而且這兩者間有一定的連動關係。
為了協助運輸業者降低電動車隊的營運成本,該公司不僅賣電動巴士,同時也提供充電樁等基礎建設,並與台電配合,統一利用夜間離峰時段為電動巴士充電,以降低運輸業者的電費開銷。因此,電動巴士的充電作業一定要在優惠電價時段內完成,否則電費就會增加。目前凱勝的電動巴士從電池完全耗盡到充飽,大約需要5∼6個小時,但由於其電動巴士的電池續航力最大可超過300公里,因此實際上很少會遇到電池完全耗盡的情況。一般來說,其電動巴士每天只要充電4∼5小時,就可把電池充飽。
根據該公司估算,藉由離峰電價優惠,凱勝的電動巴士每公里行駛的能源成本只需要新台幣2.1元,跟傳統汽柴油巴士每公里13.79元相比,極具競爭力。
完整商業模式實現成本效益最佳化
另一方面,凱勝不僅賣硬體,同時也賣服務。在車輛保固的5年內,凱勝會幫運輸業者打點好車輛售後維修、電池更換等問題。這種一站式的商業模式,是凱勝克服電動巴士價格弱勢的策略,同時也是該公司未來業務多角化發展的關鍵。
舉例來說,電動巴士的動力電池耗損到一定程度之後,必然要更換新品。但這些從車上淘汰下來的動力電池,如果轉作儲能應用,例如家用儲能系統或工業用的不斷電系統(UPS),都還是綽綽有餘。
因此,在凱勝的經營規畫中,等電動巴士汰換下來的動力電池達到一定數量,該公司就會進軍工業用不斷電系統市場。這樣的經營規畫,不僅可以解決廢棄電池的問題,同時也能為公司創造更多商業利益。
事實上,商用電動車業者的規畫,同時也是許多銷售一般電動自小客車業者採取的策略。例如Tesla、Mercedes-Benz等業者,也都在同步發展儲能業務;就連Gogoro的電池交換站,只要稍加修改,也具有發展成能源儲存系統的潛力。當電池可以重複利用在其他用途,為公司創造其他收益來源時,車廠就未必非得在賣車的時候,一次把所有電池成本都反映在電動車售價上。
當然,車廠未必會因此而讓利給消費者,但這種循環商業模式將為電動車業者進一步創造出降價競爭的空間,只要有一家車廠據此發動價格戰,其它車廠就得跟進,從而讓電動車的價格更加親民,對電動車的普及帶來正面效果。

