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電動車能源之戰 換電與充電系統如何取決
[作者 葉奕緯]   2018年05月15日 星期二 瀏覽人次: [2337]


自2008年,美國特斯拉(Tesla Inc.)首輛鋰離子電池電動跑車Roadster上路後,便開始顛覆傳統車廠商業模式,各大廠牌紛紛探索新世代的使用情境,尋求至高點。



2011年,陸學森創辦睿能創意股份有限公司(Gogoro Inc.),開啟台灣電動機車產業的新旅程,憑藉其獨特的電池交換模式,不僅在台灣獲得好評,更開展事業至歐洲,與共享機車平台合作,外銷當地。



歷經4年籌備,募資約45億台幣推出電動機車。出資者包括宏達電董事長王雪紅、潤泰集團董事長尹衍樑,以及策略夥伴Panasonic。目前為止,Gogoro已賣出超過五萬台電動機車,在全台擁有五百台以上的電池交換站。而光陽機車(KYMCO)也在三月「日本東京摩托車大展」發表電動機車解決方案,搭載Ionex車能網,採用換電與充電並行的模式。



圖1 : 透過手機裝置可以得知電池電量(source:Gogoro)。
圖1 : 透過手機裝置可以得知電池電量(source:Gogoro)。

圖2 : 電力系統是Gogoro電動車的核心技術,是實踐智慧城市願景的一環(source: Gogoro)。
圖2 : 電力系統是Gogoro電動車的核心技術,是實踐智慧城市願景的一環(source: Gogoro)。

圖3 : GoStation將同時提供充、換電服務(source: Gogoro)。
圖3 : GoStation將同時提供充、換電服務(source: Gogoro)。

光陽的能源策略


光陽要打入電動機車市場,暫且不說會打擊原本的燃油車市場,光陽還得和在電動機車市場已趨成熟的Gogoro做出差異化,因此光陽採取的是充換電雙軌制方案,並採電池買斷式銷售。



圖4 : 光陽IONEX將以充電機車為其核心產品(source: MCN)。
圖4 : 光陽IONEX將以充電機車為其核心產品(source: MCN)。

圖5 : 光陽電池為買斷式產品,騎士擁有電池所有權(source: MCN)。
圖5 : 光陽電池為買斷式產品,騎士擁有電池所有權(source: MCN)。


從充電上來看,Ionex車能網將提供電池充電服務站,會有專人為抽取式電池進行一小時快充;另有共享插座服務網,讓騎士們能以隨身攜帶的充電器利用公共插座為電池充電。



這可以和手機電池類比,當手機沒電時,即可在捷運站提供的插座充電,或者多購買幾顆電池放在身上,當沒電時可以隨時補充,回家後再提上樓充電。而光陽也提供換電服務,但是有一定限制,例如讓共享平台車隊為員工購買電池後,存放在Ionex充電站,再讓員工自行到lonex交換電池。


Gogoro的智能換電系統


反觀Gogoro則讓電池公用化,騎士不擁有電池,當電力不足時,則自行到換電站中更換電池,並以月費計算。



租用Gogoro電池服務的使用情境就像租借UBike一樣,碰到的問題也相似,就是得估算出該區域的使用情形,如大安區捷運站擺放三十台UBike夠不夠?下班尖峰時段該補送多少輛腳踏車? Gogoro也是一樣。



為了讓騎士到換電站時有電池可換,Gogoro也如UBike一樣需調派電池,因此必須掌握住每顆電池的動向(哪台車、充電站電池顆數)及狀態(電力),因此Gogoro的系統上搭載各式感測器,以及騎士ID辨識。



因為有了騎士ID辨識,以及必須至換電站提取新電池,竊盜率將大幅下降,因為即使小偷竊取到車輛,也難以在換電站領到新電池,系統將收到被竊取車輛的訊息,及時回報。



以此看來,Gogoro所提供的服務與傳統車廠(如光陽)有很大的不同,Gogoro的強大之處不是過往的引擎、馬達、避震器或是車輪,而是包含電控單元、電池組及電池交換設備的「可交換式電池系統」。



如Gogoro 2 Deluxe出廠及搭載iQ System 4.1,支援iPhone X的Face ID臉部解鎖功能,若有車主遭竊,也可藉由通報Gogoro官方來鎖住遭竊Gogoro的電池更換功能,讓換電站不允換電池,藉此提升Gogoro車系的防盜性與安全性。


城市智慧電網


為降低移動工具造成的空氣汙染,行政院訂下 2030 年完成全面使用電動公車及使用電動車輛公務車、2035 年禁售汽油機車與 2040 禁售汽油車的目標。



經濟部在2018年初表示,為推動電動車產業,除在接下來5年繼續補助購買電動機車外,未來也將協助建立3310座電動機車充換電站,其中1000站由國營事業中油公司帶頭建置,換電站預計將採用Gogoro標準,剩餘2310座開放民間申請建置。



經濟部也與交通部協調將於2018年起,發放電動機車專屬號牌、設立專屬停車位並提供停車優惠;同時透過內政部建築法規上規定停車空間預留充電管線、環保署修訂空汙法針對10年以上老舊機車提高汙染排放標準,另外將逐步加嚴平均汙染油耗要求(CAFE)引導機車產業生產電動機車,逐步朝向禁售燃油機車的目標。



這是政府的智慧城市藍圖。換電站不僅具備存取電池的功能而已,還肩負數據收集、能源管理的責任,這可以和中油對比,中油屬於提供舊能源(石油)的一方,掌握通路,而Gogoro的充電站正在全台建設自己的通路,規劃國家級智能電網。



而Gogoro的強項為「可交換式電池系統」,在硬體如輪胎、車架及量產能力仍難以與傳統車廠相比,因此陸學森在近期也端出「免授權金」方案。實際上陸學森一開始便想做統一的換電系統與能源管理,但因為傳統車廠興趣缺缺,才自行研發電動機車,並先後推出Gogoro 1、Gogoro 2兩款車型。



實際的授權方案上,車廠只要向Gogoro購買電控模組來設計與生產自己的車輛,而換電站的投資人只需要購買Gogoro的電池交換設備,車廠的消費者就可以直接租用所有在換電站中流通的電池。



這表示光陽、三陽、山葉等傳統車廠不必與Gogoro競爭能源技術,只需要授權使用Gogoro的換電系統,就可以專心發揮整車製造的長處,而Gogoro則能專心擴展電源交換網路的服務,未來的搬運車、小型電汽車等皆能因Gogoro的服務而發展,而競爭對手則可能轉為中油之類的通路,而非現在的光陽。


新能源電池規格


過去燃油汽車上所使用的電瓶為鉛酸電池,它的充電時間長,電流小,壽命短。所以過去搭載的電瓶車也就無法騎快、騎遠,並得耗費大量時間充電,這就對比出Gogoro的優勢,它的電池功率高,容量大,而且可以快速更換。



輸出功率高,所以需要安全的保護電路;電池需與多人共用,所以需要能辨識真偽;因為經常更換,所以需數位化估算殘餘的電量;要兼顧大容量與快速充電,因此需多顆電池芯串連與並連,以降低電池組的內部組抗;而串連與並連的多電池芯網路需要管理,所以得有主動式的晶片與管理軟體-BMS。


Gogoro的插拔電池與Panasonic合作開發,屬於自己的技術;光陽電動機車的電池核心來自LG,一顆電池可以支援 30 公里的里程。



Gogoro在0-50kph的加速測試中,得到約4.2秒的成績,最高時速則是可以達到 95kph。最大功率為6400W,可以在3250轉時輸出最大8.58hp馬力,最大扭力則是在0-2250轉時可以提供25Nm的扭力。


單顆電池上有25個感測器NFC感應連結(與車身連接需6秒同步傳輸時間),可以自動判斷裝上的是否為對應的車身,否則車身將鎖定並提報錯誤。感測器則可以感應所有的故障狀況,並且即時地透過手機推播給使用者了解有哪裡必須維修,減少相關的維修糾紛。


維修人員也僅需要透過面板上的USB,即可清楚掌握車身的資訊,同時也可以透過面板中的備用電池啟動檢測機能回傳資訊。


近期,Gogoro也推出GoCharge Mobile隨車電池充電器,讓騎士只要有110V插座就能充電,充電6小時,即可增加82%的電池電量,這將是世界第一套換充電持並行系統。此外,Gogoro更將能源系統升級,讓系統可以維持48小時不斷電。


國外電動車的商業布局

而國外的電動車競爭則進入白熱化。特斯拉的充電網絡以超級充電網路(Supercharger network)及目的地充電網路(Destination Charging network)為主。前者支援快充;後者依賴旅館、餐廳、景點提供電能補給。


目前已有超過5,000處目的地充電站分布全球,這些充電站由二級充電器(Level 2 Chargers)組成。另外特斯拉會以免費、折扣促使商家安裝充電器,而商家則要承擔電力的成本。



目前在紐西蘭、阿聯酋、約旦、捷克、波蘭、葡萄牙等國家皆有建設。台灣也有超過150處充電站、約500座充電座。超級座每充電20分鐘,車輛可跑300至500公里,目的地型充電座每充電60分鐘,車輛大概可跑70至80公里。



圖6 : 特斯拉的快速充電站也有在台灣設置(source: Wired)。
圖6 : 特斯拉的快速充電站也有在台灣設置(source: Wired)。


歐洲的傳統車廠也聯合向特斯拉發出戰帖。包含BMW、戴姆勒(Daimler AG)、福特(Ford)、福斯(Volkswagen)、奧迪和保時捷等合資成立「IONITY」,計畫沿著歐洲主要路線打造超快速充電網路。



圖7 : IONITY將於歐洲各大公路廣設充電站,與特斯拉競爭(source: Porsche Newsroom)。
圖7 : IONITY將於歐洲各大公路廣設充電站,與特斯拉競爭(source: Porsche Newsroom)。


特斯拉的超級充電站目前提供約145kW的功率,而IONITY的超高速充電站則將提供350kW的功率,搭配IONITY技術可讓EV充電時間縮短至5-8分鐘,而IONITY仍處起步階段預計將在2018年打造100個站點,並逐漸朝向2020年在全歐洲建造400個充電站的目標邁進。


從案例可以看出,汽車與機車的使用情境相當不同,機車可以很方便的更換電池,或是另行充電,但汽車卻不行換電,因此以充電為主,而兩者皆仰賴城市能源網路,就像當初燃油車問世後,各家油廠積極布建加油站一樣。



以電力為主的能源網路,因技術進步,將可以進行能源追蹤與控管,讓能源使用更有效率,其中的能源站也可以擴大應用範圍,或許能比便利商店中的i-bon機更方便,未來的新興服務是我們難以想像的。



圖8 : Gogoro與光陽電動車性能評比圖。
圖8 : Gogoro與光陽電動車性能評比圖。
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