節能汽車的電子化發展新契機
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前言：電動車發展議題，在全球能源短缺與環保訴求要求下，成為產業熱門的討論話題，其發展軌跡從環保的生質能源到導入電力輔助，甚至全電力車(Pure Electric Vehicle)的開發發展歷程觀察，電力導入汽車動力系統，將可帶來更潔淨與環保的汽車動能，而其導入的環保效益相當顯著，但發展汽車的節能應用方面，電子技術需挑戰的瓶頸仍相當多...
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降低汽車污染排放的發展趨勢，是各國改善環境政策的重要指標，也是汽車展業因應全球能源短缺下的的必然發展趨勢，而電動車EV(Electric Vehicle)、純電動車PEV(Pure Electric Vehicle)、油電混合車HEV(Hybrid Electric Vehicle)或是可更換電池的PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle)，雖然各方車廠導入潔淨能源的作法大同小異，但其策略不同影響車輛設計與實際動能輸出效能與巡航範圍差異也會顯著不同。
雖然動力趨於電子化動能導入是必然趨勢，而畢竟汽車的研發與電子產品屬於完全不同領域的市場環境，以前車輛開發可以不必懂太多電子技術，而電機相關開發工作，也可以不用理會車體結構與車輛開發概念，但在電動汽車EV或是油電混合型汽車HEV的開發方面，汽車與電子技術的整合越來越複雜，電動汽車的開發可能就必須與電子電機的團隊進行緊密結合，或是建構完善的溝通管道，才能使兩者的整合發展得更加順暢。
潔淨科技是汽車產業未來發展重點
潔淨科技(Clean Technology)，將會是今後各國發展重點項目，也是汽車產業積極面對的一個產業趨勢。觀察美國潔淨科技市場規模，其產值預估可達8,000億美元，而潔淨能源的來源相當多，太陽能、風力、水力舉凡運用自然環境的能源轉換，取得潔淨能源的技術與應用都將成為未來熱門產業。
而目前引擎推進系統的燃料來源十分多元化，包括使用最多的石化燃料，當前熱門的替代方案就有乙醇、生質柴油、天然氣與液化石油氣...等選擇，較為務實可行的方案為導入電力動力，甚至更具未來性的氫能源都將是潔淨科技的開發重點。
目前汽車產業的發展重點在於引擎系統導入電氣化動力來源，面對電動車EV市場，光是美國就有超過24家製造商投入相關產品發展，預期推出各式電動汽車，電動車款樣式有PEV、PHEV...等設計，而美國政府亦計畫針對電動車市場推出推廣方案，與將所需的充電站建置工程設為施政目標之一。根據市場評估，2015年電動車出貨量可超過120萬台規模，2020年電動車出貨量將可占所有汽車產量的7%，樂觀預估亦可上看12%。
電動車發展方向多元
汽車整合電力動力的方式相當多元，其設計不同則影響電力動力效益甚鉅，採可充電電池電動車BEV(Battery Electric Vehicle)可分為社區型電動車NEV(Neighborhood Electric Vehicle)、城市型電動車CEV(City Electric Vehicle)、長續航距離型電動車eREV(Extended-Range Electric Vehicle)與高效能型電動車HPEV(High-Performance Electric Vehicle)...等電力配置類型。
而在科技應用方面，雖然目前主流電池技術仍採高穩定度的鎳氫電池模組為主，但更先進高效能的鋰電池技術，將是油電混合車提升市場需求的關鍵，有了電池基礎技術的相關提升助益，將可將電池的能源供應效率進一步提升，讓油電混合車型的電力動力來源更具關鍵影響力，甚至更有效降低廢汙排放的要求。再觀察電動車必須的基礎設施措施，例如城市需廣為建置充電站、公用或私人電動車專用停車位、或搭配家用專用插電插頭...等電動車輔助設施，均將成為電動車持續發展的重點環境措施，再搭配政府的支持與立法要求，提供更多優惠購買補助，為電動車發展創造更健康的發展環境。
其中社區型電動車NEV是依美國運輸總署分類，為車重低於3,000磅、最高速限不超過35 mph的電動車型。而CEV為來自歐洲的分類，為專門行駛在市區間的小型輕量型電動車。而eREV即具備油電混合引擎或其他輔助動力、外接充電式混合動力電動汽車PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)。HPEV則為性能車型的PHEV，時速可超過100公里的電動車。
油電混合車為環保汽車先鋒 機電整合難度高
由於產業初期發展，汽車產業在導入潔淨能源的部份，採取較保守的前提進入市場，因此採 Plug-In Hybrid Electric Vehicle的混合動力型的電動車較具進入市場的基礎條件，因為PHEV在整體設計上對於電動車的電樞馬達、電池管理的依賴性較低，透過混合型的動力設計，也可讓車廠提前為發展 Electric Vehicle全電動車進行準備，累積開發經驗。
目前導入電動機制的油電混合型汽車HEV，在整體汽車市場中雖屬小眾產品，但在普及率方面於車市環境中成長速度頗快，HEV在2009年的全球銷售數量即超過70萬部以上，而在趨勢、環保、形象各方面的市場情勢下，全球車廠開始重視採折衷設計的HEV汽車的發展動向，紛紛積極推出全電動EV車或是折衷方式的HEV與可換電池的PHEV不同產品定位開發電動環保汽車，甚至還有計畫推出電池式電動車BEV的計畫進行。
而保留內燃機的PHEV混合型電動車，在發展初期其動力輸出表現，亦可滿足傳統車主對於汽油車的動力輸出體驗與使用經驗，而電力系統的功能則以輔助性質為主，例如，輔助油耗最高的發動與停等其間，讓引擎的運轉維持高效率輸出，在低效率時期採電動動力進行輔助處理。
雖說PHEV在車廠初期導入潔淨能源有練兵與提升產製經驗值的附加效益，且投入的風險相對較低，但實際上PHEV由於需要同時整合汽油動力系統與電子動力系統，雙能源如何進行無縫替換交錯應用，其機械、電子的設計難度相較純電動車困難度更高，亦需要投入大量時間、金錢累積開發能力，沒有汽車生產背景的電子廠較難介入。
電力潔淨動力加持 壓低汽車排放空污效果顯著
汽車導入電力動力系統，最直接的效益就是降低了污染的排放量，而導入的比例多寡(電力動力佔比)連帶牽動車輛的排放差異，例如，全電動車可以達到0排放，而HEV或是PHEV則視油/電動力混合分配比例差異而有所不同，但大體上至少都能減少單位汽車的廢污排放達20%以上，環保效益相當顯著。
電動車EV的關鍵零組件其實牽涉相當廣，由於EV電動車屬於全新的市場，其生產供應鏈尚無法完整整合，電子廠、汽車零件廠與IT業者均積極準備投入，尤其是EV車必備的電池儲電系統、電動馬達、電子動力系統，其涉及化學、電子、機械與組裝個部分跨產業的配合，供應鏈的整合也會出現不少難度。而EV或是HEV/PHEV車，甚至BEV車在效能方面的差別，且不論電池的效能差異，就其電力使用與管理的技術能力，就會直接影響最終成品的續航能力，提出更有效率的電源管理系統，則是電子廠介入電動車市場的重點技術。
引擎動力的高效能發展 亦有助於降低排放要求
雖然汽車用的潔淨能源不光僅有電力，其實還有使用氫燃料能源的設計方式，例如BMW就相當重視氫能源的引擎開發，但畢竟氫能源的引擎動力開發難度較高，須具備內燃機的技術基礎，再由深厚的高效率內燃機引擎技術下發展氫燃料的整合，複雜度與開發成本僅有汽車大廠才能負荷得了。而電池技術除常用的鎳氫電池外，鋰電池技術則是相當備受重視的技術來源，而持續發展中的氫燃料電池，由於生成的排放物僅有無害的水，則是部分業者相當看好的技術來源，此外，多數車廠在量產規劃方面，依舊是採取較保守的油電混合動力為主，電力來源多選擇鎳氫或是鋰電池配置。
而在法規的環保要求持續針對低排放提出更嚴格的限制下，與使用者的期望驅使，持續壓低二氧化碳排放量的目標將會是往後汽車市場持續朝環保節能趨勢發展的關鍵驅力，而面對節能減碳要求前提下開發的技術也相當多，例如，可讓汽油燃燒效率提升的汽缸內燃油直噴技術，或是透過汽車整體機電的搭配，降低車輛電能消耗，也能增進能源的使用效率。
電池壽命與可靠度 將影響電動車的使用體驗
目前PHEV車多是採行內燃機為主、電池/電樞馬達為輔的模式，主要的關鍵問題仍在於電池的可靠度差異，因為電池的變數將會影響動力系統的輸出甚鉅，例如，目前市面的PHEV車輛，大多仍以使用高穩定性的鎳氫電池為電力儲蓄主力，但鎳氫電池會有明顯的記憶效應，使用時間拉長就會明顯感受到其記憶效應帶來的耗損，例如充電時間拉長或是電力持續力受影響，即便如此，也由於PHEV在電力的仰賴度不高，大部分的動力來源仍可透過內燃機持續供應維繫，即便其電池限制影響期輸出，其差異也不會過於明顯。
但隨著使用者對於CO2的排放要求越來越高，與電動車的巡航範圍要求下，電動車的電池效能與實際出力也成為其發展關鍵，擁有電池與汽車技術開發實力，擁有較雄厚的電池、電力電子及汽車研發實力的業者，在電動車發展方面扮演關鍵角色，對電動車的市場推展及商業化加速有強大的助力，再者，擁有電力電子技術能力業者，也會帶動其在電動車上的表現。汽車電池應用不同於一般電子產品，對於電池的規格要求相對要高許多，測試過程也相對較為複雜，例如，車用電池就必須通過繁複的溫度、濕度、震動、壓力、瞬間高溫、穿刺、燃燒等多種模擬測試，對於電池的續電容量，亦需經過繁複的充/放電驗證，在電池的成本上自然無法有效壓低。
而一部PHEV可能動力源自電力系統的助益不到3~4成，但一半以上的生產成本卻多半來自電力系統，而且PHEV使用電力的比例不高(中/高速巡航以汽油為主要能源)，又需面臨鎳氫電池系統可能出現的老化、衰竭增加的汰換成本，加上全球原物料成本高揚，電池取得成本相對較高，成本效益問題會造成產品初期導入市場的負面影響。若將電池電力轉至更具效率的鋰電池系統，但鋰電池普遍存在其物理特性相對較為不穩定的狀況，面對高溫環境也會有安全使用疑慮，貿然導入PEV電動車設計中有安全方面的考量，且電動車輛使用時多半得停置於無遮蔽物的停車場，對於車體高溫造成的電池危險性，則將會有相當嚴苛的考驗。
政策搭配獎勵 廣設充電站提升電動車使用效能
解決PEV電動車的續航力與成本問題(續航力增加就必須增加電池量)，廣設充電站或是電池更換站是一個解決方法，而且PEV也不能為了增加續航力而無限制增加電池數量，因為電池重量也是一個負擔，重量也會耗損電力動力系統的輸出，如何取得絕佳的平衡點，考驗其設計經驗與要求。
比較可行的方法是，PEV設置合宜的電池量，藉此壓低PEV車型的製造成本，而續航力的問題可以透過廣設充電站或電池更換站進行改善，維持電動車在巡航時可以維持不虞匱乏的電力供應。電動車充電站的設置，亦可提供都會點狀的替代能源產業機會，例如，太陽能發電的獎勵銷售與能源轉移，都能善用更多環保電力來源。
而廣設充電站目前在PEV的發展方面，仍僅是一個理想，因為都會區的充電站需要設置多密集？相關的土地取得與充電或更換電池設備的空間，都是額外成本，加上初期導入使用者不多，業者如何能自負盈虧穩定經營，也會影響相關能源業者投入的意願。最簡單的方式還是要有政府公權力與資源介入輔助，PEV產業才能在充電站穩定經營的前提下，創造更多PEV車種。
