綠色運具商機蠢蠢欲動　電動車產業鏈蓄勢待發

已經奔馳超過百年的內燃機(Internal Combustion Engine, ICE)車輛，最近幾年將出現產業發展的重大轉折，背後更是一場人類交通工具從內燃機轉換到電動馬達的革命。2019年3月，電動車領導廠商特斯拉(Tesla)宣布大幅降價，引發「特斯拉之亂」，深入觀察可以發現電動車即將進入高速成長階段，不僅許多新興新能源車廠殺進市場，傳統車廠電動車的量產計畫更是磨刀霍霍，特斯拉主動降價背後有其龐大的產業競爭壓力。

依照各國政府近年宣布的時程，最快5~6年後，全球各國家地區就將陸續進入電動車時代，由政策帶動淘汰燃油車，電動車成為主流已是定局。然而從技術發展角度來觀察，電動車三大系統：馬達、電池、電控，同時也還面臨不少問題須要克服，「天下大亂，形勢大好」面臨交通工具百年一遇的典範轉移，克服問題的同時，也有許多商機與產業機會應運而生，如何發現與掌握，該是關心此領域廠商最大的重點。

電動車主流勢不可擋

電動車趨勢已是眾望所歸。從整體汽車產業的發展來看，工研院產科國際所智慧車輛與系統研究部經理謝騄璘(圖1)指出，ICE車輛市場成長已接近飽和，2017年全球整車出貨成長率約3.1%，2018年僅1.6%，預計2021年左右純ICE將步上負成長之路(圖2)；反觀電動車2017年出貨量約310萬台，年成長率27.7%，2018年約370萬台(圖3)，年成長率18.3%，未來幾年將維持高度成長趨勢，2022年電動車總銷售量將跨越1,000萬門檻，並持續壓縮ICE車輛的發展。

因此，汽車巨擘德國福斯(VW)於2019年初高調宣布計畫在2028年前銷售2,200萬輛純電動汽車，相較2018年銷售4萬輛是個非常高的目標，並計畫於2025年推出超過50款純電動車型，到2028年將增至70款，2030年全球銷售量有40%都是電動車，促使龍頭車廠做出如此大規模的策略轉變，確實是因為電動車大浪來襲、勢不可擋。

過去幾年，在環境議題的發酵之下，電動車的發展相當依賴各國政府的政策驅動，歐盟在2018年12月17日通過協議，決定在2030年之前減少37.5%的汽車二氧化碳排放量，以2021年的碳排放目標為基準，在2030年時歐盟會員國必須減少37.5%的汽車碳排放量，貨車則須減少31%。在節能、減碳的大旗下，ICE車輛的發展空間越見壓縮，同時也為電動車與新能源車開闢了寬廣的發展大道。

而為了鼓勵消費者使用電動車，各國政府提出許多政策補助方案，如美國購買插電式電動車的消費者將獲得2,500美元至7,500美元的稅收抵免。另外，2018年中國取消續航力在100~150公里的電動車購車補助，而續航力400公里以上車款的補助，從4.4萬元人民幣提高到5萬元人民幣；2018年中國開始實施雙積分制，目的也是為了讓車廠更積極開發電動車和生產低汙染燃油車。英飛凌大中華區汽車電子事業處市場經理朱文斌(圖4)認為，從2019年中國車廠的布局來看，中、高續航里程的純電車的比重逐漸提高，同時插電式混合動力車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)由於可降低純電車的續航里程問題，更受市場的歡迎。

電動車技術/市場充滿挑戰

不過，未來幾年電動車的直接購車補助將會逐漸退場，謝騄璘表示，Tesla在美國已達20萬銷售門檻，前述減稅補助誘因將被政府收回，為免車價影響消費者購車意願遂主動大幅調降售價。然而從另外一個角度來觀察，電動車為什麼可以取代發展超過百年的內燃機車輛？從車輛基本的驅動與能量轉換效率來看，電動車捨棄引擎、變速箱等，改由馬達直接驅動，整體能量轉換效率由內燃機的20%~40%，提升到80%左右，沒有太多額外的能量被用在他處，也少了汽油車會有的震動(震動能)、噪音(震動能)、廢熱(熱能)與廢氣(化學能)。

從車輛產業的趨勢來看，朱文斌解釋，電動化、自動駕駛、聯網化是未來的發展重點，不過這三大趨勢不僅帶動車輛製造、生產的產業鏈變革，愈來愈多分析師紛紛預測，再過不到20年，許多消費者願意放棄車輛的「擁有權」，租賃共享、自動駕駛服務可能會成為未來使用交通工具的新風貌。車廠、產險公司皆在研議如何轉型，更有許多新型態的交通服務悄悄萌芽中。

然而，汽車產業鏈的解構再重組依然是現階段最容易觀察的部分，無論是車廠、電動汽車各個零組件廠商，還是半導體元件廠商都積極布局電動汽車產業的發展紅利。當然也面臨不少挑戰，朱文斌說，從消費者需求上來講，如何提高電池密度，提高行駛里程來解決續航力問題；在配套上，如何建立合理布局的充電網路，如何解決快速充電問題；從產業鏈方面，如何建立電動車的回收產業鏈(鋰電池回收)，使電動車產業更環保；從車廠來講，如何降低電動車的成本等，都是接下來的發展重點。

電池技術突破為續航力關鍵

電動車的馬達、電池、電控三大系統中，電池占了整車30%~40%的成本比重，電池效能占據電動車續航力的關鍵，過去電動車使用最為人所詬病的問題之一即是「里程焦慮」，由於充電設施不普級、電動車充電時間動輒數小時、鋰電池安全性/能量密度/容量等技術瓶頸，導致使用便利性不如ICE車輛，消費者僅能在市區短程、短時的應用中派上用場，不利長途與長時間行駛，降低消費者購買電動車意願。

電動車推動過程中，電池既然占有關鍵地位，但其技術改善又相對緩慢，造成多年來電動車產業發展的困境，Tesla是目前全球公認在這部分技術最前瞻的廠商，其市售車的續航力從300~600多公里，已能應付一般人每日長短程的用車需求。另外，中國電動車補助也往400公里的中高里程推動，目前電池與充電技術的改善與成本的降低，已到了能為市場接受的黃金交叉點。

電動車電池採用液態的鋰電池依然是主流，致茂電子電力電子量測系統產品部副課長林信宏表示，目前電動車主流的電池組為96串，車廠除了致力提升電池的能量密度與整體容量之外，安全性也是不容妥協的重點，鋰電池燃燒主要原因之一為電池芯過充電或短路，只要有電壓差、燃燒介質、氧氣，就會造成電池芯持續燃燒且難以撲滅，車輛安全與人命高度關連，所以電池安全性受重視的程度不亞於效能。

由於電池芯的燃燒特性，故在電池包設計上就必須將電池芯的狀態監控進行嚴謹的設計，林信宏強調，電動車電池管理系統(BMS)通常包括電流採樣單元(CSU)、電池芯監控線路(CSC)與電池管理單元(BMU)。電流採樣單元與電池芯監控線路將透過CANbus訊號將資訊傳給電池管理單元，再發出處理指令，相互運作。電池芯監控線路需要具有量測電池電壓的功能，防止電池芯進入過充狀態避免起火爆炸，透過設計電路避免電池過充電、過放電、過溫度等異常狀況出現。

同時由於電池包電壓超過安全電壓60V，為保護人身安全，各國法規或標準定義絕緣阻抗(Isolation Resistance)的要求；林信宏指出，電動車內之高壓電系統由於動能轉換裝置或其他電器裝置的影響，使高壓電路與車殼(電路系統參考電位)間無法完全斷開，為確保其間通過之電流不致於造成人員傷害，須確保高壓電系統及車殼間之絕緣阻抗大於規範值。其規定為：對於直流電匯流排處於工作電壓時應至少為100Ω/V，而交流電匯流排處於工作電壓時則至少為500Ω/V。

故在機構設計上必須符合此絕緣電阻要求，但電動車在使用過程中若發生碰撞等破壞結構因素，難以保證此要求，故在電池管理系統的電池管理單元上，必須具備絕緣電阻異常偵測，當絕緣電阻異常時，電池管理系統必須切斷電壓輸出，確保人員安全，常見作法有平衡電橋法、不平衡電橋法、低頻探測法。

半導體元件扮演效能改善要角

電池技術已經有越來越多廠商投入，除了在現有的高分子鋰聚合物電池之外，鋰固態電池、燃料電池與石墨烯電池等新電池、材料，也在如火如荼發展中，德國汽車工業協會主席馬蒂斯在2019年日內瓦國際車展開幕前表示，德國汽車產業將在未來三年投資近600億歐元在電動車和自動駕駛領域。其中，400多億歐元在電動車，相信極大比重是電池相關技術，也由於電動車受到高度矚目，吸引大量資金投資，必將帶動更多技術突破。

而相較於技術突破難度較高的電池，與電控或管理關聯度較高的半導體元件，技術改善難度低，尤其是半導體元件過去已廣泛應用在各個領域，車規半導體也已發展多年，針對電動車的需要進行改善，容易取得具體的成果，以電動車產業所帶動的龐大商機，對於半導體廠商自然有高度吸引力，朱文斌就認為，主逆變器、車載電源、車載充電器、電池管理系統市場會具有很好的成長性，而由於功率元件在這些換能子系統中處於核心位置，將帶動已經布局成熟的功率半導體元件廠商，主要是IGBT模組、分立式IGBT、MOSFET等功率半導體元件。

此外，恩智浦半導體大中華區汽車電子市場經理周翔也認為，上述系統中主要的半導體元件包括MCU、電池管理類比前端、電源晶片等前景極佳，安全更是選用半導體晶片時的關鍵：採用符合ISO 26262 ASIL-C/D的半導體元件和流程設計來規範與提高系統級安全。另一個考量重點則是高效率，透過採用碳化矽等新型高效功率元件，來提高能效比，以提升馬達性能延長續航里程。

半導體元件對電動車的整體效能改善幅度不若電池組，但卻是積小勝為大勝的範例，以近期熱門的48V系統來說，美商懷格(Vicor)台灣區總經理翁鴻裕(圖5)談到，48V系統可以應用在所有包括ICE車、油電混合車與電動車，不過新型電動車款也會同時導入ADAS系統，因此電控系統越來越多，電源管理的需求提升，以基本電學公式來看：功率(P)=電流(I)×電壓(V)，在功率不變的狀況下，電壓提升為傳統12伏的四倍，電流就會降低為1/4。

翁鴻裕進一步說明，電流變小整個傳輸電路安全性就會提高，因為損耗變小，傳輸產生的廢熱也是；從傳輸損耗的角度來看，電壓(V)=電流(I)×電阻(R)，所以功率(P)=電流2(I)×電阻(R)，傳輸阻值不變的狀況下，電流會進一步降為1/16。這也是一般電力傳輸都使用高壓電的原理，而過去電子系統內部傳輸使用12V電壓已久，為提升效率又兼顧電力安全性，業界認為48V是可以兩全其美又不用大幅調整架構的選擇，在車輛的電力傳輸與轉換架構上，48V系統因為效率改善，甚至可以達成省油或提升續航力的綜效。

打入電動車產業鏈黃金時期

從車輛系統的複雜度來看，謝騄璘比喻，若電動車為1、ICE車輛約為2.5、油電混合車輛為5，ICE系統複雜但是經過百年的發展，技術成熟而且體系完整，電動車系統雖然系統單純，畢竟發展時間尚短，而且許多電子架構導入車用系統的過程，包括環境耐受度、耐用性、抗干擾、安全系數等的要求都更高，最近幾年電動車關鍵零組件發展的重點應在此，能夠提出符合產業要求的產品、技術，就有機會切入電動車產業鏈並卡位。

對台灣廠商而言，過去ICE車輛產業鏈相當封閉，電動車等於為新進的廠商開了一扇門，不過汽車對於安全性的要求將越來越高，因此產業鏈在經過一段時間的重組以後，應該還是會走向穩定，對於台灣廠商來說，近年可說是最佳的切入時機。

因此，謝騄璘建議，台灣廠商可以在自身具備技術優勢的領域，投入如材料、系統整合、充電裝置相關的技術；汽車產業產品認證週期長，至少要設定3~5年紮馬步的時間；選擇進入車廠的OEM或經營售後市場，前者產品訂單會相對穩定，但毛利率較低，售後市場訂單不穩定，甚至要經營品牌，但利潤會較高，選擇適合自身優勢的方向堅定努力，或許可以開創一片新的藍海。