PHEV

世界各地目前競相將燃油車汰換為電動車，可預期電動車的採用率將大幅躍升。但電動車若要快速提升採用率，充電站的數量也必須大幅成長，超越目前的部署規模。本文將調查電動車採用率的大幅提升，對配電基礎建設造成的需求，以及規畫電動車充電基礎架構時必須納入的一些考量因素。 電動車成長預測 有關電動車的討論通常一開始會先從驚人的成長率統計數據談起，講到電動車的預測銷售量總是很誘人。以Energy Innovation組織提出的一項數據為例，在其預測中，到2030年全球電動車的數量將達2億5,000萬輛左右(圖1)，屆時每年銷售量約為4,400萬輛，所有電動車(兩輪車除外)將占全球新增汽車銷售量的30%，這被稱為EV30@30情境。此數據包含油電混合版及純電動版的汽車、巴士和卡車。如此看來，大勢已定，但人們終究還是要面對現實：此成長軌跡的誤差線為何？又有哪些假設和已知的風險？深入來看，這些來自不同出處的成長率資料有部分存在著很大的差異。其所引用的銷售數據各自加入了一些假設，也就是電動車購買力、未來技術的提升、油價、法規獎勵，還有數十項其他因素的變動。此外也大幅取決於中國的採用成長率，畢竟中國在2018年的全球新車銷售量占比高達45%，相較之下歐洲為24%，美國則為22%。而一項出自美國能源資訊局(EIA)《2020年年度能源展望》的數據指出，美國2030年的電動車總銷售量將遠低於100萬輛，如果地理百分比分配率維持不變，這數量只有EIA預測數量的十分之一不到。另外，該展望也預測，燃油車到2050年之後仍將占銷售量大宗，端看讀者要相信哪一個。 圖1　根據Energy Innovation的預測，至2030年全球電動客車銷售量將突破2億5,000萬輛　資料來源：Energy Innovation 電動車採用率影響因素 電動車目前仍相對昂貴，樂觀派的預測假設價格將會隨銷售量和技術的提升而調降，但銷售量要提升，前提是價格要先下跌。這是先有雞，還是先有蛋的問題。有些製造商承認，為了帶動市場，他們幾乎每輛車都是認賠賣出，這絕非好的商業模式，對投資人的耐心也是種考驗。來自政府的壓力是另一項激勵因素，為了減緩氣候變遷，控制污染程度，全世界的掌權者都宣布要在特定日期前實現禁售內燃機引擎(ICE)車輛的決心。這一目標看似聳動，但這大多是指禁售純ICE的車輛，油電混合車則不在禁售名單內。車商也玩同樣的文字遊戲，他們不顧一切地設法不讓其ICE製造設備遭到完全扼殺，因此答應未來在銷售車款中加入100%的電動車系列，但他們其實是指100%純電動車或油電混合車。 另一個會影響電動車價格的因素，則是油價。油價對未來電動車的增幅有很大的影響，截至2020年上半年，原油價格仍持續波動。 儘管世界衛生組織指出全球因空汙而早死的人數多達420萬人，但要是電動車的購買成本和維運成本無法提供足以替代ICE的激勵因素，關於減緩氣候變遷和改善環境的爭論也可能逐漸消退。 里程焦慮 影響電動車成長的一大阻礙，就是關於充電的疑慮。最早的電動車可行駛里程大約只有160公里左右，變成只需行駛短程的特定駕駛人的利基產品，他們開回充電站通常是為了「循環充電」。受技術進步之賜，目前高階車款行駛里程可達約480公里，但焦慮仍存在，因為車主都認為充電點過於稀少。一般電動車沒電「拋錨」，就算有熱心路過車主出借備用電池，也無法讓車子起死回生，這是大家都知道的。 相比於加油站，充電「站」可能數量更少，且間距更遠，但這不過是供需的問題；美國約有2億7,000萬輛汽車和15萬間加油站，以每間加油站有八支加油槍來算，每支加油槍約分配225輛車。相比之下，全球約有500萬輛電動車和約41萬個公共充電點，每個充電站約分配到12輛電動車，兩者的可得性相差18倍。如果將辦公室和家庭充電點算進來，大概每輛電動車可分配到將近一個充電點。 然而不能直接這樣比較。油箱加滿約需要10分鐘，加上稍作休息，再去超商喝個飲料，可能要15分鐘。但是，電動車電池用高速公路休息站的「慢速」充電器可能要好幾個小時才能充飽，假如所有充電點都有人使用，下一個充電站又遠在天邊，這個可得性數據可一點用都沒有。 每個人都想相信未來是電動車的天下，人們可以預期基礎建設也會隨之成長，符合其中一個預期的成長情境，並希望是往好的方向發展。有些地方可能供不應求，有些則供過於求，加上對需求的不確定性，還有各地區的差異性都需要加以考量。可以確定的是，像新車銷售量約60%為電動車的挪威，他們在未來幾年建置的充電點數量，勢必會高過2019年新電動車掛牌數百分比只有1.6%的英國。 供電隱憂 里程是焦慮的來源之一，但人們是不是也該擔憂未來的電力供給？目前電動車充電對電網造成的負載幾乎可省略不計，根據Bloomberg ENF指出，電動車用電量從2018年到2050年將成長57%，但仍只占全球用電需求的9%。到2050年時，美國的電動車用電量將達800至900兆瓦時，而總用電量約為30,000兆瓦時(圖2)。 圖2　Bloomberg ENF估計至2050年時，電動車總用電量將大幅成長　資料來源：Energy Innovation 本文假設技術仍會不斷進展，例如，電動車目前將電池電力轉換為車輪動力的效率只有59%至62%，仍有預期改善的空間(與ICE相比，汽油中的化學能轉換為動力的轉換效率只有17%至21%)。至今針對電動車銷售量和用電量引用的數據皆單純指輕型車(LDV)，如果日後電動卡車問世，這些數據將過於保守。建造所需的充電站和升級電廠基礎建設的時間表，實非政府掌權者在任期內和立即的政治手段所能解決，但電力設備供應商則相信電動車已是勢在必行，並為充足的基本能源供應作好規畫。基礎建設將隨成長中的共同市場而擴展，占比9%的電動車充電量似乎不會成為普遍性的問題。但就配電來說，離車子的充電電纜越近，情況則會有所不同(圖3)。 圖3　高壓電塔的設置對於電動車來說至關重要 配電硬體須符合未來電動車充電需求 從記錄來看，電力需求在夜間較低，負載尖峰約在早上7點人們展開一天的活動時。另一次尖峰則是在傍晚，當人們回到家，暖氣/烹煮器具全開時。在用電組合中加入電動車充電，用電模式將大幅改變，為了讓汽車在隔天早上上班前充飽電，負載尖峰會變成夜間。標準的家用充電器功率約為3kW或7kW，電動車充飽約需6至12小時，插電式混合動力車(PHEV)約需2至4小時，跟徹夜開啟一或兩部高功率暖氣差不多。但是高速充電器的額定功率可能高達22kW，幾乎要達到饋入家庭供電功率的上限，對沒有電動車的尖峰用電量來說普遍過高，當然就24小時的平均用電量來說也高出許多。當擁有電動車的家庭越來越多，對當地的配電網路將造成立即額外的壓力，電線桿上的變壓器將中電壓降壓到家用電壓時，也會不斷發出高分貝的滋滋聲作為抗議。而高電壓配電網路和變電站的處理能力則較佳，因為其是針對工業供電，尖峰發生在不同時段。當地的供電基礎建設可能首當其衝，像是存在重大地區差異的都會公寓可能都有停車空間，但是，電動車的電力無法直接由終端消費者的線路供電。其會在更高的電廠電壓下進行計量和聚合，對家庭用電和工業用電之間的負載，在硬體額定值內進行平衡。路旁和公用的快速充電點也是如此，其負載將直接加諸在高電壓網路上。 使用再生能源達到雙贏 對電動車存在已久的一項爭議，就是它並不是這麼環保，畢竟其充電的電力最終還是來自骯髒的煤炭或燃氣發電機。此問題會隨再生能源使用率提高而改變，但缺點是，太陽能板在晚上不能靠太陽發電，而風機發電又是一種不可預測的能源(圖4)。最理想的作法，就是利用一些能源儲存方法來平衡供電量，像是用湖泊進行水力發電儲能，但此法受限於地理因素。雖然也有一些前景看好的創意，例如將壓縮氣體儲存在岩床內，另外還有一種可能的作法，就是利用電動車內的合併電池組合，將能源輸回電網作為緩衝，然後提供電費上的回饋作為獎勵。 圖4　太陽能供電現階段仍有局限性 要將能源輸回電網，需要具有雙向功能的充電器，技術也早就有了。如果車子閒置不用，電力公司為了調度可從電池抽取電力，之後為電池再次充電，只要車主先在智慧充電器內設定將車充飽電可開出門的時間，對車主幾乎沒有任何影響(圖5)。 圖5　現階段電動車充電技術已為駕駛帶來便利性 隨著電動車採用率不斷提升，市場也期待基礎架構也能跟上其預測成長率的腳步。但是，電動車充電基礎架構的規畫極其複雜，因為有太多消費者和地方上的變數需要考量。可能影響電動車採用率的部分因素包括電動車購買價格、政府的電動車使用獎勵法規、電力供給、再生能源的角色，以及對快速充電站之便利性和可得性的疑慮。有鑑於上述這些因素都可能造成重大影響，對電動車採用率帶來不確定性，因此眾所期待的充電基礎架構究竟能否支撐這些需求，有待日後觀察。 (本文作者任職於貿澤電子)

車輛CO2排放法規並不新鮮，多年來一直由政府車輛監理機構實施。但最近的各國的目標更為提升，也為汽車電氣化趨勢更添動力。 中國身為全球最大的汽車市場，最近承諾禁止石化燃料汽車，挪威希望2025年銷售的所有乘用車都是零排放車輛，荷蘭則設定了2025年銷售的乘用車中50%需是零排放車輛的較低目標。印度正在推動到2030年只銷售電動車，而這可能只是我們將在全世界看到的法規的開始。從圖1可以看出，目前歐盟CO2排放目標將在2020年中實現，預計今後的排放限制將按照趨勢繼續下去。這些目標對內燃機(Internal Combustion Engine, ICE)的設計形成挑戰，如果沒有電動傳動系統元件作為車輛的混合動力或替代非石化燃料來源的貢獻，就無法實現這些挑戰。 圖1　歐美日汽車排碳標準發展趨勢 空氣品質惡化催生電動車商機 但挑戰不僅僅是石化燃料的消費和由此產生的二氧化碳排放而已。直接注射為基礎的內燃機(如柴油和高性能汽油發動機)產生的氮氧化物排放和顆粒物都是攸關健康的問題。這在都市中是不被接受的，導致相關法規愈趨嚴格－倫敦和巴黎等大城市正在禁止車輛進入市中心，而中國城市則透過日期限制車輛的使用。 車輛電氣化迫在眉睫，但市場將以多快的速度採用？(圖2)匯整了2050年以前車輛發展趨勢，ICE的比重將逐年減少，例如在2032年，50%的車輛將有電動馬達協助傳動系統。不過，燃油車輛要到2045年市占率才會低於50%。當然，未來道路上混合動力或電動車的確切數量將取決於許多經濟和社會因素，例如： 圖2　2015~2050年車輛發展趨勢 資料來源：Strategy Analytics、Evercore、NXP CMI ．汽油和柴油價格與電力價格比較。 ．技術進步－規模經濟、電池成本效益提升、電池化學性能的改善以提高能量密度(範圍)、充電基礎設施的普及。 ．越來越令人關切的問題：環境及氣候變化。 ．消費者行為和對車輛擁有權的態度以及電動汽車技術接受度。 ．關於燃油經濟性、二氧化碳排放和污染的法規的態度。 從圖2中還可以看到，有不同形式的電動汽車，從輕混合動力(Mild Hybrid, MHEV)到全混合動力(Full Hybrid EV, FHEV)和插電式混合動力電動汽車(Plug-in Hybrid EV, PHEV)到純電池電動汽車(Pure Battery EV, BEV)。未來每輛車，至少有一個電動機，協助燃油車。不出意外的話，隨著電力行駛的比重持續提升，二氧化碳減排效果將越來越明顯。 油電混合車發展迅速 傳統的ICE需要在寬鬆的駕駛條件下行駛。因此，在某些領域，特別是低速度/高扭力的效率受到影響。電動機是ICE的好夥伴，因為它們在低速時輸出最大扭力，這意味著ICE可以根據更適合的條件進行優化。 第一輛混合動力汽車是FHEV車型。由豐田普銳斯(Toyota Prius)，於1997年首次推出，目前仍是銷量最高的混合動力汽車。自普銳斯問世以來，已經取得了許多進步，最顯著的是PHEV，其中增加了外掛程式功能為電池充電。在純電模式下，PHEV僅適用於短距離，通常為20~30公里。FHEV和PHEV往往從類似的電壓水準運行，約為400V(圖3)。 圖3　不同類型車輛的電動化程度 最近的FHEV和PHEV車輛有兩個電動機，一個是針對電池的剎車動能回收和充電而優化的，另一個是針對扭力和功率進行優化以帶動車輛。然而，由於電機在低速時非常強大，ICE可以在容量上縮小規模，也可以使用更省油的控制策略，比如Atkinson迴圈。在這種情況下，當活塞向上移動壓縮時，進氣閥保持打開時間更長，這會減少活塞向上移動的摩擦，使發動機效率更高，但使其變慢。另一種方法是REEV它有一個小ICE來為電池充電，而不是驅動車輪。 48V系統提升車輛效能 最近的一個創新以取代FHEV的是48V MHEV。這些基於ICE動力總成補充及一個中型鋰離子電池和一個可逆的48V電動機。其目的是支援低速加速，並在煞車時給電池充電。與傳統的12V系統相較，48V系統滿足了以更低的成本和體積，提供更多電力需求。在高壓混合動力汽車中可減少二氧化碳排放量近20~30%(CO2/km)的情況下，48V MHEV據稱可減少10~20%。因此，MHEV以20~30%的成本帶來了PHEV二氧化碳減排效益的70%。此外，48V系統可以很容易地整合到現有的車輛動力總成和架構。 48V系統帶來的第二個好處是能夠透過將機械負載轉換為48V電源的電氣負載，減少內燃機的負載，而減少二氧化碳排放。需要更高功率不間斷運行的應用最適合，如空調壓縮機、電子渦輪增壓、主動懸吊和動力轉向。與PHEV和FEV中使用的高壓系統相比，另一優勢是不需要特殊的隔離和保護(圖4)。 圖4　48V系統於車輛中運作概況 BEV將大約60%的電能從電網轉換為車輪上的電能。傳統汽油車輛只將儲存能量的20%轉化為車輛動力之前，這聽起來並不是很有效。為了提高消費者對電動車的認識，消除大眾採用的障礙，增加電池容量是實現這一目標的方法之一，但這也增加了重量、降低了效率。業界需要考慮其他系統方面的問題，如： ．減少電力驅動系統的損耗－儘管比ICE更有效率，但透過電動傳動系統仍有16%的能量損失。 ．增加電車動能回收的使用－當剎車，車輛的慣性轉動電動發電機，產生電力，然後儲存在電池。 ．減少充電損耗－當充電的電池，能量損失轉換交流電轉換到直流使用電池，以及在克服電池的充電阻力。 提升電動車效能各顯神通 為了提高電動傳動系統的效率，車廠不斷研究發展電機的科學及其在電動汽車上的應用。例如，BMW i3採用革命性的混合同步永磁磁阻電機來減少問題，同時在較高的速度範圍內提供高功率的技術發展。電機的速度越來越快，而在最有效的地方運行電機的需要，控制方法也越來越先進，涉及的數學模型越來越多。 多相電機的主題也在重新驗證，趨勢是六或更高的相位元數目。無論是純六相方法或雙工三相位設置，機械安裝與彼此固定的轉移。使用多相電機，每個相位的電流更小，因此可以調整元件的尺寸，再加上減少扭矩紋波，而有可能優化直流電容器的尺寸，並改善電池波動，最終可能改進範圍。多相控制的另一個好處是冗餘，因為即使在元件發生故障的情況下，操作也可以在較低的級別上繼續進行。 預測模型控制技術可用於利用卡爾曼濾波(Kalman Filtering)或狀態空間建模(State Space Modelling)來提高ICE或電動機的暫態效率。但另一種提高傳動系統效率和整體車輛效率的方法是更完善地決定在旅途的各個階段使用什麼扭力源。混合動力控制單元(Hybrid...

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。 圖1　工研院產科國際所智慧車輛與系統研究部經理謝騄璘指出，2022年電動車總銷售量將跨越1000萬門檻，並持續壓縮ICE車輛的發展。 圖2　2015~2030年全球車輛發展趨勢 資料來源：汽機車產業年鑑(2018)、Marketlines(2018)、F&S(2018)、McKinsey(2016)、工研院IEK Consulting Research(2018) 圖3　2008~2018年電動車發展趨勢 資料來源：Marketlines(2018) 、工研院IEK Consulting Research(2018) 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。 圖4　英飛凌大中華區汽車電子事業處市場經理朱文斌認為，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。 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。 圖5　美商懷格台灣區總經理翁鴻裕談到，48V系統可以應用在所有包括ICE車、油電混合車與電動車的電路系統。 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。