電動車有多「sexy」都取決於它!一文看懂「電池」的秘密

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隨著各國紛紛制定燃油車轉換成電動車的年限,祭出補助,汽車產業重新成為全球運輸經濟發展的重點。

在特斯拉 2020 年 Q3 宣布連續第五季獲利、轉虧為盈後,電動車的產業正式轉動起來。投資人、技術開發者、科技愛好者,都很好奇特斯拉成功的秘密在哪裡。

要回答這個問題,必須要回到電動車的核心「電池」上。

純電車可以跑多遠、跑多快?

整個電動車生態系包含了充電器、充電站、相關軟體、雲端服務,但最重要的還是電動車的驅動核心「動力電池」。電池可說是電動車的心臟,電池決定了電動車的效能、速度,也會連帶影響充電站、其他車用軟體服務。

最受市面歡迎的電動車首選特斯拉。

目前特斯拉使用 350 萬公里中等「續航里程」作標準,可充電放電超過 1 萬次。所謂的續航里程,指的是充滿電一次能夠可行駛的距離。

特斯拉官網 上寫著,最高等級的 Model S 續航里程可達到 652 公里,最低的則為平價款 Model Y,505 公里。

延伸閱讀:【特斯拉最新測試報告】鋰電池壽命已達 350 萬公里、1.5 萬次充放電還能維持高效能

除了特斯拉,2020 全球市占的第二名,根據市調機構 InsideEVs 調查,為中國車廠五菱宏光的 Mini Ev,其最大續航 200 公里,以低價策略在中國市場力敵特斯拉;歐洲最熱銷的則是雷諾 Zoe,2020 年在歐洲市場賣出超過 10 萬輛 ,其 ZE50 R110 的續航里程可達到 315 公里。

電動車的市場才正要蓬勃發展,但市佔率不是唯一了解這個產業的切角,眾人有興趣的,還有電動車的性能。

看電動車效能,首先要讀懂電池的動力單位

電池有多「強」、有多吸引人,最基本的,還是要看電池的容量、能耗表現(當然價格也是重要因素,不過本章並不是要談電動車普及,我們在此先略過)。

電池的效能一般從這個單位判定:千瓦小時「kWh」。為了方便比較,有些人稱其為電池能量,或電池力,指每 1 瓩功率使用 1 小時的消耗電量。 當電池的千瓦小時愈高,代表內含的能量就愈多。

以特斯拉為例,Model 3 的電池是 74 kWh,效能是 152 Wh/km ,翻成(你我都懂的)中文就是,開特斯拉時,以內裝的 74 千瓦小時的電池,每公里會用掉 152 瓦特小時的電能。

截至 2021 年一月,據 EV Database 網站整理,市面上電池能量最高的電動車為 Volkswagen ID.4 1st,電池能量 82 kWh,電耗是 193 Wh/km。

可以將電動車跟油車的對應單位,簡化成這個對比表:
電池能量 (kWh) = > 油箱容量 (L)
電耗 (Wh/km) = > 耗油量 (L/km)

電動車的「電池」跟一般電池有什麼差別?

決定電動車的「sexy」程度,很大一部份跟電池有關,但「電池」原理並不是現在才出現的,為什麼電動車產業現在才浮上檯面?

其實,世界第一台電動車在 1834 年誕生,由美國人 Thomas Davenport 的製作的電動三輪車首次亮相,只不過,接下來卻因為開發成本過高,遲遲無法突破電池技術困境。

由於電動車需要更大的能量,因此電動車的電池不僅要滿足夠快的充放電速度、夠強大的耐熱耐寒程度、安全性,還有最重要的,足夠商業化的成本。

電動車電池的秘密:有足夠商業化的成本

當前電動車的如特斯拉 Model S,採用能量密度高、電壓穩定、壽命長的「鎳鈷鋁酸鋰電池」,缺點是壽命短、價錢昂貴;Nissan 的 Leaf 則採用「錳酸鋰電池」,勝在安全性佳、無污染。

中國版的特斯拉 Model 3 在 2020 年宣布交車數達到 49.95 萬台,則是採用了新的「磷酸鋰鐵電池」,大幅降低電池價格,更耐用、更便宜,里程數雖降低不少,但仍受到市場青睞。

下一代的特斯拉平價款 Model Y 更是大幅降價,還出現「沒看到車就下訂」的罕見現象。

電動車產業在市場上重新站穩腳步,最重要的是「特斯拉」這間公司打破市場魔咒。過去 18 年,特斯拉做到說服投資人、開發者,並花上很長一段時間找到降低電池「材料」價格的方法,例如尋找「鈷」的替代品,或是尋找合適的石墨陽極材料,藉以減輕電池的重量,創造出可以「商用化」的電池。

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電池的新玩家:固態電池 QuantumScape

電池這一塊是電動車的核心,自然也吸引許多新創摩拳擦腳準備切入。

除了特斯拉以外,這間設計「固態鋰鐵電池」的電池新創公司 QuantumScape 甫一出現就被捧為電池之星,不只吸引了比爾蓋茲投資,也讓 福斯 在 2020 年追加 2 億美元投資,當時的總估值達到 33 億美元。

以液態為主的鋰電池在效能上有所限制,許多開發商積極嘗試「固態電池」(將電解液作成固態)的做法,例如日本豐田汽車也計畫在將「全固態電池」搭載於電動車,為特斯拉提供電池的 Panasonic 更是固態電池的先驅開發者。

目前各家電池廠商仍在充電速度與能量密度上難以取捨,無法得到滿足兩個目標的材料選擇、比重,但這間新創公司 QuantumScape,卻在去年(2020)12 月發表測試結果,能夠在 15 分鐘內充電到 80% 的容量。

最令眾人期待的是,對比特斯拉現階段使用的超級充電站,QuantumScape 的固態鋰電池可以用不到一半時間,即使在經歷 800 次的充放電後,仍然還有超過 80% 的容量。

上述的測試成果一對外發表,QuantumScape 的股價連續飆高近 180%。

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圖片來源:Google,截至 1/19 的股價波動

在 2021 的第一天,外媒《Forbes》報導,該公司的固態鋰鐵電池無法保證電池的損耗程度跟上現有的電池,也有人指出,12 月的電池測試結果無法判斷對溫度變化的表現(尤其是無法預期遇到冷天時電池耗能的表現),另外,固態電池的安全性也尚無保障,最終 QuantumScape 的 股價又掉下 40%

對股價「雲霄飛車」般的波動,QuantumScape 的 CEO 出面回應:「業務沒有變化,我們與投資者討論的一切仍在進行,內部人士也無意願售出股票。」

雖然現在市場對電動車電池的技術變動非常敏感,但也代表有很多投機性的熱錢在這邊流竄,以開發者的角度來說,關於可替代正負極材料的產品、快充技術的突破,要打造兼具環保跟效益的電池,還需要更多測試與調整。

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電池以外,台灣車廠有什麼機會?

對車廠來說,開發電動車不只是為了跟上「趨勢」,更是因為在電動車之後,還有很多未知的新興產業。就如同台灣出現 Gogoro 後,對電池平台、電網運用,甚至到車體的設計,都是全新的商業思維轉變。

特斯拉 2020 年用輝煌的戰果翻開了電動車新的一頁,它用銷售數字告訴了市場做電動車可行、可賺,而且不只如此,還有更多未知的車用電子服務等待各家廠商深入挖掘。

台灣的軟硬體整合技術在全球首屈一指,特別是電動車的三大車用重要電子系統:車載電腦系統、ADAS 系統、車載資通訊系統,都是台灣的機會。

參考資料

《理財周刊》p. 30、《Nissan》、《鉅亨網》、Tesla 財報 、《數位時代》、《商業周刊》、《Forbes


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