一、高科技「绿色工业」兴起
由于受能源不足与环保意识日趋高涨等因素影响,使得就环保与高科技于一身的电动车,已成为各界积极推动之新兴「绿色工业」。据有关报告,2000年全球电动车销售量为155.7万台,2010年将增长至1,246.5万台,销售值可达266.5亿美元;借此电动车发展潜力,除能为已处于成熟期的传统产品再创机会外,同时还能推动新产品和外围相关零组件的进一步发展。
电动车主要是「以电代油」的交通运输工具,其关键技术包括车体、电池、电动马达、控制器、传动系统以及充电器等六大系统。至今电动车发展的瓶颈仍在于电池;由于电池之电容量有限,导致续航力不足,车体过重、充电时间长、生产成本偏高,使得电动车总给人既贵且重的印象,成为市场销售障碍。当然这不仅仅是电池的问题,还包括车辆系统的匹配性、马达传动系统的改善,乃至行销策略、使用环境等方面的问题,其中以电池技术的突破最为迫切。
二、电池产业发展现况
电池为电动车的动力源,目前应用于电动车的可充式二次电池主要有:铅酸(Lead-acid)电池、镍镉(Nickel-Cadmium)电池、镍氢(Nickel-metal hydride)电池和锂离子(Lithium-ion)电池。各式二次电池之特性比较参见表1。铅酸电池发展最早、生产技术最为成熟,已达量产阶段,因此制造成本相对较低,且具有瞬间放电力强、使用温度范围广的特点;然而铅酸电池在能量密度、体积、重量和循环寿命等性能略逊。至于镍镉电池则因具有充放电记忆效应,且镉的毒性强,会造成环境污染,已为重视环保的欧、美国家所禁限。因此近十年来全球主要电池厂转而开发质轻、性能高、符合环保的镍氢电池或锂电池;不过相对而言,该类蓄电池的技术未臻成熟、价格偏高;另如镍氢电池有在高温时自放电率增高,造成电容量下降之缺点;至于锂蓄电池则因内含比较活泼的物质,易产生化学作用,遇火、遇酸或氧化剂时,可能会爆炸或着火。这是分享锂电池高工作电压、高能量密度、放电平稳、工作温度区间宽等优点的同时,所需克服的问题。
根据有关统计,2001年全球二次电池市场规模约为44亿美元,虽然因电池单价下滑与景气不佳,导致产值较前2000年同期减少20%;而其中锂电池的销售额(21亿美元)已占二次电池市场产值的一半以上,远超过镍镉(12.7亿美元)和镍氢电池(8.6亿美元),夺下市场主流地位。
小型、轻量化的薄型镍氢和锂电池应用市场于1990年代初期迅速兴起,锂电池和镍氢电池现已广泛应用于计算机、手机、掌上电脑(PDA)、笔记本电脑、数码相机与摄像机等移动设备。在1990年代末,在韩国、中国台湾和大陆掀起电池投资热潮,众多厂商竞相投入锂离子、锂高分子及镍氢电池的生产行列。但由于电池核心技术和市场先期为日本大厂所掌控,在2001年锂电池(产值21亿美元)市场占有率前五大厂商分别为Sanyo(35%)、Sony(19%)、Matsushita(15%)、Melcotec(10%)、Toshiba(7%);另外在镍氢电池方面,Sanyo和Matsushita更是占8.6亿美元销售额的55%和25%;日系电池厂商至今仍占据电池的高端市场。
由于用于电动车领域的电池需要较大的电容量,不可避免地需要较长的时间充电,造成使用不便,因此一些厂商投入了燃料电池的开发。燃料电池是利用氢或锌金属与空气中的氧进行化学反应以产生电力,由于电能的产生系由化学能直接转换而来,过程简单、洁净,效率高;且燃料电池不需要长时间的充电,只要持续提供燃料(氢等),即可持续提供电力,现已成为新一代电池研发的主流之一。
三、电动车产业发展情况
电动车就车型(所需电力)大小和设计的复杂度而言,可分为电动汽车(小货车、公交车、轿车等)、电动摩托车和电动自行车;广义而言还包括电动搬运车、电动高尔夫球车、电动滑板车、电动轮椅车等小型电动代步车。本文主要讨论电动汽车、电动摩托车和电动自行车的问题。
电动汽车发展现况:目前全球汽车市场的保有量超过6亿辆,由于能源、环保要求制造低污染的车辆,美国加州在十几年前就提出零废气排放(Zero Emission Vehicles,ZEV)法案,2002年加州更新订一项空污防制法,首次规定在该州出售的载客车辆均须减少温室效应气体排放量,并在2009年底前符合所订排放标准,严格的环保规范将促使各车厂每年在该州出售逾十万辆电动车等低污染车辆。引发各国际知名车厂斥巨资开发电动车,对大型锂电池、燃料电池、太阳能等各式新能源进行研发。
在大型锂电池发展方面,Enax公司于2001年底时,发表一款以大型锂电池为动力之小型电动汽车S3,一次充电约需8小时,可行驶150公里,最高时速是每小时30公里。不过这类纯电动汽车始终仍受限于电池充电所需时间长、续航能力和电池重量、体积等因素,导致制造成本过高、行驶里程不敷要求与技术尚待突破的困局,短期内难于大幅取代现有汽车引擎车。油电混合动力车(Hybrid Electrical Vehicle,HEV)将作为过渡,长程则可能由燃料电池电动车为主导。
燃料电池由储存于汽车上的氢或产生氢的化合物(如甲烷或汽油等)来产生氢,再与空气中的氧发生化学反应产生电力。燃料电池汽车只排放水和热气,几乎不会产生废气,因此成为寻求低污染汽车者的研究热点。但燃料电池技术的成本高,且氢的渗漏性高,难以储存和输送;目前燃料电池车仍处于研发阶段,丰田公司展出了FCHV-3燃料电池原型车。燃料电池车的初期市场规模仍将很小,有关预测到2030至2040年燃料电池电动车将成为全球汽车市场的主导产品。
在从汽油车全面转换至燃料电池车的三、四十年间,将大力发展HEV。其运行原理为除采用电力驱动外,辅以传统的汽油或柴油引擎,当电池电压下降时,就会启动传统引擎继续行程,并且实时向电池充电,这样就可解决要找寻地方充电的烦恼;同时,尚可提升燃料的效能到30%以上,以达节约能源之目的。HEV首由丰田公司于1997年成功研制四门小型车「霹雳速」 (Prius),并于2000年正式在美国上市,随后则有本田汽车公司的两人座跑车Insight、福特公司的Prodigy推出,但由于这几款车之车型较小,在美国还不构成主流车款;丰田公司于2001年6月的东京车展中展示全球第一辆量产的汽油和电动混合动力四轮传动迷你休旅车 Estima Hybrid,其定价约为3万美元。由于HEV之市场反应颇佳,已吸引其它公司(如福特、奔驰等)陆续跟进。
电动摩托车发展现况:电动摩托车早先在我国台湾发展很快,发展初期所搭配的电池为传统笨重的铅酸电池,效能不佳,常有车身重、续航力低、外出充电不方便的缺点,且在售价方面无法与传统摩托车竞争,在环保方面宣布将停止电动摩托车补助后,销售急遽衰退。 |
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