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电动车能源之战 换电与充电系统如何取决
 

【作者: 葉奕緯】2018年05月15日 星期二

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自2008年,美国特斯拉(Tesla Inc.)首辆锂离子电池电动跑车Roadster上路後,便开始颠覆传统车厂商业模式,各大厂牌纷纷探索新世代的使用情境,寻求至高点。



2011年,陆学森创办睿能创意股份有限公司(Gogoro Inc.),开启台湾电动机车产业的新旅程,凭藉其独特的电池交换模式,不仅在台湾获得好评,更开展事业至欧洲,与共享机车平台合作,外销当地。



历经4年筹备,募资约45亿台币推出电动机车。出资者包括宏达电董事长王雪红、润泰集团董事长尹衍梁,以及策略夥伴Panasonic。目前为止,Gogoro已卖出超过五万台电动机车,在全台拥有五百台以上的电池交换站。而光阳机车(KYMCO)也在三月「日本东京摩托车大展」发表电动机车解决方案,搭载Ionex车能网,采用换电与充电并行的模式。



图1 : 透过手机装置可以得知电池电量(source:Gogoro)。
图1 : 透过手机装置可以得知电池电量(source:Gogoro)。

图2 : 电力系统是Gogoro电动车的核心技术,是实践智慧城市愿景的一环(source: Gogoro)。
图2 : 电力系统是Gogoro电动车的核心技术,是实践智慧城市愿景的一环(source: Gogoro)。

图3 : GoStation将同时提供充、换电服务(source: Gogoro)。
图3 : GoStation将同时提供充、换电服务(source: Gogoro)。

光阳的能源策略


光阳要打入电动机车市场,暂且不说会打击原本的燃油车市场,光阳还得和在电动机车市场已趋成熟的Gogoro做出差异化,因此光阳采取的是充换电双轨制方案,并采电池买断式销售。



图4 : 光阳IONEX将以充电机车为其核心产品(source: MCN)。
图4 : 光阳IONEX将以充电机车为其核心产品(source: MCN)。

图5 : 光阳电池为买断式产品,骑士拥有电池所有权(source: MCN)。
图5 : 光阳电池为买断式产品,骑士拥有电池所有权(source: MCN)。


从充电上来看,Ionex车能网将提供电池充电服务站,会有专人为抽取式电池进行一小时快充;另有共享??座服务网,让骑士们能以随身携带的充电器利用公共??座为电池充电。



这可以和手机电池类比,当手机没电时,即可在捷运站提供的??座充电,或者多购买几颗电池放在身上,当没电时可以随时补充,回家後再提上楼充电。而光阳也提供换电服务,但是有一定限制,例如让共享平台车队为员工购买电池後,存放在Ionex充电站,再让员工自行到lonex交换电池。


Gogoro的智能换电系统


反观Gogoro则让电池公用化,骑士不拥有电池,当电力不足时,则自行到换电站中更换电池,并以月费计算。



租用Gogoro电池服务的使用情境就像租借UBike一样,碰到的问题也相似,就是得估算出该区域的使用情形,如大安区捷运站摆放三十台UBike够不够?下班尖峰时段该补送多少辆脚踏车? Gogoro也是一样。



为了让骑士到换电站时有电池可换,Gogoro也如UBike一样需调派电池,因此必须掌握住每颗电池的动向(哪台车、充电站电池颗数)及状态(电力),因此Gogoro的系统上搭载各式感测器,以及骑士ID辨识。



因为有了骑士ID辨识,以及必须至换电站提取新电池,窃盗率将大幅下降,因为即使小偷窃取到车辆,也难以在换电站领到新电池,系统将收到被窃取车辆的讯息,及时回报。



以此看来,Gogoro所提供的服务与传统车厂(如光阳)有很大的不同,Gogoro的强大之处不是过往的引擎、马达、避震器或是车轮,而是包含电控单元、电池组及电池交换设备的「可交换式电池系统」。



如Gogoro 2 Deluxe出厂及搭载iQ System 4.1,支援iPhone X的Face ID脸部解锁功能,若有车主遭窃,也可藉由通报Gogoro官方来锁住遭窃Gogoro的电池更换功能,让换电站不允换电池,藉此提升Gogoro车系的防盗性与安全性。


城市智慧电网


为降低移动工具造成的空气污染,行政院订下 2030 年完成全面使用电动公车及使用电动车辆公务车、2035 年禁售汽油机车与 2040 禁售汽油车的目标。



经济部在2018年初表示,为推动电动车产业,除在接下来5年继续补助购买电动机车外,未来也将协助建立3310座电动机车充换电站,其中1000站由国营事业中油公司带头建置,换电站预计将采用Gogoro标准,剩馀2310座开放民间申请建置。



经济部也与交通部协调将於2018年起,发放电动机车专属号牌、设立专属停车位并提供停车优惠;同时透过内政部建筑法规上规定停车空间预留充电管线、环保署修订空污法针对10年以上老旧机车提高污染排放标准,另外将逐步加严平均污染油耗要求(CAFE)引导机车产业生产电动机车,逐步朝向禁售燃油机车的目标。



这是政府的智慧城市蓝图。换电站不仅具备存取电池的功能而已,还肩负数据收集、能源管理的责任,这可以和中油对比,中油属於提供旧能源(石油)的一方,掌握通路,而Gogoro的充电站正在全台建设自己的通路,规划国家级智能电网。



而Gogoro的强项为「可交换式电池系统」,在硬体如轮胎、车架及量产能力仍难以与传统车厂相比,因此陆学森在近期也端出「免授权金」方案。实际上陆学森一开始便想做统一的换电系统与能源管理,但因为传统车厂兴趣缺缺,才自行研发电动机车,并先後推出Gogoro 1、Gogoro 2两款车型。



实际的授权方案上,车厂只要向Gogoro购买电控模组来设计与生产自己的车辆,而换电站的投资人只需要购买Gogoro的电池交换设备,车厂的消费者就可以直接租用所有在换电站中流通的电池。



这表示光阳、三阳、山叶等传统车厂不必与Gogoro竞争能源技术,只需要授权使用Gogoro的换电系统,就可以专心发挥整车制造的长处,而Gogoro则能专心扩展电源交换网路的服务,未来的搬运车、小型电汽车等皆能因Gogoro的服务而发展,而竞争对手则可能转为中油之类的通路,而非现在的光阳。


新能源电池规格


过去燃油汽车上所使用的电瓶为铅酸电池,它的充电时间长,电流小,寿命短。所以过去搭载的电瓶车也就无法骑快、骑远,并得耗费大量时间充电,这就对比出Gogoro的优势,它的电池功率高,容量大,而且可以快速更换。



输出功率高,所以需要安全的保护电路;电池需与多人共用,所以需要能辨识真伪;因为经常更换,所以需数位化估算残馀的电量;要兼顾大容量与快速充电,因此需多颗电池芯串连与并连,以降低电池组的内部组抗;而串连与并连的多电池芯网路需要管理,所以得有主动式的晶片与管理软体━BMS。


Gogoro的??拔电池与Panasonic合作开发,属於自己的技术;光阳电动机车的电池核心来自LG,一颗电池可以支援 30 公里的里程。



Gogoro在0-50kph的加速测试中,得到约4.2秒的成绩,最高时速则是可以达到 95kph。最大功率为6400W,可以在3250转时输出最大8.58hp马力,最大扭力则是在0-2250转时可以提供25Nm的扭力。


单颗电池上有25个感测器NFC感应连结(与车身连接需6秒同步传输时间),可以自动判断装上的是否为对应的车身,否则车身将锁定并提报错误。感测器则可以感应所有的故障状况,并且即时地透过手机推播给使用者了解有哪里必须维修,减少相关的维修纠纷。


维修人员也仅需要透过面板上的USB,即可清楚掌握车身的资讯,同时也可以透过面板中的备用电池启动检测机能回传资讯。


近期,Gogoro也推出GoCharge Mobile随车电池充电器,让骑士只要有110V??座就能充电,充电6小时,即可增加82%的电池电量,这将是世界第一套换充电持并行系统。此外,Gogoro更将能源系统升级,让系统可以维持48小时不断电。


国外电动车的商业布局

而国外的电动车竞争则进入白热化。特斯拉的充电网络以超级充电网路(Supercharger network)及目的地充电网路(Destination Charging network)为主。前者支援快充;後者依赖旅馆、餐厅、景点提供电能补给。


目前已有超过5,000处目的地充电站分布全球,这些充电站由二级充电器(Level 2 Chargers)组成。另外特斯拉会以免费、折扣促使商家安装充电器,而商家则要承担电力的成本。



目前在纽西兰、阿联酋、约旦、捷克、波兰、葡萄牙等国家皆有建设。台湾也有超过150处充电站、约500座充电座。超级座每充电20分钟,车辆可跑300至500公里,目的地型充电座每充电60分钟,车辆大概可跑70至80公里。



图6 : 特斯拉的快速充电站也有在台湾设置(source: Wired)。
图6 : 特斯拉的快速充电站也有在台湾设置(source: Wired)。


欧洲的传统车厂也联合向特斯拉发出战帖。包含BMW、戴姆勒(Daimler AG)、福特(Ford)、福斯(Volkswagen)、奥迪和保时捷等合资成立「IONITY」,计画沿着欧洲主要路线打造超快速充电网路。



图7 : IONITY将於欧洲各大公路广设充电站,与特斯拉竞争(source: Porsche Newsroom)。
图7 : IONITY将於欧洲各大公路广设充电站,与特斯拉竞争(source: Porsche Newsroom)。


特斯拉的超级充电站目前提供约145kW的功率,而IONITY的超高速充电站则将提供350kW的功率,搭配IONITY技术可让EV充电时间缩短至5-8分钟,而IONITY仍处起步阶段预计将在2018年打造100个站点,并逐渐朝向2020年在全欧洲建造400个充电站的目标迈进。


从案例可以看出,汽车与机车的使用情境相当不同,机车可以很方便的更换电池,或是另行充电,但汽车却不行换电,因此以充电为主,而两者皆仰赖城市能源网路,就像当初燃油车问世後,各家油厂积极布建加油站一样。



以电力为主的能源网路,因技术进步,将可以进行能源追踪与控管,让能源使用更有效率,其中的能源站也可以扩大应用范围,或许能比便利商店中的i-bon机更方便,未来的新兴服务是我们难以想像的。



图8 : Gogoro与光阳电动车性能评比图。
图8 : Gogoro与光阳电动车性能评比图。
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