
随着各国纷纷制定燃油车转换成电动汽车的年限,祭出补助,汽车产业重新成为全球运输经济发展的重点。
在特斯拉2020年Q3宣布连续第五季获利、转亏为盈后,电动汽车的产业正式转动起来。投资人、技术开发者、科技爱好者,都很好奇特斯拉成功的秘密在哪里。
要回答这个问题,必需要回到电动汽车的核心“电池”上。
纯电车可以跑多远、跑多快?
整个电动汽车生态系统包含了充电器、充电站、相关软件、云计算服务,但最重要的还是电动汽车的驱动核心“动力电池”。电池可说是电动汽车的心脏,电池决定了电动汽车的性能、速度,也会连带影响充电站、其他车用软件服务。
最受市面欢迎的电动汽车首选特斯拉。
目前特斯拉使用350万公里中等“续航里程”作标准,可充电放电超过1万次。所谓的续航里程,指的是充满电一次能够可行驶的距离。
特斯拉官网上写着,最高等级的Model S续航里程可达到652公里,最低的则为平价款Model Y,505公里。
除了特斯拉,2020全球市场占有的第二名,根据市调机构InsideEVs调查,为中国车厂五菱宏光的Mini Ev,其最大续航200公里,以低价策略在中国市场力敌特斯拉;欧洲最热销的则是雷诺Zoe,2020年在欧洲市场卖出超过10万辆,其ZE50 R110的续航里程可达到315公里。
电动汽车的市场才正要蓬勃发展,但市场占有率不是唯一了解这个产业的切角,众人有兴趣的,还有电动汽车的性能。
看电动汽车性能,首先要读懂电池的动力单位
电池有多“强”、有多吸引人,最基本的,还是要看电池的容量、能耗表现(当然价格也是重要因素,不过本章并不是要谈电动汽车普及,我们在此先略过)。
电池的性能一般从这个单位判定:千瓦小时“kWh”。为了方便比较,有些人称其为电池能量,或电池力,指每1瓩功率使用1小时的消耗电量。当电池的千瓦小时愈高,代表内置的能量就愈多。
以特斯拉为例,Model 3的电池是74 kWh,性能是152 Wh/km,翻成(你我都懂的)中文就是,开特斯拉时,以内饰的74千瓦小时的电池,每公里会用掉152瓦特小时的电能。
截至2021年一月,据EV Database网站整理,市面上电池能量最高的电动汽车为Volkswagen ID.4 1st,电池能量82 kWh,电耗是193 Wh/km。
可以将电动汽车跟油车的对应单位,简化成这个对比表:
电池能量(kWh) = 油箱容量(L)
电耗(Wh /km) = 耗油量(L/km)
电动汽车的“电池”跟一般电池有什么差别?
决定电动汽车的“sexy”程度,很大一部分跟电池有关,但“电池”原理并不是现在才出现的,为什么电动汽车产业现在才浮上台面?
其实,世界第一台电动汽车在1834年诞生,由美国人Thomas Davenport的制作的电动三轮车首次亮相,只不过,接下来却因为开发成本过高,迟迟无法突破电池技术困境。
由于电动汽车需要更大的能量,因此电动汽车的电池不仅要满足够快的充放电速度、够强大的耐热耐寒程度、安全性,还有最重要的,足够商业化的成本。
电动汽车电池的秘密:有足够商业化的成本
当前电动汽车的如特斯拉Model S,采用能量密度高、电压稳定、寿命长的“镍钴铝酸锂电池”,缺点是寿命短、价钱昂贵;Nissan的Leaf则采用“锰酸锂电池”,胜在安全性佳、无污染。
中国版的特斯拉Model 3在2020年宣布交车数达到49.95万台,则是采用了新的“磷酸锂铁电池”,大幅降低电池价格,更耐用、更便宜,里程数虽降低不少,但仍受到市场青睐。
下一代的特斯拉平价款Model Y更是大幅降价,还出现“没看到车就下订”的罕见现象。
电动汽车产业在市场上重新站稳脚步,最重要的是“特斯拉”这家公司打破市场魔咒。过去18年,特斯拉做到说服投资人、开发者,并花上很长一段时间找到降低电池“材料”价格的方法,例如寻找“钴”的替代品,或是寻找合适的石墨阳极材料,借以减轻电池的重量,创造出可以“商用化”的电池。
电池的新玩家:固态电池QuantumScape
电池这一块是电动汽车的核心,自然也吸引许多创业公司摩拳擦脚准备切入。
除了特斯拉以外,这间设计“固态锂铁电池”的电池创业公司QuantumScape始一出现就被捧为电池之星,不只吸引了比尔盖茨投资,也让大众在2020年追加2亿美元投资,当时的总估值达到33亿美元。
以液态为主的锂电池在性能上有所限制,许多开发商积极尝试“固态电池”(将电解液作成固态)的做法,例如日本丰田汽车也计划在将“全固态电池”搭载于电动汽车,为特斯拉提供电池的Panasonic更是固态电池的先驱开发者。
目前各家电池厂商仍在充电速度与能量密度上难以取舍,无法得到满足两个目标的材料选择、比重,但这间创业公司QuantumScape,却在去年(2020)12月发布测试结果,能够在15分钟内充电到80%的容量。
最令众人期待的是,对比特斯拉现阶段使用的超级充电站,QuantumScape的固态锂电池可以用不到一半时间,即使在经历800次的充放电后,仍然还有超过80%的容量。
上述的测试成果一对外发布,QuantumScape的股价连续飙高近180%。
外界质疑测试结果“太理想”,最合适的车用电池还要发展至少5年

在2021的第一天,外媒《Forbes》报道,该公司的固态锂铁电池无法保证电池的损耗程度跟上现有的电池,也有人指出,12月的电池测试结果无法判断对温度变化的表现(尤其是无法预期遇到冷天时电池能耗的表现),另外,固态电池的安全性也尚无保障,最终QuantumScape的股价又掉下40%。
对股价“云霄飞车”般的波动,QuantumScape的CEO出面回应:“业务没有变化,我们与投资者讨论的一切仍在进行,内部人士也无意愿售出股票。”
虽然现在市场对电动汽车电池的技术变动非常敏感,但也代表有很多投机性的热钱在这边流窜,以开发者的角度来说,关于可替代正负极材料的产品、快充技术的突破,要打造兼具环保跟效益的电池,还需要更多测试与调整。
电池以外,台湾车厂有什么机会?
对车厂来说,开发电动汽车不只是为了跟上“趋势”,更是因为在电动汽车之后,还有很多未知的新兴产业。就如同台湾出现Gogoro后,对电池平台、电网运用,甚至到车体的设计,都是全新的商业思维转变。
特斯拉2020年用辉煌的战果翻开了电动汽车新的一页,它用销售数字告诉了市场做电动汽车可行、可赚,而且不只如此,还有更多未知的车用电子服务等待各家厂商深入挖掘。
台湾的软硬件集成技术在全球首屈一举,特别是电动汽车的三大车用重要电子系统:车载计算机系统、ADAS系统、车载通信系统,都是台湾的机会。
参考资料
《理财周刊》p. 30、《Nissan》、《钜亨网》、Tesla财报、《数字时代》、《商业周刊》、《Forbes》