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汽車命書– 勝敗在乎電池霸權大戰

2010.05.11  作者:CARNEWS  

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汽車製造商與電池廠商競爭主導權
電池可以說是電動車最關鍵的零組件:一部電動車需要由4000-5000顆電池芯組成的電池模組,光是此模組的成本就高達1-2萬美金之多!面對如此關鍵的零組件控制在別人的手上,汽車製造商當然不敢掉以輕心。近來包括GM、Toyota與Nissan都積極擴展自己在電池產業的影響力,希望在電動車時代來臨之前成為此供應鍊「電池霸權」的主人。

文/Scirocco Pilota

從2008年巴黎汽車展開始,為數不少的大型汽車製造商展出新一代電動概念車,包括Nissan、Mitsubishi、Subaru、Smart以及車身製造商Heuliez都帶來了令人期待的產品。儘管電動車在幾年之內不會成為主流,其支持者都相信它們最終會是未來汽車市場的主力。從全球競爭格局來看,新興國家將資源投注於電動車型的研發可突破歐、日、美車廠過去近百年在內然機引擎系統積累的技術壁壘,進而站在同一個起跑點展開競爭。

從1990年代的電動概念車作品GM EV1到現在的電動小跑車Tesla,兩者使用的科技不可同日而

電動車潮流無法停止

時至今日、要找到一家沒有電動車型研發的國際汽車製造商,這恐怕是「不可能的任務」。其中又以美、日汽車製造商最為積極。包括GM、Chrysler、Ford車廠早已宣布了未來的電動車計劃:Ford計畫以下一代Focus車型的基礎進行設計,目標是2011年上市。而GM(表示全力開發其雪佛蘭Volt混合動力車型)與Chrysler(已經發布了3款電動概念車型)更是大力宣傳本身的電動車產品計畫。

同屬GM集團旗下的德國品牌Opel,也在去年的日內瓦車展上推出名為「Ampera」的全新電動車款,Ampera搭載GM集團的Voltec動力系統,車主可藉由230V交流電源進行充電。在日本汽車製造商中則以Mitsubishi對純電動車發展最為積極,該廠從去年6月份開始i-MiEV電動車型的租賃銷售業務;而Nissan自主開發的電動車型Leaf也將於今年中問世。

展望2010年,電動車已被認為是未來汽車產業的主流,多數國際車廠都預計於2011年以後推出純電動車車款面向市場,各國政府目前積極推廣購車補助及充電站的基礎建設與測試,目標是提供電動車發展的良好環境。中國政府過去數年加大力度發展綠能車產業補助,不但選定電動車作為發展的目標,2008年奧運期間實際營運的電動巴士更提供了最好的實際路試機會。2010年5月1日中國世博會預定將有電動巴士投入營運,加上中國10城千輛電動車的推廣政策。預估2010年將可看到電動車輛在公共交通系統的商業化應用。

GM集團投入大量資源的Volt電動車計畫已經進入試量產階段。

電池為電動車最關鍵零組件

電池動力技術對各種新材料的需求對於有志跨入汽車產業的業者來說,可說是百年難遇的發展機會:混合動力汽車涉及的材料主要包括各種形式的正極鋰、負極、電解液、隔膜、再向上追溯包括碳酸鋰、六氟磷酸鋰和電池、電動馬達所需的稀土金屬。而重中之重的關鍵零組件就是高性能二次充電電池,在車輛全面電池化的大趨勢下,電池佔整車的成本將日益提高,全電力驅動車輛的生產成本分析中,電池將佔整車成本60%,電池可說是電動車最關鍵的零組件!

隨著各類手持式裝置如筆記型電腦、智慧型手機的逐漸普及,以及消費者對這類產品的待機時間需求不斷上升,鋰電池早已是消費性電子產品內部的關鍵零組件。但未來展望更大的來自電動汽車內部的鋰電池,一輛電動車內需搭載可供1000-2000台筆記型電腦使用的鋰電池,這意味著只要100萬輛的電動汽車需求即為目前全球筆記型電腦對鋰電池的需求量。根據研究機構集邦科技的預估,2012年電動車數量將高達200萬輛左右,其中採用鋰電池的電動車將高達60萬輛;到2015年電動車數量可望超過450萬輛,鋰電池系的電動車將高達400萬輛以上。這代表鋰電池用量將在未來5-6年內將是目前的5-6倍,每年的成長率超過30%以上。

GM即將問世的車型Volt已經受到許多好萊塢影星的歡迎。

鋰離子電池正極材料採用鋰氧化物,目前以鋰鈷、鋰錳、鋰鎳鈷三元和鋰鐵為主。鋰離子電池正極材料的價格與原料金屬的價格行情一致。許多人相當看好以磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極的鋰離子電池的未來發展性,原因在於鐵砂的價格大大低於其他稀有金屬(如鈷錳鎳)。磷酸鐵鋰電池壽命是普通鋰電池的4-5倍,還有高於鋰電池8-10倍的高放電功率(可瞬間產生大電流),加上同樣能量密度下的整體重量較鋰電池減少30-50%等特性,讓它被視為最合適需要大扭力的電動車輛所使用的二次電池技術。

Nissan自主開發的電動車型Leaf將於今年中問世。

國際車廠對鋰鐵電池技術「冷處理」

雖然技術規格對磷酸鐵鋰電池有利,但來自汽車製造商、尤其是國際汽車製造商的反應並不積極(參考附表)。我們可以發現直到明年計畫上市的車型列表中,鋰錳電池技術仍是車廠偏好的主流選擇,而三元系鋰電池由於性能優異、也逐漸受到各界的關注。反觀過去兩年炒的火熱的鋰鐵電池材料僅有中國BYD車廠採用,而由於生產成本過高、BYD至今仍無法完成雙模電動車型F3DM的量產計畫。這主要來自於兩大原因:一是目前A123仍然與Phostech專利官司仍在進行中,官司訴訟結果可能影響到在已開發國家市場的銷售;二是雖然磷酸鋰鐵電池的材料成本較低,但由於無法達到大規模生產,目前的產品成本反而最高,如此也降低終端汽車製造商的投入意願。

隨著各類手持式裝置如筆記型電腦、智慧型手機的逐漸普及,以及消費者對這類產品的待機時間需求不斷上升,鋰電池早已是消費性電子產品內部的關鍵零組件。

目前市面上多數混合動力車型皆選擇鎳氫電池作為儲存回收能量的媒介,其中以Toyota Prius為代表。由於仍擔心鋰離子電池技術的安全性,兩年前Toyota決定不在2009年春季推出的第三代Prius混合動力車輛上使用鋰鈷電池技術,改以新款的鎳氫電池替代(鋰鈷電池的導入最快也要2010年)。相較於第一代混合動力系統僅能回收車輛怠速與煞車時的能量,即將問世的第二代可插電式混合動力(PHEV)系統的特色是能夠使用110V或220V的家用電源對該車配備的充電電池進行充電,並可作為電動車輛(完全不使用引擎的情況下)行駛約40公里,可被視為由傳統化石燃料動力進化至電池動力的過渡產品。

今年上市的混合動力車輛都將逐漸進入Plug-in Hybrid插電式混合動力系統階段

雖然技術規格對磷酸鐵鋰電池有利,但來自汽車製造商、尤其是國際汽車製造商的反應並不積極。

目前汽車製造商對於電源管理系統的設計能力仍較為缺乏,因此必須與電池廠商合作;但隨著逐漸掌握關鍵技術,取得主導權應該只是時間早晚的事。

 

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