探討電動車電池之發展趨勢-情境分析法之應用
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(2) 摘要 隨著原油價格逐漸高漲及全球暖化加速的因素，節省能源及環保議題 逐漸被受重視。其中大多數廢氣排放來自於交通工具，特別是汽車，因此， 如果加速推展電動汽機車，將可大幅改善空氣汙染與溫室效應。但是，基 於某些因素，目前電動車的使用情形還不是非常普遍，特別在：單價過高， 車輛續航力不足，缺乏充電站，電池本身壽命不長久…等因素，使電動交 通工具無法順利推展開來，推究其主要因素，全都指向一個關鍵零件「電 池」。因此，本研究以電動車電池為主，透過與九位專家訪談的方法，歸 納分析這些關鍵因素，找出最合適的電池種類，然後再用情境分析法推演 出未來短、中、長期發展過程中，分別是以鎳氫電池、鋰鐵電池與鋰三元 系電池為主要的發展趨勢。同時在情境推演過程中，發現政府的獎勵政策 與發電廠及充電站的興建對電動車這個產業影響甚巨，是電動車產業發展 的主要瓶頸，也是需要各國政府單位特別強化的地方。. 關鍵詞：情境分析法、電動車、電池. 1.
(3) ABSTRACT While the oil price is rising unscrupulously and global warming has also drawn lots of attention around the world, so-called energy-efficiency or fuel-efficiency and environmental protection have become crucial issues nowadays. Most of waste gas emissions come from transportation vehicles, especially cars; therefore, popularizing the electrical cars and motorcycles could not only mitigate air pollution but also global warming . The usage of electrical vehicles , however , has not been quite common currently , and the results from that could be considered as , firstly , the electrical vehicles are far more expensive than others. Secondly, lacking of charging stations , and the limitation of battery life-cycle ...etc, and it all pointed out one key factor–battery.In this research, we would emphasis on electrical cars-use battery, and we would conduct inductive analysis by interviewing with nine experts which would allow us to find out the most suitable battery type . Then , we would further conduct scenario analysis, in order to generate the overall trend in different period of developing time , short , medium , and long-term development of Ni-MH battery , LiFePO4 battery and NMC battery these three different kinds of batteries in the future. Moreover, by conducting scenario analysis which would allow us to discover that the policy of establishing power stations and charging stations which plays a crucial role of developing the electrical-vehicle industry , and it is also where the every government throughout the world should to support .. Keyword: Battery、Scenario Analysis 、Electric Motor. 2.
(4) 誌. 謝. 這篇論文的完成，要特別感謝許多業界先進的支持，包含：台科大王 博士、高密林總、達震楊總、工研院智慧電動車小組以及車輛測試中心的 成員，不但在訪談過程中，大方的分享自己對電動車產業與電池產業的看 法與想法，更提供許多詳細的簡報資料，才能使筆者在這個專題上取得這 麼多產業相關的最新資料。使筆者充分吸收各方專家精華，再加以整理歸 納，完成這篇專題。 指導教授李亭林的引導與協助，更是本專題完成的關鍵。從一開始， 論文專題的工具手法的選用，就多次提供許多專欄報導與相關書籍做為參 考，論文接近完成之時，指導教授更不辭辛勞，一再幫筆者詳細翻閱，逐 字修改，並多次將整個架構重新調整排版，非常感謝教授的用心。 最後感謝家人的體諒，當論文到了最後階段，犧牲了許多美好的假日 在家裡趕報告，不能帶家人出去玩，這時年幼的兒子與女兒，總是無奈的 陪我在書桌前，一個坐左大腿，一個坐右大腿，不時的問我，寫完了沒有， 還要多久？只希望我趕快寫完休息，帶他們出去玩，或者把電腦讓出來給 他們打電動。我想，這也算人生難得的回憶吧！ 最後，期待本專題的完成，能夠對電動車與電池產業有所幫助，讓節 能省碳的交通工具早一點普及，造福大眾。. 王進和 謹誌 於國立高雄大學 IEMBA 2011/07. 3.
(5) 目. 錄. 摘要 ............................................. 1 ABSTRACT ......................................... 2 誌 謝 ........................................... 3 圖 目 錄 ....................................... 6 表 目 錄 ....................................... 8 第一章 緒論...................................... 9 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節. 研究背景 ................................................................................................. 9 研究動機 ............................................................................................... 10 研究目的 ............................................................................................... 11 研究問題 ............................................................................................... 12 研究流程 ............................................................................................... 13. 第二章 文獻探討.................................. 15 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節. 產業分析及其演化 ............................................................................... 15 電動車產業概況 ................................................................................... 19 電動車產業目前所遭遇的瓶頸 ........................................................... 28 各國的獎勵措施 ................................................................................... 31 電池產業特性分析 ............................................................................... 37. 第六節 情境分析法(Scenario Analysis)及相關實證研究 .............................. 51. 第三章 研究架構與方法 ............................ 55 第一節 研究架構 ............................................................................................... 55 第二節 研究方法 ............................................................................................... 56 第三節 專家訪談與訪談問題 ........................................................................... 61. 第四章 情境分析.................................. 64 第一節 確認決策焦點 ....................................................................................... 65 第二節 篩選關鍵決策因素（Key Decision Factor , KDF） ......................... 66 第三節 分析外在驅動力量（External Force/Drivers） ................................ 90 第四節 發展情境邏輯 ....................................................................................... 98 4.
(6) 第五節 選擇並增修情境內容 ......................................................................... 104 第六節 情境分析結論與產業發展策略 ......................................................... 109. 第五章 結論與建議............................... 112 第一節 研究結果與發現 ................................................................................. 112 第二節 建議與後續研究方向 ......................................................................... 113 第三節 研究限制 ............................................................................................. 115. 參考文獻 ....................................... 118 中文文獻............................................................................................................ 118 英文文獻............................................................................................................ 119. 附錄. 5.
(7) 圖. 目 錄. 圖 1.1 本研究流程圖 圖 2.1 產業演進系統動力機制 圖 2.2 全球電動車預估值 圖 2.3 各廠電動車輛產出預估表 圖 2.4 2020年混和動力車和電動汽車的市場規模將達到1300萬輛 圖 2.5 車輛發展的歷史演化過程 圖 2.6 全球電動車的鋰電池產值 圖 2.7 全球動力鋰電池產出預估 圖 2.8 台灣鋰電池產業概況 圖 2.9 推動電動機/汽車電池研發聯盟成為全球研發、應用與製造基地 圖 2.10 各種電動車輛電池的使用狀況 圖 2.11 典型電動車電力系統 圖 3.1 本研究架構概念圖 圖 3.2 各種預測方法的定位 圖 3.3 情境分析的六大步驟 圖 4.1 車輛性能與電池本體特性相對關係 圖 4.2 各式電池充電電壓與充電速率圖 圖 4.3 鋰鐵磷電池放電率報告 圖 4.4 鋰三元系電池放電率報告 圖 4.5 鋰鐵磷電池使用壽命報告 圖 4.6 鋰三元系電池使用壽命報告 圖 4.7 各類電池溫升安全性測式報告 圖 4.8 各式電池安全性比較表 圖 4.9 電池廠與美國車廠策略聯盟現況 6.
(8) 圖 4.10 電池廠與日本車廠策略聯盟現況 圖 4.11 小尺寸封裝與大尺寸封裝電池 圖 4.12 電池標準化與價格下降關係 圖 4.13 智慧電動車先導運行計畫 圖 4.14 由高衝擊/高不確定驅力群到情境邏輯 圖 4.15 各種類電池所佔比率預估. 7.
(9) 表. 目 錄. 表 2.1 Porter (1980)之產業環境特性 表 2.2 各國獎勵電動車產業政策主要補助措施 表 2.3 各式電池特性比較表 表 2.4 情境分析法相關實證文獻彙整 表 3.1 訪談人員、職稱與專長一覽表 表 4.1 各大車廠即將量產或正設計中的電池資料 表 4.2 專家訪談重點摘要 表 4.3 專家關鍵因素彙整表 表 4.4 決策焦點與關鍵決策問題 表 4.5 電動車電池容量與重量體積的對照表 表 4.6 常用各式電池基本特性一覽表 表 4.7 最適合電動車的電池重新整理一覽表 表 4.8 電動車電池產業關鍵決策因素 表 4.9 分析驅動力量 表 4.10 衝擊與不確定矩陣 表 4.11 不確定性軸面分析 表 4.12 情境的組合 表 4.13 情境內容描素. 8.
(10) 第一章 緒論 第一節 研究背景 一直以來，石化燃料始終是應用在交通運輸上最普遍的一種選擇，雖然 帶給人們便利的生活，但燃燒石油卻無法避免地會影響生態環境，以及帶 來溫室效應等問題。聯合國氣候變遷委員會(IPCC)在 2007 年所提出的科學 報告亦明確指出，因為人類所造成的全球暖化可信度高達九成。雖然這項 科學報告仍存在許多不確定的推測，但每天生活上面對多變的天氣變化、 酷熱、颱風或豪雨的災害，每個人都可感受的到這個明確的環境科學問 題，也成為許多社會菁英及流行文化開始重視的議題，二氧化碳減量不再 是口號，而是開始盛行的環保行動，未來氣候變化及其影響將取決於今天 的選擇。 （陳世圯，彭啟明，2010） 由於工商社會的發達，機動車輛普遍已經成為最主要的交通工具。但 是，車輛燃燒化石燃料時，不但會殘存許多燃燒不完全的廢棄物，造成空 氣污染，而且也會大量產生二氧化碳 (CO2 )氣體，二氧化碳為大氣溫室效 應的主要氣體之一，依據各類能源 CO2 排放係數，燃燒車用汽油 1 萬公秉 油相當約排放 2.59 萬公噸二氧化碳，可見燃燒化石燃料的機動車輛對環境 危害的嚴重程度。為了有效控制溫室氣體造成的危害，八國集團(G8）的 領袖在高峰會上發表宣言，希望到 2050 年時，已開發國家溫室氣體排放 總量應減少 80%以上，而全球整體溫室氣體排放量則應該減少 50%。(集 邦產研，2009) 從使用能源方式的觀點來看，石油蘊藏量快速減少也是一個大問題，許 多專家不斷的預測，石油將在未來 40 年枯竭。因此，為了降低對環境的 傷害與降低對石油依賴性，世界各國也開始意識到發展潔淨的替代性交通 工具的重要及急迫性。特別是許多工業大國開始積極投入大量資源開發電 動車，各國政府已積極透過法令及獎勵措施來鼓勵車廠與消費者導入電動. 9.
(11) 車輛。例如:英國政府已經用車輛的二氧化碳排量來決定「車輛執照費」， 費率從 70 英鎊到 155 英鎊，汽油車費率比柴油車高，使用「替代燃料」 的車型稅率最低。德、法兩國規定 2012 年的新車二氧化碳排放標準為 120 至 130g/km，而到了 2020 年，標準更將降至 95 至 110g/km。(集邦產研， 2009) 基於能源短缺危機、環境汙染與溫室效應的綜合因素，本文將以電動 車輛的發展為主題，以電能取代燃油，探討電動車電池產業發展，同時也 期待能減少對環境的汙染。. 第二節 研究動機 發展電動車第一個要面對的關鍵難題就是電池續航力不足，電池折舊 率太高。為了要持續推動電動車電子馬達所需之能量，電池必須儲備足夠 大的電容量，作為提供長時間大電流的輸出，與提供瞬間高電流的輸出能 力，而且電池本身的重複充電次數( life cycle )與充電時間都要能達到需 求。另一方面，對於電池的使用更要求作到到絕對安全的地步，以確保車 輛受到撞擊或刺穿時，不會危及車輛及人員的安全。另外，由於世界各國 全面禁止有害物質含量(ROHS)的控管，所以選用電池的材料成分必須符合 環保需求，才不會造成環境生態的破壞。 因此，電動汽車除了馬達驅動技術外，真正決定一台電動車輛成敗的 關鍵因素就是電池。當然，這需要電池製造商與車廠合作尋求最佳化的效 能與突破，才能達到量產的目標。目前，用於電動汽車上之電池開發，仍 然有許多缺失需要改善與克服，例如： 1. 安全性 2. 電池單價 3. 充電時間 10.
(12) 4. 電池容量(續航力) 5. 電池壽命 ( 使用時間 ) 6. 電池瞬間放電能力 7. 環保問題 本文作者在電池業界工作已有十多年經驗，因此希望藉由了解電動車 輛需求與各式各樣電池特性之間達成最佳化的組合，以利於電動車輛產業 的發展，以期降低環境汙染，節省能源。. 第三節 研究目的 經由上述動機，本研究欲透過電動車輛的使用需求與電池目前的發 展狀況，藉由分析電池芯的種類與特性及電池產業特性等因素，企圖找 出對電池產業未來發展的最佳化情境，及電池業者策略規劃方向。本研 究的研究目的包含有： 一、辨認電動車動力需求的重要不確定性因素 由文獻探討與目前車廠實際案例等資料的蒐集與分析，來討論電 動車動力的重要不確定因素，以作為情境分析的基礎參考因子。 二、並藉由情境分析法，列舉目前已經開發量產的電池芯，依照其種 類、特性、單價、產業展狀況…等來配合電動車的需求，找出最 適當的電池芯種類，並藉此推論來預測未來可能的電池產業發展 策略。 三、推測電動車(電池產業)未來的策略發展 依據我國業者目前在全球產業中的地位及處境，推演對產業未來 發展的可能情境，提供我國電動車產業及政府單位「穩健可行」 的發展策略。. 11.
(13) 第四節 研究問題 根據上述的研究動機與目的，作者擬提出下列研究問題，作為進一步 探討： 一、影響電動車輛的動力（電力）需求特性？有沒有「最適合電動車」的 電池產品？ 目前市面上的電動車輛種類不勝枚舉，各有不同的產品特性與專 長。本研究將分析電動車車輛的特色是什麼？它需要什麼樣的電池動力 支出？本研究將透過資料蒐集與專家訪談的方式，列舉出電動車輛的電 力需求。然後再將，目前已經達到量產化的電池，計有鋰鈷、鋰錳、鋰 鈷鎳三元系、鋰鐵、鎳氫、鉛酸電池…等各式各樣的化學配方，本研究 將依照各式化學配方的電池特性從安全性、電池單價、充電時間、電池 容量(續航力)、電池壽命( 使用時間 )、電池瞬間放電能力、環保問題 等各方面來綜合考量電池的價值特性比，並列舉出目前已經達到量產化 的電池，將它的種類與特性一一分析出來，找出各種動力電池的重要特 性。最後將電動車對電池的需求與電池所具備的性能相互彙整，然後推 演出最「適合」用於電動車的電池。 二、未來電動車電池可能的發展策略是什麼？ 電動車電池的發展主要需求考量來自於買方（即車廠） 、民間業者需 求（如充電站或電池交換站） 、政府對碳排放的法律限制與節能綠化的 補助與獎勵措施、還有電池芯材料的供應鏈配合等…許多層面的影 響，本研究將透過分析外在驅動力量 （External Forces / Drivers）的方 法，將眾多層面的影響予以過濾與簡化，並分析其影響程度與相互關 係。探討除了電動車本身需求與電池特性之外，還有哪些因素會影響 這一個產業的發展趨勢與發展速度？. 12.
(14) 第五節 研究流程 為了達到上述之研究目的與探討問題內容，本研究論文主要分為五個 章節，以下分別敘述各大章節，簡略說明各章節所包含之內容與概要如下： 第一章緒論主要敘述本論文之研究背景、研究動機、研究目的，研 究問題內容範圍，最後將本論文之研究流程做一簡略的說明。 第二章文獻探討則針對與本研究論文相關的產業分析理論，以及對各 類文獻進行蒐集與整理歸納，包含電動車產業概況、電動車的種類、目前 電動車發展的瓶頸、電池產業概況、電池的種類、情境分析原理與方法… 等，進行分析與整理，作為本論文研究方法之基本資料。 第三章研究方法將規劃一套研究流程，且針對研究流程之內容進行 闡述。研究流程包含了情境分析六個主要研究區塊，情境分析法的操作過 程，利用情境分析方法的理論，重新推演產業界的趨勢與未來可能的情境 做一預測；瞭解各種產品對於所受的外部因素與環境需求，並推演出本論 文的分析過程。另外進行專家與廠商訪談資料蒐集，目的在於瞭解業界現 行之發展實況與技術資料取得，以求得客觀有效的產品特性資料，作為情 境分析的主要參考因數。 第四章將以情境分析法的主軸實際分析。並將訪談內容以予歸納， 依所得的資料內容與訪談情報依次進行：認定決策焦點、確認關鍵決策因 數、分析外在驅動力量等分析。 第五章則依第四章所推演出的結果給予結論與建議。 本研究的主要研究流程，繪製成研究架構圖，如圖 1.1。首先確定研 究主題並透過各種資料蒐集的方式，如：各式電池研討會、電動車發展研 討會、網路搜尋、電池廠主管訪談…等方法將資料集中整理。文獻回顧的 部分，分成三個方向，首先是產業分析理論與情境分析理論探討及外在驅 動力量分析（如：政府法規、新車購買補助計畫、碳排放標準制定、充電 13.
(15) 站的增設） 。其次再探討電動車產業的概況，如：電動車的種類與目前電 動車產業所遭遇的瓶頸等問題。最後再探討電池產業的概況、電池特性分 析、電池種類與特性分析（安全性、電池單價、充電時間、電池續航力、 電池使用時間、電池瞬間放電能力、環保問題…）等綜合因素歸納整理。 最後以情境分析法的六大步驟，將眾多資料逐一分析過濾，給以適當的建 議與結論。. 確定研究主題 研究背景 研究動機. 文獻回顧. 產業分析理論 情境分析法及相關實 證研究 外在驅動力量分析. 電動車的種類 電動車產業概況 電動車產業的瓶頸. 研究架購與方法 研究架購/研究設計 專家訪談 情境分析法的步驟與內涵 情境分析 結論與建議. 圖 1.1 本研究流程圖. 14. 電池產業特性分析 電池產業概況 電池的種類.
(16) 第二章 文獻探討 本章將透過相關文獻之回顧，來建構本研究之理論基礎，以作為建立 本研究架構的準備。本章共分五節，首先第一節是敘述產業演化相關理 論，作為產業發展的原則與理論基礎。第二節將依據產業分析理論的相關 論述，陳述電動車產業演進的產業分析架構及對產業結構的描述；並透過 各種資料蒐集方法，將目前電動車的產業狀況及電動車種類作歸納。第三 節則將目前電動車發展所遭遇到的瓶頸加以說明。第四節介紹電池產業特 性及對各種電池種類主要特性加以分類。第五節探討情境分析法(Scenario Analysis)的文獻與驗證並回顧相關情境分析法的實證研究，以做為本研究 主要流程與架構之參考。. 第一節 產業分析及其演化 一般所謂的「產業」(industry)，係指從事相似經營活動的一群企業之 總稱，例如食品業、紡織業、資訊業、造船業、造車業…等。而所謂的「產 業分析」又名「企業競爭分析」或是「產業競爭分析(Industry and Competitive Analysis)」，是現代企業經營時的一項管理工具，經由此分析，能替企業 擬定正確的策略。有關產業分析的文獻相當多，而各種理論所持的觀點也 有所不同。. 一、產業的環境 Porter (1980)將產業環境依成熟度及全球競爭的大小分成初生、分 散、變遷、衰退及全球性競爭五種，其產業的特性如下：. 15.
(17) 表2.1 Porter (1980)之產業環境特性 產業的環境. 特性. 分散型產業. 是一個競爭廠商很多的環境，在此產業中，沒有一個廠商有足夠 的市場佔有率去影響整個產業的變化，在此產業大部份為私人擁 有之中小企業。. 新興產業. 是指一個剛剛成形，或因技術創新、相對成本關係轉變、消費者 出現新需求、或經濟、社會的改變，而導致轉型的。. 變遷產業. 產業經過快速成長期進入比較緩和成長期，稱之為成熟性產業， 但可經由創新或其他方式促使產業內部廠商繼續成長而加以延 緩。. 衰退產業. 凡連續在一段相當長的時間內，單位銷售額呈現絕對下跌走勢的 產業，而產業的衰退不能歸咎於營業周期、或其他短期的不連續 現象。. 全球性產業. 競爭者的策略地位，在主要地理區域或國際市場，都受其整體全 球地位根本影響。. 資料來源：Porter（1980） 本論文主題是電動車電池的發展趨勢，與 poter 在產業環境中所提的 新興產業相吻合，是指一個剛剛成形，或因技術創新、相對成本關係轉變、 消費者出現新需求、或經濟、社會的改變，而導致轉型的。電動車的出現， 正好符合技術創新與消費者出現新需求，當然更是地球能源短缺所因應而 生的產品。. 二、陸國慶的產業演化觀 陸國慶(2001：37-43)在《衰退產業論》中則將產業看成一個社會經濟 系統，在這個大系統中，透過各個小系統自身的作用力，及相互之間的交 互影響來尋找產業演進的真正動力。根據其對產業演進的影響分析，認為 影響產業演進的主要因素有四個主要力量，依次是需求需求拉動、供給促 進、技術推動與分工牽引。由於這四個動力因素交互作用，產生一個產業 16.
(18) 的循環。 圖 2.1 說明了這個循環概況。在這個交互循環中，首先是由需求拉 動圈，它是整個產業演進的主要動力源；需求拉動的內容中主要包含了， 消費者的需求、人口的因數與政府的政策制度。由於需求的拉動，讓研發 工作人員有了技術發展的目標與動力，然後影響整個供應鏈的變化，分工 細化提供市場需求。 其次是分工牽引圈，需求拉動的力量通過系統傳遞到分工牽引區 塊，使分工產生三種作用力：一是分工細化使中間產品層次增多；二是分 工細化使得投入專業技術開發的人員更多更深入，使專業提升更快速更專 業，也分散了風險與資金門檻，這種作用力通過系統傳遞到技術圈，成為 技術系統的輸入；三是分工細化增加了交易費用和監管成本，誘導了服務 業的增長、企業組織形式和資本市場的創新等。. 圖 2.1 產業演進系統動力機制 資料來源：陸國慶(2001：40) 技術是人類社會進步的主要推動力，技術推動主要源於產業技術創新 和技術進步的動力。產業演進中的技術推動主要通過以下幾個方面表現出. 17.
(19) 來：(1)促進新產業的形成，當新零件開發成功時，往往造就一個新興行業 的形成。(2)技術進步也使原有產業得到改造，從而使產業結構發生變革。 (3)技術進步刺激需求結構發生變化，從而促進產業演進。 供給促進圈說明了資源流入供給系統後，由於組織的進化，讓產業 結構改變，提升教益效率擴大市場需求，企業成長壯大，銷售量增加，獲 利增多，並同時伴隨著大量的產出，使產品逐漸標準化、規範化，讓產業 迅速成長起來。上述四個動力圈透過相互之間的牽引與拉動，使整個產業 產生乘數效應，這種效應遠大於單個作用力的影響，有效地促進了產業的 演進。（陳建男，2003）. 小結： 以電動車產業而言，產業的興起主要為相關技術的成熟，需求拉動， 而價格的下降更加速了市場的擴大，以及消費者消費習性的改變，從此過 程當中我們可以清楚的觀察到產業演化驅力對產業結構的影響。 因此，本研究目的之一，即是藉由對電動車產業及電池產業的觀察， 從中搜尋及歸納所有影響產業結構變動的驅動力及其所造成的影響，以做 為本研究發展未來情境的基礎。. 18.
(20) 第二節 電動車產業概況 一、目前電動車產業概況 歐、美、日、大陸、韓國為了響應節能減碳，各國無不積極發展電動車 產業及鋰電池技術相關產業。根據工研院 ITIS 計畫的資料與預估，（如圖 2.2），在 2012 年全世界有 27 萬輛電動車。假設以插電式油電混合車來推 估，每部車以搭載 30KW 電池來計算，每 1KW 電池以 18,000 元台幣來估 計，每部車約需 18,000 X 30 =540,000 台幣。電池總產值約為 270,000 X 540,000 =1458 億台幣鋰電池。 2015 年全球樂觀預估值 145.6 萬輛電動車，以相同方式推估，全年電 池總生產值將會達到 7862 億台幣。2020 年全球樂觀預估 300 萬輛電動車， 全年電池總生產值將會達到 1 兆 6200 億台幣。 以上的預估值只是以目前 2010 年的電池參考價作為推估，若電動車大量 發展，電池單價勢必隨之下降 20~50％才合理。 . 19.
(21) 圖 2.2 全球電動車預估值 資料來源：工研院 IT IS 計畫 2009 年 11 月 圖 2.3 是日本 IIT 的預測，他們的預估更為樂觀，在 2012 年電動車數 量將達 100 萬輛，在 2014 年電動車數量將達 330 萬輛，在 2015 年電動 車數量將超過月 400 萬輛。日本是全世界汽車發展重鎮，也是最先有油 電混合車量產化的國家，其中又以 Toyota 、Honda、Nisson 為主要車輛 生產製造廠。. 20.
(22) 圖 2.3 各廠電動車輛產出預估表 資料來源：陳金銘（2010a）. 圖 2.4 是日本野村綜合研究所對各種類電動車輛產出預估表，從該圖 中可以看出，從 2007 年開始到 2020 年，所有電動車輛還是以油電混合車 為主要車型。野村綜合研究所推測，在 2020 年時全球將有 1,300 萬輛電動 車，其中有 1,100 萬輛將是油電混合車，插電式油電混合車約 120 萬輛， 純電動車只有幾十萬輛。換句話說，到 2020 年之前，石油仍然是車輛主 要動力，電池只是輔助動力，只是用來降低汙染節省能源而已，非佔主要 的地位。. 21.
(23) 圖 2.4 2020 年混和動力車和電動汽車的市場規模將達到 1300 萬輛 資料來源：日本野村綜合研究所（2010）. 二、車輛的歷史演化過程 （一）車輛的演化過程 根據產業演進觀點，新產品的推出有一定的推演過程，當然車輛的 發展，也是遵循一定的歷史演化過程，主要來自於科技的進步、石油 的價格、汙染法令的限制、以及需求的推動…等。由圖2.5可以明顯看 出，車輛的發展是由燃油車再進化成油電混和車、再進化成電動車， 最後進入燃料電池車的過程。（楊模樺，2010）. 22.
(24) 圖 2.5 車輛發展的歷史演化過程 資料來源：修改自楊模樺（2010） (二) 電動車的發展過程 1997 年法國雷諾公司推出裝備鋰電池的標致 106 電動汽車；大眾汽 車公司在第 18 屆國際電動汽車展會上推出的電動汽車能量來自 300kg 的充電電池，在 12s 內可從 0 加速到 100km/h，最高車速 140km/h。 日產汽車公司 1998 年在日本和美國銷售的 ALTRA 電動車採用鋰電 池，電池重複使用壽命長，推估約可反復使用 1200 次，續駛里程 124km。 通用汽車 GM，開發的純蓄電池電動汽車 EV1 最高時速可達 128km/h，從靜止加速到 96km/h 只需 9s，一次充電可行駛 144km，其 後通用 IMPACT 電動車一次充電續駛里程達到 190km。 福特汽車公司和通用電氣公司聯合開發 EXE-Ⅰ、EXE-Ⅱ電動汽 車；豐田公司生產的 RAV4 電動汽車由鉛酸電池改為鎳氫電池，一次充 電可行駛 200km，零售價 4.2 萬美元/輛（同型的汽油車零售價為 2 萬美 元/輛） ，其中電池成本占整車成本的 40%。 2001 年，法國電力公司和博洛爾集團（GroupBOLLORE）成立 了一個聯合子公司 BatScap，開發了採用高性能聚合金屬鋰蓄電池 23.
(25) （LMP）的電動藍色轎車（Bluecar），最大行程 200 多公里，最高時 速 125 公里/時，6 個小時必須 100%的充電，但是只需要充電幾分鐘 即可再獲得一次安全的最大行程。 達索 Dassault 飛機製造公司與生產汽車車體的 Heuliez 公司合作 生產四座電動汽車，裝備下一代的鋰聚合物蓄電池和一台擴大汽車自 主性的輔助動力機，最高時速可達 130 公里，自主行駛里程可以達到 300 公里。 2005 年 5 月，日本三菱公司推出了屬於世界首創的交流電動輪轎 車—運動型小馬（Colt）牌 5 人座的低中級電動輪轎車。其重要特徵 是採用了具有高能量密度，可急速充電，能在車輛使用的各種環境下 使用，空車重量只有 1.15 噸，裝有兩台最高轉速為 1500 轉/分，功率 為 20 千瓦，最大扭矩為 600Nm 的永磁式三相交流同步伺服電動機。 Colt 的驅動電機的電源為鋰離子蓄電池組，由 22 個鋰離子蓄電池模 組並聯組成。每次充電可行駛 150 公里，最高時速 150 公里每小時。 2005 年 8 月，富士重工 SUBARU，將下一代純電動轎車改良， 它將錳鋰蓄電池組應用到 R1e 牌微型純電動汽車上，最高車速為 120 公里每小時，一次充電的續行里程為 120 公里，將來擬達到的目標是 200 公里。還有日本著名大學慶應義塾和一些民間企業共同研發的八 輪電動轎車——艾利卡（Eliica），從靜止狀態加速到 100 公里/小時 僅需 4.2 秒，最高車速則可達 370 公里/小時。 通用在 2007 上海國際汽車工業博覽會推出新款雪佛蘭 Volt 概念 車，採用了最新研發的 E-Flex 動力推進系統，在 110 伏電源上充電約 六小時即可充滿鋰電池，使用 220 伏電源充電所需時間更短。使用純 電動模式可在城市道路上行駛約 64 公里。（祝毓，2008）. (三)台灣的發展概況 24.
(26) 國內最大的汽車製造商裕隆集團，也非常注重電動車未來發展趨 勢，於是市在 2005 年底成立「華創車電」並將研發中心設置於於台北 市新店，並積極與機電大廠東元、富田電機、工研院等單位者合作。裕 隆自創汽車品牌 Luxgen（納智捷）與美國知名電動車研發單位 ACP， 以及知名資訊科技業者宏達電合作，希望打造一輛「智能」電動車，搶 占市場商機。 納智捷汽車副總經理曹中庸表示，納智捷的電動車已正式掛牌，並 在花博中試行，目前已有超過 10 萬人次搭乘，但正式銷售尚需待經濟 部的「智慧電動車發展策略與行動方案」結果。曹中庸表示，中央政府 雖提供補助 22 億元，但需要申請電動車的地方政府或民間單位仍需自 籌經費約 60 億元，在預算不充裕的前提下，裕隆不排除用租賃模式推 廣納智捷電動車，以求有效降低買主預算。 裕隆子公司華創車電副總暨台灣車輛公會代表李俊忠指出，3 年內 台灣必須建立電動車的Business Model，並健全充電站硬體設備，故在 宣導運行期間，無法進行正式銷售，因此在 3 年示範運行期間，不排除 透過集團旗下的格上租車，以租賃模式解套。李俊忠進一步表示，電動 車目前最大問題為電池續航力與充電時間，考量於此，反而是人口密度 高、城鄉距離短的地方適合發展電動車；換言之，地小人稠的台灣較之 地域廣大的美國、中國都更適合發展電動車，也更易普及化，而台灣已 具備軟體開發能力、關鍵零組件技術與整車製造技術，是進軍國際智慧 電動車市場的重要優勢。 （鄧寧，2011） 事實上，近幾年國內相關部門，如工研院、車輛測試中心及大專院 校等單位也都陸續投入電動車產業發展的行列。例如：台北科技大學 主要研究機電整合，系統控制ＩＣ版等；成功大學與中鋼公司合作成 立的「馬達科技研究中心」，特別是富田電機所製造的交流變頻馬達， 已經享譽國際，受到美國電動車名廠 Tesla 大量採用，由此可以發現， 25.
(27) 電動車的發展趨勢，在台灣及全世界各國都如火如荼地展開，亦代表 電動車的時代即將來臨。. 三、電動車輛的種類 目前電動車輛依其性能有許多種類，包含油電混合車、以液態氫 汽為燃料的燃料電池車、插電式油電混合車、純電動車、太陽能電動車。 考量車輛量產時間點與現有可量產科技的因素，本研究將只探討與電池有 關的車輛，即油電混合車、插電式油電混合車、純電動車等三種車輛來探 討。以下針對此三種車輛的特性逐一說明。 (一)油電混合車(HEV ,Hybrid Electric Vehicle) 這一類的車是以傳統汽油或柴油為燃料，作為汽車引擎的主要動力 來源，同時以電池搭配電動馬達來降低油耗。此類車輛在車輛靜止時或 停紅燈時，將引擎關閉以節省能源消耗，車輛啟動時及慢速移動時也以 電池的電力驅動電子馬達來帶動車輛。車輛加速時或需要高扭力時則啟 動引擎提昇整體驅動力量，當電池電力不足時，也可以透過引擎帶動鏈 條啟動發電機來對電池充電。這類車輛目前已有多種車款上市，如 Toyato 的 Prius ，由該公司發表的官方資料，一般同類型車輛每公升汽油可行 使 15 公里，而 Prius 透過油電互助的切換效率可以將油耗提升到 30 公 里。另外，Honda 也推出 Civic 的 Hybrid 車款，擁有可輸出 95 匹最大 馬力的汽油引擎，加上約可發揮 20 匹馬力的電動馬達，讓車輛擁有出色 的駕駛樂趣。每 4.6 公升燃油可行駛 100 公里，以及每百公里行駛排放 109 公克二氧化碳的表現，拿下 2006 年紐約車展中的年度環保風雲車。 這一類車輛只利用少數的電池就可以將燃油引擎的效率大幅利. 26.
(28) 用，並將多餘的引擎轉換成電能儲存在電池中。缺點就是造價偏高，因 為它同時需含有引擎系統、電池及電子馬達，為了使馬達發揮其功能， 加入了許多電控方面的電子電路，因此大幅提高產品成本。油電混合車 是目前唯一已經量產化的電動車輛，雖然目前車輛單價比一般燃油車輛 高出約 1/3。但是它可以節省將近一半的油耗，省下近四成的加油費， 以及享有許多政府稅法的補助，目前已經有許多愛好環保的人士，開始 購買使用油電混合車。 (二)插電式油電混合車(PHEV ,Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 不同於目前的油電混合車，主要以引擎帶動車輛並發電來對電池 充電。插電式油電混合車它大幅增加電池的容量，平時行駛時由電池帶 動車輛，這時車輛不會排放廢氣，相當環保，一旦需要高速行駛及高扭 力出輸出時才由引擎來推動。另一方面，當電池容量過低時，亦可透過 引擎帶動發電機對電池進行充電。插電式油電混合車它可以透過一般市 電（110~220 伏電壓）對內建的電池組充電。充飽電的車輛可以只透過 電池來供應車輛行駛 10~20 公里路程，非常適合在走走停停的都會地區 使用。如新一代的 Toyata Prius 及美國通用汽車 GM 2009 的 Saturn Vue Green Line .，都是這一類型的車輛。插電式油電混合車的構造與油電混 合車相同，但卻增加了許多電池，大幅提升電池容量，使它可以獨立使 用電池行駛一段距離，因此比油電混合車更為環保。但是，由於增加許 多電池，使車輛成本更加提高，車輛單價更高於油電混合車。 (三)純電動車(EV，Electric Vehicle) 或稱 BEV （Battry EV） 完全採用電力來驅動馬達的車輛，這類電動車輛完全依賴電池的蓄 電容量來工作，已經不再使用引擎，也沒有油箱，不會有廢氣排放，光 靠電池供應就可以行駛 300 公里。所以，它必須有大量的電池模組來推. 27.
(29) 動所有動力與冷氣等電力系統，因此，電池本身占據了相當大的體積與 重量，也是目前造價最昂貴的車輛。由於目前電池成本仍然居高不下， 據估計，全車約有 50％的成本都來自於電池，所以，目前尚無法導入 量產。另一方面，因為所有動力均來自於電池，電池的品質特性與壽命 幾乎主宰著整台電動車的性能。 純電動車還有一個重大瓶頸就是充電時間與充電站的設立問題，由 於純電動車的電池容量超過 30kw，因此，一般的住家沒有辦法提供足 夠的電力來充電，就算使用較微小的電力來充電，充電時間將會超過十 小時，也不符合經濟效應。要使純電動車普及，一定要先建置足夠的快 速充電站，而且，住宅社區大樓的供電系統也必需全面提升，否則，它 只能適用於固定航線的區間車，或遊樂場所內使用，無法普及給所有消 費者。. 第三節 電動車產業目前所遭遇的瓶頸 由於電動車輛目前造價仍然高於一般燃料動力車，如最便宜的油電混 合車(HEV)，其售價仍然高於相同規格車輛約 1/3 的價格，所以仍然未普 及化。其它如插電式油電混合車(PHEV) 及純電動車(EV)更是尚未進入量 產的階段。純電動汽車不需使用燃油，不受油價漲跌的影響，而且電力比 燃油便宜，應當划得來。但是，由於電動車需要改變整個車輛的動力系統， 例如：HEV 油電混合車，除了傳統引擎系統外，還需加入電子馬達與電 子管控系統，這就需要增加許多額外的成本，特別是電池和機電整合控制 系統的成本很高，讓整部車輛的成本大幅提昇。為了滿足車速和續航里程 的需要，又必須增加電池容量，這樣整車重量和成本還要再增加。最近幾 年，由於節能省碳的意識興起，各車廠不斷投入大量人力與資金在電動車 的研發上，許多技術上的困難也逐一被克服。但是，比起現有燃油車輛的 28.
(30) 便利性與價格，電動車如果沒有政府的政策扶植、或空汙稅、牌照稅、進 口稅或一定數目的新車採購補貼，車主在增購新車時，就未必選擇價格昂 貴的電動汽車，而持續選擇一般的燃油車輛了。除此之外，仍然有很多主 客觀的因素限制，造成電動車輛發展瓶頸，歸納主要有以下幾個方面：. 一、電動車電池的價格與性能仍不足 目前已經達到量產化的電池雖然很多，但是卻沒有一種電池在性能上 可以達到車廠與使用者需求。如：單價、容量（行車距離） 、扭力、重量、 安全性等方面。也尚無一種高性價比的電池能夠同時滿足電動車產業的性 能與成本需要。. 二、電池續航力不足 對大部分的車主而言，電池續航力不足是最直接也是最大的隱憂，想 開遠途的車主隨時會擔心車子因為沒電而停在半路。汽油車可以透過加油 桶來加油，非常方便攜帶。但是，電動車一旦沒電時，一般的車主是完全 幫不上忙的，只有等待托車的到來。. 三、電池更換成本過高 電池依不同種類，一般而言充放電次數可以使用 500 到 2000 次 （cycle） 。假設電池壽命為 1000 cycle ，每天充電一次，不到三年的時間， 電池就會衰減到幾乎無法使用，這時使用者就必須將車子開回車廠，將電 池全數更新。因此，因為電池壽命短而造成的更換成本，將會讓大多數使 用者卻步。即使是一輛性能相當普通的電動車，大約三年後，電池更換成 本將高達約 30 至 40 萬元台幣，這絕不是一般消費者可以承受的。 四、電池對溫度適應性差 一般而言，電池工作溫度在 20~45℃之間可以保持最佳工作狀態。在 29.
(31) 0℃到 20℃之間，容量將只剩下 70~80％，在低溫條件下容量將明顯降低， 在-20℃時，電池容量將只剩下 30~40％。而在高溫條件下（高於 60℃）又 需要泠卻才能正常工作，而這也是要消耗電池自身的能量。由於電池對溫 度特性的適應力非常有限，大幅限制了車輛的使用環境，例如：夏天時， 在陽光照射的環境下，車子內部溫度大於 70℃是常有的事，這時電池就會 因為高溫儲存而損壞。反之，在溫帶及寒帶國家，冬天時，溫度低於 0℃ 的時間，幾乎佔了大半年，這時電池在使用時，由於化學反應對溫度的特 性關係，電池效能表現很差，使得電動車輛的使用行程大幅降低。所以， 電池車輛在使用上將會嚴重受到地理環性的限制。. 五、充電便利性問題 對於許多沒有停車庫的車主，在回家後沒有充電的地方，這也是電動 車的另一個問題，即便可以使用家用 220 伏電壓充電，也未必可以達到車 子所需要的額定充電功率。解決這一問題的唯一辦法就是在社區內停車場 建置充電站，但是這牽扯到建築法規的修訂，電力公司的配線重新調配， 電力公司的發電量供應激增等問題，因此這不是短期內能夠實現的。. 六、電量減少與老化衰減問題 電池是經由化學能量轉換來發電的，也因此，只要電池一經開始使用 就逐漸衰減與老化。就好像車子的輪胎一樣，隨著使用的頻率次數增加， 輪胎的橡皮就會日漸磨損，這是無可避免的缺點。雖然，目前有許多專家 不斷透過程式來模擬分析電池衰減的過程，但是仍然無法提供正確的數據 即時報告給車主。時常因為程式誤判，緊急關閉電路而使車輛瞬間失去能 量而停車，發生追撞的危險。也有可能主控程式一切顯示正常，但是電池 已經老化而故障，造成車輛臨時拋錨。此外，隨著使用時間的延長，電池 的各種性能將逐漸下降，其結果將造成電動車整車性能如：車速、加速性、 30.
(32) 扭力、一次充電的續駛里程不斷下降，讓車主覺得車輛的性能一直變差。. 七、電動車冷氣空調問題 以一般電動車輛電池功率在 15~30KW 而言。當空調開啟時，會增加 3～4kw 的功率消耗。所以，一旦空調開啟，電動車的行駛里程至少要減 少四分之一到三分之一。換言之，原來能行駛 100 公里的電動車，當使用 空調時最多只能行駛 60~70 公里，這也是電動車輛的另一項限制。. 八、政府的角色並不夠積極 各國政府雖然在開發費用上多少都有補助，但是電動車的瓶頸除了 在價格之外，充電站的架設是一個很大的問題。首先必須面對土地取得的 問題，充電站的架設密度一定要多到讓使用者感到足夠的安全感才行。另 外，超高功率的電網架設也一定要靠政府的大力推導才能完成，這絕對不 是一般民間業者的財力、物力可以完成的。. 第四節 各國的獎勵措施 一、各國政府的獎勵措施 (一) 法國： 最近幾年，法國政府在環保議題上，推出了許多獎勵與法令措施， 來提升國內的環保意識。使得法國在純電動車和混合動力車上具有獨特的 優勢，這與政府在 2008 年初推出的“新車置換金”有很大的關係。法國政府 訂定二氧化碳排放標準，排放介於 100 克到 300 克之間，可獲得 200 到 1000 歐元的獎金，如果排放量在 60 克以下，可得到最高獎金 5000 歐元，但是. 31.
(33) 二氧化碳排放量超過標準，將會被多課 200 到 2600 歐元的稅。由於這些 補貼、徵稅等獎勵政策的影響下，許多汽車製造商與消費者，都陸續將焦 點目光投向了更為環保的小排量汽車，放棄大型傳統燃油車輛。因此，在 2008 年，二氧化碳排量在每公里 140 克以下的汽車佔了新車銷售市場 63 ％的份額。 除此之外，法國政府還為發展新能源汽車制定了一系列子方案。從 2008 年起，陸續投入 4 億歐元，幫助汽車廠研發、製造電動車並採取了多 項措施，鼓勵汽車行業逐步邁向節能環保的方向發展，除了在研發方面投 入大筆資金外，法國政府還保證電動車等環保汽車的順利運行，如在工作 場所、超市和住宅區等地區，大幅增加充電站的數量，來提高使用者的便 利性。這些政策會一直持續到 2012 年，並將擴展到更多車型。另外，總 統薩科齊在去年的巴黎國際車展上宣布，法國政府將投入 4 億歐元，用於 研發清潔能源汽車。 在政府眾多優惠政策的鼓勵下，許多汽車製造商也開始積極投入設 計與生產電動車的行列。例如，雷諾－日產聯盟預計在 2010 年到 2011 年 間將導入電動車，並在 2012 年開始批量生產；標致－雪鐵龍則與日本三 菱汽車公司合作，準備在 2011 年初推出環保電動車；法國電池生產商博 洛雷集團及其合作夥伴意大利的皮寧法裏納公司也計劃從 2010 年起聯手 加入電動車市場。（李學梅，2009）. (二) 英國： 英國在 2009 年 4 月底啟動一項關於生產電動車、混合燃料車方案， 以應對目前經濟衰退的“綠色振興計劃”。其中，投入總額約 3 億英鎊，進 行低碳排放計畫，以及投入約 2.5 億英鎊，加速低碳排放車輛普及，另外 購買電動車可獲得 2000 到 5000 英鎊獎勵。首相布朗在接受英國《獨立報》 32.
(34) 專訪時說，這項計劃首先會在英國的兩三個城市試行。為了示範作用，布 朗還建議大臣們購買環保汽車，布朗說，為了使英國經濟盡快以“低碳經濟 模式”從衰退中復甦，政府將在未來幾年內使環保產品和服務的收益增加 50％，達到 15 億英鎊。英國財政大臣達林也在預算報告中，支持這項計 劃的內容，表示這計劃有可能在未來 5 年內為英國創造 40 萬個就業機會。 （馬建國，2009） (三)美國： 1999 年 10 月克林頓總統簽署清潔空氣法，嚴格規定了汽車排放的標 準，同月加州政府也有了新的規定，即要求汽車製造商在加州銷售的車輛 中百分之二必須是零排放車輛。 2001 年 8 月 2 日，美國議院代表批准了 2001 年美國未來能源保證法 案。這項立法的目的是使美國到 2012 年後對外國能源的依賴由 56% 降到 45%，從伊拉克進口的石油由 700,000 桶/天減少到 250,000 桶/天。除了增 加石油和汽油的開採和促進核能外， 該項計劃為鼓勵發展和使用電動汽 車技術提供了稅收優惠和資金支持（包括純電動、 混合動力、 燃料電池 電動車輛）。（劉娜娜，2007） 另外，對購買電動車主實施稅收減免，幅度從 2500 到 7500 美元。能 源部撥款數十億美元補助車廠生產電動車，各州政府也提供土地興建車 廠。還特別成立 20 億美元的補助計畫，以促進電動車電池及相關零組件 發展。並規定在 2012 年時，美國聯邦政府的車輛中，有一半需為電動車。 （集邦產研，2009）. 在具體政策的實施方面包括： 1、純電動（BEVs）汽車的稅收優惠政策 ： （1）對於低速的 BEVs 免 10% 一直到 4,000 美元的所得稅； 33.
(35) （2）對於客用和輕型 BEVs 免 4000 美元所得稅，並對使用一次充電或 有效荷載容量為 1,000 磅以內的行駛至少 70 英里的這類車輛免附加稅 1000 美元。 （3）對於車全重 8500 磅～14000 磅的 BEVs 免稅 10,000 美元。 （4）對於車全重 14,000 磅～26,000 磅的 BEVs 免稅 20,000 美元。 （5）對於車全重大於 26,000 磅 的 BEVs 免稅 40,000 美元。. 2、混合電動汽車(HEVs)的稅收優惠政策 （1）車全重低於 8500 磅，利用再充電能源儲存系統提供最大可用功率 的 HEVs，免 250～2000 美元所得稅。 （2）符合機動車行駛英里數執行標準規定的輕型 HEVs（2000 城市燃油 系統以外增加 125%～250%）免 1000～3500 美元附加稅。2000 城市燃 油系統增加的這一項也許就是要比較主要部分符合 EPA 要求的風格、 傳動、推進系統等都相似的新的 HEVs 和機動車。機動車不必符合 BIN 5、 Tier II 的排放標準。 （3）使用期內至少節約 1500 加侖汽油的客車或輕型卡車，免 250 美元 附加稅。 （4）在使用期內至少節約 2500 加侖汽油的客車或輕型卡車，免 500 美 元附加稅 （5）利用再充電能源儲存系統提供最大可用功率的中型和重型 HEVs 免 一定的附加稅。 （6）使用再充電能源儲存系統提供最大可用功率的使用清潔發動機的中 型和重型 HEVs 免一定的附加稅。 資料來源：蔡宜良，2009。. 美國總統歐巴馬 Barack Obama 在 2009 年上任後即推動綠能產業計 畫，振興經濟方案，在總共 8000 億美元的刺激經濟方案，其中有 1500 億 34.
(36) 美元用於新能源發展，在稅額抵扣優惠方面，可再生能源的優惠額度由 100 億美元提升到 200 億美元，其中在電動車輛相關產業共投入 417 億美元， 許多電池產業及車輛產業鏈受益極大。 除了上述的法國、英國及美國的政府獎勵與法令規定之外，其餘各國 的在電動車產業政策主要補助措施如表 2.2 所述。 表 2.2 各國獎勵電動車產業政策主要補助措施 中國. ※購買燃料電池公車，補助金額達到每輛 60 萬人民幣。 ※13 個城鎮開始推廣油電混合車，可以獲得 4000~42 萬人民幣補助 不等，純電動車含有燃料電池車可獲補助 6 萬~60 萬元人民幣。 ※補助 110 億元人民幣發展電動車及關鍵零組件。 ※向消費者提供補助金額，4 年內提供 500 億元人民幣。 ※2010 年到 2011 年間，只要消費者在上海購買、註冊省用率 15％ 以上的電動車，就可以獲得最高 20％的買車補助款。. 日本. ※實施綠色稅制，讓購買電動車、油電混合車、天然汽車及柴油車 的消費者可以減少付稅。 ※設定低排放車認定制度，只要通過認定標準，可以享有不同的稅 賦減免優惠，排放二氧化碳越低的，稅賦減免越多。 ※平均每台電動車可獲 20 萬日圓稅負減免。. 南韓. ※實施燃油稅改革，調漲燃油稅，下調液化石油稅，拉大兩者之間 的價差，鼓勵民眾使用環保能源。 ※補助每輛新購的 CNG 公車減免 1 萬美元購買稅，CNG 垃圾運輸 卡車補貼 60,000 美元，提供每座加油站最高 700,000 萬美元的低息 貸款，年利率 4.5%。購買每輛 CNG 公車減免 1 萬美元購買稅，每 座加汽站則減免 1 萬 5000 美元的企業稅。. 歐盟. ※歐洲議會通過法案，要求政府機關已後採購車輛時，不僅需要考 量汽車價格，還必須注重環保節能，已降低汙染、低二氧化碳的車 款為優先。. 德國. ※實施石油稅收法，真對電動車實施稅收優惠，目標到 2010 年每 年稅收優惠約 30 億歐元，2050 年時一年稅收優惠 50 億歐元，且對 於油電混合車，2008 年起已經投入 5 億歐元補助。. 資料來源：集邦產研（2009）. 35.
(37) 二、環境的建置及政府的支持度： 根據車輛中心 ARTC 王正健經理的說法，目前全球市售、已量產的電 動車款大多以油電混合車（HEV：Hybrid Electrical Vehicle）為主，使用 鎳氫電池，電池電力可供車輛起步與市區低速行駛；省油的原理就是引擎 與馬達的併用，使得燃料消耗減半。王正健認為，以目前的電動車發展來 看，HEV 與 PHEV 將是未來十五年的雙主流。至於純電動車（BEV）發展 方面，雖然純電動車的研發已逐步進入到引擎技術以及電動動力技術的精 進階段，但距離實用化尚有一大段距離。尤其電池功能必須持續進展，電 池成本再降低之後才會有較大量的電動車量產，才可能成為大眾化之車 款。台灣目前是以 PHEV 與 BEV 為研究方向，然而電池價格是影響電動 車發展的重要關鍵。 王正健指出，環境的建置，如完善的充電、加油站服務和政府的支持 度，也是電動車發展的另一個關鍵。在英國，為了刺激電動車能廣泛的使 用，便在最重要的街道上設置電動車「充電站」，此政策的確獲得廣大的 迴響。此外，倫敦當局還極力鼓勵民眾”租用”電動車；據了解，英國市民 每年只要付出 150 美元，就可以無限次充電與租到這輛「國民電動車」， 還可免停車費，並享有稅賦減免等福利，英國政府想盡一切的配套措施， 就是希望引起全民的支持。還有，以色列政府也正式宣布，在 2011 年以 前要在當地成立全世界最完善的電動車系統，在國內設置 50 萬個電動車 充電站，以代表以色列政府推動「電動化」的決心。（張緁玲，2008） 在台灣方面，王正健認為，設立一般充電站、電池交換站，以及建立 維修體系等相關基礎設施，是導入電動車的關鍵，政府應該著手研擬相關 配套措施。例如：與中國石油公司研討硬體設備的建置問題，討論未來快 速充電站建置的位置是該設置在現有加油站旁，還是每個交流道出口處、 或是在汽車維修廠內…等。電力也是考量重點之一，必須與電力公司討 論，如何完成充電站配電硬體工程，及利用離峰用電時間。因為發展清潔 36.
(38) 無污染的電動汽車已是大勢所趨，世界各國的必然選擇。特別是台灣腹地 不大，且城市與城市間彼此距離也不很長，依行車環境來說，很適合發展 電動車產業，也相信台灣有其發展潛力。（張緁玲，2008）. 第五節 電池產業特性分析 一、 電池產業特性分析 電池是一種高度自動化生產的產品，需具備大量資金。屬於技術密 集、勞力密集、資金密集的產業，不但如此，還需要經過長時間的追蹤才 能驗證電池的穩定性。以下是電池產業的一些主要特色。 （一）資本密集度高 電池產業屬於資本密集產業，電池製造過程相當複雜而且有時間性 的限制。電池之製程十分繁複與冗長，有許多工站需「靜置」數小時， 甚至某些工站「靜置」時間需達 2~3 週，使得設備投資、材料堆積與 庫存壓力相對增多。另外，需要的機器設備相當貴重，設備種類也相當 多，廠房需求空間極大，再加上化工原料價格昂貴…等，都需要龐大的 資金。以 BAK 比克電池有限公司為例：資本額 Registered Capital: US$ 82,600,000、員工人數 6000 人，土地面積 ( 260,000 m2 )、建築物面積 (230,000 m2 ) 、目前電池產能 25-26 million cells/month。由於電池產業 本身技術層次高，投入資金多，生產規模大，無形中限制了廠商數量， 因此產業呈現集中的現象。 （二）技術密集度高與專利限制度高 電池製做與設計過程幾乎都是各家電池製造廠的不傳秘方，許多技 術大多來自於資深有經驗的專家手上，因此，技術的取得性相當困難。 37.
(39) 還有，專利也是一個發展的絆腳石，許多專利仍然掌握在日本及美國手 裡，3C 產品的鋰離子電池幾乎都是日本的天下，如：Sanyo 、Sony 、 Panasonic 、Maxell 等大廠。另外，磷酸鋰鐵的專利配方幾乎全在 A123 身上，涉及主要電池電極材料方面的專利主要是 Texas 大學和 Phostech 公司所擁有。這些專利擁有者每每以控告的方式威嚇其他同業，阻礙他 廠發展相關技術，或者高價販售權利金給同行，造成電池發展限制，這 樣一來，將迫使電池製造廠，相對提高整個產品的開發成本，並將單價 成本轉推給最終客戶，造成產品售價提升，不利於產品量產與普及化。 （三）產業鏈的依賴姓高 電池產業競爭力取決於上游化學原素材料的取得，如：鋰金屬、鈷 金屬、鎳金屬等及關鍵化學材料之取得。根據一般電池業界估計，電池 成本約有 60~70％的成本來自於原材料，及特殊關鍵化學材料配方。台 灣許多電池業者到目前為止仍然完全依賴日本進口化學材料，因此，整 體成本相對提高。無法與國外電池大廠競爭，所以，必須提高國內上游 材料自製能力的比例，若材料完全依賴進口，成本即缺乏競爭力。 （四）產品安全性需求度極高 為了提升電池本身的容量密度，各家電池廠無不專研於高電位高能 量的化學元素配方，如加入鋰金屬、鈷金屬…等。由於這些化學金屬都 是非常活潑的元素，因此若在製造過程、充電過程或使用過程略有疏忽 時，時常會發生燃燒或爆炸的事件。由於電池意外的事件時有所聞，一 方面造成消費者擔心害怕，另一方面廠商也常常需擔負大量電池回收的 成本，甚至必須支付大筆金額的賠償金，無形中又提高電池廠的成本。 （五）產品品質驗證時間長 電池是一種電化學的技術，會隨著時間及使用次數、使用環境溫度 38.
(40) 與車輛負載大小不同的狀況而改變其特性。例如：電池充電放電一次約 需六個小時，每天可作 4 個 CYCLE 。一般的電池認證需完成 400 CYCLE ，所以測試時間就長達 100 天，非常耗費時間。如果電池配方 有任何一項修改，一切就需重頭來過，再來花費 120 天（20 天的製程） 的時間。電池因為這樣的特性，所以電池技術的進步非常緩慢，很難在 短時間內突飛猛進。. 二、電池產業概況 (一)全球電池產業的概況 電動車電池產業的發展，是目前全世界積極投入開發的基礎工業。 在未來的十年勢必會有蓬勃的發展，圖 2.6 是工研院 IEK ITIS 在 2009 年所做得資料，其資料指出：全球電動車鋰電池的產值在 2015 年將會 達到產值 2,244 億台幣的金額，在 2020 年更有可能達到產值 4,625 億台 幣的金額。由此可見，電動車的電池產業在節能減碳的環境需求下，勢 必是下一波基礎工業的重點開發項目。. 圖:2.6 全球電動車的鋰電池產值 資料來源：工研院（2009）. 39.
(41) 圖 2.7 是 IIT 在 2009 年所推估的所有鋰電池的市場預估表，包含可 攜帶式的 3C 產品用鋰電池與高功率產品車輛用的鋰電池。其中可攜帶 式產品用的鋰電池在 2018 年需求總功率將到達 47,901 百萬瓦特小時 （Wh） ，而動力使用的鋰電池總功率需求將達到 35,089 百萬瓦特小時。 從整個需求看來，在 2009 到 2018 的十年之間，可攜帶式產品用的鋰電 池將成長 3 倍，而動力使用的鋰電池將成長 35 倍以上。由此可以明顯 看出，未來的 20 年，動力用的鋰電池絕對是呈現高度成長的發展趨勢。. 全球動力鋰電池產出預估 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0. Portable LIB. Automotive LIB. 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018. 圖:2.7 全球動力鋰電池產出預估。單位:百萬瓦。 資料來源：修改自 IIT（2009）. (二)台灣電池產業的概況 台灣電池產業的發展具有很高的垂直整合特性，分布也相當平均。 圖 2.8 所示，電池的上游產業是正、負極材料粉末，在陰極粉末方面， 目前有台塑長園、立凱及尚志等廠，為主要原化材供應商，這些原化材. 40.
(42) 目前不但提供台灣電池廠使用之外，更大幅提供化材給許多中國大陸的 電池廠，特別在磷酸鋰鐵的正極粉，佔有相當高的比例，在陽極粉末方 面，目前有中碳及台松提供。雖然台灣製造的正負極粉末比不上日本， 但是由於價格優勢與產品區隔，在中低階的電池芯銷售上，仍然有不錯 的成績。. 圖 2.8 台灣鋰電池產業概況 資料來源：陳金銘（2010b）. 在電池芯的製造方面更是蓬勃，目前有能源科技、有量科技、動能 科技、威力能源、興能高科技、必翔電能…等電池芯製造廠。其中，有 量科技與必翔電能更是全力發展高功率電池。不過，由於投資電芯廠需 要很大的資金投入，與長時間的研發改良，目前在這個領域，成果還是 與日本、韓國有很大的差距。. 41.
(43) 在電池成品模組的組裝方面，拜 note-book 的組裝優勢，台灣的電池 組裝已經到了幾乎全球舉足輕重的地步，目前全世界的前五大 note-book 品牌，幾乎電池都是由台灣來組裝。因此，台灣的電池組裝 業已經到了發展相當完整的階段。統合以上敘述，台灣已建立上中下游 之電池產業，台塑、台達、台泥（能元科技）、鴻海、必翔等皆積極投 入電池材料及電池製造產業，惟研發與製造規模仍需強化，因為在電池 產業必須達到「規模經濟」，才能降低原物料採購成本，提生產品競爭 力。. 圖 2.9 推動電動機/汽車電池研發聯盟成為全球研發、應用與製造基地 資料來源：陳金銘（2010c）. 參考圖 2.9，目前由工研院主導的旗艦計畫-下世代儲電元件與系統開 發，已經有超過 66 家廠商加入聯盟，其中包含車廠、電池模組廠、機. 42.
(44) 電整合廠、電池廠、電池材料廠、設備廠及檢測單位等。期待結合產、 學、研的力量，以創新差異化平台，希望建造台灣成為世界上的鋰電池 之研發與製造重鎮，除供應國內之電動車外，亦行銷至全世界。. 三、電池的種類 目前已經上市量產的電池種類非常眾多，每種電池依照其化學特性與 尺吋，各有不同的應用範圍，以下列出一些常用且已經達到量產規模的電 池芯，依照其化學配方將它分類，並描述其產品特性，作為本研究的基本 變數參考因子。. （一）鉛酸電池： 鉛酸電池是目前汽車主要配備的電池，也是使用最普遍的電池、生 產最為成熟而且已達到大量量產階段。鉛酸電池在 2009 年約佔有二次 電池市場七成的市佔率，明顯可以看出鉛酸電池所具有的安全性，低成 本等優點。幾乎目前所有汽機車、堆高機等機具全部採用鉛酸電池，因 此製造成本及售價相對較低，使用也最為廣泛，預估短時間內難以完全 被其它電池產品所取代。鉛酸電池具有瞬間放電率高、使用溫度範圍廣 的特點。但是，鉛酸電池體積巨大、重量高、能量密度相對較低、是屬 於淺充淺放特性的電池，完全充放電特性不佳，循環壽命表現亦較差， 一般來說，使用壽命小於 300cycles。以目前車用電池來說，平均壽命 小於兩年。鉛酸電池的主要成分為鉛，而且鉛原料佔鉛酸電池成本 6 成之多，同時具有大量的鉛金屬，因為使用壽命短，使用後報廢時會造 成大量鉛金屬廢棄物汙染，造成環保的重大問題。在目前 ROHS 規定， 已列入八大重金屬管制，許多國家都開始禁止進口。. 43.
(45) （二）鎳鎘電池： 鎳鎘電池也是歷史悠久，並達到大量量產化的電池，其能量密度 比鉛酸電池高且可達到大電流放電，它容許長時間涓細電流充電，特別 是用於緊急發電系統的備用電源。但是因為鎳鎘電池本身具有記憶效 應，使得電池容量時常瞬間縮減，無法放出原先電池的基本容量，需進 行「活化動作」才能使電池回復原有使用容量。電池壽命短，約只有 300 ~500 次（Cycles）充放電次數。另一方面，鎳鎘電池含有鎘金屬成 分，鎘的毒性非常強，會對環境造成嚴重污染，已被許多國家禁用。. （三）鎳氫電池： 鎳氫電池剛開始普遍應用於可攜式電子產品，但是，因為近年來由 於鋰電池的快速崛起，鎳氫電池在 3C 方面的應用，幾乎已經完全被鋰 電池所取代。目前，大部份運用於電動工具機，及備用電源等產品。鎳 氫電池與鎳鎘電池相近，但是不含對人體有害的重金屬如鉛、鎘等，其 容量密度比鎳鎘電池提高接近 40~50％，在大部分的場合已經取代鎳鎘 電池。電池壽命較長，約可達 500 Cycles 充放電次數，只可惜充電速 率較慢。但是，鎳氫電池的優點卻也早已吸引了電動車業者的目光，目 前日本 Toyata 已經量產的油電混合車 Prius 就是以鎳氫電池為主要儲能 裝置。另外，在中國工信部所對外公佈的「新能源汽車生產企業及產品 準入管理規劃」之中，清楚地將鎳氫電池所應用於混合動力乘車歸為成 熟商品，並且能夠在中國銷售使用。所以，鎳氫電池在短期間內仍然佔 有一席之地。. （四）鋰離子電池： 鋰離子電池目前廣泛應用於攜帶式電子產品，目前幾乎所有手機電 44.
(46) 池、筆記型電腦電池、PDA、Smart pone、net book 、Smart Book 等產 品，全部都使用鋰離子電池。它主要採用鋰金屬做為電極材料，由於鋰 金屬是非常活潑的金屬材料，活性特高，因此電池容量密度是所有電池 中最高的，也是最危險的。鋰電池在充電放電過程無法完全氧化還原到 原來的結構狀態，因此每次都會有部分金屬氧化物會沈積在電極表面， 長久下來形成突刺狀結構(Dendrite) ，進而穿透隔離膜 (Separator) 形 成內部短路，使電池發生燃燒或爆炸等危險。 鋰電池可分為許多種類，主要分別在於所使用的正極材料不同，負 極全部以碳做為主要材料，鋰離子電池包括有鋰鈷 (LiCoO2 ) 電池、鋰 鎳鈷 三元系(LiNiCoO2 ) 電池、鋰錳 ( LiMn2O4 ) 電池、磷酸鋰鐵 (LiFePO4 ) 電池等。. 1.鋰鈷電池： 目前鋰鈷電池是所有電池中容量密度最高的，因此特別適用於小型電 子產品，如：手機電池、MP3 Player 、NB 等產品。鋰鈷電池安全性極差， 電池充飽電電壓設定在 4.2 伏，最高可承受充電電壓只有 4.25 伏，長時間 過電壓充電將造成電池內部金屬氧化物結晶，造成燃燒起火等危險。如果 外部充電電壓大於 4.6~5 伏，電池將立即產生爆炸或燃燒等危險。另外， 鋰鈷電池放電率小，一般業界標準放電率小於 2C，超過 2C 的過度放電率， 將會造成電池損壞。因此，鋰鈷電池必須搭配非常精密的電子保護迴路， 時時監控電池避免過度充放電，以免發生危險。. 2.鋰鎳鈷電池（三元系電池） ： 是鋰鎳電池和鋰鈷電池的綜合體，兼具鋰鎳和鋰鈷的優點與缺點，產 業界一度大量開發，準備用來取代鋰鈷電池的新正極材料。但是，鋰鎳鈷 的循環壽命較差、安全性雖然比鋰鈷電池佳，但是仍有爆炸燃燒的危險， 依然需要保護迴路的搭配，若設計不良，容易因為使用不當或充電電壓過 高造成過熱現象，甚至爆炸起火。目前有部分公司開發鋰鎳鈷正極材料， 45.
(47) 改良其瞬間放電功率，並強化其安全性，目前除了應用在 3C 消費性電子 產品市場，還被改良用在高功率產品的電力供應上。. 3.鋰錳電池： 鋰錳電池的電壓是 3.7V，電池成本較低，錳化合物是比較安定的物 質，安全性比鋰鈷好很多，循環壽命比鋰估系列略差，但是仍有 500~1000 Cycle 的水準，可以容許大電流充放電，目前已經有部分電動車開始使用 鋰錳電池。鋰錳電池有一個特別的缺點，就是高溫儲存特性差，在高溫環 境下，有時會出現錳離子溶出的現象，或造成自放電嚴重，導致電池損害。 這對鋰錳電池車輛而言是一項嚴厲的挑戰。因為，車輛的外殼都是金屬製 成，夏天時，在大太陽底下，車內溫度時常可能達到 70~80 度 C ，大幅 縮短鋰錳電池的壽命與特性。. 4.磷酸鋰鐵電池： 磷酸鋰鐵電池簡稱鋰鐵電池，正極材料的專利是由美國德州大學 Googenough 教授所申請獲許，並將專利授權於 Phostech 進行磷酸鋰鐵粉 沫的生產製作。由於磷酸鋰鐵正極材料分子間具有「強共價鍵」的特性， 結構相當穩定，經過實際測試，磷酸鋰鐵在過度充電的情況下，不會釋放 出氧氣，不會燃燒、冒煙或是發生爆炸的危險，是所有鋰電池中最安全的。 磷酸鋰鐵雖然容量密度不及鋰鈷、鋰錳及三元系電池，但是它是所有鋰系 列電池中放電功率最大的品種，而且循環壽命長(高達 2000~3000 Cycles 以上)，電池轉換效率亦佳。而且，電池本身原料價格低而且磷、鋰、鐵存 在於地球的資源含量豐富，沒有供料問題，同時磷酸鋰鐵電池不含有毒物 質，沒有環保回收問題，目前已經有許多電動車車廠開始投入磷酸鋰鐵電 池，相當具有發展優勢。 表 2.3 是目前市面上常用的電池一覽表，將電池常用的特性，如電壓、 功率密度、壽命、溫度特性、是否含有毒物質等特性一一陳列出來。 46.
(48) 表:2.3 各式電池特性比較表. 資料來源：台灣立凱網站（2010）. 47.
(49) 四、各式電動車使用電池的操作狀況分析： 各式各樣的電動車輛由於其特性的不同，需求功能不同，汽車燃油 引擎與電子馬達的相互作用模式也不相同，同樣的，對電池的特性與容量 需求也不一樣。為了探討目前各式電動車輛的能源使用方式，以下將對各 式各樣電動車輛的「能源」使用方式逐一作分析，以利本研究推演出電動 車的能源需求狀況，然後再依此需求，方便我們將電池特性與車輛需求整 合，推演出與電池有關的關鍵因素。. (一) 油電混合車 圖 2.10 的內容說明各式電動車輛在動力（包含電池動力與燃油動力） 的使用分配。就以油電混合車而言，電池是作輔助性的角色，依其設計原 理，平時都是由馬達來驅動車輛，只有在暫時停車時及低扭力輸出時才轉 由電池提供電能。因此，電池在使用的過程中，都是屬於淺充淺放，依工 研院的估計，電池大部分工作充放容量區域大約在 30~70％之間。因此， 電池容量不需太大，它只是不斷的被充電放電，作為停車、剎車、起動時 使用的動力，來節省汽油消耗，因為在這時候引擎的效率是最低的，妥善 運用這個方法，油電混合車幾乎可以將油耗表現提升 40~50％。所以，依 照油電混合車的特性，電池不需要太大的容量，因此，有部分車廠將低工 作電壓與低容量密度的鎳氫電池拿來作其主要電力來源。當然，其它電池 也都可以適用這個特色，也都可以使用在油電混合車上。. (二) 插電式油電混合車 圖 2.10 的中央這張圖面，說明插電式油電混合車的電池使用狀態。在 正常狀況下，車主先將電池充飽電，此時車輛的所有動能輸出，都是靠電 池的電力來提供，一直到了電池容量剩下約 40％時，車輛的中控系統開始 啟動油電混合動力模式，當電池容量小於 30％時，由引擎來帶動車輛並對 48.
(50) 電池充電。依照這個工作原理，在電池容量大於 40％時，車輛完全不起動 引擎，只靠電池來驅動車輛，以目前的電動車輛電池，在都會地區仍然可 以行駛 15~20 公里，不須要起動燃油引擎，對交通繁忙，紅綠燈多的大都 會區，可以達到幾乎不排放廢氣的優點，對空氣汙然的防制幫助很大。根 據上述插電式油電混合車的動力使用方式，很顯然的，電池容量需達到 10~15kw 的功率，因此，容量密度較低的鉛酸電池將不適用，鎳氫電池可 能還有機會被採用，鋰系列電池將是較佳的選擇。. 圖 2.10 各種電動車輛電池的使用狀況 資料來源：陳金銘（2010）. (三) 純電動車 根據圖 2.10 的右圖說明，純電動車的電池需供應車輛所有動能，所以 電池必須作最大的利用率，所以電池容量密度將是影響車輛行程最大的關 鍵。一般來說電池總功率要達到 30kw 以上，車輛行程才比較有機會大於 200~300 公里。因此，電池容量與壽命將會是優先考量。圖 2.11 是一部純 電動車的整體系統配置。. 49.
(51) 圖:2.11 典型電動車電力系統 資料來源：江文書（2010） 由圖 2.11 我們可以找到幾個重要的關鍵(1)馬達是最主要的動力消 耗，其次還有冷氣系統的耗電，最其次是動力方向盤與其它電子附件等。 (2)由於純電動車的電池容量非常高，因此充電的時間必須縮短到可以讓使 用者可以接受的範圍。例如：在家時可以接受慢速充電六小時，但是外出 時一定要將充電時間縮短到 30 分鐘以內。否則，一般消費者是不可能接 受的。也因此，快速充電站的普及化將會是純電動車導入市場的關鍵因數 之一。 電動汽車對電池的要求極高，必須具有高容量、高功率、快速充電和 深度放電的性能，而且要求成本儘量低、使用壽命儘量長。目前，鉛酸電 池是比較成熟的技術，因其成本較低，而且能夠高倍率放電，依然是唯一 可供大批量生產的電動車用電池。但是鉛酸電池的能量密度很低，以此為 動力源的電動車不可能擁有良好的續航里程。其它較成熟的電池，如鎳鎘 電池和鎳氫電池，雖然性能好於鉛酸電池，但含有重金屬，價格較高，且 用完遺棄後對環境會造成嚴重污染，都不適宜大批量生產。. 50.
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