電動汽車世界爭霸啟示錄（II）─科技與智慧（31）

作者：陳華夫

本文是拙文電動汽車世界爭霸啟示錄（I）─科技與智慧（1）的續篇。

據Clean Technica公佈的全球新能源乘用車銷量資料，2022年1月，全球新能源乘用車銷量為60．30萬輛，同比增長87％。

分企業來看，2022年1月，比亞迪超過特斯拉，以高達9.33萬輛/月的月度銷量重回全球榜首；特斯拉排名第二，全球銷量為5.13萬輛/月，與比亞迪差距拉大，上海通用五菱排名第三位，銷量為3.21萬輛/月；此外，超過2萬輛的還有寶馬BMW、大眾（Volkswagen）、上汽集團、賓士（Mercedes-Benz）。（見2022年1月全球新能源汽車銷量排名：比亞迪強勢碾壓特斯拉、陸新能源汽車 產銷連7年全球第一、中国制造强势崛起电动车出口量冠绝全球西方车企惊叹不已、及中國製造 強勢崛起，這裡有兩個賺錢機會）

1）「感應非同步馬達」：
「感應非同步馬達」的「定子」3相交流電的繞線下產生旋轉磁場，而在「轉子」上植入金屬條塊，產生感應電流及磁場，而被「定子」上的旋轉磁場牽引著旋轉而傳動，又因為「轉子」上的感應電流會產生浪費的熱能 P ＝ I x I x R 。

2）「永磁同步馬達」：
「同步永磁電動馬達」的「定子」3相交流電的繞線下產生旋轉磁場，

但此旋轉磁場是是旋轉「十字磁場」：而「轉子」上的永磁磁鐵，則是「圓形磁鐵」可產生被牽引的「十字磁場」，如下圖：

但「永磁同步馬達」之定子，轉子的「十字磁場」在開機時無法匹配選轉，所以要加入─個如「感應非同步馬達」上面的「感應外圈圓桶」，先讓轉子旋轉，再開通電磁鐵，就可旋轉匹配定子與轉子的磁場。並且在「感應外圈圓桶」的感應磁場同步匹配定子的磁場時，則感應電流降低至零─也就沒有感應磁場，則附加的「感應外圈圓桶」在同步馬達的作用消失，不會妨礙「永磁同步馬達」的正常旋轉。

3）比較「感應非同步馬達」與「永磁同步馬達」的優異之處：
（1）後者（右圖）沒有感應電流的P ＝ I x I x R的熱量損失，所以效率比前者（左圖）高；
（2）前者「定子」上旋轉「十字磁場」和「轉子」的「十字磁場」匹配時比後者（左圖）的「N─S直線磁場」的匹配，多一倍力矩，如下圖：

雖然「永磁同步馬達」在同樣效率下，體積較小，但相對成本較高，受溫度變化影響大；感應非同步馬達有著成本低、較不受溫度影響。而最關鍵的是「同步永磁電動馬達」的「轉子」上的永磁「圓形磁鐵」材料需「稀土金屬」，屬於稀缺資源。中國稀土礦藏占世界86.3%，主導了世界所需的稀土產品和材料。（見拙文：「石油時代」翻篇與「稀土時代」崛起的啟示錄─美中經濟（26））

特斯拉的電動馬達一開始的Model S P100D有著2.7秒的0至100km／h加速時間，這個成績即使在燃油車裡也是非常之快了，用的感應馬達。而特斯拉在平價的Model 3則是感應與永磁混用，而據最近報導，特斯拉最新使用的是永磁馬達，但要解決高速時的散熱問題。（見地表最強電機的秘密！解密特斯拉最新電機技術!超乎你的想象！永磁電機不如感應電機？What's inside the tesla motor？及永磁感應馬達之爭 攸關產業興衰）

百分之九十的電動馬達是「放射型（Radial）馬達」─如前述的「感應非同步馬達」與「永磁同步馬達」皆屬此類。它們的的旋轉「N─S直線磁場」與「十字磁場」之方向皆軸垂直於「轉子」的旋轉軸。而「軸型（Axial）馬達」的旋轉磁場的軸卻平行於「轉子」的旋轉軸，如下圖。

「軸型（Axial）馬達」的第一個優點：
左邊「放射型（Radial）馬達」的磁力線較長，並且較稀疏，其「轉子」磁力線和「定子」的旋轉磁力線是垂直偶合作用，作用力較小，產生的力矩較小。而右邊「軸型（Axial）馬達」的磁力線較短，並且較密集，並且「轉子」磁力線和定子的旋轉磁力線是平行偶合作用，作用力較大，產生的力矩較大。

「軸型（Axial）馬達」的第二個優點：
另一好處是，「軸型（Axial）馬達」可以把「定子」磁鐵的半徑 Rs及「轉子」的磁鐵的半徑Rr大，而因為：總力矩（Torque）＝ （Rs ＋ Rr）X F，會得到遠比「放射型（Radial）馬達」較大的力矩，馬達的加速與載重都大幅增加增加。右邊「放射型（Radial）馬達」體積龐大，卻無法加大「定子」與「轉子」的磁鐵的總半徑（Rs ＋ Rr），所以「軸型（Axial）馬達」體積小，力矩產出大，可用於直升飛機及電動車上。

下圖是由三組「軸型（Axial）馬達」加6千個鋰電池模組的螺旋槳飛機。

1）鋰離子電池
鋰離子電池通過Li+在正負極材料上的嵌入和脫出實現充放電，目前已經大規模商業化應用。負極材料普遍使用石墨，電解液採用非水有機電解液（多為LiPF6碳酸乙酯溶液），正極為鋰金屬氧化物。（見「前沿技術」從可充電電池技術發展看新型電池未來）

目前，車用動力電池的主力是鋰離子電池，2021年中國車用動力電池裝車量前10名如入下圖：

2021年中國車用動力電池裝車量第一名的是寧德時代，佔比52.1 %。(見韓媒：寧德時代一哥地位不穩，傳中國電動車廠掀棄用潮，及寧德時代：萬億電池帝國的裂縫）

2）鋰金屬電池
鋰金屬電池以金屬鋰為負極，鋰負極金屬的電鍍與剝離，做氧化還原反應，金屬鋰負極在20世紀60年代剛開始研究鋰電池時就得到了廣泛關注，但存在嚴重的金屬鋰枝晶、庫倫迴圈效率低、電池壽命短和安全問題，一直沒能商業化應用。但最近SES在第一塊做的是鋰金屬電池（新的化學體系），而目前手機所用的是鋰離子電池，但電動氣車所使用的是下一代的鋰金屬電池。它的能量密度及續行哩程是鋰離子電池的一倍以上，鋰金屬做正極比鋰離子電池，在快充，續行哩程，及成本上有很大的優勢。SES已公佈的與通用，現代，及中國的上氣，吉利，等5家車企在做鋰金屬做正極的鋰金屬電池A樣品共同開發協議。全球做鋰金屬電池開發的約有8家大大小小車企與電池公司，SES是唯一擁有A樣品共同開發協議的公司。（見對話「麻省固能」（SES）公司的CEO胡啟朝博士，及專訪 | SES麻省固能CEO胡啟朝：鋰金屬電池是動力電池行業下一個“高地”）

3）車用鋰電池的世界競爭態勢：
車用鋰電池的產業的供應鏈包括鋰礦產，電池材料、電芯材料、電池生產、電動車企業、電池回收等，分散的很廣。目前只有中國有完整的供應鏈，研發能力很強。韓國只有電芯（見LG新能源IPO 將躍南韓最大案），沒有鋰礦產，電池材料產業。美國和歐洲只有電動車企業，它們的電池廠是中、韓所建立的。美國電池技術在化學材料、軟件開發很強，但電芯開發很落後。（見拙文：「石油時代」翻篇與「稀土時代」崛起的啟示錄─美中經濟（26））

4）電動車用「氫燃料電池」
雖然目全球電動車的發展皆以技術相對成熟且具備規模經濟的鋰電池為主，不過日系車廠如豐田（Toyata）及本田（Honda）仍相當看好「氫燃料電池」─如下圖：

而 Toyota 的新款氫燃料車 Mirai 最近創下零碳排放車輛行駛的金氏世界紀錄，在完全充滿 5.65 公斤氫氣的情況下，總共行駛 845 英里的距離，過程中僅有排出的水氣。（見Toyota 氫燃料電動車 Mirai 創下一桶氫氣行駛 845 英里的金氏世界紀錄）

目前世界電動車一哥特斯拉的自動駕駛技術非常先進，其Model S、Model X、Model Y 還是Model 3，Autopilot(AP，輔助駕駛) 都是標準配備。根據特斯拉官網，該系統功能包含但不限於自動緊急剎車、前車碰撞預警系統、車道維持輔助系統 (LKA)、主動式定速巡航控制 (ACC)。

FSD （Full Self Driving，全自動輔助駕駛系統）則是較高價的方案，除了 標配的Autopilot （輔助駕駛)之外，還提供更複雜的功能，包括自動車道切換、紅綠燈辨識、可呼喚 Model 3 前往車主所在或選擇位置的「智慧召喚」等。儘管 FSD 名為「全自動輔助駕駛」，實際上還無法真正實現完全自動駕駛。特斯拉認為自動駕駛的優勢在大部分人其實不擅長駕駛，自駕電動車駕車的危險活動。（見無人駕駛汽車的缺陷不在技術，不只打造電動車，重新認識特斯拉：一家運算公司）

中國的百度自2013年開始大力投入自動駕駛技術，2017年正式發佈百度Apollo（阿波羅）計畫，並以此構建自動駕駛商業生態。2021年，百度Apollo進入快車道，在自動駕駛、智慧汽車、智慧交通三大核心賽道，百度Apollo都已經有了比較完整的佈局和顯著的商業化進展， 2020/9/10日，百度Apollo宣佈在北京正式開放自動駕駛出租車服務Apollo Go，北京用戶可以在百度地圖及Apollo官網上預約體驗Robotaxi。 2021/4/7日，百度研發製造的35輛百度Apollo（阿波羅）自動駕駛汽車首次獲得了商業運營許可。（見揭秘百度Apollo商業版圖：蘿蔔快跑拿下第一單，自動駕駛多場景開花）

美通用汽車（GM）2021/9月宣布，將向中國自動駕駛初創公司Momenta投資3億美元，它是少數持有在中國收集高清地圖許可證的公司之一，而高清地圖是自動駕駛技術的關鍵工具。現時Momenta正在與汽車製造商合作開發具有自動駕駛、實時收集數據功能的汽車。（見通用汽車向中國自動駕駛創企Momenta投資23.4億元）而德國最大車廠大眾汽車（VW）2022/2月正與華為洽談，擬以數十億歐元收購華為旗下的自動駕駛部門，或擬尋求提升大眾汽車VW在軟件系統方面的能力。（見大眾汽車VW據報數十億歐元洽購華為自動駕駛部門　大眾中國回應：不予置評）

雖然，蔚來汽車、小鵬汽車和華人運通汽車一直與特斯拉競爭自動駕駛汽車，後來者，集度汽車(百度及吉力汽車合資) 僅經過兩年的研發出的自動駕駛汽車─Robocar─將於2022/4月亮相於北京車展2022，但中國的無人駕駛汽車公司仍然依賴美國的英偉達、高通和英特爾等公司的晶片設計及台積電(TSMC)代工製造。台積電2022年的資本支出440億美元，增幅約50%。相比之下，中國實力最接近的競爭對手中芯國際(SMIC) 的資本支出約計劃僅是50億美元，它的技術發展約比台積電落後5年。(見中國自動駕駛夢想仍依賴美國晶片)

2020年，中國智慧電動汽車銷量穩居世界第一。億歐智庫預測，2021年中國智慧電動汽車市場將迎來大爆發，銷量將達到238.2萬輛，2022 年銷量將達到446萬輛，2025年將超過1000萬輛大關，（見2021中国智能电动汽车竞争格局分析报告）

中國電動汽車協會2022/1/14（週四）公佈的資料顯示，2021年銷量前15名的新能源車為：1.五菱宏光Mini；2.比亞迪秦；3.特斯拉Model Y；4.特斯拉Model 3；5.比亞迪漢；6.比亞迪宋；7.理想One；8.奇瑞eQ；9.長安奔奔；10.廣汽埃安Aion S；11.長城歐拉黑貓；12.小鵬P7；13.比亞迪唐；14.長城歐拉好貓；15.合眾哪吒V。

具體上，五菱平價電動車款宏光Mini（售價人民幣2.88萬元，約新台幣12.5萬元）蟬聯銷售冠軍，2021年共賣出39萬5,451輛，比2020年成長逾兩倍。比亞迪共有三款車的銷量擠進前十名，電動轎車秦銷量排行第二，為18萬7,227輛，特斯拉Model Y，以16萬9,853輛的成績名列第三，特斯拉Model 3的銷量則年增近10%至15萬890輛，排名第四。（見中國2021年暢銷電動車出爐　五菱宏光Mini賣了近40萬輛蟬聯銷售冠軍！及2021年中國最暢銷電動汽車完整榜單）

另外，根據南韓市調機構的預測，全球電動車的銷售量今年將達到850萬輛，比2021年大幅成長40。日本豐田汽車過去一向不屑發展電動車，現在卻宣布要砸下8兆日圓，將近2兆新台幣，全力發展電動車，成為車界的大魔王。通用在2022年的美國消費性電子大展CES推出造型酷炫的雪佛蘭電動皮卡Silverado，預計2023年開賣，正面迎戰勁敵福特與特斯拉。德國雙B賓士的全球首發電動概念車，從內而外展現前所未見的復古科技風，超低的風阻係數加上輕量化材質，更創造出驚人的續航力。而頂尖富豪最愛的品牌勞斯萊斯，首款純電動車「閃靈」道路測試已經超過250萬公里，2023年上市之後，號稱將成為有史以來最卓越的超豪華電動車。大眾汽車執行長迪斯(Herbert Diess)2021/12月宣布將在五年內針對電動車研發投入1000億美元；迪斯說：「我們轉型得很快，比過去一個世紀以來面對的各種挑戰時的轉型速度還要快。」（見美國消費性電子展 多品牌電動車爭霸，及電動車爭霸 豐田、大眾拚轉型「會類似蘋果一夕崛起」）

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