電動汽車世界爭霸啟示錄之（1）─科技與智慧（1）

作者：陳華夫

就在今年（2020年）初，新冠肺炎還未爆發時，去了趟深圳。出了機場，正準備找輛計程車去飯店，映入眼簾是長長一串排列整齊的藍白色比亞迪（BYD）電動計程車，靜靜的等候迎客，令我吃驚的是，完全沒有其他國際機場令人屏氣掩鼻的廢氣，及吵雜震耳的引擎聲。我心頭一震，電動車（EV，Electric Vehicle）的時代來臨了，只是快的令我有些措手不及。

更沒有想到，五菱汽車宏光MINI EV（號稱「國民神車」），售價竟然低到僅人民幣2.98 - 3.88萬元（約新台幣12 - 17萬元）之間，2020/11月的銷量已超過3萬輛，超過世界電動車龍頭特斯拉的Model 3的萬餘輛。（按《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》，雖然宏光MINI EV每輛虧本，但每輛車大概能收穫0.54或者0.87分的積分，不僅能解決不合規導致的罰款，每輛車還有千元的積分收入，詳見爆款EV宏光MINI賺錢嗎？）
據全球電動車銷量研究機構「EV Sales」近日發布銷售數據，顯示全球電動車2021/1月銷量，由中國的五菱宏光Mini EV以3.7萬輛的成績，奪下銷售冠軍，超越特斯拉（Tesla）Model 3的2.2萬輛，最便宜售價只有2.88萬人民幣，折合約12.4萬元新台幣，對於首購或增購車主來說，都是合適的價位。（見輾壓特斯拉！中國「國民神車」首奪全球電動車銷冠）

本文將詳細探討電動汽車的原理、崛起、及對世界的衝擊。

人類從甲地到乙地的交通，最早是利用兩腳走路的直線運動，但人類馬上就發明了「車輪」，於是交通就以車輪的「圓形運動」取代了「直線運動」。到了「工業革命」，瓦特蒸氣機驅動車輪，取代了馬匹獸力，而現代的汽車，又以「汽油引擎」取代蒸氣機，而它們兩者，在物理學上都屬於「熱力學」的應用，這是汽車引擎為何會燙手，也就因為引擎產生了很多無用的熱能，所以「汽油引擎」轉換「能量」為「動能」的效率約為30%，相對於「電動馬達」，其能量轉換效率約80%。

如今「電動馬達」又取代了「汽油引擎」，這是革命性的工業進步，因為「電磁學」取代了「熱力學」作為驅動車輪的物理學原理。圖1顯示電動車（EV）馬達的「電磁學」運作原理如：

電動車（EV）馬達的車輪驅動，不僅觀念上是簡易的「電磁學」右手定則，實際落實在汽車製造上，也是革命性的顛覆，圖2顯示原型電動車（EV）的構造：

它完全不需要傳統昂貴複雜的傳動系統，散熱系統、滅音廢氣系統，製造成本大幅降低，並且，電動馬達比汽油引擎操控性佳（反應時間短），在5G物聯網下，可以實現安全無慮的無人自主駕駛。

從「熱力學」邁入電動馬達的「電磁學」，在物理學是一小步，但在現代工業發展卻是邁入了更高的門檻；在拙文世界主流「反中」觀點的背後真相─美中關係（1）中，我解釋過科學（物理學）和「工業革命」根本毫無關係，無論機械紡織機還是蒸氣機都不是什麼”科學家”基於「熱力學」原理所發明的。而是當時第一線的「工程師」並沒有在學理的指導下，摸索而發明的。但如今取代「熱力學」的「電磁學」卻不一樣，「電」比「熱」更抽象，更難摸索。因為「電磁學」的核心是在解「馬克士威方程組」，它是4個二次偏微分向量聯立方程式，對─般非科學家級的「工程師」，是很高的理解與學習門檻。

圖1裡的「汽車電池」提供的電流是「直流」（即每秒電流的正、負交錯的次數是0次，也就是其頻率為0赫茲），但當頻率提高到 13.56 M赫茲，就到了半導體製程所用的PVD鍍膜及乾式蝕刻（Etching）的電漿頻率，再繼續增加頻率，就到了：微波、太赫茲波（見拙文6G太赫茲(THz)通訊技術─科技與智慧（14））、紅外光線（見拙文美中軍民用飛機製造工業的爭霸錄─美中經濟（28））、量子雷達（見拙文美中「量子科技」爭霸錄─科技與智慧（8）），最後到奈米級半導體的「極紫外光微影製程」。

我曾在大學研究所及半導體廠教授半導體 13.56 M赫茲電漿PVD及蝕刻製程，才發現不少的物理系、電機系的「電磁學」是選修，許多代工半導體廠的第一線工程師無法突破「馬克士威方程組」的天塹（見我的科學方法學物理與人工智慧（15/40）─學習電、磁學的第一天塹curl（即▽ x）的克服），於是我把上課的講義做了18個youtube視頻，解釋如何求解「馬克士威方程組」及其在IC「天線」設計上的應用，希望能讓沒法上我課的第一線工程師，增加些「電磁學」知識，也希望能在推展尖端科技上，略盡棉薄之力。（見我的youtube視頻：科學方法學物理與人工智慧（1 /40）─什麼是讀懂一本書）

電動車（EV）的時代來臨後，大洗牌世界汽車製造的版圖，據統計，2019年大陸汽車累計產量為2,572.1萬輛，和銷量2,576.9萬輛，蟬聯世界第一。而其中電動汽車的銷量不到5%，約120萬輛，官方希望到2025年，電動汽車的銷量能到25%，也就是說，屆時銷量至少增加5倍到600萬輛。

中國過去在傳統汽車行業走的是「以市場換技術」、「以合資套技術」的路線，但合資沒有讓大陸國有車企更上層樓，反而逐漸淪為外資車企的代工廠。於是，發展電動車工業時，拋棄了過去合資車企50對50的持股比例限制等舊思維，採取「以市場換繁榮」的策略，在2019年，核准特斯拉（Tesla）在上海設立獨資工廠，成為大陸汽車行業首家外資獨資整車廠，上海市政府還給予土地、貸款等一系列政策優惠。這其實是因應中美貿易戰和總結過去經驗，為了新技術產業發展的迅猛開放措施，一次開發、整套引入，強迫縮短學習曲線。實現「後發先進論」的彎道超車歐、美、日的傳統汽車工業，在電動車領域領先世界。（見中國在電動汽車競賽中領先）
但蔚來（Nio，上海）推出的電動汽車能讓車主3分46秒內「置換電池」(見駕駛NIOES6 2天后的經驗＃NIOES6-380 + km駕駛-NIO電池置換狀態)，該公司的目標是到2021年底建設500座以上了「置換電池」站。而相對的，特斯拉Model 3基本型充電最高是40公里/小時，充到飽至少4、5小時（特斯拉：見常見問題 - 家用充電安裝）。蔚來的3分46秒的「置換電池」革命性的超越特斯拉的4、5小時電池充電，儘管特斯拉(Tesla)等美國電動車競爭對手此前都迴避了這項昂貴的「置換電池」技術。但蔚來的電池更換服務用，將大大的挑戰了特斯拉霸主的地位。（見拙文電動汽車世界爭霸啟示錄之（2）─科技與智慧（21））

特斯拉日前發布了一款概念電動單車Model B，與傳統的單車構造不同，借鑒了很多汽車的設計，特殊的設計幫助讓騎行變得更加迅速、安全、方便。不少網友表示，這造型果然很特斯拉。不過，目前Model B電動腳踏車僅是一個概念，還沒有價格或生產供貨消息。也許伊隆·馬斯克（Elon Musk）跟他的夥伴們正在努力中。（見TESLA出電動單車？Model B概念曝光　能自動駕駛＋自製「保護罩」及无论您有多忙，请花1秒钟时间把它放到你的圈子里！可能您的朋友也需要！谢谢！）

但上海一把手的市委書記李強撥土地協助特斯拉建電動車廠，特斯拉簽署檔承諾從2023年起，每年向中國繳納22.3億元人民幣（3.24億美元）的稅款。並且，屆時，其上海工廠每年的銷售收入將不低於750億元人民幣，否則，即歸還土地。（見特斯拉承諾每年向中國納稅22.3億元，否則歸還土地 ）所以，特斯拉有很大的壓力衝業績及降成本。此次媒體報導，特斯拉的勁敵比亞迪將會于明年二季度為特斯拉供應刀片電池，就是為了降低成本。並且，表面上看似乎讓特斯拉降低成本，但是未嘗不是特斯拉肯定比亞迪的技術實力。一旦其刀片電池開始大規模外供，無疑比亞迪品牌會流行國際市場。（見及特斯拉將購買“刀片電池”，比亞迪的股價又要漲了 ，及馬斯克曾嘲諷比亞迪：他們造的也叫車？轉頭卻搶著用【刀片電池】）

媒體2020/12/24報導，蘋果電動自駕車「Apple Car」傳聞將在2021年9月亮相。有些分析師認為蘋果不太可能進入這個投資門檻高、利潤低的產業，但也有人認為，蘋果擁有巨大的現金資本，能吸引專業技術人才，而且車輛內裝的電腦軟體也是販售的要點之一，是蘋果研發電動車的巨大優勢，有機會為蘋果帶來新的突破。（見蘋果首輛電動車Apple Car！分析師評價兩極，蘋果強推電動車 供應鏈大股東默默買進自家股、及1,000億元 蘋果傳注資KIA 衝電動車）

銠和鈀等貴金屬是用於製造燃油和混合動力車的關鍵零件，這些金屬價格的飆升，令不需要它們的電動汽車變得更具競爭力。銠和鈀等金屬被用於製造燃油和混合動力車減少廢棄的「催化轉化器」（catalytic converter）關鍵零件，據英國《金融時報》的報導，在經歷了多年的牛市後，銠價大約是五年前的38倍，而鈀價翻了兩番。而花旗集團估計，此類金屬價格的飆升預計會讓全球汽車業2021年損失480億美元。相比之下，2019年全球汽車業因此損失180億美元，讓該產業現金流縮水15%。（見貴金屬價格飆升促使日產聚焦純電動汽車）

中國電動汽車目前是引領世界，我認為原因有4：

1）掌控全球電池材料供給：
從圖1可以看出，電動車電池是電動汽車除了電動馬達以外，最主要的關鍵的零組件，約佔整體成本的37%，而最常見汽車電池就是可充電的鋰離子電池。據「日經新聞」引用美國外交雜誌《外交政策》的報導稱，中國掌握用於純電動汽車的稀土的80％、鋰的59％的供貨。而全球電池材料有80%在中國提煉和加工，在陰極和陽極等電池元件的生產方面，中國也佔據著主導地位（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））。目前電動汽車電池的大廠是中國寧德時代與比亞迪、日本松下、及南韓三星與LG等。
鋰離子電池，通常是用液態的電解質溶液，但「固態電池」的核心則是固態電解質，能量密度倍增，起火風險大幅下降，從0充到100%僅需10分鐘，比傳統電動汽車縮減了至少三分之二，續航達500公里。豐田TOYOTA在全固態電池研發方面處於領先，擁有上千件專利，位居世界第一，將於明年推出搭載「固態電池」的原型車。最近在美國股市很熱門的固態電池廠商QuantumScape，公開上市前曾向大眾汽車募集3.8億美元資金，新的固態電池將讓電動車更快普及（見年度電池「妖股」：QuantumScape的「固態電池」能顛覆特斯拉嗎？、日本加速推動新一代車載電池實用化，及電動車顛覆性玩家來了？豐田將于明年推出搭載固態電池的原型車）

2）工業類別齊備的完整供應鏈：
中國為世界唯一工業類別齊備的國家，具有完整的電動汽車供應鏈。世界電動車龍頭特斯拉在上海設廠生產Model 3及Model Y（「運動型多用途車」，SUV，Sport Utility Vehicle）。特斯拉的創辦人馬斯克在公開訪問中，宣稱受了中國官方很多補助，並承諾提升2019年底的30%本土零組件採購，到2020年底實現100%（包括採購本土的電池與電動馬達）的零件採購本土化。採購本土零件讓特斯拉Model 3之成本大減，以致，其在中國的售價從27.155萬人民幣，降到24.9萬人民幣（降幅超過8%）。Model 3在2020/10月持續送往德國、法國、意大利、及瑞士等歐洲10多個國家，特斯拉的上海廠儼然已成特斯拉行銷世界的生產基地。
2021年新年第一天，特斯拉就放出一枚重磅炸彈：Model Y長續航版起售價為33.99萬元（人民幣，下同），價格下調了14.81萬元。該版本1月開始交付；特斯拉Model Y Performance高性能版售價為36.99萬元，價格下調了16.51萬元。該版本預計2021年三季度開始交付。該消息一出，特斯拉官網因訪問量過大一度導致崩潰，更有消息傳出10分鐘新車訂單就超過了10萬輛，火爆程度可見一斑。有網友將特斯拉降價類比成「iPhone12只賣2999元」。（見TESLA出電動單車？Model B概念曝光　能自動駕駛＋自製「保護罩」及谷歌自行车开始销售，看完后汽车都不想开了！）
吉利推出高端電動汽車品牌極氪(Zeekr)，對特斯拉在電動汽車市場的主導地位發起挑戰。但它將面臨激烈的競爭，不僅是來自特斯拉(Tesla)的，還有來自中國企業蔚來(Nio)、小鵬(Xpeng)和理想汽車(Li Auto)的，中國是全球最大汽車市場，到2025年，在中國售出的汽車中有逾五分之一是電動汽車。2020/12月，中國售出了創紀錄的22.4萬輛純電動汽車和插電式混合動力汽車。（見吉利推出高端電動汽車品牌挑戰特斯拉）

3）後發優勢，加上官方大力扶持補助：
中國的汽車工業比起生產蘭博堅尼、法拉利、勞斯萊斯、Lexus等歐美日國家是落後一代的，但基於後發優勢論(Theory of Late-Development Advantage)，中國在電動車時代迅速彎道超車，而歐美日卻沈醉於昔日汽車王國的光輝，而貽誤發展電動汽車的先機。
中國城市空氣污染嚴重，日益增加的汽油引擎的廢氣是元兇之一，為了城市的空氣清潔，官方大力補助包括特斯拉在內的電動汽車產業，及其相關的供應鏈產業，再加上中國宣稱2060年之前實現國內「碳中和」─ 即二氧化碳淨零排放，實現碳足跡為零，電動車產業即成為當今最火紅的產業，持續吸引海內外的投資，特斯拉的股價屢創新高，不是沒有原因的。（見拙文馬斯克的SpaceX天龍號對接國際太空站（ISS）的啟示錄─美中經濟（24）、標普500在高點納入特斯拉了嗎？美股災難來了！特斯拉傳奇今晚告終 專家：有7成崩跌空間）

4）充沛的高科技人力供給：
據我長期的觀察與研究，在教育普及的社會中，其人口中只有1%的人能夠理解「電磁學」，他們就是可能的高科技理工人才資源。以中國人口14億計，此人才資源是1千400萬人，而美國的人口約3億3千萬計，只有330萬人， 歐洲人口7.4億，只有740萬人，也就是中國比美國與歐洲加起來還多的人才資源。然而，這些可能的高科技理工人才，若無法獲得適當的大學「電磁學」教育，是無法成為馬斯克等級的高科技人才。
據報導，2019年中國「高考」（大學入學考試）錄取率高達90%（約1千萬考生），顯示了傳統「萬般皆下品，唯有讀書高」、拼命也要讀大學的觀念仍牢不可破。這對高科技理工人才的培育，未嘗不是件好事。雖然只有1%的考生能進入985重點大學，但其餘99%的考生裡面有很多是高科技理工人才資源，其實「本科」、「重點大學」並不是關鍵，比爾．蓋茲是大三那年，離開名校「哈佛」，正如很多第一線工程師都是自學的。善用開發1千400萬高科技理工人才資源，才是確保尖端科技競賽勝出的基石。

結論：
電動車（EV）時代已來臨，深圳的計程車已全部電動車化。宏光MINI EV「國民神車」售價約新台幣12-17萬元之間。中國電動汽車引領世界的原因是：掌控全球電池材料供給、工業類別齊備的完整供應鏈、官方大力扶持補助、及充沛的高科技人力供給。

（請看續集：電動汽車世界爭霸啟示錄（II）─科技與智慧（32））

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