破解純電車的迷思

2019年09月02日
專欄作家/陳世芳
交通大學電子工程系學士與科技管理研究所碩士,目前為麥斯管理顧問公司創辦人、天使投資人,以及佑勝光電(uSenlight)董事。
擁有多年的創業投資經驗,並且擔任過多家公司的董監事,擅長產業前瞻預測分析、企業發展、新事業與新產品開發、募資等。

 
2019年是Tesla股價大跌的一年,許多朋友問我,純電車是否要完蛋了,所以股價提前反應。實情並非如此,2019年恰為傳統汽車公司大舉進入純電車領域的一年,Tesla面臨傳統汽車公司的競爭,特別是Volkswagen福斯集團傾全力大舉進攻,Tesla不得已只好降價應戰。上一篇文章我預先提醒,別小看Volkswagen的決心與動作,果不其然,最近Volkswagen集團宣布將成立一個500億歐元的基金,以資金支持生產動力電池的公司擴充產能,預計達成協議的公司包括瑞典Northvolt、南韓SK Innovation、三星SDI、LG、中國寧德時代等五家公司。作為全球汽車產業的龍頭老大,福斯汽車為何這麼急迫投入純電車的研發製造,以及佈局動力電池的產能呢?

我們今天不談高大上的純電車環保優勢,我們今天來談談很現實的業績問題。2019年1~5月,福斯汽車集團全球營業額與2018年同期比較,銷售量衰退4.3%,其中,中國地區銷售量更是衰退7.4%,減少了12.3萬台。福斯汽車並未揭露其在中國大陸市場的銷售細節,我們不妨借鏡比亞迪汽車在2019年上半年的銷售數字來一窺究竟。比亞迪汽車集團銷售量比去年同期成長1.59%,燃油汽車衰退44.91%,純電動車成長301.76%,純電車銷售量從去年的2.4萬台一舉成長為9.6萬台。其插電式混合動力車(PHEV)竟衰退了5.16%僅有4.5萬台,無怪乎Toyota願意免費授權HEV技術給其他汽車公司使用,因為HEV已經不具備市場價值,而是一個走入黃昏的技術。

圖一:比亞迪汽車2019年1~6月份銷售量

中國的燃料電池車(FCV)銷售慘澹,我們分析2016-2018年的銷售數字,分別是629、1,275、1,527台,即使是2019上半年,也僅有1,102台。數字雖有增長,但是還成不了氣候。對比中國純電車銷售數字,2016~2018年分別是41.7萬台、66.6萬台、98.4萬台。汽車製造商的資源只有一套,在純電車與氫能車之間只能選擇一個,魚與熊掌無法兼得,因為開發一個新汽車平台,需要投資新台幣300億元,這個成本大概可以開三個7奈米的SOC,或者是開發2.5個世代離岸風機。如果我們把累積的氫能車銷售量加總,大概是4,533台,我們假設皆為商用車,一年里程數為5萬公里,每公斤氫氣可跑100公里,每公斤氫氣售價是60元人民幣,估計下來,中國氫能車所使用的氫氣,一年約是2.72百萬公斤,銷售金額約1.63億元人民幣(新台幣7.38億元)。截至2019年5月底止,中國的加氫站僅有15家,平均下來每個加氫站能分到的年營業額僅有新台幣4,920萬元。

如果您覺得中國市場僅是冰山一角,我們也可以看看極寒之地挪威的銷售數字。根據INSIDEVs的統計,2019年六月份挪威掛牌前20大汽車總數為15,352台,其中純電車7,427台(YoY 87.1%,市佔率48.4%);插電式油電車掛牌1,440台(YoY 衰退64%,市佔率9.4%);氫能車(FCV)僅有1台,您沒有看錯,就只有1台而已。
從中國與挪威的市場銷售數字,我們大致上可以看到以下的趨勢:
  1. 純電車YoY數字亮麗,呈現極快速成長的趨勢;
  2. 引擎車YoY數字大衰退,可能會有滯銷的危機;
  3. 混合動力車YoY數字小幅度衰退;
  4. 氫能車銷售慘澹,似乎是市場的棄嬰。
過去曾有媒體報導純電車的續行里程數不足,所以還是氫能車比較佔優勢,但挪威是極寒之地,純電車快速成長,氫能車變成棄嬰,顯然市場的看法恰好相反,市場選擇了純電車。不可否認,Tesla的純電車技術優異,在極寒冷的氣候下,實際行駛里程還有理論值的50~60%,而中國製造的純電車則大概只有其理論值的25~33%。主要原因在於Tesla使用NCA電池,多數中國電動車使用NMC電池,在低溫負20度C的環境之下,NCA電池的內電阻比NMC還要低,內阻低電池的電量就不容易衰減,所以低溫環境之下,NCA電池的續航力比較好。內阻低還有兩個好處:(1)容易大電流充放電;(2)鋰電池不易升溫,延長電池壽命。

在台灣,純電車的續航力並不會不足,車主們應該懂得如何正確使用純電車。我們可以從幾個方向來分析理解這件事情:
  1. 特斯拉Model 3在德國創下一天行駛2,781公里的紀錄,表示善用快速充電椿,就算把冷暖氣開到最強,一天也可以行駛1,300公里,足夠台灣地區使用;台灣地區因為沒有零下20度C的環境,一般來說,冬天時Tesla的估計里程數(NEDC)乘以71.8~92.3%大概就是實際里程數,不會像歐美需要乘以50~60%。
  2. 使用大型電池(100+KWh),減少DoD(Depth of Discharge)的百分比,純電車可以開到48~80萬公里(30~50萬英哩);
  3. 不用擔心鋰電池現在太貴,因為等你把電池用壞(衰減20%),鋰電池已經很便宜;特斯拉未來會推出更換電池模組的業務,售價約是新台幣15~21萬元(美金5,000~7,000元);
  4. IE5節能馬達被用在純電車上,新的Model3與2019年的Model S/X即使用IE5馬達,提高約5%的能效,大幅度增加續行力;
  5. 商用車更應該使用純電車,提高投資效益。我們假設計程車資每公里是20元新台幣,一台Model 3壽命48萬公里(車架與馬達壽命約為160萬公里),共可以創造960萬營業額,扣除車價200萬元,充電費用200萬元,維修保養費用20萬元(使用5年),保險費用15萬元(使用5年),還剩下毛利約500萬元。換算下來,計程車司機一年的薪資大概接近100萬元新台幣,如果使用10年,還可以賺更多錢。
  6. 快慢速充電搭配使用,才是正確的使用方式,然而使用者未必這麼需要快速充電。
  7. 如果不喜歡特斯拉,也不放心中國品牌純電車,就等一下Volkswagen吧!Volkswagen即將推出的純電車平台,有高階的PPE平台與中低階的MEB平台。PPE平台用在奧迪、賓利與保時捷,其他則是使用MEB平台。Volkswagen計畫在2028年以前生產2,200萬台純電車,一舉將製造成本壓到最低。
根據美國汽車協會(American Automobile Association)的研究,影響純電行駛里程數的因子可區分成四大類:(1)內裝溫度;(2)電池溫度;(3)駕駛習慣;(4)操作狀態(都市或高速公路)。挪威與台灣相比,內裝溫度與電池溫度都比台灣惡劣許多。AAA的研究顯示,在不同氣溫,如果不開空調的情況之下,Tesla Mode S P75D會減少7-11%的里程數,如果寒冷氣候且開空調的情況下,則減少16~38%的里程數。對於有里程焦慮的車主或者極不喜歡充電的車主來說,不要猶豫了,買Long Range版本就對了。Long Range Model 3行駛距離約在530公里(WLTP),就算打7折,也有371公里,如果你每天上下班通行距離60公里,大概可以用6天。


圖二:影響純電車里程數之因子

由於每個人正常上下班的距離每天都差不多,因此純電車的電池容量越大,其DoD(Depth of Discharge, 放電深度)的數字越小,電池的使用壽命(充放電次數)也就越長。我們以NMC電芯為例,如果100%放電,其電池壽命只能充放電300次,如果DoD降至10%則可以提高到6,000次。如果採購Long Range版本的電動車,假設每次充放電可跑500公里,DoD降至10%,電池壽命為6,000次,則理論里程數達300萬公里。實際值當然不會這麼高,畢竟車主偶而會長途旅行,不同的氣候、使用習慣、環境都會影響電池壽命。因此,Tesla的CEO認為他們公司的NCA電池,實際上的行駛距離約48-80萬公里。所謂的最大行駛里程是一個統計學的概念,不保證每個車主都能買到壽命最長的電池,且電池也不是壞掉不能使用,而是容量衰減20%就判定該換新的電池。根據一項荷蘭與比利時Tesla車主的統計研究顯示,樣本數為350位車主,大部分Tesla車主開完30萬公里之後,電池容量只衰減10%。Tesla公司則保證,Model 3 Long Range版本開完20萬公里之後,電池容量只衰減30%。



圖三、DoD影響電池壽命

在網路上,我們找到一個Tesla Model S/X 電池衰減比率與累積行駛里程數的統計表,如圖四上半部,藍色的點為實際數據,紅色的線為平均數,這個圖片可惜的地方是數據到了26萬公里就結束了。我們在圖四的下半部,製作了一條趨勢線,來看看100萬公里之內,理論數據會長成什麼樣子。結果很有趣,衰減5%出現在10萬公里,衰減10%出現在35萬公里(荷蘭與比利時Tesla車主的統計研究顯示,衰退10%出現在30萬公里),衰減15%出現在63萬公里,衰減20%出現在93萬公里。一般來說,車用電池退役的標準是衰減20%,理論數據是93萬公里,而Elon Musk在媒體上表示實際使用壽命可達48-80萬公里,看起來所言有幾分可信。


圖四、Tesla Model S/X 電池衰減與累積行駛距離

在極寒之地挪威,做了一份純電車使用者充電的研究,研究顯示使用者平均充電時間約23分鐘,平均充電功率約27KW,平均充電度數約9.7度電。使用者充電習慣是一個機率分布,從挪威人的使用習慣可以理解,絕大多數的人,充電約在50KW與30度電以內。如果我們今天可以把快速充電的時間壓縮到10分鐘,充電功率超過150KW,對於使用者體驗會很有幫助。然而,許多純電車公司已經商轉350KW充電椿,正在開發450KW充電椿,IEC的規格則已經來到600-1,000KW。10分鐘以內的時間,對於車主來說,再減少個幾分鐘,感受並不明顯。如果是350KW的快速充電,一小時可以充電350度,換算下來,如果要充電30度電,大概需要9-12分鐘,對於多數車主來說,已經很夠用了。如果考慮多數人只需要充電10度而已,使用350KW快充大概也只要3-5分鐘。


圖五、挪威充電統計數據

純電車主不用擔心充電時太無聊,因為你可以使用社交軟體、回email、在附近散步、使用快速充電站提供的設施,以及從事許多其他的事情,半個小時可能很快就過去了。


圖六、快速充電站距離、充電時間與車主活動

使用快速充電站的最佳時機是電容量在80%以下的時候,因為超過80%就會進入慢速充電模式,以保證充電的安全。一般來說,充電最佳時機是維持在20-80%之間,這是一個兼顧電池壽命與使用者方便性的區間。當然,如果你每天在住家與辦公室之間使用慢速充電,維持DoD在10-15%之間,這是讓電池壽命達到最長的方式,常常使用快速充電雖然方便,但也折損電池的壽命。



我們今天破解許多純電車使用上的迷思,這是一個大數據的時代,讀者的感覺很容易受到廣告或有心人士的操弄,當我們從數據上來看,比較能看清楚事實的真相。油電車與引擎車已經來到衰退期,氫能車既不減碳且銷售慘澹,市場上純電車一枝獨秀。純電車的壽命比引擎車更長數倍(Tesla的品質水準),IE5馬達很節能,商用車特別適合使用純電車。多數使用者,每次充電不超過30度電,換算下來約是150公里的里程,如果在極寒冷的冬天(零下20度C),實際行駛距離也有90公里。統計顯示,使用350KW的快速充電30度電,已經滿足多數人的需求,所以對於純電車的里程焦慮,實屬不必要,真的很擔心的話,就買Long Range的純電車吧!因為其DoD可以降至最低,大幅度延長了電池的使用壽命。Volkswagen集團制訂了非常積極的純電車擴張計畫,有高端的PPE平台,也有低端的MEB平台,預估在2028年生產2,200萬台純電車,平均下來,一年要生產220萬台,遠遠超過Tesla去年的銷售實績。未來幾年,Volkswagen與Tesla兩雄相爭,純電車產業發展,精彩可期。