新能源崛起,交通工具即将进入纯电时代

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有越来越多公司能够一次提供无论是在地上跑、水上行驶或是天上飞的混合动力与纯电动运输工具,但是这些交通工具本身以及其零组件的面貌正在改变。
 
最近几乎所有关于 EV (electric vehicle,电动运输工具)的文章几乎都聚焦于电动车,但事实上,工业与商业应用领域一直是EV最大、最赚钱的市场,预期在2016~2026年之间也将维持那样的发展态势。
 
电动汽车
 
汽车是一个市场规模庞大的产业,但很快地,我们之中有70%的人会居住在私人汽车被禁止或严格限制行驶的都会区;而Tesla第三代电动房车创造了140亿美元的订单,显示纯电动车一旦在行驶距离、售价/转售价、充电时间以及外型设计等方面让消费者感到划算,绝对会成为马路上的霸主…或许目前还不那么赚钱,至少趋势如此。
 
Tesla正准备进军小卡车(pickup)、大型巴士(bus)以及大卡车(truck)市场,这些工业与商业用的陆上运输工具将会贡献整体EV市场一半以上的价值与利润。
 
在中国,每年有五十万人因为交通工具造成的空气污染而丧失宝贵生命,因此当地政府特别鼓励使用纯电动巴士;估计中国各地需求将为当地电动巴士业者带来规模高达10亿美元订单,而其他地方的巴士供应商只要能拿到其中的百分之一就已经非常不错。
 
来自中国的业者包括比亚迪(BYD),将以价格只有其他地方业者不到一半的纯电动巴士「淹没」世界;而工业、商业与军用EV则能资助许多创新,对这些运输工具来说,其前期成本(upfront cost)的重要性,还不如产品生命周期所需维护成本、最低的排放量以及特殊功能。
 
估计一辆自动驾驶计程车或巴士,就能取代20~100辆私人汽车,因为后者的实际使用时间只有其生命周期的3%;而汽车产业能寻求的「逃生路线」,包括销售量未受自动化驾驶影响的工业用与商用EV。此外,汽车厂商也开始跨足电动船舶、航空器,以及为身障者打造的交通工具等等应用领域。
 
一架正在进行试飞、完全仰赖太阳能动力的单人座飞机「阳光动力号(Solar Impulse)」,则是EV终极方案──能源自给电动运输工具(energy-independent electric vehicle,EIV)的最佳展现;这类军用或民用固定翼飞机/飞艇,能只靠太阳能在6万英呎高空航行5~10年,这些运输工具将用以执行军事监测任务,或是为偏远地区民众提供网际网路连结。
 
在农业应用上,在日本已经有某些「农场」被移植到东京的摩天大楼等地方,而且农耕是完全自动化的──拜精密的农业用无人机以及农业机器人之赐,这类农场只需要传统农场百分之一的除草/杀虫剂、化学肥料使用量,有些案例甚至不需要使用这些药剂,因为农业机器人能有效率地把所有的杂草拔光。
 
EV技术将与机器人技术结合,因为电气系统比液压或气动系统更容易控制、精密,在成本效益方面也越来越高;休闲或农业用无人机已经一下子成为规模达数十亿美元的产业,有部分EV在摘葡萄或是纪录土壤、作物资料方面的能力,比人类还更仔细,而有些果园已经禁止采用以内燃机为动力的运输工具。
 
交通运输五大趋势
本世纪无论是陆路、水路或空中的交通运输,都呈现五大技术性趋势,包括:电气化(electrification)、自动驾驶(autonomy),以及结合行动机器人、结构性电子(structural electronics)与能源自给技术。
 
在阳光下于全球各地试飞的「阳光动力号」,就是结构性电子( 参考阅读 )的展现──其机翼结合了太阳光电技术;而在葡萄园巡视的机器人,也整合了类似的太阳能结构。中国业者汉能(Hanergy)最近宣布,该公司将在2020年开始销售在加装了整合砷化镓(GaAs)太阳能光电板甚至风力发电机的电动车辆,在停车的时候就能为车子充电
 
有一家披萨店的商用电动货车就加装了风力发电涡轮,搭配可伸缩桅杆,能在停车的时候自己发电以延长行驶距离;该电动货车也有太阳能板,除了行驶所需能源可以自给,还能供应车上烤箱所需能源。
 
长程运输纯电动卡车正在德国、瑞典与美国进行实地测试,这类车辆在移动中透过延伸的架空馈电系统(overhead catenary)进行间歇性充电。只需要一些或不需要液体冷却系统的高效率碳化矽与氮化镓(gallium nitride)功率半导体元件,将首先出现在大型的军事、工业与商用EV;此外以超级电容取代电池供电的EV也越来越受欢迎。
 
规模最大的EV业务在未来十年仍会是陆上运输工具,其次是船舶(marine)与航空器(aircraft);至于市占率最大的陆上EV仍会是车辆,其次是巴士与堆高机(forklift ),而工业与商用车辆的市占率也将逐渐扩大。
 
更引人瞩目的是,在大约十年内,添加了纯电动模式的48V轻型混合动力车辆将可达到5亿美元的销售额,然后该市场将面临崩溃;插电式混合动力车辆成长快速,也将快速消亡。纯电动车将成为霸主,其中支援能源自给以及配备行动机器人的车型会逐渐扩大市场版图。
 
市场朝纯电动车发展的趋势,预期将会带来更多零组件的需求。目前电动车辆的流行趋势是采用两个可逆马达(reversing motor)与一个控制器、而非一个,增加了复杂性与成本;以最畅销的纯电动大型巴士──比亚迪K9为例,该款车辆配备两个轮内马达,而Nicola的电动卡车则有六个马达,此外目前诉求性能的电动车款通常配备三个马达。
 
电动车的其他功能区域也使用越来越多电子元件,例如添加支援自动驾驶的感测器、导航电子系统等等,以及各种充电应用的系统。技术革新将使得动力传动系统更具效益,专为电动车打造的轮胎与悬吊系统相关技术也正在开发中──这两个系统都会产生废热,但未来它们能将之转换成电力。
 
未来的EV将能从太阳光、红外线、温差、风力、震动等等采集能量,更具智慧性的机身可能会结合感测、接收、能量采集与能量储存等功能。电池管理系统与马达控制将会随着EV的电子内容增加而更趋复杂,此外内建充电器的功能会变得更强,但这些系统只会偶尔出现能整合在一起的情况。
 
我们会看到更「简单」的运输工具吗?不,那不会发生;而打造未来EV的业务,会更偏向与材料(materials)相关而非零组件。
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