新能源電動車發展存有重要隱患 現場監控診斷與安全維運待政策引導

最近一年內,國內產業界持續以極大的關注與投入電動車產業,國立中興大學智慧電動車及綠能科技中心賴慶明副教授於2014年即開始倡導「新能源電動車」一詞,認為「新能源」加上「電動車」已經是台灣可預期的另一個兆元產業、不僅是新的藍海,也是台灣電子資通訊產業所難得的重大轉型與潛在獲利機會,國立中興大學智慧電動車及綠能科技中心賴慶明副教授提出之建言如下。

筆者雖然樂見我國政府與產業積極投入新能源電動車之發展與佈局,但仍感到許多憂慮-尤其是台灣現行電網與政府積極設置的新能源分散式微電網如何進一步和電動車系統整合相容、以及電動車系統安裝後所產生的安全維運等隱患,不但需要電力與機電能源、車輛與運輸、資通訊與科技管理等跨領域專家共同面對,且政府如何以正確的政策與法規來引導電動車製造業者(設計製造)與營運業者(使用維護)共同增進電動車系統之整體可靠度,使國人對其發展具有足夠的信心,實為電動車是否可以在國內快速發展且安全推行的重要關鍵。

純電動車動力與續航力均依靠電力,筆者考量的第一件事即無論是台電的整體電網系統與在地的分散式電網是否真正能夠負荷電動車大量導入運行後的電力衝擊問題。舉一例子假設,一台電動巴士的電池容量為280 kWh,在正常行駛下,期望電池容量維持70%以上、即30%電池容量為84kWh (84度電)。由此對應到政府所推行2030年1萬台市區公車電動化政策,屆時將需要台電系統增加供應84萬度電,即840MWh。關於此議題,目前政府已訂定再生能源配比占20%的願景,預期2025年太陽光電累積創能20 GW、風力發電累積創能6.7 GW,因此可預期台電的電網系統不會單就政府推行電動巴士而造成電力短缺。

另就實務面考量,筆者認為更值得政策引導的工作則是在地分散式電網的配電法規與擬安裝充電設施電力需求的相容性與可靠度問題。接續上一例子,一台電動巴士所需要補給的電池容量為84kWh,若某一客運公司的汽修廠平常停靠10台電動巴士同時補給,則該場地的配電設計至少需要滿足840kW。經此計算評估,幾乎可以肯定的是國內客運業者的汽修廠很可能無法滿足電動車系統所需要的用電需求,而原因很清楚也就是該汽修廠原本設計就不是為了電動車系統所配置。針對此議題,筆者認可以採用「用電大戶」條款,即一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備與儲能設備,以創能與儲能對策來有效解決現場充電電力網設計餘裕不足問題、並利用車電聯網(V2G)、能源管理優化整體系統經濟效益,使營運業者擁有真正電動車的資產「電池能源」。

雖然電動車的發展勢不可擋且不可逆,但目前電動車著火之消息也常有所聞,因充電引起的火災事件呈現多發、頻發的趨勢,也引起國人廣泛關注,造成電動車推廣過程有所阻礙。筆者考量的第二件事即就多年來與電動車製造業者(設計製造)、營運業者(使用維護)互動,以自身專業判斷電動車有關消防事故之可能性因子,包括有:

  • 車輛設計產出與使用者經驗不匹配-電動車規格為高度客製化,例如用車者行駛之速度爬坡、續航力、重量等條件皆與電動車之設計有關,若未有完整系統設計與業者運行模式的互動與設計承認流程,極容易發生車輛性能衰退影響可靠度,則使用年限下降。
  • 現場輸配電安裝之設計不合格,包括電壓(V)、電流(I)、功率(P)、溫度(T)等實際量測參數於電動車系統充電時若不能在長期使用過程中持續符合元器件規格,則元器件將逐漸劣化、導致開始溫升、系統可靠度下降。關於此部分,也常見包括充電器或充電樁的設置與電動車電池規格不匹配的設計,相當危險。
  • 電動車維護人力與技術皆有待電動車製造業者與營運業者提升,例如車輛移交給營運業者後,仍必須以正確的電氣安全知識進行良好的使用維護。過往曾發現汽修廠作業人員自行拆卸電池組後未重新裝好,造成接觸不良導致引火;亦或是電池未依原廠建議定期充電與保養,造成電池容量衰退、溫度升高,則車輛之續航力減少、使用年限縮短。
  • 車輛停放、充電現場以及車輛內部並無完善且即時的環境診斷、監控與警示系統,則車輛使用維護完全依賴現場人力自行判斷,並一旦車輛內部參數或者系統輸配電(充電)發生異常則完全無法提供警示。

筆者認為新能源電動車發展與佈局雖然快速,但仍然面臨很多亟待解決的跨領域技術與實務難題。政府除了補貼政策鼓勵電動車發展之外,對於法規面應強制電動車製造業者與營運業者從設計規格討論、系統實際設計模擬與測試驗證、系統安裝與運行維護、系統狀態監控與紀錄等流程,皆積極且充分的整合,使電動車從出廠、維運到汰役的所有過程中都能達到完全安防。

最後,筆者認為新能源電動車因為各方面的現實環境因素,無論是行駛或者充電現場可能發生事故的機會仍非常大。因此,筆者建議政府應盡速成立專業性的電動車事故鑑定中心,未來可為肇事責任提供專業判斷與意見,以減少爭議。此外,應以政策性要求電動車必須加裝電動車資料紀錄器(EV Data Recorder, EDR),其功能就像是黑盒子,記錄著電動車的健康狀態、行駛狀況等,在事故發生後其可以提供出事故前各系統的運作情況。原因是事故發生後,電動車著火後溫度極高,很可能使得車體幾乎完全熔毀,接著調查事故的原因會面臨很大困難,而電動車資料紀錄器則可以向電動車事故鑑定中心與專業人員提供車輛事故過程中車輛與機上設備的工作情況等,以便對電動車事故作出正確的結論。

(資料來源/國立中興大學智慧電動車及綠能科技中心 賴慶明副教授)