日本車廠豐田(Toyota Motor)不久前宣佈一項新計畫,將開始以免權利金授權(royalty-free licenses)的模式,釋出該公司嚴密保護的油電混合車輛(HEV)專利;到2030年將釋出的專利數目高達2萬3,740項。

此外Toyota也將針對其動力傳動電氣化系統,包括自家開發的馬達、電池、電源控制單元(PCU)與電子控制單元(ECU)等,提供「收費型」的技術支援;該車廠期望能透過協助在HEV開發上仍是新手的其他車廠,盡可能快速達到性能目標。

Toyota為何要這麼做?因為太慷慨?還是為了頑固追求降低二氧化碳排放量的目標?來自這家車廠的官方說法是,此舉旨在「推動全球車輛的電氣化」。

不過產業觀察家卻有不同的猜測。他們指出,在電動車市場遲到的Toyota可能是想藉此為自己爭取一點時間來跟上競爭對手,同時延長HEV在全球市場的生命週期。

持續衰退的HEV市場

市場研究機構Strategy Analytics的全球汽車產業副總裁Ian Riches表示,在非插電式的重度混合動力(full hybrid)車輛市場,Toyota是擁有八成以上市佔率的霸主,「但這個市場現在基本上表現持平甚至呈現衰退,因為車廠不是轉向更具成本效益的48V輕度混合動力(mild hybrid)車款,就是更高效率的插電式混合動力車輛以及電池式電動車款。」

而市場對汽車產業的普遍認知,則是車廠將轉向全電動車輛(EV)。

20190408_Toyota_NT01P1

EV/HEV分類
(來源:Yole Developpement)

另一家市場研究機構Yole Developpement的電力/無線技術暨電池產業首席分析師Milan Rosina認為,EV/HEV市場「發展相當快速;」他指出,不同車型分類──包括輕/重度HEV、插電式混合動力(PHEV),以及全電動車、燃料電池電動車(FCEV)──越來越複雜,在此前提之下,他的問題是:「重度HEV是一種有趣的車輛電氣化解決方案,或者已經是過去式?」

Toyota將釋出那些專利?

根據Toyota的說法,該公司將免費釋出的HEV專利包括零組件與系統、電動馬達、PCU以及系統控制技術,而「這些都是能被應用於開發各種電氣化車輛,包括EHV、PHEV以及FCEV的核心技術。」而Toyota這麼做的理由是,有越多公司開始使用這些專利技術生產HEV,電動車輛的整體成本就會越低。

對此Strategy Analytics的Riches指出:「馬達、逆變器(inverter)、DC/DC轉換器以及電池都是常見的零組件,而再生煞車系統(regenerative braking systems)以及暖通空調(HVAC)系統則被設計成不需要來自內燃機引擎的電力就可運作;」不過他也表示:「與EV相較,HEV通常使用較低功率的馬達以及較小容量的電池,因此相關技術不一定要是可轉移的。」

此外Riches還提到,Toyota將釋出的專利排除了鋰電池技術(也就是大型電池組的化學配方);因此他的結論是:「這還不能很確定是否有助於降低電動車的成本。」

他補充指出,Toyota的混合動力技術一直是圍繞著相對較低功率以及較小的電池組所開發,那些電池組多年來主要是使用鎳氫電池(NiMH);而根據他的觀察:「顯然Toyota打算盡可能延長HEV市場的生命,以面對該公司目前還未能抵抗的插電式電動車款之襲擊。」

各國對車輛電氣化的激勵措施快速變化

Yole的Rosina堅信,EV/HEV市場是受到世界各國各種激勵措施的推動,但那些機制有可能會突然改變;例如中國政府就決定削減對EV/HEV的補貼,甚至在2020年完全取消。因此對部分將面臨政府激勵措施劇烈變化的中國車廠來說,Toyota免費釋出專利似乎頗具吸引力。

Toyota還試圖在新興市場──包括中國與印度──謀求有力的HEV立足點;其方法是為車輛電氣化經驗不足的當地車廠,提供大量的技術支援。

根據Toyota表示,該公司提供的具體支援項目包括「提供車輛電氣化系統概述(overviews)、控制指南,以及將利用其系統的車輛調校指南(tuning guides)知詳細解釋;舉例來說,Toyota將提供的指導包括幫助其他車廠達成適合他們正在開發的車款於燃油效率、輸出以及安靜度等方面的高水準產品性能。這些服務將以契約為依據。」

隨著未來幾年各家領導級車廠打算在EV/HEV上投資超過3,000億美元,Rosina預期最大的挹注將來自歐洲;根據他的觀察,「與二氧化碳排放量的量測有關之『柴油門』(dieselgate)事件,進一步讓車廠加速了更早推出更多電氣化車款的策略性決策。」

Rosina指出,為了達成歐洲在2018年進一步加強的減碳目標,車廠必須專注於提高車隊的電氣化,也就是轉向二氧化碳排放量比輕度混合動力車輛更低的高度混合動力、插電式混合動力以及全電動車款。

在此背景之下,Rosina表示眾家車廠越來越了解「48V輕度混合動力不足以達成碳排放目標,」因此他們越來越專注於「重度電氣化。」

20190408_Toyota_NT01P2

HEV的PCU (右)以及引擎
(來源:Toyota)

那麼燃料電池車呢?

Strategy Analytics的Riches表示,Toyota一直是大眾化EV市場相對較晚的進入者,因為該公司以往將希望寄託在從混合動力車輛轉向燃料電池車輛。

根據Riches的說法,直到2017年,Toyota似乎一直在擴大其方法;該公司通常聲稱其目標是在2025年讓每一輛Toyota/Lexus車款都會有純EV或是至少一種電氣化選項,例如混合動力或是氫燃料電池。

事實上,Toyota在氫燃料電池車輛(FCEV)上的豪賭,導致了該公司在2015年決定在2020年開放其FCEV相關專利。除了5,680項FCEV相關專利,Toyota聲稱現在準備增加「近2,590項電動馬達相關專利、2,020項PCU相關專利、7,550項系統控制相關專利、1,320項引擎變速/差速聯合傳動器(transaxle)專利、2,200項充電器專利,以及2,380項燃料電池專利。」也就是燃料電池車相關專利數總數將達到8,060項。

台灣已經準備好擁抱全電動車了嗎?我們還需要做什麼?快來報名Tech Taipei 2019電動車技術與趨勢研討會,聽聽學界與業界的專家們怎麼說!

Yole的Rosina猜測,Toyota決定釋出原本嚴密保護的HEV專利,真正的理由可能不只是為HEV尋求更廣泛的支持,也是為了FCEV。他指出:「實際上FCE與混合動力車輛使用類似的電池,兩者也都用了升壓器(booster)將(重度HEV之)電池或(FCEV之)燃料電池組的電壓提升至所需的水準。」

Rosina表示,Toyota已經開發FCEV多年,並在幾年前發表商用車款Mirai。

車輛電氣化將往什麼方向發展?

尋求車輛電氣化的汽車產業有許多選項。Rosina表示:「實際上,如果你需要一些電氣化功能,例如煞車能量再生,你可以選擇電氣化成本較低的輕度HEV (48V)。而如果你想用潔淨的電力來啟動車輛,你需要PHEV或電池電動車(BEV);」這時也可利用車輛電池作為停電等緊急情況、或是外出無法連結電網時的備用電力,

所以大哉問是:「當我們已經知道與輕度混合動力車輛或是PHEV/BEV相較,重度混合動力車有許多的缺點,我們真的還需要它嗎?」Rosina表示這個問題沒有標準答案,但假設重度HEV的市佔率將持續穩定下滑是合乎邏輯的。

儘管這是Yole目前的了解,他指出:「某些策略性決策、開放IP等行為,可能會改變這種純粹的技術/經濟情勢;」而雖然Toyota在整體EV市場向來因為重度混合動力而佔有一席之地,Rosina發現這家車廠「正在喪失創新動能,」因為「太傳統。」

舉例來說,大多數車廠都仰賴鋰電池,但Toyota仍使用鎳氫電池。不過Rosina仍抱持希望,他指出Toyota的車款採用了碳化矽(SiC)技術,這可能是該公司的「創新動能」徵兆,只是不知到了2020年,Toyota是會完全採用SiC或是仍然猶豫不決。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Why the Flood of Toyota HEV Patents?,by Junko Yoshida)