引言：電動車重要的核心技術-三電系統(電機、電控及電池)是在電動車市場取得成功的關鍵，動力系統也從單一的零件演化成多合一的總成發展。在前期報導中，我們已經介紹了電動車整體市場(延伸閱讀)、電動車儲能技術(延伸閱讀)與混合動力汽車(延伸閱讀)的發展趨勢。本期報導聚焦於以CPC創新分類號Y02T 10/64觀察電動車驅動的關鍵-電動車電機技術。
博大國際視野：台灣 2050 淨零轉型十二項關鍵戰略 / 運具電動化及無碳化
相比於傳統內燃機引擎系統，電動車驅動系統最關鍵的技術就是其使用的電機。由於要利用馬達回收制動能量並提供強勁推進力，在設計上必須考量到扭力大小、工作效率、耐用度等因素。市場上常用的兩種電機技術分別是永磁同步馬達和感應非同步馬達。前者通過轉子上固定的永久磁鐵產生固定的磁場，以同步方式驅動轉子旋轉，具有反應快、效率高、重量輕等優勢，但也面臨製造成本高、稀土材料依賴和高溫退磁等挑戰；後者則利用交流電在轉子上產生變化的感應效果來驅動轉子旋轉，具有功率大、速度高、不受溫度影響等優勢，但也存在效率低、耗能大、散熱差等缺點。在成本效益的考量下，目前許多車廠採用混合型式的馬達，透過兩個馬達(dual motor)進行驅動，但需要面臨更複雜的設計和控制問題。從專利技術解析我們可以發現，與控制相關的專利一直是最受關注的技術，與永磁同步馬達相關的散熱、永磁轉子鐵芯則在近年成長相當快速，相較於早期混合動力車輛的衰退，電動車電機技術正在開啟新的篇章。接下來介紹細部的專利技術分析內容。(延伸報導：【四輪解密】解析主流電動車馬達系統！同步 vs 非同步優勝劣敗？)
壹、 全球過去二十年「電動車電機技術」發展趨勢，電動車電機技術發展從2004年開始快速發展，各大廠商在當時已注意到電動車轉型趨勢的興起，Elon Musk也在2004以A輪投資人的身分成為特斯拉(TESLA)的董事長，開啟了電動電機技術的成長期。從最早優先權國家來看技術來源，顯示專利權人主要來至中國(30%)、日本(29%)、美國(11%)、德國(8%)以及韓國(5%)申請人，五個主要國家佔全球約八成技術來源。
貳、
電動車電機技術到了2011達到了第一次的高峰，漸趨成熟的技術讓各國開始關注在基礎建設遠遠不足的問題；為了推動電動車普及，美國宣布在電動車充電領域投入7百萬美元，降低充電成本，目標是未來三年成本減半。2012年3月，歐巴馬政府宣布啟動處處都有電動車計畫(EV-Everywhere)，投資50億美元及10年時間發展美國電動車業，目標訂為在2022年前可產出滿足使用者對電動車續航力、充電效率及價格期待之電動車。與此同時，目前已成為電動車最大市場的中國也發布《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020 年)》，以純電動車作為主要推動目標，除促進電動車產業化及普及化外，也著重於提升中國電動車產業技術水準。(參考資料：各國電動車推廣現況分析)
參、 細部觀察主要專利國家歷年申請趨勢可以發現，2002年~2004年日本與美國佔據了整體市場超過50%的份額，日本在2004年更達到了41%的占比。但從2005年開始，中國專利申請量開始展開了爆發性的成長，2012年至今每年都具有最多的專利申請量。中國作為目前電動車最大市場，已成為各大廠商兵家必爭之地。過去在燃油機引擎時代，專利技術基本上都掌握在美日歐的汽車大廠手中，但是進入了電動車的時代給予了其他廠商、新創切入的良機，整體市場的局面可能會發生改變。
肆、 把時間拉到近十年(2013~2022)進行觀察，近十年專利數前10名的國家中以中國12,670件最多、其次為美國6,083件、日本4,658件、德國2,554件及歐盟2,137件，中國近年申請量成長相當驚人，成長率達到驚人的85%；而早年技術領先的日本近年研發的目光顯然已不再專注於此。此外，我國申請數量雖然數量較少，但是為少數維持正成長的國家，但主要以機車相關驅動技術為主，主要申請人中我國工研院和GOGORO有進入前十大申請人，其餘皆為日商。
伍、 近十年專利申請的前十大IPC分類如下圖所示，主要有B60L 15/20(用於控制車輛或其驅動電動機，以達到期望的特性，例如速度，轉矩與程序化速度變量)、B60L 50/16(提供予獨立的直接機械動力)、B60L 3/00(電動車輛上安全用電裝置； 監控運轉參數，如速度、減速度或能量消耗)、B60L 11/18(使用初級電池，二次電池或燃料電池供電者)；B60W 10/08(包括電動推進單元的控制，例如馬達或發電機)、B60W 20/00(專門適用於混合動力車輛的控制系統)、B60W 10/06(包括內燃機的控制)；H02K 9/19(用於具有密閉機殼及使用液體冷卻介質，例如用油，閉路循環之電機者)、H02K 1/27(有永久磁體的轉子鐵芯者)、H02K 7/116 (具有齒輪傳動箱者)。
可以發現與混合動力車輛相關的電機技術在近年申請量皆呈現衰退的趨勢，電控相關的B60L 15/20則是持續有最多的技術研發進行中；提升能源轉換效率的齒輪技術(H02K 7/116)也呈現成長趨勢。值得注意的是，永磁電動機的專利申請近年具有明顯的增長趨勢，主要關注在解決永磁電動機高溫下磁性衰退的散熱技術(H02K9/19)與永磁轉子鐵芯(H02K 1/27)。永磁電動機具有即時反應、低耗損等優勢特性吸引了廠商的目光，但當前的永磁轉子需要稀土資源造成了較高的造價，且稀土的來源當前幾乎已為中國所壟斷，為了避免被中國掐住永磁電動機關鍵零組件的命脈以及美中關係的日益緊張的情勢下，各國開始尋求使用稀土元素的替代方案，甚至到太空小行星進行採礦。(延伸報導:特斯拉黑科技再一發，將全面改用無稀土永磁馬達)
陸、 進一步檢視各地區的電動車電機技術發展布局，在各國專利權人中，TOTOTA在數量上都各列第一，中國雖然近年申請量增加較快，但中國前十大專利權人由美、日、德、韓所瓜分，顯見中國市場為兵家必爭之地。值得注意的是除了車廠外，BOSCH、日立、愛信、西門子在各國市場占有一席之地，借助工業馬達、齒輪的技術，也給予了非傳統車廠切入電動車的機會，特別是傳統變速箱大廠愛信，在面對電動車不需要變速箱的轉型值得特別關注。
2022 High
Technology Impact Patent
US20220028627A1 Systems
for managing energy storage system, comprises a processor, while processor is
used for each candidate model of a multiple of candidate models, and reward for
using the candidate model is determined in a context. (ELECTRA
VEHICLES INC, 美國)
US20220153149A1 Apparatus for optimizing total recharge
time for traction battery for vehicle by using multiport energy management system,
has switching device coupled between charging source and energy storage device,
and direct current/direct current converter coupled to charging source and
energy storage device. (GENERAL
ELECTRIC COMPANY, 美國)
US20220028627A1 Apparatus for providing electrical
charge to electric-powered farm or construction equipment that travels on ground,
has charger that is electrically coupled to generator and configured to receive
electrical output from generator. (TEXTRON INC, 美國)
US20220077518A1 Method for heating power battery of vehicle
involves controlling three-phase inverter to adjust phase current of
three-phase alternating current (AC) motor according to preset direct- and
quadrature-axis current during heating process. (比亞迪, 中國)
US20220041069A1 Apparatus for optimizing fuel efficiency in
hybrid tractor trailer vehicle, has fuel efficiency optimization module that is
operably coupled to motor generator for activating drive or generator mode to
fuel efficiency of towing vehicle. (ELECTRANS TECHNOLOGIES LTD, 加拿大)
US20220144243A1 System for controlling power consumption of
high voltage battery of hybrid electric vehicle, has driving controller that
variably controls power applied to electronic components, and distributes the
available amount to motor to increase torque of motor. (現代汽車, 韓國)
US20220032781A1 Multi-mode drive system for driving vehicle
along track, has vehicle-track combination that comprises electric motor which
is arranged for accelerating, coasting and restarting movement of vehicle after
launching. (Engie
Electroproject BV, 荷蘭)
US20220063626A1 Control apparatus of electric vehicle,
calculates second instruction whose speed of vehicle is made to track target
speed, and orients and outputs torque instruction calculated from first
instruction and second instruction to electric motor. (HITACHI LTD, 日本)
*美國 ELECTRA VEHICLES: Electra 由
Fabrizio Martini 與超級電容器行業的同行於 2015 年創立，致力於為儲能技術開闢新的典範。2016 年，Electra參加了
MassChallenge 啟動加速器，以決賽入圍者的身份進入前 26 名，並使用工作台原型驗證了第一個 EVE Controls。 Electra 現在著眼於未來，並致力於通過不斷改進的自學習演算法擴展到新興市場，該演算法正在解決所有行業現有儲能技術的性能限制。”產品/技術: EVE-Ai™ 車隊分析-全面的電池分析以監控車隊性能、EVE-Ai™ 360自適應控制-適用於每種 EV 應用的車載電池組軟件解決方案、ENPOWER™-早期電動汽車電池選擇、模擬和比較。
*荷蘭 Stellantis NV: 斯泰蘭蒂斯有限公司（Stellantis N.V.），是一家跨國汽車製造商，總部位於荷蘭阿姆斯特丹，於2021年由義大利-美國公司飛雅特克萊斯勒汽車與法國公司寶獅雪鐵龍集團各出資一半合併而成的大型汽車集團，合併後成為全球第四大汽車集團。該公司與鴻海集團密切合作，並共同成立子公司共同開發設計車用晶片以及聚焦先進智能駕駛艙和車聯網服務等相關應用程式。產品/技術:電氣化、氫燃料電池技術、智慧汽車、自動駕駛。
*加拿大 EFESTO SARL: Electrans
Technologies Ltd. (ETL) 於 2017 年由 Brian Layfield 在滑鐵盧大學(University of Waterloo) 於 2016 年進行的一項可行性研究後成立。滑鐵盧研究表明，電動轉換器小車可以減少雙拖車配置的拖拉機的油耗。在 2017 年 4 月成立後，ETL 在華盛頓大學加速器中心的首個潔淨技術孵化器中開展業務。2018 年 4 月，ETL
獲得了安大略省政府的低碳創新基金 (LCIF) 資助，用於資助技術驗證並促進電動汽車技術的商業化。產品/技術:通過輪轂電機進行電力驅動、與拖拉機無線通信的智能電源管理、電池供電電能，減少柴油消耗、數據遠程資訊處理以優化能源使用。
更多文章
Ø 電動車 專利分析
其他參考資料：
1.
台灣經濟研究院系叢書–迎向21 世紀《系列17》「走向低碳運輸台.
灣綠色燃料與載具發展前景」，民國102 年5 月初版。
2.
杜紫軍：得三電系統者得天下
電動車產業將成新護國神山 (2022/04/30 中時新聞)
3.
電動車更省電
齒輪大廠成功開發關鍵二速傳動系統(2021/04/30 DIGITIMES)
4.
車未來專訪-從工業馬達走向電動車馬達(2022/09/07 車未來)
5.
鴻海、亞馬遜都相中它！成立一年空降為全球 no.4 車廠，Stellantis 是什麼來頭？(2022/1/10 科技橘報)
6. 鴻海攻電動車 砸23.8億元與Stellantis合資設立新公司(2022/9/23 聯合報)
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