物聯網、資通訊技術助攻！電動車趨勢銳不可擋

從 2008 年 Tesla 特斯拉發表第一台電動車 Roadster 至今，各國政府為實現「2050 淨零排放」的目標，同時降低碳邊境稅對貿易的衝擊，紛紛加速推動電動車政策。彭博新能源財經（BloombergNEF）於 2023 年全球電動車市場的分析報告便明確指出，電動車銷量將再創新高。

（Photo Credit: BloombergNEF）

2020 至 2022 的短短兩年間，全球電動車銷售量由 320 萬輛躍升至上千萬輛，彭博新能源財經的分析團隊預估 2023 年將達 1,360 萬輛，且其中 75% 為純電動車（BEV），明顯可見電動車市場爆發式成長的趨勢。

電動車風潮襲來，擁有成熟資通訊技術的臺灣自然不會缺席！台達電、仁寶、廣達、鴻海等企業早已窺見電動車取代燃油車的市場商機，提早佈局車電領域；傲視全球的半導體產業，切合車商對電動車晶片的大量需求；再加上電機、電控、電池的技術與零組件生產能力，臺灣積極打入全球電動車供應鏈，也成為國內大學培育產業人才的重點項目。

快速認識電動車的原理！電動車可拆解為哪些系統？

電動車是物聯網框架底下一項很標準的產品，物聯網的精神是從感測、傳輸、資料儲存到資料的應用，應用的面向包含了智慧城市、智慧交通、智慧製造、智慧電網、智慧醫療、智慧照明、智慧車輛⋯⋯，其中的「智慧車輛」就是大家常聽到的「電動車」。

專門研究物聯網、電控的張永華教授，任教於長庚大學電機系，他說，電動車除了以電力取代燃油，也要同步提升方便性及安全性，就需要增加輔助煞車系統、避碰撞系統，使電動車透過感測器測量距離、接收資訊，將資訊傳輸回車載電腦後，再利用預先寫好的最佳安全操作模式做出緩減速、轉向等判斷；而這樣的運作模式便很能體現物聯網「物物相連」的精神。

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一台電動車內含上萬個零件，主要可以分作動力系統、車電系統、電池系統、充電系統等四大部分來看。

了解電動車與物聯網的關聯性後，不難想像一台電動車內部裝載的裝置與系統精密程度之高。若要快速認識電動車的內部構造，電子系的金國生教授說，電動車的動力系統與電力轉換有關，要以電池的電力驅動馬達，控制器、傳動系統都屬於此類；車電系統包含自動駕駛、雷達、中央控制、音響等與車內電路有關的設置；電池系統為電動車最核心的部分，包含正負極材料、電池模組及電源控制模組；而充電系統即充電樁、充電槍，以及充電裝置和電動車的連結。

電動車的心臟——電池系統，與哪個科系最相關？

電池，特別是鋰電池，長期以來都被視為電動車發展的重點項目，主要是因為電池是少數能在小體積裡儲存許多能量的裝置，而鋰電池又比傳統車子的鉛酸電池更有效率。

長庚大學化工與材料工程學系的官韋帆教授表示，電動車是以電力取代汽油，整台車成本最高的部分就在於電池，約占 35 至 40%；以目前主流的鋰電池來說，可以單純靠電力的輸出，提供車子移動所需要的動力，當駕駛想要加速時，一下達命令，使得電池放電，立刻就能加速、產生貼背感，不用再經過傳統燃油車燃燒、換檔、變速的過程。

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電動車上的鋰電池，徹底改變車子能量傳遞的方式。鋰電池絕對是電動車裡最重要的一塊，而電池的成本也大大牽動了電動車的價格。

官韋帆教授直言，電池的成本、效能與安全性都會影響電動車的銷售，過去多起電動車車禍起火的事件，關鍵就在於鋰電池受到撞擊後，內部結構被破壞發生短路熱失控，加上市售鋰電池大多使用易燃的液態電解液，容易燃燒爆炸，且滅火難度相當高，讓大眾對於購買電動車感到遲疑。

解決安全問題和提高能量密度是下一代鋰電池的重大挑戰！除了安全性的考量，目前的車用鋰電池體積大又笨重，需花費更多功率才能讓車子行駛，電池的充電時間過長也有改善的空間。

談起系上實驗室正在研究的全固態電池，官韋帆教授說：「全固態電池有機會同時改善鋰電池的安全性、能量密度等問題。我們採用固態的，像是一片能夠導離子的塑膠取代原本的隔離膜和液態電解液。這樣不只比較安全，電池也能做得比較小、比較輕，讓電動車充一次電就能跑得更遠。」

對應到大學科系的訓練，電動車電池的材料改良，從正極、負極、隔離膜到電解液，需要的是材料系的專業；當研發成功後走入製程，製程設計、製程放大、甚至是廢棄鋰電池的回收都需要化工系的專業。官教授因此自信地說，化材系整合材料與化工雙專長，無論擔任研發工程師、製程工程師，都能在電動車產業搶佔就業優勢。

自動駕駛、電控、積體電路，電動車概念科系不可能沒有它！

說到電動車的自動駕駛，我們電機系會開設許多不同的課程學習感測器技術與其中的物理觀念，以現在最基本的車距感測來說，使用的光達（LiDAR）與光的反射概念有關，你會學到屬於雷射光源的光達如何接收、感測、擷取資訊並應用的原理。

電動車的自動駕駛功能相當吃重感測器的感測技術，目前大部分車廠皆採用能提供精準資訊的光達作為自動駕駛的感測器；但也由於雷射光源每掃描一遍所獲得的光點數目以百萬計，再依據車速，每秒鐘可能需掃描超過十次，後續的擷取與應用都需要晶片處理。

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張永華教授說，電機系除了開設感測器技術的相關課程，例如「訊號處理」這門課學習與車內溫度感測、路面顛簸或斜坡感知相關的原理，另外在「微處理機應用及實驗」還會學習如何以 MCU（Microcontroller）小型晶片微中央處理器對車距、溫度等感測到的訊息進行擷取與處理。

電動車的動力來源是以「電力」運轉所有的裝置，我們又希望車子能更輕、釋放出更多空間，會導入很多電控模組，動力傳輸的模組叫做「傳動模組」，車輛周邊感測有「感測模組」，機構有「懸吊模組」等等。

電動車的動力系統，涵蓋電力轉換、自動控制、傳動，皆屬於電機系的「電控」專業。張永華教授解釋，「從充電樁到電動車之間的電力轉換是交流電到交流電，還是交流電到直流電，牽涉到許多系統機制，這在『電力電子學』的課堂都會學到。」

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而電動車的電控系統之所以是電池之外成本第二高的元件，正是由於車載系統的電子零件、IC 零件數量太過龐雜，各模組的判斷與決策都需透過積體電路，晶片數量一多，成本自然就會提高。

張永華教授說，電機系的專業原就較為廣泛，若要將其對應至電動車的應用，以長庚大學電機工程學系的分組為例，電動車的動力系統、電控屬於「電力與控制專業組」，車用晶片、積體電路屬於「晶片設計專業組」，而車用通訊、模組之間的資訊傳遞為「通訊與網路專業組」。

馬達、車體結構、懸吊系統，是機械系的本行！

馬達以前是電機系的領域，近十年來由於馬達需以微電腦控制，因而成為機械系的著力點。電動車的馬達是以電池的電力驅動，再將動能轉換為電能，儲存回電池裡，就要靠馬達控制器。

率領學生拿下全國電動車創新設計與實作競賽、環保節能車大賽獎項的長庚大學機械系孫明宗教授表示，一台電動車實際上整合了不同科系的專業，以自動駕駛的光達感測來說，光達本體的製造過程屬於機械系的專業，但光達資訊擷取與應用的部分得交由電機系、資工系的人才負責；當駕駛欲變換車道，但感測器偵測到有來車時，阻止方向盤轉動的油壓系統又是機械系的領域，而電動車的電池本體與電池冷卻系統也分屬化材系、機械系的專業。

電動車最擔心的是里程焦慮（Range anxiety），擔心充完電後能走多遠、到高山沒有地方充電怎麼辦，於是車身要輕才能夠省電，但車子太輕又會失去保護駕駛的功能。

孫明宗教授表示，車體結構正是機械系的本行，機械系對於燃油車架、車體結構、鋼材能承受的應力都已經有非常豐富的經驗；但為了減少里程焦慮，除了從車體結構上減輕重量，電動車外型也必須採流線型，以避免動力消耗於把風排開。「車殼是『固體力學』，行進過程遇到的風阻屬於『流體力學』，這兩門課需要相互搭配，求得阻力是多少，進而改良電動車的車殼外型與結構。」

懸吊系統、地面避震也是機械系的專業！我們有研究所學生畢業後進入汽車公司的機構設計部門，從事懸吊系統、轉向系統的設計，薪水至少五、六萬起跳。

以機械系的課程來看，孫明宗教授說，「機動學」、「機構設計實務」這兩門課都會學到機構設計、懸吊系統、轉向系統的知識，「汽車學」雖然著重燃油車的引擎，但電動車的製造也必須具備燃油車的先備知識。而被列為機械系選修的電子學、電路學更是機械系學生跨入電動車產業的敲門磚。

電動車、電動機車的產業是可以會通的，機械系的學生很適合進入 Gogoro 工作，但機械系學生缺乏電學的訓練，一定要選修電子學、電路學這兩門課。

孫明宗教授坦言，雖然電動車與機械系的機構密切相關，但是當燃油車將轉型為電動車時，電動車產業自然更希望招收具備電資專業的人才，若對於電子、電路不很精熟，也會限縮未來的工作範圍。「如果在機械系的基礎上，再學習電子學、電路學、程式語言等專業，絕對可以躋身電動車產業。」

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想超前部署進入電動車產業，大學生可以這樣做！

長庚化材系一直都有固定的業界實習課程，實習單位包含屬於電池供應鏈的明基材料、生產電池的台塑新智能，平時的課程也會規劃到這些公司參訪。

官韋帆教授建議，大學生除了既定的企業實習、企業參訪，在大三這一年可挑選自己感興趣的主題，跟著指導教授展開專題研究，也就有機會進一步參與教授的國科會計畫案或產學合作案。以官教授專精的全固態鋰電池來說，便參與了台塑新智能的產學合作案。

官教授更補充，台塑新智能與長庚大學簽訂龍躍博海計畫，提供四年共五百萬的獎學金給博士生，比他當年在美國讀博士班的獎學金還要高，且畢業後直接進入企業服務，等於提前卡位電動車產業。若是化材系的大學生、碩士生也無須擔心，官教授透露，系上經常接到業界詢問畢業生的動向，加上台塑新智能近期建置鋰鐵電芯廠，新公司、新廠會釋出大量工作機會，大學部學生也會有適合的職位。

教育的目的是保值，你沒有辦法保證你所學的和職場是一比一的匹配，但核心知識會是共通的！你所學到的知識，在面對不同科技的發展時都會有發揮的空間。

張永華教授說，「知識能夠保值」就像是早期應用在再生能源的電子組件，現在都轉移到電動車產業，而 IC 晶片設計的專業能同時應用於車用晶片、半導體業，建議大學生務必紮穩必修課程的基礎；以電機系來說，傳說中的「三電一工」——電路學、電子學、電磁學、工程數學就一定要好好學。

而電機系學生在實習時也可先鎖定電力、電子相關產業，因其電力轉換的實務技術與電動車產業的需求相符。張永華教授表示，長庚大學電機系的專題研究主題涵蓋四輪電動車、電動摩托車、電動代步車，亦有教授正在執行電力系統、微電網的產學合作案，旗下的專題生都有機會跟著指導教授累積實務能力。

每堂課都要好好上啦！你永遠不知道你哪一天會用到什麼知識，大家都在強調「跨領域」是有它的道理在，未來需要保持知識的多元性，才能解決不同的問題。

機械系的孫明宗教授也建議，看準未來產業所需要的核心知識，跨系修課、參與電動車實作競賽都能獲取不同的專業知識，這些經歷也能備註於履歷上，未必一定要雙主修。

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乘著電動車市場爆發式成長的趨勢，原就炙手可熱的理工科系人才，除了熱門的半導體產業，現在更多了搶先跨入電動車產業的先進者優勢。然而，在資通訊技術快速發展、新興產業不斷崛起的未來世代，理工科系學生唯有將核心知識學得透徹，才能站穩熱門產業的浪潮。

受訪者簡介

張永華教授，長庚大學電機工程學系教授，兼任工學院副院長，專長為電控、物聯網、嵌入式系統、智慧型系統，近期開發外骨骼機器人。

金國生教授，長庚大學電子工程學系教授，專長為高頻通訊電子領域、5G 無線通訊系統之陣列天線設計、79 GHz 車用防撞雷達天線設計及各種應用於無線通訊系統之微波電路設計。

孫明宗教授，長庚大學機械工程學系教授，專長為流體及熱傳計算分析、機電整合，指導學生參與全國電動車創新設計與實作競賽、大專校院環保節能車大賽。

官韋帆教授，長庚大學化工與材料工程學系教授，專長為全固態鋰電池、界面工程、高分子薄膜、電池回收及貴重金屬循環再利用。