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BEV/FCV電子驅動技術發展趨勢

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EV車尚需建構完善的充電設計方案,尤其是充電站的接頭相容性,除需考慮安全設計方案,也必須因應各種EV車型需求開發設計。Toyota
EV車尚需建構完善的充電設計方案,尤其是充電站的接頭相容性,除需考慮安全設計方案,也必須因應各種EV車型需求開發設計。Toyota

面對油價日益高漲、可用石化燃料成本持續提高的現況,發展混合動力或是新型態環保動力驅動車輛,已經成為汽車產業與各大車廠積極投入的技術項目,如EV全電池動力驅動車輛,或是不同形式的Hybrid混和動力技術的油電混合動力車種,尤其在全電力驅動EV車型發展上已有大幅進展...

目前在石化燃料成本持續提高的環境下,一般民眾用車成本正持續增加,全球汽車產業已積極發展可取代、或是部分取代石化燃料的車輛驅動方案,例如,利用油電混合的Hybrid混合動力技術開發的油電混合動力車種,或是藉由全電池蓄電驅動的全電力EV(Electronic Vehicle)車款,都是目前最前端、主流的造車趨勢。

BEV車輛使用便利性的關鍵,在於充電設計方案與充電站是否能廣泛設置,提供用車者的補充電能需求。Nissan

BEV車輛使用便利性的關鍵,在於充電設計方案與充電站是否能廣泛設置,提供用車者的補充電能需求。Nissan

EV車型因採全電力驅動,可以做到100%零空污排放,對於都會區更有實用價值。(Toyota)

EV車型因採全電力驅動,可以做到100%零空污排放,對於都會區更有實用價值。(Toyota)

採Mitsubishi i-MiEV技術平台開發的C-Zero EV,為利用鋰電池技術打造的全電能驅動車型。Citroen

採Mitsubishi i-MiEV技術平台開發的C-Zero EV,為利用鋰電池技術打造的全電能驅動車型。Citroen

環保意識抬頭 EV電子動力驅動車型發展增溫

以電池動力車EV的發展現況來看,EV車型的動力來源主要來自電池放電,最大的難題在於如何在安全條件下蓄積大量能源,同時單次蓄積能源可以因應通勤的巡航範圍。發展EV車型由於全不仰賴石化燃料,因此具備環保設計目標的最高效益,因為EV車輛本身即採行潔淨動力,或是經由轉換取得之電能驅動車輛。

EV現有開發趨勢有BEV(Battery Electric Vehicle)與FCV(Fuel-cell Electric Vehicle)。BEV是利用鎳氫或是鋰電池作為蓄電設計,利用車輛本身的電池模組大量蓄積電能驅動車輛,主要的技術瓶頸在於如何有效管理電池模組、充電站的設計,與如何發揮電能驅動的最佳化動能轉換。而BEV也因為設計方案較偏向成熟的物理電能?動能轉換處理,在現有科技方面很容易找到相關的成熟解決方案,也是目前最熱門且成熟的BEV發展趨勢。

FCV相關技術趨成熟 但效率、成本、體積仍待改善

除了以電池為核心的BEV外,FCV(Fuel-cell Electric Vehicle)則是利用更前衛的Fuel-cell燃料電池技術來產生電能,與BEV不同的是,Fuel-cell燃料電池技術可利用物理電能轉換的形式來產生電能,因此FCV可以利用自然環境的資源產生電能,而不需如BEV需裝載大量電池蓄能。

因此FCV只要Fuel-cell能量轉換效能可以進一步提升,即可有相當大的機會讓FCV達到更輕盈的總體車重、卻能達到等同BEV的續航能力與動力輸出能力,加上可以透過添加Fuel-cell燃料電池發電機轉的形式源源不絕產生電能,也讓FCV在添加新能源的型態與使用經驗上更接近原有採行石化燃料的傳統汽車形式。

但Fuel-cell燃料電池技術畢竟相對於BEV更前衛,相關技術方案仍有待持續發展更成熟的應用技術,短期內Fuel-cell燃料電池技術用於車輛驅動設計,雖然其運轉產生的剩餘排放僅有「水」,等於是全程無污染物產生的車輛驅動技術,但也因為Fuel-cell燃料電池技術較新、發電機組的體積微縮、發電能量提升與相關技術的整合仍有待持續開發與改善,目前EV車仍以相對周邊技術較成熟的BEV為開發主流。

BEV車型發展條件成熟 取代石化燃料車種指日可待

早期BEV礙於電池技術、電池成本、馬達效能與最大行駛距離等,在面對市場需求與商品化目標仍有差距,但現在在石化燃料成本持續加劇、用車成本飆升狀況下,消費者更為期待全程免用石化燃料的BEV車種推出,這也增加了相關廠商投入發展的意願。

目前BEV關鍵的電池技術,多數車廠傾向採行鋰電池為主流設計,因為鋰電池若採行鋰聚合物材質設計方案,電池模組可以任意塑型設計,相較管狀電池芯的設計方案,可以在有限空間創造更多電池搭載數量,而鋰電池的儲蓄能量與輸出功率,也相較鎳氫電池方案更為實用。

原有鋰電池的材料,在物理特性較為活躍下,可能因為設計不良而產生電池發熱、發火問題;但新的聚合物電池技術,已可以讓鋰電池穩定性提升。此外,利用新製程與結構設計,搭配電池封裝技術的安全性提升方案,同時整合電池平衡管理系統整合方案,管控電池模組的整體運作現況,也能在維持高蓄電能力與輸出效能的同時,為電池模組的安全性同時考量設計的系統安全管理需求,滿足EV車的開發條件。

BEV全電能驅動車型 性能與石化燃料車型不相上下

EV車發展除蓄能與發電設計方案外,另外需考量馬達系統、傳動系統、動力控制系統、車輛控制單元等設計方案,目前馬達系統因應一般中階房車需求,已可具備30~50KW額定功率表現,因應行駛所需的提速、加速需求,最大輸出功率表現可以達到80~100KW或以上,額定轉速可以因應5,000~15,000RPM規格要求,驅動馬達另可輔助採取氣冷或新穎的散熱處理機制。除驅動馬達本身關鍵元件外,驅動系統另需整合差速器、變頻驅動器,相關設計方案必須達到體積微縮(降低車輛尺寸與總車重)、同時需達到具高輸出效能。

目前BEV車種在多數車廠的設計方案下,多數已能達到相當近似採石化燃料之汽車的效能,例如:BEV車輛可在相同車重的條件下,達到0~60km/h加速僅需5~7秒完成、行駛極速可達130km/h、單次充電續航力可達到100公里範圍上下表現,已略具取代傳統石化燃料車型的基礎。若能在電池替換、充電站設施等周邊輔助方案更齊全條件下,BEV車種因應一般通勤與造成都會污染最大的城市用車需求,在單位車價持續壓縮與搭配政府政策輔助政策雙管齊下,應可逐步汰換大量高耗能的石化燃料車種。

同時發展BEV也不光單純在蓄能(電池)、驅動(馬達)技術雙方面的關鍵技術整合,為了驅動BEV更快在市場搶得先機,因應其全電能的潔淨能源與高科技整合優勢,BEV車款設計也必須迎合此設計方向,提出超越現有石化燃料汽車的設計方案,提高購車者或轉換用車型態車主的購買意願。

例如,BEV電動車可以嚐試將現有先進的電子式駐車系統Electric Parking Brake System(EPB)、電動輔助轉向系統Electric Parking Brake System(EPS)、車用網路系統Controller Area Network(CAN)等利用電子技術加以整合,提供全電子控制的前衛電控車輛設計方案,另再針對車用娛樂、行車輔助等各項實用電控配備進階整合,為BEV設計方案加值、加分。


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