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混合動力Hybrid Vehicle發展趨勢

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採行Serial hybrid方案的volt,可利用相對低廉的市電作為動力來源,停放車庫期間可進行電池蓄電。chevy
採行Serial hybrid方案的volt,可利用相對低廉的市電作為動力來源,停放車庫期間可進行電池蓄電。chevy

即便BEV(Battery Electric Vehicle)/FCV(Fuel-cell Electric Vehicle)用車全程不會產生空污問題,但實際上仍會遭遇核心技術尚未成熟與充電站設置不夠廣泛問題,反而採行石化燃料、電力輔助雙軌共行的Hybrid Vehicle,在開發環保節能用車政策方面,為目前較折衷且容易施行的車輛設計方案...

BEV(Battery Electric Vehicle)、FCV(Fuel-cell Electric Vehicle)由於驅動動能來源全為電力,即便Fuel-cell為透過化學反應產生電能,但實際發電過程衍生物僅有「水」,基本上可以算是零空污問題。但現實的用車環境,發展BEV需面對廣設充電站的初期建設問題,而發展FCV又必須在Fuel-cell技術更成熟後才有機會。

Siemens eHighway技術方案,可以讓油電混合車減少搭載電池數量,同時可將車體重量減輕,但必須搭配基礎建設配套。Siemens

Siemens eHighway技術方案,可以讓油電混合車減少搭載電池數量,同時可將車體重量減輕,但必須搭配基礎建設配套。Siemens

Siemens eHighway技術方案,可以讓油電混合車減少搭載電池數量,同時可將車體重量減輕,但必須搭配基礎建設配套。Siemens

Siemens eHighway技術方案,可以讓油電混合車減少搭載電池數量,同時可將車體重量減輕,但必須搭配基礎建設配套。Siemens

chevy volt將原有排氣管、油槽空間,全改置放鋰電池蓄電模組,搭配小型發電燃油引擎,延伸Serial hybrid的續航距離。chevy

chevy volt將原有排氣管、油槽空間,全改置放鋰電池蓄電模組,搭配小型發電燃油引擎,延伸Serial hybrid的續航距離。chevy

現行Serial hybrid/Hybrid Plug-in系統,可利用石化燃料為動力的發電機,改善BEV純電力驅動車型的續航能力問題。Volvo

現行Serial hybrid/Hybrid Plug-in系統,可利用石化燃料為動力的發電機,改善BEV純電力驅動車型的續航能力問題。Volvo

尤其是BEV應用方面,即便車主可利用自家車庫的市電為BEV蓄積電能,但真實的用車環境,車主仍常有長距離駕車需求,若超過BEV的有效巡航範圍,是必須利用中繼的充電站來補充BEV的電能,而充電技術不若石化燃料的油料補充方式可以在數分鐘內完成,BEV視不同充電技術至少也需要數十分鐘至數小時才能完成充電。

發展BEV/FCV的相關限制

這時另一種更換BEV電池的能源補充方案的實用性會更高!但更換電池設計方案又牽涉到不同車型的電池規格相容度、電池新舊的折舊問題,其需考慮的設備、料件折舊攤提與服務機制架構的高複雜度,又會比簡單的燃料充填複雜許多,這些都會影響BEV初期市場發展的擴散速度。

反倒是沒有完全放棄石化燃料的Hybrid Vehicle設計方案,可以在BEV較令車主難信賴的最大行駛範圍、燃料補充問題方面,沿用傳統石化燃料的供應體系,提供最佳化、低成本的完整系統奧援,成為滿足節約能源、減低空污排放...各方面要求目的的車輛動力設計方案。

BEV適合短途通勤 長途需整合Hybrid設計方案

目前環保節能的車輛設計方案,大體上會將車主的用車習慣進行區隔,再針對性的分成幾種設計方案因應。例如,若是僅在都會區或是都會與衛星城市的往返通勤需求,這種用車型態一般約150~200km,單日200km巡弋範圍已經可以滿足多數都會用車人的通勤需求;此方向的設計方案,即可利用全電池驅動的BEV架構進行產品規劃,而這類BEV大多可在8小時內利用市電完成車輛的電能回補,不只可在家中市電(230V/16A)進行蓄電,也能在停車場或充電站進行蓄能。

至於針對長距離的用車方案,目前多數方案會採取汽油或是柴油的Hybrid系統,但Hybrid油電混合的共軌系統視其油?電動力切換設計的方案差異,只能說是優化了現有汽油引擎的耗能問題,改善幅度約為60%~70%上下的節能差異。而現在發展較熱門的技術,則為柴油或汽油的Hybrid Plug-in系統(或另稱為Serial Hybrid系統)。

相較於仍以石化燃料為主的Hybrid油電混合設計方案,Hybrid Plug-in系統為利用電能為主,搭配汽?柴油內置發電機,作為當Hybrid車輛用光電池儲蓄電能後的輔助延伸巡航範圍驅動電力的附加設計系統方案。以柴油Hybrid Plug-in系統為例,單次巡航範圍在電池蓄電滿檔、油料充足條件下,可以滿足1,200公里的巡航範圍,實用性與便利性極高。

Siemens提出eHighway新油電混合概念技術

現有油電混合應用技術,多半僅針對家用房車為發展,反而耗能更多、空污也不遑多讓的卡車、營業用大型車輛,其油電混合或全電力車應用潔淨能源的車輛設計方案較有限。其中Siemens發展的eHighway概念的卡車用油電混合技術,相當值得持續觀察。

卡車這類運輸工具,具有行駛路線趨於一致特性,加上車輛必須爭取更多載貨空間,無法如使用BEV或Hybrid Plug-in系統之車輛可裝載大量電池,其電池的數量必須減量甚至減到最低,但如此一來節能的效益就相對小許多。為改善這個問題, Siemens在商用貨車的Hybrid系統導入如電聯車的電力供應設計方案。

Siemens eHighway概念油電混合技術,利用在高速公路設置供電設施,貨車可如電聯車般升起取電電刷自供電線路取得電力,即可因為只要上了高速公路就能銜接取電的優勢,避免在貨車內裝載大量電池而增加車重、減少載貨空間的困擾,並可以利用現有的柴油?汽油車輛經簡單改裝,就能升級eHighway Hybrid油電混合設計方案。

Siemens eHighway應用概念,因為貨車本身並非行駛於固定位置的鐵軌,基本上仍為車輛的形態,因此勢必會碰到駕駛在行駛自供電線路透過取電電刷取電的對位問題。因此在Siemens eHighway的設計方案中,利用影像辨識追蹤技術,讓取電電刷可以透過車頂同步攝影鏡頭,利用機器視覺感測供電線路的位置,同步驅動取電電刷的偏轉角度,只要駕駛讓eHighway油電貨車駛於特設eHighway車道中,即便行駛位置與供電設施有些微誤差,車頂設置的動態追蹤攝影機仍會透過追蹤調校角度機制,令取電電刷與供電線路達到高度與位置上的一致,維持最佳取電狀態。

利用Siemens eHighway的設計方案,eHighway油電混合貨車即可簡省大量電池設置空間,就能取得源源不絕的電力來源,而簡省電池的好處除了重量減輕、車輛油耗大幅降低外,利用電力行駛期間車輛可以說是完全不需石化燃料驅動車體,達到大幅減排、減污目的,同時,貨運業者也能用極低改裝代價,完成車輛的節能設計改善。

家用EV輔助應用方案

如發展Hybrid技術較慢的Volvo車廠,原先寄望於發展柴油、酒精等能源燃料為環保用車主力,但隨著EV車發展逐漸成熟,也進行開發方向轉換,同時進行BEV全電能驅動車與柴油Hybrid Plug-in系統兩種環保車節能設計。

以BEV型車種來說,Volvo以C30車型架構發展馬達直驅車種的BEV,利用前置直驅馬力111hp的馬達為動力,將原有石化燃料車種需要的排氣管、油箱位置,改換成儲放具24KW的鋰離子電池模組,此款BEV具0~100km加速僅需11秒、極速可達130km/h表現水準,由於針對每日通勤用車需求開發,電池續航力可達150km。

而針對柴油Hybrid Plug-in系統方面,則採同樣的馬達直驅設計方案,電池主力驅動設計小幅調整,同時追加一組40L的油料箱與柴油發電機組,作為當電池用罄時的備援供電方案,而透過柴油發電機的輔助,可讓柴油Hybrid Plug-in系統的鋰電池沒電時,還可在一般提供石化燃料的加油站添加發電用的油料。

由於內置柴油引擎僅為發電使用,因此性能不用特別為驅動性能調校,而是僅需要穩定輸出帶動發電機所需的基礎動力即可,相較精密調校動力輸出的引擎,這種專為帶動發電機組用的引擎設計相對簡單、成本低廉許多,同時也少了許多傳統引擎的動力改善組件,例如渦輪增壓設計或是可變汽門的複雜動力調整設計方案。

同樣的概念,在美系車廠,如GM也是用近似的概念發展Serial hybrid架構的油電混合車款,目前較熱門的chevy volt車款已是Serial hybrid架構的量產車型,在美國市場表現相當耀眼。

Hybrid油電混合動力系統

即便BEV和Serial hybrid/Hybrid Plug-in系統等後起之秀相繼竄頭,但實際上汽車產業由於多數用車人的習慣使然,仍舊較偏好以油電共軌的Hybrid系統節能車型。因為傳統車主對於汽油?柴油引擎的性能表現較為信賴,一方面是動力輸出問題,另一方面是巡航範圍相對更讓車主信賴,尤其是隨處可得的石化燃料添加方案,會比需要長時間充電的Serial hybrid/Hybrid Plug-in或是BEV更讓車主信任。

尤其是汽油?柴油+電力整合的混合動力技術,其燃油發動機的設計方案,是現有汽車產業發展最完整的動力技術模式,Hybrid系統為在現有引擎基礎下追加輔助電能驅動方案,為兼具傳統用車習慣、改善現有引擎節能表現的折衷設計方案。

現有Hybrid油電混合動力技術,仍以TOYOTA等日系車廠發展相關車型較多,透過技術交互授權,例如TOYOTA與BMW的油電混合動力技術與柴油發動機交換技術授權,也讓歐系車漸漸大量因應市場潮流,推出多款Hybrid油電混合動力車型。

另外,歐系最大汽車集團Volkswagen Group,也嚐試以Full hybrid系統自主研發油電混合動力設計方案,而此一油電混合動力設計方案已用於Volkswagen、Audi等VW車系品牌Hybrid車型;至於法國PSA集團,則鎖定柴油混合動力整合,發展柴油動力與電力驅動的Hybrid油電混合技術車款。


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