【時尚大道】電動車新時代來臨 搞懂動力系統 感受電駒新魅力
全球車市開始朝電動化邁進,許多車廠原本打算跳過油電混合階段,直接發展純電車款,但當時受到基礎建設進度及消費者對於續航、充電時間的疑慮,電動車銷售表現不如預期,因此不少車廠重新將重心轉往油電混合,也研發出多種不同的動力系統。如今市場上純電、油電混合車的選擇相當多,入手前不妨先了解各種動力的運作模式與優缺點,更能順利跟上電動化浪潮。
發展最成熟 Hybrid油電混合
透過引擎結合電動馬達與電池組減少燃油消耗,在高油價時代,油電混合是許多消費者首選,也是目前發展最成熟的電氣化動力;隨著各家車廠不斷研發,如今油電混合系統分成許多種類,包括並聯式Hybrid、串聯式Hybrid、混聯式Hybrid以及輕油電等。
並聯式Hybrid系統特色在於引擎與電動馬達直接連接在同一套傳動系統,以引擎擔任主要驅動,電動馬達只作為輔助動力;遇到全油門加速或起步、爬坡重負載狀況,電動馬達會提供額外輔助動力,代表性車款是Honda油電始祖Insight。
由於並聯式Hybrid馬達只是輔助動力,無法以純電行駛,因此採用體積與功率較小的薄型馬達,機械結構變動不大,整體科技層面低於其他Hybrid系統,開發成本不高,對於車輛售價影響也不大。
Honda油電始祖Insight是並聯式Hybrid的代表車款。
並聯式架構技術層面較低,馬達主要擔任輔助角色。
串聯式 加速性媲美電動車
串聯式Hybrid和並聯式Hybrid完全不同,車輛主要動力來自電動馬達,引擎僅當作發電機使用,一邊供應馬達運轉所需電力,一邊為電池組充電,設計理念接近電動車,最具代表性的便是Nissan e-Power系統。串聯式Hybrid不需透過充電樁補充能源,油耗表現也相當亮眼,還具備媲美電動車的加速性,國內已導入Nissan X-Trail e-Power與Kicks e-Power等車,都是採用串聯式Hybrid系統,由於電動馬達作為驅動,又有引擎擔任發電機,因此獲得「不用充電的電動車」稱號。
Nissan X-Trail使用e-Power系統,這也是目前最為知名的串聯式Hybrid技術。
電動馬達擔任輸出,引擎僅為發電機使用,讓串聯式Hybrid行駛感受接近電動車。
混聯式 高速動力充沛
另外還有Toyota集團獨步全球的招牌混聯式Hybrid,整合並聯與串聯兩套系統的優點,使其低速時能以純電力行駛,高速時則切換為引擎動力,需要強大動力時引擎與馬達又可同時出力,使綜效馬力大於相同排氣量的車款,且節能效果相當明顯,代表性車款是Toyota RAV4。
這套系統由汽油引擎、MG1發電機、MG2電動馬達、鎳氫電池組與精密的PCU控制系統所組成,透過行星齒輪機構進行連接,讓車輛啟動時如同電動車般安靜,低速的油耗表現出色,高速時的動力也足夠充沛。但因系統較為複雜,所以技術門檻也高。
全球公認油電科技最成熟的Toyota,便是採用混聯式Hybrid技術。
混聯式Hybrid結構複雜,但可以達到啟動安靜、低速省油、高速動力充沛等特點。
輕油電 提升引擎運作降低排放
至於輕油電系統則是最接近純燃油車款的Hybrid種類,常見12V或48V配置,代表性車款有12V的Suzuki Ignis、48V的Mercedes-Benz C-Class車系等。透過驅動電動馬達輔助燃油引擎輸出,達到降低油耗、提升引擎運作效率的目的,通常以外掛式小型電動馬達與小型電池組呈現,機構相對簡單,能幫助車輛降低油耗、排放,是逐漸嚴苛的排放法規下誕生的動力系統。
許多歐系車廠都搭載48V輕油電,主要是為了應對嚴苛的排放標準。
透過輕油電系統能提升引擎運作效率,對油耗與排放皆有幫助。
油電混合再進化 PHEV插電式混合系統
Hybrid油電混合的進化版PHEV插電式混合系統,英文全稱為Plug-in Hybrid Electric Vehicle,更接近於純電車的概念,代表性車款有Toyota Prius PHV、Mitsubishi Eclipse Cross PHEV等,不僅電池容量更大、馬達輸出更強,就連電力系統的應用範圍也更加廣泛。由於普遍擁有50公里以上的純電續航里程,支援充電樁快速補充電力,又有引擎能進行驅動,所以被稱為沒有里程焦慮的電動車。
PHEV插電式混合動力接近於純電車的概念,代表性車款有Toyota Prius PHV。
PHEV插電式混合動力既要加油也需充電。
PHEV其實是針對通勤族設計的混合動力系統,當行駛距離在100公里以內時,幾乎能以純電模式到達目的地,就是平日通勤基本不會耗油,需要長途駕駛時又有引擎擔任驅動,因此搭載PHEV動力車款的油耗表現通常遠超Hybrid。
不過PHEV系統需要配套充電樁設施,因為車主可能要每日充電,畢竟PHEV車重較大,若沒有電力僅靠引擎行駛,油耗的數據甚至比純燃油車還要差。對於電動化時代來說,PHEV車款可說是銜接電動車的好選擇,能讓消費者提前培養充電習慣,又沒有里程焦慮問題,最大的缺點便是售價昂貴,維修保養費用較高。
Mitsubishi的PHEV系統相當成熟,台灣市場中可見Eclipse Cross PHEV的身影。
過渡期產品 EREV增程型電動系統
全稱為Extended Range Electric Vehicle的EREV增程型電動系統,100%以電動馬達作為驅動來源,亦可支援外部充電,但電池續航力較小,需在車上額外裝設一具燃油引擎,擔任發電機並為電池增程,和PHEV一樣都是既要充電也要加油的類型,代表性車款為Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV。
不過EREV續航里程較低,引擎並未擔任驅動任務還會產生惱人的噪音與廢氣,加上無法完全透過引擎補充電池能源損耗,在實用性上比起PHEV和Hybrid都差。當時是為解決充電設備不普及、電動車行駛里程不足所誕生的過渡期產品,隨著如今電動車技術成熟、基礎設施日益普及,EREV動力已逐漸退出舞台。
EREV增程型目前已較為少見,代表性車款為Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV。
EREV增程型本質上就是電動車,燃油引擎僅是為增加續航里程而存在。
零污染 BEV純電動力
被許多車廠視為未來趨勢的純電動力,完全以電池電力作為驅動方式,沒有傳統燃油引擎、油箱等結構,只能以充電的方式補充續航力,最具代表性的車款就是Tesla全車系。因相對簡化的機械結構,讓開發門檻降低,如今已有大量車廠推出電動車,競爭相當激烈。
純電車擁有零污染、不排廢氣等特點,電機馬達也有加速即時、低速扭力強勁等優勢,能輕鬆達到燃油超跑等級的加速性能。不過電動車依舊面臨充電速度的問題,以最先進的800V架構為例,補充到80%電量仍需耗時近半小時,相較於加油而言實用性較差,且現階段充電樁密度仍有待提高。
BEV純電動車目前發展最好的當屬Tesla。
雖然BEV純電動車優勢眾多,但普及充電站等基礎設施才是關鍵。
搶攻電動車市場,各車廠紛紛投入開發,市場競爭激烈,消費者也有越發多元的選擇。
未來趨勢 FCEV燃料電池
FCEV與純電動力都被視為未來趨勢之一,英文全稱為Fuel Cell Electric Vehicle,是一種以「高壓氫氣」作為燃料電池的電動車,車內配有氫氣槽,只要加入氫氣就能上路行駛;發電過程只會排放出熱氣及水分,不會造成環境污染,可說是當今最純淨的動力,代表性車款包括Toyota Mirai、Honda Clarity Fuel Cell等。
以目前的技術來說,電動車補充一次氫氣就能有500公里以上的續航表現,且添加氫氣的速度相當快,基本上和加油的時間相當,比起純電電動車更具優勢。只是如此完美的動力也有明顯缺點,便是該技術的穩定性仍需觀察,且造價相當高昂,加氫站的建設也不如充電站來得快速便利,因此目前普及速度仍不如電動車。
Toyota Mirai是FCEV燃料電池的代表性車款,曾創下續航里程的世界紀錄。
透過氫燃料進行驅動,堪稱現今最純淨的動力。
Honda對氫燃料的研發也相當深入,旗下Clarity Fuel Cell就使用FCEV燃料電池。
動力系統優、缺點比較
Hybrid油電混合系統
優點:減少燃料消耗,節省能源。行駛里程長,不需要充電。
缺點:仍有燃料排放,對環境影響較大。對動力系統要求高,維護成本較高。
PHEV插電式混合系統
優點:純電行駛里程,油耗表現出色。性能突出,沒有里程焦慮。
缺點:要有充電樁配套。雙動力系統維修,保養費用高。
EREV增程型電動車
優點:電動模式下行駛零碳排。增程器提供較長行駛里程。
缺點:增程器使用燃料,增加環境影響。成本高、技術複雜。
BEV純電動車
優點:零排放對環境友好。低能源消耗,性能出色。
缺點:充電時間長,充電基礎設施不足。行駛里程有限,電池續航力可能不足。
FCEV燃料電池
優點:零排放對環境友好。行駛里程長,加注氫氣耗時短。
缺點:氫氣基礎設施不完善。高成本和複雜的技術。
圖片提供:Honda、Nissan、Toyota、Mercedes-Bnez、Mitsubishi、Tesla、Kia