打綠色美好生活旗幟 電動車大騙局?

打綠色美好生活旗幟 電動車大騙局?

眼下全球第一部「量產EV」-Mitsubishi i-Miev已在日本上市,而日產剛發表的「Leaf」純電動車,更矢言要擊敗Toyota的油電混合車。儼然地,全球各大車廠已經把電動車的上市目標時程,瞄準於2010至2012年間,蓄勢待發……。然而眼見為憑,當年台灣電動機車的慘痛記憶,純電動車在眼前仍然只是一場騙局。

其實不需要等到電動車普及,在目前的Hybrid車型上就已經在進行一場「汽車零件革命」。為了降低引擎負荷,現在新車多採用「電動馬達伺服方向機」而不再利用液壓作為動力輔助,而大約4、5年前,Toyota SUV車型開始改配「電動馬達輔助煞車總泵」替代了以往的「引擎真空助力」,這是為了確保萬一車輛在off-road過程中熄火,駕駛人還能控制車輛而不致「煞車不停直直走」。

同樣的,在少了引擎怠速運轉、拉動「綜合皮帶」的條件下,停等紅綠燈時如何維持車艙內的空調運作、保持宜人的溫度,一人發一把扇子?那可真瞎!替代方案是改用「電動壓縮機」,同樣是利用電源驅動壓縮機運轉、壓縮冷媒,除了壓縮機轉動的動力源不同之外,其他的原理都沒變,喔!對了,R134a冷媒即將被淘汰,未來汽車空調系統內充填的將是「二氧化碳」!


除Prius全球熱賣外,Toyota預計在2010年也將推出「FT-EV純電動車」,空車售價15,000美元、電池與動力馬達套裝5,000美元,總價約折合台幣65萬元

價低者得、先搶先贏

現在的狀況與12年前的「Hybrid革命」完全相同,當時主要汽車大廠對於Toyota砸下鉅資投產Prius的行為嗤之以鼻,但今天證明豐田是對的!目前所有消費者心目中已經建立了「Toyota = Hybrid」的概念,而該車廠也成功建立了「油電混合車就是省油也等於環保」消費理念,在次世代汽車銷售戰場上豐田已經立於不敗之地。

為了搶得「電動車,EV」市場先機,這次沒有一家車廠敢掉以輕心!最積極的車廠當屬日本三菱汽車(Mitsubishi),其「i-MiEV」迷你電動車在7月已於日本上市,新車售價459.9萬日圓,折合台幣約154萬元!這顯然沒啥市場競爭力,因為這個價格已經比第三代Prius貴了一倍!(入門的L版車型售價為205萬日圓)


 

Nissan不但狠而且聰明。在8月2日「全球初發表」的純電動車-Leaf報價僅與Tiida差不多,也就是台幣50萬元上下!比起入門版Prius的68萬元台幣更具競爭力。這個價錢對於「自備停車位」的用車人顯然更有吸引力,只要停車時將充電器插上,明天出門時至少可以開上個160公里,除業務人員之外,這對一般普羅大眾已足敷使用,最棒的是,你再也不必擔心國際原油價格的高低,因為你的電動車根本不需要進站加油。

三菱「i-MiEV」才剛在日本上市,Nissan就打出「Leaf」只賣50萬台幣的殺手金間!這當然對「i-MiEV」的銷售造成嚴重的影響,但商場如戰場,有了豐田成功卡位的教訓之後,誰都不敢掉以輕心!這便是Nissan Leaf得在明年第一季才能上市販售,卻故意在此時放出風聲的原因。


在委由Zytek公司改裝的「Smart電動車」取得相當成功的數據後,M.Benz決定將其量產上市,售價同樣也定在2萬美元左右、上市時間暫定在2012年

 

Mitsubishi i-MiEV
馬達 永磁式同步馬達
最大功率 47kW(相當64hp)
最大扭力 180Nm(相當18.4kgm)
耗電量 125Wh/km(10-15 mode)
可行駛距離 160km
電池種類 鋰離子
工作電壓  330V
蓄電容量  16kWh
長/寬/高 3395/1475/1600mm
乘員數量  4人
軸距    2550mm
車重     1100kg
上市日期  Jul-09
售價      台幣154萬元

高密度、低重量的實用電池標準

目前幾乎所有的EV車用電池仍需使用「串並聯」的方式來提高「端電壓」與「增加容量」,例如i-MiEV便使用了88個端電壓3.7伏特的鋰電池,串聯達到325.6伏特的端電壓輸出,進而推動代號「Y4F1」的驅動馬達。而容量則牽涉到「可行駛距離」,i-MiEV的電池容量為16kWh,即16千瓦小時,在這種容量下可以行駛160公里,同理,如果再攜帶一組相同容量的電池,續航力將可突破300公里,但此時車艙可用容積將所剩無幾。

BMW集團的「Mini E」就是最好的對照組,在犧牲了整個後座之後,整部Mini變成了「雙座跑車」,重達280kg的電池能提供250公里的續航力!因此,目前與未來的電動車關鍵技術,將是看誰能早一步達到「高密度、低重量」的「實用電池」標準,以目前全球最大電池製造廠「日本三洋、Sanyo」所公布的數據為例,其「UR18650E」鋰離子電池的「重量能量密度」為109Wh/kg,組合成1.5kWh容量重量為14kg,以i-MiEV車型的16kWh容量為例,電池重量則達到149kg。


與三菱「i-MiEV」相同,「Smart EV」也採「後置馬達、後輪驅動」的設計,此舉具有與駕駛人體重達成車身前後配重的作用

重量愈重、愈不利於續航力的表現,而這也是未來各位選購電動車時,除底盤懸吊設定、配備豐富度之外,新增的評分標準。Nissan也公布了他們自1992年便開始研究的「薄層電池,Laminated Li-ion battery」技術,其體積不但僅有傳統電池的一半,其「重量能量密度」亦高達140Wh/kg!但由於Leaf車身採用可容納五名成人的「五門掀背設計」,在車身重量較重的前提下,續航力僅維持在160km的水準。日產的「薄層電池」設計已具有相當實用性,預估在5年之內,各家車廠的EV相關技術將會到達一個成熟的境界,屆時市售EV車款各部性能將與現行汽油車款無異。


Volvo目前並沒有EV上市計畫,但即將在法蘭克福發表的「ReCharge Concept」車系可以視為強化版Hybrid,算是電動化程度較高的油電混合車型。

Mini E
馬達 永磁式同步馬達
最大功率  150kW(相當201hp)
最大扭力 220Nm(相當22.4kgm)
可行駛距離 250km
0100km/h 8.5秒
極速         152km/h
電池種類 鋰離子
電池重量     280kg
乘員數量     2人
上市日期     未上市

馬達結構有待改進

截至目前為止,所有的電動車都以「市區代步行駛」為設計範疇,除了充電站的考量外,更重要的是電動馬達的特性是轉愈快、愈耗電,以「Luxgen M7電動車」為例,以40km/h定速行駛可以跑上320公里,但若將速度提昇至60km/h,可行駛里程就只剩下298公里。從技術數據中也可以看出,當電動車以90km/h速度前進時,其耗電量幾乎是40km/h定速行駛的3倍!因此EV並不適合「長途高速」行駛。這是推廣電動車必須克服的技術門檻,而其中最主要的關鍵就是馬達的結構問題。


ReCharge Concept」概念圖

咦?前面說電池容量不足、車開不遠,這下又說車速愈快、馬達耗電愈兇!EV的「實用性」似乎不高啊?

現況就是如此,推廣EV普及有三大問題,電池續航力、馬達性能與充電站密度,前兩者得靠業者自行解決,而充電站的設立則得「公部門」的大力支持。由於各國都想搶得EV產業先機,因此砸錢設立充電站、大規模試行電動車反倒成為最容易的事情。提昇電池性能一事,除車廠本身持續努力外,各大「汽車電池製造廠」也戰戰兢兢地研發新技術,就怕一個不小心,百年基業就這麼被「搓」掉、企業毀於一旦!


利用外接電源替電池充電

至於「驅動馬達」的性能提昇,目前看起來也是Mitsubishi的「輪內馬達」技術最先進!早在2007年,三菱汽車就已經一併發佈了「i-MiEV」與「i-MiEV Sport」,而後者便是搭載「輪內馬達」的小跑車。我們不得不說三菱工程師真的很聰明,他們知道人類追求「速度刺激」的慾望是不會變的,即便從內燃機換成電動馬達,駕駛人還是想要操控好一點、加速快一點!而「輪內馬達」正可以滿足這樣的需求。

顧名思義,「輪內馬達」就是將馬達的定子、轉子與線圈給「輪圈化」,從圖中可以清楚看出,輪胎與鋁圈依然是透過螺絲固定在車身之上,且煞車卡鉗與碟盤的設計也沒變,換句話說,「輪內馬達」為片狀設計,它的固定位置就在輪圈與煞車卡鉗之間。


平時利用電力行駛

這種設計最大的好處就是反應迅速直接,當四個輪子都安裝了「輪內馬達」,這部車當場就變成「i-4WD」的傳動設計,需要動力時,ECU就讓控制器送電、驅動車輪。當輪胎開始打滑,ECU就讓電流小一點。而當車輛減速或是下坡行駛,四個馬達就變成充電器、開始對電池充電。且由於其為「化整為零」的設計,車身不需再承載沉甸甸的馬達,除車艙空間更大外,對於續航力也有相當的幫助。
 
「輪內馬達」的缺點為何?為了減輕「簧下重量」以及提高耐衝擊性能,它必須使用更好的材料。而車輛會涉水,此時馬達就得泡在水裡面,高標準的「耐候性」與安全性都是其成本高昂的原因。


電力不足時引擎才會發動充電

Plug-in設計成中繼

除了前述日本車廠外,歐美車廠也紛紛投入EV的研發領域,等級可以這麼分類,從目前最普遍的內燃機設計,進階到「油電混合Hybrid」,然後是可以外接電源充電的「Plug-in Hybrid」,最後才是純電動的EV。

Toyota除在Hybrid科技領先群雄外,也準備在2010年推出「FT-EV純電動車」搶占EV市場。以iQ為基礎的FT-EV採雙座設計,與Nissan Leaf相同,它也可能採用車身與電池分開賣的販售方式。而來自德國的BMW集團同樣也不落人後,純電動的「Mini E」目前雖未上市,但正在世界各國緊鑼密鼓地路試。但由於堅持車輛加速性能,再加上德國人嚴謹的本性,因此目前車輛續航力並不出色,但別忘記「德制功率」還是比較實在的,當BMW宣布「Mini E」續航力達到300公里時,那就代表不論你怎麼操、「Mini E」就一定可以跑上官方公布的行駛里程。


2007年,三菱汽車便已進入EV領域,當時就一併發佈了「i-MiEV」與「i-MiEV Sport」兩款電動車型

幾乎所有的德國車廠都一樣,因長時間注重柴油動力的發展,在EV領域幾乎是「從零開始」!自2008年1月開始,共有100部由Zytek公司改裝的「電動版Smart」在英國倫敦市區進行一項大型試驗,在確定效果良好之後,M.Benz決定將「Smart EV」量產化,預計在2010年上市、售價則壓低在65萬台幣以內。


三菱的「輪內馬達」技術目前最為成熟,它具有減輕車重、增加續航力以及提高操控性的直接作用

 

Smart EV
最大功率  30kW(相當40hp)
耗電量 193Wh/mile
可行駛距離 110km
充電時間    80%:4小時
          100%:8小時
0100km/h 8.5秒
極速  120km/h
乘員數量  2人
上市日期  未上市
售價      2萬美元以內

未來車市閃亮新星

看到這裡,讀者應該發現了現行EV多是車身極小的「迷你車型」,這主要是因為現行電池續航力不足、充電次數頻繁,而為了提高EV在城鎮區的實用性,它當然就必須配上個小車身,且車重愈輕對於電池的負擔也就愈小,這便是目前浮上檯面的EV多是迷你小車的主因。

即將在法蘭克福發表的「All-electric C30」是一部純電動車,但Volvo目前並沒有將其量產的打算,該廠目前主推「ReCharge Concept,強化版油電混合概念」,包括V70、V50均將推出「ReCharge」車款。

以大家耳熟能詳的Prius為例,它必須加油,當電池電力不足或是需要較大動力時,引擎將會發動、提供輔助動力。Volvo的「ReCharge Concept」則加入了「Plug-in,家中充電功能」,在「輪內馬達」與發電機配合下,引擎僅作為發電機之用,平常並不發動,因此可將「ReCharge Concept」視為具備油電混合車硬體但驅動偏向電動車的設計。

如果行李廂內的電池電能充足,引擎將不會發動。駕駛人可以利用路邊停車的機會或是晚上回家時將電池充飽,則引擎將永遠沒有發動的機會。與Prius相較下,「ReCharge Concept」擁有相同的機械結構但利用「電能行駛」的時間卻較長,雖然尚無EV車款上市計畫,但Volvo此一概念預料也將獲得相當的市場支持。


目前EV車用電池仍是利用單一電池逐一「串並聯」達到所需的端電壓與容量,目前「重量能量密度」約為109Wh/kg,預計得提高至150Wh/kg的水準,EV才能具備足夠實用性

目前的EV領域似乎是日本車廠獨領風騷,但美國Ford、通用汽車的電動車技術也相當成熟,且前者最近才獲得「美國能源部」的鉅額研發補助款(Nissan亦獲得補助),預料將對其EV技術產生「爆炸性進步」的作用。總之,雖然目前EV技術尚未成熟,但日本當地已經開跑,而台灣預計在年底之前也會有「Tobe電動車」、「Luxgen M7」等EV面世,因此在「溫室效應」危機沒有解除前,電動車都會是市場焦點。

接下來這幾部各車廠的首發電動車,就讓我們先來一睹為快!


 

BMW集團的「Mini E」目前也卡在電池技術無法突破,重達280kg的電池佔據了後座,但續航力有250公里

 

8月2日的Leaf發表會上可說是冠蓋雲集,在自家的「薄層電池,Laminated Li-ion battery」加持下,Leaf不但車艙空間遙遙領先對手,充飽電後可連續行駛160km、最高時速可達140km/h的性能也相當出色,最重要的是它只賣50萬台幣!無怪乎日產汽車總裁Carlos Ghosn信心滿滿地表示,Leaf銷售量即將超越Hybrid車型。

電池續航力

電動車以「串並聯」方式提高「端電壓」與「增加容量」。例如Mitsubishi i-MiEV便使用了88個端電壓3.7伏特的鋰電池,串聯達到325.6伏特的端電壓輸出,進而推動驅動馬達;而容量則牽涉到「可行駛距離」,i-MiEV的電池容量為16kWh,即16千瓦小時,在這種容量下可以行駛160公里。
未來電動車關鍵技術:「高密度、低重量」的「實用薄層電池」。以目前全球最大電池製造廠「日本三洋、Sanyo」的「UR18650E」鋰離子電池,其「重量能量密度」為109Wh/kg,組合成1.5kWh容量重量為14kg,相較於i-MiEV車上的16kWh容量為例,電池重量則高達149kg。

馬達性能與耗電量

電動馬達的特性是轉愈快、愈耗電。從技術數據中可以看出,當電動車以90km/h速度前進時,其耗電量幾乎是40km/h定速行駛的3倍!因此目前EV並不適合「長途高速」行駛,而這其中最主要的關鍵就是馬達的結構問題。
就「驅動馬達」的性能提昇,以Mitsubishi的「輪內馬達」技術為例,將馬達的定子、轉子與線圈給「輪圈化」,固定於輪圈與煞車卡鉗之間,最大好處除反應迅速直接外,更具備了「i-4WD」的傳動設計,而當車輛減速或是下坡行駛,四個馬達就變成充電器、對電池充電;且由於「化整為零」的設計,車身不需再承載沉甸甸的馬達,除車艙空間更大外,對於續航力也有相當的幫助。

充電站密度

目前在日本東京市區街頭已可看見零星的「充電站」設置,而大規模充電站的設立、統一充電接頭的規格等,都是EV的商機。國內包括台塑集團與中油已經開始評估在旗下加油站附設「充電站」的業務,電動車要普及就必須要有足夠數量的充電站,除加油站轉型外,各汽車維修廠亦可以「兼營」這項業務。
 


電動車(EV)普及速度的三大要素:「電池續航力」、「馬達性能與耗電量」以及「充電站密度」

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