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國際電動車輛關鍵系統發展新知
  • 發布年度:2019
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處 林博煦

    近日新聞報導挪威於3月份之新車銷售數量中近60%為電動車輛,對應到前幾年各個先進國家所訂立停止販售內燃機車輛之時程,可見到的確已促使包含Tesla、VW、Nissan、Toyota、GM等國際車廠轉向發展電動車輛產品,藉以符合此一國際車輛趨勢。然而目前電動車輛議題逐漸為自駕車輛議題所淹沒,因此,本文透過觀察於國際電動車輛研討會(EVS31)中之參展產品狀況,針對目前國際電動車輛關鍵系統之發展狀況進行介紹與說明。

    高效率動力系統
    電動車輛想要達到量產階段,包含有驅動器、馬達及減速機構之動力系統為一關鍵系統,除了朝向高功率、高效率之性能發展外,減少體積、重量之整合化設計目前成為各大廠之首要趨勢。隨著技術提升及系統整合後,未來其體積功率密度發展趨勢由2020年之1.6kW/kg逐漸提升,至2025年估計可達2.2~2.5kW/kg之目標。此一目標除了進行高效率馬達設計(包含有電磁場分析、結構分析、電路耦合分析及應力分析外),另外亦朝向動力系統一體化設計,亦即將動力馬達、驅動器及減速機構整合,藉以縮減其體積及重量等規格,藉以提高量產化與應用之便利性,但相對地針對整合後之電磁干擾及振動等議題,即為需著力解決之問題。

    圖1. 整合式電動車動力系統示意
    來源:Bosch

    電池系統
    電動車輛依據車輛性能定位需求進而選擇採用高能量密度或是高功率密度之電池,再跟據車輛空間限制與應用環境需求進一步設計電池組,然而在近幾年內除了逐步提高的電池管理技術外,電池材料之研究仍然持續進行當中。由Ricardo所公布資訊提及,目前蔚為主流之鋰電池依據正極材料的分類可粗略包含有9種左右的材料,目前所廣泛使用磷酸鋰鐵(能量密度150~170Wh/kg)與鋰三元電池(能量密度可達265Wh/kg)外,包含有可快速充放電(放電可達2C)的鈦酸鋰、更高蓄電量之鋰硫電池(能量密度>360Wh/kg)、體積小安全性高的固態鋰電池及高能量密度的鋰空氣電池等均為大力發展標的。

    圖2. 電動車輛電池技術發展趨勢
    來源:Ricardo

    充電技術與設備
    隨著電池芯與電池組設計技術日新月異,電動車電池系統之蓄電量亦隨之提高,例如Nissan Leaf蓄電能力即由2011年車型之24kWh提升至2016年之30kWh,特斯拉甚至可儲存100kWh之電量,以提供另駕駛者滿意之續航里程。也由於電池電量提升緣故,充電設備勢必亦必須提高其供電能力,以維持或降低電動車充電等待時間。此一趨勢亦表現在EVS31現場所展示充電設備產品,均為高功率輸出規格(例如輸出電壓920V、充電功率452kW,或是輸出電壓1000V、充電功率300kW之規格),均可在短時間內使電動車輛完成電能補充。

    圖3. 日本CHAdeMO協會展區
        
    圖4. 各式高功率快速充電裝置

    結論
    電動車輛發展目前仍處在百家爭鳴階段,包含有油電混合車輛、增程型電動車輛、電池電動車等,透過其不同之運作機制達到省能、潔淨之特色,以符合國際間日益嚴格之環保要求。然而,若以零污染排放標準評判,未來仍以電池電動車輛為最後之潔淨車輛目標。因此,相關電池技術及對應之充電控制技術於未來仍將為各方廠商研究重點,使電動車輛的續航力能量補充等各方面不遜於現行內燃車輛,讓電動車輛更為普及。
     

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