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2013 SAE年會特報 - PHEV is growing up?
  • 發布年度:2013
  • 主要類別:車輛零組件
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 零組件品質部 環境測試課 施冠廷

    SAE展覽與國際間其他汽車展(Auto show)最大的不同,就在於其結合學術發表與產品實體展現,同時藉助車輛產業供應鏈位於底特律的地利之便,拉近與會者和廠商之間的距離,在這裡幾乎沒有Show girl,而是介紹新技術的專業工程師,和發表近期車輛相關研究成果的學者。

    今年的SAE年會儘管在展場方面並不張揚,但仍可感受到廠商在Plug-in HEV方面的經營,如圖1所示,左為Ford C-Max,單以7.6KWh的鋰電池可提供21英里(33.6公里)的純電動行駛距離,而混合動力模式下,經美國環保署評估(EPA-estimated)其最長行駛距離則達620英里(992公里);圖2為今年年初起在美國紐約和加州販售的Honda ACCORD,其6.75KWh的鋰離子電池可提供13英里(20.8公里)的純電動行駛距離,平均油耗可達一公升跑48.89公里,遠超過其他競爭對手,這是Honda因應北美LEV3/SULEV20最新排放標準而生產的首部量產車,圖2右示的雙電動馬達帶動引擎來提高Hybrid轉換的效率;由此可見,儘管近兩年各國政府力推示範運行,卻受電池能量密度與快充特性無法滿足市場需求而成效不佳,但鋰離子電池系統的應用仍發酵於插電式油電混合動力車 (Plug-in HEV,PHEV)上。

    圖1 2013年SAE展場上的油電混合車輛

    圖2 Honda以雙馬達提高內燃機的效能(資料來源:2013年SAE年會論文”Development of a New Two-Motor Plug-In Hybrid System”)

    而在純電動車輛(Battery EV,BEV)方面,日產(Nissan)自2012年11月推出第二代的LEAF,在行駛規範JC08的測定下可達228公里的續航力,如圖3所示,在Inverter與PCU上進行整合,藉此縮減體積和重量,同時藉由電池技術的改良,如圖4所示,在達到原本24KWh電容量的前提下,電池本身的重量減輕20kg,以提高LEAF的續航力。

    圖3 新一代LEAF將Inverter與Motor做整合以提高效能並降低重量(資料來源:2013年1月號日經Automotive technology”日產一部改良したEV─「リ一フ」”)
    圖4 2013年SAE展場上的純電動車輛 - LEAF與其重量減輕的電池(資料來源:2013年SAE年會論文”Newly Developed Lithium-Ion Battery Pack Technology for a Mass-Market Electric Vehicle”,由Nissan Motor的Yukiko Kinoshita等人發表)

    Li-Ion battery system is developing continuously with PHEV…

    從過去2012年的銷售情況來說,如圖5所示,GM Volt所代表的PHEV,儘管銷售進展在NHTSA(美國國家高速公路安全管理局)委MGA Research進行碰撞測試之起火事件遭受打擊後,兼之售價不為北美多數市場接受,但實際的銷售數量,仍較其他EV佳,從使用的角度來說,PHEV或EREV(Extend-Range EV, 增程式電動車)的確能在傳統燃油車輛與BEV之間,成長為一多方優勢的產品。

    圖5 2012年xEV銷售調查,其中Mitsubishi i-MiEV所包含的是其他所有的數量,而Toyota PiP為Plug in Prius,上述單位為輛。(資料來源:Vehicle registration agencies, Bloomberg New Energy Finance)

    而在鋰電池應用於車輛動力系統的發展上,與會期間,筆者曾與北美TÜV SÜD電池測試的首席工程師Erik J. Spek交流,其論及鋰電池相較於鎳氫電池的發展,認為尚有須多特性改善和提升的空間,鎳氫電池發展了近百年,直到二十多年前由TOYOTA裝備到目前最成功的Hybird-Prius上,而鋰電池從鋰鈷、鋰錳,到現在中國大陸主流的磷酸鐵鋰,也不到二十年的時間;鋰電池若能在負極材料、電解液、SEI形成與調節,以及在溫度失控等四個議題上有所突破,則未來在動力系統、儲能裝置的應用上必當仁不讓,就算是以目前的鋰電池技術來說,亦可見足以採用於目前的PHEV上,而可作為該產業一個發展中的過渡時期。

    PHEV is coming, but Taiwan?

    如圖6所示,筆者在參加年會之餘,路經位於底特律靠近Novi一帶時,恰好見到去年宣佈破產的美國電池大廠-A123其中的一座廠房,儘管已遭中國大陸萬向(Washington)收購,且合作廠商FISKER也因為電池的問題於2012年的夏季起,停止販售PHEV跑車,但從另一個角度來說,萬向企圖在電動車領域形成電池→電機→電控→電動車的發展思路似已逐漸成型,在中國大陸廣大的市場與政府強制的推廣下,這未嘗不是電動車發展的一個好契機;在這過程中,我們可以推測鋰電池系統的趨勢走向,儘管電池的能量密度與快充特性,尚未符合傳統燃油車使用特徵,但無論是以內燃機作為動力/發電,還是以燃料電池作為動力,xEV絕對少不了儲能用的電池系統,然而關鍵技術,不僅是在電池單元製程上的良率,其控制系統須對電池單元的化學特性,需有更強健的控制與調節能力,借取前車之鑑,使鋰電池將可在系統化的監控下發揮其性能與優勢。

    圖6 A123位於Detroit, Novi的公司,當天星期五,大門緊閉,
    但後頭的貨倉仍出貨頻繁,門口還有五六台FISKER的Plug-in電動跑車。

    台灣過去數十年專注於3C鋰電池芯的廠商,在電動車展業發展過程中,已逐漸針對動力電池應用在車輛所面臨的嚴苛議題,思索解決方案,包括電池串的溫度控制系統、高電壓安全管理、機構於車輛上的振動耐久強度等;與此同時,國內政府在推動新能源車輛產業的政策上,因應國際趨勢的轉變(排放要求、車輛安全性等),亦規劃朝向xEV車種發展,從系統面的需求導向,來輔導業者切入零組件供應鏈。鑒於此,車輛中心近期陸續建置針對「電池系統可靠度驗證」的能量,包括「大型溫溼度複合振動試驗機」、「高電壓(900V/500A)充放電試驗設備」等,希望能協助國內電動車輛製造商與電池供應商等產業,在電池系統的環境驗證上取得最直接的試驗數據,進而提升產品的品質,未來在國際舞台上展現MIT的實力與驕傲。

     

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