車輛中心 綠能車輛發展處  林博煦、林明志

減少汽機車等載具的燃油消耗為現今車輛的發展重點，對於燃油經濟性的標準，各國皆有逐年嚴苛的趨勢，因此，各大車廠莫不積極著手開發下一世代的新能源車輛，例如混合動力車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)、純電動車、燃料電池電動車、太陽能電動車等；其中純電動車因架構簡單且具有低污染及零油耗的優點，一直是發展的重點項目之一，因為電池續航能力的問題，車輛行駛距離經常受到限制，即使電池能量密度倍增，可以延長車輛的行駛距離，但想要應付日常行駛里程的需求仍是不足，如圖1所示；為解決上述問題，本文將介紹的增程型電動車(Range Extended Electric Vehicle, REEV)，或許可獲得解決。

Source: C. Bacher and G. Hohenberg, “Electric Vehicle with Combustion Engine Assist (EV-CEA),” SAE Paper No. 2011-24-0069, 2011.

圖1 引擎發電機模組與電池組對續航里程影響比較

增程型電動車可視為串聯式油電混合車(Series Hybrid Electric Vehicle, SHEV)中的一種，主要以電動馬達驅動車輛，同時搭配汽油或柴油引擎驅動發電機對電池充電，以延長電動車行駛里程，近年來許多車廠積極投入相關研發，並將其視為解決電動車續航力問題的短期替代方案。因為發電機組整體的效率將會直接影響增程型電動車於能源利用率及續航里程的表現，因此，系統設計時將依據車輛目標規格、車輛目標性能、運行路線行車型態等需求，進行增程發電機系統規格的最佳化匹配，並依引擎規格及其燃油消耗圖進行分析，選定最佳燃油經濟區間；由於發電機相較於引擎較容易客製化設計，以及引擎與發電機屬於同軸系統，故將發電機與引擎最佳操作點設計於同一點，即為最佳發電效率運轉區域，如圖2所示。
 

圖2 引擎與發電機匹配示意圖

增程型電動車根據多能源系統架構的優點，搭配能量管理控制策略可以提高燃油經濟性、降低排放汙染進而改善全球暖化問題；控制策略的目的是為找出電池模組與發電模組的最佳分配比例，以同時滿足駕駛動力需求，常見的三種控制模式如下：
(1)純電動模式：以充電樁充電為主要能源補充方式，在電池容量範圍內使用純電動模式運行，可達到運行零排放的優點。
(2)增程模式：以增程發電機為主要能量來源，可透過加油方式快速補給，引擎以最佳狀態輸出平均功率，延長行駛里程。
(3)最佳混合模式：以充電樁充電為主燃油發電為輔，有計劃的使用電池能量與燃油發電機，可提高整體能源利用率。

車輛中心(ARTC)投入電動車輛技術領域並發展電動車整車控制器、絕緣偵測系統及各式電動附件系統等技術，近來並結合生質燃油控制技術，投入增程型電動車輛之控制策略研究，透過整車模型建立來進行動力系統及控制策略搭配之設計分析，並運用市區公車行車型態進行能耗模擬，顯示增程型巴士相對於柴油引擎巴士之油耗有明顯的改善表現，後續值得於進行相關發展及實車驗證。