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你所不知的“油电混合车”内幕

由于成本高、零件也贵,混合动力是专属于“富人”的环保策略,世界第一大车厂赔本卖车,为的就是“先占先赢”,当消费者对丰田的混合动力系统耳熟能详时,它就赢了这场尚未开打的战争!

丰田汽车早在二十年前就开始了“电动车”的研究计划,而在1997年推出首部“市售混合动力”车款(第一代Prius)迄今,在全球已销售出百万辆以上的混合动力车款,堪称目前操作“油电混合”技术最成功的车厂。

挟“世界第一车厂”的庞大研发能量,丰田会选择“油电混合/混合动力”作为它次世代能源替代方案的设计,当然有其道理。

笔者所触摸之处即为混合动力的“高压电线”,第一代系统为380伏特,第二代更提高至500伏特。

根据丰田表示,一部四门房车大约要200匹马力才能满足性能迷的需求,但只有极少数的时间才能发挥作用,尤其在高速公路巡航时,通常只需要30~40匹马力就能维持车速;换句话说,大部分的时间引擎的燃烧室内都只是在浪费能源。

纯电动车的缺点是“充电时间长”、“续航力低”,通常得花上7~14小时进行充电,快速充电则可将时间缩短至30分鐘。但续航力通常在200公里以下,因此目前“纯电动车”将以市区短途行驶为主。

油电混合车可以利用添加汽油来获得动力,眾所周知,加油过程只需几分鐘的时间,就又可让汽车跑上个几百公里,虽然成本较高,但这却是丰田坚持生产“油电混合车型”的主要原因。
完全不排放废气的“电动车”是最佳选择,因为“电能转电能”(即充电动作)的传输损耗是最小的,而来自“核能电厂”的电力也较为乾净,不若火力发电仍有大量二氧化碳排放的疑虑。但由于续航力、充电时间过长,目前仍未能商品化。

丰田目前不遗余力推动“混合动力商品化”,也是销售成绩最佳的车厂,刚刚推出的“Camry混合动力”预计将掀起另一股销售热潮。

边开边充电 续航力与汽油无异

以目前全球销量最大的Prius为例,台湾售价118万元(台面下约有十万元的议价空间)仍以汽油为燃料,藉由增设的“电气变速箱”将每公升汽油可行驶距离提高至23.3km/L(经济部测试数据)的水准。

全球首部混合动力商品

Prius历史

1997首度于日本上市

2000该年八月进入北美市场(售价19,995美元、约台币66万元)

2001赢得“美国最环保车辆”、“最佳工程结构设计”以及“2001年最佳引擎”等大奖


第一代Prius

2002新年式车型新增定速、日间行驶安全灯、侧边气囊及DVD卫星导航

2003于纽约车展发表第二代车型迄今

2008新车价格20,950美元、约台币67.8万元

第二代车型

藉着精巧的电气迴路,同时控制“传统内燃机”与“电动马达”交替工作,使位于后车厢的“镍氢充电电池/Ni-MH”获得充电,有时利用引擎驱动车辆、有时则以电动车模式行驶。所以严格说起来,丰田的混合动力系统并非“次世代能源”,它只可视为“次世代动力”,一个同时利用汽油与电力的驱动模式。

全然不同的“次世代燃料”应属“燃料电池”,混合动力严格来说只能算“次世代内燃机”。

燃料电池车没有传统内燃机的设计,利用电能推动马达,是一部纯电动车,所使用的燃料为“氢气”,排放物则为可饮用的清水。

目前致力开发“燃料电池”的车厂包括通用汽车、BMW与Honda,不论动力输出、续航力都令人满意,但该系统的问题是“氢气成本高昂”。目前“电解”氢气所需成本,以及加总之后的二氧化碳排放量竟然比使用石化原料还高!所以如何更经济地取得氢气,是发展该系统车厂所需一併研究的问题。

不论是混合动力或是“燃料电池”,消费者都必须多付钱去购买这些昂贵的系统,比起现行汽车,价格至少贵上2~4倍,这意味着日后的交通成本将比现在高出许多。

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不同的声音

混合动力系统的隐忧

本文标题叫做“混合动力伤人”,除1.5升引擎排量却要价百万以上,十分伤荷包外,另外一个隐忧是“安全问题”。

为了提高效率,现行Prius的电池电压已提高至273.6伏特(上一代车款为202V),经过“增压电路/Voltage-boostingConverter”将电压提高至500伏特,再送至“逆变器/Inverter”将直流电转换成“三相交流电”,藉以推动电动马达(MG1、MG2)来驱动车辆。当车辆减速滑行时的“充电作用”也只是逆向而行的程序,路径完全相同。

由于在急加速时同时有引擎与电动马达的功率输出,因此混合动力的中低速性能均比同级车出色许多。即便是1.5升小排量,0~100km/h加速也有十秒内的佳绩。
“500V三相交流电”在意外事故发生时,会不会产生额外的危险?导致人没被撞死反而先被电死的危机?

这状况与“气体放电式头灯、HID”刚推出时所引起的疑虑相同,但由于安全电路的设计,这种意外发生的机率比逛街时被陨石K到的机率还低!

’08年式Prius内装。它是全球第一款“市售混合动力汽车”,销售状况极佳,在北美销售候车期达六个月以上。

就像满街跑的“瓦斯计程车”,也从未听闻过因追撞事故导致瓦斯桶爆炸的道理一样,设计之初,工程师即已考量最差的状况,所以这倒是不必担心。

由于有“EV/纯电动行驶模式”,所有系统都必须能在电力供应下正常作动,包括空调、煞车甚至是“P”档位也必须改成“电磁式设计”。
混合动力系统内建500V高压,在美国曾发生电击致人伤亡的事件。

混合动力系统较令人忧心的是台湾潮湿的环境与维修人员安全。在美国当地,就曾发生过因疏忽未关闭安全断路开关,导致维修人员被混合动力系统电击身亡的不幸案例。

在台湾,有许多车是被“修”坏的,例如法系车或是美系车便是最大的受害者。由于不熟悉各国的设计,坊间修车厂技师往往会“硬干”,导致小毛病修成大毛病,车主只好摸摸鼻子、自认倒楣。但混合动力系统可就不一样,万一技师没有依照安全程序,就可能发生电击事件,这是混合动力车系普及之后,可能发生的状况。

而台湾潮湿甚至遇雨成灾的气候,也不禁令人替混合动力的电气系统捏把冷汗!

右侧银色盖子即是“逆变器/Inverter”,它负责“AC转DC对电池充电”以及“DC转三相AC驱动马达”的工作。

如同前文所言,混合动力系统内建了“增压电路”,用来将电压提高至500V,而这些高压电路大是裸露在车体外部的设计,因此在车辆涉水时,线路的“接头防水性”与“线材绝缘性”就相当重要,否则也会出现漏电的状况。

混合动力车型变速箱体积庞大,它的体积几乎与1.5升引擎相当。

位于行李厢内的“镍氢电池”负责储存动力,新一代的工作电压为273.6伏特。

总之,混合动力是有利于环境的好设计,但它也存在着“成本高”、“维修不易”以及“使用环境限制”的问题。在一片环保风潮中,读者可别随之起舞,因为在此我们已忠实告知新科技所可能产生的新问题。

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