新型「電能」電動車之動力系統設計架構
面對全球性氣候變遷與能源短缺帶來的廣泛衝擊,改變舊有能源使用方式、尋找新的替代能源,將是人類社會未來發展的重點路線。在運輸產業方面,如何將低汙染、低排碳、對環境相對友善的綠色動力應用於新一代車輛工具的開發,成為業者鎖定的市場新商機。電動車產業的崛起與商品推廣正是業界響應時下「節能減碳」環保思潮的一大寫照。
值得注意的是,電動車從概念提出到問世歷經多年,雖已吸引國內外業者投入研發生產,並經由商品化過程進入市場,仍無法與傳統汽柴油車相競爭,甚至取而代之成為最主要的交通運輸工具。這在某種程度上反映出電動車技術的發展瓶頸,追根究柢,主要癥結點落在電動車所倚賴的動力來源-電池。
就純電池電動車而言,電池的化學特性、使用方式、壽命長短等因素深刻影響電動車整體性能與續航力。首先,電池充放電速度均慢的電化學特性,往往無法滿足車輛立即充電或大量放電的駕駛需求;再者,電池經過長期的快速充放電產生損耗,蓄電力每況愈下,壽命也隨之縮短,導致車輛整體性能與續航力降低,必須短時間內反覆充電或更換整批電池才能維持電動車的運轉,對車主造成不便。油電複合電動車的發明,雖透過機械能與電能兩種動力源的搭配,彌補或改善電動車性能及續航力的問題,但實際上卻無法擺脫車輛使用汽柴油排放廢氣、造成空汙的老問題,也未能有效解決電池電動車所面臨的技術困境。
不過,油電複合電動車整合不同動力源的系統設計概念,實有助於產學界從動力系統層面重新思考,提出全新的電動車設計架構:從「電池」電動車進化為「電能」電動車。簡單來說,現行的電池電動車因主要倚賴單一電池電源,難以滿足車輛駕駛過程的各項電能需求;電能電動車則跳脫單一電源範疇,採取多電源形式,串並聯各類型的電池組,其優點在於:電池之間可相互分攤車輛電能需求,減輕大量充放電情況下對個別電池的耗損,且不同性質的電池組合可強化電動車之整體性能與續航力,這是與傳統電動車最大的差異所在。
舉例而言,電能電動車可使用能量密度大的燃料電池(氫氣或更先進的金屬),提升車輛的續航力,一則可減少車輛充電的次數或對充電站的需求,二則降低車輛裝載二次電池的數量;或是搭載充放電速度快、可提供大電流的超級電容,提升電動車各方面的駕駛性能。電能電動車可經由內建的智慧型電源管理架構妥適整合與分配多電源的電能,讓能源使用或車輛節能更有效率,進而延長電池本身壽命。新一代BMS的設計,可容許新舊電池或不同的電池並用,因此即便要更換電池,僅須置換部分二次電池即可,免去傳統電動車電池要全套換新的缺點,而且新的BMS設計能夠讓二次電池有延壽及再生的功能,電池的壽命有可能可以做到比車子的壽命還長,車主因而不需擔憂電動車需更換電池的問題。
多電源的新式電能系統設計架構將是電動車輛用以突破瓶頸,獲得進一步發展的技術關鍵,相關應用及研發成果值得我們期待。