清潔能源車(chē)的灰色小秘密

　　汽車(chē)制造商正采取多種途徑以實(shí)現“綠色汽車(chē)(green car)”，這些方法包括全電動(dòng)車(chē)，以及不同配方的混合動(dòng)力或是微混合動(dòng)力(microhybrids)車(chē)輛。但無(wú)論是哪一種，恐怕在短時(shí)間內都無(wú)法成為主流技術(shù)，主要是因為在可見(jiàn)的未來(lái)，車(chē)用電池體積還是太大、重量太重，價(jià)格高昂又不夠力。而且在車(chē)用功率電子元件的設計上，也有許多待克服的挑戰。

　　根據清潔科技市場(chǎng)研究機構Pike Research的預測，全球混合動(dòng)力車(chē)輛將由目前的87萬(wàn)輛，在2017年增加到150萬(wàn)輛，成長(cháng)幅度僅有1.6%。而相對的，在美國市場(chǎng)不太受重視的引擎自動(dòng)熄火-起動(dòng)(start-stop)車(chē)輛，有機會(huì )異軍突起。

　　這種引擎自動(dòng)熄火-起動(dòng)車(chē)輛屬于“微混合動(dòng)力”車(chē)款，沒(méi)有配備電動(dòng)馬達，但采用更強力的起動(dòng)機(starter)/發(fā)電機(alternator)/鉛酸電池(lead-acid battery)組合技術(shù)，能在車(chē)輛空閑時(shí)自動(dòng)熄火，然后在駕駛員踩油門(mén)時(shí)重新起動(dòng)車(chē)輛。據Pike估計，2011年歐洲人將采購近300萬(wàn)輛的這類(lèi)車(chē)款，其全球銷(xiāo)售量到2020年將達到3,700萬(wàn)輛。

　　不過(guò)，Pike也預期，全汽油動(dòng)力車(chē)輛仍將在2017年，占據九成的一般載客轎車(chē)市場(chǎng)。

　　另一家市場(chǎng)研究機構IHS Automotive的常務(wù)董事Philip Gott表示，汽車(chē)廠(chǎng)商嘗試了各種方法，但“插入式(plug-in)的混合動(dòng)力技術(shù)，看來(lái)是符合最嚴格之排放標準與燃油經(jīng)濟學(xué)需求的不錯解決方案”。

　　“我認為我們仍將繼續看到多樣化的混合動(dòng)力方案，因為市場(chǎng)需求百百種，也很難預測人們想要的會(huì )是什么；”在福特汽車(chē)(Ford Motor)負責推動(dòng)混合動(dòng)力與燃料電池車(chē)輛標準的電子系統工程師Rich Scholer表示，福特是由正規的內燃機引擎為基礎，提供搭配不同混合動(dòng)力系統與插入式混合動(dòng)力方案的選擇。

　　Scholer指出，不同于福特的做法，雪佛蘭(Chevy)的Volt、日產(chǎn)(Nissan)的Leaf與豐田(Toyota)的Prius等混合動(dòng)力車(chē)款，都是從零開(kāi)始的設計，“那些做法的代價(jià)很高，以現有的平臺作為基礎會(huì )更具成本效益”。

Volt所搭配的E-Flex系統

　　在此同時(shí)，汽車(chē)市場(chǎng)新秀如Coda與Tesla都準備發(fā)表新車(chē)款，包括全電動(dòng)的五人座轎車(chē)。對此Scholer認為：“該市場(chǎng)要至少還要3到5年才會(huì )成熟?！?/P>

　　電動(dòng)車(chē)最令人頭痛的問(wèn)題在于電池組，Pike的資深分析師John Gartner表示，目前車(chē)用電池至少使為車(chē)輛售價(jià)增加1萬(wàn)美元，而目前的最佳解決方案──鋰離子電池，其成本高達1,000美元/千瓦小時(shí)。

　　美國能源部的目標，是將車(chē)用電池成本降低到每千瓦小時(shí)250美元。IHS的Gott認為，這個(gè)目標可能要到2020年以后才能達成。根據他的觀(guān)察，目前至少有4種鋰離子電池的變種方案，以及數十種其他化學(xué)配方，希望能夠有所突破，“現在說(shuō)誰(shuí)會(huì )贏(yíng)還太早，因為相關(guān)技術(shù)的變化速度非?？?。我不會(huì )先判任何一種技術(shù)出局，甚至是鉛酸電池?！?/P>

芯片廠(chǎng)商所扮演的角色

　　在車(chē)用電池充電器方面，Ford的Scholer指出，目前的板載充電器方案通常是速度較慢、功率較小的3.3kW或6.6kW裝置，得花上幾個(gè)小時(shí)才能將車(chē)用電池充滿(mǎn)。功率較大的15~20kW直流(DC)充電器速度比較快，但體積太笨重，放置在車(chē)內也有風(fēng)險，適合以外部裝置的型態(tài)，放在車(chē)庫內使用。

　　為了避免過(guò)熱與起火，每個(gè)大型鋰離子電池組內電池芯的充放電，都必須小心監控。飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)的汽車(chē)動(dòng)力系統與混合動(dòng)力車(chē)輛零件部門(mén)市場(chǎng)經(jīng)理Cherif Assad表示：“我們正在開(kāi)發(fā)這類(lèi)芯片，但現在尚未有實(shí)際產(chǎn)品?！?/P>

　　飛思卡爾在今年稍早發(fā)表了一款鎖定微混合動(dòng)力汽車(chē)或再生制動(dòng)(regenerative braking)應用的低電壓電池控制芯片。后者是能將汽車(chē)煞停時(shí)的動(dòng)力轉成電力，用來(lái)為車(chē)用電池或是超級電容充電。據了解，到目前為止，大多數被應用在插入式混合動(dòng)力車(chē)用電池充電器的芯片都是采用現成的、修改成汽車(chē)應用的工業(yè)級元件。

　　此外，混合動(dòng)力車(chē)輛需要預驅動(dòng)(pre-driver)與控制器電路，來(lái)驅動(dòng)30~120kW的電動(dòng)馬達。為此飛思卡爾與富士電機(Fuji Electric)合作，運用纖薄的、能整合到機械模組以及冷卻系統的逆變器(inverter)，來(lái)設計相關(guān)元件。Assad指出，新開(kāi)發(fā)的零組件能將省電效率由目前的35%左右，提升到超過(guò)九成。

微混合動(dòng)力系統代表車(chē)型Smart fortwo mhd

　　飛思卡爾企業(yè)策略與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監Dan Viza表示，逆變器從未在改善充電裝置的性能、尺寸與重量方面獲得太多關(guān)注：“最初的方案都是采用現有的工業(yè)級零件，但很快我們就會(huì )看到針對逆變器與充電裝置設計的半導體元件?！?/P>

　　變速箱專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商ZF Friedrichshafen與車(chē)廠(chǎng)BMW在今年稍早也發(fā)表了一項研究專(zhuān)案，將為混合式動(dòng)力車(chē)輛零組件開(kāi)發(fā)整合式解決方案，主要目標是結合控制與功率元件，以簡(jiǎn)化混合動(dòng)力的生產(chǎn)與服務(wù)流程。

　　半導體大廠(chǎng)英飛凌(Infineon)與被動(dòng)元件制造商Kemet也參與了這個(gè)研發(fā)計劃，該計劃需要一種全新的冷卻技術(shù)概念，才能讓零組件耐受變速箱中的高溫。而該計劃所開(kāi)發(fā)出的設計，將可減少汽車(chē)內的線(xiàn)纜并簡(jiǎn)化系統介面。

　　飛思卡爾的Assad并指出，混合動(dòng)力車(chē)輛或是電動(dòng)車(chē)的整體電子架構，與現有車(chē)輛可說(shuō)是完全不同，這衍生出650V信號與400A交換器的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題，這意味著(zhù)需要替轉換器、逆變器與控制器等監控電源信號的零件，設計新的高電壓介面。

　　此外，各種標準──特別是充電器用標準──也是必須的，而推動(dòng)標準就是Ford的Scholer所全權負責的工作?！拔覀儚?0年前的電動(dòng)車(chē)標準著(zhù)手，現在則是為插入式混合動(dòng)力車(chē)輛推動(dòng)更新版的標準，并開(kāi)始訂定燃料電池標準?！彼硎荆骸拔覀円呀?jīng)在美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)標準上努力了三年左右時(shí)間，現在有部分已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段?！?/P>

　　但Scholer也指出，標準化工作還需要3~5年的時(shí)間才能大功告成，目前有多個(gè)標準工作小組正與研究示范專(zhuān)案與現場(chǎng)布署工作同步進(jìn)展。相關(guān)工作包括透過(guò)直流電進(jìn)行快速充電的通訊協(xié)議、技術(shù)規格，以及通過(guò)電力線(xiàn)傳輸速率資訊給公用事業(yè)機構的Smart Energy Profile 2.0標準。

　　有一家公司ECOtality，據說(shuō)將在美國能源部的協(xié)助下，在美國加州、奧勒岡州、田納西州、華盛頓州等地，布建多達1,300座的公用充電站，其中有350座是采用快速充電技術(shù)。Scholar指出：“汽車(chē)制造商知道該如何控制電路板上的充電器，但透過(guò)板外控制器進(jìn)行控制，還有許多課題?！?/P>

　　快速充電器的標準草案現正等待第一輪投票，一旦系統布建完成，工程師們還得多了解其特性?！爱斘覀冮_(kāi)始布署的時(shí)候，將會(huì )有一些改變?！盨choler表示。