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Hybrid伤人? 你所不知的「油电混合」内幕
2020-06-07

由于成本高、零件也贵,Hybrid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Hybrid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」的研究计画,而在1997年推出首部「市售Hybrid」车款(第一代Prius)迄今,在全球已销售出百万辆以上的Hybrid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/Hybrid」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Hybrid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Toyota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分钟。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,众所周知,加油过程只需几分钟的时间,就又可让汽车跑上个几百公里,虽然成本较高,但这却是Toyota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。

Toyota目前不遗余力推动「Hybrid商品化」,也是销售成绩最佳的车厂,刚刚推出的「Camry Hybrid」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(檯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)的水準。

全球首部Hybrid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Hybrid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」,Hybrid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Hybrid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
Hybrid系统的隐忧

本文标题叫做「Hybrid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-boosting Converter」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Hybrid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Hybrid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」。

Hybrid系统内建500V高压,在美国曾发生电击致人伤亡的事件。

Hybrid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Hybrid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Hybrid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Hybrid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Hybrid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,Hybrid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。

Hybrid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,Hybrid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。

在一片环保风潮中,读者可别随之起舞,跟着邻居去买油电混合车型甚至是更昂贵的动力系统,虽然它们是未来的潮流,但我们仍得量力而为,在此我们已忠实告知各位新科技所可能产生的新问题。

工厂装配「镍氢电池」过程。由于必须新增蓄电系统,并将所有的系统改成电子化设计,Hybrid车型成本较一般汽油车型要高出许多,Toyota可说是赔本在销售旗下的油电混合车款。

由于电压高达500伏特,因此维修Hybrid车型一定得照安全规则,首先切断供电开关,否则极可能发生电击的工殇意外。

汽油与Hybrid动力比较表

从数据可以看出,Hybrid车款要重上许多,因为所有的系统通通得「电气化」,原因是包括空调、煞车系统以及动力辅助转向系统必须能在「电瓶供电」的状态下维持正常作用。以「变频式压缩机」为例,它便与家中空调设计相同,而煞车总泵也改成马达辅助,以因应没有「引擎真空」辅助的问题。

另一个有趣的现象是「综合功率」的出现,马达具有「低速高扭力」的特性,而引擎的「高转速高马力」特性也依然存在。所以造成Camry 2.4 Hybrid的总马力输出并非两者相加,而是会取一个187hp的折衷数值(Combined)。

台湾有在卖

目前台湾「唯二」贩售的Hybrid车型通通是由「牛头牌」所出品的车款,入门的Prius 1.5已经在全球销售100万辆以上!拥有每公升汽油可跑23.3km/L的超强性能。

另一款LSUV则是配置3.3升引擎(现行汽油车款为3.5升)的RX400h,14.8km/L的油耗虽不若同门小老弟那般出色,但对一部大型休旅车来说,这已经是非常难能可贵的表现了。

Toyota Prius

Lexus RX400h

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