汽車製造商正採取多種途徑以實現「綠色汽車(green car)」，這些方法包括全電動車，以及不同配方的混合動力或是微混合動力(microhybrids)車輛；但無論是哪一種，恐怕在短時間內都無法成為主流技術，主要是因為在可見的未來，車用電池體積還是太大、重量太重，而且價格高昂又不夠力。而且在車用功率電子元件的設計上，也有許多待克服的挑戰。
根據潔淨科技市場研究機構 Pike Research 的預測，全球混合動力車輛將由目前的87萬輛，在2017年增加到150萬輛，但僅佔據全球整體車輛數的1.6%比例。而相對的，在美國市場不太受重視的引擎自動熄火-起動(start-stop)車輛，有機會異軍突起。
這種引擎自動熄火-起動車輛屬於“微混合動力”車款，沒有配備電動馬達，但採用更強力的起動機(starter)/發電機(alternator)/鉛酸電池(lead-acid battery)組合技術，能在車輛怠速時自動熄火，然後在駕駛人踩油門時重新起動車輛。據Pike估計，2011年歐洲人將採購近300萬輛的這類車款，其全球銷售量到2020年將達到3,700萬輛。
不過，Pike也預期，全汽油動力車輛仍將在2017年，佔據九成的一般載客轎車市場。
另一家市場研究機構IHS Automotive的管理總監Philip Gott表示，汽車廠商嘗試了各種方法，但：「外掛式(plug-in)的混合動力技術，看來是符合最嚴格之排放標準與燃油經濟學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力方案，因為市場需求百百種，也很難預測人們想要的會是什麼；」在福特汽車(Ford Motor)負責推動混合動力與燃料電池車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力系統與外掛式混合動力方案的選項。
Scholer指出，不同於福特的做法，雪佛蘭(Chevy )的Volt、日產(Nissan)的Leaf與豐田(Toyota)的Prius等混合動力車款，都是從零開始的設計：「那些做法的代價很高，以現有的平台作為基礎會更具成本效益。」
在此同時，汽車市場新秀如Coda與Tesla都準備發表新車款，包括全電動的五人座轎車；對此Scholer認為：「該市場要至少還要3到5年才會成熟。」
電動車最令人頭痛的問題在於電池組，Pike的資深分析師John Gartner表示，目前車用電池至少會為車輛售價添加1萬美元，而目前的最佳解決方案──鋰離子電池，其成本高達每千瓦小時(kilowatt-hour) 1,000美元。
美國能源部的目標，是將車用電池成本降低到每千瓦小時250美元；IHS的Gott認為，這個目標可能要到2020年以後才能達成。根據他的觀察，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配方，希望能夠有所突破：「現在說誰會贏還太早，因為相關技術的變化速度非常快；我不會先判任何一種技術出局，甚至是鉛酸電池。」
晶片廠商所扮演的角色
在車用電池充電器方面，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，得花上幾個小時才能將車用電池充飽；功率較大的15~20kW直流(DC)充電器速度比較快，但體積太笨重，放置在車內也有風險，適合以外部裝置的型態，放在車庫內使用。
為了避免過熱與起火，每個大型鋰離子電池組內的電池芯之充放電，都必須小心監控；飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)的汽車動力系統與混合動力車輛零件部門行銷經理Cherif Assad表示：「我們正在開發這類晶片，但現在尚未有實際產品。」
飛思卡爾在今年稍早發表了一款鎖定微混合動力汽車或再生制動(regenerative braking)應用的低電壓電池控制晶片；後者是能將汽車煞停時的動力轉成電力，用以替車用電池或是超級電容充電。據了解，到目前為止，大多數被應用在外掛式混合動力車用電池充電器的晶片都是採用現成的、修改成汽車應用的工業級元件。
此外，混合動力車輛需要預驅動(pre-driver)與控制器電路，來驅動30~120kW的電動馬達；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)，來設計相關元件。Assad指出，新開發的零組件能將省電效率由目前的35%左右，提升到超過九成。
飛思卡爾企業策略與業務開發總監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注：「最初的方案都是採用現有的工業級零件，但很快我們就會看到針對逆變器與充電裝置設計的半導體元件。」
變速箱專業廠商ZF Friedrichshafen與車廠BMW在今年稍早也發表了一項研究專案，將為混合式動力車輛零組件開發整合式解決方案，主要目標是結合控制與功率元件，以簡化混合動力的生產與服務流程。
半導體大廠英飛凌(Infineon)與被動元件製造商Kemet也參與了這個研發計畫；該計畫需要一種全新的冷卻技術概念，才能讓零組件耐受變速箱中的高溫；而該計畫所開發出的設計，將可減少汽車內的纜線並簡化系統介面。
飛思卡爾的Assad並指出，混合動力車輛或是電動車的整體電子架構，與現有車輛可說是完全不同，這衍生出650V訊號與400A交換器的電磁相容性(EMC)問題，這意味著需要替轉換器、逆變器與控制器等監控電源訊號的零件，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，而推動標準就是Ford的Scholer所全權負責的工作。「我們從20年前的電動車標準著手，現在則是為外掛式混合動力車輛推動更新版的標準，並開始訂定燃料電池標準。」他表示：「我們已經在美國汽車工程師協會(SAE)標準上努力了三年左右時間，現在有部分已經進入實施階段。」
但Scholer也指出，標準化工作還需要3~5年的時間才能大功告成，目前有多個標準工作小組正與研究示範專案與現場佈署工作同步進展。相關工作包括透過直流電進行快速充電的通訊協議、技術規格，以及透過電力線傳遞速率資訊給公用事業機構的Smart Energy Profile 2.0標準。
有一家公司ECOtality，據說將在美國能源部的協助下，在美國加州、奧勒岡州、田納西州、華盛頓州等地，佈建多達1,300座的公用充電站，其中有350座是採用快速充電技術。Scholar指出：「汽車製造商知道該如何控制電路板上的充電器，但透過板外控制器進行控制，還有許多課題。」
快速充電器的標準草案現正等待第一輪投票，一旦系統佈建完成，工程師們還得多了解其特性。「當我們開始佈署的時候，將會有一些改變。」Scholer表示。
編譯：Judith Cheng
(參考原文： Cleantech vehicles’ dirty little secret: Power-source issues，by Rick Merritt；本文更多內容以及相關內容，請參考EETimes美國版新出刊的汽車情報數位雜誌)
留言列表
生技醫療產業 (1)