清潔能源車的灰色小秘密

　　汽車制造商正采取多種途徑以實現(xiàn)“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(nèi)都無法成為主流技術(shù)，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，價格高昂又不夠力。而且在車用功率電子元件的設(shè)計上，也有許多待克服的挑戰(zhàn)。

　　根據(jù)清潔科技市場研究機構(gòu)Pike Research的預(yù)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，成長幅度僅有1.6%。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-起動車輛屬于“微混合動力”車款，沒有配備電動馬達，但采用更強力的起動機(starter)/發(fā)電機(alternator)/鉛酸電池(lead-acid battery)組合技術(shù)，能在車輛空閑時自動熄火，然后在駕駛員踩油門時重新起動車輛。據(jù)Pike估計，2011年歐洲人將采購近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(yù)期，全汽油動力車輛仍將在2017年，占據(jù)九成的一般載客轎車市場。

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

　　“我認為我們?nèi)詫⒗^續(xù)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(yù)測人們想要的會是什么；”在福特汽車(Ford Motor)負責(zé)推動混合動力與燃料電池車輛標(biāo)準(zhǔn)的電子系統(tǒng)工程師Rich Scholer表示，福特是由正規(guī)的內(nèi)燃機引擎為基礎(chǔ)，提供搭配不同混合動力系統(tǒng)與插入式混合動力方案的選擇。

　　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等混合動力車款，都是從零開始的設(shè)計，“那些做法的代價很高，以現(xiàn)有的平臺作為基礎(chǔ)會更具成本效益”。

Volt所搭配的E-Flex系統(tǒng)

　　在此同時，汽車市場新秀如Coda與Tesla都準(zhǔn)備發(fā)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于電池組，Pike的資深分析師John Gartner表示，目前車用電池至少使為車輛售價增加1萬美元，而目前的最佳解決方案──鋰離子電池，其成本高達1,000美元/千瓦小時。

　　美國能源部的目標(biāo)，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(biāo)可能要到2020年以后才能達成。根據(jù)他的觀察，目前至少有4種鋰離子電池的變種方案，以及數(shù)十種其他化學(xué)配方，希望能夠有所突破，“現(xiàn)在說誰會贏還太早，因為相關(guān)技術(shù)的變化速度非常快。我不會先判任何一種技術(shù)出局，甚至是鉛酸電池?！?/P>

芯片廠商所扮演的角色

　　在車用電池充電器方面，F(xiàn)ord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滿。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(nèi)也有風(fēng)險，適合以外部裝置的型態(tài)，放在車庫內(nèi)使用。

　　為了避免過熱與起火，每個大型鋰離子電池組內(nèi)電池芯的充放電，都必須小心監(jiān)控。飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale Semiconductor)的汽車動力系統(tǒng)與混合動力車輛零件部門市場經(jīng)理Cherif Assad表示：“我們正在開發(fā)這類芯片，但現(xiàn)在尚未有實際產(chǎn)品。”

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

　　此外，混合動力車輛需要預(yù)驅(qū)動(pre-driver)與控制器電路，來驅(qū)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(tǒng)的逆變器(inverter)，來設(shè)計相關(guān)元件。Assad指出，新開發(fā)的零組件能將省電效率由目前的35%左右，提升到超過九成。

微混合動力系統(tǒng)代表車型Smart fortwo mhd

　　飛思卡爾企業(yè)策略與業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)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(xiàn)有的工業(yè)級零件，但很快我們就會看到針對逆變器與充電裝置設(shè)計的半導(dǎo)體元件?！?/P>

　　變速箱專業(yè)廠商ZF Friedrichshafen與車廠BMW在今年稍早也發(fā)表了一項研究專案，將為混合式動力車輛零組件開發(fā)整合式解決方案，主要目標(biāo)是結(jié)合控制與功率元件，以簡化混合動力的生產(chǎn)與服務(wù)流程。

　　半導(dǎo)體大廠英飛凌(Infineon)與被動元件制造商Kemet也參與了這個研發(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。而該計劃所開發(fā)出的設(shè)計，將可減少汽車內(nèi)的線纜并簡化系統(tǒng)介面。

　　飛思卡爾的Assad并指出，混合動力車輛或是電動車的整體電子架構(gòu)，與現(xiàn)有車輛可說是完全不同，這衍生出650V信號與400A交換器的電磁兼容性(EMC)問題，這意味著需要替轉(zhuǎn)換器、逆變器與控制器等監(jiān)控電源信號的零件，設(shè)計新的高電壓介面。

　　此外，各種標(biāo)準(zhǔn)──特別是充電器用標(biāo)準(zhǔn)──也是必須的，而推動標(biāo)準(zhǔn)就是Ford的Scholer所全權(quán)負責(zé)的工作?！拔覀儚?0年前的電動車標(biāo)準(zhǔn)著手，現(xiàn)在則是為插入式混合動力車輛推動更新版的標(biāo)準(zhǔn)，并開始訂定燃料電池標(biāo)準(zhǔn)?！彼硎荆骸拔覀円呀?jīng)在美國汽車工程師協(xié)會(SAE)標(biāo)準(zhǔn)上努力了三年左右時間，現(xiàn)在有部分已經(jīng)進入實施階段?！?/P>

　　但Scholer也指出，標(biāo)準(zhǔn)化工作還需要3~5年的時間才能大功告成，目前有多個標(biāo)準(zhǔn)工作小組正與研究示范專案與現(xiàn)場布署工作同步進展。相關(guān)工作包括透過直流電進行快速充電的通訊協(xié)議、技術(shù)規(guī)格，以及通過電力線傳輸速率資訊給公用事業(yè)機構(gòu)的Smart Energy Profile 2.0標(biāo)準(zhǔn)。

　　有一家公司ECOtality，據(jù)說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：“汽車制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?！?/P>

　　快速充電器的標(biāo)準(zhǔn)草案現(xiàn)正等待第一輪投票，一旦系統(tǒng)布建完成，工程師們還得多了解其特性?！爱?dāng)我們開始布署的時候，將會有一些改變?！盨choler表示。