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電動車比一比!認識三大類型電動車,優缺點一圖看懂

電動車比一比!認識三大類型電動車,優缺點一圖看懂
撰文: 宣明智、傅瑋瓊     分類:創新商模     圖檔來源:達志 日期:2022-09-14

電動車和傳統的燃油車——內燃引擎車(Internal Combustion Engine Vehicle, ICEV)最大的差異,在於動力系統,電動車的動力來源是「電」,而汽車則是「汽(柴)油」燃燒的熱能,這也是汽車之所以稱「汽」車的由來。

從結構來看,汽車的驅動系統是引擎,是將油箱中的燃料(汽柴油)點火產生的化學能(熱能),轉化為機械能(動能)的裝置,讓車子行駛;而電動車的驅動系統是馬達,由電池中的電力提供馬達運轉將「電能」轉化為「動能」。簡單來說,電動車是把油箱換成電池,以電能取代燃油,用馬達代替引擎,以電力驅動馬達,帶動車輪運轉。

 

從電動車的英文「Electric Vehicle」直譯,指的是電子化的運載車輛。廣義來說,只要配備電池及馬達系統,利用「電能」驅動的車子,都可稱為電動車(EV)。

 

在電動車發展演進過程中,研發出許多電能技術驅動馬達,加上電池研發技術的困難、電池電力持久問題等因素,而衍生不同形式的電動車,多元化的電動車類型可以概分為以下三大類型:

 

一、純電動車(BEV)

 

電池動力車(Battery Electric Vehicle, BEV),是指單純以電池供應動力的車輛,以電池的電能驅動馬達和變流器取代引擎,發揮傳輸動力的功能,這是一般狹義的電動車,或者稱為純電動車。

 

純電動車沒有引擎、不需要油箱,無需考慮進氣、排氣系統,不會排放廢氣,沒有空氣污染的問題,在環保意識高漲下,逐漸成為近年大多數車廠研發推出的主流車款。世界最知名的電動車大廠特斯拉,就是生產純電動車的代表廠商。

 

二、混合動力車(HV)

 

混合動力車(Hybrid Vehicle, HV),或稱複合動力車,是使用兩種以上能源產生動能驅動的車輛,可能同時擁有汽油引擎、電動馬達等兩種以上的驅動系統。常用的能量來源是燃料(包括汽油、柴油、液化石油氣等)、電池、燃料電池、太陽能電池、壓縮氣體等,常用的驅動系統包含內燃機、電動機、渦輪機等技術。

 

1. 油電混合車(HEV)

 

在混合動力電動車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)中,油、電混合動力是最常見的,因此HEV 亦稱油電混合車(簡稱為油電車)。油電車同時運用「汽油引擎」和「電動馬達」兩種動力。但一般的油電車並不是透過電網充電,電能是倚賴引擎發電,並透過煞車減速時回收動能,轉換而成;因此,當油電車電量不足時,汽油引擎將自動啟動,帶動發電機充電,故車輛油箱裡一定要有油,不可在完全無油的狀態下行駛。

 

油電車在車輛起步時,或在市區低速行駛時,是使用電動馬達輔助動力,比起純燃油車,油電混合車的油耗少、加速快,相對也較環保;但由於採用油、電兩種動力系統,需要配備油箱、內燃機和電池等,占用車體空間較大。

 

對於混合動力的油電車技術發展來說, 保時捷(Porsche) 車廠創辦人斐迪南. 保時捷(Ferdinand Porsche)被譽為油電車發展的先鋒,他發明一輛配置在前輪輪轂上的兩具電動馬達所驅動的電動車。1901 年,這輛車被改良由汽油引擎發電,供電給電動馬達驅動,被視為油電混合車之始。

 

但油電車席捲全球的起點,卻推遲到二十世紀末。

 

故事要從1992 年1 月16 日說起。那一天,豐田汽車發表《地球憲章》(Earth Charter),宣示將發展低污染車輛。1997 年,豐田汽車成功推出全球第一款搭載油電混合動力系統的量產車,開啟了二十一世紀油電車款的新頁,豐田汽車也成為領先全球並集大成的油電車廠商代表。

 

2. 插電式油電混合車(PHEV)

 

隨著創新技術的演進,研發出既可加油,又可充電的插電式混合動力車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV),或稱插電式油電混合車。插電式油電混合車最大的特色是,可加油,也可以外接電源,利用充電站或家用充電設備,從外部電網為車輛電池充電;換言之,在純電模式下行駛時,如同一般純電池電動車。當電力不足時,引擎將自動啟動,轉換為油電模式下繼續行駛,免除電池續航力不足的焦慮。

 

插電式油電混合車電池容量雖大於油電混合動力車,但比純電動車小,電池續航力大多只有幾十公里,主要是為短程通勤而設計。若是要長途駕駛,則必須仰賴內燃機,利用汽油輔助,因此插電式油電混合車依賴充電站的程度較低,且相對比燃油車環保,又擁有汽柴油車的方便性,兼具油電兩種優勢。

 

3. 增程型油電混合車(EREV)

 

另外還有一種增程型油電混合電動車(Extended Range Electric Vehicle, EREV),是增加里程式電動車。

 

和插電式油電混合車類似,增程型油電混合電動車同時擁有燃油引擎、電池和電動馬達,油箱要加油,電池要充電;但兩者最大的不同是,增程型油電混合電動車的引擎是幫電池充電,以增加里程,並不提供動力輸出,車輛的動力來源完全靠電池和馬達。

 

增程型油電混合電動車是2007 年,通用汽車為解決純電池車續航力不足的創新設計,但在電池技術及效率提升後,通用汽車已於2019 年停產這類增程型油電混合電動車,逐漸被純電動車取代。

 

三、燃料電池電動車(FCEV)

 

另外,還有一種燃料電池電動車(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV),是搭載燃料發電裝置的電動車,把燃料中的化學能轉換成電能,常見的燃料是氫氣,把儲存的高壓氫氣加上空氣中的氧氣化合反應生成水、電,而放出熱量;其他不同的燃料來源,也是來自於任何能分解出「氫氣」的碳氫化合物,例如天然氣、乙醇和甲烷等燃料來發電。

 

一般純電池電動車的電池模組必須充電才能運作,充電需要時間,但燃料電池車則不同,只要加「氫」就能上路行駛,節省等待時間,而且燃料電池發電時只會排放水及熱,因此燃料電池電動車被視為零污染車,屬於真正節能環保的交通工具。

 

從燃油車過渡到新能源車

 

如圖2-1, 目前較為市場熟知的是BEV、HEV、PHEV 和FCEV 等四種型態,不論是以電池電力驅動,或者是混合動力驅動,抑或是以代用燃料驅動的車輛,由於和過去傳統燃油車搭載的動力裝置不同,這些採用新技術、新結構的車輛,也被稱為「新能源車」,是交通移動載具的新未來。

 

 

 

由於環保節能議題的催化,電池電動車和油電混合車將逐漸取代傳統的燃油車,除了內燃式引擎驅動有排放廢氣的問題,從特性和優缺點可以一窺全貌。

 

如表2-1 所列,電動車和燃油汽車之間,在結構上明顯不同,傳統汽車是內燃機引擎燃燒汽油和柴油產生熱能與氣體,轉為動能運轉車輛,引擎在燃燒石化燃料時所產生的二氧化碳,變成溫室氣體,也就是環境污染的重要來源。

 

 

 

以純電動車來看,使用電池,不需用油,減少碳排,但電池有使用壽命,且電池更換的成本較高。不同於傳統燃油車內燃機引擎,電動車的馬達運轉時較安靜、平穩,有些車款甚至沒有配備配速箱,不會有換檔時產生的震盪,行駛時順暢,乘坐時相當舒適,啟動爆發力強,效能佳。

 

目前市面上普遍常見的電動車類型,以純電池電動車和插電式油電混合車兩大類為主,占電動車市場的99%以上。至於燃料電池因材料成本高昂,導致燃料電池電動車價格高不可攀,是普及化的最大瓶頸,目前燃料電池車數量微乎其微,以2021 年為例,全球氫燃料電池車僅5 萬餘輛,僅占全球電動車總量的0.3%。

 

燃料電池(Fuel Cell)是一種發電裝置,就像一架發電機,只要儲氣瓶添加燃料「氫氣」,透過化學反應產生電能,就能維持燃料電池的電力,不像一般非充電電池用完即丟,也不像充電電池要持續充電,是名副其實的新能源。加上,燃料電池低污染、低噪音、不用充電、高效率、壽命長等特性,近幾年來,在國際上研發趨勢已見增溫。

 

 

本文摘自《電動車產業大未來》,作者宣明智、傅瑋瓊,天下文化出版