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    電動車入門篇 Print
    • 類別:[其他] [交通小知識]

      隨著車輛技術與環保意識的提升,「電動車」在短短幾年間即成為車市明日之星,在發展超過百年的汽車產業歷程中蘊釀出一股綠色革命。雖然電動車外觀或駕馭方式和傳統車輛並無二致,但畢竟「充電」和「加油」兩者本質大不同,自然會衍生出需要重新適應與磨合的用車環節;甚至包括某些常令消費者不安的因素,也需要透過瞭解而消弭疑慮,如此方有助於加速推進電動車的普及。

    電動車展

    一、電動車發展歷程

      1970~2010 年間,因人類各項活動所排放的溫室氣體逐年遞增,其主要來源即為燃燒石化燃料及工業排放,佔了總成長的78% 。儘管近年來,各國施行各種減緩氣候暖化的政策,但全球溫室氣體排放持續增加仍是不爭的事實,尤其是2000~2010 年間,平均每年增長高達2.2%(1970~2000 年約1.3%)。更有專家推測, 21 世紀的暖化現象及氣候變遷,非常有可能比20 世紀還要劇烈。

    1. 時勢所趨 -「電動車」

      依據聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的報告,溫室氣體(Greenhouse Gas, GHG)來 自於運輸部門的排放量增加速度也比任何其他能源使用行業來得快,自1970 m年到2010 年間,成長近250%,而其中約有80% 來自道路車輛。

      當車輛已成為人類活動不可或缺的交通工具,自然必須面對其所衍生的 汙染及消耗能源問題,於是各國不斷修訂油耗標準,希望藉由更積極的態度 與行動力來解決因汙染而造成的環境危害。

    1970~2010年全球各產業造成之溫室氣體排放量

      根據ICCT(The International Council on Clean Transportation) 研究資料,歐盟2020 年油耗標準須達25.8 km/l,日本訂2020 年23.4 km/l,大陸2020 年訂21.3 km/l,美國則於2025 年訂為20.9 km/l 等,都較現有水準更為嚴苛。

      然而,若以現有引擎技術,恐難因應未來5~10 年後的嚴苛油耗法規,這也激勵車廠雙管齊下,除持續精進引擎技術外,還必須推動汽車電動化,發展油電混合車、電動車與燃料電池車等低油耗車輛。

    各國由耗量標準

      2007 年可說全球電動車產業發展元年,當時首款量產電動車Tesla Roadster 問世,廣受各方矚目,但由於大環境未臻成熟,後續發展與市場接受 度卻面臨撞牆期,促使國際車廠與各國政府有志一同地重新調整步伐與策略。

      為了克服電動車產業瓶頸,國際車廠與各國政府開始進行大幅度的策略調整,在純電動車方面,因電池關鍵技術無法突破的狀況下,車廠暫時將純電動 車定位為城市間短程運輸使用,同時也盡可能改良續航力、提升充電速度、降 低售價並與政府共同建設充電站,逐步改良純電動車性能。另一方面,部分車 廠則選擇開發利基型車型,例如電動巴士、電動三輪車與電動微型車等。

      因應純電動車技術發展的過渡期,車廠也將電動車產品線擴大至插電式及增程式電動車,以快速滿足市場長途使用的需求,並且這些車款上也裝載著一定容量的電池,可使車輛在短程使用時完全無汙染,擁有跟純電動車零排碳的好處。這些顯而易見的優點,也使得各國政府對於推動電動車的相關補助範疇,開始納入插電式及增程式電動車,不再獨厚純電動車。

    2. 全球電動車市占現況

      由於插電式與增程式電動車具備多種動力來源且能量儲備較為足夠,因此較適合應用在中大型車輛,例如大型房車、休旅車甚至是性能跑車,而純電動車由於續航力有限,因此車型設計大多以中小型車款為主,以盡可能延長續航里程。

      Nissan 2010 年首次正式推出量產電動車,以續航力160 公里,3.2 萬美元售價,挑戰市場接受度,隨後2011~2013 年,各車廠陸續創新技術,逐漸提升民眾接受度,加上以國家政策推出包括示範運行、購車補貼、充電環境建構與稅賦減免等措施,塑造電動車良好運行環境,因而帶動買氣直線加溫。

      2014 年,全球電動車產業更跨進一大步,包括大陸私人用電動車銷量終於破冰成長、歐洲領導車廠BMW 與VW 集團也正式進軍電動車銷售,以及美國電動車車廠Tesla 強勢跨國擴張,電動車銷售量有明顯突破,其中銷售前三名國家依序為美國、大陸與日本;以動力系統區分,純電動車占比最高,為60.9%,其次為插電式混合動力車(PHEV) 占30.4% 與增程式電動車(EREV) 占8.7%。

    2014年前三季全球電動車銷售情形

    3. 國內電動車推動環境

      2010 年4 月,行政院頒布第一階段「智慧電動車發展策略與行動方案」,以因應國際推動做法與當初國內產業現況,訂定環保節能標準、推動電動車示範運行、提高購車誘因、健全友善環境與輔導產業發展五大策略來推動電動車產業發展。並且以跨部會整合方式,從標準、驗證能量、關鍵技術研發、法規鬆綁、購置成本、使用便利等全方位著手,歷經四年推進,已帶動相關產業升級及拓展商機,並逐步展現出成效。

    台灣電動車政策重要成果

    4.調整再出發,電動車駛向新未來

      電動車產業需要經過市場淬鍊及培育,尤其在產業化初期更需政府透過政策誘因與長期推動給予其有力的支撐,也因此幾乎世界各國都將電動車產業視為國家長期經濟發展策略之一。無論是著眼於產業所蘊含的龐大效益,還是解決日趨嚴重溫室效應,電動車的發展與契機,早已成為是全球所關注的焦點。台灣如何在此過程中找到自己的定位、奠定紮實的基礎,以在面對國際競爭中,能搶得領先優勢,實攸關我國產業能否順利蛻變,朝向為多元(Diversity)、創新(Innovation)、永續(Sustainability) 及共生(Co-Living)方式發展重要的一環。

    電動車手冊

    二、電動車

    1. 電動車型式 / 類型

    (1). 純電動車 (BEV)

      純電動車顧名思義,完全依賴電池提供動力,依目前電池能量密度的技術,每次充電後可行駛里程可達 120 km 至 160 km,最合適都會區通勤或固定路線的用途。如 BMW 的 i3,其搭載 22 kWh 的電池組,可提供 160 km左右的續航里程,但充電站普及程度與快充能力等問題,將直接影響 BEV 能否真正成為一般消費者接受的關鍵。

    (2). 油電混合車 (HEV)

      常見的油電混合車,電池容量約 1~2 kWh純電動模式下的行駛里程甚短,但電動馬達與引擎併行提供動力 下,整體油至少可達 20 km/l 以上。

    (3). 插電式油電混合車 (PHEV)

      近期代表如 Mitsubishi 所推出的 Outlander PHEV 版,其電池容量介 於 HEV 和BEV 之間,通常裝配有 4~12 kWh 的電池組,以純電動模式有較 長的行駛距離其燃油效率可達 50 km/l 以上;同時也可透過外部充電來補 充電能,降低對油的依賴,但其成本亦隨電池容量的提高而增加,預期未 來隨電池技術的成與產能的擴充,使價格將趨近一般民眾可接受的範圍, 所以目前被視為電動未來 10 至 15 年內市場普及化的主力。

    2.充電方式

    (1). 交流電 ( 慢速充電 )

    電動車裝載

      在一般日常生活區域上使用交流電為多,如屋內插座、辦公大樓等都是人們最常使用且最容易取得的電能種類。交流充電又被稱為慢速充電,主要是透過車內所搭載的車載充電器來將交流電轉換成直流電後,再對車載電池進行充電;然而,車輛本身內部扣除乘坐空間後剩下空間有限,一般僅能搭載體積較小、充電速度較慢的車載充電器,所以當使用交流電進行充電時,依電動車電池容量大小不同,可能需要充電好幾個小時以上才能夠充滿電,這也是其為何被稱作慢速充電的原因。不過,其優點為充電設施的建置較為簡易,目前主要以住家、商場、辦公大樓等停車場為主,是全世界建置數量最多,用途最廣泛的電動車充電設施。

    慢速充電

    (2). 直流電 ( 快速充電 )

      電動車使用交流充電時,每次充電都需要好幾個小時,甚至超過十小時,對於經常長距離駕駛的電動車車主來說就相當不便利,進而影響到電動車的使用範圍及購買意願。為克服電動車需要長時間充電的限制,於是發展出了另一種模式,就是將原本放置於車內負責交流電轉換成直流電的車載充電器移置於車外,並將其轉換功率提高,而不再受限於車內空間,這就是所謂的快速充電,也稱直流充電。目前市面上常見的快速充電設備均採用大功率直流充電,平均約只需要 30 分鐘就可以補充車輛 80% 電能。相較於慢速充電,無疑是大幅縮短了車主等待充電的時間,進而增加電動車使用彈性,目前快速充電設施主要建置於高速公路休息站、加油站等地點,提供給電動車做快速的能量補給與長距離移動。

    直流充電設備

    3.充電介面

      電動車充電方式近似與一般電器產品,同樣是透過插頭跟插座與電網做連結。初期每家車廠在研發電動車時,常因車輛充電用充電槍與插座設計不同,導致電動車充電設備無法相互共用造成許多不便,因此各國為了提升境內電動車充電之方便性與互通性,紛紛展開電動車充電介面標準制定。現行國際上較為常見的慢速充電樣式,以地區來看,大致上可分為美國、歐盟與大陸三大充電樣式。

      美國方面主要是以SAE J1772 標準為主,其外型為包含五個端子之圓型,現階段台灣CNS 標準也是參考此樣式制定,也是目前國內最常見的慢速充電樣式;歐盟地區充電樣式外型為七個端子所構成,可適用於單相電力與三相電力;大陸地區主要以大陸自有充電樣式為主,整體樣式雖然跟歐盟樣式相似,但是外型細節有些許不同,充電前的安全確認通訊方式也有差異。

    慢速充電樣式

      快速充電因其充電功率較大,安全要求跟著提高,所以其充電槍與插座樣式與慢速充電不一樣,以各地區所制定的標準大致分為美國、歐盟、日本與大陸四大充電樣式。美國快速充電標準充電槍樣式,外型上可以見到共有7 個端子;歐盟快速充電標準外型基本為5 個端子設計;日本快速充電樣式,外型為10 個端子設計,目前廣泛運用於日本車廠所生產的電動車;大陸快速充電樣式外型為一具備9 個端子之設計,運用範圍從小車到大巴士都有。上述這四種快速充電槍樣式及所使用的通訊格式均有所不同,因此彼此間無法直接相互共用。

      綜合以上可知,現階段國際上不管是慢速充電還是快速充電方式充電介面均尚未統一,因此當購入一台電動車時,在享受電動車所帶來的安靜與環保前,首先務必確認該車充電時是使用哪種規格,充電方式為何,這樣在後續使用上可以大幅降低因使用不相容之充電設備導致無法充電所帶來的不便。

    快速充電樣式

      不論使用慢速充電或是快速充電,大多數的人一想到電動車充電,多半都會擔心會不會有觸電風險的問題?其實電動車與充電設施於充電槍插入充電插座開始連接後,就會透過特殊的通訊方式來進行安全確認,包含充電槍是否連接妥當、是否有漏電的狀況或是車輛是否有異常等安全確認,以確保使用者、電動車與充電設施這三方面安全。當安全確認程序完成後,充電設施才會開啟電源進行充電。換言之充電設施平常未使用時,電力均為保持關閉的狀態,並無觸電之虞。此外,充電槍與充電設施設計上都有相關的安全要求,所有可能帶有電力的組件均以絕緣材料包覆,讓手指不會輕易地觸碰到帶電體,重點在於,只要所使用的相關充電設施都是通過安全測試並取得認證的產品,即可確保使用上的安全性。

    三、風險與保障

      國際間因應電動車的發展,各國均制定有強制性的法規與推薦性的標準或規範,例如北美以FMVSS 305 規範作為其強制性要求,在整車性能方面,要求車輛碰撞後的高電壓電氣特性上,不得有漏電或其他危及人員的情況;而電池系統或高電壓迴路等零組件方面,則由美國自動機工程學會(SAE) 編制推薦性的規範,或是北美安規組織UL 與美國國家標準協會(ANSI) 合作所公告的標準等,以其來做為產業在設計、驗證以及製造上的參考依據。

      聯合國於2013 年更新電動車電氣安全ECE R100 規範,其中包含了整車及電池之電氣安全,並自2016 年7 月起,強制要求電池系統須通過其法規認證。在內容上,主要分成電氣類、氣候類以及機械類三個層面,評估電池系統裝載於車輛時,遭到意外事故時的處理機制是否充分,例如電氣類的要求中,包括需對電池系統正負極連接一小於5 mΩ 的阻抗,以模擬整車充電期間,充電機故障或充電纜線破損時所造成的短路情形,而電池系統的高壓斷開器應可偵測到外部短路,立即自動斷開對外的迴路,以避免內部的電池受損。

      因此建議消費者在選擇電動車輛時,除了可查詢新車評價(NCAP) 訊息,了解車輛安全性能優劣的相關資訊外,亦可進一步查詢其高電壓電池系統所通過的法規,以了解其電池保固的範疇和安全機制是否完整。

    暴雨試驗

      電動車輛與傳統車輛( 汽/ 柴油車輛) 在機構設計上存在相當大的差異,引擎換成了馬達、油箱換成了電池,所以添加燃料的動作變成電池充電,坐上駕駛座後發動車輛也不再會聽見引擎運轉的聲響,這對於首度接觸電動車的使用者而言,都是全然不同的體驗。由於原本變速箱要控制協調引擎轉速和車輛時速,換成直接由馬達輸出所要的轉速及扭力,因此在操作的功能安全也與傳統車輛不盡相同。為避免使用者操作錯誤造成車輛或人員傷害,現今電動車在相關的功能安全,主要項目有:

    現今電動車在相關的功能安全

    1.其他安全議題

    (1).感電

      引擎車與電動車最大的差別在於驅動方式,發動機由引擎換為電動馬達,儲能裝置由燃油箱換成電池,主要的能量來源為電能,感電的狀況成為電動車的潛在風險。國際電工協會(IEC) 採用1000 Ω 為標準成人的身體阻抗,但人體對電流的阻抗因人而異,甚至有個案僅為標準值的1/10,因此一般認為超過50 Vdc 的電壓對人體而言即為高電壓。現行電動車驅動電壓約為150~400 V,屬高電壓,若直接遭受此高電壓的電擊,可能造成嚴重傷害。

    電流對人體影響

    (2).火災

      電動車通常具備鎳氫電池或鋰離子電池,它們具有能量密度高的特性,以滿足電動車行駛里程的需求。然而高能量密度代表的是它也具有高能量瞬間釋放的風險,若電池本身或線路在事故中毀損破壞造成短路現象,持續性的短路電能釋放將產生高熱,可能引發燃燒或爆炸。

    (3).電池移位

      電動車電池通常都有相當大的體積和重量,如GM Chevrolet Volt 的電池組便有180 kg,重量大在事故中產生的衝擊力就會相對應增大,因此從單電池(Cell) 到電池組(Pack) 都必須有良好的固定結構,避免在碰撞事故中電池發生位移甚至拋飛而造成人員傷害。

    (4).液體洩漏

      電池內部可能有具腐蝕性的電解液,如鉛酸電池的硫酸、鎳氫電池的氫氧化鉀等,若在事故後發生電池液洩漏將可能造成車內乘員或救援人員的傷害,電動車在設計上應避免在事故後發生過度的電解液洩漏。

      正因為電動車有別於一般引擎車輛,有這些額外的危險因子,因此電動車的設計開發從零組件到整車,都有特定的安全法規標準可以依循,如IEC62660、ISO 12405、ISO 6469、ECE R94 等,從零組件( 如電池和電路等) 的設計開始,防堵前述風險發生,最後甚至以實車碰撞的方式來檢驗實際的車輛安全防護性能,目的都是保障消費者的安全,讓電動車可以成為安全的交通載具。

      目前國內實車碰撞法規,以車輛安全檢測基準第45、46 項為主,內容分別為側撞及前撞安全,並已與歐盟ECE 法規調和同步。除了要求碰撞乘員保護外,另針對電動車碰撞後的電氣安全、電池位移與電解液洩漏進行規範,其中電氣安全更包含絕緣阻抗、物理防護、電能與電壓等規範層層把關,以防止碰撞事故發生時產生嚴重的危害。

    四、維修保養

    1.停放

      電動車輛有些設計是採用電動駐煞車系統,在停放時可聽見微弱的電動馬達作動聲響,此部分與傳統車輛不同。若電動車長時間停放,電瓶仍會持續耗電,導致電瓶電壓過低,使得電動駐煞車無法釋放,為避免此情形出現,可事先移除緊急斷電開關以延長電瓶耗電時間。另外,當停車環境為極熱或極冷( 雪地) 的狀態下,也會加速電力消耗,導致電動車無法啟動。

    2.行駛中

      電動車輛於行駛中若有出現馬達過熱等警告訊息時,應立即停置路邊等待馬達降溫,待降溫後,再次確認過熱警告訊息是否消失,若未消除請勿再繼續行駛,應立即通知相關專業人員進行檢修,避免車輛因馬達過熱而造成損害。

    3.充電

    充電

    充電

    4.高壓電

    電動車有各種高電壓元件、線路,高電壓元件/ 線路均以橘色標識以利辨識,非必要時切勿與這些部件接觸避免發生觸電危險。電池、高電壓元件、線路及螺栓都應保持清潔和乾燥,如需擦拭時,應用乾淨的棉布。若發現高電壓元件或組件配線所連接的固定螺栓鬆動,須請專業人員固定確實。

    高壓電繩

    5.行駛里程

      盡量保持電動車的電池電量,不要使電池電量過低而縮短壽命,影響車輛行駛的區域範圍。若車輛不經常使用,仍應至少每三個月充電一次;若車輛出現電壓過低的警示時,表示電池已放電至底限,此時應立即停於路邊,以避免繼續行駛過程中,因車輛電力不足而突然失去動力,進而造成危險。

    6.緊急事故

    緊急事故

    緊急事故

    緊急事故

    第二階段

    第二階段

    五、結語

      電動車發展至今,對一般大眾而言仍屬於新科技,因此絕大多數的民眾尚未有機會深入的認識與了解,然而,這也是許多人對其安全性仍有所疑慮的主要原因。事實上,電動車從零組件到整車的開發與生產流程,都需要依循非常繁複的標準與法規來進行,以保障車輛的安全,可說是十分安全與便利的交通工具。但這些新型車輛,畢竟有別於傳統引擎汽車,因此對用車人及救援單位而言,都有新的安全議題需要對應與掌握。

      在車輛專業人員持續投入許多資源提升電動車品質的同時,政府方面也已逐步加強及推廣各項配套的安全教育,尤其是經常面對車禍事故處置的第一線消防與救援人員即是關鍵對象。但未來也還需要車廠、消防單位與政府機關的通力合作,建立資料庫,加強緊急救援人員的訓練,以及協助車廠與消防系統結合,設置緊急通聯管道,充分整合可隨時支援事故現場的資源等,如此才能提升電動車事故處理的效率及安全性。在此同時,幫助全民對電動車有更多的認識與了解,多加提供相關知識,也是政府與業界刻不容緩之事。唯有消費者真正理解與熟悉,消除心中對於電動車的不安及疑慮,方有助於加速電動車普及化的進程。

      最後,謹慎面對電動車的使用維護與事故處理絕對是必要的,但實毋需恐懼,讓我們在追求潔能、保護環境的同時,也能安心地迎接現代化代步工具-電動車時代的來臨

    環保新生活,迎接電動車