48V 輕混式複合動力車市場驅動力及車廠導入情形
摘要
隨著各國對於車輛燃油經濟性要求和二氧化碳排放越趨嚴苛，國際車廠已無法單純藉由改善內燃機引擎技術來達到法規要求，雖全球電動車輛(含純電動車、插電式複合動力車、混合式複合動力車)銷售量受惠政府補貼逐年攀升於2018年達406.7萬輛，約佔全球銷售總量的4.3%，但仍未受到大眾消費市場的青睞。因此採用48V電壓系統的輕混式複合動力車(Mild Hybrid Electric Vehicle, MHEV)概念因應而生，相較純電動車、高壓重混式複合動力車輛可提供減少二氧化碳排放及降低售價的經濟型解決方案。
The requirement of the vehicle fuel economy and carbon dioxide emission is stricter and stricter in different countries, the car manufacturers could not fulfill the requirement simply by improving the internal combustion engine technology. Even though the sales of global electric vehicles (including pure electric vehicle, plug-in electric vehicle and hybrid electric vehicle) has supported by the subsidy of the government and reached 406.7 million, around 4.3% of global vehicle sales in 2018, the electric vehicles are yet popular in mass vehicle market at the moment. As a result, a concept of mild hybrid electric vehicle (MHEV) adopting 48V voltage level has arisen, it provides a less emission and cost-effective solution comparing to pure electric vehicle or high voltage full hybrid electric vehicle.
關鍵詞(Keywords)
輕混式複合動力車、48V電壓系統、二氧化碳排放
Mild hybrid electric vehicle (MHEV), 48V Voltage system, CO2 emission
前言
48V電壓系統於2011年由德系車廠Audi、BMW、Daimler、Porsche、VW共同提出，為達成減少二氧化碳排放量及油耗標準，又能兼顧成本效益的考量下推行。藉由煞車能量回收機制、怠速啟停(Start-Stop)功能及供應大耗電量車用負載，卻無需安裝超過60 V電壓的電氣保護措施及過高的新增零件成本，成為車廠在因應日漸嚴格的環保規範下的經濟型解決方案。
48V電壓系統推行驅動因子
1.全球二氧化碳排放及燃油經濟性標準日漸趨嚴
全球的乘用車二氧化碳排放規範以歐盟在2020/2021年的95 g/km排放量(採NEDC測試標準，註1)最為嚴苛(圖1)，不僅如此歐盟已進一步規範，2025年較2020年基準下減排15%(相當於81 g/km)以及2030年較2020年基準下減排37.5%(相當於59 g/km)。以歐盟的規範，每多1 g二氧化碳排放量將對當年度銷售的每輛新車罰款95歐元，對於以歐洲為主要市場的車廠來說，將形成巨大的壓力。
圖1 全球乘用車二氧化碳排放目標[1]
2.車用發電機電量漸不足以負擔車用負載所需
近年來車輛上配備逐漸由液壓或是機械能轉換為直接以電子操控及電氣驅動，隨之而來的是所需的功率負載也隨之上升。12V電壓系統目前支援有持續性電子負載(如電子加熱系統、引擎冷卻風扇、擋風玻璃加熱系統、車載娛樂等)以及臨時電子負載(如車身穩定系統、車窗及座椅調整馬達等)，而除了在原有配備上的轉換外，為了提供較佳的動力表現、新增的駕駛安全輔助及乘客舒適性需求，12 V鉛酸電池及發電機電量漸不足以負擔更高的峰值電力供應需求。
3.減輕車內元件體積及重量
當車內系統電壓從12 V提升到48 V時，在原有車用負載功率未提升的狀態下，電流降為原先的25%，此將影響所用的電氣線束規格(截面積)從而減輕重量及成本；此外當車內零組件由液壓轉換為電氣直接驅動後，所減少的液壓組件或驅動皮帶等，將進一步減輕整車的體積及重量，進而減少燃油消耗及尾氣排放。
48V電壓系統目標市場
1.歐盟
根據歐洲環境署(European Environment Agency, EEA)所公布2018年車廠平均二氧化碳實際排放量為120.6 g/km，已連續第二年呈現上升，各家車廠距離2020年的目標仍有16~31 g(約15%~25%)的差距(圖2)。若以歐洲銷售量最高的車廠VW集團為例，距離2020年目標差距26 g，粗略以其2018年的歐洲乘用車新車銷售366萬輛換算，若未在進一步縮減碳排量將會被處以高達90億歐元的罰款，對比於VW集團2018年的利潤為139億歐元，將嚴重侵蝕其利潤達65%。
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