並聯Parallel Hybrid系統引擎為主、馬達為輔


因各家車廠的專注技術不同,油電車發展至今,已分出許多不同的技術與架構,若要進行區分,目前車壇多數採用的分類法,是以引擎與馬達系統相互搭配的方式差別,分成「並聯」、「串聯」與「混聯」等三大種類,筆者就依此為大家介紹各系統間的特性為何。

這張圖是用來說明各Hybrid系統中,引擎與馬達各自負責的工作項目,並聯系統中馬達只是輔助動力角色,串聯系統中馬達則負責主要的動力輸出,混聯系統則是間配兩者優點。

首先我們現來看看何謂「並聯式Parallel Hybrid」系統,這套系統最大的特徵在於引擎與電動馬達,是直接連接於同一套傳動系統上,因此油電兩套系統的動力輸出會是在同一個軸上,最容易接觸到的車款例子就是Honda Insight/CR-Z。並聯的Hybrid系統,都是以引擎為主要驅動車輛的動力系統,電動馬達只是輔助動力之用。例如Honda Insight/CR-Z車型在引擎與變速箱中間,增加一具薄型馬達,在全油門加速或起步/爬坡重負載時,電腦控制系統才會啟動馬達提供額外的輔助動力,或是利用馬達進行煞車,執行動能回收電力為電池組充電。

Honda Insight/CR-Z車型上所使用的油電混合動力系統,就是最標準的並聯系統,車輛動力主要還是以引擎為主,馬達只是輔助動力之用,且無法以純電力行駛,因此可以採用薄型馬達,機械結構更動不大,較容易實現。

由於電動馬達僅屬輔助地位,因此多為小功率、小型化馬達,且可兼具發電機,其優點是僅在引擎與變速箱中間加上薄型馬達,機械結構更動不大,也較容易實現,因此科技層面較其他Hybrid系統低,透過電動馬達的加入,可提升小排氣量引擎的瞬間動力輸出,或協助車重較重的旗艦房車獲得較佳的起步油耗表現,但是缺點則是無法以純電動馬達動力行駛,對油耗的減輕效果比較小,屬於輕度Hybrid的設計。

薄型馬達就安裝在引擎與變速箱之間,可提升小排氣量引擎的瞬間動力輸出,或協助車重較重的旗艦房車,獲得較佳的起步油耗表現,但是缺點則是無法以純電動馬達動力行駛,對油耗的減輕效果比較小,屬於輕度Hybrid的設計。

串聯Series hybrid系統

馬達為主、引擎發電

至於「串聯式Series Hybrid」系統的作動方式又如何呢?該系統最主要的特徵就是車輛動力來源都是以電動馬達負責,引擎只是用來帶動發電機發電,一邊供應馬達運轉所需電力,一邊為電池組充電,這樣的設計其實比較接近純電動車的概念,只是比純電動車多了一個發電用的引擎,也因為如此,搭載的引擎通常都採用排氣量很小的類型,有些還使用雙缸引擎而已。

BMW i3 Rex增程版車款就是串聯Hybrid系統的最佳代表,其上雖然搭載一顆雙缸引擎只用來發電,動力輸出還是只靠電動馬達負責,因此開起來的感覺跟純電動車沒有兩樣,且不用擔心開到沒電,加汽油就可繼續發電行駛。

由於動力來源是以馬達負責,因此需採用動力輸出功率較高、較大型的電動馬達,駕駛體感與純電動車無異,都很直接與暴力。此外,由於小引擎僅負責穩定運轉發電,因此排污不大有助環保,且可最大行駛里程會比相同規格但沒有引擎的純電動車還要遠,更能省卻安裝大容量鋰電池的成本,是另外一種Hybrid發展主力。目前最容易接觸的串聯式Hybrid系統車款,除了Hybrid公車外,BMW i3增程車款也是最佳例子之一。

混聯Series Parallel Hybrid

Toyota技術獨步全球

既然並聯與串聯兩套系統都有其各自優點,如果把兩套系統合而為一的話,那不是更好嗎?沒錯,因此Toyota集團旗下Hybrid車款就是採用此設計,我們稱之為「混聯Series Parallel Hybrid」系統。

豐田混合動力系統就是混聯Hybrid系統,整套系統複雜度極高,兼容串並聯系統優勢,使其低速時能以純電力行駛,高速時則切換為引擎動力,需要強大動力時引擎與馬達又可同時出力,使綜效馬力大於相同排氣量的車款,且節能效果相當明顯。

1997年豐田推出的第三代Prius開始,車上使用的THS(Toyota Hybrid System)豐田混合動力系統就是混聯系統,其最大特點在於低速時可以純電力馬達行駛,高速時則切換為引擎動力,需要強大動力時引擎與馬達又可同時出力,使綜效馬力大於相同排氣量的車款,要達成此目的,背後所隱藏的科技層面比上述兩套系統更加複雜且高深。

從Toyota原廠提供的資料來看,THS主要是由一顆汽油引擎、一顆MG1發電機、一顆MG2電動馬達、鎳氫電池組與精密的PCU控制系統所組成,發電機與電動馬達就位於引擎與變速箱間,例用行星齒輪機構將全部系統連接起來。MG1發電機除了負責提供替鎳氫電池充電外,也負責平順的啟動引擎;MG1電動馬達則提供純電動行駛模式的驅動力、加速時的輔助動力、煞車時作為動能回收的發電機等。混聯Hybrid設計同時具備串聯式和並聯式兩者的優點,可兼顧節能表現與性能表現,但是由於系統較為複雜,因此技術門檻也高。