VW替代能源大閱兵-柴油門事件解套?

2016-03-11 00:00:00

去年9月18日美國環保局指控VW某些車型內的柴油車引擎控制單元內安裝了非法軟體、故意規避美國汽車空污排放規定,此重大事件象徵這個歐洲第一大汽車集團進入了全新時代;面臨可能高價罰款及相關單位調查下,在「VW柴油車款排放事件」發生後,VW決定未來發展方向轉為主力搶攻電動與燃料電池、替代化石燃料等領域,而先進的模組化平台如何幫助前述替代能源車型快速普及?請看我們的分析。

去年美國環保局指控VW柴油車引擎控制單元內安裝非法軟體、故意規避美國汽車空污排放規定,間接讓VW集團進入了全新時代。

文 許鴻德

目前超過一半的歐洲市場新車使用柴油引擎,這主要是因為歐洲政府補貼柴油燃料售價,而從全球來看,隨著各國加大力度降低廢氣排放以及提高燃油經濟性,柴油引擎車輛的銷售持續成長已是共識。VW(歐洲地區50%銷量來自柴油車)更是大幅壓寶柴油車型的前景,然而在「柴油車款排放事件」之後,其他清潔能源的方案對歐洲第一大汽車集團更顯得刻不容緩,美日中競爭對手爭相採用的電池動力車型便成為最好的選擇。

目前三元鋰電池成本高而品質不穩定,電力基建設施也不足以滿足大量車主的充電需求,因此實用性高且技術成熟穩定的插電式混合動力車型仍是當前最好的選擇。

純電池動力與插電式混合動力科技並進

由於三元鋰電池的的生產成本仍居高不下,包括Toyota等車廠都對短期內電動車的普及速度持極高的懷疑態度? Toyota執行副總裁瀧本政民曾在一次公開活動中表示「時機還不成熟」,他認為電動汽車目前還「面臨很多挑戰」,純電動車要商業化還需要遠遠超現有科技水準的二次電池技術,而他也同時指出,「如果我們的判斷沒有錯,我們的競爭者還要花費數十億美元研究這項成長緩慢的科技。」東京大和研究所的汽車分析師Mahogany Inoue則認為電動車目前的市場很小,而且利潤率也很低。Toyota高層主管們曾對媒體滔滔不絕地述說對電動車疑慮的原因:電動車充滿一次電並不能行駛很遠、目前三元鋰電池成本高而品質不穩定、電力基建設施也不足以滿足大量車主的充電需求;相較之下,實用性高且技術成熟穩定的插電式混合動力(Plug-in Hybrid)車型成為當前最好的選擇,無怪乎VW集團也選擇與日本競爭對手相同的發展路徑。從2005年開始,VW集團旗下的Audi逐步推出了採用混合動力、插電式混合動力、純電動、增程式純電動、氫燃料電池等技術的概念車,前述車型所涉及的電動技術幾乎涵蓋了電動車的所有發展方向。

VW集團研發混合動力系統已有很長時間,更導入了過去在賽道內獲得的寶貴經驗。

2009年Audi在德國法蘭克福國際車展發佈了首款名為「e-tron」的概念車型,這款比Audi R8更為夢幻的概念跑車從靜止加速到100km/h僅需4.8秒,而經過了5年的研發,「e-tron」插電式混合動力系統已在包括Audi A1、Audi A3、Audi A6、Audi Q7及VW Golf等量產車型內實現,以最常見的Audi A3 e-tron / VW Golf GTE最新一代插電式混合動力車型為例,採用1.4T渦輪增壓引擎搭配最大功率80 kW電動馬達的系統可謂是動力(最大功率204匹馬力)與效率(100公里耗油僅1.5升)的完美結合,在實用性上也毫不遜色(純電力驅動模式續航里程可達50公里,TFSI引擎可繼續提供890公里的續航里程),更確實做到了「以小排量達到高效率」的願景,並沒有以削減動力來換取節能表現,可說與Toyota集團的混合動力科技車型有了明顯區隔。而消費者的認同也沒有讓VW集團失望:Audi A3 e-tron插電式混合動力車型於2015年12月在美國上市第一天的銷量就達到49部,2016年1月銷售更達到令人咋舌的327部(同期Tesla Model X銷量也僅有370部),這預示著「e-tron」產品線的美好未來。

而對於純電動車型的未來發展藍圖,VW集團也做了完整規劃!我們可以從該集團首款由電動車型模組化MEB平台打造的「BUDD-e」概念車內略窺一二。

以最常見的Audi A3 e-tron / VW Golf GTE最新一代插電式混合動力車型為例,採用1.4T渦輪增壓引擎搭配最大功率80 kW電動馬達的系統可謂是動力與效率的完美結合。

MEB平台將為集團未來純電動車型以及插電混動車型提供堅實的發展基礎,平台內可容納大型電池組和驅動系統,特色是電池組平鋪於車軸上方,如此設計可保證車內的正常乘坐空間(過往電動車型的電池多放置於中控檯之下,此設計大幅佔據車內空間)。而「BUDD-e」概念車總容量92.4 kWh的電池組甚至高於Tesla Models S車型內的85 kWh,再透過前後軸各裝有一具電動馬達而實現四輪驅動,兩具馬達總輸出功率可達到225 kW!其533公里的續航里程則可媲美傳統動力車型,支援半小時快速充電80%更大大提昇了電動車使用遇到充電時間長的瓶頸。BUDD-e概念車可視為經典Microbus在21世紀的重生,獨特的車身內搭載了包括手勢控制、e-Mirror車內電子後視鏡、快速充電等多項新技術,勾勒出該集團未來電動車型的發展方向。

 

受益於油頁岩革命的雙燃料g-tron系統

除了電池動力技術之外,VW集團在替代燃料領域的研發也不遺餘力,更投入研發合成柴油e-Diesel與合成天然氣e-gas等替代能源,透過複雜的生物與化學交互作用合成燃料,減緩人類對於石化燃料的依賴與消耗。為了展現對於研發替代燃料的研究成果,Audi也發表了品牌旗下第二款在傳統動力系統的架構下使用壓縮天然氣作為燃料的替代能源車款──與實驗性質的A3 Sportback g-tron不同,全新發表的A4 Avant g-tron確定將在2016年底量產問世!

除了轎車之外,e-tron系統也搭載於各式SUV車型以提昇節能表現。

要討論壓縮天然氣(Compressed Natural Gas,CNG)技術,我們就不能不提美國的「油頁岩革命」!首先天然氣又稱油田氣、石油氣、也就是一般俗稱的「瓦斯」,主要成分為甲烷,還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等,為無色無臭易燃易爆氣體。雖天然氣早已是人類冬季取暖以及發電的重要能量來源,但做為汽車動力卻始終不是主流,不過,這點將隨著油頁岩革命導致低價天然氣大量開採而有所改變!

 

油頁岩則是富含有機物的沉積岩,可自其提煉出液態烴類。透過化學裂解加工,可將油頁岩中的油母質轉換為合成原油。油頁岩加熱至特定溫度能將蒸氣分離,即藉由蒸餾產生類似石油的頁岩油以及易燃的油頁岩氣(天然氣)。從2005年開始,美國便不斷發展從油頁岩開採天然氣的技術,根據地質學家的預估,美國的油頁岩蘊藏的天然氣總量足夠美國使用100年!目前美國已經取代俄羅斯、成為全球最大的天然氣生產國,大量的低價天然氣被開採出來也導致天然氣期貨價格自2010年年中以來持續下跌,幾乎可以用「崩盤」來形容,同期美國國內的天然氣使用量則來到歷史新高。

目前VW集團已推出採用MQB平台的純電動車型,未來更將推出電動車型專屬模組平台。

油價和天然氣價格愈來愈大的價差已成為常態,以天然氣取代石油的趨勢將愈來愈明顯。隨著天然氣的開採成本逐漸降低,再加上其一氧化碳排放量趨近於零、對環境傷害極小,而且天然氣作為燃料可直接使用於內燃式汽油引擎,在免除開發成本又有以上種種優點的前提下,由原廠設計並銷售的天然氣動力車型近年來在海外地區已快速普及,包括VW、M.Benz、Opel在內的歐洲車廠都提供了不少的選擇。由於天然氣燃燒溫度高但爆發力不足,加上為氣態非液態之故,過去一般消費者對出廠後自行改裝的天然氣動力車型之刻板印象是引擎無力、不順甚至會有燒毀氣門的問題發生,而原廠推出的雙燃料車型則是在傳統汽油動力車型內整合壓縮天然氣(CNG)燃料系統,由於設計更周詳、其穩定與耐久等特性逐漸獲得重視。

MEB平台將為VW未來純電動車型以及插電混合動力車型提供堅實的發展基礎,平台內可容納大型電池組和驅動系統,特色是電池組平鋪於車軸上方,可確保車內的正常乘坐空間。

Audi A4 Avant g-tron內配置了容量為25公升的汽油油箱(可提供汽油、天然氣雙燃料與高達950公里以上的續航行駛里程),在CNG燃料低於0.6 kg時便會主動切換至汽油燃料,能夠提供約450公里的額外汽油續航里程,造就A4 Avant g-tron絕佳的續航力表現。

BUDD-e概念車可視為Microbus在21世紀的重生,獨特的車身內搭載了包括手勢控制、e-Mirror車內電子後視鏡、快速充電等多項新技術,勾勒出該集團未來電動車型的發展方向。

為了讓2.0升TFSI渦輪動力兼容於汽油與CNG燃料,Audi工程師進行了許多改良:包括天然氣氣瓶、減壓調壓器、各類閥門和管件、混合器(或者天然氣噴射裝置)、各類電控裝置等,這類車型可以同時使用汽油與壓縮天然氣、汽油與天然氣的交互運用也免除了車主尋找加氣站的困擾,達到穩定且兼容雙燃料的最佳輸出水準,並創造每公斤CNG可行駛超過25公里的絕佳節能表現。燃料補充方面除了前往一般的CNG加氣站,當然也能夠使用Audi自產的「合成天然氣e-gas」,選擇對於環境影響最小的用車生活。

 

天然氣車型優缺點分析

優點

1.更環保:CNG車型的最大優勢就是減少對環境有害的氣體排放。與汽油動力車型相比,天然氣車型可以減少多達93%的一氧化碳排放量、減少33%的氮氧化物和50%活性烴氣的排放量。

2.更安全:CNG車型的油箱比汽油或柴油油箱更厚且更結實。美國過去兩年多以來沒有出現過任何天然氣儲罐破裂的情況。

3.經濟效益:天然氣的費用比汽油低。平均來說費用降低30%(未來可能更多),而且與汽油價格相比,天然氣的價格非常穩定。

4.CNG車型的維護成本低:因為天然氣燃燒時很少產生污染,這對於引擎的磨損較少,而且還能延長維修引擎和更換機油的時間。

缺點

1.使用空間:用戶對於CNG車型的最大抱怨就是空間較為不足,因為雙燃料車型必須犧牲車室空間以便容納天然氣儲氣瓶。

2.成本較高:整合壓縮天然氣(CNG)燃料系統需增加額外成本,但此成本可由日後的燃料費用彌補。

3.天然氣蘊含量:天然氣與汽油一樣都是石化燃料,不能將其視為可再生資源。儘管美國的天然氣儲量仍然很高、但也不是取之不盡。假使按照目前的消耗速度,天然氣儲量還能持續開採100年。

為了展現對於研發替代燃料的研究成果,Audi也發表了品牌旗下第二款在傳統動力系統的架構下使用壓縮天然氣的替代能源車款A4 Avant g-tron,並確定將在2016年底量產問世!

先進的模組化平台為幕後無名英雄

行文至此,我們必須對VW新一代替代能源車產品線的背後無名英雄:先進的模組化平台設計給予肯定!我們以Audi A3 e-tron / VW Golf GTE車型的動力系統佈局為例,得益於MQB模組化平台在設計之初就考慮到了插電式混合動力車型的設計,引擎室內雖然擁擠、但仍可容納下左邊一具1.4 TSI渦輪增壓引擎和右邊一具電動馬達。雖然過去幾年對MQB平台技術的大量資源投入亦對VW集團造成沈重的負擔,但面對未來複雜的市場挑戰時,更前瞻的設計仍提供了最大的應變彈性。

由各原廠推出的汽油 / CNG雙燃料車型是在傳統汽油動力車型內整合壓縮天然氣燃料系統,由於設計較周詳,其穩定與耐久等特性逐漸獲得重視。

隨著採用MQB平台的車型逐漸問世(未來將衍生60餘款新車型),基於該平台的年產量已由2013年的100萬部以下暴增至2016年預計年產量將達到約400萬部,屆時將開始出現投資回報。雖然新科技的研發耗資甚鉅,VW集團並未因此放慢腳步,相信隨著電動車型模組化MEB平台的推出,未來VW集團將推出更豐富的替代能源產品選擇。目前三元鋰電池成本高而品質不穩定,而電力基建設施也不足以滿足大量車主的充電需求;相較之下,實用性高且技術成熟穩定的插電式混合動力(Plug-in Hybrid)車型成為當前最好的選擇,VW集團選擇與日本競爭對手相同的發展路徑並不讓人意外。

 

隨著天然氣的開採成本逐漸降低,再加上其一氧化碳排放量趨近於零、對環境傷害極小,而且也可直接使用於內燃式汽油引擎,由原廠設計並銷售的天然氣動力車型近年來在海外地區已快速普及,包括VW、M.Benz、Opel在內的歐洲車廠都提供了不少的選擇。

  

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