關於Porsche首部市售純電動車款Taycan,需要了解更多的是…

電動汽車是全球汽車業界未來發展的主題,並且是環保型移動方式的關鍵,而新政策的規範也是發展的另一個重要因素。到2020年,歐洲汽車製造商必須將其新車的平均每公里二氧化碳排放量降到僅為95克,以目前全世界所有販售的內燃動力汽車的數據來說,幾乎都無法達標!這代表屆時所有汽車至少都要是Hybrid油電混合動力才行。

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全世界的電動汽車數量確實在增加。2018年初,電動汽車總數(包含了油電混合)已達到約320萬輛,比2017年增加了55%。市場主要位在中國,目前中國已有超過120萬輛電動汽車,光是2017年就增加了579,000輛。在美國,2017年電動汽車數量增加了195,000輛,總計超過750,000輛。然而,德國的數據相對較低,總共上升了54,490輛至92,740輛。整體來看,新註冊的電動車比例佔了1.6%,如果增長率保持在2017年的水平附近,到2025年,全球電動汽車的年度新註冊數量將會超過2,500萬輛。

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關於2019年將正式亮相的Taycan,為了開發它,Porsche動員了40名專家,而它有幾項簡單的重點:

動力

* 整體輸出動力將大於600hp
* 驅動系統使用高達800V的電壓
* 行駛里程超過500公里
* 0-100km/h加速在3.5秒內可完成
* 0-200km/h加速在12秒內可完成

對Porsche而言,到2025年,目標是所賣出的電動車,一半是純電動車型;另一半則是插電式混合動力車。2019首款電動車型Taycan跑車,目前估計每年約會有兩萬輛的銷售,這相當於911當前銷售數字約三分之二。

但最重要的是:如何創造一種兼顧性能和效率,讓駕駛動態和日常可用性方面均能樹立新標準的電動汽車?如何補償電池所增加的重量?什麼能使電動車感覺像典型的Porsche跑車?這些絕對是愛用者最關心的議題!

Weissach的工程師們基於智能性能原理開發了Porsche電動車的驅動系統,Taycan將會在前後軸各配置一顆高效率、產熱較少的PSM永磁同步電動馬達(Permanently excited Synchronous Motors:需要使用永久磁鐵,相對成本會比繞線式馬達高),其為與利曼冠軍919 Hybrid賽車所使用的同一款馬達,可產生永久磁性旋轉運動,可隨時應需要立即啟動。

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另外,永磁的設計還可獲得較緊湊、不佔空間的好處,因此也間接地對輕量化的要求提供了幫助。而為了再進一步節省更多空間,馬達內部的線圈採用了所謂的髮夾式設計,線圈本身並不是由圓形導線所組成,而是扁的矩形!這項關鍵設計可使銅線圈繞得更緊密,單位體積可以容納更多的銅,就可以以相同的線圈體積,輸出最多的功率和扭矩。

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Taycan的電力電子設備也經過了微調以提高效率,將電池的直流電轉換為電動機的交流電的逆變器進行修改,其並不像一般方式以固定的脈衝頻率工作,而是具有無級可變的脈衝頻率(一般所熟悉的變頻設計)。這代表著電動馬達可以自適應地總是在最佳工作狀態下輸出動力!另外,冷卻系統也具備自適應調整功能,溫度傳感器可即時檢測冷卻要求,再藉由軟體來確保冷卻水立即被引導到正確的位置,例如:駕駛可突然來個全「電」門到底,此時冷卻系統會立刻執行最高流速來運送冷卻液。

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電池

* 將在2022年前投資60億歐元用於生產電池
* 鋰離子電池的最佳工作溫度控制在20~40°C
* 將每顆單一4V電池聯結成800V高電壓輸出

電池是電動車最重要的核心,而正也是目前讓價格高於傳統內燃動力汽車的主要原因。由於其較低的行駛範圍和仍然不足以覆蓋的充電基礎設施,而於目前受到市場上有限量的接受度,並且電池的安全性也是一些購買者所關心的問題。因此電池技術的複雜給汽車製造商帶來了新的挑戰!電動車的電池的製作要求必須非常嚴格。

Porsche電動汽車總監-Otmar Bitsche說到,「Taycan使用最新鋰離子技術高壓電池,這是目前的黃金標準。它們的能量比目前大約為每公斤270瓦特小時(Wh / kg)。就像手機電池的發展一樣,電動車電池技術的發展,每年以高達5%的速度持續發展中」。最佳解決方案,Porsche研究重點是通過擴展至現有鋰離子技術的新材料優化,以及基於固態電解質的全新電池技術。

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重量、溫度、原料的可用性三項因素決定了電池的未來發展。然而目前對於重量這方面,還無法有重大的突破,但透過鋰離子盡可能緊密地包裝在一起,讓電能密度的增加,已經很能夠輕易做出行駛里程超過500公里的純電動車了。但也必須在最佳的工作溫度下才能完美運行,例如:鋰離子電池的工作溫度最好在攝氏20到40度之間,這同時適用於充電和駕駛狀態。最後,汽車製造商還面臨著另外兩個基本挑戰:充足的原料供應並且可持續地提取原料(例如:鋰與鈷礦),Porsche正積極為兩者做好準備。

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Porsche不僅要求移動時的速度表現,充電時也是有同樣的要求。電流匯流過大約400個電池,它們彼此串聯和並聯連接,而每個單獨的電池具有大約4伏的電流,最後加總起來為800伏特(約一般工業用電壓的兩倍)。要在如此高電壓下能控制在理想工作溫度範圍內,實現充電和放電的巨大電池容量是一項重大挑戰!

儲能系統負責人Nora Lobenstein表示,「解決方案是一種智能充電協調和高效熱交換器系統,可以快速將電池升溫至工作溫度,並可在重負載下可靠地進行冷卻,例如:電力使用突然激增或處於快速充電期間。並且僅需大約十五分鐘進行充電,就能行駛約四百公里。此外,高電壓的運作,也附加了可以使用較細電纜線的好處,對於輕量化也是一大幫助!

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充電

* Porsche新一代充電站專為800伏技術而設計。但它也能向下兼容市場上所有採用400伏技術的電動車輛。
* 15分鐘進行充電,能行駛約400公里
* 配置10吋大型觸控式螢幕,即使在明亮的陽光下也能實現最佳辨識度
* 採用歐洲和美國標準的CCS組合充電系統,並也對日本和中國提供當地標準的充電系統

目前的充電方式可區分交流(AC)充電與傳統400伏插頭連接,其充電容量高達22 kW,以及充電容量高達350千瓦的直流(DC)充電,交流充電通常在家中或工作場所使用,而直流充電則在公共快速充電站使用。對於AC充電,需要永久安裝的壁箱(Wall Box)或合適的充電電纜作為電源插座和車輛之間的連接。在公共AC充電站,帶有CCS連接器的特殊電纜就足夠了。

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預計在2025年以前,充電需求的增長還算緩和足以應付,但到了2035年可就不同了!中國市場的推波助瀾之下,需求將大幅增長!然而目前全球存在的可供快速充電的快速充電站很少會提供超過50千瓦。然而,要有250公里行駛距離的電力,需要大約一個小時的充電時間。因此,我們怎樣才能更快速充電?我們怎樣才能獲得足夠的通用充電點?我們怎樣才能加強目前較弱的充電網?是未來相關周邊設施最重要的執行問題。

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800V系統解決了車輛本身充電硬體問題,剩下的是解決電力來源的問題,除了家用與工作場合的私人充電裝置的普及之外,BMW、Daimler、Ford以及Volkswagen四大汽車集團合資企業-Ionity,已經在汎歐洲主要交通幹線上設置了快速充電站,並已開始營運,預計到2020年將會有400座投入營運。這些快速充電站沿歐洲公路網每100~150公里就會設置一站,讓電動車環遊歐洲不成問題!每個充電樁都會有與提款機相同的10吋大型觸控式螢幕以便於充電操作。而此充電基礎設施目前也逐漸往美國和中國發展。

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除了Ionity,到了2020年的同時,也將會有數千個其他品牌的高功率充電(HPC)充電站投入營運。與現有系統相比,每個充電站都會具備高達350千瓦的充電容量。然而Porsche所設立的800V快速充電站,可以普遍用於任何品牌電動汽車。如果該車款不是為快速充電而設計的,控制設備會檢測它是什麼類型並適當地降低充電電流,以增加可靠而安全的實用性。

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目前Taycan已開始執行在世界上極度炎熱和寒冷地區的密集測試之旅。第一站:南非西部,共有超過六十位研發人員駕駛二十一部偽裝原型車,每天的高溫約攝氏40度,對團隊和機器都是同等程度的挑戰,而這次旅行大約四萬公里。當Taycan正式在2019年底進入市場販售之前,總測試里程數預計將達到數百萬公里。

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全世界第一部量產電動車為1898年所推出的「System Lohner-Porsche」,由於當時的電池技術落後,光電池就達1.8噸重,加上保護電池的結構,總重輛高達了4噸。

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Bear

曾於2002~2004任職於Option改裝車訊編輯,之後轉戰汽車銷售十餘年,擔任總代理新車及超級跑車的銷售業務及公關企劃,藉由過去的工作經驗作貼切的報導,以協助讀者們購車前的參考,是在下的職責以及撰稿方向。