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VW替代能源大阅兵

去年9月18日美国环保局指控VW某些车型内的柴油车引擎控制单元内安装了非法软体、故意规避美国汽车空污排放规定,此重大事件象徵这个欧洲第一大汽车集团进入了全新时代;面临可能高价罚款及相关单位调查下,在「VW柴油车款排放事件」发生后,VW决定未来发展方向转为主力抢攻电动与燃料电池、替代化石燃料等领域,而先进的模组化平台如何帮助前述替代能源车型快速普及?请看我们的分析。

VW替代能源大阅兵去年美国环保局指控VW柴油车引擎控制单元内安装非法软体、故意规避美国汽车空污排放规定,间接让VW集团进入了全新时代。

文 许鸿德

目前超过一半的欧洲市场新车使用柴油引擎,这主要是因为欧洲政府补贴柴油燃料售价,而从全球来看,随着各国加大力度降低废气排放以及提高燃油经济性,柴油引擎车辆的销售持续成长已是共识。VW(欧洲地区50%销量来自柴油车)更是大幅压宝柴油车型的前景,然而在「柴油车款排放事件」之后,其他清洁能源的方案对欧洲第一大汽车集团更显得刻不容缓,美日中竞争对手争相採用的电池动力车型便成为最好的选择。

VW替代能源大阅兵目前三元锂电池成本高而品质不稳定,电力基建设施也不足以满足大量车主的充电需求,因此实用性高且技术成熟稳定的插电式混合动力车型仍是当前最好的选择。

纯电池动力与插电式混合动力科技并进

由于三元锂电池的的生产成本仍居高不下,包括Toyota等车厂都对短期内电动车的普及速度持极高的怀疑态度? Toyota执行副总裁泷本政民曾在一次公开活动中表示「时机还不成熟」,他认为电动汽车目前还「面临很多挑战」,纯电动车要商业化还需要远远超现有科技水準的二次电池技术,而他也同时指出,「如果我们的判断没有错,我们的竞争者还要花费数十亿美元研究这项成长缓慢的科技。」东京大和研究所的汽车分析师Mahogany Inoue则认为电动车目前的市场很小,而且利润率也很低。Toyota高层主管们曾对媒体滔滔不绝地述说对电动车疑虑的原因:电动车充满一次电并不能行驶很远、目前三元锂电池成本高而品质不稳定、电力基建设施也不足以满足大量车主的充电需求;相较之下,实用性高且技术成熟稳定的插电式混合动力(Plug-in Hybrid)车型成为当前最好的选择,无怪乎VW集团也选择与日本竞争对手相同的发展路径。从2005年开始,VW集团旗下的Audi逐步推出了採用混合动力、插电式混合动力、纯电动、增程式纯电动、氢燃料电池等技术的概念车,前述车型所涉及的电动技术几乎涵盖了电动车的所有发展方向。

VW替代能源大阅兵VW集团研发混合动力系统已有很长时间,更导入了过去在赛道内获得的宝贵经验。

2009年Audi在德国法兰克福国际车展发布了首款名为「e-tron」的概念车型,这款比Audi R8更为梦幻的概念跑车从静止加速到100km/h仅需4.8秒,而经过了5年的研发,「e-tron」插电式混合动力系统已在包括Audi A1、Audi A3、Audi A6、Audi Q7及VW Golf等量产车型内实现,以最常见的Audi A3 e-tron / VW Golf GTE最新一代插电式混合动力车型为例,採用1.4T涡轮增压引擎搭配最大功率80 kW电动马达的系统可谓是动力(最大功率204匹马力)与效率(100公里耗油仅1.5升)的完美结合,在实用性上也毫不逊色(纯电力驱动模式续航里程可达50公里,TFSI引擎可继续提供890公里的续航里程),更确实做到了「以小排量达到高效率」的愿景,并没有以削减动力来换取节能表现,可说与Toyota集团的混合动力科技车型有了明显区隔。而消费者的认同也没有让VW集团失望:Audi A3 e-tron插电式混合动力车型于2015年12月在美国上市第一天的销量就达到49部,2016年1月销售更达到令人咋舌的327部(同期Tesla Model X销量也仅有370部),这预示着「e-tron」产品线的美好未来。

而对于纯电动车型的未来发展蓝图,VW集团也做了完整规划!我们可以从该集团首款由电动车型模组化MEB平台打造的「BUDD-e」概念车内略窥一二。

VW替代能源大阅兵以最常见的Audi A3 e-tron / VW Golf GTE最新一代插电式混合动力车型为例,採用1.4T涡轮增压引擎搭配最大功率80 kW电动马达的系统可谓是动力与效率的完美结合。

MEB平台将为集团未来纯电动车型以及插电混动车型提供坚实的发展基础,平台内可容纳大型电池组和驱动系统,特色是电池组平铺于车轴上方,如此设计可保证车内的正常乘坐空间(过往电动车型的电池多放置于中控檯之下,此设计大幅佔据车内空间)。而「BUDD-e」概念车总容量92.4 kWh的电池组甚至高于Tesla Models S车型内的85 kWh,再透过前后轴各装有一具电动马达而实现四轮驱动,两具马达总输出功率可达到225 kW!其533公里的续航里程则可媲美传统动力车型,支援半小时快速充电80%更大大提昇了电动车使用遇到充电时间长的瓶颈。BUDD-e概念车可视为经典Microbus在21世纪的重生,独特的车身内搭载了包括手势控制、e-Mirror车内电子后视镜、快速充电等多项新技术,勾勒出该集团未来电动车型的发展方向。

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受益于油页岩革命的双燃料g-tron系统

除了电池动力技术之外,VW集团在替代燃料领域的研发也不遗余力,更投入研发合成柴油e-Diesel与合成天然气e-gas等替代能源,透过複杂的生物与化学交互作用合成燃料,减缓人类对于石化燃料的依赖与消耗。为了展现对于研发替代燃料的研究成果,Audi也发表了品牌旗下第二款在传统动力系统的架构下使用压缩天然气作为燃料的替代能源车款──与实验性质的A3 Sportback g-tron不同,全新发表的A4 Avant g-tron确定将在2016年底量产问世!

VW替代能源大阅兵除了轿车之外,e-tron系统也搭载于各式SUV车型以提昇节能表现。

要讨论压缩天然气(Compressed Natural Gas,CNG)技术,我们就不能不提美国的「油页岩革命」!首先天然气又称油田气、石油气、也就是一般俗称的「瓦斯」,主要成分为甲烷,还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等,为无色无臭易燃易爆气体。虽天然气早已是人类冬季取暖以及发电的重要能量来源,但做为汽车动力却始终不是主流,不过,这点将随着油页岩革命导致低价天然气大量开採而有所改变!

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油页岩则是富含有机物的沉积岩,可自其提炼出液态烃类。透过化学裂解加工,可将油页岩中的油母质转换为合成原油。油页岩加热至特定温度能将蒸气分离,即藉由蒸馏产生类似石油的页岩油以及易燃的油页岩气(天然气)。从2005年开始,美国便不断发展从油页岩开採天然气的技术,根据地质学家的预估,美国的油页岩蕴藏的天然气总量足够美国使用100年!目前美国已经取代俄罗斯、成为全球最大的天然气生产国,大量的低价天然气被开採出来也导致天然气期货价格自2010年年中以来持续下跌,几乎可以用「崩盘」来形容,同期美国国内的天然气使用量则来到历史新高。

VW替代能源大阅兵目前VW集团已推出採用MQB平台的纯电动车型,未来更将推出电动车型专属模组平台。

油价和天然气价格愈来愈大的价差已成为常态,以天然气取代石油的趋势将愈来愈明显。随着天然气的开採成本逐渐降低,再加上其一氧化碳排放量趋近于零、对环境伤害极小,而且天然气作为燃料可直接使用于内燃式汽油引擎,在免除开发成本又有以上种种优点的前提下,由原厂设计并销售的天然气动力车型近年来在海外地区已快速普及,包括VW、M.Benz、Opel在内的欧洲车厂都提供了不少的选择。由于天然气燃烧温度高但爆发力不足,加上为气态非液态之故,过去一般消费者对出厂后自行改装的天然气动力车型之刻板印象是引擎无力、不顺甚至会有烧毁气门的问题发生,而原厂推出的双燃料车型则是在传统汽油动力车型内整合压缩天然气(CNG)燃料系统,由于设计更周详、其稳定与耐久等特性逐渐获得重视。

VW替代能源大阅兵MEB平台将为VW未来纯电动车型以及插电混合动力车型提供坚实的发展基础,平台内可容纳大型电池组和驱动系统,特色是电池组平铺于车轴上方,可确保车内的正常乘坐空间。

Audi A4 Avant g-tron内配置了容量为25公升的汽油油箱(可提供汽油、天然气双燃料与高达950公里以上的续航行驶里程),在CNG燃料低于0.6 kg时便会主动切换至汽油燃料,能够提供约450公里的额外汽油续航里程,造就A4 Avant g-tron绝佳的续航力表现。

VW替代能源大阅兵BUDD-e概念车可视为Microbus在21世纪的重生,独特的车身内搭载了包括手势控制、e-Mirror车内电子后视镜、快速充电等多项新技术,勾勒出该集团未来电动车型的发展方向。

为了让2.0升TFSI涡轮动力兼容于汽油与CNG燃料,Audi工程师进行了许多改良:包括天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管件、混合器(或者天然气喷射装置)、各类电控装置等,这类车型可以同时使用汽油与压缩天然气、汽油与天然气的交互运用也免除了车主寻找加气站的困扰,达到稳定且兼容双燃料的最佳输出水準,并创造每公斤CNG可行驶超过25公里的绝佳节能表现。燃料补充方面除了前往一般的CNG加气站,当然也能够使用Audi自产的「合成天然气e-gas」,选择对于环境影响最小的用车生活。

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天然气车型优缺点分析

优点

1.更环保:CNG车型的最大优势就是减少对环境有害的气体排放。与汽油动力车型相比,天然气车型可以减少多达93%的一氧化碳排放量、减少33%的氮氧化物和50%活性烃气的排放量。

2.更安全:CNG车型的油箱比汽油或柴油油箱更厚且更结实。美国过去两年多以来没有出现过任何天然气储罐破裂的情况。

3.经济效益:天然气的费用比汽油低。平均来说费用降低30%(未来可能更多),而且与汽油价格相比,天然气的价格非常稳定。

4.CNG车型的维护成本低:因为天然气燃烧时很少产生污染,这对于引擎的磨损较少,而且还能延长维修引擎和更换机油的时间。

缺点

1.使用空间:用户对于CNG车型的最大抱怨就是空间较为不足,因为双燃料车型必须牺牲车室空间以便容纳天然气储气瓶。

2.成本较高:整合压缩天然气(CNG)燃料系统需增加额外成本,但此成本可由日后的燃料费用弥补。

3.天然气蕴含量:天然气与汽油一样都是石化燃料,不能将其视为可再生资源。儘管美国的天然气储量仍然很高、但也不是取之不尽。假使按照目前的消耗速度,天然气储量还能持续开採100年。

VW替代能源大阅兵为了展现对于研发替代燃料的研究成果,Audi也发表了品牌旗下第二款在传统动力系统的架构下使用压缩天然气的替代能源车款A4 Avant g-tron,并确定将在2016年底量产问世!

先进的模组化平台为幕后无名英雄

行文至此,我们必须对VW新一代替代能源车产品线的背后无名英雄:先进的模组化平台设计给予肯定!我们以Audi A3 e-tron / VW Golf GTE车型的动力系统布局为例,得益于MQB模组化平台在设计之初就考虑到了插电式混合动力车型的设计,引擎室内虽然拥挤、但仍可容纳下左边一具1.4 TSI涡轮增压引擎和右边一具电动马达。虽然过去几年对MQB平台技术的大量资源投入亦对VW集团造成沈重的负担,但面对未来複杂的市场挑战时,更前瞻的设计仍提供了最大的应变弹性。

VW替代能源大阅兵由各原厂推出的汽油 / CNG双燃料车型是在传统汽油动力车型内整合压缩天然气燃料系统,由于设计较周详,其稳定与耐久等特性逐渐获得重视。

随着採用MQB平台的车型逐渐问世(未来将衍生60余款新车型),基于该平台的年产量已由2013年的100万部以下暴增至2016年预计年产量将达到约400万部,届时将开始出现投资回报。虽然新科技的研发耗资甚鉅,VW集团并未因此放慢脚步,相信随着电动车型模组化MEB平台的推出,未来VW集团将推出更丰富的替代能源产品选择。目前三元锂电池成本高而品质不稳定,而电力基建设施也不足以满足大量车主的充电需求;相较之下,实用性高且技术成熟稳定的插电式混合动力(Plug-in Hybrid)车型成为当前最好的选择,VW集团选择与日本竞争对手相同的发展路径并不让人意外。

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随着天然气的开採成本逐渐降低,再加上其一氧化碳排放量趋近于零、对环境伤害极小,而且也可直接使用于内燃式汽油引擎,由原厂设计并销售的天然气动力车型近年来在海外地区已快速普及,包括VW、M.Benz、Opel在内的欧洲车厂都提供了不少的选择。