电动车辆无法在短时间内取代原有内燃机车种的最主要原

1、.<電動車輛發展概況介紹>電動車輛無法在短時間內取代原有內燃機車種的最主要原因不外乎以下三項：(1) 車輛的價格：由於電動車的發展尚在起步階段，許多研發的成本加上製造的數量，均無法與動輒年產百萬的大汽車廠相比擬，因此在購車成本上亦相對提高。(2) 車輛的性能：由於目前並未發展出成熟性的高效率電池，以提供車輛裝載大功率馬達、提昇整體續航力、及短時間的能源補充等，因此仍無法與一般機動車輛的性能互相抗衡。(3) 能源的補充：電動車輛補充能源的唯一方式為充電，但是相對地充電設備必須與目前的加油站相當，具有一定的商業規模，並配合高效率電池的開發，降低充電的時間，方能符合現代生活的需求。除此之

2、外，電動車輛大量生產後，車上零組件的回收問題，尤其是電池，更成為未來環保工作上必須面臨的重要課題。有鑑於此，目前在發展電動車輛的同時，即應將周邊設備與社會規模同時考量，逐步推廣以鼓勵民眾購置，並規劃長期目標，以避免空氣污染改善完成後，另一種型式的污染問題又產生。有關於電動車的種類，可歸納成純電動車(Electrical Vehicle，EV)、混成電動車(Hybrid Electrical Vehicle)以及燃料電池電動車(Fuel Cell Vehicle)等三種，其中混成電動車屬於現階段過渡性的產品，但是為何需要這樣的過渡性產品呢?談到電動車就不得不談到電池，目前熟知的電池種類分別有鉛酸

3、電池(Lead/Acid)、鎳鎘電池(Ni-Cd)、鎳氫電池(Ni-MH)及鋰離子電池(Li-ion)等。然而不論為何種電池，其反應原理均是使用電化學反應來達到能量的儲存與釋放。一般電池的構成有四大要素，分別為正極(Anode)、負極(Cathode)、電解液(Electrolyte)與隔離物(Membrane)等，其中正負極通稱為電極(Bipolar)，而電極及電解液的材質成為電池特性的重要指標。以我們常用的鉛酸電池為例，其正負極分別為二氧化鉛及鉛板，電解液為稀硫酸(濃度約27 39%)。基於各種不同電池化學反應所對應出的特性，無法如內燃機般產生穩定的機械輸出，因此純電動車的發展亦受到此一層

4、面的限制，必須有相當優良的材料組合方能發展出高效率又通用的電池。因此為有效提高電動車的使用率，混成電動車於焉產生。混成電動車的原理係在車上裝載一具發電及動力輔助專用之內燃機，以進行充電或其他必須之動力輔助，如冷氣壓縮機或煞車空壓系統等，故實用性較高，為電動車輛發展過程中過渡性的產品。目前已經應用於潛艇上，即一般俗稱之柴電潛艦，其配置一組發電專用柴油引擎，以提供電力予電動馬達產生動力，並進一步降低行駛的噪音，達到軍事目的。而應用於車輛上的混成電動車可分為兩種不同的系統，說明如下：(1)平行式混成系統(Parallel Hybrid)：本系統所配置的方式與時下一般車輛較為類似，有如增加電池的數量，

5、並縮小內燃機引擎的汽油車。另外具備一組電動馬達，當車輛起步或於市區行駛時，可以電動馬達作為動力來源，如圖二所示，當車輛進入高速穩定階段後，引擎方啟動以提供輔助的動力源，多餘的發電力並回充至電瓶內，因此車輛必須有良好的控制系統，以提供行駛中車輛最佳之動力參數，並能同時有效降低污染。此型車多應用於小型車，目前國內亞太公司所生產的電動車即為此一系統。(2)連續式混成系統(Series Hybrid)：如之前所提到的柴電潛艦，本系統所配置的內燃機引擎僅作為發電機，以提供電動馬達與蓄電池電力，並不提供作為車輛前進之輔助動力。另外亦可依車種及地區性安裝冷氣壓縮機或煞車空壓系統等，此型車多用於大型車輛，目前

6、行政院環保署將於88年中引進的電動公車即為此類型車種。在國外相關文獻上，亦有將燃料電池視為混成電動車的一種，係基於燃料電池能夠源源不斷地供應電能予電池的特性。燃料電池反應的原理與一般電池十分類似，將儲存於燃料中的化學能，不經過燃燒程序而經由電化學的程序釋放出來，而氫氣是目前被使用在燃料電池上，最普遍的電極反應物。一般電池的電極均採用特定反應材料，由於反應後產生副產物，將原電極物質覆蓋，以致於必須進行充電還原。然而燃料電池的電極卻只是一種催化劑，作用原理如圖四所示，以多孔性碳石墨電極表面上塗有鎳、銀或鉑作為催化劑，當源源不斷的氫氣通過負極(-)時，受到催化劑的作用，氫原子中的電子與質子分開，通電

7、時電子流自負極流出，經過動力單元後回到正極，與氧氣結合形成帶負電氧分子(2O2-)，該分子再經由催化劑的催化作用，立即與通過電解液(如氫氧化鈣)介面(PEM)，且帶正電的氫質子結合成為水，化學反應式如下：PtPt陽極(-)：2H2+4OH-4H2O+4e陰極(+)：O2+2H2O+4e4OH-Pt淨反應：2H2+O22H2O由上述淨反應式得知，氫燃料電池放電反應時並不消耗電解液(OH-)，且電極亦不會有反應或消耗，只要氫與氧能夠不斷供應，相對地電源亦源源不斷。相對於內燃機，燃料電池的能量轉換效率高(理論70%以上、實際可超過40%)，燃料轉換後的產物為水，因此不會造成空氣污染。另外亦有以甲醇作

8、為燃料電池的電極反應物，相較於氫燃料電池，甲醇作為燃料電池較氫方便許多，主要是因為甲醇在常溫常壓下即為液態，容易儲存與運送，可如同汽油車一般在普通加油站補充能源，因此亦是各國研究的對象。但是在電化學反應上，甲醇燃料電池的反應卻不如氫燃料電池的反應般符合現行的要求，其反應式如下：CH3OH+O2CO2+H20縱觀上述反應式，甲醇燃料電池在反應過程中仍會製造出二氧化碳是其缺點，另外在25的環境下，其理論放電電位亦較氫燃料電池低許多，氫燃料電池的放電電位為1.23V，而甲醇燃料電池僅0.5V。另外亦有將甲醇轉換成氫後，再供應作為氫燃料電池的作法，如此則可兼具使用甲醇與氫兩者共同有利的特性來發揮。日本

9、豐田汽車公司發展出一款以甲醇為燃料的小型客車，使用一般的油箱，在進行轉換程序前先將甲醇與純水混合，經觸媒反應後產生氫氣，然後進入燃料電池中進行反應，如圖五所示。類似的方法亦可應用於甲烷(天然氣)、汽油或聯氨(Hydrazine)等氫化合物中，以作為反應的能源。若僅設計用純氫氣反應則車上必須安置高壓容器，在負載過程中逐步地將氫氣釋放出來，然而由於氫氣為相當不穩定的氣體，因此裝載上其安全性需進一步加強。無論如何，燃料電池的高效率、能源轉換特性及電動車體的搭配性等，應是未來邁向新車輛工業過程中一項重要的里程碑。或許可預見的將來，以燃料電池為主的車輛可改善電動車的動力性能，提昇續航力，並逐漸取代現有機動車輛在此方面表現，成為二十一世紀車輛動力的明日之星。表一：各種電池特性分析電池種類鉛酸電池(SLA)鎳鎘電池(Ni-Cd)鎳氫電池(Ni-MH)鋰離子電池(Li-ion)高分子電池(Li-Polymer)正極PbO2NiOOHNiOOHLiCoO2LiCoO2電解液H2SO4KOHKOHLiPF6PVDF負極PbCdMH(H)CC能量密度(Wh/kg)3040606080100150200基本電壓(Cell voltage)2V1.25V1.25V3.6V3V自我放電率(月)5%20%30%10%N可充電次數2005001500500100150200容忍