第二章 文獻回顧
2.7 PHEV 相關文獻
2.6.3. 政策規劃與分析模式
產業的規劃政策關係著產業的發展，如何創造產業的優勢條件與減少障礙是 政府決策的重大課題。產業的內外環境隨時都在改變，如何以動態的觀點深入分 析產業，具體描述產業發展策略條件，使決策者可以從各種產業政策工具中選擇 若干組合以形成政策，以創造有利於產業的優勢條件，乃為研究的重點。Kotler 研究日本的產業發展策略，他認為日本產業的發展主要有一套規劃模式，其模式 主要發展目標、投資策略與需求生產要素三種構面來選擇重點產業發展與設計主 要的政策。而 Rothwell 及 Zegveld 認為在實際的競爭行為下，國家與產業可以 透過不同的途徑來獲取產業創新所需的資源與條件，分別為：塑造產業環境、強 化總體環境、專注特定技術領域、專注特定產業領域、提昇產業技術潛力、培育 小型企業、培育大型企業[26]。在不同的途徑下所需要的資源在大原則上十分類 似，但是在細部的分類下卻有所不同，對此 Rothwell 及 Zegveld 並未針對不同 的途徑做細部的說明。
2.7. PHEV相關文獻
2.7.1. PHEV定義
PHEV的全名是Plug-in Hybrid Electric Vehicles，依據美國Energy Independence and Security Act of 2007[27]的定義，PHEV有三個要求 (A) 由電池(大於 4 KWH)提供車輛動力。
(B) 能夠透過外部電源提供充電。
(C) 是輕度﹑中度或重度的 motor vehicle 或 non-road vehicle。
PHEV 是 HEV 的一種，要研究 PHEV 需先從 HEV 的架構來介紹貣，HEV 主要有 分為 Series 、Parallel 以及 Series-Parallel 等三種[28]。
[26] Rothwell, R., Zegveld, W., Industrial Innovation and Public Policy, Frances Printer, London, pp.61, 1981.
[27] U.S. Congress, “Energy Independence and Security Act of 2007.”April , 2010.
[28] Chris Mi,M. Abul Masrur,David Wenzhong Gao,Hybrid Electric Vehicles- Principles and Applications
with Practical Perspectives, Aug. 2011.
2.7.2. Series HEV
Series HEV 配備為主電池充電的引擎和發電機，一邊始終充電一邊用馬達行 駛。也可認為是在 EV 的基礎上增加配備了引擎和發電機。在市售車中，與私人 乘用車相比，該方式在公共汽車上採用得較多，TOYOTA 1997 年上市的「Coaster HEV」以及三菱扶桑卡客車 2004 年上市的「Aero Nostep HEV」就採用了該方式。
在這種混合動力汽車的架構下，如圖 2-6 所示，ICE 是主要的能量轉換器，將 汽油燃燒轉換成機械動力。 ICE 的機械輸出經過一台發電機轉換為電能。
由發電機或儲存在電池的電力經過電動馬達驅動最終的傳動器。 電動馬達可以 直接接收從引擎來的電力，或從電池，或兩者兼而有之。因為引擎與車輪不是直 接連結，引擎的速度可以被獨立控制，而與車速無關，這不但可以簡化引擎的控 制，也可以保持引擎速度在最佳燃油效率。
圖 2-6 The architecture of a series HEV
資料來源: Hybrid Electric Vehicles- Principles and Applications with Practical Perspectives (Aug. 2011)
另外這也可以讓引擎在車上的位置有更多的彈性。 在車輛的運轉情況下，動力 推進組件有幾種運作組合
1. Battery alone: 當電池電力足夠且車子的動力需求低時，I/G set (ICE drives a generator) is turn off. 動力由電池提供。
2. Combined power: At High power demand, I/G set & engine both turn on。
3. Engine alone: 在公路上帄順的行駛狀態下，且車子的動力需求在一個限定 的範圍下，I/G set turn on， 電池可能充飽也可能未充飽，這可能是因為電 池的 SOC(State of Charge)已經很高，而車子的動力需求頇要引擎 turn on。
4. Power split: I/G turn on，但是車子的動力需求低於引擎所能提供的最佳能 量，且電池 SOC is low，這時一部分 I/G power 會轉去對電池充電。
5. Stationary charging: 車子停止時而引擎轉動的能量是去對電池充電。
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6. Regenerative braking: 當煞車時電動馬達會變成發電機去將車子的動能轉 換成電能，然後對電池充電。
Series HEV 的特點如下 :
1. 傴靠馬達行駛，因此與其他方式相比，馬達及發電機為高功率大型產品。
2. 將引擎動力全部轉變為電力，因此能源效率略低。
3. 驅動力控制及功率輸出控制較簡單。
4. 引擎以穩定狀態運轉，因此比較容易實現廢氣凈化。
2.7.3 Parallel HEV
Parallel HEV 並聯配置引擎和馬達，可由兩方供給行駛動力。除本田作為「IMA
（Intelligent Motor Assist）」進行實用化之外，還得到了戴姆勒「Mercedes-Benz S400 HYBRID」及寶馬「ActiveHybrid 7」等的採用。在本田的 IMA 中，引擎和 馬達採用直接連接構造，同時旋轉。而與此不同的是，還有很多廠商開發了在引 擎與馬達之間夾入離合器，通過斷開離合器來實現 EV 行駛的系統。
在這種混合動力汽車的架構下，如圖 2-7 所示並聯式 ICE 與電動馬達可以同 時傳送動力給車輪，ICE 與電動馬達透過一些機械裝置，如離合器、皮帶、滑輪 和齒輪等，連結到最終的傳動器。ICE 與電動馬達可以同時也可分別傳送動力到 最終的傳動器。電動馬達也可成為一個發電機，當煞車時將動力轉換回電力，或 是吸收部分來自 ICE 的動能，並聯式只需要兩個推進力，ICE 與電動馬達，並且 在下列的模式下運作 :
圖 2-7 The architecture of a parallel HEV
資料來源: Hybrid Electric Vehicles- Principles and Applications with Practical Perspectives (Aug. 2011)
Motor-alone mode: 當電池能量充足，車子的動力需求低時，引擎會關掉，車子只 靠馬達與電池提供動能。
Combined power mode:在高動力需求下，引擎是開著的，而馬達也提供動力給車 輪。
Engine-alone mode:在公路上帄順的行駛狀態下，且車子的動力需求高，ICE 提供
所有需要的動力給車子，馬達是閒置的， 這可能是因為電池 SOC(State of Charge)已經很高，而車子的動力需求頇要引擎 turn on。
Power split mode: 當引擎是開著的，但是車子的動力需求低於引擎所能提供的最 佳能量，且電池 SOC is low，這時一部分 ICE power 會透過馬 達轉成電能去對電池充電。
Stationary charging mode:車子停止時而引擎轉動的能量是透過馬達轉換成電能去 對電池充電。
Regenerative braking mode: 馬達變成發電機去將車子煞車時產生的動能，轉換成 電能並儲存於電池中。
Parallel HEV（直接連接）的特點如下 :
只需在以往車型的引擎與變速箱之間追加馬達，因此構成簡單。
馬達的功率輸出只貣輔助作用。幾乎不進行 EV 行駛，因此馬達為小型產品。
馬達兼具發電機作用，因此再生電力只有儲存到電池中後才能用於行駛。
通過在引擎與馬達之間夾入離合器，可進行 EV 行駛，但這時需要大輸功率馬達。
2.7.4 Series-Parallel HEV
Series-Parallel HEV 的代表例子是 TOYOTA Prius 等所採用的「THSⅡ（Toyota Hybrid System Ⅱ）」。該方式利用行星齒輪機構綜合引擎、MG1、MG2 三種動 力源，根據行駛狀態來組合這些動力源，由此進行驅動，這裡的 MG 是指馬達(Motor) 兼發電機(Generator)的縮寫。
大部份市場上的 PHEV 以及 Chevrolet Volt 都是 series-parallel HEV。如圖 2-8 所示，它能夠運作成 Series HEV 或是 parallel HEV。與 Series HEV 相比，
Series–Parallel HEV 在引擎與最終的傳動器間增加了機構連結，所以引擎可以直 接驅動車輪。跟 Parallel HEV 相比，Series–Parallel HEV 增加了第二顆的馬達來 當作發電機。因為 Series–Parallel HEV 能夠運作成 Series HEV 以及 Parallel HEV，所以在車輛的運作上可以得到最佳的油耗效率以及駕駛能力，這使得 Series–Parallel HEV 成為一個普遍的選擇，但是因為增加零件與複雜度，它也比 Series HEV 或是 Parallel HEV 來的貴。
Series-Parallel HEV 的特點如下。
l. 具備串聯方式和並聯方式兩者的優點，兼顧燃效和行駛性。
2. 系統效率較高，因此燃效提高效果顯著。
3. 系統及控制較複雜。
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圖 2-8 The architecture of a series-parallel HEV
資料來源: Hybrid Electric Vehicles- Principles and Applications with Practical Perspectives (Aug. 2011)