柴電混合車之發展趨勢
柴電混合車之發展趨勢
2009.01.19 | 科技

**一、前言
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圖一列出當今多種汽車動力來源的完全排放估算,採Well-to-Wheel的完整嚴格估算。包含油田採礦、煉製過程、運輸製造、以及引擎排放。其中,對各種氫能源的產製,也詳加比較;即使是以現有核能產氫,還是有溫室氣體排放,主要由於鈾礦採集與運送等的排放。這些數據會隨科技改善而需隨時更新,如若採礦運送也開始使用氫能動力車輛時,Well-to-Tank之排放即會改善。


圖一 Emission of all Engine-Fuel Technology (Well-to-Wheel)
也由此可明瞭,目前歐洲積極鼓勵低污染之柴油引擎科技,而下一波應是柴電混合動力車,生質柴油也是能由燃料端改善車輛排放,以及主要車廠長期投入氫能車與電動車的研究發展。

電動車之Well-to-Wheel排放,常是火力發電廠造成,因此改善發電廠之排放,如再生能源、核能、與火力CO2定址型捕捉,將大幅改善電動車之Well-to-Wheel排放。

圖二顯示Tank-To-Wheel之車輛排放量與車重量之正相關性,強調現代車輛常為了配備或安全性考量而增加車重,造成油耗與排放不小之代價。如何將相抵觸的多面向作最佳化,實是應深入探討的課題。圖二同時也比較出不同引擎科技(Gasoline Engine vs. Diesel Engine)的表現,更預測柴油電力混合動力車之期望表現。


圖二 Tank-to-Wheel 之排放量與車重及車種之關係

二、科技現況發展
日本三菱卡車巴士公司(Mitsubishi Fuso Truck Bus Company;MFTBC)在日本市場發佈一台先進的柴電混合動力商用車。

全新的Canter Eco Hybrid輕型卡車顯著地降低油耗量及污染排放,是第一台遵守日本最嚴格、即將實施的「長期排放標準」的車款。環保效益可從其廢氣排放量顯著降低中看出,可有效降低41%的氮氣化合物、以及46%的微量物質,Canter Eco Hybrid更符合日本在2007年8月頒佈的空污排放新法規的要求,本項規定是世界上最嚴格的,而且領先其他競爭車種。

此車結合柴油引擎與電力驅動,新研發的柴油引擎搭配高能量密度的鋰(Li)離子電池、35kW的永久磁鐵馬達與INOMAT-Ⅱ自手排變速箱。可由馬達單獨驅動車輛,並可在車輛減速時回充鋰電池,比傳統車型減少20%的油耗。

3.0L DOHC 16V的柴油渦輪引擎在低轉速1700轉即可有30 kgm的扭力,並結合新開發的濾煙器(Particulate filter)與排氣再循環系統(EGR),能有效減少黑煙與氮氧化物的排放,與傳統車型相比可大幅減少41%的氮氧化物(NOx)與46%的粒狀污染物(PM)排放,提前滿足日本嚴苛的排污法規。

除此之外,此油電混合車輛不需要像是天然氣或其他特殊燃料等複雜的加油程序,以柴油引擎運轉的油電混合Canter,可如同一般柴油車輛在各處的加油站加油。油電混合Canter約2,830~2,870公斤,載重量達2,000~3,000公斤。

LAND_e概念是Land Rover用來提升一般道路或越野路段時,全面升級其高效能科技,讓車輛達到真正的適應各種地形路況,比同級距車款大幅降低30%的耗油量,並將二氧化碳排放量降低到150g/km。將LAND_e概念具體實現是在倫敦車展所展示的柴電混合後軸傳動雙動力(ERAD diesel-hybrid),以兩部Freelander2車型為原型車,整合Land Rover引擎啟動科技與柴電雙動力科技,讓車輛可由電力或是柴油來驅動,更可以將兩者混合作為引擎的雙重動力,加上電子式後軸傳動系統(ERAD)有效的將動力配置到四顆輪子上,減少20%二氧化碳的排放,具體落實環保節能的成效。

ERAD(Eelctronic Rear Axle Drve)的油電混合動力系統有別於其他Hybrid SUV的設定,在極低的速度下由電動馬達提供主要動力輸出,且是以4WD的模式進行運作,而非其他Hybrid SUV車型僅供於起步或是單純的後輪輔助之用。在Off Road狀態下,ERAD系統也會在車輛需要更多扭力時提供額外的輸出,以幫助車輛脫困;例如在泥濘路面或是雪地上,甚至於拖曳尾車,就更需要這套系統的輔助。當於一般On-Road狀態中(時速32km/h以下),驅動的主力會全部交由ERAD系統負責,直到超過32 km/h 後ISG系統才會自動啟動柴油引擎,同時讓引擎動力介入,此時電動馬達才會停止作動。而在Off-Road狀態下,ERAD系統也會視油門深淺與前後驅動輪的牽引力道,在適當的時機提供所需的額外動力,利用自動化的動力轉換,降低不必要的廢氣排放與提昇油耗表現。

三、結論
本文著重於汽車相關科技探討,由前所述,柴油小客車之發展是現在進行式,柴電混合動力車是近期未來式,加上環保生質柴油的持續發展,將是一中長期(20~30年)可以同時符合環保與能源經濟之考量,能達到Well-to-Wheel的80 g-CO2/km 之低排放。

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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