電動方程式(Formula E)已經成為電動車創新技術的測試場,最新的第五季電動方程式賽車最後兩場競速,是在美國紐約布魯克林紅鉤區(Red Hook)的城市賽道進行(下圖1),共有11支車隊、22位賽車手;用以競速的電動賽車時速能在2.8秒內由0加速至100公里。

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圖1:從場邊看台拍攝的美國紐約布魯克林紅鉤區的電動方程式賽道。
(攝影:Maria Guerra)

以下是從過去兩季的賽事中取得的一些技術創新:

電池

所有的第二代電動方程式賽車都是採用由麥拉倫(McLaren)旗下的McLaren Applied Technologies開發之電池(前一代車輛則是採用Williams Advanced Engineering的電池);新一代電池的電池容量比第一代賽車所採用的增加一倍,因此第二代車輛的賽車手能在整個賽程中駕駛同一輛車,不需要在賽事中途換車。

目前電動方程式賽車的電池是安裝在車輛的單體底盤(monocoque chassis)中,內含大量的圓柱型電池芯。下表顯示了兩代電動方程式賽車的電池規格比較:

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在第五季賽事中,賽車手可以使用「進攻模式」(attack mode)來增加動力;要啟動進攻模式,賽車手需要採取備戰狀態,將車子駛離主賽道進入一個啟動區;而這些駛入啟動區較迂迴路線的車輛能取得額外的25kW功率。想要更激烈競速的賽車手,會以這種提升動力模式跑個幾圈以保持領先位置。

電池的電量狀態(state of charge,SoC)是採用進攻模式時的重要考量因素,因為車輛的再生煞車系統使用的扭矩量(amount of torque),取決於包括SoC與溫度在內的電池條件(參考下圖2)。

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圖2:McLaren電池系統的充電畫面。
(攝影:Maria Guerra)

煞車

第二代電動方程式賽車使用的是新型電子式線控煞車系統(electronic brake-by-wire system),能對後輪煞車有更好的電子控制,改善車手的體驗以及充分發揮再生煞車系統功能。

甘油發電機

每一輛第二代電動方程式賽車仍是採用甘油燃料發電機(glycerin fuel generators),是100%可回收的甘油燃料;這種發電機是以標準化製造的柴油引擎為基礎──精確來說是Cummins KTA50型號──結合發電機製造商Aquafuel Research的專利技術以甘油來運轉。

動力系統

每一支電動方程式賽車隊伍可以開發自己的動力系統(powertrain),這也會是發生最多創新的部分。如何將特定裝置(例如逆變器、馬達…等等)的效率最大化,就是贏家與輸家的區別所在。

根據Venturi車隊動力系統設計師Louis-Marie Blondel的說法,該車隊的動力系統是德國汽車零組件製造大廠ZF與日本半導體大廠羅姆(Rohm)的合作結晶:「在第五季,ZF提供逆變器(inverter),而其中仍運用羅姆的零組件(如SiC模組);該逆變器安裝在車輛尾部盡可能低的位置(接近電動馬達)。」

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圖3:Venturi車隊在開賽前檢查車輛。
(攝影:Maria Guerra)

Blondel補充指出,其第一代與第二代車輛動力系統的主要差別在於功率以及壽命:「我們必須使用更大功率,因此得讓動力系統的效率比前一代系統更高,才能維持競爭力;當功率更大,若效率不佳就有可能會損失更多。」

而且,「因為我們整個賽季都得使用同一輛車,動力系統得完成更多行駛里程,因為電動方程式主辦單位FIA的規定,我們也不能更換動力系統,因此動力系統需要更可靠,不然我們就得面臨處罰。」

從每一季的電動方程式賽車,我們都可以看到像以上這樣的技術演進,而這也推動了潔淨、永續能源的進一步發展。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: What’s new on the fifth season of Formula E?,by Maria Guerra;本文作者為電子工程師,也是自由技術作者,未來在EDN將看到更多他的文章)