E 任務

跨入新領域並立即站上頂尖地位;以全新不同的方式,卻仍能在電動車時代鞏固保時捷的優異傳統。全世界拭目以待的首款保時捷純電動跑車即將在 2019 年底問世。一系列關於電動車的檔案。

Mission E 化身為 Taycan

未來即將到來:首款全電動保時捷將於明年投入量產。這款車型現在有了自己的名稱:從概念車「Mission E」變成「Taycan」。Mission E 現在是保時捷整個電動攻勢的代名詞。

寬廣的天空下

寬廣的天空下

Taycan 還仍然是個機密。但事實上,保時捷的純電動跑車已經行駛在公共道路上,而且是在極度炎熱或寒冷的地區進行密集試駕。其中一站:南非西部。超過 60 名保時捷開發人員在那裡駕駛著 21 輛偽裝的原型車,日常高溫大約攝氏 40 度,對人和機器都是一種挑戰。最終的測試總里程大約是 4 萬公里,Taycan 在 2019 年底投入市場時,將達數百萬公里。畢竟保時捷的第一款電動跑車要在即使特別密集使用的情況下也能可靠地運行。

> 440 千瓦(600 匹馬力)
系統功率是 Taycan 的目標。

800 V
是 Taycan 驅動系統部件的工作電壓,即使對於原型車也是新技術。

近 40 名專業人員
在保時捷打造 Taycan 原型車。

三位數
是已製造的 Taycan 原型車數量。確切數字多少?這是祕密!

門戶緊閉的背後

門戶緊閉的背後

當外界還未能一窺 Taycan 之前,保時捷的工作人員對它的裡裡外外已瞭若指掌。原型車的製造地在祖文豪森(Zuffenhausen),該地點也是所有保時捷新車型的誕生地。首款純電動保時捷的 800 伏特技術、電池系統、複雜的冷卻系統組成 Taycan 的雛形,而專業人員在嚴密的保護下將其精心打造的原型車轉換為第一款測試車。同時,這些人員也被視為此車款量產的幕後操作人,負責測試並持續改善所有必要的組裝及物流理念。此外,他們更培訓組裝區的員工,目的是為 Taycan 的量產做充分完善的準備。

驅動系統

> 500 公里
Taycan 不僅僅是輛跑車,超過 500 公里的續航能力讓它在日常生活中也非常適用。

> 440 千瓦
是 Taycan 搭載的兩具永磁同步馬達(PSM)可傳輸到路面上的推動力。

800 V
是Taycan 驅動系統部件的工作電壓。

< 3.5 秒
Taycan 可以從靜止加速到時速 100 公里。從馬達剛始轉動的那一刻,就能釋放驚人加速度。

→ 現況

更完善的環境保護、新的市場、減少對石化能源的依賴──這些是人們對運輸,尤其是對車輛製造正在進行重新思考的議題。電動車的進一步發展是全球產業未來的主題,也是運輸領域對氣候保護的關鍵。政策引導也是重要的驅動因素:到 2020 年,歐洲汽車製造商所推出的新車平均每公里的二氧化碳排放量只能有 95 克。

對保時捷來說,電動車是未來主力。目標是六年後每售出的兩輛車中就要有一輛是電動車。

世界各大城市的空汙指數持續攀升,亞洲尤甚。因此,像是中國等國家紛紛視電動車為城市交通的解決方案,全球電動車數量也確實正急速增長。直到 2018 年初,電動車數量已增加至 320 萬輛左右,相較前一年增加了 55%;這包含插電式複合動力車等所有以電力為驅動的車輛。中國是市場的主要推手,其國內市場目前有超過 120 萬輛電動車,光是 2017 年就增加了 57.9 萬輛。在美國,2017 年電動車數量增加了 19.5 萬,如今共有超過 75 萬輛。相較之下,德國電動車的成長率較低,但還是增加了 54,490 輛,達到 92,740 輛,且其中新車註冊的比例為 1.6%。如果新車成長率保持在接近 2017 年的水準,那麼到了 2025 年全球電動車每年新註冊數量將超過 2500 萬輛。

對保時捷來說,電動車是未來主力。原廠希望比其他所有德國汽車製造商更快將重心轉向電動車,目標是在 2025 年每售出的兩輛車中就要有一輛是電動車。保時捷將在 2019 年以 Taycan 跑車作為第一款問世的電動車型,目前預計的數量是每年 2 萬輛;這大約是 911 目前銷售量的三分之二。

→ 挑戰

針對氮氧化物和二氧化碳領域的政策指導推動了汽車工業的電動化以及都市化。世界許多角落都已歷經都市化過程——自 2007 年起,生活在都市的人口和在鄉村地區一樣多。在亞洲和非洲的部分地區,都市化的速度達到了極點;東京、孟買或上海等巨型都市都是高度都市化的表徵。

這對汽車工業的影響相當深遠。保時捷的當務之急是跟上這些變化,創造出一款以電力驅動的跑車,同時具備高續航力及保時捷引以為傲的性能表現。但在這之前,必須先思考以下這些挑戰:電動車的發展如何在性能和效率,以及駕駛動力和日常實用性方面樹立新標準?如何在電池的重量問題上找到補救方法?在符合氮氧化物及二氧化碳準則下,保時捷電動跑車該如何承襲品牌一貫的哲學?

→ 保時捷未來之路

威莎赫的工程師們遵循保時捷的「智慧性能」原則開發了第一款純電動保時捷的驅動概念。「我們為 Taycan 選擇了永磁同步馬達(PSM),將高功率密度、高持續效能和最佳效率相結合」,驅動系統專案經理海克•麥爾(Heiko Mayer)如此說道。此款類似於利曼冠軍車 919 Hybrid 的兩具永磁同步馬達(PSM)可提供無休止的運轉,這是持續磁化的轉子被定子的磁場強制產生的旋轉運動。

PSM 馬達可說是電動馬達中的渦輪增壓器,特性是可持續輸出功率且極為高效。Taycan 的一具馬達驅動後軸,另一具驅動前軸,總共可輸出超過 440 千瓦(600 匹馬力),而且電池的供電量能夠提供 500 公里的續航力。在不到 3.5 秒的時間內,Taycan 能加速到時速 100 公里,並在不到 12 秒內加速到時速 200 公里。PSM 驅動系統能夠非常有效地將電能轉化為驅動力,合諧且具有高連續功率,但是產生的熱度相對較低,因此電力驅動的保時捷也非常適合賽道駕駛。

此外,PSM 的設計非常緊密精巧。麥爾表示:「馬達和電池因此可以設計得更輕巧,但仍有相同的功率數據」,為了節省更多的空間,電動馬達的電磁線圈採用「髮夾技術」。「構成線圈的導線不是圓形的,而是矩形,因此電線可以更加貼合,可將更多的銅線放入線圈,在相同的體積下可以增加功率及扭力。」保時捷電動驅動系統部門負責人達卡(Naser Abu Daqqa)解釋。Taycan 的電力電子系統效率也更為提升。將電池的直流電壓轉換為電動馬達的交流電壓的逆變器並非如傳統般使用固定頻率,而是採連續可變的頻率,因此電動馬達始終在最佳操作點運行。智慧性能也涵蓋冷卻系統,溫度感應器可即時檢測冷卻需求,接著由對應的軟體確保冷卻水可立即被導入正確位置。駕駛員一旦以全油門加速,冷卻系統也會全速運轉以確保穩定輸出功率。

電池

續航力
是電動車買主最在意的購買因素之一。

攝氏 20 到 40 度
是鋰離子電池發揮最佳效能的溫度區間。

60 億
歐元是保時捷至 2022 年投資電動車的目標。

4 V
是單顆電池的電壓,全組共同輸出 800 伏特。

100 %
綠色能源將是保時捷在德國生產基地所使用的能量。

→ 現況

電池是電動車的心臟。相較於內燃機,一般認為電動車更昂貴,並且由於續航力短,以及基礎設施和供電結構至今仍然不足,所以一般接受度有限,且購車者也不太信任電池的安全性。電池技術之複雜,為製造商帶來了新的挑戰。用於電動車的電池有非常高的要求。

 「續航力是電動車買主最在意的購買因素之一」,保時捷負責電動車的歐特馬•畢徹(Ottmar Bitsche)這麼說道。採用使用最新鋰離子技術的高壓電池是目前的標準配備,它們目前每公斤的能源含量約 270 瓦時。但就如同手機電池的發展,電動車的電池技術將不斷進步,每年可提高約 5 %。

電動車的重要性日益增加,是推動研發人員不斷前進的動力,促使他們鑽研出最好的解決之道:除了透過結合新型材料來改良現有的鋰離子電池技術之外,也以固態電解質為基礎,研發全新的電池。

→ 挑戰

未來電池需掌握的關鍵因素為:第一,重量;第二,溫度;第三,原料的取得難易。理論上,現今電動車已經能達到 500 公里以上的續航力,但也意味著車身重量會非常可觀。要避免此問題,必須儘可能將鋰離子緊密包裝。電池內有越多的鋰離子,電子就越多,能在同一個空間中儲存的能量也就越高,為此必須改變電池內原子和分子的物理和化學過程。此外,電池只有在最佳溫度下才能產生最大效用,鋰離子電池的最佳溫度在攝氏 20 至 40 度之間,這樣的溫度區間同樣適用於充電和駕駛過程。

汽車製造商還必須面對另外兩個關鍵挑戰:原料來源是否穩定,以及永續性的原料取得方式。保時捷在這兩方面已著手作好緊密準備。

→ 保時捷未來之路

威莎赫研發中心聚焦於速度而非重量,保時捷不安裝重型電池,而是選擇快速充電。為此,保時捷跑車的電力由約 400 個串聯和並聯電池相繼供應,每個電池的電壓約為 4 伏特,透過電池管理進行控制,達成總輸出達 800 伏特的電池。「在充電與放電期間的整個溫度波動範圍內,要維持如此高的電池功率,是一個艱鉅的挑戰」,妮娜•羅本史坦(Nora Lobenstein)這麼說道,她在保時捷負責處理能源儲存系統相關的問題。他們找到的解決方案是一種智慧型充電記錄和一套高效的熱交換系統,能迅速可靠地將電池提高至工作溫度,並在高負荷情況下(即在高功率需求或快速充電時)冷卻電池。保時捷快速充電系統的目標是在 15 分鐘內完成 400 公里行駛里程的充電量。800 伏特電池技術的優點除了充電時間短之外,還有更細的車內電纜,這也能減輕車身重量。

一輛 保時捷 的壽命週期 非常長,比其他品牌的車都要長。 保時捷的 電池 也應該 如此。

對於羅本史坦來說,電池的議題還沒結束,因為永續性發展的意義在威莎赫不僅僅是一個行銷理念。因此,保時捷開發人員已著手努力研究如何在未來重複使用電池。保時捷車款的壽命週期比其他品牌的車都要長,而保時捷的電池也該如此;至少要有兩個生命週期。

充電

800 伏特
新一代充電柱是專為 800 伏特技術所設計,但是也向下相容市場上所有 400 伏特的車輛。

15 分鐘
Taycan 的電池僅需充電 15 分鐘就能為下一段 400 公里路程提供充足電力。

10 吋
大型觸控式螢幕即使在陽光下也能清晰讀取。

CCS
保時捷致力於推動作為歐洲標準配備的組合充電系統(Combined Charging System);在美國採用交流電充電(A/C)和直流電充電(D/C)。針對日本與中國,保時捷也將提供符合當地標準的充電系統。

→ 現況

充電站之間距離太遠、支付模式不一致、聯網系統百家爭鳴、電網不足──如何將電源傳入耗空的電池裡,還是個問題。國際通用標準的缺乏使得現代充電站的地理涵蓋率無法因應數百萬輛電動車的需求。基本上,充電方式有傳導充電和感應充電之分,在傳導充電的情況下,車輛與電網之間的電力通過充電電纜和插座系統來傳輸;感應充電時,車輛與電網之間的能量則通過電磁感應進行無線傳輸。

電纜傳導充電可分為兩種,一為利用傳統 400 伏特電源插座交流充電 (A/C),功率最高不超過 22 千瓦;另一種則是直流充電(D/C),功率最高可達 350 千瓦。交流充電一般用於居家和工作場合,因此會設有固定壁掛盒或是使用合適的充電電纜來連接插座和車輛;直流充電則用於途中快速充電,僅需要一條配備 CCS 插頭的專用電纜。

在 2025 年之前,額外的能源需求應仍是可以掌控的。據估計,因電動車所產生的能源需求最初只會因地區的差別而略微增加,到 2035 年電力需求才會大幅上升,而中國的發展將是其中的關鍵因素。

→ 挑戰

下車、打開油箱蓋、插入油槍、付款,只需十分鐘左右就能繼續上路;使用柴油、汽油或天然
瓦斯的車輛駕駛早已習慣這種加油過程。儘管電動車充電所需的技術基本上已可使用,充電基礎設施也已經在整個歐洲開始建造,但要達到簡單快速的充電過程需要國際性的協議和約定,這對於遊走於高速公路與城市附近的電動車而言並非容易解決的事情。這些需要從政治層面上解決。目前部分可使用的快速充電柱很少能提供超過 50 千瓦的輸出功率,必須充電約一小時,
電池才會有足夠的電量來完成下一段 250 公里的路程,這使我們不禁提出疑問:如何加快充電速度?如何興建足夠的標準化充電站? 以及如何強化薄弱的電網?

→ 保時捷未來之路

全面性建設電動車充電網需要數年的時間。為了加快速度,保時捷正盡全力進行:「要加快充電速度只能仰賴更高的充電功率,這從一開始就很清楚」,參與架設保時捷充電基礎設施的法比昂•格裡爾 (Fabian Grill) 這麼說道。為此,他的同事們已達成了一項重要先決條件:保時捷第一款純電池驅動的跑車 Taycan 使用的是 800 伏特電池。而為了能夠在公共空間使用這些技術,保時捷正全力推動建設快速充電基礎設施。

保時捷從三個選擇來考量。首先是居家充電:儘可能使用充電柱或是底架電感充電;第二個選擇是市區充電,計劃使用現有的基本設施;第三個則是在歐洲各大型主要交通樞紐沿路充電,這部份由合資公司 Ionity 接手。保時捷與 BMW 集團、戴姆勒公司、福特汽車公司和福斯集團的奧迪汽車一起致力擴建電動車快速充電基礎設施。至 2020 年將完成建設共約 400 個快速充電場並投入運營,以確保電動車能行駛長途里程,並在市場上立穩腳步。每個 Ionity 快速充電場將提供多個充電柱,確保在歐洲高速公路網上,車輛每隔 100 到 150 公里就能充電,而且隨著電動車數量增加,基礎設施也會跟著成長。因此到 2020 年,無論客戶車輛品牌和性能為何,都可以使用數以千計的 HPC 充電站(HPC 代表高功率充電)。與現今可用的系統相比,每個充電站的充電功率可高達 350 千瓦,使規格符合的車輛能夠明顯縮短充電時間。

保時捷與負責開發的子公司「保時捷工程公司」(Porsche Engineering) 決定採用獨家的模組化概念。

「插入即可快速充電」是最高指標,結帳過程則全面自動化。雖然眾所周知的區塊鏈技術能保證安全支付功能,但保時捷與負責開發的子公司「保時捷工程公司」(Porsche Engineering)決定採用自家的模組化概念。無論是鄉間的獨立充電站,還是快速道路和高速公路上的幾十座充電柱,保時捷將提供一個規模可以任意增減的智慧系統。高效又具營收效益的充電場很重要,但對保時捷的客戶來說,最重要的是即使身處沒有強大電網的地方仍能快速充電。這個可能性現在可藉由中間緩衝電池達成,這種電池在任何時候都有足夠的電量。具體來說,在每個保時捷充電站充電 15 分鐘就能提供 400 公里的續航力。充電站透過觸控式螢幕操作,用法與自動取款機相似,而且同樣安全。美國與中國也正極力全面建設充電基礎設施。

值得一提的是,保時捷的解決方案適用於所有品牌的電動車。如果某車款不是針對快速充電而設計,控制電子設備會檢測它是哪種類型,並降低充電電流。透過創新的精神,這些基礎設施展現了絕佳實用性及安全性。

Johannes Winterhagen
Johannes Winterhagen

Laurin Paschek
Laurin Paschek

Frank Giese
Frank Giese
Sebastian Missel
Sebastian Missel