Prius PHV 初體驗

前陣子盛傳 Prius PHV 要在台灣上市的消息，讓身為 hybrid 鐵粉及車主的我興奮不已。就在我去美國出差前幾天，和泰辦了 Prius HPV 的上市發表會；上週在美國開車時，我還在路上看到在美國稱為 Prius Prime 的同型車，車身線條一如 Prius 家族，一看就知道是 Prius，但車尾造型非常特別，和 Prius 4 完全不同，一看就知道是一台特別的 Prius。

回台灣後查了相關新聞，同為 EV 鐵粉的史努比馬上約我一起去看車，於是我今天就跟他一起到 Toyota 的營業所去了。

油電之緣

我和油電車的相遇可以追朔到 2007 年。當時因為工作的關係，頻繁地去加州出差。自從我第一次在加州租了 Prius 代步後，就深深愛上油電車這種大玩具。之後，只要有機會在美國租車，我都盡可能租油電的車款。除了 Prius 各代外，我也試過 Camry Hybrid、RAV4 Hybrid、Chevrolet Volt 和 Ford Fusion Hybrid。但幾年前小台的 Prius C 上市後，在美國跟 Hertz 租車只要選 hybrid class，有非常大的機會拿到 Prius C，幾乎再也遇不到大台的 Prius，一度讓我有點傷心。去年 12 月去 Las Vegas 參加 AWS re:Invent 時，我就開著租來的 Prius C 從 LA 機場一路長征六百公里到 Las Vegas。

對一個一輩子都沈浸在工程領域的人來說，油電車真的是非常非常迷人的 “玩具”。電力系統和內燃機巧妙的結合，加上動力分配和轉換系統，除了可以用驚人的效率驅動車輛外，煞車時的能量回收更是另外一種美妙的感覺，更不用說夏天時可以不發動引擎，就享受長時間的空調。

因為對油電車的熱愛，我自己在 2009 年購入 RX450h，這大概是我這輩子買過最大的玩具，幾乎不可能被超越。

插電的美妙

油電車的能量來源仍然跟傳統汽車一樣來自引擎。電力系統在油電車中比較像是一個緩衝系統，用來儲存內燃機所製造出來過多的能量，並在需要的時候拿出來用，藉此提高整體的能源利用效率。因為這樣的特性，以及當年電池技術的限制，油電車的電池容量都不大。Prius 二代和三代的電池模組，容量都只有 1.3KWh，在 EV 模式下只能行駛兩三公里。RX450h 的電池容量雖然比較大，有 2.4KWh，但因為車重超過兩千公斤，將近 Prius 的兩倍，純電行駛的距離甚至更短。而 Prius C 因為車小又輕，它的動力電池只有 0.9KWh。

油電車在煞車時，會優先使用電磁再生煞車 (regenerative brake)，將馬達當作發電機來提供阻力，同時回收能量。只有在車子煞到快靜止，車速慢到電磁煞車無法提供足夠的阻力時，機械煞車才會介入，用來令片的摩擦力接手。這個電磁煞車到機械煞車的切換過程在電腦的巧妙控制下，一般駕駛人幾乎無法察覺。

當我們開著油電車下一個很長的下坡時，比如像仰德大道或高速公路的林口大坡，由於幾乎不需要踩油門，只需要踩煞車，整路上引擎都不會發動，而且發電機會源源不絕地從電磁煞車回收能量，並充到電池裡面。但如果電池充飽了，沒辦法再儲存更多的能量時，控制系統就會讓引擎的曲軸跟著馬達轉動但不噴油，利用引擎煞車來幫忙減速，這時就沒辦法再回收更多能量，有種看著白花花的能量浪費掉的感覺。

而 plug-in hybrid car，可插電的油電車，則把油電車的效率提升到另一個層次。

Prius PHV 說穿了，其實就是一台電池容量比較大的 Prius 油電車，除了大幅延長純電行駛的距離外，也解除了原來 Toyota 的油電動力系統在純電行駛模式下的一些限制。以 RX450h 來說，車速超過 42km/h 就會自動解除 EV 模式，油門踩太深讓動力錶進入白色的 power 區也會強迫解除 EV 模式，因此就算設定了 EV 模式，也不是那麼容易一直保持在裡面。Prius PHV 在 EV 模式時，車速最快可以到 135km/h，油門踩到底也不會強迫啟動引擎，讓它的 EV 模式性能跟油電模式一樣好。

除了更優秀的 EV 模式性能外，PHV 之所以叫 “plug-in”，就是因為它可以插電充電。也就是說，你可以用市電直接對電池充電，不一定要利用引擎或動能回收才能充電。在電池容量可以支撐的 EV 模式行駛距離裡，如果電池的電力全部來自插電充電，那就真的和電動車一樣，是 zero emission 了。

Prius PHV 的電池容量是 8.8KWh，官方的數據是可以讓 EV 模式行駛 65 公里，而美國車主的實測數據大概在 40-50 公里左右。在台灣，大部分的人通勤來回距離都在這個範圍以內，只要公司或家裡其中一處可以充電，日常用車就完全和電動車一樣，不需要加油。而需要跑長途的時候，切換到油電模式，它的航程就跟油電車一樣，不需要到處找充電站。在電動車的續航力和充電速度還沒辦法超越油車時，這樣的模式堪稱完美的解決方法。

第一次接觸

我和史努比來到 Toyota 的展示間，和業務簡單聊過後，業務就直接帶我們去試車。

Toyota 美國和日本網站上的 Prius PHV，內裝的中控台都是全新為 Prius PHV 開發的大面積觸控螢幕，但沒想到台灣進的 Prius PHV 搭配的卻是和 Prius 4 一樣的中控台，令人有點失望。除此之外，儀表板和內裝也都幾乎和 Prius 4 一模一樣。

這是 Prius 特有的排檔桿設計，從第一代起就是這個樣子。R、N、D 的意義和一般自排車一樣，而 B 則是 Prius 特有的檔位，當車輛需要下長陡坡時，B 檔可以提供類似一般車輛利用低速檔產生引擎剎車般的阻力。前面提過，當電池還有空間時，B 檔也會優先使用電磁再生煞車來產生阻力；只有當電池已經充飽不能再充時，才用轉活塞但不噴油的方式輔助煞車。

最右邊的按鈕是  HV/EV 模式的切換，其實可以說是這輛車最重要的按鈕，但卻做在一個不起眼的地方。在 HV 模式下，它幾乎就是一台 Prius 4，引擎啟動和停止的時機、引擎和電動馬達動力的分配都和 Prius 4 一樣，車速高或加速大時引擎都會自動介入。

在 EV 模式下，它就是一台不折不扣的電動車，引擎完全脫離動力系統，整台車就靠 hybrid 系統中的 MG1/MG2 兩顆馬達在驅動。

巧妙的動力分配裝置

Toyota 的油電動力系統核心是一個叫做 PSD (power split device) 的動力分配裝置，這是一個非常巧妙且聰明的設計，它其實就是一個行星齒輪系統。

MG1 是功率比較小的電動馬達，接在行星齒輪的中心 (sun) 上面，ICE 就是內燃機 (internal cumbustion engine)，接在行星齒輪的行星 (planetary carrier) 上，而 MG2 則是功率比較大的電動馬達，接在行星齒輪的外環 (ring) 上，並連接到傳動軸，驅動車輛。因此 MG2 的轉速與車輪的轉速直接相關。

換一個角度來看，MG2 其實就是驅動車輛的主要動力來源，它轉多快，車子就跑多快。而引擎和 MG1 則是來幫忙的，它們的轉速與車速沒有直接的關聯。

行星齒輪系統的特性就是你可以用其中兩個軸的轉速決定第三個軸的轉速，而且它們的關係是線性的。

當動力從位於 carrier 的引擎流向位於 ring 的 MG2 和傳動軸時，MG2 會感受到引擎的 “幫助“，至於引擎傳送過去的動力到底是高扭力低轉速，還是低扭力高轉速，則由 MG1 的轉速決定。也就是說，MG1 的轉速可以決定引擎到 MG2 的轉速比。咦？這不就是變速箱的功用嗎？沒錯，這就是 Toyota 的油電動力系統達成無段變速的方法。我們可以透過調整 MG1 的轉速，讓 MG2 不管在什麼轉速下，引擎都工作在最有效率的轉速區間。

但由於行星齒輪齒比的限制，在 EV 模式下，如果 MG2 的轉速超過車輛時速 42km/h，但引擎沒有轉動時，MG1 的轉速會超過設計上限 6500rpm，這時電腦就會強制啟動引擎。當引擎開始轉動，MG1 需要的轉速就不會那麼高。(記得嗎？行星齒輪的轉速，知道任兩個，就決定第三個。)

這就是 Prius 在 EV 模式下時速不能超過 42km/h 的原因。

據目前已經揭露出來的資料，在 Prius PHV 上，MG1 除了與行星齒輪的中心軸連接外，還可以透過一個新增的單向離合器與行星軸連接，此時原本與行星軸連接的引擎就完全脫離了 PSD 的動力系統，而 MG1 也不再需要靠位於行星軸的內燃機來平衡轉速，就可以和 MG2 一起驅動車輛。這就是 Prius HPV 可以單靠電動馬達跑到時速 135km/h 的巧妙設計。

至於單用馬達驅動到底夠不夠力呢 ? 根據 Prius 4 的規格，MG1 的最大輸出功率是 23KW，大概是 30 匹馬力；而 MG2 則是 53KW，大概是 70 匹馬力，兩者加起來也有 100 匹馬力，絕對夠用。

我在試駕時還發現一個有趣的現象：在市區低速行駛時，Prius PHV 在 EV 模式下的性能表現很明顯比在 HV 模式下要好。EV 模式的特性完全就像電動車，扭力強大、加速敏銳，而且又不會像油電車一樣稍微踩重一點引擎就發動介入，開起來感覺非常好。一切到 HV 模式，駕駛的感覺就跟 Prius 4 完全一樣，扭力曲線、引擎介入的時機都和 Prius 4 一樣。

今天試駕時沒有機會上高速公路或快速道路，因此不能試試 Prius PHV 在高速時的表現。但我猜由於馬達的總出力低於油電系統的總出力，在高速下應該還是 HV 模式勝出。

充電介面

Prius PHV 的充電接口在車子右側，而油箱蓋則和大部分日系車一樣在左側。打開充電接口的蓋子可以看到，左邊是 SAE J1772 的充電頭。

J1772 算是目前最普及的電動車充電介面。它使用單相雙線 AC 充電，支援 110V/16A、220V/32A，以及 2009 年最新擴充的 220V/80A 充電規格。不過 Prius PHV 的車載充電器只支援到 3.3KW，最大 220V/16A。以它 8.8KWh 的電池來說，用 220V/16A 大概三個小時以內可以充飽。

J1772 的介面設計非常簡單，除了 AC 以外，只有一個電壓訊號用來溝通車子和充電站的狀態 (充電站 OK、充電站沒電、車子插上、車子充電中…)，同一個接點在充電時則改為 PWM 訊號用來控制充電電流。J1772 也是目前台灣的標準系統，在各地捷運站地下停車場看到的電動車充電站都是 J1772 規格的。

至於右邊那個封起來的蓋子，則是 Prius PHV 進台灣時被拔掉的日規 CHAdeMO 充電介面。CHAdeMO 使用 DC 充電，因此可以不經過整流直接對電池充電。Tesla 的 Supercharger 也是這種設計。

DC 的充電系統除了效率高外，因為不受整流器的功率限制，比較容易實作大功率的快速充電系統，但缺點就是充電站的設計會比較複雜，整流和電壓控制都要在充電站上完成。相對來講，J1772 的充電站只不過是個 AC 的開關而已。

CHAdeMO 最大可以用 500V/125A 充電，而 Tesla Supercharger 則是 400V/200A。

最後來看一下 Prius PHV 的心臟吧。

引擎和 PSD 及電動馬達都藏在銀色的蓋子底下，而右邊黑色的小方盒則是驅動馬達的相關電路，inverter 就在這裡。最右邊則是 12V 的電池。其實我一直覺得油電車還放一個 12V 的電池很多餘，為什麼不能直接從動力電池用個 inverter 轉出 12V 就好呢 ?

等了這麼多年，終於有一部像樣的 plug-in hybrid 了。好車，不買嗎 ? XD