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群策群力、貢獻熱力 電動車複合供暖系統
  • 發布年度:2013
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 綠能車輛發展處 林博煦

    電動車輛以高效率動力系統替代低能量轉換率的引擎系統,藉以提高能源使用率並且消弭車輛行進所排放的大量廢氣,實為對環境相當有利之車輛演進。相對於傳統車輛引擎系統會產生大量廢熱,足以在寒冷的冬日提供車廂乘客足夠的暖氣,電動車輛由於高電能-動力轉換效率(80~90%)的緣故,失去了在傳統車輛中隨手可得的暖氣熱量來源,因此電動車輛上需要尋求其他方式來獲得熱源以提供暖氣。

    現行大部分的電動車輛中均採用5kW以上的PTC電熱裝置(效率約95~99%)以提供熱源,透過加熱循環水後再進到加熱芯以提供暖氣,兩段式熱交換的效率損失,使得電熱系統會消耗更大功率以提供需求暖氣。因此為了降低產生暖氣的能耗,部分車廠投入高效率熱泵系統研發,藉由冷媒吸收環境熱量後傳遞到車廂中作為暖氣熱量來源。但當環境溫度低於特定數值(約-10℃)後,熱泵系統便無法再從環境中汲取熱量而失去供暖功能,因此,為了尋求足夠熱量,必須整合車輛內部及外部可用之熱量來源,藉以與熱泵形成複合式供暖系統,以在低溫環境下均可以提供暖氣,亦即需要由電動車輛所搭載之動力馬達、發電機、驅動模組及煞車系統,進行其供熱能力評估。

    電動車輛採用永磁式或感應式馬達為動力源,依據現行電動車輛動力馬達規格(效率約85~97%,功率約47kW)估算約可產生0.6~3kW的熱能,而馬達驅動器及發電機約可分別產生1kW及0.28~1.35kW熱能。另外於電池放電時,由於其放電效率關係會有部分電能轉換成熱能,該熱能使得電池溫度提升進而影響到放電效率,因此為了維持電動車運行的穩定性,這些熱量必須要由電池端強制移除,因此可被利用作為暖氣熱源之一(如圖所示)。煞車系統以來令片與碟片摩擦降低車輛速度,由於高速磨擦的關係可使來令片的工作溫度達到250~300℃之間,最高甚或可達到400℃左右,表示該元件將車輛動能轉換成大量熱能,足可作為車廂暖氣所用;煞車系統雖具有於低溫環境下提供暖氣熱源之潛力,但由於系統架構限制及煞車作動時間短暫,無法作為立即使用的熱源,因此需透過一儲熱裝置回收後再行利用。

    國際大廠(Behr)投入電動車電池溫度管理架構設計
    出處:” Cooling solutions for Li-Ion batteries to improve range and lifecycle”, 2nd Int. C. Thermal Management for EV/HEV, 2012

    以上所提及之元件均可提供熱源,但要與熱泵系統整合成為複合供暖系統,尚須考慮到可妥善利用的環境溫度範圍、熱量回收及傳遞機制和儲熱系統,如此方可有效分配利用電動車整車能量。車輛中心目前進行各次系統發熱效率對環境溫度的影響模擬分析,將藉以決定於環境溫度-40~10℃間各次系統運作供暖之適用性,另針對熱量傳遞及分配方式,亦須依據各系統適用之導熱機制和方式進行設計,藉以確認系統架構和實車適用性,達到提供充暖氣之效果。

    車輛中心研發之電動車輛熱泵空調系統,請參考 http://www.artc.org.tw/chinese/02_research/02_01detail.aspx?pdid=14
     

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