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智慧車電領航 電動車跑得更遠
  • 發布年度:2011
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 國際合作部 黃樑傑 整理

    電動車續航里程有限,是落後已有數百年發展歷程內燃機汽車的重要原因,因此如何提高其續航力,是電動車發展首要課題。

    將電動車續航力最大化的過程,就是在行駛的每一個環節上都能有最佳效率。電動車行駛過程中,電池能量會先轉換成機械能、熱能與電能,轉換效率是此環節能量是否最佳化主要因素。之後這些能量必須被妥善使用,並且建立能源回收機制,確保最佳效率。同時,駕駛人的駕駛方式,也須避免無必要的能源浪費。因此,為提升電動車續航力,從初端的機械設計到末端的人為操控,都須有智慧車電輔助,才能將電動車續航力最大化。

    資料來源:Valeo,ARTC整理
    圖1 智慧車電改善能源效率的三大步驟

    電動車續航力的影響因素複雜,大致分為內部結構設計與外在行駛變因。內部因素主要為電池性能,車輛重量與輔助裝置的能量效率;外在因素有車輛行駛環境、駕駛方式與滾動或空氣阻力等。根據 Valeo的研究估測,對於電動車續航力最有影響力的要素為動力系統與空調系統,其餘為駕駛輔助系統與車燈等,若這些系統能夠全部智慧化,將可有效降低能源損耗40%。

    表1:電動車節能系統與比例
    資料來源:Valeo,ARTC整理

    在內部因素方面,動力馬達的控制為電動車極重要的關鍵技術,其控制效能主宰能源使用效率。由於電子元件的進步,高效率的馬達驅動方法以及相關功率元件不斷的推陳出新,其中最重要的的兩項關鍵技術,是開關切換策略及功率半導體元,若技術能夠持續突破,電動車續航力將能快速獲得提升。

    煞車回充可以增加電動車近20%的續航力,是電動車必須裝載的系統之一,目前該技術已應用於量產車型GM Volt與Nissan Leaf車上。作動原理為當汽車減速時,馬達可轉變成發電機,將動能轉換成電能並儲存於電池的轉換過程。煞車回充必須用到車速控制器、感測器與煞車策略等,這些元件的組合設計,將決定煞車回充效率的好壞。

    電動空調系統主要使用智能策略、感測器、變頻馬達與恆溫控制器等,該系統利用感測器,使空調能依照車內設定溫度、電池殘電量及外部環境參數適時改變電動壓縮機轉速,如電池能量有50%以上時,壓縮機會全載轉動,若不足30%,壓縮機將會停止轉動,藉由感測器與智慧設定的配合增加節能效果,另再輔佐馬達變頻及恆溫功能控制器,空調系統將有最大節能表現。

    資料來源:電動車空調系統之耗能及電能管理之研究(魏志銘著)
    圖2 變頻式電動空調系統優點

    另外,車身車電也是節能關鍵,若將低安全性的車身系統,如車窗馬達、電動車椅等,在不使用的狀態下切換至待機模式,可避免能源浪費。LED車燈能有效降低能量損耗2%,也是相當受到重視的焦點,目前市面上已有許多車型配載LED車燈來提升使用效率。

    在外部變因方面,如何提升各種電動車行駛情況下的能源效率是智慧車電的主要工作。車載資通訊系統最大功用在於,可主動記錄駕駛的使用習慣、工作地點和特定常去區域,並且自動分析天氣和道路路況,挑出一條路況最佳的路,以最低耗能達到目的地。並且搭配許多應用程式,如智慧空調、手機遙控與最佳行駛效率提醒等,間接且有效的增加電動車的續航力。

    儘管車載資通訊系統節能幅度看似有限,但有了它,就可完全避免電池能量的過度浪費,如行經塞車路段或迷路等,該系統可以說是能讓車輛順利到達目的地的安心保證。

    智慧空調系統,可因應外在環境適當調整車內溫度  當電動車仍在充電時,以手機搖控預冷(熱)模式,再行出發
    便於充電的最佳路線規劃 最佳效率行駛模式提醒
     資料來源:Nissan leaf,ARTC整理
    圖3 智慧車載資訊

    隨著智慧車電在電動車的應用逐漸增加,能量效率將會大幅上升,電動車可以跑得更遠,更環保,相較於內燃機汽車的競爭力也會大增,吸引更多對續航力有要求的消費者進場。另一方面,在續航力不變的情形下,較少的電池容量降低了整車價格,也會帶來更多買氣。預期在智慧車電領航下,消費者對於電動車的續航力與價格接收度都會改善,市場規模可望快速拉升,屆時量產價格可望持續下探,電動車市場可望將進入價格下降、銷量上升的正向循環。
     

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