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車內車外兩個世界 傳統車輛與電動車空調系統介紹
  • 發布年度:2012
  • 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 綠能車輛發展處 技術發展專案 林博煦

    台灣受地理位置、日益明顯的溫室效應及空氣污染影響之下,國人乘坐車輛時必定少不了冷氣這個重要功能,可於乾淨及舒適的乘坐環境中快速移動至目的地。與建築物用空調系統相同,車輛用空調系統可提供冷氣、暖氣、除濕及除霧等功能,差別在於產生空調效果的機制,傳統燃油車輛及電動車輛上的冷氣系統架構如圖所示。

    傳統與電動車輛空調循環架構圖

    現行燃油車輛空調以內燃機引擎為動力來源,藉由曲軸輸出動力帶動皮帶輪而驅動壓縮機,帶動冷媒於冷凝器(熱排)、膨脹閥及蒸發器(冷排)中流動,藉由吸收車廂內熱量後排放到外界環境中的動作,以形成冷氣效果;而暖氣效果則透過將引擎冷卻水(約85℃左右)導入空調總成中的熱水芯(Heat Core),再將車內空氣吹過熱水芯後加熱而達到暖氣輸出至車廂中。因此,燃油車輛需透過引擎運轉方可獲得空調效果,然而這個前提卻間接造成車輛效率降低:由於壓縮機直接透過皮帶與引擎連動,且冷房效果與壓縮機轉速成正比,因此為了在車輛怠速(<1000rpm)時亦能提供充足空調效果,則必須採用較大容積(60~120c.c./rev)的壓縮機,但是大容積壓縮機就需要較大驅動功率,也增加了車輛額外燃油消耗量以及廢氣排放量,一般而言約將降低10~20%左右的油耗效果。為此,各車廠及相關研究機構均針對驅動機制及控制器等技術進行發展,尋求在維持空調效果時,亦能儘量降低額外燃油消耗及廢氣排放量。

    隨著車輛技術重心由內燃機車輛逐漸轉向電動機車輛,由於動力系統以及儲能系統技術變動,因此空調系統架構亦隨之有所調整。整合驅動馬達、壓縮機及驅動電路於一體的電動壓縮機取代了皮帶輪壓縮機,使得空調系統可脫離動力系統而獨立運作,不會增加動力系統負擔,且壓縮機驅動馬達可以高速進行運轉,因此可採用較小容積的壓縮機(現有產品約在40c.c./rev以下)以降低驅動功率消耗,並可依據需求自由調整工作狀態,避免消耗多餘動力輸出,進而延長電動車續航力。由於電動車輛不存在穩定高溫的裝置,因此以高溫引擎冷卻水提供暖氣的方式亦被電熱系統所取代,以電熱轉換原理提供需求熱能。但受限於電熱轉換及熱傳效率,電熱系統會消耗大量電力而明顯地降低電動車續航里程(50~75%),因此發展一低耗能的暖氣系統為電動車發展的重要技術項目之一。表1為針對傳統與電動車輛的空調系統比較一覽。

     表1 傳統車輛與電動車輛空調系統比較

    透過比較傳統車輛與電動車輛空調系統的優缺點,車輛中心於發展電動車用空調系統時,選用具備高效率的熱泵系統為發展基礎。熱泵系統架構與冷氣系統相似,透過四向閥使吸熱及排熱的方向相反而將環境熱量送至車內而產生暖氣,因此除可改善電熱系統的耗電量外,亦可降低系統成本,是相當適合電動車輛之系統。並且以熱泵系統為基礎,發展冷暖空調用恆溫控制器以加強系統表現並進一步降低電能消耗量,可協助國內廠商提高電動車效能表現而達到提高於全球的競爭能力。

    請參考車輛中心車用電動空調系統介紹http://www.artc.org.tw/chinese/02_research/02_01detail.aspx?pdid=14
     

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