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電動車(EV)動力健檢 – 動力系統監控分析技術
  • 發布年度:2014
  • 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 陳建安

    近年來世界各國為了推廣電動車,紛紛透過運行計畫來加以確認與改進其相關系統之穩定性,而最常被用來實現資料蒐集、紀錄與分析之方法,就是建立後台監控或管理系統。

    目前後台系統主要針對充電設施、續航等項目進行監控,然而這些並無法對研發人員、測試人員、管理人員及試運行使用人員,在研發測試階段之性能評估與運行過程之即時監控與異常警告等問題,提供資訊協助;有鑑於此,車輛中心(ARTC)針對運行中動力系統性能與零組件效能之資料蒐集,一起列入運行計畫重要研究項目,並規劃出如下功能(圖1):
    1.運行過程中,協助異常檢知
    2.協助簡易故障排除與因應方式
    3.運行數據擷取
    4.協助故障現象與系統操作特性分析
    5.整車動力性能與零組件效能分析

    圖1 動力系統監控平台功能項目

    各功能設計概念敘述如下:
    1.即時監控功能主要負責系統訊號擷取及顯示、異常警示與故障處理建議,且基於泛用型設計,因此執行方法上之彈性設計如下:
    (1)監控與記錄參數項目增刪。
    (2)警示告知項目判定之基準:提供組件運行中之異常現象警示,如過電壓、過電流與溫度過高等,提供不同車種或組件進行彈性之門檻參數設定。
    (3)警示狀況排除與建議:提供測試或開發人員,當車輛發生異常時之故障排除與處理方式,透過訊息方式告知異常狀況,並提供處理程序。

    2.資料記錄功能負責運行資料的記錄,包含即時資料記錄與無線拋傳至後台之運行資料記錄,藉由記錄資料對運行中各參數資料特徵點進行統計,主要目的是記錄運行過程中之異常次數、發生異常時之所有工作參數、所有參數之極值,繼而作為動力系統組件性能與健康狀態之檢視評估。

    3.分析功能則針對無線拋傳至後台的記錄資料進行分析,分成即時分析與後處理分析二項。
    (1)即時分析
      (A)功耗分析:分析車輛運行中,動力組件如馬達、變頻器之過載區與額定區操作占比,進而瞭解組件目前動力輸出狀態,以及選用規格是否適用。
      (B)能源效率分析:分析車輛運行中平均能源效率、即時平均能源效率與剩餘里程,以瞭解目前能量使用情況並提供剩餘里程訊息。
    (2)後處理分析
      (A)系統效率:主要瞭解運行中系統之平均效率、工作點效率分佈,作為組件製作修改參考。
      (B)溫升與散熱能力分析:分析車輛運行中,組件溫升狀況與溫升對系統效率影響,項目如下:
     ♦組件溫度變化特性
     ♦組件散熱系統能力
     ♦溫度變化下系統效率分佈差異分析(熱損耗分析)
      (C)煞車能量回充效益分析:分析與推估回充效益,如:
     ♦可增加續航%
     ♦增加能源效率%
      (D)爬坡與加速能力分析
      (E)故障點異常現象與系統組件健康狀態特性分析
     ♦分析車輛運行中異常次數、發生異常時之所有工作參數與所有參數之極值(最大與最小)。
     ♦故障(失效)因素分析,包含運行過程中,組件之熱、磨(損)耗、過載、過電壓、過電流等失效分析,繼而評斷搭載組件規格之適用性與健康狀態特性。

    上述為電動車動力系統監控所需之項目與設計概念,目前ARTC已完成動力系統監控後台(圖2)建置,可即時顯示目前車輛行駛資訊,並進行即時分析與後處理分析,可以提供車隊業者或車輛研究開發人員,進行車隊監控與車輛運行效益分析,再可進行組件匹配與改良,提升國內之電動車技術能量。

    圖2  ARTC動力系統監控平台

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