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電動車空調系統發展 - 高效率暖氣系統及整車熱管理技術
  • 發布年度:2014
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 綠能車輛發展處 電動車系統技術專案 林博煦

    目前在台灣已有多款電動車輛可租用試乘,民眾可藉由親身體驗,實際了解電動車的性能,並感受到其並不亞於傳統引擎車輛,並且對於電動車在盛夏時節中仍可享受涼爽又寧靜的駕駛與乘車環境感到滿意。

    空調系統於1930年代出現在車輛上後,廠商持續不斷的改進其效能,並依據銷售地區之氣候需求進行功能調整。相同的,電動車用空調技術亦是日新月異,本文將針對目前國際上於電動車空調技術發展重點方向-高效率暖氣系統及整車熱管理技術,進行說明。

    自2010年Nissan推出Leaf後,Leaf車主開始注意到電動車在冬天行駛時,電熱暖氣設備的運作會明顯地減低行駛距離。因此,Nissan在2013年進行Leaf改款時,導入了熱泵暖氣系統(Heat Pump Heating System)以替換高耗電量之電熱裝置,用以延長車輛的行駛距離。而Renault在2012年發表的ZOE電動車,更是直接以熱泵系統作為冷暖空調標準配備,佐以適當之能量管理方式,在-25℃下仍可提供充足的暖氣效果。

    同樣的,BMW亦有意將熱泵導入其未來電動車輛中,且同時加入額外輔助暖氣方法 - 遠紅外線,提供乘客暖氣效果。遠紅外線被稱為生命之光對於人體不會產生傷害,利用其高穿透率特性,可以用直接照射的方式對乘客加熱。遠紅外線的低耗電量(<200W)及直接加熱特性,更可以用於搭配加熱整體車廂之暖氣系統,使電動車的空調系統達到更靈活的控制,因應不同氣候的需求。

    電動車熱管理系統,顧名思義即為針對電動車輛上的熱能進行整合管理,更為明確的說法是針對電動車各次系統(動力馬達、驅動器、煞車及電動輔助轉向)或獨立空間(車廂、電池箱)的溫度進行控制。透過熱傳手法將熱量由某次系統中移除以降低溫度,或是將高溫之冷卻介質傳導通過目標次系統以提高其溫度。除了將熱量在次系統間搬移外,由次系統移除的熱量亦可逸散至環境中或是儲存於暫存裝置以待後續利用,當需要熱量時除了可由環境中吸取利用之外,還可以由前述暫存裝置中取出再循環使用。因此,電動車整車熱管理系統作用機制非常複雜,目前各大車廠(BMW、Benz、Toyota、GM)和散熱/空調系統廠均已投入大量資源進行相關技術發展(如圖1)。

    圖1 Behr針對不同熱管理架構所發展之關鍵元件
    Reference: D. Neumeister, Cooling solutions for Li-Ion batteries to improve range and lifecycle, 2nd International Conference Thermal Management for EV/HEV, June 27th-29th, 2012

    車輛中心(ARTC)自2010年即切入熱泵冷暖系統與整車熱管理技術開發(如圖2),以期提高電動車輛整車熱能的使用效率,並透過空調系統主動機制提供次系統加熱/散熱之功能,利用可產生暖氣或冷氣之熱泵系統,協助調節冷卻液溫度,提高溫度管理之彈性及可行性。ARTC電動車輛熱泵空調系統技術介紹,可參考http://www.artc.org.tw/chinese/02_research/02_01detail.aspx?pdid=14

    圖2 電動車熱管理系統設計流程

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