研究發展處 陳毅軒 

全球超過100個國家及企業致力於達成「2050淨零排放(Net Zero)」目標，以期將溫升控制在1.5℃內，進而避免極端氣候的災難發生。為了達成此目標，氫能車輛亦已逐漸成為各國在新能源運輸技術發展所關注的重要方向。由於氫能車輛具備有高能量密度、快速加氫與長續航里程等優勢，因此近年已逐漸成為商用車與長途運輸工具之重要解決方案。 

然而，氫能車輛之燃料電池系統在高功率密度運作下，往往會產生較大的熱能，過高的溫度對於系統的穩定性與耐久性皆會造成重大的挑戰。有鑑於此，針對氫能車輛設計一套完善的熱管理系統（Thermal Management System，TMS）進而有效地控制系統溫升，將會是確保燃料電池系統效能與壽命的核心關鍵。 

在熱管理系統設計初期，倘若能先利用CAE分析軟體（如Flow Simulator等）進行一維熱流模擬，進而評估系統內之壓力損失、流量分佈與溫度變化，並預測電池、馬達及燃料電池水路之工作狀態，以提供設計人員冷卻迴路中關鍵元件（如水泵、熱交換器、散熱器）最佳化選型參考。 

然而，在進行熱管理系統一維熱流模擬過程中，可透過調整水路模型不同設計參數（如風扇轉速、水泵轉速、水流量、散熱器容量、水路管徑﹍等），模擬分析系統之壓力損失與溫度變化，並評估相關控制策略對整體效能之影響。此模擬分析技術不僅可有效地驗證系統是否滿足散熱需求，更能提前優化元件選型與水路配置，如圖1所示。

圖1、Flowsimulator水路模擬

圖2、整車熱管理系統模擬架構

此外，亦可結合系統層級建模與模擬分析工具，於整車開發初期即導入完整車輛行駛工況評估，針對不同駕駛循環（如WLTP、UDDS﹍等標準測試循環）進行動態模擬，比對各子系統於實際道路情境下之功率需求與能量流分佈，如圖2所示。透過模擬可深入分析電池輸出功率變化、馬達負載波動、逆變器效率區間、熱管理負荷以及整體能耗表現，進一步評估系統在加速、巡航、減速與回生制動等不同運行階段之響應特性，可藉由多物理場整合模型（如電氣、熱流、機械耦合）驗證關鍵零組件是否滿足整車規範要求（如峰值功率輸出能力、持續功率耐受度、溫升限制、能量回收效率及續航里程目標﹍等）。透過參數化分析與情境模擬（What-if Analysis），比較不同電池容量配置、齒比設計、冷卻策略與控制邏輯對整體性能之影響，找出最佳化組合方案。

圖3、車輛速度追蹤圖

氫能車輛熱管理系統設計初期透過此虛擬驗證勢必將可有效地提前辨識潛在設計風險，並可由過去傳統的經驗導向，轉型為數據驅動與模擬驗證並行的設計開發模式，進而減少實車驗證測試的次數及縮短開發時程，並降低產品試製與測試成本。同時，也能建立完整的數位化設計資料庫，為後續平台化開發與產品升級提供可靠依據，提升整體研發效率與市場競爭力。 

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車輛中心（ARTC）∕研究發展處∕工程分析中心∕陳毅軒副工程師， 

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