車輛研究測試中心 零組件品質部 環境測試課 施冠廷

電動巴士是目前電動車市場上一項指標性的發展重點，因為大眾運輸工具具有固定路線、定期維護、使用量集中等特質，同時對於節能減碳能達到極高的效益，所以世界各地的政府與車廠亦多有投入，如2011年6月通用汽車旗下的創投公司GM Ventures LLC即對美國第一大電動巴士廠Proterra投資6百萬美金，以利該公司的產品能進行聯邦驗證，且在當地(Greenville)能達到每年生產400輛電動巴士的供應量。如圖1所示，其電動巴士EcoRide BE-35具備108KWh的鋰鈦電池系統，該電池系統由多個模組所構成，除了降低成本，亦有助於快速充電的達成；其在10分鐘內完成充電後，可行駛64km的距離，這將可替代美國本土80%的柴油短程巴士。
Proterra的執行長Jeff Granato甚至評估，每輛電動巴士在行駛12年後將較傳統柴油巴士節省60萬美金的費用(參考自http://www.technologyreview.com/energy/37829/)。

圖1 Proterra的電動巴士採用高達108KWh的電池系統

國內的電動巴士發展也不惶多讓，如華德動能、立凱綠能等都在過去一兩年推出純電動的巴士，甚至採用低底盤的底盤結構，希望能在高齡化社會中提高服務的合適性。然而，目前國內外電池驗證尚未有強制法規要求，電池驗證的工作由各業者自行取捨，鑑於電動巴士乘載量大，在人員與電池能量密度上都較一般電動道路車輛高，電動巴士電池之驗證是不得不面對的議題。因此，本文建議，從相關的電池驗證規範中尋求參考與依據，如ISO即針對應用於道路電動車輛的高能量鋰離子電池系統制定性能規範，為ISO 12405-2。

該規範中有針對循環壽命試驗進行電池壽命的驗證，除了老化因子外（如時間、溫度），電能量往返率(energy throughput)也是一項極具影響力的因素。實際的行駛條件應做考慮，這意味著更高的C率與SOC擺幅(SOC Swing)將涵蓋車輛實際運行的要求。電池系統不應被過度壓迫(stressed)，熱管理與監控系統將在試驗的過程中強制執行。

在ISO 12405-2的說明中，循環試驗係結合兩種試驗曲線執行，一種是「動態放電功率曲線A(dynamic discharge power profile A)」，其放電能量之總量明顯小於「動態放電功率曲線B(dynamic discharge power profile B)」，曲線如圖2和圖3所示。充電狀態(SOC)範圍必須由顧客定義，另外循環測試必須在100%和20%充電狀態間執行。

循環測試必須從充電狀態上限開始依序執行動態放電功率曲線A，緊接著動態放電功率曲線B，然後接著動態放電功率曲線A，直到充電狀態達到下限或電池電壓達到供應商指定的低電壓限制。在下個步驟中，電池系統必須依據供應商建議的充電狀態要求上限來將包括單電池平衡靜置時間之放電–充電循環總時間維持在八小時的要求。此動態放電功率曲線流程包括必須重複在28 days期間充電。

這些循環作業後，必須執行電容量和脈波功率特性曲線試驗來定義電池系統現在狀態。本性能測試後，必須持續循環壽命測試直到依據指定標準來終止試驗。
− 在電池系統試驗中，藉由電池控制單元來計算充電狀態。
− 由外部測量之值計算Ah。
− 由供應商所定義的電池電壓上限和下限。

圖2 動態放電曲線A

圖3 動態放電曲線B

基於國際標準的要求，可先從循環壽命試驗來對電動巴士的電池模組甚至電池系統進行電容量衰減與溫度因素下的熱分佈評估，以利於電動巴士在台灣示範運行上的完整度。然而，目前電動車電池的驗證制度尚未完全被提出，國內各電動巴士製造廠或是電池供應的驗證範疇仍僅受限於電池芯方面的安全驗證，如運輸規範UN 38.3或是UL 1642、IEC 62133等，若未能針對電池模組在串並聯情況下的工況做適當的評估，恐在實車上路後造成更多的問題甚至危害。車輛中心目前針對電動車電池驗證逐一建置中，特別在性能驗證方面，除了現階段以國際標準的特性曲線，與客戶討論適當的試驗程序外，未來更籌備以實際車輛行駛工況所記錄的Driving cycling，希望能藉此更完整地電動車的電池性能，以利於提升整體市場上的發展程度。