車輛研究測試中心 綠能車輛發展處 電動車系統技術專案 林博煦

跨入2013年，大家最印象深刻的除了豐富的歡慶活動和煙火外，想必就是那刺骨的寒冷天氣，而對付冷天的最佳武器就是各式各樣的暖氣設備，隨著個人及家用暖氣設備的日漸普及，車輛暖氣系統也隨著動力源由內燃機跨越至電動機而跟著受到矚目，本文即針對電動車輛暖氣系統作一簡單介紹。

目前的內燃機車輛採用吸收引擎廢熱之高溫冷卻水，以幫浦帶動進入到儀表板下方的空調總成的暖氣芯中，再經由鼓風扇將寒冷的車廂空氣吹過暖氣芯後得到溫暖的空氣再送至車廂。由於暖氣功能的熱量來自於引擎運轉的廢熱，因此不會影響車輛油耗表現，且等同於提高燃油的能量使用率。但在電動車輛之中，並未有類似引擎的高溫元件或系統，因此暖氣的熱量來源即為一個重要的議題。

現有電動車上採用的暖氣熱量來源大部分採用電熱系統：以電熱轉換原理提供需求熱能。電熱系統透過通電於高阻值材料後發出熱量以加熱空氣，原理相當簡單且快速，只要選擇適當之發熱材料以及加熱途徑，就可以使電動車輛享有與內燃機車輛相同的暖氣效果。然而受限於電動車攜帶電池容量、電熱轉換(COP<0.9)及熱傳效率等因素，電熱系統容易消耗大量電力而明顯地降低電動車續航里程(50~75%)，因此尋找一個能維持便利性且低耗能的暖氣系統，是後續電動車大量推廣的重要技術項目之一。

由於電熱系統對電動車的影響逐漸呈現，因此眾家車廠均在尋找可行替代方式，其中之一即為採用熱泵技術：透過壓縮機和膨脹閥改變冷媒物理特性，將車室外熱量搬移至車室內作為暖氣來源。此一技術目前被普遍應用於家用冷暖空調，由於利用冷媒相變化原理搬移熱量，因此暖氣系統效率(COP)可大於3，足為電熱系統3倍以上(如圖1所示)，可有效減輕對電動車續航里程的影響。且熱泵暖氣系統元件可與冷氣系統共用(如圖2所示)，僅需增加部分流體元件及修改管路架構，因此可節約系統成本且同時維持系統可靠度。雖然熱泵系統於效益及成本上較電熱系統佔有優勢，但由於是透過將冷媒溫度壓低至環境溫度以下而獲取熱量，因此在極低溫環境中(如高緯度國家冬天常低於-20℃)，熱泵系統便會受限而無法發揮正常功能，也因此目前尚未見到被應用於車輛這種需要能適用於極低溫條件下的用具上，而這個問題正是各車用空調大廠亟欲想要突破的技術方向。

電動車暖氣系統優缺點比較

熱泵系統架構及循環方式

車輛中心於國內電動車技術蓬勃發展的當下，發展應用高效率特性的熱泵系統及相對應之恆溫控制策略，來提供電動車高效率及節能之冷暖效果。同時亦針對熱泵系統於低溫環境下運作效益不彰的問題著手研究，除了尋求其他高效率熱源作為輔助熱泵系統用之外，亦針對整車系統發展熱量管理機制，透過調節回收各系統(如馬達、電池、驅動器…)運作時所散發熱量，與熱泵系統搭配提供車廂暖氣效果，以提升系統於車輛應用之可行性。