車輛中心 綠能車輛發展處 林博煦

電動車輛以高效率動力系統替代低能量轉換率的引擎系統，藉以提高能源使用率並且消弭車輛行進所排放的大量廢氣，實為對環境相當有利之車輛演進。相對於傳統車輛引擎系統會產生大量廢熱，足以在寒冷的冬日提供車廂乘客足夠的暖氣，電動車輛由於高電能-動力轉換效率(80~90%)的緣故，失去了在傳統車輛中隨手可得的暖氣熱量來源，因此電動車輛上需要尋求其他方式來獲得熱源以提供暖氣。

現行大部分的電動車輛中均採用5kW以上的PTC電熱裝置(效率約95~99%)以提供熱源，透過加熱循環水後再進到加熱芯以提供暖氣，兩段式熱交換的效率損失，使得電熱系統會消耗更大功率以提供需求暖氣。因此為了降低產生暖氣的能耗，部分車廠投入高效率熱泵系統研發，藉由冷媒吸收環境熱量後傳遞到車廂中作為暖氣熱量來源。但當環境溫度低於特定數值(約-10℃)後，熱泵系統便無法再從環境中汲取熱量而失去供暖功能，因此，為了尋求足夠熱量，必須整合車輛內部及外部可用之熱量來源，藉以與熱泵形成複合式供暖系統，以在低溫環境下均可以提供暖氣，亦即需要由電動車輛所搭載之動力馬達、發電機、驅動模組及煞車系統，進行其供熱能力評估。

電動車輛採用永磁式或感應式馬達為動力源，依據現行電動車輛動力馬達規格(效率約85~97%，功率約47kW)估算約可產生0.6~3kW的熱能，而馬達驅動器及發電機約可分別產生1kW及0.28~1.35kW熱能。另外於電池放電時，由於其放電效率關係會有部分電能轉換成熱能，該熱能使得電池溫度提升進而影響到放電效率，因此為了維持電動車運行的穩定性，這些熱量必須要由電池端強制移除，因此可被利用作為暖氣熱源之一(如圖所示)。煞車系統以來令片與碟片摩擦降低車輛速度，由於高速磨擦的關係可使來令片的工作溫度達到250~300℃之間，最高甚或可達到400℃左右，表示該元件將車輛動能轉換成大量熱能，足可作為車廂暖氣所用；煞車系統雖具有於低溫環境下提供暖氣熱源之潛力，但由於系統架構限制及煞車作動時間短暫，無法作為立即使用的熱源，因此需透過一儲熱裝置回收後再行利用。

國際大廠(Behr)投入電動車電池溫度管理架構設計

出處：” Cooling solutions for Li-Ion batteries to improve range and lifecycle”, 2nd Int. C. Thermal Management for EV/HEV, 2012

以上所提及之元件均可提供熱源，但要與熱泵系統整合成為複合供暖系統，尚須考慮到可妥善利用的環境溫度範圍、熱量回收及傳遞機制和儲熱系統，如此方可有效分配利用電動車整車能量。車輛中心目前進行各次系統發熱效率對環境溫度的影響模擬分析，將藉以決定於環境溫度-40~10℃間各次系統運作供暖之適用性，另針對熱量傳遞及分配方式，亦須依據各系統適用之導熱機制和方式進行設計，藉以確認系統架構和實車適用性，達到提供充暖氣之效果。

車輛中心研發之電動車輛熱泵空調系統，請參考 http://www.artc.org.tw/chinese/02_research/02_01detail.aspx?pdid=14