突破電動車發展瓶頸之空調技術

2018-09-22

楊子儁 研究員

國立臺北科技大學車用低碳能源及系統研發中心


近年來全球暖化環境變遷等因素,各國政府皆積極推廣零排放汙染、採用潔淨能源的電動車輛,冀圖以電動馬達、儲能電池取代傳統內燃機引擎和石化燃料。其中電動車輛的續航能力與空調系統可說是息息相關,空調系統所消耗的能量僅次於動力系統,因此發展高效率空調系統將會是延長電動車續航里程的關鍵因素之一。

現行燃油車輛之空調以內燃機引擎為動力來源,藉由曲軸輸出之動力,帶動皮帶輪進而驅動壓縮機。電動車輛因無內燃機,則由馬達、驅動電路和壓縮機整合為一體之電動壓縮機取代傳統皮帶輪壓縮機。現今電動車輛於市區的續航里程約略為140公里到160公里(未開啟空調情況下),以台灣為例,由於地處亞熱帶地區,高溫伴隨著海島型氣候的潮濕與悶熱,國人行車時一般皆會開啟空調,對於電動車輛的續航里程將會有降低20%~30%之影響。當冬天或者高海拔地區行駛時,傳統車輛採用內燃機冷卻系統中之高溫冷卻水作為暖氣系統熱能來源,電動車輛之暖氣系統則是採用PTC電熱器,以電能轉換成熱能,提高車室溫度。由於PTC電熱轉換效率極低,對於電動車輛的續航里程有高達30%~50%的影響。

           

圖一、電動車輛續航里程與HVAC系統啟閉關係圖

目前車輛空調設計僅能藉由出風口維持特定溫度達到車艙舒適的目的,故有以下缺點:(一)車艙內空間之溫度無法依照個人喜好不同而擁有獨立之需求溫度;(二)若車艙內僅有駕駛一人或者僅有兩人於車艙前座,開啟空調系統除會降低續航里程,亦會造成空調系統於後座區域無謂的耗能。為了解決這個問題,我們可以採用Occupied-Zone的概念來進行探討,利用空氣由高壓區向低壓區流動之特性以及空氣對流遠大於擴散的效果,以一種嶄新的空氣流管理技術,於車艙內配置適當的出風口及回風口,藉由控制出風口的風量與回風口的負壓,使每個乘坐者所在的區域皆有彼此獨立的流場漩渦,且最重要的是區域間不須以實體物品隔開,這是目前傳統車輛空調系統所沒有的功能。

圖二、區域性空調示意圖(Occupied-Zone Air)

如果未來能將這項技術應用於電動車輛,除了能增加各個乘坐者之熱舒適性自主度,亦可藉由此技術搭配電源管理系統延長電動車輛的續航里程,更甚者能利用此技術發展更多的節能應用,例如冷凍運輸車輛、船舶遊艇、住宅空間等,讓我們一起拭目以待吧。