電動車空調系統之耗能及 電能管理之研究

1. 電動車空調系統之耗能及電能管理之研究 單晶片應用實務 期中報告 班級：車輛三甲 姓名：郭又豪、蘇源聖 學號：997L0047 99715023

2. 一、摘要 本研究針對電動車輛空調系統進行空調能量管理模擬研究，藉由分析混合動力式壓縮機(電力驅動與引擎皮帶輪帶動)空調系統與純電動空調系統之能量效益，提供車輛空調最佳解決方案，提高系統附加價值與接受度。首先進行混合動力車輛怠速熄火(Idling Stop)時之空調耗能模擬，以求建立出完整之車輛動態模型，再針對純電動空調系統耗能模擬進行擬定最佳化能量管理策略。

3. 研究計畫將使用Matlab軟體建立車輛輔助空調系統動態模型，整合電動馬達與傳統壓縮機成為混合動力及純電動空調系統，進行空調系統之耗能分析及能量管理最佳化，進而依據車艙受熱狀況評估適用之空調系統元件。透過本系統之開發，未來可轉移到電動車輛、複合動力車輛之空調系統發展，以達到車輛節能、低污染與提高市場接受度之目的。研究計畫將使用Matlab軟體建立車輛輔助空調系統動態模型，整合電動馬達與傳統壓縮機成為混合動力及純電動空調系統，進行空調系統之耗能分析及能量管理最佳化，進而依據車艙受熱狀況評估適用之空調系統元件。透過本系統之開發，未來可轉移到電動車輛、複合動力車輛之空調系統發展，以達到車輛節能、低污染與提高市場接受度之目的。

4. 二、研究目的 本研究目的在於整合電動馬達與傳統空調系統為混合動力壓縮機空調系統，並以Matlab軟體建立整車空調系統動態模型進行模擬，依據模擬結果進行效益分析及控制策略切換之最佳化，除可針對當前熱門的混合動力空調系統進行模擬研究，進一步應用於電動車之純電動空調上，作為設計電動空調系統時之系統元件選用依據。透過本研究，未來可依據各種不同車型、不同的空調元件參數以及各種行車型態加入此動態模型進行模擬，進而評估各種狀況下所選用之空調系統元件及其效益。

5. 三、研究成果 • 整車空調系統之動態模型建立完成後，依現有參數與條件設定進行初步模擬，確認所建立之模型邏輯無誤，並能接近實際空調元件運作情況，使模擬結果更趨近實際空調與車艙狀況。透過模擬結果，可看出空調系統運作時對於車艙溫度與耗能的趨勢，方能針對耗能最為顯著之部分進行改良設計。

6. 動態模型建立分析結果 • 複合式空調系統分為馬達驅動與引擎驅動兩種模式，主要在於車輛不需要動力輸出或者引擎低轉速時，由電動馬達趨動空調系統以減輕引擎負載，達到節省燃油消耗的目的。複合式空調系統動態模型整合了電動馬達、引擎之模型，搭配熱負載計算結果與空調系統之效能。

7. 最後依所設定之情境，由動力切換控制器進行空調系統動力源之切換，最後根據歐盟HEV之NEDC2000行車型態進行模擬，其中取其高速與低速各兩次循環以模擬其在高速與低速行駛狀況下之情況，共1200秒之模擬，並由BSFC燃油消耗圖運算分析整車油耗結果。最後依所設定之情境，由動力切換控制器進行空調系統動力源之切換，最後根據歐盟HEV之NEDC2000行車型態進行模擬，其中取其高速與低速各兩次循環以模擬其在高速與低速行駛狀況下之情況，共1200秒之模擬，並由BSFC燃油消耗圖運算分析整車油耗結果。

8. NEDC2000行車型態 BSFC燃油消耗圖

9. 續航力與舒適度分析 車艙溫度、馬達轉速模擬結果： 車內初始溫度為70oC，目標溫度設定為23oC，在此空調元件與車輛受熱狀態下之溫度模擬結果如圖4.13。在車輛剛啟動時，因車艙溫度極高須盡速降溫，故電動馬達以高速帶動空調系統以提供較大的冷房效率，在溫度趨近使用者設定溫度時，變頻馬達則逐漸減速至可平衡車艙穩態熱負載之轉速即可，約至模擬之500秒時可達到使用者設定之目標溫度23oC。

10. 結論 1. 車輛停靠於路邊受到太陽照射使車艙溫度高達60~70oC，因此空調系統運作之初，為使車艙降溫而造成顯著之耗能。 2. 將複合式與純電動空調應用於車輛，由耗能分析模擬結果顯示，省能效果分別可達到8.2%(複合式)與12.6%(純電動)。 3. 模擬結果與實際空調元件性能對照，可看出此動態模型能夠模擬真實空調系統之趨勢。未來在設計車輛、選用空調元件時，可透過此模型之模擬結果作為設計之評估方式。