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中心現況

低碳能源及系統關鍵技術產業

發展背景及現況介紹

 

現今產業中技術仍未見能正式取代傳統燃料,僅二次電池領域相對具備取代之發展條件。
二次電池能量效率不足
二次電池領域之能量密度(Wh/L)比能量(Wh/kg)面對產業需求無法完全解決,技術亦未能見有效突破,只好加大電池模組。
生產體積過大且笨重之電池模組
二次電池天性需慢速充放,然使用者情境中充電時間必盡量縮短,放出電流則需儘量增大以滿足應用需求(高速行駛、大功率負載)
電池芯將需負荷較高C數電流充放條件。
其中鋰電池能量密度較高,性能穩定安全,存放容易且為潔淨能源,故電動車/儲能領域目前以鋰電池應用系統為主流市場。

 

領域一 車用電能系統技術

a.Battery Management System(BMS)

b.Energy Management System (EMS)

領域二 高效率內燃機技術

a. 可完全回收引擎廢能的複合氣動系統

現階段的純內燃機動力系統因應駕駛者的需求及路面負載,必須經常處於加速或減速的狀態,而無法始終維持在燃油效率最佳的操作區域下運轉,不僅造成能源的浪費且廢氣排放問題也相當嚴重,導致內燃機引擎的車輛能源效率通常僅達到 15 %左右  。然內燃機所排的廢氣能量占全部能源的 1/3 以上,若能有效回收使用,不僅可減少能源的浪費又可降低廢氣的排放及污染,綜觀產官學界有關廢能回收的研究,大多僅利用熱交換器廢氣回收熱能,而本系統將可完全回收內燃機所排放的廢氣能量及一部份由引擎冷卻系統所排出的熱空氣後再予應用,全車能源效率初步保守估計可達 33 %。

關於氣體能量的應用最受矚目的為 City cat 空氣動力車,該系統利用高達 300bar 的高壓氣體儲存能量,透過特殊設計的氣動引擎將流功轉成機械能,以 100 km/h 的速度駕駛約可行駛 100 公里左右,雖然該動力系統符合綠色環保理念,但仍有功率不足、續航力差、加氣站不普及、價格昂貴等缺點。

基於上述論點,本研究提出一種前瞻創新構想-『可完全回收引擎廢能的複合氣動系統』,此系統利用(1) 創新的主動式匯流裝置,可將內燃機排放之高溫高壓廢氣完全回收循環再利用,並透過主動式機制調整管徑大小以產生文氏管效應,使內燃機的廢氣能量轉換成有效的機械能,有效地提高引擎熱效率、降低引擎的廢氣污染、油耗及製造成本,(2)前瞻的系統架構以空氣壓縮機提供固定負載給內燃機,使其能維持在低油耗與低汙染的最佳操作點下運轉,並有效減少有害氣體的排放。研究計畫推估採用主動式匯流裝置搭配空氣壓縮機的設計,可使內燃機熱效率高達 70% 以上,且能有效抑制廢氣的排放及降低對環境的汙染。

 

領域三 車艙節能與舒適度技術

a.區域性空調與車艙節能技術

本計畫以「節能、舒適、智慧車艙空間」為主要研究方向,冀望能為國人創造出高品質的移動生活空間。區域性空調的關鍵在於利用空氣的流動效果遠大於擴散效果的原理,將熱量及物質控制在某一個區域內,且區域之間不需以實物隔開,能讓區域與區域之間彼此獨立,互不干擾,以達到創造個人化區域性空調的境界,同時又能夠保持最少的換氣量及除濕量,以降低空調系統資源的浪費,達到省能的效果。此系統能有效減少引擎動力損失,比一般車輛空調系統更能提升30%以上的效率,以達到節能與舒適性的提升。


國內屏東科大車輛系曾利用我們的構想探討車廂內風口的配置以達到最佳的前座獨立流場的目的。採用CFD 模擬車內三維流場及溫度分佈的狀態,考量了不同的空調送風口、回風口位置、出風的角度及前座有人或無人。透過車內無人的模擬,可了解熱車時的空調需求;而車內有人的模擬則提供我們對開車時的狀況。此研究發現前置水平送風搭配儀錶板下方回風口時,適合熱車時的車內空氣循環;而車頂角度送風搭配儀錶板下方回風口,能有效將氣流控制在前座區域內。雖然目前所探討的風口位置,如:車頂送風口和前座下回風口,不符合傳統車內空調設計,但提供的概念也許可應用於將來的汽車。

 

b.原型車設計及改裝


原型車設計及改裝將應用電腦輔助設計(3-D CAD)做原型車的空間規劃設計,用有限元素法做整車的性能分析和優化,以所設計分析的結果改裝市售的汽車。


多數的汽車業界已逐漸由嘗試錯誤、反覆試驗,改用電腦來輔助設計,做空間設計,檢測物件干涉和裝配順序設計與裝配模擬。在還未大量生產製造前即可預測可能產生的匹配、裝製、時間、週期或人體工學的問題。其應用已大量減短研發和修改時間。

 

 

市場上常用的設計軟體,如CATIA, PRO-E, NX (the combination of UniGraphics and Ideas), Auto-CAD, SolidWorks, ...等,都是廣為業界接受的設計軟體。


有限元素分析和優化軟體也因應各種不同性能分析而發展出不同的分析軟體。如NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA、FLUENTHYPERWORKS-OPTISTRUCT...。此計畫中,將整合領域一、二、三依空間限制所研製的零組件,組裝於原型車上,以展示油電混合車的研發成果。