混合動力車輛之引擎動力輸出模擬及最佳化參數設計.pdfVIP

工程科技與教育學刊 第八卷 第三期 民國一○○年九月 第 518～532 頁 混合動力車輛之引擎動力輸出模擬及最佳化參數設計 蘇琨祥 1 、吳志豪1 、郭見隆2 1. 國立高雄應用科技大學 電機工程學系 2. 國立高雄第一科技大學 機械與自動化工程系 E-mail : 1098304111@.tw 摘 要 本論文旨在建立一混合動力系統架構，其主要研究重點在於模擬引擎最大功率追蹤（MPPT ），驅動輪 最大轉矩與引擎輸出最大功率之最佳化參數設計，並且分析探討混合動力車系統的架構、引擎運轉特性與 混合動力車行駛之動作模式。引擎的動力主要為驅動車體和機電能量轉換產生電功率，而本論文將研製制 動模式切換電路、三相橋整電路、機電能量轉換 MPPT 電路、LED 驅動電路，實際量測各電路其功能之波 形，且利用擾動觀察法透過微控制器來實現機電能量轉換 MPPT 電路之功能。最後利用最佳化實驗設計方 法，針對驅動輪最大轉矩及引擎輸出最大功率做最佳化參數設計與分析，並整理出引擎動力輸出最佳參數 組合，以提供汽車設計製造者和相關研究人員作為參考依據。 關鍵詞：混合動力車、最大功率追蹤（MPPT ）、擾動觀察法、最佳化實驗設計法 1. 前 言 能源是一種能推動國家發展、活絡市場經濟、促進人民生活、強化國家安全的重要資源，人們的一切 活動均須仰賴能源才能夠順利進行。自從工業革命以來，伴隨著全球科學的發展與工業技術的不斷演進， 雖帶給人們更舒適便利的生活環境與生活品質，但由於為創造此等環境就需長期大量的取用地球上的資源 以供應環境之所需，以致使全球逐漸面臨能源耗竭之危機。除此之外，由於能源的使用會大量排放二氧化 碳等有害環境之溫室氣體，而隨著近年來全球氣候變化異常、溫度上升、冰山融解以及海平面上升 …等異 常的現象，由溫室氣體所導引之溫室效應現象已逐漸在全球浮現，至此世界各國之專家們憂心，二氧化碳 的產生量若再不加以管制，則地球生態將會受到嚴重威脅。所以為求能有效管制二氧化碳的產量，由世界 各國所簽署之「京都議定書」已於 2005 年 2 月 16 日正式生效，希望藉由議定書之方式來對各國進行減量 管制 [1] 。 近年來由於製造車輛的工業迅速的蓬勃發展，且汽車的生產量也持續增加，連帶著石油的需求量也很 龐大，造成廢氣的排放量污染了整個地球環境，所以對地球環境的保護是真正一大考驗，然而要推行環保 意識的觀念就得先訂定環保相關法規，就目前在車輛領域而言，其他各國所訂定的耗油與環境污染法規逐 年增加，而且法規的標準也越來越嚴格，使得傳統內燃機無法因應未來所定的法規標準，如今要開發混合 動力車輛是非常可行的，就在經濟部於 98 年所推動的『綠色能源產業旭升方案』之行動計畫，明列電動化 汽車為主要發展項目之一，這項計劃是以技術突圍、環境塑造、內需擴大為執行的主軸。而在此項計畫第 六次全國科技會議之能源科技建議，加速開發小型電動車輛，以先進鋰電池之電動機車技術做為基礎，並 結合小型引擎技術，積極研發具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛，且加強小型電動車輛關鍵 的技術研發與車輛的開發，來打進國際市場[2-3] 。 ?2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851 混合動力車輛之引擎動力輸出模擬及最佳化參數設計 519 2. 混合動力系統原理與特性之分析 現今傳統內燃機車輛由於必須因應各種行駛狀況，如怠速、等速、加速及爬坡等，因此造成引擎大部 份時間都是在效率較差的低轉速低負載下運轉；同時車輛在暫停時，引擎依舊是維持在怠速運轉亦造成油 料的浪費。而在純電動車輛中，由於電瓶重量佔整車重量的比率相當大，也造成了電動車輛往往較傳統車 輛笨重的原因。另外電瓶的壽命較短，電力使用也不盡理想。因此為了解決內燃機引擎工作效率不彰，以 及電動車輛電池發展的瓶頸限制，混合