24 車輛研測資訊 100期 2014-06

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一、前 言

近年來各國政府皆積極推廣乾淨、無排放污染

的電動車，冀圖以電動馬達取代現行內燃機引擎，

以高儲能電池取代石化燃料進行驅動，使車輛達到

節能、減碳之主要目的。尤其台灣的鄉鎮間距離較

短、民眾的環保意識成熟，加上國內電力電子基礎

深厚及研發能量豐富，並具備完整相關零組件產業

鏈等種種條件，極適合發展及行駛電動車。唯，台

灣位處亞熱帶，海島型氣候伴隨著潮濕、高溫及悶

熱，加上行進間來自其他車輛的廢氣等，一般用車

習慣幾乎終年使用空調；因此在推動電動車發展的

同時，亦須同步進行節能的電動空調技術開發。

目前電動車發展技術領域大致上分為五大項(如

圖1所示)，每個項目皆會因作用產生熱能累積，而

導致效率不佳的問題；為確保各項功能均可維持於

最佳溫度下、發揮最佳效率，因此拓展電動空調技

術應用層面即成為最佳解決方案。如此一來，電動

車空調不僅可使用車人擁有舒適的開車環境，利用

其冷空氣來使車體內部機件系統同步降溫，也能兼

顧其使用上不致因過熱而出現異狀。

　　

電動車專用空調系統的 發展應用及保護措施

恆陞精密科技股份有限公司 王健銘

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圖1、電動車的五大項關鍵技術

電動車五大關鍵技術

車用空調演進1902冷氣機之父 Willis Haviland Carrier 為了

建立恆溫恆濕的工業生產環境；發明冷氣機；而

車用空調則是出現在1930年，由C&C Kelvinator首次將蒸汽壓縮式製冷裝置裝上汽車；及至1933年，凱迪拉克車開始以壓縮機搭配R12冷媒發展

出製冷循環系統的車內空調。數十年來，雖車

輛科技幾經重大進

展，但除了因臭氧

層破壞及溫室效應

而變動之冷媒以

外，直至今日，車

用空調系統大致仍

維持著相同架構。

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Kelvinator製冷裝置 [1]

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1933年凱迪拉克汽車空調系統[1]

車輛研測資訊 100期 2014-06 25

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嚴選推薦

二、車用空調發展

(一) 車用壓縮機演進

車用空調系統最重要的心臟就是壓縮機，在需

求與技術的不斷精進下，從傳統的活塞往復式、斜

盤往復式、葉片迴轉式一直到最新的渦卷式壓縮機

(如圖4所示[1])。而具有安靜、節能、效率高的優點

的渦卷式壓縮機出現後，就像是汽車空調系統的工

業革命，將車用冷氣引領到新的境界。同時，空調

系統裡面的冷媒也因環保意識抬頭由R12、R22到

R134a，近年更發展出其他1開頭或是4開頭的環保

冷媒。

(二) 電動車用電動空調系統演進

當電動車的驅動引擎已經被大功率動力馬達所

代替，原先由引擎所驅動之壓縮機似乎也須改由動

力馬達來驅動。但受限於電動車輛靜止時，馬達亦

隨之停止運轉，以及為了使動力馬達成為純粹的高

效率驅動動力源，因此需要將原本車用壓縮機改變

為外加動力驅動的型式，成為採獨立驅動之電動空

調系統。

電動空調的進化，首先大家想到是將一般傳

統汽車的壓縮機加連接軸與馬達結合進行運轉(如

圖5所示)，但因壓縮機與馬達之間的對心問題使得

連接軸容易磨損，且驅動馬達常有散熱的問題，加

上整體體積龐大而不適宜安裝於一般轎車上，通常

被採用於空間裕度較高之電動巴士上。為了使電動

壓縮機可應用於小型電動車輛，因此必須進行渦卷

組、馬達及驅動板等機構整合，採內藏式馬達方式

(如圖6所示)。其特點包括將渦卷組驅動軸與馬達軸

心整合共軸，藉以避免偏心所造成之磨損；並利用

低溫冷媒回流之方式協助馬達及驅動板散熱，可省

略散熱模組，並降低其體積以及重量，提高裝配上

的靈活度。目前

市場上包含日本

電裝(Denso)、三

電(Sanden)、三

菱重工以及美國

Delphi等均有發

展成熟的產品，

而恆陞精密亦已

具備相當的研發

能量，可望成為

國內的電動壓縮

機供應廠。

三、電動車電動空調系統的應用

一般傳統車用空調系統之壓縮機需配合安裝於引

擎下方，所以它安裝空間相對會被侷限在某些區域，

於車輛空間安排及利用較不靈活，而電動空調系統採

用是電力驅動方式，利用車載電池組之電力來帶動其

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圖4、壓縮機的演進時程

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圖5、軸向連結方式電動壓縮機

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圖6、三機一體電動壓縮機

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壓縮機內藏驅動馬達，進而壓縮冷媒並透過空調系統

元件產生冷氣或暖氣 (如圖7~8所示[3])。

(一) 節能化電動空調

因電動壓縮機之轉速可透過變頻控制隨意調

整，具備如同家用空調之變頻特性，將其引進至控

制系統內，再配合高效的控制策略，即可達到降低

電能消耗之效果，且更因其省能與高效率表現，得

以使電動汽車可行駛更長遠的公里數。

(二) 穩定電動車系統工作溫度

如前述電動空調系統之壓縮機是採用獨立電機

驅動之方式，對於車輛的動力馬達扭力並無影響，

因此，在容許範圍內可將其製冷量分散給其他需要

散熱的次系統，尤其是電動車中有相當多的系統都

會有發熱之特性，如電池、馬達、變電系統等，故

可利用電動空調系統將協助該系統降低或維持工作

溫度，使系統在最佳溫度下、達到最佳效率，進而

延長車子續航里程及各次系統的壽命。

(三) 其他應用

電動空調除了運用在電動車以外還可以運用在

下列三大項中：

1. 冷藏冷凍物流箱：電動壓縮機取代原有低溫物

流箱壓縮機，可在貨運運輸時持續製冷，不受

振動等外在因素限制，免除蓄冷片需求。加上

充電時間較短，可加速物流箱的使用週轉率。

2. 特殊車用電動空調系統：任何必須處於停止引

擎運轉的車室內工作之車種或是卡車臥舖等，

皆適合改裝電動空調系統，不受引擎運轉限

制，車輛熄火同時依然可使用空調。

3. 船舶用空調：普通壓縮機較難以承受一般中小

型船隻上的搖晃衝擊，而透過高度整合之電動

壓縮機電動空調系統則較無振動限制，適合於

不斷搖晃的環境作為空調系統使用。

四、電動空調系統的安全保護措施

空調系統內部除了壓縮機本身有洩壓閥以外，

通常在系統內部的乾燥瓶進出口還會有機械式的高

低壓保護開關(如圖9所示)，其目的在觀察空調系統

高低壓狀況，當壓力過高時，除了壓縮機本身自行

洩壓保護以外，其訊號會傳送到控制器上，並閃爍

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圖7、電動車專用空調系統架構

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圖8、空調系統架構圖

車輛研測資訊 100期 2014-06 27

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嚴選推薦

異常之燈號告知用車人；同樣的，當壓力過低時亦

會閃爍燈號，提醒應將壓縮機停止運轉，以免傷害

壓縮機本體。

除此之外，搭載於電動車上的電動空調系統，

其保護措施還包括設有過電壓、過電流、過熱及訊

號異常等多項電路保護開關；在控制方面則除了有

電路上的保險絲保護外，還有電路監控，一旦發現

機械或電氣異常即停止運作，確保電動車使用的安

全性。再者，電動車上的次系統之間資訊溝通大多

採用CAN控制方式，包含空調系統在內，不但方便

使用者利用行車電腦上的顯示項目，隨時確認空調

系統運轉狀態，若再搭配電源管理系統，亦可提升

電動車行駛效能表現。

　　

五、結 論

因應傳統內燃機汽車邁入電動車世代的發展趨

勢，使得車用空調系統也跟著進化，改為採用以獨

立電動馬達驅動的電動空調系統，讓空調系統不再

被綁定在固定區域，而可視車上空間來進行安裝；

並且還可提供有效熱能管理，一則提供用車人舒適

的車內環境，同時也擴展應用層面，有助於因應車

上各項系統上所產生的熱能，使其維持在最適當的

溫度下，穩定地發揮各自功能。

事實上，電動空調系統技術發展到此，其兼

具安靜、節能、體積小、效率高等優點，除可適用

於電動車輛上外，還可運用在船舶遊艇類、特殊用

車、移動式冰箱及任何可以移動需冷氣之物體上

等，因此未來商機相當龐大，十分值得業者投入及

推廣。

六、參考文獻

[1] 陳茂嘉 車用電動壓縮機發展 2012年10月

[2] http://www.carnews.com/article.php?id=13144

[3] http://zero-emissions.tumblr.com/post/1081308

5370/mitsubishi-i-miev-technical-highlights

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圖9、空調系統保護開關圖

冷風

高壓保護開關

低壓保護開關

液冷媒

儲液器冷凝器

壓縮機

風扇

鼓風機蒸發器

膨脹閥

車輛中心自2012年起協助恆陞精密

成功申請政府業界科專計畫，進行電動

壓縮機關鍵技術開發，並且透過技術移

轉協助廠商建立省能化恆溫控制策略，

配合電動車產業興起及需求，透過降低

電動空調系統產品之整體耗能，提升電

動車之續航能力，藉此強化商品的市場

競爭力。

鼓勵產業創新升級- 業界科專計畫