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電動車耗能驗證程序介紹 - 詹金治 課長

learnenergy2
August 27, 2021

電動車耗能驗證程序介紹 - 詹金治 課長

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  1. 國際車廠車輛電動化發展趨勢 3 BEV 純電動車 EREV 增程式 電動車 PHEV 插電式混合 動力車

    HEV 混合 動力車 ICE 內燃機 傳統內燃機 引擎 Internal Combustion Engine 混合動力電 動車 使用兩種或以 上能源的車輛, 動力來源有內 燃機及馬達互 相搭配使用 FCEV 燃料電池 電動車 插電式混合 動力電動車 動力來源以馬 達為主、內燃 機為輔,一般 純電行駛里程 約60公里 增程式電動車 動力來源為馬達, 所搭配之引擎僅用 做發電,純電行駛 里程可至100公里 以上 純電動車 燃料電池車 未來主要目標 產品,目前尚 有充電基礎設 施、行駛里程 等問題。  未來純內燃機引擎(燃油汽車)將逐漸以電動車取代,國外車廠電動車型式包含 有HEV、PHEV、EREV、EV等。  HEV、PHEV、EREV等油電混合車因具內燃機引擎,依法規規定仍需進行測試。  環保署規定國外使用中進口車輛仍須逐車檢測。 未來主流產品(PHEV、EREV、EV)
  2. 全球車輛油耗測試方法 4 車輛廢氣 取樣及蒐集 量測及分析 排氣分析系統 (可分析一氧化碳、二氧化碳、碳 氫化合物、非甲烷碳氫化合物、氮 氧化物、粒狀污染物重量/顆粒數) 油耗=>

    碳平衡 排氣取樣系統 (將車輛廢氣與稀釋空氣以 定流量方式充分混合) 車體動力計 (具阻力模擬功能) 稀釋空氣 車輛廢氣 車輛廢氣 稀釋空氣取樣 量測及分析 NO x HC CO 粒狀污染物
  3. 5 測試設備 設定行駛阻力 依據慣性模擬車重等 級設定車輛行駛阻力 氣體分析儀 排氣取樣系統 車體動力計 • HC量測-火焰離子偵測器(FID)

    • CO/CO2量測-非發散性紅外線分 析儀(NDIR) • NOx量測-化學發光分析儀(CLA) 電量量測裝置 等效模擬車輛於實 際道路行駛之狀況 ;避免交通狀況之 干擾、重複性良好 、可控制測試結果 之變因。 F=A+C×V² + m×a + m×g×sin(θ) A : 滾動阻力 C:阻力係數 V:車速 測試過程中量測電 流A/功率Wh變化 ;測試後量測電池 回充量。 駕駛輔助器 可模擬美 規/歐規駕 駛曲線 藉由CVS取樣系統 定流量之特性,精 確量測所排放廢氣 之污染物的總體積 充電器 充電環境
  4. 6 90 100 110 120 130 140 1550 1575 1600

    1625 1650 1675 1700 Target Angel Advent 90 100 110 120 130 140 1550 1575 1600 1625 1650 1675 1700 Target upper tolerance lower tolerance devil's whisper !!! Get better CO2 !!! time (sec) vehicle speed (km/h) vehicle speed (km/h) (no tolerance is shown on DAD screen @ USEPA) TARGET SPEED WITH TOLERANCE TARGET SPEED WITHOUT TOLERANCE -10,0 -8,0 -6,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 ΔCO2 (g/km) Index smooth driving within tolerance rough driving within tolerance normal driving Approx. 15g/km 測試型態容許公差 • 美規FTP • 歐規NEDC • 歐規WLTC
  5. 歐規WLTC測試流程 8 車況點檢與確認 預備駕駛 靜置 正式測試 結果分析與計算 接收測試車輛 開始 燃料箱洩漏燃料加測試

    用燃料至燃料箱之20% 預備駕駛 WLTC 行車型態測試 WLTC 6~36 hr 車輛靜置 結束 Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle Class 3b 市區時間 行駛距離 平均車速 最高車速 Low 598 秒 3.095 km 18.9 km/h 56.5 km/h Medium 433 秒 4.756 km 39.5 km/h 76.6 km/h High 455 秒 7.162 km 56.7 km/h 97.4 km/h Extra High 323 秒 8.254 km 92.0 km/h 131.3 km/h Total 1800 秒 23.266 km - -
  6. HEV 混合動力車 Hybrid electric vehicle Exhaust Emissions CO2 Fuel Consumption

    Electric Consumption EV Range PHEV 插電式混合動力 車 Plug-in hybrid electric vehicle Exhaust Emissions CO2 Fuel Consumption Electric Consumption EV Range 純電動車 Electric vehicle (EV, PEV, BEV) Exhaust Emissions CO2 Fuel Consumption Electric Consumption EV Range Hybrid EV 純電行駛 EV 混合動力 Hybrid 包含引擎、馬達、電池,非插電式,通常在低速或某些條件下可 靠馬達運行。 它具有引擎和電動機/電池,具有插入式充電功能,可以從外部來 源進行充電,並且在驅動器開始時僅靠電池運行,如果電池電量 耗盡,則引擎會啟動並完成混合動力駕駛。 使用馬達/電池為動力來源 9 電動車主要量測項目 污染R83、SAE J1711、40 CFR Part86 油耗R101、 SAE J1711 、40 CFR Part86 污染R83、SAE J1711、40 CFR Part86 油耗R101、 SAE J1711 、40 CFR Part86 油耗R101、 SAE J1634
  7. 10 國內電動車檢測 HEV 油電混合車  須執行污染油耗驗證,並通過標準才可販售。  測試程序與一般內燃機車輛相同。  需於20~30℃靜置環境,進行充電並記錄電量消耗。

     測試中須使用電量計紀錄電池充放電情形。  廠商須提供將油耗測試結果修正到零充放電之K值修正係數。 PHEV 插電式油電 混合車  須執行污染油耗驗證,並通過標準才可販售。  共須執行三項測試,(1)滿電測試、(2)最小電量測試、(3)純電里程。  需於20~30℃靜置環境,進行充電並記錄電量消耗。  滿電測試過程,須使用電量計紀錄電池充放電情形。  滿電測試前/後及最小電量測試後均須進行充電,並記錄充電量。 BEV 純電動車  於2022年起須公告能耗及續航里程測試結果。  測試方法須依歐盟R101之規定(NEDC/WLTC擇一),執行耗電量/ 純電行程測試。  需於靜置室進行充電並記錄電量消耗。
  8. 11 油電車電量模式 HEV / PHEV Hybrid EV PHEV車輛 電量消耗 Charge

    Depleting: 主要由馬達/電瓶驅動車輛 車輛滿電狀態行駛至CS狀態 HEV、PHEV 車輛 電量維持 Charge balanced (Charge Sustaining): 主要由引擎/馬達/電池驅動車輛 在車輛行駛時平均會保持在中性充電平衡水平的 運行狀態 HEV車須執行 CS 測試模式 PHEV車須執行 CD & CS 兩種測試模式 HEV電量維持模式 Charge Balanced(Sustaining) PHEV電量消耗及電量維持模式 Charge Depleting / Charge Balanced(Sustaining)  Running operation for PHEV
  9. 12 HEV測試程序 Test procedures for Hybrid electric vehicles 電量保持模式執行(CS) 執行預備駕駛

    靜置時間6-36、12-36h 控制靜置溫度 行車型態測試 油耗測試值 充放電量(Ah) 油耗測試值(km/L) 省油 耗油 充電 0 放電 • NOVC HEV • 污染油耗進行一次行車型態測試 油耗需經過電能修正 除外條件 • 製造商提供佐證電量與油耗無關 • ∆𝐸𝑏𝑎𝑡𝑡 顯示為充電 • ∆𝐸𝑏𝑎𝑡𝑡 顯示為放電,但放電量為在1% 消耗燃油能量以內。 C0 = C – Kfuel · Q (l/100 km)
  10. 13 (CD test + CS test) 執行預備駕駛 充電及靜置 電量消耗模式測試 靜置

    電量保持模式測試 充電 執行多次行車型態直到 符合最小電量模式 1. 測試車輛由飽電至最低電位*的污染及油耗 M i,CD,j Charge-Depleting Test: CD Test 2. 測試車輛最低電位下的污染及油耗 M i,CS Charge-Sustaining Test: CS Test PHEV測試程序 Test procedures for Plug-in hybrid electric vehicles
  11. PHEV測試程序 Test procedures for Plug-in hybrid electric vehicles Charge Depleting

    行 車 型 態 電 池 電 量 < 0.04 終止時機 14 電量消耗狀態測試 WLTC WLTC WLTC WLTC WLTC WLTC WLTC WLTC
  12. 行 車 型 態 電 池 電 量 15 電量維持狀態測試

    PHEV測試程序 Test procedures for Plug-in hybrid electric vehicles Charge Sustaining
  13. 16 電動車預備駕 駛電池充放電 行駛兩次NEDC 量測行駛里程 進行車輛充電 量測耗電量 計算耗電量 (Wh/km) 測試後將充

    電電量除以 總行駛里程  Initial Charge(放電+充電)  執行兩次NEDC行車型態  充電並量測充電量  計算耗電量(Wh/km)  純電行程:車輛於滿電量連 續行駛行車型態至終止時機, 並量測行駛里程(km)。 電動車驗證程序 Test procedures Electric Vehicles NEDC
  14. 17 預備駕駛執行車輛充放電 Discharging -> Charging 進行WLTP行車型態測試 充電 Charging Consecutive cycle

    Type 1 test procedure Shortened Type 1 test procedure 依據車輛行駛里程可選 用方法一或方法二進行 測試 連續駕駛行車型態執至終 止時機。 終止時機:車速無法跟上 行車型態,連續四秒;到 達終止時機後60秒內車速 需降為0。  由兩個動態測試循環 (DS) 和兩個定速段 (CSS) 組成。  動態測試,用於計算能耗。  定速測試旨在更快速地縮 短測試時間(最低車速為 100kph)。 方法一 Consecutive Cycle (WLTC) 方法二 Shorted Type1 Test Procedure 電動車驗證程序 Test procedures Electric Vehicles WLTC
  15. 國內電動車能源效率標示 18 經濟部能源局於111年1月1日針對電動汽車(小客車、總重2500 公斤以下小貨車、小客貨兩用車),須執行能源效率標示。 測試值 測試方法:NEDC 或 WLTC 能源效率:公里/度 純電行程:公里

    計算範例: 中華民國107年12月27日經能字第 10704607560號 一公升車用燃油相當於9.07度電之熱值轉換 率,進行車輛耗電量測試值轉換為車輛耗能 測試值 行駛里程 km 充電量 Wh 電能消耗 Wh/km 能源效率 km/度 22 4400 200 5 5km/度 ×9.07 = 45.35 公里/公升 電動車NEDC 能源 效率標示 電動車WLTC 能源 效率標示 插電式複合動力車 NEDC 能源效率標 示
  16. 19 1. Single Cycle Range and Energy Consumption, SCT 單一循環測試,僅適用於續

    航里程小於等於60miles(96.54km)電動車。 2. Multi Cycle Range and Energy Consumption, MCT 複合循環測試,適用於續航 里程大於60miles(96.54km)電動車。 3. Short Multi Cycle Range and Energy Consumption, SMCT 短複合循環測試,適 用於長程版電動車(long range),可取代MCT測試。 4. Short Multi Cycle Range and Energy Consumption Test Plus Steady State, SMCT+ 短複合循環+定速測試,適用於長程版電動車(long range),SMCT的替 代程序。 5. Five-Cycle Test Procedures, 5種循環測試程序,美國EPA要求執行測試程序。 UDDS、Cold FTP HFEDS US06:12.8km SC0:35.8km UDDS為市區測試循環 ,總耗時1369秒,距離 為12.07km 模擬高速公路行駛之油 耗,總時間為765秒, 距離為16.45km 模擬高速狀態下污染排 放之型態,總長12.8km 、總時間為596秒 電動車驗證程序 Test procedures for Electric Vehicles SAE J1634 市區狀態下使用空調之 狀態,總長5.8km、總 時間為596秒。
  17. 20 1. 單一循環測試,僅適用於續航里程小於等於60miles (96.54km) Single Cycle Range and Energy Consumption,

    SCT 預備駕駛執行車輛充放電 Discharging -> Charging 進行行車型態測試 充電 Charging UDDS: 市區行車型態 HFEDS: 高速行車型態 SAE J1634 60miles(96.54km) 相當於8次UDDS 歷時約3小時 60miles(96.54km) 相當於5.9次 HFEDS歷時約1.25 小時
  18. 21 2. 複合循環測試,適用於續航里程大於96.54km(60miles) Multi Cycle Range and Energy Consumption, MCT

    SAE J1634 12.07km 22.8min 12.07km 22.8min 16.45km 12.75min 以65 Miles 定速 行駛 至 電量 可 完成 2次 UDDS 一次 HFEDS 最後 剩餘 電量 以65 Miles 定速 行駛 至低 電量
  19. 22 3. 短複合循環測試,適用於長程版電動車(long range), 可取代MCT Short Multi Cycle Range and

    Energy Consumption, SMCT SAE J1634 SMCT 車輛於SOC 100%狀態下,行 駛規定的型車型態,再進行直 流放電測試程序,至完全耗盡 車輛電池電量。 直流放電測試程序 車輛必須能夠由充電端口連接 或其他經核准的方式將直流電 從車輛中釋放;以減少測試負 擔。
  20. 23 4. 短複合循環+定速測試,適用於長程版電動車(long range),SMCT的替代程序。 Short Multi Cycle Range and Energy

    Consumption Test Plus Steady State, SMCT+ SAE J1634 SMCT+為無法執 行SMCT的替代程 序,將SMCT“直 流放電測試程序” 改由65mph替代。 剩餘電量以 65 Miles 定速行駛至低電量
  21. 24 24 簡 報 完 畢 敬 請 指 教

    公 正 科 技 服 務 Impartiality Technology Service
  22. 美國輕型車輛 LA-4測試型態  The U.S. FTP-72 (Federal Test Procedure) cycle

    is also called Urban Dynamometer Driving Schedule (UDDS) or LA-4 cycle [CFR 40, 86, App.I].  The cycle simulates a urban route of 12.07 km (7.5 mi) with frequent stops. The maximum speed is 91.2 km/h (56.7 mi/h) and the average speed is 31.5 km/h (19.6 mi/h). The cycle consists of two phases: (1) 505s (5.78 km at 41.2 km average speed) (2) 864s. The first phase begins with cold start.  The two phases are separated by stopping the engine for 10 minutes.  In the U.S. a weighting factors of 0.43 and 0.57 are applied to the first and second phase, respectively. 26
  23. 美規FTP測試型態 28 耗油量計算以55%之市區耗油量與45%之高速 公路耗油量,計算出平均油耗測試值(公里/ 公升)。 美規市區污染 油耗測試型態 美規高速公路 油耗測試型態 時間

    行駛距離 平均車速 最高車速 765秒 16.45km 77.7km/h 97km/h 時間 行駛距離 平均車速 最高車速 1876秒 17.77km 34.1km/h 91.2km/h 測試值(𝑘𝑚/𝐿) = 1 0.55 市區油耗+ 0.45 高速油耗 測試值 𝑔 𝑘𝑚 = 0.43×(冷動態+穩態 冷動態+穩態 行駛里程 + 0.57×(熱動態+穩態) (冷動態+穩態)行駛里程 污染計算以0.43%之冷啟動與57%之熱起動, 計算出測試值(g/公里)。
  24. 美國 US06 測試型態 • 從2000年開始,增加進行聯邦補充測試程序,除進行FTP-75之外 ,需額外再進行模擬高速狀態下污染排放之行車型態(US06 Cycle) ,及市區狀態下使用空調之狀態(SC03 Cycle)。 •

    US06行車型態,模擬車輛在高速的激烈操作駕駛行為下之行車型 態,總長12.8km、平均速度77.9km/h、最高速度129.6km/h,總時 間為596秒。 29 資料來源: https://www.epa.gov/
  25. 美國重型引擎 FTP Transient  暫態循環(FTP-Transient Cycle)是由四個階段組成:第一個階段是NYNF(New York Non Freeway,紐約非高速公路)是有繁忙交通且車輛走走停停的都市,第2階段是在LANF(Los Angeles

    Non Freeway,洛杉磯非高速公路),交通繁忙但少有走走停停的都市,第3階段是 LAFY(Los Angeles Freeway,洛杉磯高速公路)是模擬在洛杉磯擁擠的高速公路,並且第4個 階段重複第一個NYNF 階段。  在暫態循環過程中,引擎絕大部分的時間都處於暫態的狀況,其平均負載只有最大負載的 20%~25%。排氣溫度約為250~350°C,最高達450°C。整個暫態循環共花費1,200sec,所 相當的行車速度約為30 km/h,所相當的行車距離約為10.3km。 32
  26. 歐洲輕型車輛 NEDC測試型態 33 包含四個ECE 15測試循環,及一個EUDC測試循環。 於2000起新測試方法為取消測試前40s的惰速階段,亦稱之為New European Driving Cycle (

    NEDC )。測試前車輛需靜置6小時,靜置溫度需在20~30℃。 ECE 15 為模擬市區行車型態(urban driving cycle, UDC),例如:Paris or Rome. 特性為:低車 速, 低負載, 低排氣溫度.  EUDC (Extra Urban Driving Cycle),最高車速為120 km/h.
  27. 歐洲重型引擎 ESC (European Stationary Cycle) 35 • 2000年以後歐盟對重型柴油引擎測試方法包含ESC、ETC及ELR測試程序進行。 • ESC測試程序是由13個穩態測試點所組成,整個測試程序共有4種轉速,引擎必須在每個測試

    點上運轉所規定的時間,污染排放結果則由各測試點依權重比例計算而得。 Mode Engine Speed Load, % Weight, % Duration 1 Low idle 0 15 4 minutes 2 A 100 8 2 minutes 3 B 50 10 2 minutes 4 B 75 10 2 minutes 5 A 50 5 2 minutes 6 A 75 5 2 minutes 7 A 25 5 2 minutes 8 B 100 9 2 minutes 9 B 25 10 2 minutes 10 C 100 8 2 minutes 11 C 25 5 2 minutes 12 C 75 5 2 minutes 13 C 50 5 2 minutes
  28. 歐洲重型引擎 ETC (European Transient Cycle) 36 • ETC測試程序是由德國的FIGE Institute依據歐洲幾個主要城市的行車型態發展而成,整個測試 程序共1,800秒,包含三種車行狀況,各600秒。第一部分代表市區的車行狀況,最高速度為

    50 km/h,經常暫停,惰轉時間長。第二部分代表郊區的車行狀況,平均速度為72 km/h,經 常有急加速,第三部分代表高速公路的車行狀況,平均速度為88 km/h。 • FIGE Institute共發展了兩種測試程序,分別在車體動力計上與在引擎動力計上進行,但引擎 的認證測試須採引擎動力計測試。
  29. 歐洲重型引擎 ELR(European Load Response) 37 • ELR測試程序是用來進行重型柴油引擎黑煙污染度量測,自2000年開始實施。整個測試程序 包括四種轉速,分別為A (cycle 1)、B

    (cycle 2)、C (cycle 3)及cycle 4的轉速。其中A、B與C的 轉速規定與ESC 測試程序相同,而cycle 4的轉速由測試者自定,應在A與C之間。 • 進行黑煙測試時,每種轉速進行三次全負載測試,每次取其秒平均值的最大值,再取三次測試 的平均值,即為該轉速的黑煙數值。最後再以A轉速0.43、B轉速0.56及C轉速0.01的權重比例 獲得整車的平均值。
  30. 歐洲柴油引擎WHSC (World Harmonize Stationary Cycle) 38 • 歐盟重型柴油引擎污染測試程序自Euro 6法規開始,測試程序為原先ESC(European Stationary

    Cycle)及ETC(European Trabsient Cycle)測試,更新為WHSC(World Harmonize Stationary Cycle及WHTC(World Harmonize Transient Cycle)測試取代,更新後之WHSC及 WHTC測試程序為參考歐盟、美國、日本及澳洲測試程序調和。 Mode Engine Speed % Load Weight factor, % Duration (s)註 0 Motoring - 0.24 - 1 0 0 0.17/2 210 2 55 100 0.02 50 3 55 25 0.10 250 4 55 70 0.03 75 5 35 100 0.02 50 6 25 25 0.08 200 7 45 70 0.03 75 8 45 25 0.06 150 9 55 50 0.05 125 10 75 100 0.02 50 11 35 50 0.08 200 12 35 25 0.10 250 13 0 0 0.17/2 210 Total 1 1,895 註:Including 20 s ramp 資料來源: http://www.emitec.com/en/home/
  31. 歐洲重型柴油引擎WHTC(World Harmonize Transient Cycle) 39 • 歐盟重型柴油引擎污染測試程序自Euro 6法規開始,測試程序為原先ESC(European Stationary Cycle)及ETC(European

    Trabsient Cycle)測試,更新為WHSC(World Harmonize Stationary Cycle及WHTC(World Harmonize Transient Cycle)測試取代,更新後之WHSC及 WHTC測試程序為參考歐盟、美國、日本及澳洲測試程序調和。 資料來源: http://www.car-engineer.com/the-different-driving-cycles/
  32. 日本輕型車輛 10-15 Mode 43 • 其測試方式為10-15mode,整個測試循環中主要包含3個10-mode和1個15- mode。其測試總里程數為4.16 km,運轉時間為660 sec,平均車速為22.7 km/hr,Idle段時間比為31.4%。而自2005年開始導入新的JC08

    mode測試 程序,以分階段導入方式至2011年全面執行新測試程序。 • 測試之前車輛以60km/hr暖車15分鐘之後,量測怠速,再接著以60km/hr 熱車15分鐘,在執行一次15-mode,才開始執行測試。
  33. 日本重型引擎 13 Mode • 日本重型柴油引擎測試方法式使用13mode穩態測試,其排放標準 是利用整個測試型態的每一階段平均數,分別乘上其權重因子 (Weighting Factors)而來,單位以g/kWh來表示。此測試程序強調 低速駕駛狀態,其特性是利用低平均引擎負荷和低排放溫度。 45

    Mode Speed Load Weighting factor % of nominal % 1 idle - 0.205 2 40 20 0.037 3 40 40 0.027 4 idle - 0.205 5 60 20 0.029 6 60 40 0.064 7 80 40 0.041 8 80 60 0.032 9 60 60 0.077 10 60 80 0.055 11 60 95 0.049 12 80 80 0.037 13 60 5 0.142