Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

重型車輛節能技術應用 - 王傳賢 資深專員

重型車輛節能技術應用 - 王傳賢 資深專員

重型車輛節能技術應用 - 王傳賢 資深專員

learnenergy2

May 25, 2021
Tweet

More Decks by learnenergy2

Other Decks in Education

Transcript

  1. 環境 車輛 人 節能 管理 路線 車隊管理措施  路線規劃 

    道路環境 駕駛行為 外部環境因素   節能技術  定期保養  車況檢查  節能技術 影響車輛排放與耗能的因素
  2. 5  為減緩全球氣候改變,至2050年溫升不超過2℃(大氣二氧化碳450ppm) ,IEA預測需降 低二氧化碳排放430億噸。  IEA提出16大項低排碳之能源技術,於2050年可相對減排50%,其中針對道路運輸車輛 (Fuel Economy of

    Road Vehicles) 導入低排碳技術之能源預估使用量如下圖 基準線 (未採取作為) 2℃目標的 過程檢核 車輛使用 節能技術 效率提升 輔以使用替代燃料 與運輸模式改變 新小客車 使用中車輛 新大客貨車 搭載短期成本可回收技術 搭載需政策補助引導技術 未來新車搭載的節能技術有: • 使用混合動力系統 • 引擎循環改良與熱管理 • 輕量化與小型化 • 傳動與附件系統改良 • 使用低磨耗設計與材料 • 使用空力套件等
  3. 持續納入其他系統, 如:車輛空調、複合 動力、廢熱回收等。 6  重車節能法規管理 整車能效測試 (底盤動力計) 整車能效模擬 計算

    引擎油耗 車輛風阻 輪胎滾阻 變速箱效率 傳動系統效率 車輛尺度 規格 附件系統 整車能效測試 (封閉道路) 中國大陸 (2014年起) 印度 (2018年起) 美國/加拿大 (2014年起) 日本 (2015年起) 歐盟 (2025年起) • 重車能效標準為強制管理手段,可由零組件性能測試搭配整車能效模擬計算或 (及)由整車能效測試方法來進行,國際仍持續發展中。
  4. 國際重車節能技術應用概述 國際間已有多項成熟技術可供應用,研究顯示各種商用車輛若能適當地 搭配多項節能技術,在提升能源效率上可發揮至少10%以上的節能潛力。 類別 次類別 項目 整 車 技 術

    1.空氣動力 拖車頭:車頂導風板、駕駛室後端整流 拖車:拖車前端整流、車尾導流、拖車側裙 2.滾動阻力 低滾動阻力輪胎、寬基輪胎、自動胎壓調整 3.駕駛行為 環保駕駛、預測巡航控制 4.輕量化 引擎、傳動、輪圈及輪胎、懸吊、拖車貨櫃 5.替代能源之車身動力源 全電動化冷凍貨櫃、垃圾車電動化舉升與壓縮系統 動 力 系 統 6.引擎效率 後處理器、燃燒系統、減少引擎附屬系統損失 7.廢熱回收 機械式複合增壓、電子式複合增壓、熱電式系統 8.替代動力系統 燃料電池車、純電動車、複合動力車 9.變速系統 自動手排變速系統 燃 料 技 術 10.生質燃料 Biodiesel、BTL、HVO 11.替代能源燃料 CNG(壓縮天然氣)、Biogas(沼氣)、氫燃料(用於火花點火 內燃機引擎)等 7
  5. 8 國際重車節能技術應用概述 資料來源:THE U.S. SUPERTRUCK PROGRAM, ICCT , 2014 tractor-trailer

    efficiency technology, ICCT , 2014 50% 42% 40% 重車節能技術改善潛能 8
  6. 重車節能技術應用與效益 節能技術要用在適合的營運型態與車型上 1. ⻑途運輸(國道客運、⻑程貨運)  空氣動力套件、節能輪胎  經濟車速管控 2. 短途運輸(市區公車、宅配物流、

    港口貨運、垃圾清運)  怠速熄火系統、電動化車載系統、 Hybrid、自動手排系統 1. 分析不同營運型態的行駛型態,觀察行駛型態與能耗的關係 2. 比較怠速、加速、減速、巡航狀態的占比,與能源消耗的關係 3. 針對不同的行駛型態特色,導入適合的節能技術與策略 行駛型態分析的目的是什麼? 10
  7. 11 國內重車節能技術應用與效益 103 100年度 101 102 104 105 液壓混合動力 駕駛行為分析

    電動化冷凍系統、駕駛艙空調 輕量化鋁圈 輕量化車體 低滾阻輪胎 空力套件 • ⻑途運輸 • 節油效益3~9% • 回本年期約2年 • 市區走停型態 • 節油效益最佳12% • 回本年期約7年 • 冷凍運輸車隊 • 節油效益20% • 回本年期約9年 • 城際運輸 • 節油效益3~5% • 回本年期約1~2年 • 市區、城際運輸 • 節油效益3~10% • 回本年期約3年 • 貨櫃運輸 • 節油效益>5% • 回本年期約4年 • 市區、城際運輸 • 節油效益4.2% • 回本年期3~4年 • 客運車體結構 • 節油效益1.2% • 回本年期約3年 整 車 技 術 空氣動力 滾動阻力 駕駛行為 輕量化 電動化 系統 • 車輛中心針對國際已具商業化量產規模之節能技術,依國內客貨運使用環境進行實車 驗證及成本效益評估。 11
  8. 13 停車場站電氣化 (Truck Stop Electrification) 車載輔助電力單元 (Auxiliary Power Unit) 儲能電池型式APU

    柴油引擎發電機 空調系統 車載電池供電 市電供電系統 以SmartWay認可之 Cool Moves產品為例 以Thermal King產品為 例 On-Board Plug-in System  怠速熄火技術 (idling stop) 重車節能技術應用與效益  電動化車載系統 13 提供電源、冷或暖氣等 Source: U.S EPA, SmartWay website
  9. 14 重車節能技術應用與效益  電動化車載系統 應用車種 技術 節能減碳成效 說明 冷凍車 電動化冷凍系統

    15% Johnson Refrigerated Body 20% ecoFridge公司,使 用氮氣冷卻貨櫃 垃圾車 以電動馬達驅動 壓縮系統 10% Volvo Hybrid Refuse Truck 18% 加拿大政府針對垃圾 車壓縮機構電動化後 之節能評估結果 巴士/貨車 停車惰轉熄火系 統 5% ICCT 資 料 , 以 美 國 Class 8等級車輛為 例 14
  10. 15 重車節能技術應用與效益  電動化車載系統-駕駛艙電動空調 (⼀) 省油比⼀比,燃油使用效率之比較 模擬國內運輸車隊實車營運之停等情境進行節能效益驗 證,其節能效益可達5%以上。 (二) 時間比⼀比,使用時間比較

    電動空調的電力消耗功率約為400~600W,由測試顯 示應足可提供2~3小時電動空調運轉;且此系統設有電 壓安全保護裝置,可確保車輛正常發動運轉。 (三) 舒適比⼀比,駕駛艙溫度比較 使用電動空調模式下,初始溫度約為27℃,而後60分鐘 內駕駛艙溫度始終維持在初始溫度的正負2℃之間, 輔助保持舒適溫度。 • 國內貨櫃車輛數眾多(約1萬2千輛),行駛條件停等頻繁(提領貨櫃、海關檢驗、備 貨,每天約1~3小時) • 電動空調能源使用效率優於引擎怠速運轉,並可避免噪音及污染。 7.19 → 8.64 L/km 引擎模式 引擎+電動 模式 平 均 油 耗 分離式 整合式 15
  11. 16 重車節能技術應用與效益  電動化車載系統-電動化冷凍系統  低溫物流車需⻑時間引擎怠速運轉製冷,怠速時間佔總營運時間約30%以上  以電動化設備取代引擎怠速,即可解決營運過程中產生的怠速、噪音問題 引擎 壓縮機#1

    發電機 壓縮機#2 馬達 電池 驅動器 冷凍艙 原車系統 外加系統 充電器 第⼀代: 插電式電動化冷凍系統 -節能(運輸成本) 7% -噪音少10db -運作需使用220VAC外部 電力供電 第二代:車載式電動 化冷凍系統(高壓電) -節能(運輸成本) 27% -需使用外部電力充電, 可提供70分鐘電力 第三代:車載式電動 化冷凍系統(低壓電) -使用48V電力,並進行電 動車電器安全測試。 -使用車載回充及外部充電 柱充電, 可提供100分 鐘以上電力。 室溫→-18度 運轉>1小時 充電:SAE J1772 電池:UL1642認證 16
  12. 重車節能技術應用與效益  輕量化技術 應用車種 技術 節能成效 說明 拖車頭/ 拖車 寬基輪胎+鋁圈:重量降

    低100lbs/tire 0~0.3% 2008年即有技術應用實例,目前美國此類 應用約佔10% 材料、結構、尺寸等最 佳化設計 2.2% 每減少1000lbs之節能效果 4.2% European Aluminium Association資料 市區巴士 2~3% 每減少1000lbs之節能效果 17 Source: https://www.european-aluminium.eu/
  13. 18 重車節能技術應用與效益  輕量化技術-車體輕量化(大客車)  國內車體製造廠尚未全面導入最佳化軟體分析設計,故車重與國際相較偏重。  應用CAE技術進行大客車車身輕量化改良設計(骨架厚度) ,並與車體製造廠合作進 行車輛打造。

    建立有限元素模 型與設計參數 設定生存空間、 拘束與負載條件 原況車體骨架 結構設計 翻覆強度分析 優化軟體最佳化 目標與演算參數 輕量化車體骨架 結構設計 分析結果判讀 (生存空間) 骨架厚度、形狀、位置最佳化 基因演算法最佳化演算 生存空間 18
  14. 19 重車節能技術應用與效益 車體骨架 底盤骨架 原況構型 1624 kg 1609 kg 輕量化構型

    1398 kg 1469 kg 減重 226 kg 140 kg 輕量化程度(%) 13.92% 8.70% 合計減重 366 kg 輕量化平均程度 11.32%  完成大客車車身與底盤骨架輕量化設計及實體化,減重約366kg,且符合結構 強度550法規。  透過定速(65、85km/h)與加減速 (市區NEDC)進行實車油耗測試(高速、城際、 市區),節能效益最佳約1.26%。 變形改善 10%  輕量化技術-車體輕量化(大客車) 19
  15. 重車節能技術應用與效益 空氣動力流場分佈圖 高速時空氣阻力大幅增加  影響車輛燃油經濟性的阻力為空氣阻力與輪胎滾動阻力。  約有25%的風阻值來自於車頭,55% ~ 75%來自於車身空隙。 

    當車輛高速(80km/hr以上)行駛時,空氣阻力將超過滾動阻力。 迎風面積大、結構存有許多空隙, 氣流容易形成滯留區。 D = a x V2  空氣動力技術 22
  16. 重車節能技術應用與效益  空氣動力套件 項目 節能成效 說明 車頂導風板 (Cab Roof Deflector)

    拖車頭Tractor:4~7% 美國 NHTSA報告,大部分為標準配 備或已加裝 小型貨車:2.5% 15噸大貨櫃車:12.3% 35噸貨櫃拖車:16.4% 工研院測試結果(高速公路實測) 駕駛艙後方整流 Cab extender 2~3% 美國NHTSA報告,已有80~90%的 使用率 拖車前端導流 (Front fairing) 0.7~3.6%(依車型而有不同的減量幅 度) Recardo 2010年研究報告 車尾導流 (Trialer tail或 Boat tail) 2% Scania使用Boat tail裝置於尾車進行 實 車 測 試 之 結 果 , 僅 需 注 意 歐 盟 97/27/EC規範之車輛總⻑規定 ⻑途拖車:3~7% EU Transport GHG:Routes to 2050研究報告 4~6% 美國 NHTSA報告 拖車側裙 (Side skirt) 4~7% 較佳的設計下可提高油耗效率7.5%, 而較差的設計反而對於油耗無改善 2~5% 美國 NHTSA報告 整合型方案: Next generation SmartWay Aero Cab:即以 原基礎再加上空氣動力保險桿 結合底盤平整化整流、車輪裙 (wheel skirts) 較SmartWay的節能水準高3~4%以 上 23 Source: Ricardo,2010. AEA,2010.
  17. 重車節能技術應用與效益  空氣動力套件 車頂導風板 駕駛艙後端整流裝置 車尾導流 側裙導流裝置 CAE分析技術 結構輕量化 

    風阻力產生區加裝空力套件可減少空氣阻力。  空力套件-側裙應用廣泛適合業者安裝,具有符合防捲入法規、安裝簡易、費用低 廉與投資回收期短等優點。  結合側方防止捲入裝置加裝空力套件-側裙,經道路實測高速可改善油耗5%以上。 24
  18. 25 Single Wide Tyres寬基 輪胎 低滾動阻力輪胎 自動胎壓調整 (Automatic Tire Pressure

    Systems) •降低重量(例如12R22.5雙胎重 量224kg;425/65R22.5單胎重 量為153kg) •低扁平比的關係,減少輪胎行駛 變形量而可減少發熱量及滾動阻力 •製造時透過使用新的橡 膠成份來減少行駛滾動 阻力所需之能源,例如 添加矽於橡膠成份中 •每減少10%的滾動阻 力約可提昇1~2%的燃 油效率 •自動監測並使用車上的空氣 壓縮機,依據負載、車速及 實際胎壓情況來調整到最佳 狀態 •當胎壓較標準值降低20% 的情況下,其輪胎使用壽命 將降低30% ,油耗亦明顯 增加 重車節能技術應用與效益  低滾阻輪胎/輪胎效率標示 25
  19. 重車節能技術應用與效益  低滾阻輪胎/輪胎效率標示 項目 節能減碳成效 說明 低滾動阻力輪胎 5% Ricardo報告,各廠牌之減量效益與實際道路結果略有差異 4~11%

    NAS(2010年)報告 3% EU Transport GHG:Routes to 2050 寬基輪胎 Single Wide Tyres 2% VDA報告,將後軸原本之雙輪輪胎更換為寬基輪胎 2~5% US EPA研究 平均8.7% Michelin依據SAE J1321測試程序進行試驗之結果,其高 速定速55mph之節能改善6%,高速定速65mph之節能改 善12.6%,市郊區型態則為10% 6~10% Oak Ridge National Laboratory進行4年,共累積70萬英 哩之車隊實車道路研究,總平均之節能改善6%,對於全負載 拖車頭/拖車之組合則可達到10% 自動胎壓調整 7~8% Recardo 2010年研究報告 3~4% AEA/Ricardo研究報告,HGV車隊實驗結果 26 Source: Ricardo,2010. AEA,2010. US EPA SmartWay Technology Program.
  20. 27 重車節能技術應用與效益  輪胎滾動阻力是指與輪胎滾動方向相反的作用力,由於車輛負載時,輪胎與地面接觸部 分會隨之變形,從而導致內部能量損耗;⼀般約占總行駛阻力的15%~30%。  節能輪胎係利用改變胎面膠料配方、胎體結構與胎面花紋設計等方式,來降低行駛時之 滾動阻力,同時也需兼顧良好之抓地力,維持輪胎基本安全性能。 歐 洲

    輪 胎 性 能 分 布 濕抓 減少熱量損失 輪 胎 低 滾 阻 技 術 低滾阻輪胎 比例增加 滾阻 高濕抓輪胎 比例增加 填充 材料 骨架 材料 加工 助劑 橡膠 材料 白炭黑 硅烷 高強力人造絲 新型錦綸 玻璃纖維 芳綸 溶聚丁苯橡膠 (SSBR) 集成橡膠 (SIBR) 還氧化天然橡膠 (ENR) 聚異戊二烯橡 (90%) 參考資料:1.GFK, Tire trends in Europe, 2015 2. CATARC,綠色輪胎應用及測試技術研究,2012 3. JATMA,低燃費タイヤ等普及促進協議会,2011 四硫代二苯甲酸  低滾阻輪胎/輪胎效率標示 27
  21. 重車節能技術應用與效益  歐盟標籤法(1222/2009/EC)要求輪胎供應商、經銷商及車 輛生產商必須揭露輪胎滾阻、 濕抓、噪音等性能資訊提供 消費者購買時參考。 1. 輪胎供應商:製造商或進口商可選擇在每個輪胎胎面上黏貼分級標籤紙或 者在⼀批輪胎中附上標籤給零售商或消費者;並且須提供載明輪胎性能之 技術文件(如傳單或手冊),輪胎廠商的網頁上也必須有相關資訊。

    2. 輪胎經銷商:陳列販售之輪胎必須黏貼有分級標示貼紙,或者在附近有明 顯標示,非陳列輪胎則必須提供完整資訊;購買後須將相關訊息隨收據提 供給消費者。 3. 車輛生產商:當消費者選擇異於標準配備之輪胎時,車商有義務告知消費 者欲選擇輪胎之性能資訊。 資料來源:http://www.michelin.co.uk/tyres/michelin-primacy-3  低滾阻輪胎/輪胎效率標示 29
  22. 重車節能技術應用與效益 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 市區 郊區

    高速 全程 65 kph 80 kph 實車道路(暫態) 封閉跑道(穩態) 油耗 [km/L] 歐盟E級 歐盟A級 輪胎滾動阻力等級 歐盟A級 歐盟A級 歐盟C級 歐盟E級 滾動阻力值 3.9 kg/t 4.0 kg/t 5.7kg/t 7.15kg/t 輪胎安裝位置 轉向輪 驅動輪 轉向輪 驅動輪 型號/規格 385/55R22. 5 315/70R22.5 385/65R22. 5 315/80R22. 5 • 市售歐盟A級之大貨車輪胎約可減少41.2%之滾動阻力,在實際道路整體燃油效率 平均可提升0.22 km/L (改善7.3%),適合應用於國內貨運運輸車隊使用。 • 低滾動阻力輪胎導入於國內城際型與都會型之貨運型態皆具投資還本效益,可符 合國內貨運業者2~4 年還本期目標值,輪胎壽年內之淨效益為57,817元。 還本期 輪胎成本差額 5.7% 7.3% 7.7% 7.3%  低滾阻輪胎/輪胎效率標示 30
  23.  「訓練引導駕駛人,使其運用較佳之駕駛行為,以達燃油效率 提升及降低廢氣污染之功效」。  節能駕駛具有最佳的經濟效益: 資料來源:Eco-driving uncovered, FIAT 節能駕駛可以 •

    降低污染 • 節省燃油 • 增進安全 節能駕駛可以 • 降低污染 • 節省燃油 • 增進安全 節能技術應用與效益  駕駛行為分析技術 31
  24. 轉速 車速 怠速 加減速 檔位切換時機 省油-高檔位低轉速 耗油-低檔位高轉速 檔位切換時機 省油-高檔位低轉速 耗油-低檔位高轉速

    維持車速穩定 度、 盡量避免超速 維持車速穩定 度、 盡量避免超速 怠速停等超過3分 鐘或越久,越耗油 怠速停等超過3分 鐘或越久,越耗油 省油-緩加減速、輔助煞車 耗油-急加油門、急踩煞車 省油-緩加減速、輔助煞車 耗油-急加油門、急踩煞車 駕駛 行為 分析 駕駛 行為 分析  協助車隊業者及駕駛本身瞭解駕駛行為的差異,以即時導正且引 導至較節能的駕駛方式,使燃油發揮最大經濟效益  駕駛行為分析技術 32 節能技術應用與效益
  25.  駕駛行為分析技術 車隊類型 港區貨櫃運輸 ⻑途貨櫃運輸 市區客運 遊覽車旅遊 常見駕駛 行為問題 •

    怠速時間較久 • 急加減速 • 起步時重踩油門, 低車速高轉速現象 • 車速過高 • 市區停等多,起步 常重踩油門 • 常以低檔位行駛, 未確實變換檔位 • 油門及煞車踩 踏頻繁 • 車速過高 聯結車(自排) 小貨車(手排) 0→50km/h 250c.c. 33 節能技術應用與效益
  26. 行車資料分析 車速 轉速 換檔時機 平均轉速 怠速 加減速 車速  檢驗駕駛行為是否符合節能駕駛的規範

     排除外在環境影響因素,分析駕駛員的行為, 釐清人、車、路之問題  檢驗駕駛行為是否符合節能駕駛的規範  排除外在環境影響因素,分析駕駛員的行為, 釐清人、車、路之問題  駕駛行為分析技術 功能與 目的 34 節能技術應用與效益
  27.  轉速(RPM)  車速  加、減速率  超速  怠速

     低速高轉 駕駛行為參數  數值  平均數  標準差  次數  比例 基本統計分析 轉 速 (RPM) 平 均 值 轉 速 (RPM) 標 準 差 速度平均值 速度標準差 加速度平均值 加速度標準差 超速次數 超速比例 高轉速且低速次數 高轉速且低速值 高轉速且低速比例 怠速次數 怠速比例 行為指標 統計分析概念 統計分析概念 統計分析概念 國內重車節能技術應用與效益 3  駕駛行為分析技術 35
  28. 超轉時間 A車 1327 B車 1142 C車 718 D車 138 E車

    1432 F車 329 G車 1225 H車 1787 I車 1387 超轉時間 D車 138 F車 329 C車 718 B車 1142 H車 1225 A車 1327 I車 1387 E車 1432 H車 1787 超轉時間 分群 D車 138 1 F車 329 1 C車 718 1 B車 1142 2 H車 1225 2 A車 1327 2 I車 1387 2 E車 1432 2 H車 1787 3 排 序 分 群 普通 良好 不佳 相對標準分群(範例)  駕駛行為分析技術 36 節能技術應用與效益
  29. 燃油效率 (km/L) 2.48 燃油效率 (km/L) 3.39 燃油效率 (km/L) 3.1 超標項目統計

    穩定度分析 項目平均 燃油效率 (km/L) 2.89 行為綜合評比分數  駕駛行為分析技術 37 節能技術應用與效益
  30. 綜合評比 轉速平均 車速平均 加(減)速平均 怠速時間 怠速次數 轉速變化量 (穩定度) 車速變化量 (穩定度)

    加(減)速變化量 (穩定度) 超轉次數 超轉比例 分析與油耗具相關性的駕駛行為 分析與油耗具相關性的駕駛行為 油耗相關性分析結果顯示: 1.發現當加減速平均及轉速標準差數值越高, 燃油效率表現越差。 2.如在車輛行駛過程中之加減速變化越穩定 (數值越小),燃油效率表現會較好,應避免 急加減速。 3.轉速穩定度(標準差)越大,表示其轉速越不 穩定,保持在經濟轉速區間內行駛,有助於 提升燃油效率。 4.減少無謂的怠速時間可提升車輛燃油效率。 油耗相關性統計 油耗相關性統計 油耗相關性統計  駕駛行為分析技術 38 節能技術應用與效益
  31. 如何成為節能環保車隊 落實 數據建立 落實 數據建立 建立 獎勵制度 建立 獎勵制度 駕駛行為

    與管理 駕駛行為 與管理 車輛調度與 車型選用 車輛調度與 車型選用 加油量 里程 行程記錄 資料 標準訂定 獎勵內容 罰則 標竿駕駛員 表揚 專責人員 分析內容與 管理基準 路線 載運量 保養管理 與記錄 保養管理 與記錄 落實 怠速管理 落實 怠速管理 節能駕駛 訓練 節能駕駛 訓練 查核機制 查核機制 各級保養規劃 更換零件記錄 輪胎管理 怠速時間限制 暖車管理 怠速追蹤 定期教育規劃 車輛新知提供 以教育取代罰 扣 記錄查核 保養查核 駕駛行為 查核 怠速查核