電動車輛動力系統：設計與整合簡介

本書序

這本書是工研院執行經濟部工業基礎技術計畫的產出，當時的願景是十年磨一劍，在既有的產品中精益求精，深耕基礎技術，並且培育人才，協助廠商突破瓶頸，能真正採用所開發的基礎技術，提升產品的附加價值。這個計畫中有一個項目是「全電化都會運輸系統技術」，為了搭配十年一萬輛電動巴士的政策，我們選定百瓩功率等級的動力系統，以感應馬達及其變頻驅動器，作為技術精進的目標。當時，我們還定義了「三高一廣」精神；第一是高共通性，除了電動巴士動力系統之外，這個技術還可以泛用於工業用動力系統；第二是高技術挑戰性，我們定的目標是使業者通過國際高效率馬達等級IE4 的指標，這個我們也做到了；第三是高經濟影響力，使業者有能力進軍國際市場；最後是將技術廣泛應用在廣大的潛力市場。我們在執行計畫的過程中，由車輛規格需求開始，逐步建立電動化動力系統的設計、分析、與模擬的工具，製程及測試的標準作業程序，及技術核心知識，接著結合國內業者製造與品質優勢，製作產品雛形，經過硬體在環(hardware-in-the-loop,HIL) 實驗後，安裝在電動巴士上，最後完成實車道路測試。這個完整的工程發展流程，通稱為V 型模式，在本書中都有詳細的介紹。

 
本書適用的對象，包括大專或職業學校工程科系的學生，以及在工業界服務的工程師，如果已經有一些先修的學科，如工程數學、工程力學、電機機械、電力電子、熱力學、振動學、車輛工程學⋯等，在閱讀本書時會有很大的幫助。由於本書不是以教科書的形式撰寫，因此並未對一些基礎知識和工程名詞作詳細的說明；然而，本書提供了完整的工程發展流程，對於執行車輛系統整合的工程師，必能學到一套完整的邏輯思維與方法。

本書的內容已經在台灣大學「全電運輸學程」中開授，同時開放給十幾所外校學生選修，我們也以此教材舉辦過許多次產業訓練，本書各章作者均擔任過授課講師，我們同時收集了學生的回饋意見，使本書內容更為豐碩。

本書架構
 
• 第一章 介紹電動車動力系統
使讀者可以瞭解車用馬達與工業馬達的差異，銅轉子與鋁轉子感應馬達的特性，車輛動力特性對馬達設計與選用的影響，車輛如何藉滑差加速，又要避免打滑，煞車能量如何回收與分配。

• 第二章 說明車用驅控器的原理
從功率驅動元件的特性、車內電力轉換的架構、電機控制器及車內控制區域網路，討論車輛電動機動力操作區域，如何用六步方波或磁場導向正弦波控制電動機；最後，介紹最大扭矩安培法則及最大扭矩磁通法則，達到電動車節能行駛的目的。

• 第三章 深入探討電機設計與分析
首先介紹感應馬達基本電路與磁路觀念，由零維度的初步設計，得到馬達基本尺寸，以及馬達性能的平均值；一維度的進階設計，得到馬達細部尺寸，以及馬達性能在氣隙中的分佈值；最後，進入有限元素法的細部設計與分析，獲得馬達細部尺寸和性能，在馬達製造前，作完整的性能評估與驗證。

• 第四章 闡述驅動器與感應馬達匹配參數測量與調校
本章以一組感應馬達及驅動器標竿產品為例，說明兩者匹配的程序。經過感應馬達直流試驗、堵轉試驗、無載試驗，介紹參數調校流程，進一步搭配磁通鏈命令與扭力命令，就可以精準的執行感應馬達轉子磁通導向控制了。

• 第五章 討論虛擬車輛動力系統測試
以模型在環(model-in-the-loop, MIL) 與即時模擬技術兩個核心元素為基礎，進行整個動力系統效能與運作的測試，其中即時模擬技術包括軟體在環(software-in-the-loop, SIL)、硬體在環(HIL)、及功率硬體在環(power hardware-in-theloop,PHIL) 技術，最後介紹實驗室的建置及虛擬測試的實例。

• 第六章 探討電動車輛規格制定案例
從車輛的需求清單，推衍出車用馬達產品輪廓，由產品輪廓定出產品規格，再依據產品規格進行車用馬達設計，最後以一款電動中巴馬達與驅動器為例，實際演練所有的工程發展過程。