電動汽車原理與實務 | 被動收入的投資秘訣 - 2024年11月
電動汽車原理與實務
電動車的動力為馬達、基本上分成直流馬達及交流馬達二類。書裡面將分別介紹這兩種馬達的基本原理及特別敘述各自不同的驅動方式、讓讀者可以更了解馬達在電動車裡面的應用。
此外書中介紹了電池的原理及應用,希望能夠讓讀者有廣泛的了解。最後也介紹最近非常流行的油電混合車的基本架構及他與純電動車的差別。
作者簡介
曾逸敦
1982年自臺灣大學機械系畢業後,至美國里海大學及密西根大學安娜堡校區取得碩士及博士學位,期間並獲得福特汽車公司奬學金。返國後旋至中山大學機械工程學系任教。現任中山大學機電工程學系終身免評鑒教授,開授汽車學及科技產業分析等相關課程。
學術研究主要致力於光收發模組的精密構裝及行動載具之研發。產學合作部分則為輔導廠商將傳統製程電腦整合自動化──主機板組裝、電腦零組件自動檢測、雷射加工機自動檢測等。
亦成立部落格「曾教授與古董保時捷」:eatontseng.pixnet.net/blog
1. 電動車的歷史與展望
1.1 早期的電動車(1839~1935)
1.2 能源危機下電動車的興起(1960~1979)
1.3 技術與環境改變下的沒落與興起(1980~1999)
1.4 近代的電動汽車(2000~現今)
2. 電動車的分類
2.1 電動車的基本架構
2.2 傳動與驅動裝置
3. 混合動力汽車(HEV)
3.1 混合種類
3.2 內燃引擎
4. 直流馬達
4.1 馬達的基本構成
4.2 馬達的基本原理
4.3 直流馬達如何轉動?
4.4 直流馬達的數學模型
4.5 穩態平衡工作點
4.6 直流馬達的應用
4.7 直流馬達種類
5. 直流馬達驅動
5.1 電力驅動部件
5.2 DC驅動器
6. 電動車感應馬達的工作原理
6.1 三相交流電
6.2 推導轉子感應電動勢
6.3 計算轉矩
6.4 滑差
6.5 啟動
6.6 速度控制
7. 感應馬達的驅動
7.1 感應馬達速度控制迴路
7.2 驅動原理
8. 電動汽車建模
8.1 簡介
8.2 牽引力
8.3 建模車輛加速度
8.4 電動機車的加速度
9. 能源種類
9.1 電化學電池
9.2 超級電容器
9.3 超高速飛輪
9.4 儲能混合
9.5 燃料電池
自序
大約在十年前雖然如願的升上教授,但好像也失去生活的重心。為了重新找到對生活的熱情與活力,決定投入古董車的世界,於是買下了我人生第一台保時捷911(1992年的964)。經歷了剛購買車子的喜悅及隨之而來車子出問題的煩惱,找到正確的原因及零件通常都需要好幾次的車友討論,上網搜尋資料並向保養廠技師請教,最後耐心地等待問題解決後的成就感。
隨著上述循環次數的增加,也不斷地累積我對車子的基本知識。許多大學生也來找我進行車子相關的專題研究,我於是成立的一個部落格:曾教授與古董保時捷(/eatontseng.pixnet.net/),把一些比較實用的成果放在網路上與大家分享。並且我也開始在學校裡面開授汽車學課程,並且出了《汽車學的原理與實務》這一本書當作上課的教材。在此課程中我試圖做到兩件事情:第一件事情是將汽車的發展由古老的化油器時代、機械噴射時代及至近代的電子/電腦噴射時代做一個有系統地介紹;第二件事情是將車子的理論與實務互相結合,所有提供的示意圖都儘量與汽車真實結構互相搭配。
這一本《電動汽車原理與實務》主要介紹發展近百年的歷史,第一個重點為電動車動力來源:馬達,詳細介紹直流馬達與交流馬達的運作原理及相對的驅動方式。其餘的重點包含電池的介紹、油電混和車近幾年的發展及其與純電動車的差別,還有基本車輛的電腦模擬方式介紹。
1. 電動車的歷史與展望 一般大眾只要想到汽車,通常腦海中所浮現的是上下振動的引擎,並穿插著排氣管洩出的廢氣,最後則是車輛奔馳於道路上所引發的轟轟巨響。若要探討起為什麼大多數人會有這個印象,其實多半與人類歷史對於能源載體轉換的技術極限有關。傳統車輛的運作,來自於化石燃料藉由點火燃燒產生的化學能,這部分能量通常被進一步轉換為機構的動能,從而誘導出車輛的速度。然而,這將必產生兩點不可避免的副作用: 第一、能量轉換效率不佳,大量佚失。受限於現實,任何一種能量形式的轉換效率都有其極限,若以相同原理的火力發電廠來說,化石燃料的燃燒就意味著能量在空氣中的溢散,而根據臺灣電力公司自己的評估,縱使是最新的火力發電機組,其中也有高達約七成的能量轉換成人類無法利用的熱能,從而消逝在空氣中。這還不打緊,能量轉換成機械能之後,機構與機構間的磨擦力即使經過潤滑,也同樣會變成熱能溢散。上述的情況便成為了傳統汽車引擎下發展的一大難處。 第二、廢氣排放嚴重。化石燃料中內含大量的碳氫氧、氮化合物,甚至是具有毒性的硫化物都含納其中,這意味著汽車每一次引擎的燃燒啟動都對環境是一種傷害。在歐洲針對汽車廢氣也有嚴格規範,從1992年開始,歐盟便實行了歐洲一號汽車廢氣標準,並且標準每四年更新一次。儘管這個規格相對於美國和日本的汽車廢氣排放標準來說,其測試要求已經比較寬泛,但歐洲標準已是開發中國家沿用的汽車廢氣排放體系,由此也能顯見一般傳統汽車造成的環境問題。 綜上兩點,傳統汽車儘管給我們帶來了方便,但不效率與傷害也隨著使用者的遽量增加,而給我們造成了強烈的問題,大家開始思考著,更新更環保也更有效率的作法,於是乎,電動車的概念由此興起。以下,本文將介紹電動車的過去、現在及未來,並說明其發展脈絡之流變。