產業追蹤／運具電動化 效率再提升

3.5吨货卡30 kW燃料电池技术验证平台。工研院／提供

运具电动化已成为推动净零转型的国际趋势，然而，锂电池电动车相比传统燃油车，存在续航力短、充电时间长、因电池重量重导致载重能力减弱，以及充电过程可能影响电网稳定性等问题，如果在交通工具中结合氢能技术，将能有效解决这些问题。

政府在2022年3月发布净零排放路径，将氢能列为重点规画项目之一，并应用于发电、产业应用及载具等面向。氢气的能量密度约为天然气的2.5倍，且能在短短5到10分钟内快速补充能源，这些特点使氢能成为锂电池电动车里程焦虑的有效解方。与纯电动车不同，氢能车除了锂电池外，还包含燃料电池，透过结合氢气与空气的化学反应来产生电力，再与锂电池结合来驱动电动马达，从而推动车辆行驶。

为了弥补国内氢能移动载具系统的技术缺口，经济部产业技术司投入科技专案，致力帮助国内车辆产业建立关键的氢燃料电池系统（FCS），并实现氢能与锂电池三电（电机／电控／电池）系统的整合。初期以3.5吨氢能电动货卡作为验证平台，后期将开发适用于大客车的百瓩高功率、高电压氢能动力模组系统（包括燃料电池和电堆设计技术），并发展氢能动力三电整合技术，建立氢能移动载具零组件与次系统的平台验证。

在产业技术司补助下，工研院进行动力型FCS氢能移动载具验证平台开发与整合，利用自主研发的3.5吨电动货卡动力底盘，作为30kW FCS的技术验证平台，进行系统整合与控制验证。透过此平台，工研院验证车载氢能的关键模组，建立氢能动力三电系统技术能量，进而推动国内自主FCS关键零组件的发展。

工研院还研发混合电力控制器（HCU），将锂电池与FCS进行最佳电力调配，发展比纯电动车更长续航里程的高功率氢能洁净动力系统。为了确保系统的可靠性和安全性，将由模型在环测试（MiL，Model-in-the-LooP）／软体在环测试（SiL, Software-in-the-Loop）／硬体在环测试（HiL, Hardware-in-the-Loop）、FCS稳态效率测试，以及透过底盘动力计行车型态下，进行整车动态混合电力控制、发展HCU控制逻辑，以及系统控制调校验证等技术。

因应不同的车辆运行情境，采用不同混合电力运行模式。模式一：锂电池充电模式，应用情境在于低负载时，FCS可同时供应负载电力及对锂电池充电；模式二：锂电池放电模式，当锂电池在高电量或是FCS在低氢气存量时，此时控制策略转由锂电池供电；模式三：最佳化电力分配比例模式，当高负载时透过调整锂电池与FCS的输出比例，来达到最佳的动力输出效益；模式四：煞车回充模式，当车辆处于煞车或滑行状态时，马达可对锂电池进行电量回充。

四种车辆混合电力运行模式 图／经济日报提供

工研院已透过HCU连结商购燃料电池与锂电池，进行DC／DC转换器控制功率输出测试验证，以及启停控制与供电至锂电池效率测试，确保模组系统能正常运作，并于工研院院内道路进行低速试运行测试。目前亦进行第二代商购氢能动力系统研发，导入拥有低成本及高功率密度之金属堆FCS，搭配示范场域逐步进行运行验证，促使车载FCS由商购到自主开发，提升关键组件自主化比例。未来工研院将把这些科技专案的研发成果扩展至大客车等级的百瓩高功率、高电压氢能动力模组系统，并将其应用于国道客运和重型商用车，以提升应用效益。

（作者是经济部产业技术司氢能移动载具之燃料电池动力系统开发计划主持人）