在全球淨零排放趨勢下,運輸部門的減碳轉型已成為關鍵課題,其中冷鏈物流車輛因同時需要行駛動力與製冷供能,能耗與碳排明顯高於一般貨車,具備高度改善與電動化潛力。然而評估車輛的環境效益從「能源來源到實際使用」的完整生命週期(Well-to-Wheel)進行分析,能更全面性比較柴油車與電動車的減碳成效。本研究聚焦於電動商用冷鏈物流車的系統設計與效益評估,探討如何在有限電池容量下,兼顧車輛續航力與冷鏈製冷需求,並降低整體能耗與營運成本。研究團隊透過建立精細的車輛模擬模型,完整模擬冷鏈物流車在實際營運中的行駛行為、動力系統與製冷負載,並比較傳統柴油車與多種電動車架構(包含單電力、雙電力與換電系統)的差異。
Well-to-Wheel 電動車與柴油車油井至車輪之碳排放與能耗分析概念
多種動力源車型冷鏈車架構
傳統柴油引擎車型
以柴油引擎同時提供行駛動力與冷鏈製冷能源(皮帶驅動壓壓機),技術成熟、續航力高,但燃油消耗與碳排放量大,營運成本與環境負擔較高,且較難以對冷鏈系統進行控制,傳統多仰賴On-Off邏輯進行起停操作。
單一鋰電池電動車型
以單一鋰電池同時供應車輛驅動與冷鏈系統,架構簡單、零尾氣排放,然電池電量有限、電池負載集中,續航與電池壽命易受冷鏈耗能影響。
雙電力冷鏈車(共同承擔)
配置兩組電池協同供能,除原車輛出廠配備之車用電池組系統,可視使用需求增設高能量/高功率電池,並依電量狀態共同分擔驅動與製冷負載,可平衡能量消耗並延長續航,適合負載變化較大的配送任務。
雙電力冷鏈車(獨立承擔)
架構設計理念皆與前者雙電力共同承擔車型類似,主要差別於主電池負責行駛、副電池專供冷鏈系統,各自分工運作,有助穩定冷鏈溫控並降低電池過度放電風險,提升系統可靠度;電量不足時可切換回雙電池共同承擔模式。
雙電力冷鏈車(換電系統)
結合雙電力架構與換電模式,將冷鏈用電由可更換電池提供,可快速補能並降低電池折舊風險,提升車隊週轉效率與營運彈性。
冷鏈車MATLAB/Simulink控制導向模型範例
電動車型冷鏈車模型
本模型整合行車型態、駕駛控制、馬達與動力系統、鋰電池以及冷鏈製冷系統,並透過能源管理系統(EMS)協調驅動與製冷之電能分配。模型可同時輸出車輛縱向動態、電池 SOC 變化、製冷負載與整體能耗,用以分析不同能源管理策略對續航力、能耗與冷鏈溫控穩定性的影響,作為電動冷鏈車規格設計與控制策略開發之基礎工具。
柴油引擎車型冷鏈車模型
本模型建構包含駕駛行為、柴油引擎、變速箱、動力系統與冷鏈製冷負載的整車模擬架構。引擎同時供應行駛與製冷所需能量,模型可計算燃油消耗、引擎輸出功率、冷鏈能耗與排放量,並評估不同工況與行車型態下的能源效率。主要用於與電動冷鏈車進行能耗與碳排之對照分析,作為電動化效益評估的重要比較基準。
冷鏈車艙溫動態熱負荷模型
熱負荷模型以冷藏車廂為控制體,透過能量平衡原理描述艙內溫度動態行為。模型整合外界環境熱滲透、車門開啟所造成的空氣交換熱負荷、貨物顯熱負載,以及蒸發器提供之製冷量,計算冷鏈系統在不同營運工況下的瞬時熱需求。藉由結合行車狀態與冷鏈操作情境,模型可模擬艙內溫度變化、製冷系統負載與回復特性,並用於分析能源管理策略對溫控穩定性與能耗的影響。
初期為預冷階段,艙內溫度迅速下降並達到設定值;進入配送後,每次開門裝卸貨皆造成艙內溫度短暫上升,隨後由冷鏈系統啟動使溫度回復。隨配送進行,因載貨量逐漸減少,貨物熱慣量降低,溫度回復速率亦隨之變慢。配送結束後系統停機,艙內溫度轉為受環境影響而緩慢回升。
智慧型能量管理與控制及效益分析
本研究進一步導入智慧能源管理系統(EMS),即時調度驅動馬達與製冷系統之能量分配,以提升能源使用效率與電池壽命。同時,針對物流業高度關心的經濟問題,可透過總持有成本(TCO)分析,全面評估車輛在購置、能源、維修與折舊等長期成本,同時亦探討換電模式在降低電池衰退風險與初期投資門檻上的可行性。整體而言,本研究結合減碳效益、能源效率與經濟分析,提供冷鏈物流業者從燃油車轉型至電動車的系統化決策依據,加速商用電動車在實際物流場域中的落地與應用。