電動車，堪稱全球綠能產業的明星代表。以往臺灣廠商在這條國際供應鏈中，大多處於車廠規格設計定案後的代工採購角色，但現在我們有望躍居更有價值的地位。由工研院機械所帶領的產學研團隊，成功接軌國際研究資源，以打造產業生態系統的高度出發，把整合三大關鍵零組件的開發能量，轉化為讓產業得以躋身系統設計和規格制定的競爭力。

動力系統當門票 搶進國際供應鏈

《工業基礎技術深耕獎》財團法人工研院機械與系統研究所
◎ 獲獎標的－車用電動動力技術

文/ 鄭洵錚

在全球低碳節能的潮流驅動下，各大品牌車廠競相投入電動車輛的研製，也催生出獨立的新車廠在市場引領風騷。臺灣，在這場電動車工業競賽中也沒缺席─從工業馬達、馬達驅控器到電力轉換三大項目，都有MIT 的身影。

但，有還不夠。工研院機械與系統研究所領銜啟動的「車用電動動力技術」開發計畫，透過三角鼎立的佈局策略，三年內帶領電動車產業鏈打造出生態系統。在有效結合產學研資源的運作下，臺灣廠商突破單打獨鬥、只能匹配客戶委製的瓶頸，陸續繳出系統級解決方案的高價值成績。

引導臺灣工業馬達 跨入電動車

主導此計畫的機械所智慧車輛技術組長江文書提到選題的起因，是看到臺灣工業馬達業者在電動車輛工業體系中的被動角色。「我們的工業馬達實力強，但跨到電動車輛領域就是另一道門檻。」他觀察到，因為業者不懂電動車輛動力系統，只能就個別零組件被動接單代工，長期處於供應鏈較低的層次。

這就像大多數廚師會按客人的點菜烹炒，毫無差異特點；而少數人卻能發揮調配食材能力，設計出叫好又叫座的創意料理。

「要端得出電動車的創意料理，就要會設計動力系統，一旦能通過車廠驗證，才有機會擠進國際供應鏈。」江文書直指計畫的重點，在於發展共通性的大功率電動動力系統基礎技術，目標就是推動汽車零組件產業升級，以高價值產品在電動車市場站上更好的位置，而不再只做微利的規格品代工。

在這個計畫的起步階段，智慧車輛技術組就顯現「系統思考」的企圖心。他們採用產業生態圈的概念，匯聚機械、電機、控制和電子各領域的人才，從分析驗證、產品技術兩個面向同步推進，意圖打造車用馬達、電力轉換和馬達驅控器三塊技術的最大交集。

江文書期望從該計畫轉移到產業的成果，是系統技術，而非解決單一問題的答案。他挑明說，「一旦摸清楚動力系統的內涵，今天無論電動車輛是重機、巴士，還是堆高機，廠商都能針對不同的車輛用途，提出專業可行的解決方案。這樣才有實力進軍高效率、高功率的電動車供應鏈體系。」

國際拜師取經 啟動開放平台

整個計畫的關鍵技術是：高功率動力(馬達)和電力(驅控) 系統， 要突破節省用電、調整電流、高功率元件，並降低切換損失，這些都是臺灣比較欠缺的技術領域。自己沒有，就向外找專家和資源，美國維吉尼亞理工學院的賴日生博士(Jason Lai) 和英國Sheffield大學禇自強博士，就是此計畫拜師取經的主要技術傳授者。

賴日生博士是高功率動力技術的國際知名學者，受聘到工研院綠能所擔任顧問。這回，機械所登門學習驅控器和電能轉換的技術設計。雙方並建立長期的技術合作，透過國際研討會議，掌握電動車輛與關鍵零組件的現況與未來技術趨勢。

與禇自強博士的相遇，則帶有網路情緣的意味。江文書說，「為了突破永磁馬達的瓶頸，我把這個領域的國外學者一個個搜尋出來，經過多方打聽和接觸，最後派人去禇博士的實驗室研習。」而這項合作後來還讓工研院延伸觸角，跨進英國電機技術研發聯盟，有助於長期吸收高功率高效能的電機設計技術能量。

機械所派研究員到國外實驗室研習，也意在學習他們發展系統流程的理念和方法。當這些方法學帶回臺灣後，計畫也開始招募國內的研發團隊，前後結合了五個研究機構─工研院的材料與化工研究所和服務系統科技中心、車輛研究測試中心、金屬工業發展中心、中山科學研究院，促成學界科專，深耕技術發展。

緊接著，產業的盟軍也開始啟動。透過這個計畫，機械所極力扮演好橋接的中樞角色，從產業與學界，由國外到臺灣，打造一個電動動力系統研發的開放創新平台，讓有需求、有資源、有實作的各方，在對的平台上對話互動，進而產生一次次火花。

設計最佳化 導入虛擬驗證

在車用電動動力系統的研發過程，最明顯的成果是瞭解動力系統的變數，知道該怎麼因應各種狀況做對的調整。其中，在三個面向更是有了重大突破。

首先，找出「電磁－熱流－系統建模」的耦合連結，把領域專家的知識轉換成資料庫和工程頻譜，以便快速完成最佳設計。

「以前做產品設計的時候，要找出不同設計參數會產生怎樣的效能，都得用人工方式不斷嘗試錯誤，做參數堆疊，效率並不好。」江文書解釋，有了這套自動程序耦合系統，可以大幅提升設計的效率。例如，低振動噪音、耦合電磁固力、電磁激振力、散熱流道、退磁分析等，都能有最佳化的設計。

江文書進一步點出，這套技術對產業的價值在於「高共通性」。因為技術成果融合了各物理面向的基礎學理，得以廣泛針對不同功率等級、種類、規格的電力系統做出最佳化設計。

有了新設計的馬達動力系統，要如何確保無縫應用在實車呢？計畫小組以「虛擬車輛動系統驗證技術」，解開這個關鍵問題。

這套「HIL虛擬車輛動力系統」的平台，利用硬體在環的技術，驗證電動動力系統的性能，模擬的最大功率可達200kW。任何新出爐的動力系統要整合實車之前，都要測試極速、加速、爬坡、高負載耐久性等效能，外加能源消耗和失效模式等品質的驗收評估。

「以往廠商提出新的動力系統後，測試的場域往往在車廠端，如果有問題就得回廠後再修改，開發的時間和物力成本很高。」而在成功建構這套驗證平台後，江文書強調未來無論車輛是否電動化，這個驗證平台都能運用在動力系統或整車開發，有效節省整車的研發時程與成本，也提升動力系統與實車整合後，性能與品質的可靠度。

此外，計畫也在馬達設計和驅控器等關鍵零組件精益求精。這批精進版的馬達和驅控器已陸續技轉給合作廠商，並通過Ford、Nissan車廠嚴格的環境可靠度驗證規範。

目前，這些技術成果陸續應用在高鐵、機場與物流業的電動商用車、果菜市場的搬運車，以及輕型電動車和電動重機。例如，走進西螺果菜市場，不再只見傳統柴油車來回搬運蔬果，三、四輪電動搬運車也加入試行，替大型果菜市集的環境與空汙問題帶來新解方。

參與規格制訂 打造生態系統

車用電動動力系統計畫歷經三年(2010～2012)，成功協助國內十家廠商強化電動車輛系統整合的自主發展能量，累計的技轉金額達新台幣1.17 億元。其中，東元電機已導入並取得ISO／TS 16949 車輛品質管理標準認證，拿到進軍國際供應鏈的門票；光陽機車則進行了先期的零組件驗證，以及測試車輛的系統模擬。

計畫推動過程中，屢屢可見產研激盪出火花的例子。大同重工公司看到西門子馬達效能標竿測試報告後，主動要求「提前」參與計畫。江文書肯定說，「工研院雖然有設備，但大同公司懂實際製程、設備也比我們更好。能激發他們有意願參與高功率馬達的早期研發，是產研功能互補的一個好範例，我們樂見其成。」

江文書期望把這個生態系統模式建立起來後，零組件廠商的角色將轉型─從設計規格定案後的採購，提前到參與設計、製訂規格，「工研院不只是穿針引線的角色，我們也帶領大家真實前進，到達這個境地。」

感言：工研院機械與系統研究所智慧車輛技術組組長　江文書

臺灣工業馬達產業為世界前三大，如何能進一步提升國內馬達與驅控器產品性能與品質，成功進入高附加價值的新興電動化車輛供應鏈，便是重要的挑戰與機會。

本車用電動動力技術團隊整合設計分析／產品技術／實驗測試／系統整合與品質管理方面的專家，發展寬運轉區域高效率的馬達與驅控器技術以及馬達與驅控器整合設計與驗證，並整合人才培育、技術研發與共同平台產品研發，建立過去未有的完整車用電動動力基礎技術生態體系。成功銜接產品提升、技術研發與基礎學程，建立完整產學研車輛電機、機械、電控與系統整合人才培育體系；整合工業基礎技術資源，鏈結產官學研車輛電動動力合作網絡；以及提升國內馬達／驅控器產品性能與品質，進入電動化車輛供應鏈。

本團隊很高興能與國內從車廠、電動動力系統廠與零組件廠業界到學界共同合作發展車用電動動力基礎技術生態體系，並促成人才培育與技術產品化。此一工業基礎技術深耕模式能得到業界與學界的認同並能獲得此獎項，是對本團隊努力的最大肯定。

• 發布日期：2022/01/30
• 最後更新時間： 2024/05/06
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