CN104691303A - 增程式电动车的动力系统及其能量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种增程式电动车（Range Extended Electric Vehicle，REEV）的动力系统及其能量控制方法，其动力系统包含引擎、电池系统、多个附件系统、发电单元以及电子控制单元。每一个附件系统分别包含机械驱动接口和电力驱动接口，机械驱动接口对应附件离合器及/或多个机械驱动接口对应一附件离合器，附件系统通过附件离合器与引擎动作力连接或分离，电力驱动接口对应一继电器，附件系统通过继电器与电池系统电性连接或分离，同时，附件系统择一驱动接口运作。发电单元与电池系统电性连接，并与引擎动作力连接或分离。电子控制单元包含车辆状态的监控且电性连接并控制附件离合器、启动/发电离合器及继电器。

Description

增程式电动车的动力系统及其能量控制方法

技术领域

本发明是有关于一种增程式电动车（Range Extended Electric Vehicle，REEV）的动力系统及其能量控制方法，特别是有关于一种应用引擎及电池结合机电双驱动接口的车辆附件系统的动力系统及控制方法。

背景技术

如图1所示为美国专利号US7954580揭示一种具有附件驱动系统11的电动混合动力系统10当引擎12关闭时，以一个皮带发电起动（Belt-Alternator-Starter，BAS）系统13通过从动皮带轮14及许多飞轮（15，15’）与皮带16将扭力与能量传至各附件系统（17，17’），以确保其有办法适当的运作；当引擎关闭不用时，可通过控制器18控制引擎进气与出气阀门19的开关，降低皮带发电起动系统13带动附件系统（17，17’）运转时的阻力，以提升附件系统（17，17’）运转的效率的技术方案。

目前有关动力混合系统的控制方式多以电池的电量为主要控制参考，当电池电量充足时，其发电系统并不开启，引擎为关闭状态，而车上的附件系统皆由电动马达加以驱动；待电池电量不足时才开启引擎对电池系统充电，并将空调等部分的附件系统改由引擎驱动。此种作法会使得引擎在长途行驶时经历数次的开启与关闭，造成许多能源的浪费；另外，电池系统在电量足够的情况下，必须同时提供车辆行进的动力与附件系统的耗能需求，频繁且大电流的充放电也对电池系统的寿命造成相当大的影响。另外，引擎运转时通常可以顺便提供辅助刹车所需的真空，但是当引擎停止时，必须另外使用真空泵提供刹车的辅助。真空泵必须持续运转，准备随时刹车所需的真空度，因此相当耗电。车上若有水冷系统，同样的也须以泵维持水流所需的压力。当引擎停止时，泵亦无法正常运转。总而言之，引擎所提供的众多额外功能，在增程式电动车上均需由马达提供而无法切换动力提供源，如此将增加相当多的马达数量与电力的快速消耗。

发明内容

本发明目的是提供一种在增程式电动车的附件系统的双动力切换系统，及其依照供电单元的电池残电量与运转单元扭力输出状态而切换提供附件系统的动力种类的动力系统与其动力控制方法。

为达成上述目的，本发明提供一种增程式电动车的动力系统，包含有运转单元、供电单元、驱动单元、发电单元以及电子控制单元。运转单元用以输出扭力。供电单元是提供电动车电力。驱动单元包含至少一驱动系统，每个驱动系统分别包含机械驱动接口及电力驱动接口，且应用每一个机械驱动接口对应一个驱动单元离合器的方式，使该驱动系统通过该驱动单元离合器与该运转单元动作力连接或分离，该电力驱动接口通过一继电器与该供电单元电性连接或分离。发电单元是与供电单元电性连接，并通过一启动/发电离合器与运转单元动作力连接或分离，于同一时间，该驱动系统是择一驱动接口运作。电子控制单元是包含车辆状态的监控，且电性连接并控制该些驱动单元离合器、启动/发电离合器及继电器的运作。

在上述一实施例中，前述驱动单元包含空调系统、泵系统及其他的附件系统。该空调系统的该机械驱动接口通过第一驱动单元离合器与该运转单元连接动作力连接或分离，该泵系统及该其他附件系统的该些机械驱动接口通过一第二驱动单元离合器与该运转单元连接动作力连接或分离。

在上述一实施例中，该运转单元可为一引擎、该供电单元可为至少一电池系统、该发电单元可为一启动马达发电机（ISG）、该动力单元可为一驱动马达。

为达成上述目的，本发明提供的程式电动车的能量控制方法，其步骤包含：预先提供前述的增程式电动车的动力系统。再来，判断电动车一启动开关电门为通路状态时，接合该启动/发电离合器。再发动该发电单元以使该运转单元动作。以及，判断当运转单元无法提供输出扭力时，接通该继电器，并分离该些驱动单元离合器和该启动/发电离合器；当运转单元可提供输出扭力时，断开该继电器，并接合该些驱动单元离合器和该启动/发电离合器。

在上述一实施例中，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤前或后，更包含一接合该些驱动单元离合器步骤。

在上述一实施例中，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤前，更包含一将该继电器断开的步骤。

在上述一实施例中，该电子控制单元可控制该些驱动单元离合器中任一个独立进行分离或接合动作。

在上述一实施例中，引擎的制动比油耗是保持在300以下运作的。

在上述一实施例中，更包含一判断该电动车一启动开关为断路状态时，断开该继电器并停止该运转单元动作步骤。

本发明的特点在于，本发明的动力系统，运转单元（如引擎）维持在适当且高效率范围内持续运转，除了发电之外且提供所有的附件系统，包括空调系统、辅助刹车系统与水冷系统等的动力需求，可大幅减少所需（较高功率）马达的数量，亦可维持现有汽车附属设备（附件系统）的架构与动力的供应，不论在安全方面或节能方面均有相当大的助益。前述的控制方式采用引擎恒时运作的控制策略，将引擎操作在较高的使用效率，直接驱动空调、泵与其他附件系统，无需通过发电机将能量转为电能存入电池系统，再通过电力驱动附件系统，少了多次能量转换的过程，更再次提升了能量的使用效率；此外，本发明同时解决了目前增程式电动车在引擎停止运作时，造成电池系统额外负担的问题，可有效提升电池系统的使用寿命。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是先前技术的电力混合系统的附件驱动系统方块图；

图2是本发明的增程式电动车的动力系统实施例的系统方块图；

图3是本发明的增程式电动车的动力系统包含驱动系统另一实施例的系统方块图；

图4是本发明的增程式电动车的能量控制方法实施例的流程图；

图5是本发明的增程式电动车的能量控制方法实施例的判断电动车一启动开关为断路状态时的步骤流程图；

图6是本发明的引擎式运转单元的运作效率图。

其中，附图标记

[先前技术部分]

10                  电动混合动力系统

11                  附件驱动系统

12                  引擎

13                  皮带发电起动系统

14，14              从动皮带轮

15，15’            飞轮

16                  皮带

17，17’            附件系统

18                  控制器

19                  引擎进气与出气阀门

[本发明技术部分]

20                  运转单元

20a                 引擎

30                  供电单元

30a                 电池系统

40                  驱动单元

40a，40b，40c       驱动系统

401a，401b，401c    机械驱动接口

4011a，4011b        驱动单元离合器

402a，402b，402c    电力驱动接口

403                 继电器

41                  空调系统

411                 第一驱动单元离合器

42                  泵系统

421                 第二驱动单元离合器

43                  液压动力转向系统

50                  发电单元

50a                 启动马达发电机

51                  启动/发电离合器

60                       动力单元

60a                      驱动马达

61                       动力离合器

62                       动力输出轴

70                       电子控制单元

P1，P2，P3               运作点

步骤S10至步骤S40         方法流程

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

首先请参照图2绘示的本发明的增程式电动车的动力系统实施例的系统方块图及图3绘示的本发明的增程式电动车的动力系统包含驱动系统另一实施例的系统方块图。本实施例的增程式电动车的动力系统，包含了有运转单元20、供电单元30、驱动单元40、发电单元50、动力单元60、电子控制单元70。

运转单元20（可为一引擎20a，但不以此为限），用以输出扭力。供电单元30（可为一电池系统30a，但不以此为限），用以提供电动车所需要的电力。驱动单元40包含多个驱动系统（40a，40b，40c）（即附件系统）中的至少一驱动系统（40a、40b或40c），每一个驱动系统（40a、40b或40c）分别对应包含有一机械驱动接口（401a、401b或401c）及一电力驱动接口（402a、402b或402c），以在同一时间择一来驱使驱动系统（40a、40b或40c）运作其各自功能，其以每一个机械驱动接口（401a、401b或401c）包含一个驱动单元离合器（4011a，4011b）及/或多个机械驱动接口（401a，401b，401c）对应一个驱动单元离合器（4011a或4011b）的方式，使该些驱动系统（40a，40b，40c）通过该些驱动单元离合器（4011a，4011b）与该运转单元20动作力上的连接或分离，该电力驱动接口402乃通过一继电器403而与该供电单元30电性连接或分离。发电单元50（可为启动马达发电机（Integrated  Starter  Generator，ISG）50a，但不以此为限），其是与该供电单元30电性连接，并通过一启动/发电离合器51与该运转单元20动作力连接或分离。动力单元60（可为一驱动马达60a），是通过一动力离合器61与该电动车的一动力输出轴62动作力连接或分离。电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）70，是用以对车辆状态的监控，且电性连接该些驱动单元离合器（4011a，4011b）、启动/发电离合器51、动力离合器61及继电器403，以进行控制。

详细言之，在一实施例中，该驱动单元40可包含多个附件系统，如空调系统41、泵系统42及液压动力转向系统43等附件系统。而该空调系统41的该机械驱动接口401a是通过一第一驱动单元离合器（第一附件离合器）411与该运转单元20连接动作力连接或分离，该泵系统42及该液压动力转向系统43的该些机械驱动接口（401b，401c）是通过一第二驱动单元离合器（第二附件离合器）421与该运转单元20连接动作力连接或分离。

在此系统架构的一实施例中，引擎20a为车辆发动后持续运转的单元，其可通过第一驱动单元离合器411、第二驱动单元离合器421与启动/发电离合器51和皮带轮（未绘示）等构件，提供空调系统41、泵系统42及液压动力转向系统43等附件系统所需的动力，同时提供部分电力给电池系统30a与驱动马达60a。当引擎20a正常运作时，第一驱动单元离合器411可依使用者对空调系统41的需求决定是否接合，第二驱动单元离合器421则为恒接合状态，持续以引擎20a带动泵系统42及其他附件系统43运作，启动/发电离合器51的接合或分离，取决于电池系统30a状态为需求充电或是电量充足，动力离合器61在驱动马达60a输出端与动力输出单元62之间，预留给使用者有空档需求时使用，若引擎20a意外故障时，则电子控制单元70会控制第一驱动单元离合器411、第二驱动单元离合器421使其分离、启动/发电离合器51使其分离，并将继电器403接合，通过电力方式驱动空调系统41、泵系统42及其他附件系统43；而电子控制单元70更包含本发明所提出的控制逻辑，对各个离合器、继电器等加以控制，以达成本发明的功能。

请再参照图4所绘示的本发明的增程式电动车的能量控制方法实施例的系统流程图。本增程式电动车的能量控制方法实施例中，其步骤包含：

步骤S10，首先，提供前述实施例的增程式电动车的动力系统。

步骤S20a，判断该电动车一启动开关为通路状态（KEY ON）时，接合该启动/发电离合器51，使该发电单元50（启动马达发电机50a）与该运转单元20（引擎20a）动力连接，令该发电单元50（启动马达发电机50a）得以发动该运转单元20（引擎20a）。

步骤S30，发动该发电单元50（启动马达发电机50a）以使该运转单元20（引擎20a）动作。

步骤S40以电子控制单元70确认该运转单元20（引擎20a）的输出状态，当运转单元20（引擎20a）无法提供扭力输出时，接通该继电器403，以转由该供电单元30（电池系统30a）提供该驱动单元40动力，并分离该些驱动单元离合器（4011a，4011b）和分离该启动/发电离合器51，以减少该驱动单元40的负载及避免引擎20a造成阻力；当运转单元20（引擎20a）可提供输出扭力时，断开该继电器403，并接合该些驱动单元离合器（4011a，4011b）和接合该启动/发电离合器51，转由运转单元20（引擎20a）供给该驱动单元40电力。电子控制单元70是间隔一预设时间确认该运转单元20的输出状态，较佳地，该预设时间为0.001至1秒。

进一步地，请续参见图4所示，前述实施例中，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤S30前，更包含一步骤S21，将该继电器403断开的步骤，以减少该供电单元30（电池系统30a）的电力负载。

在一实施例中，同样请续参见图4所示，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤S30之前或之后，更接着包含一步骤S25（或步骤S35），接合该些驱动单元离合器（4011a，4011b）的步骤，以使该运转单元20（引擎20a）一发动即可使用该驱动单元40。值得一提的是，前述实施例中，该电子控制单元70可独立进行分离或接合该些驱动单元离合器（4011a，4011b）中的任一个。

请参见图5所示，在一实施例中，更包含一步骤S20b，判断该电动车一启动开关为断路状态（KEY OFF）时，断开该继电器403并停止该运转单元20（引擎20a）动作。

续请参照图6所示的本发明的引擎式运转单元的运作效率图。在其水平轴为引擎转速（rpm）、垂直轴为引擎扭力（N/m）的引擎的制动比油耗（BrakeSpecific Fuel Consumption，BSFC）图中，列举了三个运作点（P1、P2及P3）作为例子，当不需要延距发电并关闭空调系统41时，仅须提供泵系统42与其他附件系统43动力时，将引擎20a控制在运作点P1运作；当空调系统41开启时，引擎20a控制在运作点P2运作；而延距发电启动时（即以引擎20a带动启动马达发电机50a发电存入电池系统30a时），同时空调系统41也开启时，则控制在运作点P3运作，并依引擎20a运转的状态，适时微调启动马达发电机50a的发电量，使得整个系统得以在较高的效率下运作，例如，该引擎的制动比油耗保持在300g/(kW.h)以下。

综上所述，本发明增程式电动车的动力系统所采用的引擎，其运转可维持在适当且高效率范围内持续运转，除了发电之外且提供所有的包括空调系统、辅助刹车系统与水冷系统等附件设备的动力需求，可大幅减少马达所需的数量或所需的功率，亦可维持现有汽车（引擎动力车）附件系统的架构与动力的供应，不论在安全方面或节能方面均大有助益。前述的控制方式采用引擎恒时运作的控制策略，将引擎操作在较高的使用效率，直接驱动空调、泵与其他附件系统，无需通过发电机将能量转为电能存入电池系统，再通过电力驱动，如此一来，本发明少了多次能量转换的过程，更提升了能量的使用效率；另外，本发明也同时解决了目前增程式电动车在引擎停止运作时，造成电池系统额外负担的问题，能有效提升电池系统的使用寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种增程式电动车的动力系统，其特征在于，包含：

一运转单元，用以输出扭力；

一供电单元；

一驱动单元，包含至少一驱动系统，该驱动系统包含一机械驱动接口和一电力驱动接口，该机械驱动接口对应一驱动单元离合器，该驱动系统通过该驱动单元离合器与该运转单元动作力连接或分离，该电力驱动接口对应一继电器，该驱动系统通过该继电器与该供电单元电性连接或分离，于同一时间，该驱动系统是择一驱动接口运作；

一发电单元，与该供电单元电性连接，并通过一启动/发电离合器与该运转单元动作力连接或分离；以及

一电子控制单元，包含车辆状态的监控，且电性连接并控制该些驱动单元离合器、启动/发电离合器及继电器。

2.根据权利要求1所述的增程式电动车的动力系统，其特征在于，该驱动单元包含空调系统、泵系统及液压动力转向系统。

3.根据权利要求2所述的增程式电动车的动力系统，其特征在于，该空调系统的该机械驱动接口通过一第一驱动单元离合器与该运转单元连接动作力连接或分离，该泵系统与该液压动力转向系统的该些机械驱动接口通过一第二驱动单元离合器与该运转单元连接动作力连接或分离。

4.根据权利要求1所述的增程式电动车的动力系统，其特征在于该运转单元为一引擎，该供电单元为一电池系统，该发电单元为一启动马达发电机。

5.一种增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，其步骤包含：

提供如权利要求1项所述的增程式电动车的动力系统；

判断该电动车一启动开关为通路状态时，接合该启动/发电离合器；

发动该发电单元以使该运转单元动作；以及

以电子控制单元确认该运转单元的输出状态，当运转单元无法提供扭力输出时，接通该继电器，并分离该些驱动单元离合器和分离该启动/发电离合器；当运转单元可提供输出扭力时，断开该继电器，并接合该些驱动单元离合器和接合该启动/发电离合器。

6.根据权利要求5所述的增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤前，更包含一将该继电器断开的步骤。

7.根据权利要求5所述的增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，该发动该发电单元以使该运转单元动作的步骤前或后，更包含一接合该驱动单元离合器步骤。

8.根据权利要求5所述的增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，更包含一判断该电动车一启动开关为断路状态时，断开该继电器并停止该运转单元动作步骤。

9.根据权利要求5所述的增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，该引擎的制动比油耗保持在300g/(kW.h)以下。

10.根据权利要求5所述的增程式电动车的能量控制方法，其特征在于，以电子控制单元确认该运转单元的输出状态的步骤前或后，更包含以电子控制单元确认该供电单元的电池残电量，当该供电单元的电池残电量高于一低电量值时，分离该启动/发电离合器，当该供电单元的电池残电量等于或低于一低电量值时，接合该启动/发电离合器。

11.一种增程式电动车的动力系统，其特征在于，包含：

一引擎；

一电池系统；

多个附件系统，每一附件系统分别包含一机械驱动接口和一电力驱动接口，该机械驱动接口对应一附件离合器及/或多个机械驱动接口对应一附件离合器，该些附件系统通过该些附件离合器与该引擎动作力连接或分离，该电力驱动接口对应一继电器，该些附件系统通过该继电器与该电池系统电性连接或分离，于同一时间，该些附件系统是择一驱动接口运作；

一发电单元，与该电池系统电性连接，并通过一启动/发电离合器与该引擎动作力连接或分离；以及

一电子控制单元，包含车辆状态的监控，且电性连接并控制该些附件离合器、启动/发电离合器及继电器。