TW201223076A - Method and apparatus to extend plug-in hybrid electric vehicular battery life - Google Patents

Description

201223076 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 I提案_^~舰命之裂置與方法，特別是 一種延長插電式混合動力車電池壽命之裝置與方法。 【先前技術】 目前已知的車輛能夠運用的動力源，有内燃機引擎(柴油、石 油、替代性燃油）、太陽能動力系統、電力驅動系統(燃料電池、鐘 電池)等。上述這些動力源中’有些動力效果佳、耐久性優，但卻 不符合觀需求’有侧是符合環保需求，但卻無法滿足車 駛需求。 以電動汽車與太陽能汽車為例，係不_内燃㈣擎，以符 合環保的概念。但實際上’電動汽車與域能汽車的能量密度較 低，功率密度也不能滿足駕驶人需求。因此，·完全以電動汽 車與太陽能汽車取代習__引擎喊車現階段衫可行的。 因此各大車廠在_無數㈣研倾，制雙動力源的混合動力 車便逐漸受到重視。採用混合動力的混合動力車不但動力效果 佳、耐久性優，也較符合環保需求。 舉湘言，由於純電動車的最大問題在於其續航力問題，意 即其在每次充電過後所能行駛的里程數有限。因此，習知更有發 展出L距式的電動車（Range_Extended/Extended以嗯辺⑽也 Vehicle) ’其係透過在純電動車的架構上進行改良，使車載電池電 力不足時’能夠對電池進行充電。因此，延距式的電動車解除了 純電動車續航力的限制，使其具有極大發展潛力。 201223076 針對電動車的電池進行充電之技術，習知存在許多作法。譬 如以美國專利第5495907號專·，其健引擎發賴連接至電 池裝置。當電池有需要充電時，使引擎發電機對電池充電。又譬 如美國專利第558麵號專利案，其電池裂置增設有充電狀態侦 測器。充電狀態侧⑽測電池電量，當電量不足時，控制引擎 作帶動發電機運作對電池充電。 △然而，當電池細舰耗找畢又進行充電至飽和的反覆狀 態下’對電池本身的使轉命會大打折扣。且f知聽針對此問 題而提出較佳的電絲護措施，如此―來，將使得延距式電動車 的電池容㈣關題而需日辣替換，也相對造成延距式電動車的 耗材成本增加，獨料f者的f睐。 【發明内容】 車上的問題’本提案在於提供—觀長插電式混合動力 耗二lit裝置與方法’藉以解決先前技術所存在電池因歷經 之問^。彳戍電雜和狀覆狀訂，*造成電池壽命減低 包含之延長插電式混合動力車電池壽命之装置，其 發電機組、一馬達、一蓄池、一— -第二自動切換—動切換裝置、 機組，_⑽ 纟、私制早兀。馬達紐連接引擎發電 馬達及引擎電能至馬達。蓄電池分別電性連接於 間，第-自動且—自動切換裝置輕設於馬達與蓄電池之 的電性連接第錄置受驅動而導通或者切斷蓄電池與馬達之間 弟-自動切換裝置減於引擎發電機組與蓄電池之 201223076 通:者__電機組m 達、第一自動切m置及第二自動:換===電機組、馬 電量及效率值驅動楚“ 的一效率值，並根據殘餘 本提 法，其步驟包含私—延長插㈣以合動力車電池壽命之方 接著經由系統控制單元離動第地壽命之裝置。 引擎發電機組之間的電性連接，並、^制：：切斷蓄電池舆 池供電^達以^蓄電池與馬達之間的電性連接，藉此由蓄電 否小於ϋ Γί由錢控制單糾斷#電池的殘餘電量是 ㈣口: 7電池物綠電量大料等於預設值，則 當下料插電式混合動力車電池壽命之裝置維持 元判斷㈣t自肩殘餘1量小於預設值，則經由系統控制單 電機組的效於-預_值。若引擎發 動第-自__置駄辭值，_㈣統控制單元驅 、、置’以切斷蓄電池與馬達之間的電性連接，以 引;發ί:=ΐ:.Γ第二1動切換裝置，以導通蓄電池與該 組對馬達㈣ 並經由系統控鮮元控㈣擎發電機 根據上述之延長插 ϋ藉由第一自動切換裝 切換裝置耦設於引擎發 電式混合動力車電池壽命之裝置與方法， 置耦設於馬達與蓄電池之間，而第二自動 電機組與蓄電池之間以調整彼此間的電性 201223076 連接關係。㈣綠㈣單元侧池的殘餘電量以及引擎發 電機組的效率值，以控制第一自動切換裝置或第二自動切換裝 置。如此-來’可避免電池賴式的被充f，以延長電池壽命， 並且可使引擎發賴組保持最佳效率狀態，以提升整體系統的效 • 率〇 ' ㈣本提案的特徵、實作與功效’脉合@式作最佳實施例 詳細說明如下。 【實施方式】 籲 請參照「第1圖」，「第丨圖」係為根據本提案—實施例之 延長插電式混合動力車電池壽命之裝置的結構示意圖。 本提案一實施例之延長插電式混合動力車電池壽命之裝置， 其包含一引擎發電機組15、一馬達40、一蓄電池3〇、_第一自動 切換裝置32、一第二自動切換裝置33及一系統控制單元5〇。其 中’引擎發電機組15係包含引擎10與發電機20，引擎1〇及發電 機20相連接或嵌接，引擎10提供動能以驅使發電機20發電。本 鲁實施例中，引擎1〇係可直接帶動發電機發電，因此可提高引擎發 電機組15的發電效率。此外，本實施例之蓄電池30也可係以其 他可供給及儲存電能之裝置替代。其中’蓄電池30具有一殘餘電 i比值(State Of Charge，SOC)，意即蓄電池30的殘餘電量除以装 電池30的滿電量之百分比。 馬達40電性連接引擎發電機組15的發電機20，弓丨擎發電機 組15可經由系統控制單元50來控制是否提供電能至馬達4〇。共 電池30分別電性連接於馬達40及引擎發電機組15的發電機2〇, 201223076 蓄電池30可儲存引擎發電機組15所提供之電能。並且，蓄電池 30也可以提供電能至馬達40。更進一步地說，馬達4〇係可接受 引擎發電機組15或是蓄電池30所提供的電能而運轉。其中，引 擎發電機組15具有—效率值，意即引擎發電機組15實際輸出之 功率除以引擎發電機組所輸入之功率之比值。當引擎發電機組 15處於一最佳效率值時，可使整個系統處於高效率狀態。 第一自動切換裝置32耦設於馬達40與蓄電池3〇之間，第一 自動切換裝置32可受驅_ _或者靖f電池3()與馬達4〇之 間的電性連接關係。當第—自動切換裝置32導通蓄電池3〇與馬 達40之間的電性連接關係時，蓄電池3〇輪出電能至馬達奶。、复 ㈣切換裝.置32也可以是其它凡缺供高神切換之裝 ，二如=率繼電器或者是被電腦所執行程式之相_體。 弟:自^财置軸設則擎發電機組15鮮電池％之 15盘蓄電.、也^錄置％可t轉轉通或者切_擎發電機組 通引 電機―電能 中，第二自動偷㈣ 畜電池3G進行充電。其 置，譬如糾^可叹紅凡缺供高功率切換之裝 系統之相驗體。 第一自動切換裝置％及^二擎發電機組丨5、馬達务 可偵測及判斷蓄電.、也％ . 、<置33。系統控制單元50 效率值。系統控制單引擎發電機組15的 @電池30的殘餘電量比值及引 201223076 值，來適當的控制驅動第—自動切換裝置32 驅動第與馬達40之間的電性連接關係’以及控制 自動切換裂置33導通或切斷引擎發電機級15鮮電、、也 30之間的電性連接關係。藉由系統控制單元％電二的 -殘餘電量比值及弓丨擎柯舰15心心,* 電的 置32及第-“ 來驅鱗—自動切換裝 _置^及第一自動切換農置33,即可達到維持系統於高效率狀能並 命之錢的控财魏行酬。 動力車電“ 圖」請圖」、「第2B圖」、「第冗圖」及「第3 :」 °」係為根據本㈣—實麵之延長插電式混合動 力車電池哥命之裳置的供電狀態圖，「第zb圖」係 另-實^之物#执_力車電池壽命^能 圖，「第2(：圖」係為減太接安$ _ 1幻供冤狀態 力車電㈣ 再—狀賴_式混合動 力車電池可βρ之破置的供電狀細，「第3圖」係 -貫施彳=之延長插電式混合動力車電池壽命之方法的流程圖。木 驅動3自狀態，即經由系統控制單元％ 、裝置33 _，以切㈣電池 =:_，系軸單一第= =置，《料f科3()鶴達4(^f摘電 二由畜電池30供電給馬達4〇(叫如「第2A圖」 错 =統㈣單元5G啟動—魏麵電量 者 制早元50判斷蓄電池3。的殘餘電量比值是 ::， 如郷剛。若系統控制單元5〇判斷出蓄電池3 以 201223076 2或等於預設靖如·)，_由祕控 持於f統初始條件且進行系統後續運作。 使系統保 '°30 m^hrnMtrn 斷機制=則錢㈣單元5_—__組最佳效率判 3'思、P系統控制單元50接著判斷引擎發電機組b的效率 大於一預定效率值(此預定效率值意指最佳效率值XS3〇〇)。 若=統控制單元50判斷出引擎發電機組15的效率值小於或 於預定效率值(最佳效率值）’則經由系統控制單元5G驅動第1 自動切換裝置3_，以切斷蓄電池3G與馬達奶之間的^連 接=即’蓄電池30不供電給馬達4〇。並且，經由該系統控制單 =〇购第二自動切換裝置33開啟，以導通蓄電㈣與引擎發 電1且15間的紐連接。意即，引擎發電機組15 _對蓄電池 進仃充電(S400)。並同時經由系統控制單元5〇控制引擎發電機 組15開始對馬達40進行供電_)，如「第2B圖」所示。如此

一來’引擎發電機組15關時供電給馬達4G 使得引擎發電機組15的效率值得以提升上來。萄電充電 若該引擎發電機組15的效率值大於預定效率值(最佳效率 值）版由系統控制單元5〇驅動第一自動切換裝置刻閉，以 _蓄電池30與馬達4〇之間的電性連接脚〇)。由系統控制 早控制引擎發電機組15調配輸出功率而對馬達4〇進行供電 (S320)，如「第2C圖」所示。 接著，系統控制單元5G啟動—耗能判斷機制，即經由系統控 制單元5〇判斷引擎發電機組的輸出功率是否等於馬達㈣消 201223076 耗功率(s·。若引擎發電機組 τ, Β, 勒3出功率不等於馬達40的消 ^率時’貞_步驟卿)。經由她制單 電機組15調配复輪屮从.玄士 χ3丨， 才工制W擎么 、， 率’直到引擎發電機組I5的輸出功率箄 於馬達40的消耗功率為止。 .設值阐時’作為進行充放電的標的。如此一：= 技術隨機的對蓄電池3〇充電， B ii r, , 日頁冤池3〇的使用哥命。並 ，猎由系、、输解元％ __電额 而採取因應手段，可確保引擎 ]取住政羊值

At Μ電彳驗b可維持於高效率的壯 悲’以提升系統效率。. 手0狀

請參照「第4A圖」及「第4R 本接幸另弟4B圖」’「第4A圖」係為根據 2 = 長插電式混合動力車電池壽命之裝置的- 圖㈣圖」料寬域電源調節爾路結構圖。· 本貫施例之結構與「第丨圖者 由於 異處加以說明。 3 之結構相似’因此之針對相 八―士提案之延長插電式混合動力車電池壽命之裝置，更可以包 3 -處源調節器22。寬域電源調節 15與馬達40之間，寬域電源⑽” / 料職技 ’、凋即斋22係包含一橋式整流哭％ 及電容60,其電路圖如「第4B圖」所示。 “。70 由於引擎發電機組I5所輪出的電能之電壓不穩定，若直接輪 入至馬達40，得馬達4(U_效林佳(如魏細γ 因此，本實施例藉由寬域電源調節器22的設置，引擎發電機二 的輸出電壓經過整流調變而呈穩定的電壓輸出。如此將可將確保 201223076 良好 輸入至該馬達4G的電能之賴為穩定狀態，以提供馬達4〇 的運轉品質。 清參照「第5圖」’「第5圖」係、為根據本提案再一實施例 之延長插電式混合動力車電池壽命之裝㈣結構轉圖。由 實施例之結構與「第4A圖」實施例之結構相似，因此之針對相里 處加以說明。 、 本提案之蛛滅錢合動力車f池壽命之裝置，更可 含一引擎控制單元11 一發電機控制單元2卜-電池控制單元31 以及-馬達控制單元4卜其中，引擎控制單元^輛設於引擎扣 與系統控鮮元5G之間。發電機控制單元㈣設於發電機如與 系統，制單元50之間。電池控制單元幻轉設於蓄電池％與系統 控制早兀50之間。馬達控制單元41麵設於馬達4〇與系統控 元50之間。 子 在「第4A圖」實施例當令，系統控制單元5〇係需判斯、卢 理、膽及控制所有70件的狀態及運作，因此系統控制單元知必 需要有尚性能的處理晶片，如此將增加整體系統裝置的成本。因 此，本實施例藉由引擎控制單元„、發電機控制單元21、電池抑 制單元31以及騎控鮮元Μ的設置，可分擔线㈣單元 的工作處理量。如此將可降低“使用的等級，以節省整體 裝置的成本。 ~ 根據上述之延長插電式混合動力車電池壽命之裝置與方法 係藉由第一自動切換裝置耦設於馬達與蓄電池之間，而第二自動 切換裝置耦設於引擎發電機組與蓄電池之間以調整彼此間的 '--t* 12 201223076 連接關彳τ、，1由系統控鮮元侧電池的殘餘電量以及引擎發電 效率值、’,以控制第—自動切換裝置及第二自動切換裝置開 ，疋關閉’亚搭配本實施觸控制方法。如此—來，可避免如 習知技觸機的對蓄電池進行充電，而影響蓄電池的使用壽命。 並且，精由系統控制單元判斷引擎發電機組的最佳效率值，而採 取因應手段，可確剌擎發賴組可維持於高效率離態，以提 升整體系統效率。

雖然本提案以前述之較佳實關揭露如上，然其並非用以限 定本，案，任何蝴目像技藝者，在视離本㈣之精神和範圍 田可作—权更動與潤飾，因此本提案之專娜護範圍須視 本說明書·之申請專利範_界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係為根據本提案一實施例之延長插電式混合動力車電 池壽命之裝置的結構示意圖。 第从圖係為根據本提案一實施例之延長插電式混合動力車 電池哥命之裝置的供電狀態圖。 第2Β，係為根據本提案另一實施例之延長插電式混合動力 車電池哥命之裝置的供電狀態圖。 第2C _為根據本㈣再-實關之延長插電式混合動力 車電池壽命之裝置的供電狀態圖。 弟士3圖係為根據本提案—實施例之延長插電式混合動力車電 池哥命之方法的流程圖。 第4Α圖係為根據本提案另一實施例之延長插電式混合動力 13 201223076 車電池壽命之裝置的結構示意圖。 第4B圖係為寬域電源調節器的電路結構圖。 第5圖係為根據本提案另一實施例之延長插電式混合動力車 電池壽命之裝置的結構示意圖。 【主要元件符號說明】 10 引擎 11 引擎控制單元 15 引擎發電機組 20 發電機 21 發電機控制單元 22 寬域電源調節器 30 蓄電池 31 電池控制單元 32 第一自動切換裝置 33 第二自動切換裝置 40 馬達 41 馬達控制單元 50 系統控制單元 60 電容 70 橋式整流器 14

Claims (1)

1. 201223076 七、申清專利範圍： 1. 一種延長插電式混合動力車電池壽命之裝置，其包含： 一引擎發電機組； 一馬達，電性連接該引擎發電機組，該引擎發電機組可提 * 供電能至該馬達； 一蓄電池，分別電性連接於該馬達及該引擎發電機組； 一第一自動切換裝置，耦設於該馬達與該蓄電池之間，噹 第一自動切換裝置受驅動而導通或者切斷該蓄電池與該馬達 之間的電性連接； 一第二自動切換裝置，耦設於該引擎發電機組與該蓄電池 之間，該第二自動切換裝置受驅動而導通或者切斷該引擎發 機組與該蓄電池之間的電性連接；以及 x -系統控解it，電性it接該引擎發電機組、該馬達、1 ，二動_裝置及該第二自動切換裝置，該系統控制單“ 斷該蓄電池的-殘餘電量以及該引擎發電機組的—效率值，並 辑—自軸_該第 詈第-1項所返之延長插電式混合動力車電池壽命之裝 該馬達斷該引擎發電機組的—輸出功率與 該引擎發電機組該輪出功率與該消耗功率而調整 3.:請=」：?_電式混合動力車電池壽命之裝 s-源凋即态，該寬域電源調節器耦設於該引 201223076 擎發電機組與該馬達之間，以穩定自該引擎發 馬達的電壓。 询卬主該 4.=第1項所述之延長插電式混合動力車電池壽命之事 置、=中該引擎發電機組包含—引擎及—發電機，該引擎及二 ==相連接或嵌接’該發電機電性連接該馬達及該蓄電二 .十項第4項所奴延長插電式混合動力車電池壽命之農 =更=含-發電機控制單元及—引_單元，' 制早端設於該發賴與鱗勘鮮元 術: 元耦設於該引擎與該系統控制單元之間。 °" 卫制早 I := 1項所述，電式混合動力車電池壽命之裝 該系統制單一馬達控制㈣設於該馬達與 7H鄉1項所述之延長插電式混合動力車電池壽命之 置，更包含一電池控制單元，亨— ^ 與該系統控制單元之間。μ電私制早凡輕設於該蓄電池 8. —種=電式混合動力車電池壽命之料，其步驟包含： 之裝置Γ如清求項第1項之延長插電式混合動力卓電池壽命 &電ιΓ咖湖單元物彡第：自動㈣跑，以切斷該 :元馳發電機組之間的電性連接，並經由該系統控制 的電性連ί第一自動切換裳置’以導通該蓄電池與該馬達之間 _連接’精此由該蓄電池供電給該馬達； h系、’先控制單元崎該蓄電池的朗餘電量是否小 201223076 於一預設值； /若該蓄電池的該殘餘電量大於或等於該預設值，則經由該 系統控制單元使該延長插電式混合動力車電池壽命之裝置維 持當下狀態； . 右該蓄電池的該殘餘電量小於該預設值，則經由該系統控 • 鮮元觸糾擎發電機組的紐率值是否大於-預定效率 值；以及 右遠引擎發電機!且的該效率值小於或等於該預定效率 值#則經由该系統控制單元驅動該第一自動切換裝置，以切斷 «玄蓄電池與該馬達之間的電性連接，以及經由該系統控制單元 驅動4第—自動切織置，以導通該蓄電池與該引擎發電機組 間的電I·鱗接，使刻擎發電機崎該蓄電池進行充電，並經 由該系統控制單元控制該弓I擎發電機組對該馬達供電。 如月长項第8項所述之延長插電式混合動力車電池壽命之方 法，其步驟更包含： 右』擎發電機組的該效率值大於該預定效率值，則妳由 該系，控制單元驅動該第—自動切換裝置，以切斷該蓄電麟 接，並__控制單元控物擎發 增池壽命之方 是否統控制單元_該引擎發電機組的—輪出功率 亥馬達的一消耗功率，若該引擎發電機組的該輪出功 201223076 率不等於該馬達的該消耗功率’則調整該引擎發電機組的該輸 出功率，直到該引擎發電機組的該輸出功率等於該馬達的該消 耗功率。 18