TW201442897A - 混和電動車 - Google Patents

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TW201442897A
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Laverne Andrew Caron
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Fairfield Mfg
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Abstract

一種混合動力電動車，包括一高電壓直流匯流排和一內燃機。該內燃機係以機械方式耦合到一個非自激式發電機/電動機，其較佳地是一開關磁阻機器。一電力變頻器將該高壓直流匯流排，以電力和雙向的方式，耦合至非自激式開關磁阻發電機/電動機。前軸與後軸雙DC-AC變頻器，以電力和雙向的方式，將兩牽引交流非自激式開關磁阻電動機/齒輪減速器耦合至高壓直流匯流排，以用於使車輛移動並用於再生電力。一超級電容器耦合到高壓直流匯流排。一插入一低壓電池和該高壓直流匯流排之間的雙向DC-DC轉換器，將能量傳輸到高壓直流匯流排和超級電容器，以確保該非自激式開關磁阻發電機/電動機在電動機模式下能夠起動引擎。

Description

混和電動車
本發明係有關混合動力電動車之範疇。
混合動力電動車技術係用於改進所有車輛種類之效率，包括輪式裝載機、前卸式裝載機、挖土機、雙用機、噴霧車、以及各類型需要增進環境與經濟效益之休旅車。
本發明的輪式裝載機是使用一種串連的電力混合動力，使用四具交流非自激式開關磁阻牽引電機/發電機，以推動車輛，並從該輪式裝載機的動能和位能再生電力。另一種選擇為，僅有一個牽引電動機/發電機可直接使用，但它不一定必須是一開關磁阻牽引電動機/發電機。此外，該輪式裝載機包括一非自激式開關磁阻發電機/電動機，其提供主要電源給該輪式裝載機，用於該輪式裝載機的操作。一個超級電容器組被用來存儲再生能量，因為雖然產生的能量不是很大，但其週期數卻非常高(每分鐘4~8個週期。)
開關磁阻(SR)技術可做為一種較佳地選擇而使用於交流牽引電動機上，因為其具有廣泛恆定功率範圍、良性的故障模式、成本低、耐用性和設計靈活性。基於同樣的理由，理想地與較佳地，也應使用該開關磁阻(SR)技術於發電機/電動機之上，以提供主要電源給該發電機。然而，與IPM(內藏永磁)發電機不同 的是，SR(開關磁阻)發電機並非自激式。這是一個可取的容錯特色，但前提必須是讓系統功能正常地操作。若干初始量之電力必須提供，以起動開關磁阻發電機發電，否則該系統將無法操作/發電。如果一系統具有一高電壓電池組，其可以被用來提供該開關磁阻發電機所需的激勵能量。然而，如果是在使用超級電容器的情況下，則有無足夠能量可使用的情況即有可能發生，例如，在初始安裝階段、維修之後，或一段長期停機之後，都可能會發生這種情況。
不論所使用的發電機技術為何，最好是利用發電機來啟動內燃機。如此可簡化系統，免除起動器及相關之磁閥與佈線。它亦可使啟動-停止之操作更加實用，因為典型的直流刷式起動器電動機、磁閥及環形齒輪之設計無法用於承受多次啟動-停止操作。該開關磁阻發電機/電動機相對於傳統起動器而言，為較大型的機器，並且能提供更高的啟動轉矩與轉速，全時耦合亦是較理想的，因為無需處理小齒輪與環形齒輪的嚙合。
該超級電容器組可用於提供引擎啟動能量，然而有些時候，例如初始安裝階段時，該超級電容器組可能被放電。因為需要非常高的電壓(“>500伏電壓”)，所以直接“快速起動”超級電容器組的方式是不實際的。
上述問題的解決方法(用於開關磁阻(SR)激發及引擎啟動)是提供一適度低之電力(例如5kW)DC-DC轉換器，將能量從車輛的12或24伏電池傳輸到超級電容器組。如果該12或24伏電池放電，則“快速啟動”可被應用在12或24伏系統。此法之另一優點是可以長期使用此相對低電力水平來處理能量傳輸。因此，在微弱電池不能提供足夠電力以起動引擎的情況下， 它可以提供足夠電力，充電超級電容器組到一定程度，以便很容易起動引擎。這種方法也提供了超級電容器組和電力變頻器直流母線電容器組此兩者之預先充電的機制，而不需要特別安裝接觸器和電流限制預先充電電阻器。
因為在所引用的低電力水平對超級電容器組進行充電可能需要一或兩分鐘，此方法若使用於啟動車輛上，並非較佳選擇，而且僅能在逆境下使用。解決方法是確定在正常環境下，該超級電容器組在關閉系統之前已完全充電，一完全充電之電容器組通常可維持足夠啟動電荷約數星期。
傳統車輛之24伏電池使用一交流發電機充電。交流發電機相對較便宜但效率不良，且可靠度較差。若將DC-DC轉換器轉換成雙向，如此將能量從直流母線傳輸到24伏系統以維持其充電狀態，則可免除交流發電機之需要。這可以證明，使用DC-DC轉換器多數時間是用於24伏系統之充電，而非僅用於偶爾傳輸能量以充電超級電容器組。
本發明包括一種用於非公路應用之能量平衡程序。本發明將混合動力系統的總能量保持在一定水平，等於超級電容器組的最大能量存儲容量。例如，整個系統的能量等於超級電容器的實際能量、車輛中可回收動能、以及可回收輔助能量等三者的加總。
在使用以發電機模式操作的內燃機與非自激式開關磁阻之牽引電動機/電動機的情況下，則：如果車輛之動能較低(車輛不移動時)且液壓系統之位能較低(鏟斗下降時)，於是該超級電容器組應該充電到最大值；以及，如果車輛有可回收能量，則該超級電容器組的充電狀態應用盡到未來此能量可以回收之程 度。換言之，因為主要能量來源、發電機的關係，實際超級電容器能量等於超級電容器最大能量容量減去車輛動能以及減去可回收之液壓能量(配件能量)。
可回收壓能量=mgH其中m為鏟斗質量，g為重力加速度，而H為鏟斗高度。
使用此策略時，該超級電容器組維持之實際能量水平將與車輛速度平方之負值有關。當內燃機不轉動及車輛不移動時，該DC-DC轉換器維持超級電容器組充電狀態到一定水平，確保引擎需要時可以啟動。
該超級電容器組所需啟動引擎之能量水平可從引擎冷卻溫度而導出，範圍可從微溫引擎之14kJ至冷卻引擎之200kJ。兩種31(95AHr)24VDC電池之可用能量約為7MJ。一超級電容器組於800VDC使用1200法拉電容器儲存大約1.3MJ的能量足夠啟動一冷卻之內燃機。儲存之1.3MJ在使用700kJ之後，約700kJ可以用在低於500VDC之共同高壓直流匯流排的電壓。500VDC約為變頻器可操作之最低電壓。
本發明為一種混合動力電動車，包括一高壓直流匯流排與一內燃機，該內燃機係機械耦合到一最好是開關磁阻機器之非自激式發電機/電動機。一電力電頻器以電力及雙向方式耦合高壓直流匯流排至非自激式開關磁阻發電機/電動機。前後車軸雙DC-AC變頻器以電力及雙向方式耦合二個牽引交流非自激式開關磁阻發電機/電動機/齒輪減速器至高壓直流匯流排，以移動車 輛與再生能量。一超級電容器耦合至高壓直流匯流排，本文使用的超級電容器與超級電容器組之名詞係表示同一物件，亦即，“超級電容器”與“超級電容器組”所指的意思是相同的且彼此可以互用。一雙向DC-DC變頻器插入於一低壓電池與高壓直流匯流排之間，以轉換能量至高壓直流匯流排與超級電容器，確保以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機可以啟動內燃機。
一種電力串聯式混合動力車，包括一提供電力到車輛用於推動及操作的非自激式發電機/電動機以及一高壓直流匯流排。該非自激式發電機/電動機最佳為一開關磁阻發電機/電動機，可在發電機或電動機模式下操作；一複數車輪動力此車輛，由一個或多個非自激式交流牽引電動機/發電機動力車輛，一個或多個小型雙變頻器以雙向方式在高壓直流匯流排與一個或多個非自激式交流牽引電動機/發電機之間傳送電力至分別固接之一個或複數車輪。該小型雙變頻器與相關之非自激式交流牽引電動機/發電機配置成在以發電機模式或電動機模式操作。非自激式交流牽引電動機/發電機結合車輪之配置提供動力與再生制動，非自激式交流牽引電動機/發電機最佳為可在發電機或電動機模式操作之開關磁阻發電機/電動機。一內燃機耦合至非自激式發電機/電動機，用於提供電力至車輛供其推進與操作。非自激式發電機/電動機耦合到一電力變頻器，該電力變頻器以雙向供應電給高壓直流匯流排，並且從高壓直流匯流排接受供電。當非自激式發電機/電動機以發電機模式操作時，變頻器亦供電至高壓直流匯流排；並且當非自激式發電機/電動機以電動機模式操作時，該變頻器供電至非自激式發電機/電動機。一超級電容器組 以電力方式耦合至高壓直流匯流排。當以電動機模式操作時，超級電容器組從非自激式交流牽引電動機儲存再生能量，而且，該超級電容器組供應能量到與耦合於以電動機模式操作的非自激式發電機/電動機的變頻器，以啟動引擎。該電力串聯式混合動力車亦包括至少一個12至24伏直流電池的傳統低電壓系統，一雙向DC-DC轉換器被用於將電力傳輸在12或24伏直流電池與超級電容器組之間，目的是預先充電該超級電容器組以啟動內燃機，並且在引擎起動之後維持12至24伏直流電池的充電狀態。視需要，電力串聯式混合動力車包括一電阻器組，其中該電阻器組消散來自以發電機模式操作的非自激式交流牽引發電機/電動機過剩之再生能量。更進一步視需要，該電力串聯式混合動力車包括一以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機，藉由一引擎壓縮制動器的操作，逆向驅動內燃機引擎，以消散來自車輛之過剩動能。在電力串聯式混合動力車當中，該非自激式發電機/電動機是車輛的主要電力來源。
本發明的另一實施例包括由一高直流電壓匯流排與一內燃機構成之一種混合動力電動車。該非自激式發電機/電動機最佳為一可在發電機或電動機模式操作之開關磁阻發電機/電動機。該內燃機驅動一提供能量至高壓直流匯流排之非自激式發電機/電動機。一後軸小型雙向雙DC-AC變頻器驅動二交流牽引電動機/發電機/齒輪減速機以移動車輛與從再生制動重新取得能量；一前軸小型雙向雙DC-AC變頻器驅動二交流牽引電動機/發電機/齒輪減速機以移動車輛與從再生制動取得能量。一超級電容器係電力方式耦合到高壓直流匯流排。一雙向DC-DC轉換器被插入於一12至24伏電池與高壓直流匯流排之間。該DC-DC轉換 器在12或24伏直流電池與高壓直流匯流排以及超級電容器之間傳送能量。一非自激式發電機/電動機係機械耦合到引擎，以啟動內燃機。該非自激式發電機/電動機最佳為一開關磁阻機器。 該超級電容器提供能量到耦合於發電機之變頻器，用於啟動內燃機。視需要，本實施例之混合動力電動車可包括一電阻器組與雙小型雙向DC-AC變頻器，包括整流裝置，用於再生能量及儲存該能量於該電池及/或該超級電容器。
本發明的混合動力電動車的另一種實施例，包括一高壓直流匯流排與一內燃機，該內燃機係機械耦合至一非自激式開關磁阻電動機/電動機。該非自激式開關磁阻電動機/電動機當作一發電機操作，以發電機模式供電。非自激式開關磁阻電動機/電動機當作一電動機操作，在電動機模式操作下接受電力。該非自激式發電機/電動機耦合到一電力轉換器。該變頻器雙向在高壓直流匯流排與非自激式開關磁阻電動機/電動機之間傳輸電力。一第一前方交流牽引電動機/電動機驅動一第一前輪，而此第一前方牽引電動機/電動機為一非自激式開關磁阻電動機/電動機。該第一前方交流牽引電動機/電動機提供推進及/或再生制動。一第二前方交流牽引電動機/電動機驅動一第二前輪。第二前方牽引電動機/發電機是一種非自激式開關磁阻電動機/發電機。第二前方牽引電動機/發電機提供推進及/或再生制動。一第一後方交流牽引電動機/電動機驅動一第一後輪。該第一後輪牽引電動機/電動機為一非自激式開關磁阻電動機/電動機。該第一後輪牽引電動機/電動機提供推進及/或再生制動。一第二後方交流牽引電動機/電動機驅動一第二後輪。該第二後方牽引電動機/電動機為一非自激式開關磁阻電動機/電動機。第二後方牽引電 動機/電動機提供推進及/或再生制動。一第一小型雙變頻器與一第二小型雙變頻器包含於本實施例中。第一小型雙變頻器係以電力與高壓直流匯流排連通。該第一小型雙變頻器電從高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動第一前交流牽引電動機/電動機與第一前輪。第一小型雙變頻器從高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動第二前交流牽引電動機/電動機與第二前輪。該第二小型雙變頻器係以電力與高壓直流匯流排連通。該第二小型雙變頻器從高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用以驅動第一後方交流牽引電動機/電動機與第一後輪。第二小型雙變頻器從高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動第二後方交流牽引電動機/電動機與第二後輪。一超級電容器組係以電力耦合至高電壓直流匯流排。該超級電容器組從第一小型雙變頻器儲存從第一與第二前方交流牽引電動機/發電機在一再生模式操作時供應的再生能量。該超級電容器組從第二小型雙變頻器儲存從第一與第二後方交流牽引電動機/發電機以再生模式操作時供應的再生能量。該超級電容器從電力變頻器儲存耦合到非自激式開關磁阻發電機/電動機的變頻器，當非自激式開關磁阻發電機/電動機在以發電機模式操作時。該超級電容器組供應能量給耦合至非自激式開關磁阻發電機/電動機電力的變頻器，當非自激式開關磁阻發電機/電動機以電動機模式操作時。以啟動內燃機之能量。一傳統低電壓系統其具有至少12或24伏電池與一雙向DC-DC轉換器一併被使用。該雙向DC-DC轉換器提升電池之電壓，並傳送電力於12或24伏電池與超級電容器組之間，以預先充電該超級電容器組而啟動內燃機。該雙向DC-DC轉換器遞減高壓直流匯流排之電 壓，以維持12或24伏電池在內燃機啟動後的充電狀態。視需要，該混合動力電動車可包括一電阻器組。該電阻器組可以從以發電機模式操作時的非自激式交流牽引發電機/電動機，消散過剩的再生能量；更進一步視需要，該發電機/電動機可用來在電動機模式下運行時，藉由一引擎壓縮制動器的操作，逆向驅動引擎，以消散來自車輛之過剩動能。在一混合動力電動車的本實施例中，該開關磁阻非自激式發電機/電動機以電力方式耦合到電力轉換器係為車輛主要之電能來源。
本發明的另一實施例為一種混合電力系統，包括一內燃機與一非自激式交流發電機/電動機。該非自激式交流發電機/電動機以一發電機或一電動機模式操作。一超級電容器組全時跨接至此高壓直流匯流排；一AC-DC變頻器從非自激式交流發電機/電動機將交流電轉換成直流電，以供應至此高壓直流匯流排與超級電容器組。裝置，用於充電該超級電容器組，從該傳統低壓車輛的直流電池，提供初始激發能量給以電機模式操作的該非自激式發電機/電動機，以起動該內燃機。該超級電容器組從該低電壓電池經足夠能量充電，使得該非自激式發電機/電動機可用於該電動機模式，以啟動該內燃機，從而取代傳統的低電壓引擎起動器。該用來充電超級電容器組裝置是一雙向DC-DC轉換器，其維持低電壓電池的充電狀態，從而免除傳統低電壓發電機之需要。此外，在本發明之實施例中，使用雙小型變頻器。一複數非自激式交流發電機/電動機各自與其提供的一個車輪互聯。視需要，一單個非自激式牽引發電機/電動機可以與一個車輪互聯使用。除腳踏車與摩托車之外，單輪驅動不太實際。使用單一牽引電動機設計的重點在於使用一傳統車軸，以提供 轉矩供至少兩個車輪端點之差異。
該雙小型變頻器跨接於該超級電容器組；該雙小型變頻器是雙向DC-AC變頻器，以及，該雙小型逆變器傳送能量至該超級電容器組並從該超級電容器組處接收能量，同時也傳送能量至該自激式牽引發電機/電動機並從該自激式牽引發電機/電動機處接收能量。視需要，於本發明之實施例中，該非自激式發電機/電動機係在電動機模式下運行時，逆向驅動內燃機引擎及一相關聯的引擎制動，以消散過剩的再生制動能量。在本發明之實施例中，該非自激式發電機/電動機為一開關磁阻機器。除了該非自激式發電機/電動機外，不同種類的發電機/電動機亦可以使用。更進一步，在一混合動力系統的本實施例中，在關閉引擎之前，該超級電容器組被驅動到一預定最大充電狀態，用於快速起動引擎，而不需要依賴在正常操作狀況下從該車輛低電壓直流電池的預先充電；更進一步，在一混合動力系統的本實施例中，該雙小型變頻器可視需要將超級電容器組部分能量充入非自激式牽引發電機/電動機的繞組當中，沒有任何動作，或者以充分足夠低動力操作避免動作、或藉由該非自激式牽引發電機/電動機以反扭矩來操作。
本發明的另一實施例，包括一種具有一控制器之混合動力電動車、一非自激式發電機/電動機機械互聯於該內燃機、一電力變頻器、以及非自激式發電機/電動機以電力與電力變頻器連通。該非自激式發電機/電動機可在發電機模式或電動機模式下操作。一超級電容器組與高壓直流匯流排互聯而且控制器控制電力變頻器。該超級電容器組充電到一可用的工作電壓，藉由該DC-DC轉換器的使用，從該低電壓電池傳送能量。該非自激 式發電機/電動機藉由控制器控制，並藉由該電力變頻器以該電動機模式驅動，當該超級電容器被充電到一可用電壓以起動該內燃機時。此外，一複數非自激式牽引發電機/電動機藉由第一與第二雙小型變頻器驅動包括在本發明的立即實施例。該第一與第二小型變頻器由控制器控制。該電力轉換器可以雙向供電；此外，第一與第二小型變頻器可以雙向供電。
該DC-DC轉換器為一4-埠裝置。其中兩條線(全時)平行跨接於12/24伏電池上，且另兩條線(全時)跨接於高壓匯流排上。如同一發電機，該DC-DC轉換器為一電流裝置。在回應車輛控制單元(控制器)的指令時，從電壓源之一取得電流，並將之送至相對的電壓源。在本實施例中，共有8個開關。不超過四個開關應該同時開啟(否則將造成損壞)。在待命模式時，所有開關會關閉。
該牽引電動機之控制純為反應駕駛員所需之牽引或制動，而非關於系統能量或直流母線電壓，但下列情況則為例外：1)相關之變頻器無法在若干最小值電壓之下操作(例如500V)，因此如果這種情況發生時，電動機將停止操作；2)如果直流母線電壓超過900伏時，該超級電容器組與電力轉換器將遭受損壞，因此再生能量之供應必須停止在若干較高的電壓值。
該混合動力控制器將控制發電機變頻器，以提供電流給直流母線匯流排，使得：1)該直流母線電壓保持高於變頻器之最小操作電壓；2)該超級電容器組的電壓保持越高越好(小於900V極限值是一安全餘量)，以便提供它保持充分存儲能力，以回收現存於車輛當中的任何動能或位能。這是因為較高的直流母線電壓將帶來更低的系統電流，從而降低損耗，因此較能提高系 統效率；3)該超級電容器組在引擎關閉之前已完全充電，這樣，即使該超級電容器過分放電，它們仍將有可能保持足夠的能量，以重新起動引擎。
本發明也包括一種用於控制一混合動力電動車的方法，包括設定該超級電容器組的最大允許能量含量容及設定高壓直流匯流排之最小電壓，接著，確定一超級電容器組是否有足夠能量以啟動一內燃機。本方法亦包括如果該超級電容器組無足夠能量啟動內燃機時，使用一DC-DC轉換器從一低電壓直流電池傳送能量至該超級電容器組。此外，方方法包括如果該超級電容器組有足夠能量啟動內燃機時，使用一非自激式發電機/電動機，在一電動機模式作下，以啟動內燃機。本方法的另外步驟需要計算混合動力電動車之可回收能量以及計算該混合動力電動車的超級電容器組中之能量。一旦計算確定之後，方方法要求確定是否該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於超級電容器組的一最大允許能量含量。
本方法更要求命令該內燃機切換到空轉，同時命令該操作於一發電機模式的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該已計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於超級電容器組的最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於超級電容器組的最大允許能量含量，起因於該混合動力電動車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於該超級電容器組之最大允許能量含量，於是關閉該內 燃機。本方法更進一步的要求該內燃機速度設定為最佳制動馬力單位耗油量速度，命令該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出最大的電力，如果該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於超級電容器組的最大允許能量含量。本方法還包括確定一制動指令是否存在，以及發送一負轉矩指令至非自激式牽引電動機，其成正比於該制動指令並且位於穩定限值範圍之內，如果該制動指令是確實存在。本方法更要求確定是否該高壓直流匯流排電壓係大於高壓直流匯流排最小電壓，如果該制動指令不存在。
接著，本方法要求如果高壓直流匯流排之電壓係不大於高壓直流匯流排之最小電壓，同時監控一加速器指令是否高壓直流匯流排係大於高壓直流匯流排之最小電壓，則將一零轉矩指令發送至非自激式牽引機電動機。更進一步，本方法要求確定是否該車輛速度係小於最大允許速度，而且如果車輛速度係不小於最大允許速度，則將一零轉矩指令發送至非自激式牽引發電機/電動機，如果換檔選擇器係位於前進檔，則將一正轉矩指令發送至非自激式牽引發電機/電動機，其成正比於該位於穩定限值範圍之內的加速器訊號。接著，本方法要求如果換檔選擇器不是位於前進檔，則將一負轉矩指令發送至非自激式牽引發電機/電動機，其成正比於該位於穩定限值範圍之內的加速器訊號。更進一步，該方法選擇非自激式牽引發電機/電動機最佳為開關磁阻機器。更進一步，本方法要求控制一混合動力電動車，其中其啟動內燃機的非自激式發電機/電動機最佳為一開關磁阻機器。視需要，用於控制該混合動力電動車的本方法係包括下列步驟：命令該內燃機切換到空轉，同時命令該操作於一發電 機模式的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該已計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於超級電容器組的最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於超級電容器組的一最大允許能量含量，起因於該混合動力電動汽車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於該超級電容器組之一最大允許能量含量，於是關閉該內燃機。
更進一步地，用於控制一種混合動力電動車的本方法係包括下列步驟：命令該內燃機切換到空轉，同時命令該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該已計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於超級電容器組的最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於該超級電容器組的一最大允許能量含量，起因於該混合動力電動車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於該超級電容器組之一最大允許能量含量，於是關閉該內燃機，與此同時，該雙小型變頻器將超級電容器組部分能量充入非自激式牽引發電機/電動機的繞組當中，沒有任何動作，或者以充分足夠低動力操作避免動作、或藉由該非自激式牽引發電機/電動機以反扭矩來操作。
更進一步，用於控制一種混合動力電動車的本方法，包括在關閉內燃機之前，啟動該超級電容器到一預定最大充電狀態，以用於快速起動引擎，而不需要依賴從該車輛低電壓直流電池的預先充電。
一旦出現一嚴重錯誤情形或為了維護與修理時，可能有必要迅速釋放能量儲存設備，如此人員不致於暴露在危險電壓之下。一簡單的釋放能量方法是持續地以單一相位在一電子機器中製造脈衝。該電磁場會校準該相位相關之極性，而轉子只會維持在該位置而無機械之動作。為更分散相位間之能量，同時啟動(使用脈衝)所有相位即可，在此情形一個相位試圖產生前進動作，另一個試圖產生相反動作，而第三個試圖將轉子固定在原位。許多電力被使用，但無實質移動。此可能會出現電動機與變頻器是在嚴重操作，但這只是非常短暫之時間。例如，假設該超級電容器組完全充電至1.2MJ而4個牽引電動機各散發2.5kW能量，則可能散發超級電容器組約1.2MJ/(4x2500 J-Sec)=120秒=2分鐘的放電。在其45kW與95%之持續速率，每個電動機通常散發2.27kW到它的冷卻護套。該電動機亦需要以較快的一分鐘3.25kW之速率散發。該發電機可以相同方式使用。
該非自激式發電機、超級電容器組及雙向DC-DC轉換器可以與一單獨牽引電動機使用而驅動傳統、差異設置之車軸。技術上該牽引電動機無關是何種電氣機器，只要此機器符合轉矩、功率與速度之要求。他們可以是自激式(如內藏永磁(IPM)電動機)或非自激式以及交流式或直流式者。每當牽引電動機當作發電機運作，則該車輛已經移動。因此系統中有許多地方 有充沛能量，如有需要可以提供激發能量。
非自激式牽引電動機迷人的原因之一是他們有一個非常寬廣的恆定能量帶，因此更能符合其需要之表現規格。使用磁鐵之電動機在一有效之方式中，當速度增加時可產生更多反電動勢(EMF)，而此可能阻止其達到更高速度，除非使用某種場勢削弱機制。永久磁鐵電動機亦有不受歡迎之失效模式，同時在製造與維護時，比ACI與SR機械較無可塑性。
本發明之一目的為使用該雙小型變頻器將超級電容器組部分能量充入非自激式牽引發電機/電動機的繞組當中，沒有任何動作，或者以充分足夠低動力操作避免動作、或藉由該非自激式牽引發電機/電動機以反扭矩來操作。
本發明之進一步目的為一種非自激式磁組發電機/電動機，在電動機模式下操作，與一雙向電力轉換器組合起來使用，提供主要電能源到混合動力電動車。
本發明之進一步目的為使用一種複數牽引交流非自激式開關磁阻發電機/電動機，在電動機模式下操作，以提供推進用於混合動力電動車的車輪。
本發明之進一步目的為使用一種複數牽引交流非自激式開關磁阻發電機/電動機，在發電機模式下操作，且連結前方與後方小型雙軸變頻器，從儲存於移動混合動力電動車的動能提供電力再生。
本發明之進一步目的為提供一種超級電容器，其與一DC-DC轉換器組合起來從一低電壓電池接受能量，當跨接於超級電容器的電壓過低時，用於啟動內燃機。
本發明之進一步目的為提供低電壓電池的充電裝置。
本發明之進一步目的為提供一DC-DC轉換器從高壓直流匯流排將電壓遞減至電池電壓水平。
本發明之進一步目的為控制高壓直流匯流排之電壓至高於一最小電壓水平。
本發明之進一步目的為藉由計算車輛中可回收能量及藉由計算超級電容器組的能量，以保持總合併能量小於超級電容器所需容量之方式，以提供超級電容器組儲存再生能量之能力。
本發明之進一步目的為藉由計算車輛中超級電容器組可回收能量，及計算超級電容器組中之能量，以及控制超級電容器組中由於在電動機模式下操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機合併雙向電力轉換器之能量，以提供超級電容器組儲存再生能量之能力。
本發明之進一步目的為藉由控制超級電容器組中由於在電動機模式下操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機，合併雙向電力轉換器之能量，以提供超級電容器組儲存再生能量之能力。
本發明之進一步目的為提供一種裝置與方法，供使用一非自激式發電機/電動機做為系統發動電動機，但無高電壓電池組。
本發明之進一步目的為提供一種裝置與方法，供使用一非自激式開關磁阻發電機/電動機做為系統發動電動機，但無高電壓電池組。
本發明之進一步目的為提供一種具有能力啟動內燃機，即使其已長期靜止及/或不動及/或引擎從未被啟動之混合動力電動車。
本發明之進一步目的為提供一種高效能之混合動力電動車。
本發明之進一步目的為提供一種超級電容器與一種電氣車輛 控制系統，而其可回收之能量數量儲存於超級電容器中，且因為內燃機所屬的能量得以控制，以便提供足夠能量在時間上儲存動能。
本發明之進一步目的為提供混合動力電動車的一種控制系統，其操作車輛可容忍的瞬時變動(車輛之穩定性、震動、速度、加速度等等)。
本發明之進一步目的為提供一種具有協同優勢的雙小型變頻器，其協同優勢在於：兩變頻器能共用一冷板、一直流母線電容器組、母線、一外殼、一高壓連接器和佈線、以及若干低電壓電子產品。
這些本發明之進一步目的在參考圖面、發明說明書以及專利申請範圍後，當可完全了解。
熟知本技藝者當可認知本發明僅為列舉之實施例，而發明可以變更而不乖離專利申請之精神及範圍。
圖1A為一種混合動力電動車的概略示意圖100A，其說明的特徵在於：該超級電容器組104於該混合動力電動車長期停駛之後，被來自24伏電池107充電。圖1A至1H，使用了許多相同的元件符號，其具有相同之意義。一旦一元件與其符號經說明之後，通常在後續的圖中不會再次說明以避免重複。標號161表示一虛線，說明能量流沿著路徑161從低電壓電池107通經DC-DC轉換器106到超級電容器組104、雙向電力變頻器103及在電動機模式下操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機、並再流向內燃機101。DC-DC轉換器106能夠處理5kW之電力。如果充電該超級電容器組到一充分能量水平，正如通過該超級電容器/高壓直流匯流排之電壓所表示，則該以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102可以被操作，以保護該低電壓電池避免過電流情況發生。該超級電容器組104與高壓直流匯流排當實際上連接時，隨時位於相同電壓。該以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機機械耦合到內燃機101。參考標號163M是一示意性箭頭，表示經由該以電動機模式操作的開關磁阻發電機/電動機102而應用於內燃機101之曲柄軸的轉動能量。
在本件專利說明書中所用的術語，例如，“超級電容器組”104與“超級電容器”或“超電容器”等所指的意思是相同的。在本案的較佳實施例或實施例當中，該等超級電容器是以串聯方式安裝，以達到1200法拉的電容值。較佳地，該超級 電容器組具有超過儲存能量的一可接受的操作範圍。串聯後的電容值並不增加，串聯電容值的計算方法如下：
這是一項特別的構思：使得超級電容器可以並聯、串聯或並聯和串聯組合起來使用。此外，特別考慮到的情況是：電容值可以在位於1200-3000F的範圍內。圖4是一表示該超級電容器電壓401相對超級電容器總存儲能量402的曲線圖400。一代表電容值403之650F的線、一代表電容值404之1200F的線、一代表電容值405之1500F的線、一代表電容值之2000F的線、以及一代表電容值之3000F的線，皆表示在圖4當中。參考標號408表示該以500伏直流電操作的下部超級電容器，參考標號409表示該以800伏直流電操作的上部超級電容器。
如圖1A所示，所顯示的是一種其中有一內燃機101的非自激式開關磁阻發電機/電動機102。在此所使用的名詞：非“被自激式”(non-excited)與非“正自激式”(non-exciting)所代表的意思是一樣的，皆以非“自激式”統一表示。一雙向電力變頻器將電力連通103A至該高壓直流匯流排，並從高壓直流匯流排105接收電力。該開關磁阻發電機/電動機102產生交流電而雙向變頻器103轉換交流電而成直流電，且反之亦然。高壓直流匯流排105互相連接104A於超級電容器組104、DC-DC轉換器106、以及小型雙變頻器108、109。
第一小型雙變頻器108驅動直流開關磁阻電動機/發電機110、111，其以電動機模式操作用於驅動混合動力電動車之前輪。第一小型雙變頻器108亦可以從交流開關磁阻牽引電動機/發電機110、111在以發電機模式下操作時，接受能量。參考標號110A、111A表示該直流電開關磁阻電動機/發電機110、111 以及第一小型雙變頻器108之間的雙向電力或能量流動。參考標號112A、113A表示該交流開關磁阻電動機/發電機112、113及第二小型雙變頻器109之間的雙向電力或能量流動。
第二小型雙變頻器109驅動以電動機模式操作的直流開關磁阻電動機/發電機112、113，用於驅動混合動力電動車之後輪。第二小型雙變頻器109亦可以從該以發電機模式操作的交流開關磁阻牽引電動機/發電機112、113接受能量。
參考標號108A說明該高壓直流匯流排105與第一小型雙變頻器108之間的雙向互連。參考標號109A說明該高壓直流匯流排105與第二小型變頻器109之間的雙向互連。
圖1B為一種混合動力電動車的一概略示意圖100B，其說明的特徵在於：該電容器104被充分充電，並提供能量至該非自激式開關磁阻發電機/電動機102，以起動該內燃機。參考標號162M是用來識別從該超級電容器組104到交直流變頻器103，以及到該以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102的充電流。參考標號163M表示一示意性箭頭，表示經由該以電動機模式操作的開關磁阻發電機/電動機102應用於內燃機101之曲柄軸的旋轉能量。
圖1C為一種混合動力電動車的一概略示意圖100C，其說明的特徵在於：該內燃機101供電至該以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102，該發電機/電動機接著供電至超電容器組104、DC-DC轉換器及24伏電池107。參考標號163G是一示意性箭頭，表示該旋動能量由內燃機101之曲柄軸供應至該以發電機模式操作的開關磁阻發電機/電動機102。該內燃機101可以是一10.8公升柴油引擎。該以發電機模式操作的非 自激式開關磁阻發電機/電動機102可以是一227kW電機。參考標號162G表示從該以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102流向：DC/AC變頻器103、超級電容器組104、DC-DC轉換器106、低電壓電池107、小型雙變頻器108、109以及非自激式牽引電動機/齒輪減速器110、111、112及113之用於驅動該混合動力車車輪的充電流。該非自激式牽引電動機/齒輪減速器110、111、112及113用於驅動該混合動力車車輪可以是65kW開關磁組電動機皆概略地表示在圖1C當中。參見圖1D，為一混合動力電動車100D的概略示意圖，其說明的特徵在於：該內燃機101係正在供電至該以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102，該發電機/電動機接著供電至超電容器組104、雙小型變頻器108、109，該雙變頻器接著供電給該非自激式牽引電動機/發電機110、111、112、113及供到低電壓電池107的DC-DC轉換器106。參照圖1D，參考標號162G表示從該超級電容器及/或高壓直流匯流排到小型雙變頻器108、109，以及到該非自激式牽引發電機/電動機/齒輪減速器110、111、112及113之用於驅動該混合動力車車輪的能量流。該非自激式牽引發電機/電動機/齒輪減速器的固裝在於驅動混合動力車的車輪。齒輪減速是用來將來自牽引電動機之高速、低轉矩動力轉換成車輪端部的低速、高轉矩動力。
圖1H表示具有一協同優勢的雙小型變頻器，其協同優勢在於：兩變頻器能共用一冷板、一直流母線電容器組、母線、一外殼、一高壓連接器和佈線、以及若干低電壓電子產品。此共用結果將使得空間更緊湊與高效。
再次參照圖1D，參考標號163G表示來自藉由該非自激式開 關磁阻發電機/電動機102動力發電之內燃機所產生的交流電的機械旋轉能，在該處藉由該雙向電力變頻器103，該交流電被轉換成直流電。該直流電然後儲存於超級電容器組104及/或由車輛使用。如果直流電由車輛使用，則小型雙變頻器108、109轉換直流電為交流電以操作非自激式交流牽引電動機/發電機110、111、112、113，再轉動車輛。雖然未明確地在圖1D上以虛線表示，該DC-DC轉換器也可能正被使用於轉換高壓直流匯流排之較高電壓至低電壓直流電池充電。理想的高壓直流匯流排與超級電容器組之電壓應維持在500-800VDC之間。
圖1E為一種混合動力電動車的一概略示意圖100E，其說明的特徵在於：該再生電力正在被供應給超級電容器組104、DC-DC轉換器106、及低電壓電池107。參考標號162R表示虛線其代表從該非自激式交流牽引電動機/發電機110、111、112、及113至超級電容的電力流程。更確定的是，參考標號162R表示從該以發電機模式下運作的非自激式開關磁阻發電機/電動機110、111、112及113至小型雙AC/DC變頻器108、109、高壓直流匯流排105、以及超級電容器組104的充電流。如圖1E所列舉，該非自激式開關磁阻發電機/電動機102可以為正在運行及空轉。
如圖1E所示，再生能量儲存之空間必須是存在超級電容器組中。一電子控制器如圖3所示，控制該混合動力電動車之操作。圖3為一執行圖2和圖2A的控制策略的電路示意圖300。圖2和圖2A為一混合動力電動車之控制策略的示意圖200、200A。參考圖2，參考標號203代表一種詢問：「鑰匙是否在“啟動”位置？」。圈起的“A”為一端點，代表控制器301之輸入與輸 出，用以控制混合動力電動車操作的過程。DC-DC轉換器為一4埠裝置。其中兩條線跨過12/24伏電池平行連接(全時)，而另兩線段則跨過高壓匯流排連接(全時)。如同一發電機，該DC-DC轉換器為一電流裝置。在回應來自車輛控制單元的指令時，DC-DC轉換器從電壓源之一方取得電流並傳送到相對的電壓源。在本實施例中共有8個開關。不超過四個開關應會同時開啟(否則會造成損壞)。在等待的模式時，所有開關會斷開。該牽引電動機的控制完全地是回應牽引或制動的驅動者要求，而不考慮系統能量或直流母線電壓，但下列情況除外：1)相關的變頻器是無法在低於某些最小電壓(例如500V)下操作，因此如果此種情形發生，則電動機將停止操作；2)如果直流母線電壓超過900伏，該超級電容器組與電力變頻器將遭受損壞，所以再生能量之供應必須停頓在某些電壓上限。該混合動力控制器將控制發電機變頻器，以提供電流給直流母線匯流排，使得：1)該直流母線電壓保持高於變頻器之最小操作電壓；2)該超級電容器組的電壓保持越高越好(小於900V極限值是一安全餘量)，以便提供它保持充分存儲能力，以回收現存於車輛當中的任何動能或位能。這是因為較高的直流母線電壓將帶來更低的系統電流，從而降低損耗，因此較能提高系統效率；3)該超級電容器組在引擎關閉之前已完全充電，這樣，即使該超級電容器過分放電，它們仍將有可能保持足夠的能量，以重新起動引擎。
如果車輛不在轉動中，則該內燃機必須啟動。該控制器會詢問該超級電容器組能量之狀況，以確定在超級電容器組104中是否有足夠的能量205啟動內燃機。如果在該超級電容器組104 中無足夠的能量205以啟動引擎，於是前進到步驟210並且將能量(電荷)傳輸至超級電容器組104，以充電最佳到至少200V直流。參考標號211即指一條表示能量連通至超級電容器組之線，於此再次提出詢問是否有足夠能量205。更明確地的是，如果該超級電容器組中有足夠的能量205以啟動引擎，則前進到步驟203並將鑰匙置於啟動位置。一旦做出啟動指令時，即與內燃機做出傳達203Y以確定其是否在運轉204。如果內燃機是在運轉204Y，則做計算以確定在車輛207中之可回收能量；如果內燃機無運轉204N，則再次將鑰匙置於啟動位置，以試圖啟動內燃機101。
一旦確定在車輛207中可回收能量的計算作成，並傳達207A到下一個步驟208時，控制器會總計該可回收能量Er，到超級電容器組之能量以確定是否該總數係小於該超級電容器組208的最大允許能量數量。如果能量比較步驟208達成所要求的不等式，亦即該車輛可回收能量Er加上目前儲存於超級電容器組208中的能量Euc係小於該超級電容器組的最大允許能量Euc-max 208Y，則內燃機101設定成最佳制動馬力耗油量，並且由控制器命令214成最大的發電機102的電力。
如果能量比較步驟208無法達成所要求的不等式，亦即，該車輛的可回收能量Er加上目前儲存在超級電容器組的能量Euc係不小於在超級電容器的最大允許能量Euc-max 208N，於是該內燃機101被命令處於空轉，同時該以發電機模式操作的開關磁阻發電機/電動機的輸出被命令成零發電機電流。然後此狀況傳達216Y到控制器216Y並而混合動力電動車燒盡(消耗/消散)儲存在超級電容器104的能量。一等待時間217啟動以燃燒能 量。如果等待時間完結217Y而足夠的能量未被燒盡，則該內燃機關閉218。在等待期間，該控制器定期地檢查(取樣)資料，並做成能量比較步驟208。
參考圖2A，當該內燃機101設定成最佳制動馬力單位耗油量，且由控制器命令214成最大的發電機102動力時，該控制器傳達狀況215到下一步驟235，並且詢問：「制動指令是否已呈現221？」。當車輛操作員進行按下該混合動力電動車的煞車踏板時，該制動(煞車)指令已呈現。如果制動指令呈現221Y時，則前進到下一步驟227並且透過小型雙AC/DC變頻器108、109將一負轉矩指令227傳送至該以發電機模式運行的非自激式開關磁阻發電機/電動機110、111、112及113。
如果該制動指令不呈現221，則繼續進行下一步驟222：「是否直流母線電壓>直流母線最小電壓？」。該直流母線是高壓匯流排105。如果該直流母線電壓不大於直流母線最小電壓，則傳達此狀況222N，然後繼續下一步驟228，將零轉矩指令傳送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於該加速器信號和處於穩定限值範圍之內驅動車輛車輪。該直流母線電壓與高壓直流匯流排是同一件事。
如果直流母線電壓大於直流母線最小電壓227Y，則前進到下一步驟223並從電子控制器讀取加速器指令。接著，讀取換檔選擇器並詢問225：「車輛速度是否小於選擇器位置的最大速度？」。如果車輛速度不小用於選擇器位置225N的最大速度，則前進到下一步驟228並發送零轉矩指令到開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，以驅動車輛車輪。
如果該車輛的速度小於用於選擇器位置225Y的最大速度，則 前進到下一步驟226：「是否該混合動力電動車處於前進檔226？」。如果該車輛不處於前進檔226N，則前進到下一步驟230，並發送一負轉矩指令到該開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於加速器信號和位於穩定限制範圍之內驅動車輪，驅動車輛向後。如果該車輛係處於前進齒輪226Y，繼續進行下一步驟229，並發送一個正扭矩命令到該開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於加速器信號和位於穩定限值範圍之內驅動車輪，驅動車輛向前。
圖1F是一種混合動力電動車的一概略示意圖100F，其說明的特徵在於：該再生電力162R正在被提供給超級電容器組104及在電動機模式下操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102。參考標號162M表示從該超級電容器組104到DC-AC電力變頻器103及在電動機模式下操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102的充電流。參考標號163M是一示意性箭頭，表示由在電動機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機102將旋轉能供應給內燃機101的曲柄軸。
圖1F亦概略地說明一電阻器組190可換成190S互聯190A於高壓直流匯流排。電阻器組190視需要被包括，以便如果太多能量呈現時，可以輔助能量之排散。另外，電阻器組190輔助混合動力電動車之控制及穩定操作。圖1F亦說明附件180，如液壓系統，此可能促成能量的重新獲得。雙向附件變頻器185使直流電能夠轉換成交流電，反之亦然。電力連通線路180A及185A亦同樣示於圖1F中。
圖1G是一種不具一超級電容器組的混合動力電動車之示意圖100G，其中該低壓電池107係與一引擎起動器一起使用，用 於起動該內燃機101。參考標號171是一虛線，表示能量流沿高電壓直流匯流排105從該低壓電池107通過DC-DC轉換器106，並流經電力變換器103，將直流電轉換到交流電，用於驅動該以電動機模式操作之機械驅動和起動該內燃機101的非自激式開關磁阻發電機/電動機102。參考標號173是一示意性箭頭，表示藉由一機械偶合方式將能量供給內燃機101，用於起動之。
圖1H是具有一協同優勢的一種雙小型變頻器的一概略示意圖，其協同優勢在於：兩變頻器能共用一冷板、一直流母線電容器組、母線、一外殼、一高壓連接器和佈線、以及若干低電壓電子產品。共用將使得包裝更緊湊與高效。
在該混合控制器中的唯一實體輸出入裝置將是一對數據母線。所有控制將通過這些母線加以行使。各種控制連接可顯示在數據流和控制圖之上，但它們都是僅由透過該數據母線才存在。
參照圖3，一如本文所述的一電子控制器301控制該混合動力電動車的操作。圖3為一實施圖2和2A的控制策略的電路示意圖300。圖3表示該電流源的非自激式開關磁阻發電機102。圖3還表示作為電流源的該非自激式開關磁阻發電機110、111、112、113。負載320表示於圖3當中，代表推動該車輛及用於以該鏟斗提升負載所需的力量。從該混合動力數據母線310之輸入以及從車輛數據母線311的輸入表示在圖3當中。
各種算法可以在該控制器中被採用301。此外，從再生可使用之能量持續地被控制器監控及計算，因此從該非自激式發電機102輸出的能量數量可以減少。該控制器301包括輸出r1，其用於控制非自激式發電機102。該控制器301包括輸出r2，其用 於控制數個非自激式交流牽引發電機110、111、112、113。此外，從再生可使用之能量持續地被控制器監控與計算，因此從該非自激式發電機102輸出之能量數量根據控制訊號輸出r1可以減少。換句話，控制器之輸出，亦即輸出r1及輸出r2是為動力的輸出，其可以依據混合動力電動車之狀態持續地被改變。例如，當車輛移動並在鏟斗攜帶重物時，則車輛憑藉著其速度而具有動能，而且由於其升高載物而亦具有位能。在該超級電容器中可以產生空間儲存動能與位能，其中該控制器301預期車輛動能與位能之回收而減少該以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機102輸出r1之能量數量。
仍參考圖3所示，當車輛已經被長期靜止時或當車輛是全新時，電池107及DC-DC轉換器106對該超級電容器104進行充電，利用非自激式開關磁阻發電機/電動機102使車輛啟動。所用的低電壓電池能儲存該超級電容器可以儲存約6倍之能量。參考圖4，例如參考標號409表示約有1.2MJ可以儲存在跨過一800VDC 1200法拉的電容器。如果在800VDC使用一3000法拉的電容器，可儲存約2.8MG。該兩個較佳的低電壓電池107在24VDC可以儲存約7MJ之能量。
圖5為一曲線圖500，說明超級電容器可使用之能量501相對於充電時間502與一充電率5kW。參考標號504表示1200法拉電容器串的充電時間。特別地是，0.2MJ的可用能量於約120秒內被儲存在超級電容器104，且此能量之數值在內燃機冷卻時已足夠啟動內燃機。如果引擎是冷卻的，需要200kJ可用的能量以啟動引擎。參考標號503表示一650法拉電容器串的充電時間，參考標號505表示一1500法拉電容器串的充電時間，參考 標號506表示一2000法拉電容器串的充電時間，以及參考標號507表示一3000法拉電容器串的充電時間。
圖6為一曲線圖600，說明車輛速度601單位km/hr相對於動能602單位kJ的30,000公斤與40,000公斤車輛。參考標號603表示為30,000公斤車輛之曲線，以及參考標號604表示為40,000公斤車輛之曲線。參考標號605表示700kJ之動能儲存限值，亦即一電容器的總儲存能量之大部分，如圖4所見。
圖7為一曲線圖700，表示車輛速度702、操作時間701、以及再生能量狀況。參考標號713、714、715，及716代表能量再生的時間周期。特別地是，參考標號703代表一4秒時間間隔，在此時間週期703之部分，該車輛加速並達到車速12km/hr。之後，參考標號704代表當車輛從12km/hr減速至零km/hr時的一2秒時間間隔。在此兩(2)秒時間週期之期間，能量再生716，因為該車輛從12.0km/hr減速至0.0km/hr。當車輪驅動該以發電機模式操作的非自激式交流牽引發電機/電動機110、111、112，及113時，能量的再生發生。其他種類之牽引發電機/電動機可以如上述方式使用。
接著，參考標號705表示在零速度，用於快速加速一3秒週期。參考標號706是一4秒時間間隔。時間706之一部分是以反方向加速直到車輛速度達到10km/hr時。一旦車輛車速在一1秒的週期達到10km/hr，該車輛車速則維持在10km/hr於3秒鐘。接著，有一2秒時間間隔707，期間車輛從10km/hr減速至0km/hr。在此2秒時間週期707之期間，車輛從10km/hr減速到0km/hr而能量再生713。接著，有一4秒之時間週期708，其中2秒之週期加速至12km/hr。一旦車輛達到12km/hr的速度時， 即維持在12km/hr額外一2秒鐘。參考標號709是一2秒時間間隔，車輛從12km/hr減速至零km/hr。在此2秒時間週期之期間，車輛從12km/hr減速為0km/hr而能量再生714。
車輛一旦停止時，它將維持在額外2秒鐘710的靜止不動。其後，該車輛以逆向快速減速0.5秒鐘直到車輛速達到10km/hr之速度。參考標號710代表當車輛不動時的一2秒時間間隔。參考標號711是一4秒時間間隔，期間該車輛以10km/hr的速度作逆向移動。其後，再一次，以一2秒時間間隔712，該車輛從10km/hr減速為0km/hr，能量被回收/再生715。。
圖8為針對不同電力水平，超級電容器電壓813相對放電時間812的一半對數曲線圖800。參考標號801代表該最大安全電壓，而參考標號802是該最低正常工作電壓，該超級電容器可在其間電壓值範圍內操作。參考標號803表示在1kW從800VDC的放電時間，參考標號804表示在2kW從800VDC的放電時間，參考標號805表示在4kW從800VDC的放電時間，參考標號806表示在8kW從800VDC的放電時間，參考標號807表示在16kW從800VDC的放電時間，參考標號808表示在33kW從800VDC的放電時間，參考標號808表示在65kW從800VDC的放電時間，參考標號809表示在65kW從800VDC的放電時間，參考標號810表示在130kW從800VDC的放電時間，參考標號811表示在260kW從800VDC的放電時間。
100A‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該混合動力電動車長期關閉後，該電容器由24伏電池充電
100B‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該電容器經充分充電並供應能量到非自激式開關磁阻發電機/電動機，以啟動內燃機
100C‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該內燃機提供電力給以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機，該電機/電動機供電給超電容器組、DC-DC轉換器以及24伏電池
100D‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該內燃機正在供電給以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機，該發電機/電動機供電給超級電容器組、雙變頻器，該雙變頻器供電給牽引電動機及該充電低電壓電池的DC-DC轉換器
100E‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該再生電力正在被供應給超級電容器組、DC-DC轉換器以及低電壓電池
100F‧‧‧一混合動力電動車的概略示意圖，其中該再生電力正在被供應給超級電容器組及以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機
100G‧‧‧一種混合動力電動車無超級電容器組的概略示意圖，其中該低電壓電池與引擎起動器一起使用，用於啟動內燃機
100H‧‧‧具有一協同優勢的一種雙小型變頻器的概略示意圖，其協同優勢在於：兩變頻器能共用一冷板、一直流母線電容器 組、母線、一外殼、一高壓連接器和佈線、以及若干低電壓電子產品
101‧‧‧內燃機
101A‧‧‧在開關磁阻發電機/電動機102與內燃機101之間以電力連通
102‧‧‧非自激式開關磁阻發電機/電動機
103‧‧‧以發電機模式操作的交流變直流及以電動機模式操作的直流變交流的變頻器
103A‧‧‧非自激式發電機/電動機與AC/DC變頻器之間的電力連通
104‧‧‧超級電容器組
104A‧‧‧超級電容器組104與高壓直流匯流排之間的電力連通
105‧‧‧一高壓直流匯流排
106‧‧‧插入於車輛低電壓電池與高壓直流匯流排之間的5kW DC-DC轉換器
106A‧‧‧車輛低電壓電池與DC-DC轉換器之間的電力傳輸
107‧‧‧車輛低電壓電池，24伏電池最佳
108‧‧‧驅動二交流電動機/齒輪減速器110、111的小型雙DC/AC變頻器，用於驅動混合動力車的前輪
109‧‧‧驅動二交流電動機/齒輪減速器112、113的小型雙DC/AC變頻器，用於驅動混合動力車的後輪
108A‧‧‧高壓直流匯流排105與小型雙變頻器108之間的電力連通
109A‧‧‧高壓直流匯流排105與小型雙變頻器109之間的電力連通
110、111、112、113‧‧‧非自激式開關磁阻發電機/電動機/齒輪減速器，用於驅動混合動力車之車輪
110A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器108與牽引電動機110之間的電力連通
111A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器108與牽引電動機111之間的電力連通
112A‧‧‧在小型雙DC/AC變頻器109與牽引電動機112間之電力連通
113A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器109與牽引電動機113之間的電力連通
161‧‧‧從低電壓電池107到DC-DC轉換器106以及到超級電容器組104之間的充電流
162G‧‧‧從以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機到DC/AC變頻器103、超級電容器組104、DC-DC轉換器106、低電壓電池107、小型雙變頻器108、109以及用於驅動混合動力車之車輪的交流牽引電動機/齒輪減速器110、111、112，及113的充電流
162M‧‧‧從超級電容器組104到DC/AC變頻器103以及到以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102的充電流
162R‧‧‧從以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機110、111、112，及113到小型雙DC/AC變頻器108、109、高壓直流匯流排，以及超級電容器組104的充電流
163G‧‧‧示意性箭頭，表示旋轉能量供應自內燃機101的曲柄軸至操作於在發電機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機
163M‧‧‧示意性箭頭，表示由在電動機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機將旋轉能供應給內燃機101的曲柄軸
171‧‧‧虛線代表沿高壓直流匯流排從低壓電池通過DC-DC轉換器，並流經電力變換器，將直流電轉換到交流電，用於驅動該以電動機模式操作之機械驅動和起動該內燃機的非自激式開關磁阻發電機/電動機的能量流
173‧‧‧示意性箭頭，表示供應給內燃機101的能量
180A‧‧‧與配件以電力連通
180‧‧‧配件
185‧‧‧配件變頻器
185A‧‧‧與配件變頻器以電力連通
190‧‧‧電阻器組
190A‧‧‧高壓直流匯流排與電組器組190之間的電力連通線
190A‧‧‧插入於電力連通線190A中的開關
200、200A‧‧‧混合動力電動車該控制策略的示意圖
203‧‧‧鑰匙是否在“啟動”位置？
203Y‧‧‧鑰匙係在“啟動”位置
204‧‧‧內燃機是否在運轉？
204N‧‧‧內燃機不在運轉
204Y‧‧‧內燃機正在運轉
205‧‧‧超級電容器組是否有足夠能量以啟動引擎？
205N‧‧‧如超級電容器組無足夠能量啟動引擎，則前進到步驟210並傳輸能量(電荷)到超級電容器進行充電最佳至少200V DC
205Y‧‧‧如超級電容器組有足夠能量啟動引擎，則前進到步驟203並將鑰匙置於啟動位置
207‧‧‧依照機器的速度以及機器的操作狀態，計算有可回收的能量
207A‧‧‧已計算的可回收能量數量到下一步驟的連通
208‧‧‧可回收能量加上超級電容器組的能量是否小於或等於儲存於超級電容器組的最大允許能量Er+Ec<Euc max？
208N‧‧‧如果可回收能量加上超級電容器組的能量係不小於或等於 儲存於超級電容器組的最大允許能量，換句話，如果無法達成Er+Ec<Euc之關係，則前進到下一步驟216，其中將內燃機引擎設定成空轉
208Y‧‧‧如果可回收能量加上超級電容器組的能量係小於或等於儲存於超級電容器組的最大允許能量，換句話，如果達成Er+Ec<Euc max之關係，則前進到下一步驟214並設定引擎速度到最佳的制動馬力單位耗油量，以及從以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機102命令最大的電力
210‧‧‧過分使用DC-DC轉換器106於一段時間，從低電壓電池傳送能量到超級電容器，直到超級電容器充電至200 VDC
211‧‧‧線段表示能量之連通至超級電容器組
214‧‧‧設定引擎到最佳馬力單位耗油量(BSFC)速度，以及以發電機模式操作的開關磁阻發電機/電動機命令最大的發電機電力
215‧‧‧連通線到下一步驟235，制動指令是否呈現？
216‧‧‧如果可回收能量加上儲存於超級電容器組的能量不小於在超級電容器組的最大允許能量，則命令內燃機切換到空轉，同時命令在發電機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機實施零發電機電流輸出
216A‧‧‧連通線信號示意該內燃機已被命令切換成空轉且在發電機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機正產生零發電機電流
217‧‧‧等待時間是否已完結，亦即，在等待時間之後，Er+Euc<Euc max之關係未獲達成？
217Y‧‧‧等待時間已完結，前進到步驟218並關閉內燃機
218‧‧‧以卸出油料方式關閉內燃機
221‧‧‧制動命令是否呈現？
221N‧‧‧如果制動命令不呈現，接著進行下一步驟222，並確定是否該直流母線>最小直流母線
221Y‧‧‧如果制動指令已呈現，則前進到下一步驟227並將一負轉矩命令發送至在發電機模式下運行的非自激式開關磁阻發電機/電動機110、111、112，及113以及到小型雙AC/DC變頻器108、109
222‧‧‧是否直流母線>直流母線最小值？
222N‧‧‧如果直流母線電壓不大於直流母線電壓的最小值，則前進到下一步驟228並將零轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於該加速器信號和處於穩定限值範圍之內驅動車輛車輪
222Y‧‧‧如果直流母線電壓大於直流母線電壓的最小值，則前進到下一步驟223並從電子控制器讀取加速器指令
223‧‧‧電子控制器讀取加速器指令
224‧‧‧讀取換檔選擇器
225‧‧‧車輛速度是否小於選擇器位置的最大速度？
225N‧‧‧如果車輛速度不小於選擇器位置的最大速度，則前進到下一步驟228並將零轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110,111,112,113而驅動車輛車輪
225Y‧‧‧如果車輛速度不小於選擇器位置的最大速度，則前進到下一步驟226，機器是否處於前進檔？
226‧‧‧車輛是否處於前進檔？
226N‧‧‧如果車輛速度不在前進位置，則前進到下一步驟並將一負轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於加速器信號和位於穩定限值範圍之內驅動車輪，驅動車輛向後
226Y‧‧‧如果車輛在前進檔，則前進到下一步驟229並將正轉矩指令傳送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於加速器信號和位於穩定限值範圍內驅動車輛車輪，驅動車輛向前
227‧‧‧將負轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其成正比於制動指令225Y和位於穩定限值範圍之內驅動車輛車輪
228‧‧‧將零轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113而驅動車輛車輪
229‧‧‧將一正轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，驅動車輛車輪
230‧‧‧將一負轉矩指令發送至開關磁阻發電機/電動機110、111、112、113，其正比於加速器信號和位於穩定限值範圍之內驅動車輛車輪
300‧‧‧執行圖2及2A的控制策略的電路示意圖
301‧‧‧控制器
310‧‧‧從混合動力資料母線輸入
311‧‧‧從車輛數據母線輸入
400‧‧‧說明超級電容器組電壓相對超級電容器總儲存能量的曲線圖
401‧‧‧超級電容器電壓
402‧‧‧超級電容總儲存能量(MJ)
403‧‧‧650法拉電容器串
404‧‧‧1200法拉電容器串
405‧‧‧1500法拉電容器串
406‧‧‧2000法拉電容器串
407‧‧‧3000法拉電容器串
408‧‧‧500伏特橫坐標符號
409‧‧‧800伏特橫坐標符號
410‧‧‧1.3MJ縱坐標符號
500‧‧‧說明超級電容器可使用的能源相對充電時間的曲線圖
501‧‧‧可使用的能源庫
502‧‧‧在5KW的充電時間
503‧‧‧650法拉電容器串
504‧‧‧1200法拉電容器串
505‧‧‧1500法拉電容器串
506‧‧‧2000法拉電容器串
507‧‧‧3000法拉電容器串
600‧‧‧說明車輛車速相對30,000公斤及40,000公斤車輛動能的曲線圖
601‧‧‧km/h(公里/小時)的車輛速度
602‧‧‧以單位KJ(千焦)的動能
603‧‧‧未載重之30,000公斤車輛
604‧‧‧包含載重之40,000公斤車輛
605‧‧‧能量儲存限值，800V直流
700‧‧‧說明車輛速度、時間及能量再生狀況的曲線圖
701‧‧‧時間
702‧‧‧車輛之km/h速度
703‧‧‧車輛加速並達到12km/h的4秒時間間隔
704‧‧‧車輛從12km/h減速至零km/h時的2秒時間間隔
705‧‧‧2秒時間間隔
706‧‧‧車輛逆向加速時的4秒時間間隔
707‧‧‧車輛從-10km/h減速至零km/h時的2秒時間間隔
708‧‧‧車輛加速並達到12km/h時的4秒時間間隔
709‧‧‧車輛從12km/h減速至零km/h時的2秒時間間隔
710‧‧‧2秒時間間隔
711‧‧‧車輛從逆向加速時的4秒時間間隔
712‧‧‧車輛從-10km/h減速至零km/h時的2秒時間間隔
713、714、715、716‧‧‧陰影區代表能量再生
800‧‧‧超級電容器電壓相對針對不同電力水平之充電時間的半對數曲線圖
801‧‧‧最低正常工作電壓
802‧‧‧最大值安全電壓
803‧‧‧1kW
804‧‧‧2kW
805‧‧‧4kW
806‧‧‧8kW
807‧‧‧16kW
808‧‧‧33kW
808‧‧‧65kW
809‧‧‧130kW
810‧‧‧130kW
811‧‧‧260kW
812‧‧‧時間之分鐘數
813‧‧‧直流電壓
A‧‧‧冷板
B‧‧‧直流母線電容器組
C‧‧‧母線
D‧‧‧外殼
E‧‧‧高壓連接器和佈線
F‧‧‧低高壓電子產品
圖1A為一種混合動力電動車的一概略示意圖，其所欲說明的特徵在於：該電容器在混合動力電動車長期之停駛之後，被24伏電池充電。
圖1B為一種混合動力電動車的一概略示意圖，其說明的特徵在於：該電容器經充分地充電並供應能量至非自激式開關磁阻發電機/電動機，以啟動內燃機。
圖1C為一種混合動力電動車的概略示意圖，其說明的特徵在於：該內燃機正在供電至以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機，該發電機/電動機供電至超級電容器
組、DC-DC轉換器及24伏電池。
圖1D為一種混合動力電動車的一概略示意圖，其說明的特徵在於：該內燃機正在供電至以發電機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機，該發電機/電動機接著供電至超電容器組及雙變頻器，該雙變頻器接著供電至牽引電動機及該充電低電壓電池的DC-DC轉換器。
圖1E為一種混合動力電動車的一概略示意圖，其說明的特徵在於：該再生電力正在被供應至超級電容器組、DC-DC轉換器以及低電壓電池。
圖1F為一種混合動力電動車的一概略示意圖，其說明的特徵在於：該再生電力正在被供應至超級電容器組以及以電動機模式操作的非自激式開關磁阻發電機/電動機。
圖1G是一種混合動力電動車但無超級電容器組的概略示意圖，其中該低電壓電池用於一引擎起動器，以啟動內燃機。
圖1H為一具有協同優勢的一種雙小型變頻器的一概略示意圖，其協同優勢在於：兩變頻器能共用一冷板、一直流母線電容器組、母線、一外殼、一高壓連接器和佈線、以及若干低電壓電子產品。
圖2和圖2A為該混合動力電動車的控制策略的一示意圖。
圖3為執行圖2和圖2A的控制策略的一電路示意圖。
圖4為說明該超級電容器電壓相對超級電容器總存儲能量的一曲線圖。
圖5為說明超級電容器可用能量相對充電時間的一曲線圖。
圖6為說明車輛速度相對一種30,000kg及40,000kg車輛動能的一曲線圖。
圖7為說明車輛速度、時間以及再生能量狀況的一曲線圖。
圖8為超級電容器電壓相對針對不同電力水平之充電時間的一半對數曲線圖。
100A‧‧‧一種混合動力電動車的概略示意圖，其中該混合動力電動車長期關閉後，該電容器由24伏電池充電
101‧‧‧內燃機
101A‧‧‧在開關磁阻發電機/電動機102與內燃機101之間以電力連通
102‧‧‧非自激式開關磁阻發電機/電動機
103‧‧‧以發電機模式操作的交流變直流及以電動機模式操作的直流變交流的變頻器
103A‧‧‧非自激式發電機/電動機與AC/DC變頻器之間的電力連通
104‧‧‧超級電容器組
104A‧‧‧超級電容器組104與高壓直流匯流排之間的電力連通
105‧‧‧一高壓直流匯流排
106‧‧‧插入於車輛低電壓電池與高壓直流匯流排之間的5kW DC-DC轉換器
106A‧‧‧車輛低電壓電池與DC-DC轉換器之間的電力傳輸
107‧‧‧車輛低電壓電池，24伏電池最佳
108‧‧‧驅動二交流電動機/齒輪減速器110、111的小型雙DC/AC變頻器，用於驅動混合動力車的前輪
109‧‧‧驅動二交流電動機/齒輪減速器112、113的小型雙DC/AC變頻器，用於驅動混合動力車的後輪
108A‧‧‧高壓直流匯流排105與小型雙變頻器108之間的電力連通
109A‧‧‧高壓直流匯流排105與小型雙變頻器109之間的電力連通
110、111、112、113‧‧‧非自激式開關磁阻發電機/電動機/齒輪減速器，用於驅動混合動力車之車輪
110A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器108與牽引電動機110之間的電力連通
111A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器108與牽引電動機111之間的電力連通
112A‧‧‧在小型雙DC/AC變頻器109與牽引電動機112間之電力連通
113A‧‧‧小型雙DC/AC變頻器109與牽引電動機113之間的電力連通
161‧‧‧從低電壓電池107到DC-DC轉換器106以及到超級電容器組104之間的充電流
163M‧‧‧示意性箭頭，表示由在電動機模式下操作的開關磁阻發電機/電動機將旋轉能供應給內燃機101的曲柄軸

Claims (41)

  1. 一種串聯式混合動力電動車，其包括：一非自激式發電機/電動機，用於提供電力到該車輛作其推進及操作；一高壓直流匯流排；一複數車輪推動該車輛；一個或多個非自激式交流牽引電動機/發電機；一個或多個小型雙變頻器，於該高壓直流匯流排與分別固接於一個或多個該複數車輪之該一個或多個非自激式交流牽引電動機/發電機之間，以雙向傳送電力；該小型雙變頻器與該非自激式交流牽引電動機/發電機配置成以一發電機模式操作，或一以電動機模式操作；該非自激式交流牽引電動機/發電機與該車輪合併配置，以提供推進與再生制動；一內燃機；該內燃機耦合至該非自激式發電機/電動機，用於提供電力到該車輛以使其得以推進與操作；該非自激式發電機/電動機耦合至一變頻器；該變頻器以雙向供電給該高電壓直流匯流排，並且從該高壓電直流匯流排接受供電，當該非自激式發電機/電動機在發電機模式下操作時，該變頻器供電到該高壓直流匯流排，以及，當該非自激式發電機/電動機在電動機模式下操作時，該變頻器供電至該非自激式發電機/電動機；一超級電容器組，該超級電容器組以電力方式耦合至該高壓直流匯流排； 該超級電容器組從該非自激式交流牽引電動機在電動機模式下操作時，儲存再生能量；以及，該超級電容器組儲存供應能量到該變頻器耦合至該以電動機模式操作的非自激式發電機/電動機，用於啟動該內燃機；一傳統低電壓系統，其具有至少一12或24伏直流電池；一雙向DC-DC轉換器將能量傳輸到該12或24伏直流電池與該超級電容器組之間，用於供該超級電容器組預先充電，以啟動該內燃機及在該內燃機啟動之後，來維持該12或24伏直流電池的充電狀態。
  2. 根據申請專利範圍第1項中的串聯式混合動力電動車，其進一步包括：一電阻器組，該電阻器組消散從該以發電機模式操作的非自激式交流牽引發電機/電動機過剩的再生能量。
  3. 根據申請專利範圍第1項中的串聯式混合動力電動車，其中該非自激式發電機/電動機，在發電機模式下運行時，藉由一引擎壓縮制動器的操作，逆向驅動內燃機引擎，以消散來自該車輛之過剩動能。
  4. 一種混合動力電動車，包括：一高壓直流匯流排；一內燃機；該內燃機驅動一非自激式發電機/電動機供應能量給該高壓直流匯流排；一後車軸小型雙向雙DC-AC變頻器驅動二交流電動機/發電機/齒輪減速器，用於移動該車輛以及從再生制動重獲能量； 一前車軸小型雙向雙DC-AC變頻器驅動二交流電動機/發電機/齒輪減速器，用於移動該車輛以及從再生制動重獲能量；至少一個12伏或24伏直流電池；一超級電容器，該超級電容器以電力方式耦合至該高壓直流匯流排；一雙向DC-DC轉換器插入於該12伏或24伏電池及該高壓直流匯流排之間，該DC-DC轉換器傳輸能量於該12或24伏直流電池及該高壓直流匯流排以及該超級電容器之間；該非自激式發電機/電動機耦合至該引擎，供啟動該內燃機；及，該超級電容器供應能量到該變頻器耦合至該發電機，用於啟動該內燃機。
  5. 根據申請專利範圍第4項中的混合動力電動車，其進一步包括：一電阻器組；及，該小型雙向雙DC-AC變頻器包括有整流裝置，用於再生能量及儲存該能量於該至少一個電池及/或該超級電容器者。
  6. 一種混合動力電動車，包括：一高壓直流匯流排；一內燃機；該內燃機以機械方式耦合至一非自激式開關磁阻電動機/發電機；該非自激式開關磁阻電動機/發電機當作一發電機操作，在一發電機模式下提供電力；該非自激式開關磁阻電動機/發電機當作一電動機操作，在一電動機模式下接受電力； 該非自激式開關磁阻發電機/電動機耦合至一變頻器，該變頻器以雙向方式傳輸能量於該高壓直流匯流排及該非自激式開關磁阻發電機/電動機之間；一第一前方交流牽引電動機/發電機用於驅動一第一前輪，該第一前方牽引電動機/發電機為一非自激式開關磁阻電動機/發電機，該第一前方牽引電動機/發電機提供推進及/或再生制動；一第二前方交流牽引電動機，用於驅動一第二前輪，該第二前方牽引電動機/發電機為一非自激式開關磁阻電動機/發電機，該第二前方牽引電動機/發電機提供推進及/或再生制動；一第一後方交流牽引電動機/發電機，用於驅動一第一後輪，該第一後方牽引電動機/發電機為一非自激式開關磁阻電動機/發電機，該第一後方牽引電動機/發電機提供推進及/或再生制動；一第二後方交流牽引電動機/發電機，用於驅動一第二後輪，該第二後方牽引電動機/發電機為一非自激式開關磁阻電動機/發電機，該第二後方牽引電動機/發電機提供推進及/或再生制動；一第一小型雙變頻器及一第二小型雙變頻器；該第一小型雙變頻器以電力與該高壓直流匯流排連通；該第一小型雙變頻器從該高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動該第一前方交流牽引電動機/發電機及該第一前輪；該第一小型雙變頻器從該高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動該第二前方交流牽引電動機/發電機及該第二前輪；該第二小型雙變頻器以電力與該高壓直流匯流排連通；該第二小型雙變頻器從該高壓直流匯流排將直流電轉換成交流電，用於驅動該第一後方交流牽引電動機/發電機及該第一後輪；該第二小型雙變頻器從該高壓直流匯流排將直流電轉換成交流 電，用於驅動該第二後方交流牽引電動機/發電機及該第二後輪；一超級電容器組，該超級電容器組以電力方式耦合至該高壓直流匯流排；該超級電容器組從該第一及第二前方交流牽引電動機/發電機，在一再生模式下操作提供的該第一小型雙變頻器儲存再生能量；該超級電容器組從該第一及第二後方交流牽引電動機/發電機，以一再生模式操作提供的該第二小型雙變頻器儲存再生能量；該超級電容器組存儲來自耦合到該非自激式開關磁阻發電機/電動機之該變頻器的能量，當該非自激式開關磁阻發電機/電動機是以該發電機模式操作時；該超級電容器組提供能量給耦合到該非自激式開關磁阻發電機/電動機之該變頻器，當該非自激式開關磁阻發電機/電動機是以該電動機模式操作以來起動該內燃機時；一傳統低電壓系統，其具有至少一12或24伏電池；一雙向DC-DC轉換器，DC-DC轉換器提升該電池的電壓及傳輸電力於該12或24伏電池與該超級電容器組之間，用以預先充電該超級電容器組而啟動該內燃機；及，該雙向DC-DC轉換器降低該高壓直流匯流排的電壓，以在該內燃機啟動之後維持該12或24伏電池的充電狀態。
  7. 根據申請專利範圍第6項中的混合動力電動車，其進一步包括：一電阻器組，該電阻器組從該以發電機模式操作的非自激式交流牽引發電機/電動機消耗過剩的再生能量。
  8. 根據申請專利範圍第6項中的混合動力電動車，其中該以電動機模 式操作的電動機/發電機係用於當操作引擎壓縮制動器時，消散來自以逆向驅動引擎的車輛之過剩動能。
  9. 根據申請專利範圍第1項中的串聯式混合動力電動車，其中該非自激式發電機/電動機為一開關磁阻機器。
  10. 根據申請專利範圍第1項中的串聯式混合動力電動車，其中該非自激式發電機/電動機為車輛的主要電力來源。
  11. 根據申請專利範圍第6項中的混合動力電動車，其中該開關磁阻非自激式發電機/電動機為車輛的主要電力來源。
  12. 一種混合電力系統，其包括：一內燃機；一非自激式交流發電機/電動機；該非自激式交流發電機/電動機以一發電機模式或一電動機模式操作；一高壓直流匯流排；一超級電容器組，該超級電容器組全時跨接於該高壓直流匯流排；一AC-DC變頻器用於從該非自激式交流發電機/電動機將交流電轉換成直流電，用於供給該高壓直流匯流排及該超級電容器組；一低電壓直流電池；裝置，用於充電該超級電容器組，從該傳統低壓車輛的直流電池，提供初始激發能量給以該電機模式操作的該非自激式發電機/電動機，以起動該內燃機。
  13. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中該超級電容器組從該低電壓電池經足夠能量充電，使得該非自激式發電機/電動機可用於該電動機模式，以啟動該內燃機，從而取代傳統的低電壓引擎起動器。
  14. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中用於充電該超級電容器的該裝置為一雙向DC-DC轉換器，其維持該低電壓電池的充電狀態，從而免除傳統低電壓發電機之需要。
  15. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其進一步包括：雙小型變頻器；一複數車輪；一複數非自激式牽引發電機/電動機各自互聯於一相對之該複數車輪中的一個；該雙小型變頻器是跨接於該超級電容器組；該雙小型變頻器為雙向DC-AC變頻器；以及，該雙小型逆變器傳送能量至該超級電容器組並從該超級電容器組處接收能量，同時也傳送能量至該自激式牽引發電機/電動機並從該自激式牽引發電機/電動機處接收能量。
  16. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中該非自激式發電機/電動機以該電動機模式操作，以逆向驅動該內燃機及一相關聯的引擎制動，以便消散過剩的再生制動能量。
  17. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中該非自激式發電機/電動機為一開關磁阻機器。
  18. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中在關閉引擎之前，該超級電容器組被驅動到一預定最大充電狀態，以用於快速起動引擎，而不需要依賴正常操作狀況下從該車輛低電壓直流電池的預先充電。
  19. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其中該用於充電該超級電容器組的裝置，從該傳統低電壓直流車輛的電池提供初始激發能量給以電機模式操作的該非自激式發電機/電動機，以便起動該內燃機。
  20. 根據申請專利範圍第15項中的混合電力系統，其中一個或多個該雙小型變頻器將該超級電容器組部分能量充入該非自激式牽引發電機/電動機的繞組當中，沒有任何動作，或者以充分足夠低電力操作避免動作、或藉由該非自激式牽引發電機/電動機以反扭矩來操作，使得該系統安全操作。
  21. 一種混合電力系統，包括：一非自激式發電機/電動機；該非自激式發電機/電動機可以一發電機模式或一電動機模式操作；一電力變頻器；一高壓直流匯流排；一超級電容器互聯於該高壓直流匯流排； 一低電壓電池；一DC-DC雙向轉換器；該超級電容器組充電到一可用的工作電壓，藉由該DC-DC轉換器的使用，從該低電壓電池傳送能量；當該超級電容器充電到一可用的電壓時，該非自激式發電機/電動機藉由該電力變頻器驅動。
  22. 根據申請專利範圍第21項中的混合電力系統，其中一旦該內燃機運作時，該DC-DC轉換器充電該低電壓電池。
  23. 根據申請專利範圍第21項中的混合電力系統，其進一步包括一牽引電動機。
  24. 根據申請專利範圍第22項中的混合電力系統，其進一步包括一複數的牽引電動機。
  25. 根據申請專利範圍第24項中的混合電力系統，其中該牽引電動機可從該自激式內藏永磁電動機、非自激式、交流或直流電動機等組合中選取。
  26. 根據申請專利範圍第24項中的混合電力系統，其中該牽引電動機可從該自激式內藏永磁電動機、非自激式、交流或直流電動機等組合中選取。
  27. 一種控制一混合動力電動車的方法，包括： 設定該超級電容器組之最大可允許能量含量；設定該最小高壓直流匯流排電壓；；確定一超級電容器組是否有足夠能量以啟動一內燃機；如果該超級電容器組無足夠能量啟動該內燃機，使用一DC-DC轉換器從一低電壓直流電池將能量傳輸至該超級電容器組；如果該超級電容器組有足夠能量啟動該內燃機，使用一以電動機模式操作的一非自激式發電機/電動機以啟動該內燃機；計算該混合動力電動車的可回收能量；計算該混合動力電動車之該超級電容器組的能量；確定是否該已計算可回收能量加上該超級電容器能量小於該超級電容器組的一最大允許能量含量；命令該內燃機處於空轉，同時命令該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該計算可回收能量加上該超級電容器能量係不小於該超級電容器組的該最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上超級電容器能量係小於超級電容器組的一最大允許能量含量，起因於該混合動力電動汽車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上超級電容器能量係不小於該超級電容器組之一最大允許能量含量，於是關閉該內燃機；如果該計算可回收能量加上該超級電容器能量係小於該超級電容器組之該最大允許能量含量，則設定該內燃機轉速至最佳制動馬力單位耗油量，同時從該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機命令最大的電力； 確定一制動指令是否呈現；如果制動指令呈現，發送一負轉矩至該非自激式牽引電動機，其成正比於該制動指令和位於穩定限值範圍之內；如果該制動指令未呈現，則確定高壓直流匯流排之電壓是否大於該高壓直流匯流排之最小電壓；如果該高壓直流匯流排電壓不大於該高壓直流匯流排之最小電壓時，則將一零轉矩指令發送至非自激式牽引發電機/電動機；如果該高壓直流匯流排之電壓大於該高壓直流匯流排之最小電壓時，則讀取一加速器指令；確定車輛速度是否小於最大允許速度；如果車輛速度不小於最大允許速度，則將一零轉矩指令發送至該非自激式牽引發電機/電動機；如果該換檔選擇器位於前進檔時，則發送一正轉矩指令至該非自激式牽引發電機/電動機，其成正比於該位於穩定限值範圍之內的加速器訊號；以及，如果該換檔選擇器不是位於前進檔時，則發送一負轉矩指令至該非自激式牽引發電機/電動機，其成正比於該位於穩定限值範圍之內的加速器訊號。
  28. 根據申請專利範圍第27項中的控制一混合動力電動車的方法，其中，該非自激式牽引發電機/電動機為開關磁阻機器。
  29. 根據申請專利範圍第27項中的控制一混合動力電動車的方法，其中被操作用以起動該內燃機的該非自激式發電機/電動機是一開關磁阻機器。
  30. 根據申請專利範圍第27項中的控制一混合動力電動車的方法，本方法係包括下列步驟：命令該內燃機切換到空轉，同時命令該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該已計算可回收能量加上該超級電容器能量係不小於該超級電容器組的該最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該以發電機模式操作的該非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上該超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上該超級電容器能量係小於該超級電容器組的一最大允許能量含量，起因於該混合動力電動車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上該超級電容器能量係不小於該超級電容器組之最大允許能量含量，於是關閉該內燃發動機。
  31. 根據申請專利範圍第27項中的控制一混合動力電動車的方法，本方法係包括下列步驟：命令該內燃機切換到空轉，同時命令該以一發電機模式操作的非自激式發電機/電動機實施零發電，如果該已計算可回收能量加上該超級電容器能量係不小於該超級電容器組的該最大允許能量含量，然後，等待一段時間，當該內燃機處於空轉，沒有電力從該以發電機模式操作的非自激式發電機/電動機發出時，重新計算該已計算可回收能量加上該超級電容器能量，重新決定是否該已計算可回收能量加上該超級電容器能量係小於該超級電容器組的一最大允許能量含量，起因於該混合動力電動汽車的能量消耗，如果該重新計算可回收能量加上該超級電容器能量係不小於該超級電容器組之一最大允許能量含量，於是關閉該內燃機，與此同時，該雙小型變頻器將超級電容器組部分能量充入該非自激式 牽引發電機/電動機的繞組當中，沒有任何動作，或者以充分足夠低電力操作避免動作、或藉由該非自激式牽引發電機/電動機以反扭矩來操作，使得該車輛能安全操作。
  32. 根據申請專利範圍第27項中的控制一混合動力電動車的方法，其中在關閉該內燃機之前，該超級電容器組被驅動到一預定最大充電狀態，以用於快速起動引擎，而不需要依賴從該車輛低電壓直流電池的預先充電。
  33. 一種混合動力電動車，其包括：一控制器；一非自激式發電機/電動機以機械方式互聯於該內燃機；一電力轉換器；該非自激式發電機/電動機以電力與該電力變頻器作連通；該非自激式發電機/電動機可以一發電機模式或一電動機模式操作；一高壓直流匯流排；一超級電容器與該高壓直流匯流排互聯；該控制器以電力與該電力轉換器連通而控制該電力轉換器；一低電壓電池；一DC-DC雙向轉換器；該超級電容器組被充電到一可用工作電壓，藉使用該DC-DC轉換器從該低電壓電池傳送能量；以及，該非自激式發電機/電動機由該控制器控制，並藉由該電力變頻器以該電動機模式驅動，當該超級電容器被充電到一可用電壓以起動該內燃機時。
  34. 根據申請專利範圍第33項中的混合動力電動車，其進一步包括：一第一雙小型變頻器與一第二雙小型變頻器；一複數之非自激式牽引發電機/電動機由該第一及第二雙小型變頻器驅動；該第一及第二雙小型變頻器由該控制器控制。
  35. 根據申請專利範圍第34項中的混合動力電動車，其中該第一及第二雙小型變頻器可以為雙向供電。
  36. 根據申請專利範圍第34項中的混合動力電動車，其中該電力轉換器為可以為雙向供電。
  37. 根據申請專利範圍第34項中的混合動力電動車，其中該第一與第二雙小型變頻器可以為雙向供電及該電力轉換器可以為雙向供電。
  38. 一種串聯式混合動力電動車，其包括：一內燃機，將化學能量轉換成機械能量；一非自激式發電機/電動機耦合到該內燃機，將機械能量轉換成電力，並將該電力提供給車輛，用於推進與其它相關功能；；一高壓直流匯流排；一變頻器以雙向傳輸電力於該非自激式發電機/電動機與該高壓直流匯流排之間；一牽引電動機/發電機提供推進電力；一變頻器以雙向傳輸電力於該牽引電動機/發電機與該高壓直流匯 流排之間；一傳統低電壓系統，其具有至少一個12或24伏電池；一超級電容器組，該超級電容器組以電力耦接至該高壓直流匯流排；一雙向DC-DC轉換器將能量傳輸於該12或24伏電池與該超級電容器組之間，其目的為了在需要時，將該超級電容器組預先充電以提供足夠能量激發該發電機，接著啟動內燃機，並且之後一旦該內燃機操作時，以維持該低電壓電池的充電狀態；以及，控制邏輯，該控制邏輯管理該超級電容器組的充電狀態及該車輛之推進操作與其它相關功能。
  39. 根據申請專利範圍第12項中的混合電力系統，其更包括一DC-AC變頻器用於推動一交流牽引電動機供推動該車輛。
  40. 根據申請專利範圍第40項中的混合電力系統，其中該交流牽引電動機當作一發電機運行再生能量到該DC-AC變頻器供儲存於該超級電容器中。
  41. 根據申請專利範圍第33項中的混合動力電動車，其更包括：一第一變頻器；一牽引發電機/電動機由該第一變頻器驅動；以及，該第一變頻器由該控制器控制。
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