TW201711873A - 串聯式混合動力系統 - Google Patents

Abstract

一種串聯式混合動力系統，包括熱機、發電機、儲電裝置、馬達、轉軸以及傳動機構。發電機連接熱機。儲電裝置用以儲存發電機產生的電能。馬達電性連接至儲電裝置，用以將電能轉換成機械能。轉軸連接至馬達。傳動機構用以可選擇地傳動熱機的機械能至轉軸，具有可選擇的一傳動狀態與一切離狀態，在傳動狀態時，傳動機構將熱機的機械能傳至轉軸，在切離狀態時，傳動機構不將熱機的機械能傳至轉軸。

Description

串聯式混合動力系統

本發明係關於一種混合動力車輛；特別關於一種串聯式混合動力車輛之動力系統。

純電動車被視為較環保的選擇，但是目前由於電池價格居高不下等因素，因此市場上亦推出混合動力車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)。混合動力車輛是使用兩種或以上能量來源驅動的車輛，而驅動系統可以有一套或多套。常用的能量來源有燃油、電池、燃料電池、太陽能電池、壓縮氣體等，而常用的驅動系統包含內燃機、電動機、渦輪機等技術。

使用燃油驅動內燃機加上電池驅動電動機的混合動力車稱為油電混合動力車，目前市面上的混合動力車多屬此種。油電混合動力車普遍比同型純內燃機車輛有更好的燃油效率及加速表現，被視為較環保的選擇，而缺點在於售價較高、動力系統占用空間較大、電池的壽命受限等。

近年來，有些車輛能夠透過充電站或家用充電設備從輸電網路為車輛電池充電，被稱作插電式混合動力汽車(Plug-in HEV，簡稱PHEV)。目前為內燃機車輛提供燃料的加油站有相當的規模與數量，但是為電動車提供充電的充電站還不多，因此電動車使用者經常擔心電量是否足夠，或擔心在半路耗盡電量而動彈不得，如此現象亦連帶影響電動車的普及。而充電基礎設施的投資高昂，非一般企業負擔的起。油電混合動力汽車雖然可以利用普及的加油站，提高了便利性，然而，以串聯式混合動力車而言，目前研究的焦點仍在於環保與減碳等，車輛動力的可靠度與便利性往往被忽略，亦即，當電池異常或馬達異常或電池電量過低時，如何提供一個可靠的動力，方便使用者尋找加油站或充電站？且當電池電量過低時，若動力系統仍由發電機供電至電池，電池再供電至馬達，中間過程將產生許多能量轉換的耗損。

本發明提供一種串聯式混合動力系統，至少具有較佳的可靠度、較低的成本及較佳的能量利用效率的其中一個優點。本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種串聯式混合動力系統，包括一熱機、一發電機、一儲電裝置、一馬達、一轉軸以及一傳動機構。熱機用以提供機械能。發電機連接熱機用以將熱機產生的機械能轉換成電能。儲電裝置電性連接發電機用以儲存發電機產生的電 能。馬達電性連接至儲電裝置用以將電能轉換成機械能。轉軸連接至馬達。傳動機構用以可選擇地傳動熱機的機械能至轉軸，其中傳動機構具有可選擇的一傳動狀態與一切離狀態，在傳動狀態時，傳動機構將熱機的機械能傳至轉軸，在切離狀態時，傳動機構不將熱機的機械能傳至轉軸。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統更包括一備用切換裝置，連接至傳動機構，其中備用切換裝置用於切換傳動機構的傳動狀態與切離狀態。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統，其中備用切換裝置將傳動機構切換至傳動狀態時，亦切斷儲電裝置與馬達之間的電性連接。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統更包括一控制單元，控制單元電性連接至儲電裝置以偵測儲電裝置之狀態，控制單元用以在儲電裝置的電量低於一預設值或儲電裝置異常時提供一訊號至備用切換裝置。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統更包括一控制單元，控制單元電性連接至馬達以偵測馬達之狀態，控制單元用以在馬達失效時提供一訊號至備用切換裝置。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統，其中備用切換裝置包括一鎖定裝置、一燈及一發聲裝置，鎖定裝置用以防止備用切換裝置誤動作，燈用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後閃爍，發聲裝置用以於備用切換裝置接收到控 制單元的訊號後發出提示音。

本發明之一實施例的串聯式混合動力系統，其中備用切換裝置於接收到控制單元的訊號後切換傳動機構至傳動狀態。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點，由於本發明之實施例之串聯式混合動力系統採用備用切換裝置，於儲電裝置電量不足或儲電裝置異常時或是馬達失效時，切換由熱機驅動轉軸，以作為備用動力，因此至少具有較佳的可靠度、較低的成本及較佳的能量利用效率的其中一個優點。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧串聯式混合動力系統

110‧‧‧熱機

120‧‧‧發電機

130‧‧‧儲電裝置

140‧‧‧馬達

150‧‧‧控制單元

160、160’、160”‧‧‧備用切換裝置

161‧‧‧切換控制器

162‧‧‧開關

163‧‧‧鎖定裝置

164‧‧‧燈

165‧‧‧發聲裝置

166、166’、166”‧‧‧切換器

167‧‧‧切換桿

168‧‧‧操縱桿

170‧‧‧轉軸

180‧‧‧傳動機構

181‧‧‧傳動單元

182‧‧‧離合單元

190‧‧‧驅動軸

200‧‧‧車輪

圖1為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統的示意圖。

圖2為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統之傳動機構的放大示意圖。

圖3為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統之備用切換裝置的放大示意圖

圖4為本發明之另一實施例之串聯式混合動力系統之備用切換裝置的示意圖

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統的示意圖，串聯式混合動力系統100包括一熱機110、一發電機120、一儲電裝置130、一馬達140、一轉軸170以及一傳動機構180。熱機110用以提供機械能。發電機120連接熱機110用以將熱機110產生的機械能轉換成電能。儲電裝置130電性連接發電機120用以儲存發電機120產生的電能。馬達140電性連接至儲電裝置130用以將電能轉換成機械能。轉軸170連接至馬達140。傳動機構180用以可選擇地傳動熱機110的機械能至轉軸170，其中傳動機構180具有可選擇的一傳動狀態與一切離狀態。在傳動狀態時，傳動機構180將熱機110的機械能傳至轉軸170，在切離狀態時，傳動機構180不將熱機110的機械能傳至轉軸170。

熱機110是能夠將熱源提供的一部分熱量轉化成為對外輸出機械能的機器。熱機110可分為內燃機和外燃機兩種，本發明並不加以限定。內燃機能將燃料的化學能轉化為機械能，例如往復活塞式內燃機、轉子發動機、燃氣渦輪發動機、噴氣發動機等。外燃機的燃料不作為工作介質，比如蒸汽機，其工作介質為蒸氣，蒸氣並不是燃料。

內燃機使用的燃料非常廣泛，比較常見的有：汽油、柴油、航空煤油、液化石油氣、壓縮天然氣、氫氣以及生物燃料例如生物柴油、二甲醚、甲烷、乙醇，本發明並不加以限定。

發電機120是一種將機械能轉換成電能的電氣設備，是利用各種動力使線圈與磁鐵有相對移動，造成線圈內的磁通量改變，因此產生感應電流，是運用「電磁感應」原理將動力所作的功轉換成電能的裝置。本發明的發電機120不限於傳統的電動機或馬達，凡利用電磁感應原理使線圈與磁鐵相對移動造成線圈內的磁通量改變而產生感應電流的裝置，經適當調整修飾而適用本發明者，均屬於本發明發電機120的範圍。

馬達140是一種將電能轉化成機械能，用來驅動其他裝置的電氣設備。是利用電流進入線圈產生磁場，利用電流的磁效應，與永久磁鐵或由另一組線圈所產生的磁場互相作用產生吸力或斥力，可以將電能轉換成機械能。本發明的馬達140不限於傳統的馬達或電動機，凡利用電流的磁效應而使線圈產生磁力進而轉換成機械能的裝置，經適當調整修飾而適用本發明者，均屬於本發明的馬達140的範圍。

圖2為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統之傳動機構的放大示意圖，傳動機構180可包含傳動單元181與離合單元182，傳動單元181例如齒輪、齒輪組、皮帶或鏈條或上述元件之組合等，本發明並不加以限定。傳動單元181一端連接熱機110的驅動軸190，另一端連接轉軸170，傳動單元181 之中設置有離合單元182，離合單元182即一種機械的開關，以機件的合或分來傳動或停止傳動機械動力、例如常見的各種離合器等，本發明並不加以限定。當離合單元182囓合時，熱機110的機械能可透過傳動機構180的傳動單元181而傳至轉軸170。即此時傳動機構180處於傳動狀態。當離合單元182分開時，熱機110的機械能不會透過傳動機構180的傳動單元181而傳至轉軸170。即此時傳動機構180處於切離狀態。

圖3為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統之備用切換裝置的放大示意圖，請同時參照圖1及圖2。本發明之一實施例之串聯式混合動力系統100，更包括一備用切換裝置160，連接至傳動機構180，其中備用切換裝置160用於切換傳動機構180的傳動狀態與切離狀態。詳而言之，備用切換裝置160包含切換器166及切換桿167。切換器166控制切換桿167的動作以切換傳動機構180中的離合單元182。

圖4為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統之備用切換裝置的示意圖，本發明之一實施例的備用切換裝置160可為機械式的或電子式的，圖4所繪示的為機械式備用切換裝置160”的一實施例，備用切換裝置160”包含操縱桿168，切換器166”及切換桿167。切換裝置160”更可包含撥捍、排擋等，用以改變傳動機構180的狀態，本發明並不加以限定。

電子式的切換裝置160’如圖2所示，其中切換器166’為一電磁閥，本發明不加以限定。

請參照圖1及圖3，本發明之一實施例之串聯式混合動力系統100，其中備用切換裝置160將傳動機構180切換至傳動狀態時，亦切斷儲電裝置130與該馬達140之間的電性連接。以避免馬達140與傳動機構180相衝突而造成相關機件損壞。本發明之一實施例中，儲電裝置130透過備用切換裝置160而電性連接至馬達140並供電至馬達140，詳言之，備用切換裝置160中包含開關162，儲電裝置130透過備用切換裝置160中的開關162而電性連接至馬達140並供電至馬達140，以便在備用切換裝置160將傳動機構180切換至傳動狀態時，便於切斷儲電裝置130與該馬達140之間的電性連接。開關162可為機械式開開，例如單刀開關，開關162亦可為電子式開關，例如場效電晶體(Field effect transistor，FET)等，圖3僅繪示電子式開關，但本發明不限於此。

請參照圖1及圖3，本發明之一實施例之串聯式混合動力系統100，更包括一控制單元150，控制單元150電性連接至儲電裝置130以偵測儲電裝置130之狀態，控制單元150用以在儲電裝置130的電量低於一預設值或儲電裝置130異常時提供一訊號M至備用切換裝置160。儲電裝置130異常例如電壓或電流異常、溫度過高等。

本發明之一實施例之串聯式混合動力系統100，控制單元150更包括一電性連接至馬達140以偵測馬達140之狀態。控制單元150用以在馬達140失效時提供一訊號M至備用切換裝置 160。

本發明之一實施例中，控制單元150亦可僅電性連接至儲電裝置130或是僅電性連接至馬達140。圖1及圖3僅繪示控制單元150同時各別電性連接至儲電裝置130與馬達140，但本發明不限於此。本領域之一般技藝人士可根據實際需要選擇偵測儲電裝置130或是馬達140的狀態，以便系統後續判斷是否需要轉換動力供應的方式。控制單元150例如為一控制電路或一積體電路，本發明並不加以限定。

熱機110與發電機120的連接可為同軸設置或不同軸設置或以其他的傳動方式連接，例如齒輪、齒輪組、皮帶或鏈條或上述元件的組合等，本發明並不加以限定。儲電裝置130為二次電池，例如鋰電池、鋰離子電池、鉛蓄電池、鎳氫電池等，本發明並不加以限定。

請參照圖3，備用切換裝置160包括一鎖定裝置163，鎖定裝置163用以防止備用切換裝置160誤動作，詳言之，鎖定裝置163用以防止馬達140仍在動作時，切換器166誤將離合器182嚙合，導致傳動機構180將熱機110的動力傳至轉軸170，造成機件損毀。鎖定裝置163可為電子式的，例如電磁閥，或機械式的，例如卡榫，本發明不加以限定。備用切換裝置160還可包括燈164，燈164用以於備用切換裝置160接收到控制單元150的訊號M後閃爍。若切換器166為機械式的，燈164可用以提示使用者，可以手動方式切換備用切換裝置160以便改變傳動機構180的狀 態。若切換器166為電子式的，燈164可用以提示使用者，動力系統已切換至熱機110直接傳動的狀態。燈164可為白熾燈、發光二極體、有機發光二極體或其他的發光顯示裝置。本發明不加以限定。備用切換裝置160還可包括發聲裝置165。發聲裝置165例如喇叭或蜂鳴器等，本發明不加以限制。發聲裝置165用以於備用切換裝置160接收到控制單元150的訊號M後發出提示音。若切換器166為機械式的，發聲裝置165可用以提示使用者，可以手動方式切換備用切換裝置160以便改變傳動機構180的狀態。若切換器166為電子式的，發聲裝置165可用以提示使用者，動力系統已切換至熱機110直接傳動的狀態。發聲裝置165可為蜂鳴器或喇叭等，本發明不加以限定。本發明之一實施例中，可僅設置燈164或僅設置發聲裝置165或同時設置燈164及發聲裝置165，本領域之一般技藝人員可依實際需要加以修飾，本發明不加以限定。燈164及發聲裝置165可用以提醒使用者動力系統已切換至備用動力，提醒使用者應盡快或就近尋找加油站或充電站或是進廠維修。

圖1及圖2所示之實施例，僅繪示一個車輪200為例，但本發明對此不加以限制，車輪數目可為一個、兩個、多個等，視需要調整之。

請參照圖3，本發明之另一實施例的混合動力系統，其中備用切換裝置160更包括一切換控制器161，切換控制器161用於接收控制單元150的訊號M後，控制開關162、鎖定裝置 163、燈164、發聲裝置165、及切換器166等。可用以使備用切換裝置160自動切換傳動機構180的狀態。切換控制器161例如為一積體電路，本發明不加以限制。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點，由於本發明之實施例之串聯式混合動力系統採用備用切換裝置，於儲電裝置電量不足或儲電裝置異常時，或是馬達失效時，切換由熱機驅動轉軸帶動車輪，以作為備用動力，因此具有較佳的可靠度、較低的成本及較佳的能量利用效率的至少其中一個優點。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100‧‧‧串聯式混合動力系統

110‧‧‧熱機

120‧‧‧發電機

130‧‧‧儲電裝置

140‧‧‧馬達

150‧‧‧控制單元

160‧‧‧備用切換裝置

170‧‧‧轉軸

180‧‧‧傳動機構

190‧‧‧驅動軸

200‧‧‧車輪

Claims (10)

1. 一種串聯式混合動力系統，包括：一熱機，用以提供機械能；一發電機，連接該熱機，用以將該熱機產生的機械能轉換成電能；一儲電裝置，電性連接該發電機，用以儲存該發電機產生的電能；一馬達，電性連接至該儲電裝置，用以將電能轉換成機械能；一轉軸，連接至該馬達；以及一傳動機構，用以可選擇地傳動該熱機的機械能至該轉軸，其中該傳動機構具有可選擇的一傳動狀態與一切離狀態，在該傳動狀態時，該傳動機構將該熱機的機械能傳至該轉軸，在該切離狀態時，該傳動機構不將該熱機的機械能傳至該轉軸。
2. 如申請專利範圍1所述的串聯式混合動力系統，更包括一備用切換裝置，連接至該傳動機構，其中該備用切換裝置用於切換該傳動機構的該傳動狀態與該切離狀態。
3. 如申請專利範圍2所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置將該傳動機構切換至該傳動狀態時，亦切斷該儲電裝置與該馬達之間的電性連接。
4. 如申請專利範圍3所述的串聯式混合動力系統，更包括一控制單元，該控制單元電性連接至該儲電裝置以偵測該儲電裝置之狀態，該控制單元用以在該儲電裝置的電量低於一預設值或該儲電裝置異常時提供一訊號至該備用切換裝置。
5. 如申請專利範圍4所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置包括 一鎖定裝置、一燈及一發聲裝置，該鎖定裝置用以防止該備用切換裝置誤動作，該燈用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後閃爍，該發聲裝置用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後發出提示音。
6. 如申請專利範圍4所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置於接收到該控制單元的該訊號後切換該傳動機構至該傳動狀態。
7. 如申請專利範圍4所述的串聯式混合動力系統，該控制單元更電性連接至該馬達以偵測該馬達之狀態，該控制單元用以在該馬達失效時提供該訊號至該備用切換裝置。
8. 如申請專利範圍3所述的串聯式混合動力系統，更包括一控制單元，該控制單元電性連接至該馬達以偵測該馬達之狀態，該控制單元用以在該馬達失效時提供一訊號至該備用切換裝置。
9. 如申請專利範圍8所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置包括一鎖定裝置、一燈及一發聲裝置，該鎖定裝置用以防止該備用切換裝置誤動作，該燈用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後閃爍，該發聲裝置用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後發出提示音。
10. 如申請專利範圍8所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置於接收到該控制單元的該訊號後切換該傳動機構至該傳動狀態。