TW470713B - Hybrid electric vehicle with traction motor drive allocated between battery and auxiliary source depending upon battery charge state - Google Patents

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TW470713B
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Arthur Paull Lyons
Timothy Michael Grewe
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Lockheed Corp
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Description

470713 五、發明說明（l) —------ 本發明有關混合式電動車之操作及操作 效之製造裝置及方法。 之間早及有 人們廣泛地將混合式電動車視為最實用之 一混合式電動車包含對一電氣牽引馬達供兩5巧染車輛。 輪之電氣"牽引（t r ac t i on)"電池。一混人^亚依序驅動車 合”論點在於使用一於車輛操作期間供%再5動車之"混 之第二或輔助動力。it第二電源可為太陽。X牽弓I電池 電池、内燃機所驅動之發電機、或一 罨池板、燃料 當内燃機用作帛：電源時，其it常係—又使用$其他電源… 生極少污染之相對小引擎。—項 =用極少燃料 每分鐘若干轉（RPM)範圍内操此思之優點係可在有產 佳化該引擎之污染控制。：用作二^ 第二’’ 一詞僅只有關操作期：⑨源時，"主要 發明絕對重要。僅Μ電池方式，及非對冰 當該車輛遠離一充電站雷，之間早電氣驅動車未 車辆在使用—曰之後順m池耗盡之缺點，具有 充電該電池之缺點。該混人S 2停車場時，必項P奮；tb 車耗之重大優點係該溫合二二二，車優於一簡單t f竣# 身之電池，及如此通常二動車在操作期間再充=饵電 此，能更像-平常内要任何外部之電池Ϊ!其 内燃機供雷^ 車，而只需添加該辦 =式車輛般使用該混I=。如 係其良好之燃料哩程：。昆合式電動車之另―：〜 再生之動態制，，該動能哩程數之優點係海卜 轉動能轉換成電源，及至少-部份制動期；使 成量送回該電池。吾 $ 6頁 % 巳 聲 % 470713 五、發明說明（2) 制動損失需為在都市通行環境中一車輛所經歷大約接近一 半之所有摩擦損失負責。再生利用該百分之5 0之能量，及 將其送回該電池供進一步使用比未使用再生制動之情況准 許使用一更小之”第二”燃料操作之電氣發電機。較小之第 二電源依次導致每單位時間或每英哩使用較少之燃料。混 合式電動車之又另一優點係在很多狀態下，可用於加速該 車輛之動力係電池所能供給之最大動力加上該第二電氣發 電機所能產生最大動力之總和。當該電氣發電機係一柴油 供電之内燃機時，該電池動力及柴油動力之結合可導致一 非常可觀之合計原動力，而照常有良好之燃料哩程數。 雖然混合式電動車在經濟及環境方面係有利的，其多少 必須"極為簡單"，其中該車輛在其操作及對駕駛員輸入之 反應上必須類似於習知内燃動力式車輛，以便達成普及之 接受性。 根據本發明之一論點，一種由電池衍生至少一些其牽引 力之混合式電動車之操作方法，包含在該車輛異於制動狀 態之操作模式中由輔助動力提供能量至牽引馬達，及當各 電池位於第一充電狀態及完全充電間之一充電狀態時，亦 由各電池提供該牽引功率需求與該輔助動力來源間之差值 及多達各電池之最大容量之步驟。當然，該第一充電狀態 係少於該完全充電狀態。根據本發明此論點之方法，在該 車輛異於制動狀態之操作模式中，當該電池位於代表該電 池之一大致放電狀態之第二充電狀態時，只由該輔助動力 對該牽引馬達供給能量。在該車輛異於制動狀態之操作模
470713 五、發明說明（3) 式中，由該輔助動力供給能量至該牽引馬達，及當該電池 位於放電狀態及該第一狀態間之一充電狀態時，亦由各電 池供給少於該電池全容量之能量至該牽引馬達。 在本發明此論點之一變異項中，一種由電池衍生至少一 些其晕引力之混合式電動車之操作方法，包含在該車輛異 於制動狀態之操作模式中由一輔助電力能源提供能量至一 牽引馬達，及當各電池位於完全充電及少於完全充電之第 一充電狀態間之一充電狀態時，亦由各電池提供該牽引功 率需求與該輔助動力供給間之差值及多達各電池之最大容 量至該牽引馬達之步驟。根據本發明此論點變異項之其他 步驟包含（a )在該車輛異於制動狀態之操作模式中，當該 電池位於代表該電池之一大致放電狀態之第二充電狀態 時，只由該輔助動力對該牽引馬達提供能量，及（b )在該 車輛異於制動狀態之操作模式中，由該輔助動力供給能量 至該牽引馬達，及亦由該電池供給能量至該牽引馬達，所 供給能量大小約略與該電池之全容量及該電池中充電量相 對該完全充電之大小呈相同比例。 第1圖係根據本發明論點之一電氣車輛之簡化方塊圖， 包含一按照本發明施行控制之指令控制器，及亦包含一功 率控制器； 第2圖係說明第1圖功率控制器内所施行某些功能之簡化 方塊圖； 第3a及3b圖分別係該牽引電池之能量再生對牽引電池充 電狀態及由於再生之牽引對牽引電池充電狀態之簡化曲線
470713 五、發明說明w) 圖； 第4圖係一說明第1及2圖指令控制器中邏輯流程之簡化 流程圖，以提供第3 a及3 b圖中所示之操作； 第5圖說明一牽引功率之供給分佈對第1圖車輛之牽引馬 達之簡化曲線圖，而為牽引電池充電之函數： 第6圖係一說明第1及2圖指令控制器中邏輯流程之簡化 流程圖，以提供第5圖中所示之操作； 第7 a圖係馬達或發電機功率相對以扭矩為參數之速度之 曲線圖，及第7b圖係如何控制該馬達/發電機功率之圖解 ;及 第8圖係說明某些回應於該牽引電池之充電狀態用以控 制該輔助動力源所產生電力大小之控制電路或配置之簡化 方塊圖。 於第1圖中，一電氣車輛10包含至少一連接至交變電壓 式電氣牵引馬達4 0之驅動輪1 2，在發明之一實施例中該馬 達4 0係三相交流馬達。馬達4 0最好係一已知之馬達-發電 機，以致於動態制動期間可將運轉動能轉換成電能。一功 率控制器14藉著功率使用路徑連接至牽引馬達40、至如20 所示之牽引電池、及至方塊16所示之輔助動力源。如方塊 1 6所示，該輔助動力源可包含諸如驅動電氣發電機2 2之柴 油引擎18之一内燃機，或其可包含一燃料電池24。如方塊 5 0所示之指令控制器係藉著信息路徑連接至功率控制器 1 4、輔助動力源1 6、及至牽引馬達4 0，用以控制該功率控 制器1 4、輔助動力源1 6之操作，及按照適當之控制律連接
第9頁 470713
—種能儲存柏當高電力之最普通 、3普通之鉛/硫酸電池。假如當該取便/之電池類型包 注意防止一充電電流施加至該電池电/、在元全充電時稍微 產生不想要之熱量，及假如能避 以防止電解液起泡及 適用於電氣車輛。 机酸化，則該電池類型 於第1圖中，車輛10之顯示裝置及 明為方塊30。方塊3〇說明藉著—铖-貝控制裝置係說 令控制方塊5〇，用以下達驅動指貪料路徑31連接至指 令控制器50隨後可轉換成各種功率至指令控制器50，該指 功率控制器1 4、輔助動力源丨6、及件之適當指令，諸如 說明藉著-路徑32連接至摩擦制 以馬達40。方塊3〇亦 著連接至-制動踏板之習知液壓二36a及36b，用以藉 制動裝置。 糸統直接控制該摩擦 第2圖代表第1 元件之互相連$ 輔助動力源1 6之 交流輸出轉換& 包含一雙向推$ 合至電池20、至 交流變換器2 8。 2 8、該輔助動& 除了該直流至& 及電流感測器， 圖功率 。更特 整流器 直流電 控制系 整流器 如上述 源1 6、 流變換 以感測 些元件與第i圖其他
別地是功桌：^ Η /、TO 裝置26，將；^包含-連接至 壓(假如需要時該：源16之 統，另包含-Πί 器14亦 ^ ^稭者功率連接裴置耦 裝置26、及至牽引馬達40之直流至 藉著指令控制器50控制該變換器 及牽引馬達40之操作。應注意的是 器28外，該推進控制系統包含電壓 該馬達/發電機、電池、及輔助動
470713 五、發明說明（6) 力源之各種操作參數。 於第1及2圖配置之基本操作中，該指令控制器（5〇)以脈 衝寬度》周制才"控制變換器2 8之個別開關（未示出），導致 在=變換器_合至該牽引馬達4()之璋28m時產生一具有 選定頻率及s值之交變電壓近似值。於本發明之一較佳實 訑例中，該變換器係—勵磁導向支配（以61己〇1^6肘以 Command，下文簡稱F〇c)類型，及同理牽引馬達係一F〇c電 磁感應馬達。選摆對兮· & 頻率及量值，以=達40之支配交流1區動裝置之 ^ ^ 、疋之馬達速度下用選定之牽引電流驅 ^ ^ 5之’牽引馬達40產生一隨著馬達速度之 ‘哭5 0曰:J Γί反電動勢，及該變換器必須產生（在指令控 之交 、 ^者父變電壓頻率之增加而增加量值 在盥該^拖哭二^維持相同之牽引馬達驅動電流。該馬達 如第1及2圖：：=支配頻率-致之頻率下轉動。亦於諸 制動二者。者f輛基本操作中可施行動態制動及摩擦 當作電氣發；：操時該動態制動係更•’如藉著 方向中』:;二圖生動態制動之間隔期間… 4〇所產至交流變換器28將該牽引馬達 壓。再者，當該雷ίΪ 充電牵引電池20之正向電 式電氣車輛時，Λ可U 2 ，含該辅助動力源1 6之混合 以補充該電池及/或提；之操作期間操作該輔助動力源 50之指令而定。扠仪些牽引能量，依該指令控制器 第11頁 4YU71^ - 五、發明說明（7) _ — 吾人已注意到當一番与太 -T- »σ 我1車輪在使用動離在I丨4 ,, 下知作及該電池完全充带# ^ 〜、制動之正常杈式 電流推經該業已充電之恭叫名動=制動傾向於將一充電 充電電池之狀態中，—妒兩於此施加充電電流至-完全 充电、13伏特之無電流值上β 、 电池中由凡王 該指令控制器提供— 2 ^近1 6伏特，藉此對 =令控制器由該電池斷開藉著動態制動戶;；如 如其必須斷開以便保護該電談c生之-里， 其完全充電、無電流值。這依馬上滑落至 控制器以提供能量至兮雷再開始該動態制動 ，指令控制器之環路特性所建立 導 周期性動態制動應用，及產生一可察覺之制動jj丰下之 隔期間傾向於過量充電該電池。：過= 私及展3員白非吾人所想要者。 里充 第3a及3b圖根據本發明之論點一起說明一控 制律允許在各間隔期門监、s ό ^ $ 律’该控 、英rr pH丨J 源自動態制動之能量完全再生卞 达回至该牽引電池，其中該"電池係在少 ：2 父^態，該特定充電量係少於完全充電，及寺 疋&二及凡全充電之間之各牽？丨電池充電電平處，使^白
”之再生能量以一方式呈比率地逐漸減少，該；J 現存充電狀態之函^ =差=當時 單調的，及該關係可為線性的：二中根
第12頁 470713 五、發明說明（8) 發明論點之一控制律，曲線圖3丨〇代表該 池充電狀態之函數。更特別地是曲線圖3ι^為牽引電 分之100或儘可能方便地接近百分之1〇(3再疋義一代表百 生值之不變部份312。在完全充電處，源生之動態制動再 生能量係減少至幾乎零，或儘可能方便地動態制動之再 31 0所代表之控制律另包含第二部份314 ,該=柃曲線圖 為"第一充電"之預定牽引電池充電電平之=伤314由稱 單調地斜降至在完全充電該牽引電池之零再:之再生 圖中之曲線圖32。說明該車輛之再生牵動藉—者第b 效應。於第3b圖中，曲線圖 含一代表由該牽引電池之低充電電平至哕" 320之第二部份324代表由在該"第一"充電電平之百分之 100單調地斜降至在完全充電之百分之0之再生牽引。雖缺 曲線圖310及3 2 0之各部份314及324係分別說明為線性斜； 降，為控制故，單調之部份31 4及3 24係已足夠。汽車之駕 駛員將不會察覺該動態制動中之單調縮減，因為該牵引電 池之充電狀態係慢慢地改變，及因此慢慢地改變^再生制 動量。既然慢慢地改變該再生制動，該摩擦制動逐漸地吸 收該動態制動及所想要制動力間之任何不足。當該電池在 完全充電時藉著僅只中止該再生，並當該控制^僅只保護 該牽引電池免於過直充電時’這依序將明顯地減少震顏。 第4圖說明控制第1圖控制處理器50之控制律部份4〇〇之 簡化流程圖，導致第3 a及3 b圖所代表之性能類型。於第4
第13頁 470713 五、發明說明（9) 圖^該邏輯在—開始方塊410開始，及進# 電Μ、及ίί組(/1圖之2〇)參數之方_2，諸/；表/ 这些參數之樣本， J在^見之取樣間隔採取 執行處。由爲^ 經過苐4圖環路之每一 及減去已方塊412藉著決定已進入 ，反覆 弓丨電池充Ϊ開該電池之電荷量，該邏輯進行s電荷量 培小時充：狀態之估算值方塊414。二電T至：代表該牽 至—決定方=估計出該牽引電池之充電狀鲅'則里係為安 電狀態與’其比較現今或現時該邏輯進行 現平如上述少：完=;平：：表之預定電荷值 輯藉著 > 電池之估計充％帝伞i书。叙決定方塊41 6發 代表允< *(YES)”輸出離"*門於該第一充電電平，該邏 塊418/利用完整之再生告Π。疋方塊416，及進行至另一 (在复款制動期間所採取夕動忐量或動力之方塊4 1 8。方 達之、带\電機模式中操作)中行動可為譬如調整該牽引馬達 兩檣电氣輪出成為最大 之勵磁電流’以便使該牽引馬 繞組獨特之勵磁繞型之馬達/發 瘫〃有其想要之藉著另彳一被好具有多數繞組，其中一 之電％ ;為本發明之目—繞組中控制下電流所誘導或感 干的，其產生所相I *的’該勵磁電流之產生途徑係不 輯行至方塊二:p量即已足夠。由方糊，該邏 二當在這狀態中驅動該々開_始另—環繞該環路之反覆執行 吊由於乾量不斷地注入(’二合式電氣車輛時，該牽引電池通 ：------
第14頁 轉著該輔助内燃機/發電機之作 υα3 五、發明說明（10) --- 變；r匕审3 °亥牵引電池之能量儲存系統及該車輛之運轉而將 支件更完全充電。 之，取笼後―’該+牵引電池之充電狀態將超過第3a及3b圖中所示 m充黾電平在那時將改變由第4圖邏輯環路4〇〇所 1繞其預組程式控制邏輯部份之第！圖控制器之邏 輯反覆執行，因為該邏輯流程將不再由決定方塊416之"是 1輸出導出，但將代替導出至該，，否（N〇)，，輪出。由該決定 方塊416之否輸出，該邏輯進行至另—方塊“ο，其代表 該車輛動能形式中可用再生動力或能量之量值之減少:，而 與相對元王充電及苐33與3b圖之第一充電電平間之差值之 現 %充4里呈相反或反比關係。如此，假如目前之充電狀 態係在第一充電及完全充電間之百分之70處，如第3a及扑 圖中Cc所示，允許恢復及耦合至該電池之運轉動能為百分 之30。當目刖充電電平抵達百分之丨〇〇時，可容許之再生 係百分之0。如上述，可於一勵磁導向控制交流電馬達中 僅只藉著調整該驅動裝置之所需求扭矩完成來自用作發電 機之牽引馬達之能量或動力耦合之控制。於本發明之一現 行實施例中’與速度成比例地減少該扭矩，以便控制送回 該牽引電池而由用作發電機之馬達所產生之能量。 如至目前所述，第4圖之邏輯按照該牵引電池之充電狀 態控制該再生。這意指在制動期間減少用作發電機之牽引 馬達作用於該車輛上之推遲力。使用再生制動之電氣車輛 優點之一係不需該摩擦制動以完成所有制動，及如此其可 利用較少使用率之設計及構造，例如藉著使其構造變得較
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470713 五、發明說明（12) 引馬達所能應用之電流量將，夸、、由 提供之電平，隨之導致牽引功=減少至該輔助動力源丨6所 歷經突然之減速。然而，移去春之急遽變化，及該車輛將 電允許該電池電壓急遽上昇至弓丨電池對該牽？丨馬達之放 器將這電壓上昇解釋為指示該秦無負載電壓。假如該控制 其可再連接該牽引電池至該牽引電池具有可用之電荷， 再次提供額外之牽引功率，但馬達，藉此由該牽？丨電池 降。熟練該技藝之人士將認得、起該牽引電池之電壓下 起該車輛"發出單調的嘎嚓聲是一可於爬坡期間再三引 應注意的是在此一"完全"放1搖搖晃晃之振動狀態。 命之牽引電池之情況中，仍然；：：；之；！要長使用壽 放電深度太大則此電池之使用壽；= = :討論電氣驅動車輛目的之放電電池係一種位在 =全放電狀態之充電狀態之電池，但仍然包含相當之電一 ^。於一混合式電氣車輛中，假如該牽引需求少於該輔助 能源之輸出，該輔助能源不斷地提供能用於充電該牵引電 池之3b里。S亥控制律允許該輔助能源及牽引電池提供能量 至該牽引馬達。當牽引馬達之需求超過輔助動力源輸出 時’即由該牽引電池引出電流，造成其電壓下降。假如該 牽引電池接近一完全放電狀態，由於這電流引出之壓降可 心使其藉著中止來自該電池之電流消耗觸發電池保護作 用。藉著該控制律移去電流之消耗依序造成該車輛僅只由 該輔助動力源供電，及允許該牽引電池之電壓上昇。當該 牽引電池上昇時，該控制律不再認為該電池是放電，及又
第17頁 470713 五、發明說明（13) 允許來自該牽引電池之電流消耗。該牽引電池至該牽引馬 達之重複耦合及去耦過程構成該控制系統之振動。這振動 導致一在該控制系統振動率下變化及該車輛駕駛員可察覺 之牽引力。 根據本發明之另一論點，控制器5 0回應於該牽引電池之 充電狀態控制能取自該牽引電池之電量。這避免上述之 "嘎嚓聲”狀態及允許平順之減速，使得該車輛能在電池充 電減少時爬山。第5圖說明一代表按照本發明論點之控制 結果之曲線圖500。於第5圖中，相對該牵引電池之充電狀 態或電平繪出可用於該車輛之牽引功率。曲線圖5 0 0包含 一代表該輔助電能或電源之連續輸出而為一相當低電平之 部份5 1 0。曲線圖部份5 1 0由少於額定放電狀態之電平延伸 至一稱為"低電荷.點"之充電電平，該”低電荷點''係該牵引 電池之額定放電狀態。於曲線圖部份5 1 2所代表之操作範 圍中，可用於該車輛之牽引功率係在代表電池電源及輔助 動力源之總合之相當高電平。曲線圖部份5 1 2所代表之最 大功率電平由一稱為"第一充電"之充電狀態延伸至完全充 電狀態。在該牵引電池之"低充電π狀態及該''第一充電"狀 態之間，牽引功率之大小依該牽引電池之充電狀態而定， 如曲線圖部份5 1 4所建議者。這類型控制之效果允許長時 期在全牽引功率下操作，直至該牽引電池局部放電至該” 第一 ”電平。當該牽引電池下降至剛好低於該第一電平時 ，稍微減少可用於該牽引馬達之電池電量，吾人希望所減 少電量係不顯著。這剛好在第5圖之第一充電電平下方位
第18頁 470713 五、發明說明（14) 置之輕微減少電量多少減少該牽引電池之放電速率。假如 為長斜坡，該牽引電池可進一步放電。當該牽引電池在第 5圖之"低”及”第一"充電狀態間之範圍中變成進一步放電 時，相當少之電池電源可用於該牽引馬達，導致該車輛進 一步減慢。對於最長之斜坡，該牽引電池最後將抵達吾人 認為是額定放電之"低'’充電狀態。當抵達這電平時，不再 由該牽引電池揭取能量，及大致言之該牽引電池之充電狀 態不能在該"低"充電電平之下延伸進入曲線圖部份5 1 0， 除非在該牵引電池上有一些其他消耗，諸如在對該車輛或 其乘客之逼近危險狀態下之電池保護之緊急超控 (〇 v e r r i d e )。具有第5圖所繪製之控制，沿著該控制曲線 在任何點皆無牽引功率之急遽變化。當該電池充電正好在 該"低"充電點上方及正造成由該輔助動力源變化至滿載操 作時，由該牽引電池所提供之牽引功率量業已極微小，及 該車輛駕駛員應不會感知該變化。 第6圖係一說明第1圖控制器5 0邏輯之部份6 0 0之簡化流 程圖，而按照第5圖之曲線圖5 0 0提供該控制。於第6圖中 ，該邏輯在一”開始”方塊61 0開始及進行至一方塊61 2，該 方塊6 1 2代表該電池特性之讀數，類似第4圖之方塊4 1 2。 由第5圖之方塊5 1 2，該邏輯進行至一代表充電狀態之估計 之方塊614，亦大致如第‘4圖所述。第6圖之決定方塊616 決定目前之充電狀態是否在第5圖之”第一"充電點之上， 及假如該充電狀態大於該''第一"充電點則經由決定方塊 616之"是"輸出決定該邏輯。由決定方塊61 6之”是"輸出，
第19頁 470713 〜\LOJ 該邏輯進行至一代表造成可用於該牽引馬達之全牽引功率 之方塊618。藉著於控制該變換器之軟體中除去功率限7制； 即可宕 ri·:.山 口 、1ST 笙 7 ο β 7 園折 i朮，、、士 * 五、發明說明（15) 之方塊618。藉著於控----------- 4 π平限制 、 ，如會同第7a及7b圖所述，注意該輔助動 力源係唯一電源，而依該變換器之操作可將該電池及談焉 達/發電機當作電源或冷源。由方塊61 8，該邏輯倒回= 塊612，以經過第6圖之邏輯開始另一反覆執行。大致士 之’當以接近完全充電之牽引電池開始時，該邏輯將二轉 =第6圖方塊612,614,616及618之環路反覆執行，並^〇 代表充電狀態之久。 充電電平所 在長上坡路時，該牽引電池之充電最後可 少於第5圖之”第一,，充電點，及在下一反覆執下降士至等於或 圖之邏輯’該邏輯6將藉著"否"輸出離開決過第6 至方塊62◦。方塊620代表減少來自鬼616 ’及 、邊牽引馬達之電量，所減少電量依 弓丨電池可用 充電狀態間電荷差值之目前牽引電池充電第一"及" 呂如，假如該牽引電池之現時 φ 里值而定。 狀態下方下降至一代表第現^5圖之"第 。乂電平係為該"低丨丨及"第一"充恭册 4充電"電 =十分ί九’控制器5〇將來自電電平間路 ;份之百分之90。以另-途徑，=第率電池供電 充電之目前充電狀態係指定今 中指示為"目^ 率成份…之9。，提供至 電源係減少
470713 五、發明說明（16) 至該電池電源之百分之9 0。自然地，第5圖之曲線圖部份 5 1 4不需如所示為一線性斜坡，但假如曲線圖部份5 1 4至少 是單調的時可簡化該控制系統。由第6圖之方塊6 2 0，該邏 輯進行至一比較該牽引馬達功率需求與來自該輔助動力源 功率之決定方塊6 2 2。假如該牽引功率需求超過來自該輔 助動力源功率，該電池係放電，及該邏輯藉著"是輸出離 開決定方塊6 2 2。由決定方塊6 2 2之"是"輸出，該邏輯進行 至一代表來自該輔助動力源之可用功率增加至其最大值之 方塊624。由方塊624，該邏輯進行至一決定方塊626。決 定方塊6 2 6比較該牽引電池之目前充電狀態與第5圖之"低" 充電點。假如充電狀態在該”低11充電點之下，指示該牽引 電池不應進一步放電以免該牽引電池受損，該邏輯藉著11 是"輸出離開決定方塊626及進行至邏輯方塊628。方塊628 代表藉著F0C控制將牽引馬達功率限制於該輔助動力源已 知可用之電量，而輕易地決定為該電壓乘以該電流之乘 積。由方塊6 2 8，該邏輯經由邏輯路徑6 3 0流回至方塊6 1 2 ，以經過第6圖之邏輯開始另一反覆執行。當決定方塊626 檢查該牵引電池之充電狀態時，假如目前之充電狀態大於 第5圖之"低"充電點，該邏輯藉著"否”輪出離開決定方塊 6 26及越過邏輯路徑6 3 0進行回至方塊61 2，而未通過方塊 6 2 8。如此、，當該牽引電池中之可使用電荷係大量時，第6 圖之邏輯准許其之使用。假如於通過第6圖之邏輯期間， 決定方塊6 2 2發現該牽引功率不大於該輔助動力源丨6所產 生之功率’該邏輯藉著'’否”輸出離開決定方塊622及經由
第21頁 470713 五、發明說明（17) " 一 ~ 邏輯路徑6 3 0進行至至方塊612，以開始另一反覆執行；這 路徑繞過增加該輔助動力源丨6之功率至最大值之路徑。 第7a圖說明馬達（或發電機）功率對於速度之一簡化參數 曲線圖710a，710b，710c，.·.，710N。於第7a圖中，曲線圖 710a’710b’710c，...’ 710N 具有一相同之斜面部份 712。一 馬達或發電機之功率係扭矩乘以速度之乘積。因此不管扭 矩為多少，在零速度時功率為零。當在不變之扭矩下增加 速度時，如第7a圖曲線圖部份712所建議者，該功率增加 直至一速度wbase。在沁…之頻率以上，為了熱處理或i 他理由將不再能操控該馬達/發電機之設計功率。因此’ 在最大扭矩時，藉著該變換器之控制律將該馬達/發電機 之功率限制在置於曲線圖710a上。假如該扭矩多少小於該 最大扭矩，在比％ase稍低之馬達速度下達成最大功率，而 用曲線圖·代表。曲線圖71〇。代表又一較低之扭矩量 :’及取低之：線圖71 0N代表能維持量子化控制系統之最 依!^度而定，該控制系統將該馬達所產生之扭 矩限制至-極值’卩防止該馬達在所想要 方操作。€只藉著將最大功率除以目 定該有限之扭矩極值： 3 % ^ & I 戌 扭矩極值=最大功率（Pmax)/速度 及最終之扭矩極值造成該功率曲後圖 藉著曲線圖71〇a及曲線圖部份712所圖^限在小於第7a圖中 所代表部份之值。假如
470713 五、發明說明（18) 該功率係限制於一比Pmax較小之值，隨之該馬達之功率曲 線圖將對應於第7a圖曲線圖710b，710c，·..，710N之一。第 7b圖係一說明扭矩支配及功率限制器關係之簡化方塊圖。 於第7b圖中，該扭矩極值係應用至一限制器方塊7 1 4，該 限制器在抵達該勵磁導向控制（FOC )變換器28處以將功率 限制在曲線7 1 6下方之方式調整該扭矩支配（有限之扭矩支 配"Limited Torque —Cmd")之量值。曲線716係藉著將選定 或設定功率P除以該馬達速度所決定之扭矩對於速度之曲 線圖。如此，該F0C變換器可藉著控制所支配扭矩由該馬 達速度控制該馬達功率。所討論之扭矩可為牽引或驅動扭 矩，或其可為減缓或制動扭矩。當想要由用作發電機之馬 達流至該電池之功率控制時，適當iF〇c支配導致該極值 之應用。 於第8圖中，由一電氣加速器（未示出）得到所想要扭矩 或扭矩支配及經由路徑81〇應用至倍增器812之第一輸入 璋名倍增器在其第二輸入埠8丄4由各感測器（未示出）接 之i輛速度（或牽引馬達速度，⑮如該車輛配備 ^ ^ ^ 借日15812取得馬達速度及所支配扭矩 之乘積以產生一代表； 加至該牽引馬達所支配功率之作 號。假如必要時，一方抬ββ — 干·<·柘 ^ ^ 方塊8 1 6精考常數k調整所支配功率 ’以將έ亥jg就轉換成所古阳车，丨 p冲本& ± 支牽引馬達功率之一代表瓦特值
Pc。代表所支配瓦特功率 -方塊，該方塊δ1δ1= ;由方塊應用至另 池電壓，以獲得一代表配瓦特功率除以該牽引電 ^所支配牽引馬達電流之信號
第23頁 470713 五、發明說明（19) (IC = P/E)。該牽引電池電壓係牽引馬達電壓之可接受指 標’因為該系統中之所有電壓傾向於該電池電壓。代表所 支配電流I c之彳§號係藉著一信號路徑8 1 9載送至第1圖需求 控制器5 0之一部份，用於以產生所想要馬達電流之方式控 制該F0C變換器28及該牽引馬達40。代表所支配電流之 信號亦由方塊818之輸出經由方塊820所示之定標電路施加 至一誤差信號產生器822。在下面說明該定標電路82Q之目 的’但其作用導致所支配馬達電流轉換成所支配發電機 電流1G °誤差信號產生器82 2藉著由信號路徑824減去一發 電機電流IG之反饋信號產生誤差信號，其代表所感測内燃 機/發電機（產生器）之輸出電流。由誤差信號產生器8 22所 產ΐ之誤差信號係施加至一可為簡單積分器之環路補償濾 波裔，以產生一代表該輔助動力源丨6、更特別是該柴油機 1 8所支配速度之彳§號。該柴油機丨8驅動該電氣發 產生交變輸出電壓’俾能經由電源導體832施加至第工圖 之變換器28。圓8 34所示之電流感測器配置係耦合 感測該發電機電流之輪出導體832。第8圖之方塊822用 8 2 6，18，22及824 —起構成封閉之回饋環路，該回饋環路 傾向於使發電機22之輪出電流等於施加至該誤差產生器之 控制信號iG所支配之量值。選擇環路補償器8 2 6以防止； 柴油機之速度改變太快，因這可能導致增加不想 物散發。 iα木 、如至目前所述’第8圖之配置產生-用以支配該牽引馬 達電流之彳§號Ic，俾能控制該車輛之運轉，及亦產生一支
第24頁 470713 五、發明說明（20) 配該輔助發电機2 2之電流之信號ig。於第8圖中，在加法 電路8 5 0之不倒相輸入埠接收一代表該牽引電池所需充電 狀態（State Of Charge，下文簡稱S〇c)之信號。在加法電 路8 5 0之倒相輪入埠由—電池充電狀態（s〇c)決定方塊8 5 ^ 接收一代表目前充電狀態之信號。s〇c方塊8 5 2接收代表電 池電壓、電池溫度、及電池電流之信號。大致言之，一 ^ 池之充電狀態係僅只該輸入及輸出電流淨值之時間積分。 S0C方塊8 5 2積分該電流之淨安培以產生安培小時之充電。 加法電路8 5 0在一信號路徑8 54上產生一誤差信號，該誤差 k 5虎代表該牽引電池所想要或支配充電狀態及其實際充電 狀態間之差值，以藉此確認一即時之過量充電或充電不 足。该誤差仏號係施加至一積分該誤差信號之環路補償濾 波器8 5 6以產生一積分之誤差信號。該積分之誤差信號係 為時間之函數並緩慢地改變。該積分之誤差信號經°由二限 制器8 5 8作用於方塊820上。更特別地是當施加至定標方塊 8 20時，該積分之誤差信號選擇定標該支配馬達電泞'1之 定標因數，以使電流Ic變成該支配發電機電流。ς/器 8 58僅只限制來自方塊8 5 6之積分誤差信號，以致塊 8 2 0之定標因數範圍受限於零及壹⑴間之範圍：匕，支 配發電機電流Ic絕不會大於該支配牽引馬達電流！，押可 根據來自限制器8 5 8之有限積分信號所支配之定^使 其少於電流Ic，及該支配發電機電流L可降低至零爺流。 該牽引電池所想要之充電狀態係—少於完全充 電平’以致可應用再生制動而不會由於過量充電；損害該
第25頁 470713 五、發明說明（21) 牽引電池之危險。如j；卜，新相西 充電之充電狀態。C設定點係少於完全 之f e 汍ο s 又 補償濾波器856中積分器 韦悲輸出為· 5伏特，即在限制器85 最大值及0.0伏特最小值間之中間， 圓0伏特 操作。該積分誤姜_沪之偵Z置之 支配之牵引馬達電==2猎著該倍增因數定標該 ，电仙·以致具有1. 〇值之積分誤差信於、& 成該支配之牵弓馬達電流Ic在全量值下藉著誤 ， 器822傳送，5之值將導致該支配發電機電流 正好為該支配牽？丨馬達電流Ic之量值之一半。於第8 ^值 置之Ϊ :下ί :1亥車輛時，當該牽引電池超過所想要之己充 電狀態叶，鉍差信號產生器8 5 0由該設定點之值減去充 表高充電狀態之大信號值，藉此產生一具有負極 代 號或誤差信號。環路補償濾波器8 5 6中之積分器積分該^ 極性信號，而傾向於在環路補償濾波器8 5 6之輸出"減=1、負 或負向驅動該淨積分信號離開其〇. 5伏特之"常熊"乂 如可能向下朝向。.3伏特。既然該積分誤差信號：〇.二 之值係在於该限制器8 5 8所准許之範圍内該積分誤寸 號僅只流經限制器85δ_ —方式控制定標電路8 2 0、差^ 成該支配之牽引馬達電流Ic乘以〇. 3而非該"常態"值〇 ^ k 以產生該支配發電機電流IG。如此，大於所想要設.’ 電池充電狀態導致該發電機平均輸出之減少=之 式中’假如該牽引電池之充電狀態低於所想要之設方 由第8圖之方塊8 5 2施加至誤差信號產生器85〇倒相輪入埠 470713 五、發明說明（22) ^信號變得小於代表所想要s〇c之信號量值，這 號產生器850之輸出導致誤差信號 、° 器856聯結之積分器積分其正輸C = 路遽波 信號，該信號傾向於在其0.5伏特輸= 如0. 8伏特之值。既麸這值^ ^ pp s加至s τ 既，、、、^值仏在限制器8 58所可 2，該。.8伏特之積分誤差信號係沒有變化地施接又之值 η.8伏特之積分誤差電壓造成定標電路 =表該支配牽馬達電流1(：之信號乘以〇. 8，以致該支配 ί ::t於前者。牽引電池充電減少至低於該設定 2之>r效應係增加來自發電機22之平均輸出功率，這將傾 :於增加該牽弓丨電池之充電電平。熟練該技藝之人士將了 解該積分誤差信號之”常態"值意指上面之狀況不真正存 在，及僅只用於幫助了解該控制系統之操作。 按照本發明之一論點，—種由電池（2〇)衍生至少一些其 牽引力之混合式電動車（10)之操作方法，包含在該車輛異 :制減態之操作模式(在常速行車下加速）中由一輔助動 16)提=里至一牵引馬達（4〇)，及當各電池（2〇)位於 充％狀悲（第5圖之第一狀態充電）及完全充電間之一 充電狀態時，亦由各電池（2〇)提供該牽引功率需求與該輔 助動力（1 6 )來源間之差值及多達各電池（2 〇 )之最大容量之 二驟田然該第一充電狀態係少於該完全充電狀態。根 才本号X月此娜點之方法，在該車輛（工〇 )異於制動狀態之操 作模式（加速^速行車）中，當該電池位於代表該電池 (2 0 )之λ致放電狀態之第二充電狀態（不大於第5圖之
第27頁 470713 五、發明說明（23) "低充電點"）時，只由該輔助動力（1 6 )對該牽引馬達（4 0 ) 供給能量（5 1 0 )。在該車輛異於制動狀態之操作模式中， 由該輔助動力（1 6 )供給能量至該牽引馬達（4 0 )，及當該電 池位於放電狀態（M低充電點"）及該第一狀態間之一充電狀 態（第5圖之''目前充電”）時，亦由各電池（20)供給少於該 電池全容量之能量至該牽引馬達（40)。 在本發明此論點之一變異項中，一種由電池（2 0 )衍生至 少一些其牽引力之混合式電動車（1 0 )之操作方法（5 1 4， 6 1 8 )，包含在該車輛（1 0 )異於制動狀態之操作模式（加速 、常速行車）中由一輔助電力能源（1 6)提供能量至一牽引 馬達（4 0 )，及當各電池（2 0 )位於完全充電狀態及少於該完 全充電狀態之第一充電狀態間之一充電狀態時，亦由各電 池（2 0 )提供該牽引功率需求與該輔助動力（1 6 )供給間之差 值（"全牵引功率容量"減去”發電機功率”）及多達各電池 (2 0 )之最大容量至該牽引馬達（4 0 )之步驟（6 1 8 )。根據本 發明此變異項之其他步驟（6 2 8 )包含（a )在該車輛（1 0 )異於 制動狀態之操作模式（加速、常速行車）中，當該電池位於 代表該電池（2 0 )之一大致放電狀態之第二充電狀態（不大 於第5圖之"低充電點”）時，只由該輔助動力（1 6 )對該牵引 馬達（4 0 )提供能量，及（b)在該車輛異於制動狀態之操作 模式中，由該輔助動力（1 6 )供給能量至該牽引馬達（4 0 )， 及亦由該電池（2 0 )供給能量至該牽引馬達（4 0 )，所供給能 量大小約略與該電池之全容量及該電池中充電量相對該完 全充電之大小呈相同比例。
第28頁

Claims (1)

  1. 470713 六、申請專利範圍 1. 一種由電氣電池衍生至少一些其牽引力之混合式電動 車之操作方法，包含下列步驟： 在該車輛異於制動狀態之操作模式中由一輔助動力提供 能量至一牽引馬達，及當該電池位於第一充電狀態及完全 充電狀態間之一充電狀態時，亦由各電池提供該牽引功率 需求與該輔助動力來源間之差值及多達該電池之最大容 量； 在該車輛異於制動狀態之操作模式中，當該電池位於代 表該電池之一大致放電狀態之第二充電狀態時，只由該輔 助動力對該牵引馬達供給能量；及 在該車輛異於制動狀態之操作模式中，由該輔助動力供 給能量至該牵引馬達，及當該電池位於放電狀態及該第一 狀態間之一充電狀態時，亦由各電池供給少於該電池全容 量之能量至該牵引馬達。 2. —種由電氣電池衍生至少一些其牵引力之混合式電動 車之操作方法，包含下列步驟： 在該車輛異於制動狀態之操作模式中由一輔助電力能源 提供能量至一牽引馬達，及當各電池位於完全充電及少於 完全充電之第一充電狀態間之一充電狀態時，亦由該電池 提供該牽引功率需求與該輔助動力供給間之差值及多達各 電池之最大容量至該牽引馬達； 在該車輛異於制動狀態之操作模式中，當該電池位於代 表該電池之一大致放電狀態之第二充電狀態時，只由該輔 助動力對該牽引馬達提供能量；及在該車輛異於制動狀態
    第29頁 470713 六、申請專利範圍 之操作模式中，由該輔助動力供給能量至該牽引馬達，及 亦由該電池供給能量至該牽引馬達，所供給能量大小約略 與該電池之全容量及該電池中充電量相對該完全充電之大 小呈相同比例。
    第30頁
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