TWI438105B - The power generation system of a vehicle and its power generation method - Google Patents

The power generation system of a vehicle and its power generation method Download PDF

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Description

車輛的發電系統及其發電方法
本發明係有關於一種發電系統及其方法，特別是有關於一種結合於車輛固有的動力系統上的發電系統及其方法。
常見的攜帶式引擎發電機一般具有架體、油箱、引擎、發電機、供電介面等，因採用獨立運作設計，遂可機動地移動至適合埸地使用。另一方面，市售車輛中也有應用引擎曲軸的動力附掛充電發電機進行車輛電瓶電力回充的設計，但該設計僅多用於該車的電瓶充電使用，並不能有如前述攜帶式引擎發電機般地提供車輛以外的電器設備電力。
再者，上述攜帶式引擎發電機的大部分的元件在市售車輛中都已具備(除了對外的供電介面)，而目前所知，將攜帶式引擎發電機各構件與車輛動力構件整合的專利並不多見，且因原車輛引擎係設計提供該車輛動力使用，在將之兼作對外供電的發電機的驅動動力之用時，必需有完善的控制策略，以確保不至危害到原車輛的使用安全。
本發明的目的係提供一種混合供電用引擎發電機與車輪動力的車輛發電系統以及其發電方法。
本發明提供的車輛發電系統，包括：一發電單元，其具有發電機、驅動發電機的動力輸入軸及電性連接發電機的電力輸出單元。一供電單元，其連接電力輸出單元，並提供一電能連接介面。一離合機構，具有一連接動力輸入軸的增速單元與一接合/分離增速單元與曲軸的馬達控制器。一控制單元，係電性連接馬達控制器，其具有一發電條件判斷單元，用以感知車輛是否處於適合發電的狀態，據以驅動離合機構。藉此，控制單元取得發電模式切換訊號後，以發電條件判斷單元確認車輛處於適合發電狀態，繼而驅使離合機構以接合曲軸，使曲軸與發電機的動力輸入軸連接，並提升引擎轉速至一第一設定轉速值運轉，透過增速單元提昇至一第二設定轉速值驅動發電機，以產生供給供電單元的電能，控制單元取得一行車模式切換訊號後，驅使離合機構分離曲軸，以停止發電。
在上述一實施例中，發電條件判斷單元感知車輛處於適合發電的安全靜止狀態的條件係包含：車輛的輪速是否為零、車輛檔位是否位於空檔或停車檔、車輛的油門開度是否回到怠速轉速下的位置、車輛手剎車是否為剎車狀態以及該發電機的溫度是否在一安全值內。
在上述一實施例中，控制單元更包含一警示單元，警示單元具有對應的聲音或燈號提示目前車輛係處於一行車模式、一發電機模式或一警告模式：行車模式係曲軸與車輛傳動單元接合的狀態；發電機模式係曲軸與發電機接合且發電條件判斷單元確認車輛處於適合發電狀態；警告模式係為輪速在不為零的狀態、變速箱檔位不在停車檔或空檔的位置、手剎車在非剎車的狀態、油門開度不在怠速轉速下的位置或發電機的溫度超出安全值的狀態之上述情況之任一種。
本發明提供的車輛的發電方法，包括：提供一發電單元。再取得一模式切換訊號。續而確認車輛處於適合發電狀態。再釋放對發電單元的制動。再以離合機構接合曲軸與發電單元。繼而提升引擎轉速至一第一設定轉速值，並透過增速單元將第一設定轉速值提升至一第二設定轉速值，以驅動發電單元產生電能。再經由一漏電過載裝置輸出電能。
在上述一實施例中，確認車輛處於適合發電狀態係包含：輪速在不為零的狀態、變速箱檔位不在停車檔或空檔的位置、手剎車不在剎車的狀態、油門開度不在怠速轉速下的位置、引擎溫度過熱狀態、水箱溫度過熱狀態、排氣管過熱狀態以及引擎轉速超過3500 RPM以及發電機的溫度超出安全值。
本發明的特點係在於，本發明在車輛的動力單元中，結合了對外供電的發電機裝置及功能，並以二種模式(行車模式以及發電機模式)互相切換而使得可在車輛上提供外部即時發電供電的功能，並確保在進行二種模式切換時，車輛係處於安全靜止的情況，將二種模式切換時的安全性考量納入整車控制的流程中。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式均為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構。因此在該等圖示中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
一般車輛係應用微電腦控制器(ECU)係可以蒐集各種設置於該車輛上的各種感知器(如曲軸角度感知器、引擎溫度感知器、油門開度感知器、水箱溫度感知器、目前檔位感知器、歧管壓力感知器…等)的數據，加以應用。
請參照圖1所示。本實施例之車輛的發電系統之車輛10具有一引擎20可提供該車輛10的動力，引擎20具有一曲軸201、一連接該曲軸201並由該曲軸201傳動的車輛傳動單元30，該車輛傳動單元30連接該車輛10之車輪31以驅使車輛10移動。本發明的車輛的發電系統包括：發電單元40、供電單元50、離合機構60、控制單元70。發電單元40具有一發電機41、一驅動該發電機41運轉，以產生電能的動力輸入軸42及一電性連接該發電機41的電力輸出單元43。一供電單元50係連接於該電力輸出單元43，並提供一電性連接介面之插座53，以供該車輛10外部(指與電瓶電性連線設備以外的電器設備)。一離合機構60，係具有一連接該動力輸入軸42的增速單元61以及一接合或分離該增速單元與該曲軸的馬達控制器62。一控制單元70，係電性連接該馬達控制器62，該控制單元70具有一發電條件判斷單元701，用以感知車輛10處於適合發電的安全靜止狀態，並據以驅動該離合機構60。
藉由上述系統，要進行發電狀態時，可以一切換開關P產生一發電模式切換訊號P1，該控制單元70取得一發電模式切換訊號P1後，以該發電條件判斷單元701確認該車輛10處於適合發電狀態後，驅使該離合機構60接合該引擎20的曲軸201，使該曲軸201與該發電機41的動力輸入軸42連接，並提升該引擎20的轉速至一第一設定轉速值202運轉，並透過該增速單元61提昇至一第二設定轉速值203驅動該發電機41，以產生供給該供電單元50的電能，當然，為保護發電機41或使用者，該供電單元50可進一步設有依序電性連接的一主斷路器51、一副斷路器52及至少一插座53，該副斷路器52的過載漏電保護值應小於該主斷路器51的過載漏電保護值。
若要停止進行發電狀態時，該控制單元70取得一行車模式切換訊號P2(同樣可應用切換開關P發出該行車模式切換訊號P2)之後，驅使該離合機構60分離該曲軸201，以停止發電機41發電。而上述的第一設定轉速值可設為3000 RPM、該第二設定轉速值可設為3600 RPM，可獲得較佳的發電效率，並節省引擎20所耗的熱能。
在上述一實施例中，該發電條件判斷單元701經由回報至微電腦控制器之各程感知器感知該車輛10處於適合發電的安全靜止狀態，其狀態條件包含-1.該車輛的輪速為零、2.該車輛檔位位於空檔或停車檔、3.該車輛的油門開度為怠速轉速下的位置、4.該車輛手剎車為剎車狀態以及5.該發電機的溫度在一過熱的安全值內。
再請參照圖1所示。進一步地，該控制單元70可更包含一警示單元71，該警示單元71具有至少以對應的聲音或燈號提示目前該車輛係處於一行車模式、一發電機模式或一警告模式，該行車模式係為該曲軸201與該車輛傳動單元30接合狀態；該發電機模式係為該曲軸201與該發電機41接合、且該發電條件判斷單元701確認該車輛10處於適合發電狀態；該警告模式係為：車輛輪速在不為零的狀態、變速箱檔位不在停車檔或空檔的位置、手剎車不在剎車的狀態、油門開度不在怠速轉速下的位置(以上可界定為內部訊號)或發電機的溫度超出過熱的安全值的狀態(以上可界定為外部訊號)之任一狀態，換言之，上述警告模式需所比對的各個狀態完全符合後，方可進入該發電機模式。
同樣再如圖1所示。在本發明一實施例中，該控制單元70電性連接之保護單元72，該保護單元72作用於引擎溫度過熱狀態、水箱溫度過熱狀態、排氣管過熱狀態或引擎轉速超過3500 RPM時，驅動該控制單元70切斷該車輛的供油系統及引擎的點火系統(只要可控制ECU就可以作出切斷車輛的供油系統及引擎的點火系統的動作，此技術為本發明技術領域人員所能輕易達成者，故不贅述)。
續請參照圖1所示。在本發明一實施例中，該車輛10的發電系統更包括一制動或釋放該發電機41轉動的電磁制動器80，該電磁制動器80與該控制單元70電性耦接，並在驅使該離合機構60接合該引擎20的曲軸201與該發電機41的動力輸入軸42前不作動，以釋放該發電機41，使發電機41可轉動，而在該離合機構60分離該引擎20的曲軸201與該發電機41的動力輸入軸42的連接後作動，以制動該發電機41。
請續參照圖2。本實施例之車輛10同樣係具有一提供該車輛10動力的引擎20，該引擎20具有一曲軸201、一連接該曲軸201並由該曲軸201傳動的車輛傳動單元30，該車輛傳動單元30連接該車輛之車輪31，本發明之該車輛10的發電方法包括：步驟S10，提供該發電單元40，其藉由該離合機構60與該曲軸201接合或分離，該離合機構60係以該增速單元61連接驅動該發電單元40的該動力輸入軸42。步驟S11，取得一模式切換訊號，該步驟可利用一切換開關P觸發。步驟S12，確認該車輛10處於適合發電狀態(該適合發電狀態的比對條件如後述)。步驟S13，釋放對該發電單元40的制動。步驟S14，以該離合機構60接合該曲軸201與該發電單元40，步驟S15，提升該引擎20轉速至一第一設定轉速值202，並透過該增速單元61將該第一設定轉速值202提升至一第二設定轉速值203，以驅動該發電單元40產生電能。步驟S16，經由一漏電過載程序以安全地輸出該電能，該漏電過載程序較佳地係以主、副之雙斷路器(51,52)機制進行對使用者或發電機41的過載保護。
上述之步驟S12「確認該車輛10處於適合發電狀態」的比對條件為：車輛的輪速為零的狀態、車輛的變速箱檔位在停車檔或空檔的位置、車輛的手剎車處於剎車的狀態、車輛的油門開度在設定怠速轉速下的位置、車輛的引擎溫度為不超過一根據引擎安全溫度範圍內所設定的預設溫度值(即非過熱)狀態、車輛的水箱溫度為不超過一根據水箱安全溫度範圍內所設定的預設溫度值(即非過熱)狀態、車輛的排氣管溫度為不超過一根據排氣管安全溫度範圍內所設定的預設溫度值(即非過熱)狀態以及車輛的引擎轉速不超過3500 RPM(即安全轉速範圍內)以及車輛的發電機的溫度為不超過一根據發電機安全溫度範圍內所設定的預設溫度值狀態等，上述所有條件為真時，即判定該車輛10目前為適合發電的狀態，換言之，只要有一項條件不成立時，則判定該車輛10目前為不適合發電的狀態。
再請參照圖3A至圖3B所示。本發明一實施例係可再加入一警示方法，其步驟為：步驟S20，判斷目前為該車輛10曲軸201接合該車輛傳動單元30的狀態，則進行步驟S201之「以一行車模式所對應的一第一警示形態表示」，而該第一警示形態表示可為以一LED燈常滅表示之(步驟S202)；步驟S21，該車輛10曲軸201接合該發電單元40的狀態、且後述之比對條件有一項符合時，則進行步驟S211之「以一發電機模式所對應的一第二警示形態表示」而該第二警示形態表示可為該LED燈常亮來表示之(步驟S212)；但在該車輛10曲軸201接合該發電單元40(步驟S22)並且確認：輪速不為零的狀態(步驟S2201)、檔位不在停車檔或空檔的狀態(步驟S2202)、手剎車不在剎車的狀態(步驟S2203)、油門開度不在怠速轉速下的位置狀態(步驟S2204)、引擎溫度超出一預設溫度的過熱狀態(步驟S2205)、水溫溫度超出一預設溫度的過熱狀態(步驟S2206)、排氣管溫度超出一預設溫度的過熱狀態(步驟S2207)、引擎轉速超過3500RPM的狀態(步驟S2208)以及發電單元溫度超出一預設溫度的過熱狀態(步驟S2209)之任一狀態，只要上述全部狀態者符合，即以一警告模式所對應的一第三警示形態(步驟S2210)表示，而該第三警示形態表示可為該LED燈閃爍來表示之(步驟S2211)。
由上述之實施例可知，本發明在車輛的動力單元中結合了對外供電的發電機裝置及功能，並以行車模式以及發電機模式互相切換而使得可在車輛上提供外部即時發電供電的功能，並確保在進行二種模式切換時，車輛係處於安全靜止的情況，將二種模式切換時的安全性考量納入整車控制的流程中。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
10．．．車輛
20．．．引擎
201．．．曲軸
202．．．第一設定轉速值
203．．．第二設定轉速值
30．．．車輛傳動單元
31．．．車輪
40．．．發電單元
41．．．發電機
42．．．動力輸入軸
43．．．電力輸出單元
50．．．供電單元
51．．．主斷路器
52．．．副斷路器
53．．．插座
60．．．離合機構
61．．．增速單元
62．．．馬達控制器
70．．．控制單元
701．．．發電條件判斷單元
71．．．警示單元
72．．．保護單元
80．．．電磁制動器
P．．．切換開關
P1．．．發電模式切換訊號
P2．．．行車模式切換訊號
步驟S10至S16　車輛的發電方法之步驟
步驟S20至S202、步驟S21至S212、步驟S22至S2211　車輛的發電方法之警示方法的步驟。
圖1繪示本發明一實施例之曲軸未與發電單元的動力輸入軸接合的系統架構圖；
圖2繪示本發明一實施例之車輛的發電方法流程圖；以及
圖3A與圖3B繪示本發明一實施例之警示方法流程圖。
10．．．車輛
20．．．引擎
201．．．曲軸
202．．．第一設定轉速值
203．．．第二設定轉速值
30．．．車輛傳動單元
31．．．車輪
40．．．發電單元
41．．．發電機
42．．．動力輸入軸
43．．．電力輸出單元
50．．．供電單元
51．．．主斷路器
52．．．副斷路器
53．．．插座
60．．．離合機構
61．．．增速單元
62．．．馬達控制器
70．．．控制單元
701．．．發電條件判斷單元
71．．．警示單元
72．．．保護單元
80．．．電磁制動器
P．．．切換開關
P1．．．發電模式切換訊號
P2．．．行車模式切換訊號

Claims (8)

  1. 一種車輛的發電系統，該車輛具有一提供該車輛動力的引擎，該引擎具有一曲軸、一連接該曲軸並由該曲軸傳動的車輛傳動單元，該車輛傳動單元連接該車輛之車輪，其特徵在於，該車輛的發電系統包括：一發電單元，其具有一發電機、一驅動該發電機以產生電能的動力輸入軸及一電性連接該發電機的電力輸出單元；一供電單元，其連接該電力輸出單元，並提供一電能連接介面；一離合機構，具有一連接該動力輸入軸的增速單元以及一接合或分離該增速單元與該曲軸的馬達控制器；以及一控制單元，係電性連接該馬達控制器，該控制單元具有一發電條件判斷單元，用以感知該車輛處於適合發電的安全靜止狀態，並據以驅動該離合機構，其中，該控制單元取得一發電模式切換訊號後，以該發電條件判斷單元確認該車輛處於適合發電狀態後，驅使該離合機構接合該引擎的曲軸，使該曲軸與該發電機的動力輸入軸連接，並提升該引擎轉速至一第一設定轉速值運轉，並透過該增速單元提昇至一第二設定轉速值驅動該發電機，以產生供給該供電單元的電能，該控制單元取得一行車模式切換訊號後，驅使該離合機構分離該曲軸，以停止發電，該發電條件判斷單元感知該車 輛處於適合發電的安全靜止狀態包含：該車輛的輪速為零、該車輛檔位是位於空檔或停車檔、該車輛的油門開度為怠速轉速下的位置、該車輛手剎車為剎車狀態以及該發電機的溫度在一安全值內，該控制單元包含一警示單元，該警示單元具有至少以對應的聲音或燈號提示目前該車輛係處於一行車模式、一發電機模式或一警告模式，該控制單元所取得之該模式切換訊號係為一切換開關所觸發。
  2. 如申請專利範圍第1項所述車輛的發電系統，其中該行車模式係為該曲軸與該車輛傳動單元接合狀態；該發電機模式係為該曲軸與該發電機接合、且該發電條件判斷單元確認該車輛處於適合發電狀態；該警告模式係為：輪速在不為零的狀態、變速箱檔位不在停車檔或空檔的位置、手剎車不在剎車的狀態、油門開度不在怠速轉速下的位置、引擎溫度過熱狀態、水箱溫度過熱狀態、排氣管過熱狀態以及引擎轉速超過3500RPM或發電機的溫度超出安全值的狀態之任一。
  3. 如申請專利範圍第2項所述車輛的發電系統，其中更包含一與該控制單元電性連接之保護單元，該保護單元作用於引擎溫度過熱狀態、水箱溫度過熱狀態、排氣管過熱狀態或引擎轉速超過3500RPM時，驅動該控制單元切斷該車輛的供油系統及引擎的點火系統。
  4. 如申請專利範圍第1項所述車輛的發電系統，其中該第一設定轉速值為3000RPM，該第二設定轉速值為3600 RPM。
  5. 如申請專利範圍第1項所述車輛的發電系統，其中該車輛的發電系統更包括一制動或釋放該發電機轉動之電磁制動器，該電磁制動器與該控制單元電性耦接，並在驅使該離合機構接合該引擎的曲軸與該發電機的動力輸入軸前不作動，以釋放該發電機，而在該離合機構分離該引擎的曲軸與該發電機的動力輸入軸的連接後作動，以制動該發電機。
  6. 如申請專利範圍第1項所述車輛的發電系統，其中該供電單元具有依序電性連接的一主斷路器、一副斷路器及至少一插座，該副斷路器的過載漏電保護值應小於該主斷路器的過載漏電保護值。
  7. 一種車輛的發電方法，該車輛具有一提供該車輛動力的引擎，該引擎具有一曲軸、一連接該曲軸並由該曲軸傳動的車輛傳動單元，該車輛傳動單元連接該車輛之車輪，其特徵在於，該車輛的發電方法包括：提供一發電單元，其藉由一離合機構與該曲軸接合或分離，該離合機構係以一增速單元連接驅動該發電單元的一動力輸入軸；取得一模式切換訊號；確認該車輛處於適合發電狀態；釋放對該發電單元的制動；以該離合機構接合該曲軸與該發電單元；提升該引擎轉速至一第一設定轉速值，並透過該增 速單元將該一設定轉速值提升至一第二設定轉速值，以驅動該發電單元產生電能；以及經由一漏電過載程序輸出該電能；其中確認該車輛處於適合發電狀態包含：輪速為零的狀態、變速箱檔位在停車檔或空檔的位置、手剎車處於剎車的狀態、油門開度回到怠速轉速下的位置、引擎溫度為不超過一預設溫度的非過熱狀態、水箱溫度為不超過一預設溫度的非過熱狀態、排氣管溫度為不超過一預設溫度的非過熱狀態以及引擎轉速不超過3500RPM以及發電機的溫度不超出一預設溫度的安全值狀態。
  8. 如申請專利範圍第7項所述車輛的發電方法，其中更包含一警示方法，包括以下步驟：該車輛曲軸接合該車輛傳動單元的狀態係以一行車模式所對應的一第一警示形態表示；該車輛曲軸接合該發電單元的狀態係以一發電機模式所對應的一第二警示形態表示；以及該車輛曲軸接合該發電單元並確認：輪速不為零的狀態、檔位不在停車檔或空檔的狀態、手剎車不在剎車的狀態、油門開度不在怠速轉速下的位置狀態、引擎溫度超出一預設溫度的過熱狀態、水溫溫度超出一預設溫度的過熱狀態、排氣管溫度超出一預設溫度的過熱狀態、引擎轉速超過3500RPM的狀態以及發電單元溫度超出一預設溫度的過熱狀態之任一狀態時，以一警告模式所對應的一第三警示形態表示，該第一警示形態係以一 LED燈常滅表示、該第二警示形態係以該LED燈常亮表示、該第三警示形態係該LED燈閃爍表示。
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