TWI549842B - 模組化車輛系統、電動車、模組及安全連接模組與電動車之方法 - Google Patents

模組化車輛系統、電動車、模組及安全連接模組與電動車之方法 Download PDF

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Description

模組化車輛系統、電動車、模組及安全連接模組與電動車之方法
本發明係關於一種模組化車輛系統，一種電動車及一種與電動車連接之模組。
長久以來，特別在短程人員交通上，由於能源成本增加，且基於交通減排之要求，電力驅動之車輛日益重要。特別在輕型電動車領域，例如電單車，腳踩電單車(Pedelecs)及滾輪車(Roller)，以及輪椅及四輪摩托車(Quad)亦皆屬之，目前已有多種車輛型式商業化。
所有此類車輛皆具有一電動馬達，獨立驅動，或作為輔助驅動，並由一或多個電池供應電能。因而有必要，將電動車之電力系統設計成能可靠及無故障地供應電動馬達能量。
有見於一種事實，已知之使用內燃機之動力車輛衍變成整個驅動功率必須由車輛之電力系統提供，且到目前為止，此類系統之電流強度及/或操作電壓一般高於習知之動力車輛，在介入電力系統時，尤其在介入車輛之驅動系統時，例如當置入一不相容之電池時，或一不適宜之充電裝置與車輛相連時，有較高損害風險。此外，在不當時機之一不當處置亦導致使用者受傷。
與一般動力車輛不同，在電動車上，未經訓練人士介入電力系統之事並未完全避免。受限於有限之電池容量，及因而有限之里程，使用者必須例如將一充電器接至車輛，或能簡單更換電池。
本發明之目的因而在於，提出一種電動車，其特別是使車輛使用者亦可簡單及可靠地更換電力模組。
本發明係藉一根據申請專利範圍第1項所述之一模組化車輛系統，根據申請專利範圍第10項所述之一電動車，根據申請專利範圍第11項所述之一對應模組，及根據申請專利範圍第13項所述之一種可靠連接一模組與電動車之方法，而達成。本發明之較佳實施例說明於申請專利範圍之附屬項。
本發明之一核心特徵在於，至少一模組與車輛在該模組之電力配置與車輛之車上網路連接前，該模組與車輛間之通訊。在通訊範圍內，進行一相容性檢查，有利地保證，模組之電力配置與車輛及一車上網路相容。這使車輛操作可靠且無干擾，且避免錯誤使用造成之損壞。此外，使用者安全有利明顯提高。
在本發明之範圍中，所謂電動車包含二輪或多輪之電力驅動之車輛，特別是街車。該電動車較佳為輕型電動車，例如電動二輪或三輪車及電單車、腳踩電單車、滾輪車、輪椅、四輪摩托車或電動板車(Kart)。特別以一種不含配件，例如電池，空重不超過500公斤之輕型電動車較佳，進一步以不超過350公斤較佳。
本發明之電動車具有至少一車上供電網路，用以對一電力驅動單元供應能量，及一或多個與車上供電網路連接之接口，用以連接至少一模組。此外，在車輛側設有一控制裝置與模組通訊。
該至少一模組具有至少一接頭元件，一電力配置及一模組控制器，其接頭元件以可分離之方式與電動車接口連接。車輛與模組自然可具有其他組件，暫不詳細說明。
在本發明中，模組之接頭元件與車輛接口連接時，模組控制器對車輛之控制裝置發出一識別信號。控制裝置接收該識別信號，將之與至少一相容參數比對。若識別信號與參數吻合，則控制裝置送出一啟用信號，至一開關單元，俾便模組之電力配置與車輛之車上供電網路連接。
有利之作法係，模組之電力配置僅在相容性確定後，才與車輛之車上供電網路連接。對車輛使用者而言，除前述討論之較高安全性外，使用便利性亦獲改善，因為可有利地省卻在車輛與模組連接前檢查電力要求。
車上供電網路如前說明，係設計成供應能量至電力驅動單元，且至少連接驅動單元與至少一接口。車上供電網路本身基本可連接其他電力組件或車輛構件群組，例如一或多個內部電池、發電機、燃料電池、DC/DC-轉換器、馬達或其他組件。
基於電力驅動單元能量需求上之要求，車上供電網路以供應至少3安培較佳，特別係至少5安培尤佳，在電壓方面，設計在10V至100V，特別係在24V至60V。車上供電網路較佳為一直流電網路，以42V DC之供電網路較佳。
依車輛設計與型式，除車上供電網路外，較佳可設置一分立之車上輔助網路，負責對其他電力構件群組，如控制器、轉子(Armaturen)、操作元件及/或照明裝置供應電能。特別有利者係，車上輔助網路電壓設計成12V或14V。車上輔助網路可具有專用之電源供應，例如一電池，或例如藉由一整流器由車上供電網路供應。
在本發明之範圍內，所稱之電池本質係一可充電之電池，例如一或多個蓄電池。
電力驅動單元之功能在於將電能轉換為機械功，且可例如具有一或多個電動馬達。此處電力驅動單元以作為主驅動器使用較佳；替代或補充作法係，將電力驅動單元作為支援之驅動器，例如在電單車上支援腳踏驅動。
電力驅動單元可設計為一直接驅動器，亦即，作為無傳動機構之驅動器，此在能源效率上有優勢。在輕型電動車輛上，電力 驅動單元較佳為一圓盤轉子馬達。驅動單元特別以一傳動馬達較佳。依據驅動單元之設計設置一馬達控制器，調節驅動功率，例如藉由電流控制，及/或電壓控制，及/或脈寬調變(PWM)。
車輛之至少一接口設計成與模組之接頭元件連接。接口與接頭元件可具有完整之適當造型，提供模組與車上供電網路間可靠之電力連接。接口與接頭元件本身應在機械設計上彼此匹配。接口與接頭元件以設計成插置連接較佳，以進一步改進使用便利性，及在模組與車輛間容易連接。
考慮前述車輛使用人之操作，全部導電部分必須適當設計，做好接觸防護，接口與接頭元件亦然。
電力模組除接口外，另具有一電力配置，如前所述。電力配置係針對與車上供電網路連接而設計，可具有全部適當設計，且特別包含一或多個電力及電子構件及/或線路。
有利之作法為，電力配置為一功率配置。在本發明之範圍內，功率配置之概念包含全部電性電路配置與構件，此些構件與車上供電網路及驅動單元連接，特別係供應電能至驅動單元，及將驅動單元產生之電能引離。後者特別在驅動單元作為回收煞車(Rekuperationsbremse)或發電機使用時為然。功率配置以供應及引離至少1安培之電流較佳，特別係至少5安培較佳。
有利之作法為，電力配置具有一電壓源或電流源，亦即一能量源，且具有例如一電池，一充電裝置，一太陽能板，一燃料電池及/或一發電機。替代或補充作法可令電力配置亦為電力消耗者，亦即，設計成能量沈積點(Energiesenke)，且例如一煞車阻力，一充電中之電池，一轉換器，或一電網之能量饋入，必要時，具有「車輛至電網」聯結之換流器。
本發明中之開關單元提供一種模組電力配置與車上供電網路 之連接，該連接可切換、可隔離。基本上開關單元應設計成，在開關單元被控制裝置啟用前，電力配置先與車上供電網路安全隔離，因而在接頭元件與接口連接及開關單元被控制裝置啟用之時間範圍內，亦皆處於隔離狀態。
在開關單元觸發上，開關單元與控制裝置適當連接，接受其啟用信號，除直接連接外，亦可間接連接，例如經由車輛其他組件。啟用信號可為一適當信號，以電信號較佳；啟用信號特別以數位信號較佳。
開關單元可設計成電力配置與車上供電網路間之單極或多極開關，只要確保，在被控制裝置啟用前，配置與車上供電網路間無甚電流流動即可。開關單元以設計成連接電力配置與車上供電網路之全極式開關較佳，此進一步提高操作安全。開關單元可設計為離散式開關，例如繼電器或保險絲，亦可設計為積體電路，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
開關單元可為一件式或多件式，基本裝設於車輛中，此在模組之重量與體積上具有優勢。然而，開關單元以設在該至少一模組中較佳。此作法使車上供電網路能以簡單方式經由追加接口而擴充，類似一信號匯流排系統(Bussystems)。
如前所述，在本發明中，控制裝置設計成具有至少一模組，用以通訊。控制裝置可特別具有一或多處理器或一對應設置之計算機單元，具有適當之、儲存於記憶體中之程式。
控制裝置可設計成一件式或多件式，以一中央控制裝置較佳。控制裝置亦可與車輛其他組件整合，例如，與電力驅動單元之一馬達控制器整合。控制裝置以對應一「能量匯流排-控制器(EBC)」較佳。
本發明之模組控制器設計成，至少在模組之接頭元件與電動 車接口連接時，向控制裝置發出識別信號。
通訊可例如以一適當通訊協定進行無線通訊。控制單元及模組控制器應在一無線通訊中具有適當之接收與發射單元。此處以雙向通訊較佳，但並非絕對必要；模組控制器可向控制裝置發出識別信號，基本即已足夠。因而，例如，控制裝置可具有一無線射頻識別(RFID)讀取裝置，在接頭元件與接口連接時，或即將連接前，詢問模組控制器。模組控制器因而可設計成主動或被動式，例如為詢答器(Transponder)。
控制裝置及模組控制器亦可經由一對應之通訊導線通訊，取代無線通訊；例如，可想而知者係，控制裝置與模組控制器皆經由車上供電網路及/或一可能存在之車上輔助網路互相通訊，其方式例如該識別信號對應一「動力線-通訊(Powerline-Kommunikation)」調變傳遞。識別信號以一數位信號較佳，此於可靠度上具有優勢。
識別信號使控制裝置可與至少一相容參數比對，並針對模組之電力配置與車上供電網路之相容性做出判定，亦即，該配置是否可安全與車上供電網路連接。
於最簡單情況中，識別信號容許識別模組，使必要時在探詢控制裝置中之對應儲存單元後，可檢查該模組是否與車上供電網路相容及因而是否與車輛相容。識別信號因而可對應一識別參數，例如一序號，及/或一型號-識別(ID)，必要時連同製造商-識別。作為替代或補充，該識別信號可為對應一電力組件功能之功能-識別，例如「能量來源」或「能量沈積點」，及「電池」、「充電器」或「太陽能板」。
該至少一相容參數可具有例如一或多個比較值及/或一或多個門檻值。控制裝置可設計成比較多個相容參數。該至少一相容 參數可在控制裝置中固定設定，或較佳由控制裝置自一記憶體中讀出。替代或補充作法係，一量測單元與控制單元連接，量測車上供電網路之一電性物理量，例如電壓或電流，並由其中得出一或多個相容參數。
依本發明另一較佳實施例，控制裝置由識別信號算出配置之至少一電力操作參數，並將操作參數與車上供電網路至少一電相容參數比較。
本發明之改進實施例藉由需要連接之網路之電力特性實施有利之相容性檢查，進一步提高系統安全。配置之電力操作參數及車上供電網路之電力相容性參數可為各種適於比較之電性物理量或範圍，例如電壓、電流、功率及/或電池容量。
可自然設置，配置之多個電力操作參數與對應之相容性參數比較。
模組控制器可例如設計成，該至少一電力操作參數，由一模組側記憶體讀出，且接著向車輛之控制單元發出對應之識別信號。當電力操作參數對應模組電力配置之一工作範圍時，例如配置之容許電壓範圍及/或一最大容許電流，此作法特別具有優勢。
作為替代或補充，模組控制器可各至少具有一量測單元，經由量測得出電力操作參數。在一電壓源情況中，如一電池，此作法可得知實際電壓，並送出一對應之識別信號至控制單元。
以相同方式，控制單元可如前所述由記憶體讀出，或由設於車輛中之量測單元得知該車上供電網路至少一電力相容參數。
特別有利者係，不僅模組控制器具有至少一量測單元，用以量測電力配置之電壓，同時控制裝置亦具有一車輛側之量測單元，用以量測車上供電網路之電壓。有利之作法為，模組控制器具有一第二量測單元，在與接口之一連接後，偵知車上供電網路 是否具有電壓供應。
在本發明之另一較佳實施例中，模組控制器傳遞識別信號，該信號至少對應於電力配置之電壓。控制裝置由識別信號偵知電力配置之電壓，並將電力配置之電壓與車上供電網路之電壓比較。在此例中，若二電壓彼此並無顯著差異，亦即，較佳差異不超過±0.5V，特別係不超過±0.15V，尤佳係不超過±0.05V，則控制裝置送出啟用信號至開關單元。
本質上，依使用例，並不排除該識別信號對應多個操作參數及/或識別參數，且控制裝置設計成對多個參數進行相容性比較。
有利作法為，電動車設計成與二或多個模組連接。特別此處之相容性檢驗產生明確優點。原則上，電動車以具有二或多個接口較佳。
本發明之再一實施例中，開關單元設計成分別將二或多個模組與車上供電網路連接，使得在不相容時，對應模組雖然不與車上供電網路連接，然而其他模組仍可連接。
作為替代或補充，控制單元可在二或多個模組連接時，具備優先控制，俾便在相容性之外，額外根據優先順序，找出各模組是否能與車上供電網路連接。為此，控制單元較佳設計成，將識別信號與一或多個優先參數比較，只有當識別信號與至少一優先參數一致，才向開關單元發出啟用信號。
例如，可想而知，在連接多個電池模組時，藉由當前電力驅動單元之功率需求，決定優先順序。同樣可行者係，藉由模組型號決定優先順序，例如首先將一太陽能板之能量用於驅動，而一電池模組則僅在太陽能板電力不足時，才接通。
開關單元以設計成將一餽線及一充電線分開切換較佳，該餽線與充電線係設於模組之電力配置與車上供電網路之間。
餽線之作用在於將電能供應至車上供電網路，而充電線則由車上供電網路取用電能。本發明之本實施例經由控制裝置，獲得較佳之控制，例如在多個電池與車上供電網路連接，而必須避免個別電池提前再度充電之情況下。餽線及充電線以可具有一或多個二極體較佳，俾便整流。特別以開關單元設計成具有至少二個二極體較佳。
如前所述，開關單元以設在該至少一模組內較佳。多模組時，本質上，各模組應具有一適當之開關單元。
開關單元以設計成與接頭元件整合較佳，將可達到異常精簡之構造。特別係，模組控制器設計成與接頭元件整合，且特別係與開關單元整合較佳。有利者為，一光學指示器，例如一發光二極體(LED)與開關單元連接，顯示連接狀態。
依據本發明另一實施例，電動車具有一與車上供電網路隔離之通訊網路，該通訊網路連接控制裝置與至少一接口。通訊網路之作用在於，模組與車輛接口連接後，由模組控制器傳遞至少識別信號。本質上，通訊網路設計成可連接更多車輛構件群組，例如開關單元、一儀表板、一操作裝置及/或一馬達控制器。通訊網路可例如具有電信號導線；有利作法為，通訊網路設計成一光學網路，亦即，一具有光學信號線及發送/接受裝置之傳遞網路。通訊網路以設計成匯流排系統較佳，特別係該通訊網路為一控制器區域網路(Controller-area network,CAN-bus system)匯流排系統為佳。特別係，控制單元及模組控制器設計成經由CAN-開放通訊協定通訊。
有利之作法為，接頭元件設計成，電力配置與車上供電網路連接，而模組控制器與通訊網路連接。接頭元件因而容許驅動單元之電能傳遞，且同時識別信號及啟用信號分開傳遞。此設計進 一步提高使用便利，此係由於在建立模組與車輛之連接時，僅插上接頭即可。
特別係，該接頭元件進一步設計成連接模組控制器與可能存在之車上輔助網路較佳，俾便對模組控制器提供電能。特別以該接頭元件設計成連接一42V車上供電網路，一12V車上輔助網路，及一CAN匯流排(CAN高，CAN低)為佳。
本發明之另一方面，提出一種方法，可靠連接一模組與電動車，其中電動車具有至少一車上供電網路，用以對驅動單元提供能源，且該模組至少具有一電力配置，用以連接車上供電網路。在電力配置與車上供電網路連接前，該模組對電動車發出一識別信號，電動車接收該識別信號，並將之與至少一相容參數比較，若識別信號與相容參數一致，電力配置即與車上供電網路連接。
先前說明之相容性檢查可有利地在一模組充電系統範圍內使用。本發明之又一方面，係關於一種模組化充電系統，具有充電單元及至少一模組。
充電單元具有一充電導線及一或多個與充電導線連接之接口，用以連接至少一可充電之模組。此外，充電單元具有一控制裝置，設計成與至少一模組通訊。
該至少一可充電之模組具有一接頭元件及一電力配置，接頭元件可與接口分離與連接，電力配置則用以連接充電導線。此外，設有一模組控制器，模組控制器設計成，在接頭元件與接口連結時，向控制裝置發出一識別信號。控制裝置設計成，接受該識別信號，與至少一相容性參數比較，若該識別信號與相容性參數一致，則向至少一開關單元發出一啟用信號，使電力配置與充電導線連接。
依據本發明此一面向之設計，可充電模組與充電單元連接 時，亦經由本發明之相容性檢查有利地提高操作安全。
電配置以具有一電能儲存器較佳，尤以具有一電池配置較佳，例如一或多個蓄電器。有利之作法因而在於，該可充電模組為一電池模組。
充電單元以設計成與一供應網路連接較佳，例如一220V或110V電流供應電網。有利之作法為，充電單元具有一電源供應器，連接供應電網與充電導線，且設計成調適及必要時監控電流及/或電壓。
控制裝置進一步設計成監控充電過程較佳，用以監控至少一與接口連接之模組之充電過程。較佳者為，在充電過程結束後，開關單元傳送一停用信號至至少一開關單元，將電力配置由充電導線隔離。
充電單元及可充電模組個別組件之構造可參考之前對模組化車輛系統之說明。
圖一為一模組化電動車之電力系統1示意圖，此例係一電單車。為視圖清楚起見，電單車之其他部分，特別係機械構件，如車架及輪胎，均未顯示。
由圖一中可看出，電力系統1具有共三套車上網路系統，亦即一車上供電網路4，一CAN-匯流排系統5，及一車上輔助網路6。該車上供電網路4之作用主要在對車輛之電力驅動單元2供應電能。車上供電網路4設計為直流電網，其操作電壓為直流42V，供應電流約20A至100A。車上供電網路4由一內部、可充電之車輛電池9供應電能。
車上輔助網路6設計成供應12V直流電之操作電壓，且負責供應能量至車輛其他組件，例如一操作單元7及一控制裝置8。車 上輔助網路6由電池9及一穿插於中間之42V/12V轉換器13供應能量。
CAN-匯流排系統5之作用在於車輛組件之控制與通訊，以下將有詳細說明。CAN-匯流排系統5在此例中係設計成具有電信號導線；其通訊協定對應於規範CiA 454(LEV)之「CAN-開放」協定。
電力驅動單元2包含一電動馬達14，其經一馬達控制器3與車上供電網路4連接。馬達控制器3另外與CAN-匯流排系統5連接，接受控制指令，及以脈寬調變(PWM)方式調變由車上供電網路5傳至馬達之電壓，進行驅動功率之控制。
於電動車控制上，設有先前提及之中央控制裝置8，其與CAN-匯流排系統5連接，且另外與車上輔助網路6連接。控制裝置8係一微處理機控制，經由一於相連且可變之儲存單元11內之程式控制。控制單元8之作用在於，例如依據車輛使用者由操作單元7輸入之控制指令，操控馬達控制器3，以行駛車輛。
控制單元8進一步監控車上供電網路4，並因此與一量測單元10連接，該量測單元量測車上供電網路之電壓與電流，並將數位量測值傳給控制裝置8。儲存單元11在一數據庫中存有相容性參數，以下將有詳細說明。
電動車之電力系統1另外具有二接口12，設計成插頭連接器，用以連接對應模組20，且車上供電網路4，車上輔助網路6及通訊網路5與接設在接口12上之模組20以可分離之方式連接。
電動車之電力系統1及特別係車上網路4、5及6本質尚可具有及連接其他構建群組及組件，如虛線所示。
圖二以示意圖方式顯示一模組20之實施例，此模組係用以連接一接口12。模組20具有一接頭元件21，同樣設計為插頭連接器，與接口12之一接合。
模組20另外具有一電力配置，亦即一42V電池22，經由一供應導線23與接頭元件21連接，將電能供輸至車上供電網路4。
接頭元件21之詳細圖詳見圖三。接頭元件21共具有三接觸元件，俾便模組20分別與車上供電網路4、CAN-匯流排係統5及車上輔助網路6連接。
接頭元件21與一第一開關單元24整合，利用第一開關單元24，可開關在供應導線23及電池22與車上供電網路4間之連接。此外，開關單元28以切換方式連接一42V/12V轉換器29與車上輔助網路6，俾便在故障時對車輛之電力車上輔助網路6提供電能，如以下根據圖七之詳細說明。在本例中開關單元24及28係設計成MOSFET-開關，且經由一與CAN-匯流排系統5連接之微處理機模組控制器25操控。模組控制器25經由轉換器29，及因而經由模組20之電池22，接受電能供應。
設有一感測器26，量測在供應導線23上之電壓，亦即由電池22提供之電壓，並將量測值傳送至模組控制器25。
進一步設有一監控單元27，監控模組20與車上供電網路4之間最大容許電流，及模組20與車上輔助網路6之間最大容許電壓，使得例如在短路時可將電池22由汽車之電力系統1安全隔離。為此，監控單元27規律傳遞相關量測值至模組控制器25，俾便相應觸發開關單元24及28。
在此例中，供應導線23與車上供電網路4之間電流不應超過100A，而在轉換器29與車上輔助網路6之間電流不應超過20A。
監控單元27，開關單元24、28，及感測器26經由適當之通訊導線與模組控制器25正確連接(未圖示)。
圖四顯示模組化車輛電力系統1之一實施例，及相連之模組20。當例如內部車輛電池9耗盡，或必須提高車輛行程時，則可 接設一額外電池22。使用者將模組20接在接口12上，控制裝置8與模組控制器25在一相容模式，互相經由CAN-匯流排5通訊，檢查模組20之相容性，準確而言，在將模組20與車上供電網路4連接前，檢查模組20之電池22之相容性。
以下將根據圖五所示之實施例，說明模組20與接口12連接之方法，該方法之個別步驟係以流程圖表示。
依步驟50，首先由使用者將模組20之接頭元件21與接口12之一連接，如圖四所示。開關單元24與28此時仍斷開，電池22不與車上供電網路4連接。然而，接頭元件使監控單元27連接車上輔助網路6及車上供電網路4。
一旦監控單元27在車上輔助網路6與車上供電網路4偵測到電壓，即發出一信號至模組控制器25，模組控制器在步驟51向感測器26探詢當下在供應導線23上電池電壓情形。
模組控制器25進一步由一內部記憶體平行取得多個識別參數，此些識別參數說明模組20之型號與製造商。在步驟52，模組控制器經由CAN-匯流排系統5送出一識別信號至控制裝置8。在此例中，識別信號包含以下資訊：製造商-ID：005
型號-ID：125
電池-電壓：42.5V
此處製造商-ID對應於一確定配屬於該ID之模組製造商。型號-ID對應於功能「能量源-電池」。
控制裝置8在步驟53接受該識別信號，並向儲存單元11中之數據庫詢問車輛之相容性參數。在此例中，數據庫包含以下參數：容許製造商：002-008、057、062、118-255
容許模組型號：014-042、48、87、125、144
車上供電網路最大電壓：43.8V
車上供電網路最小電壓：30.0V
控制裝置8在步驟54中首先比較在識別信號中收到之參數與由數據庫中收到之相容性參數。由前列表格可知，模組20基本與車輛相容，因而控制裝置8接著在步驟55中詢問量測裝置10有關車上供電網路4之實際電壓。若不符，則程序在步驟58中結束；電池22不與車上供電網路4連接。
必須在步驟55中詢問量測裝置，此係由於車輛亦具有一內部車輛電池9，電池22之電壓必須與電池9之電壓相差無幾。於此例中，在車上供電網路4上之電壓為42.5V。
在步驟56中控制裝置8比較此值與來自識別信號之電池-電壓，並檢查，模組20之電池電壓與車上供電網路4之電壓是否相差不超過±0.05V。
由於在此例中，檢查符合，控制裝置8在步驟57中送出啟用信號至與模組控制器25相連之開關單元24，供應導線23及電池22隨即與車上供電網路4連接。相容性檢查在步驟58結束。
成功連結後，在接頭元件21中之一綠色指示燈(未圖示)，例如一發光二極體(LED)，告知使用者。否則在接頭元件21中之一紅色指示燈(未圖示)，告知使用者，模組20與車輛由於缺乏相容性，不能連接。
在操作中監控單元27保持啟用。當電流及電壓超過設定之最大值，監控單元27向模組控制器25發出一信號，使開關單元24切斷電池22與車輛電系統1間之連接，避免損害。
本發明並不侷限於單一模組20與車輛連接之應用例。圖六顯示根據圖一與圖四所說明之一電動車之電力系統1，其中具有二連 接模組20、20’。
除先前討論之第一模組20外，一第二模組20’連接在一第二接口12上，其基本與模組20對應。然而，在第二模組20’中不設電池22，而係設一電源供應器22’。電源供應器22’之作用在於將電能由一與電源供應器22’連接之電能供應網路導入車上供電網路4，如圖六中虛線所示。
網路電源模組20’與接口12連接時所做之相容性檢查與根據圖五所說明之程序相當，由模組20’送出之識別信號與電池模組20所送出之信號不同：製造商-ID：004
型號-ID：048
充電電壓：43.5V
最大充電電流：25A
在此例中，控制裝置8比較識別信號之參數與以下相容性參數，並在檢查後亦將網路電源模組20’與車上供電網路連接。
容許製造商：002-008、057、062、118-255
容許模組型號：014-042、48、87、125、144
最大電壓車上供電網路：43.8V
最小電壓車上供電網路：30.0V
最小充電電流：1A
最大充電電流：50A
控制裝置8送出一停用信號至馬達控制器3，作為對模組20’之開關單元24啟用信號之補充，避免馬達14在網路電源模組20’連接情況下錯誤啟動。
圖七顯示一電動車電力系統1’之另一實施例，具有連接之電池模組20。與之前根據圖一所說明之實施例不同，圖七所示之電 系統1’不具內部電池，進一步提高系統1’之彈性。
如所顯示，電池模組20與車輛接口12之一連接。在此例中，模組20與接口12連接時所進行之通訊亦連循根據圖五所說明之程序，但不包含在步驟55之詢問量測單元，此係由於並無內部電池，因而在車上供電網路4上並無電壓可測。
由於在此例中監控單元27在車上輔助網路6上測不到電壓，模組控制器25首先接通開關單元28，使轉換器29與車上輔助網路6連接。車輛之控制單元8因而由電池22供電，可進行通訊，實施相容性檢查。其他通訊相當於根據圖五所說明之程序。
由於在此例中，轉換器29與車上輔助網路6連接，事先無法檢查相容性，因而監控單元27監控在車上輔助網路6上之電流，若電流超過最大容許值，或在車輛電力系統1’中發生短路時，即經由開關單元28切斷連接。
根據圖一所述之電力系統1中，亦可能需要轉換器29與車上輔助網路6之連接，例如，當內部電池9故障時。
圖八顯示一模組化充電系統之一實施例，具有一充電單元82及接設一如圖二所示之模組20。所示之電池模組20與充電單元82之連接，其使用時機例如為，在電池模組20之電池22耗盡，需要不靠車輛充電時，或為電池交換必須充電待機時。
充電單元82具有一電源供應器83，用於連接供應網路84，例如一220V之電流供應網路。電源供應器83負責電壓轉換，在一充電導線85上提供直流42V電壓，充電導線85則與接口12連接。此外，設一具有儲存單元11之控制裝置8’，經由一CAN-匯流排5與接口12連接，其情形如根據圖一所做之詳細說明。
在本例中，電池模組20與充電單元82連接時之通訊過程，亦如同根據圖五所作之說明，監控單元27在步驟50識別在充電 導線85上之電壓，但無須在步驟55詢問量測單元。模組20之電池22只在相容性妥當情況下與充電單元82之充電導線85連接。
一旦電池22與充電導線85連接，控制裝置8’按規律以一定間隔經由量測裝置10測試充電導線85之電壓，並藉由在充電導線85上之電壓得知電池22之充電狀況。若電池22充電完全，控制裝置8’送出一停用信號至連接模組控制器25之開關單元24，將電池22由充電導線85隔離。在接頭元件21中之一發光二極體告知使用者，模組20已充電完成，可由充電單元82移除。
以上說明之實施例容許多種修改或補充。例如，可想而知者為，-控制單元8與操作單元7及/或馬達控制器3整合，-開關單元24設於車輛側，及設於充電單元82側，-開關單元24與接口12整合，-在電力系統1、1’中，及在充電單元82中，僅設一，或設若干接口12，與相關模組20、20’連接，-內部車輛電池9經一接頭元件21以可分離方式與接口12之一連接，-CAN匯流排系統5除所示之電信號導線外，包含光學信號導線，作為補充或替代，-指示燈不設於接頭元件21中，而設於車輛側及在充電單元82中，及/或-開關單元24對設於模組20與車上供電網路4之間之一電源餽線及一充電導線分別開關。
1、1’‧‧‧系統
2‧‧‧電力驅動單元
3‧‧‧馬達控制器
4‧‧‧車上供電網路
5‧‧‧CAN-匯流排、CAN-匯流排系統、通訊網路
6‧‧‧車上輔助網路
7‧‧‧操作單元
8、8’‧‧‧控制裝置、控制單元
9‧‧‧車輛電池、電池
10‧‧‧量測單元、量測裝置
11‧‧‧儲存單元
12‧‧‧接口
13‧‧‧轉換器
14‧‧‧電動馬達、馬達
20、20’‧‧‧模組
21‧‧‧接頭元件
22‧‧‧電池
22’‧‧‧電源供應器
23‧‧‧供應導線
24‧‧‧開關單元
25‧‧‧模組控制器
26‧‧‧感測器
27‧‧‧監控單元
28‧‧‧開關單元
29‧‧‧轉換器
50‧‧‧步驟
51‧‧‧步驟
52‧‧‧步驟
53‧‧‧步驟
54‧‧‧步驟
55‧‧‧步驟
56‧‧‧步驟
57‧‧‧步驟
58‧‧‧步驟
82‧‧‧充電單元
83‧‧‧電源供應器
84‧‧‧供應網路
85‧‧‧充電導線
M‧‧‧馬達
以下將根據實施例對本發明進一步說明。圖中顯示：圖一 一電動車電系統之一實施例之示意圖； 圖二 一模組之一實施例之示意圖；圖三 如圖二中模組之接頭元件之詳細視圖；圖四 如圖一所示之一電力系統之實施例，具有一圖二所示之連接狀態之模組，圖五 在一模組與一電動車連接時一通訊實施例之流程圖，圖六 如圖一所示之一電力系統之實施例，具有二於連接狀態之模組，圖七 一電動車電力系統之第二實施例之示意圖，及圖八 如圖二所示之模組化充電系統之實施例，具有一充電單元及一模組。
1‧‧‧系統
2‧‧‧電力驅動單元
3‧‧‧馬達控制器
4‧‧‧車上供電網路
5‧‧‧CAN-匯流排、CAN-匯流排系統、通訊網路
6‧‧‧車上輔助網路
7‧‧‧操作單元
8‧‧‧控制裝置、控制單元
9‧‧‧車輛電池、電池
10‧‧‧量測單元、量測裝置
11‧‧‧儲存單元
12‧‧‧接口
13‧‧‧轉換器
14‧‧‧電動馬達、馬達
20‧‧‧模組
21‧‧‧接頭元件
22‧‧‧電池
23‧‧‧供應導線
M‧‧‧馬達

Claims (13)

  1. 一種模組化車輛系統，具有一電動車，尤指一輕型電動車，至少具有一車上供電網路(4)，用以對一電力驅動單元(2)提供能源，一或多個與車上供電網路(4)連接之接口(12)，用以連接至少一模組(20、20’)，及一控制裝置(8)，設計成與至少一模組(20、20’)通訊，及至少一模組(20、20’)，具有一接頭元件(21)，可與接口(12)以可分離之方式連接，一電力配置，用以連接車上供電網路(4)，及一模組控制器(25)，其中，該模組(20、20’)之模組控制器(25)及電動車之控制裝置(8)針對通訊設計成一相容模式，俾便檢查模組(20、20’)與供電網路(4)之電力相容性，其中，該模組控制器(25)在接頭元件(21)與接口(12)連接時，送出一識別信號至控制裝置(8)，該控制裝置(8)接受該識別信號，並與至少一相容性參數比較，若識別信號與相容性參數一致，則送出一啟用信號至至少一開關單元(24)，俾便連接電力配置與車上供電網路(4)。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之模組化車輛系統，其中，識別信號為數位信號。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之模組化車輛系統，其中，控制裝置(8)由識別信號中得出至少一電力配置操作參數，且控制裝置(8)將得出之配置操作參數與車上供電網路(4)至少一電相容性參數比較。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之模組化車輛系統，其中，電動車設計成與二或多個模組(20、20’)連接。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之模組化車輛系統，其中，一複數個開關單元(24)設計成分開連接二或多個模組(20、20’)與車上供電網路(4)。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之模組化車輛系統，其中，開關單元(24)設於至少一模組(20、20’)中。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之模組化車輛系統，其中，開關單元(24)設計成與接頭元件(21)整合。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之模組化車輛系統，其中，電動車輛具有一由車上供電網路(4)分開之通訊網路，該通訊網路連接控制裝置(8)與至少一接口(12)。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之模組化車輛系統，其中，接頭元件(21)設計成，電力配置與車上供電網路(4)連接，且模組控制器(25)與通訊網路連接。
  10. 一種電動車，特別係一電動輕型車，至少具有一車上供電網路(4)，用以對一電力驅動單元(2)提供能源，一或多個與車上供電網路(4)連接之接口(12)，用以連接至少一模組(20、20’)，及一控制裝置(8)，設計成與至少一模組(20、20’)通訊，其中，該控制裝置(8)針對通訊設計成一相容模式，俾便檢查模組(20、20’)與供電網路(4)之電力相容性，及由模組(20、20’)之一模組控制器(25)接受一識別信號，與至少一相容性參數比較，若識別信號與相容性參數一致，則送出一啟用信號至至少一開關單元(24)，俾便連接模組(20、20’)之電力配置與車上供電網路(4)。
  11. 一種模組，其與一電動車，尤指輕型電動車連接，至少具有 一電動車之接頭元件(21)，可與接口(12)以可分離之方式連接，一電力配置，用以連接電動車之一車上供電網路(4)，及一模組控制器(25)，其中，該模組控制器(25)針對通訊設計成一相容模式，俾便檢查模組(20、20’)與供電網路(4)之電力相容性，及在接頭元件(21)與接口(12)連接時，送出一識別信號至電動車之控制裝置(8)。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之模組，其中，具有一可控制之開關單元(24)，其開關單元(24)設計成接受控制裝置(8)之一啟用信號，並將電力配置與車上供電網路(4)連接。
  13. 一種安全連接一模組(20、20’)與一電動車之方法，其中該電動車至少具有一車上供電網路(4)，對一電力驅動單元(2)供給能量，且該模組(20、20’)至少具有一電力配置，與車上供電網路(4)連接，其中，在電力配置與車上供電網路(4)連接前，先在一相容性模式中檢查模組(20、20’)與車上供電網路(4)之電力相容性，其中該模組(20、20’)對電動車送出一識別信號，電動車接受該識別信號，且與至少一相容性參數比較，及若該識別信號與相容性參數一致，則將電力配置與車上供電網路(4)連接。
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