TWI568610B - 串聯式混合動力系統及其混合動力車輛 - Google Patents

Description

串聯式混合動力系統及其混合動力車輛

本發明係關於一種混合動力車輛；特別關於一種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，以及一種使用上述動力系統的混合動力車輛，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、一控制單元以及一備用切換裝置。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。控制單元電性連接至儲電裝置用以偵測儲電裝置之狀態。備用切換裝置電性連接至控制單元、發電機及馬達，其中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，備用切換裝置用於接收到上述訊號時，導通發電機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，其中備用切換裝置包括一第一開關，用以導通發電機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，其中第一開關為電子式開關，用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後自動導通發電機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，其中第一開關為機械式開關。

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，用以防止第一開關誤動作。

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燈號，用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後閃爍。

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，其中備用切換裝置包括一第二開關，用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後切斷儲電裝置與馬達之間的電性連接。

本發明之另一實施例提出一種混合動力車輛，包括一車架、一串聯式混合動力系統、以及一車輪。串聯式混合動力系統，置於車架上。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、一控制單元、以及一備用切換裝置。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。控制單元電性連接至儲電裝置用以偵測儲電裝置之狀態。備用切換裝置電性連接至控制單元、發電機及馬達。其中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。備用切換裝置用於接收到所述訊號時，導通發電機與馬達之間的電性連接。車輪連接至馬達。

本發明之一實施例的混合動力車輛，其中備用切換裝置包括一第一開關及一第二開關，第一開關用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後導通發電機與馬達之間的電性連 接，第二開關用以於備用切換裝置接收到控制單元的訊號後切斷儲電裝置與馬達之間的電性連接。

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切換由發電機直接供電至馬達，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、100’、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’、161”‧‧‧第一開關

162‧‧‧第二開關

163‧‧‧鎖定裝置

164‧‧‧燈

165‧‧‧發聲裝置

200‧‧‧車架

300‧‧‧車輪

1000、1000’‧‧‧混合動力車輛

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為本發明之另一實施例之串聯式混合動力系統的部分放大示意圖。

圖3為本發明之又一實施例之串聯式混合動力系統的部分放大示意圖。

圖4為本發明之一實施例之混合動力車輛的示意圖。

圖5為本發明之另一實施例之混合動力車輛的部分放大示意圖。

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、一控制單元150以及一備用切換裝置160。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。控制單元150電性連接至儲電裝置130用以偵測儲電裝置130之狀態。備用切換裝置160電性連接至控制單元150、發電機120及馬達140，其中控制單元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，備用切換裝置160用於接收到上述訊號M時，導通發電機120與馬達140之間的電性連接。

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。

控制單元150例如為一積體電路，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，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以其他的傳動方式連接，例如齒輪或鏈條等，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。儲電裝置130異常例如電壓或電流異常、溫度過高等。

圖2為本發明之另一實施例之串聯式混合動力系統100’的部分放大示意圖，其中備用切換裝置160’包括一第一開關161’，用以導通發電機120與馬達140之間的電性連接。本發明之一實施例之第一開關161’為電子式開關，例如場效電晶體(Field effect transistor，FET)，用以於備用切換裝置160’接收到控制單元150的訊號後自動導通發電機120與馬達140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100’，其中備用切換裝置160’包括一第二開關162，用以於備用切換裝置160’接收到控制單元150的訊號M後切斷儲電裝置130與馬達140之間的電性連接。本發明之一實施例之第二開關162為電子式開關，例如場效電晶體(Field effect transistor，FET)。

圖3為本發明之一實施例之串聯式混合動力系統100”的部分放大示意圖，其中第一開關161”為機械式開關(Switch)。本發明之一實施例的串聯式混合動力系統100”，其中備用切換裝置160”包括一鎖定裝置163，用以防止第一開關161”誤動作。圖3所繪示之鎖定裝置163為電子式，例如電磁閥，但本發明不加以限定，鎖定裝置163亦可為機械式，例如卡榫。本發明之一實施例的備用切換裝置160”包括一燈164，用以於備用切換裝置160”接收到控制單元150的訊號M後閃爍以提示使用者，可以手動方式切換第一開關161”。燈164例如發光二極體或白熾燈或有機發光二極體或其他的發光顯示裝置等，本發 明不加以限定。本發明之一實施例的備用切換裝置160”包括一發聲裝置165，用以於備用切換裝置160”接收到控制單元150的訊號M後發出提示音以提示使用者，可以手動方式切換第一開關161”。發聲裝置165例如喇叭或蜂鳴器等，本發明不加以限制。本發明之實施例的串聯式混合動力系統100或100’亦可分別設置燈或發聲裝置或同時設置燈及發聲裝置以提醒使用者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。

圖4為本發明之另一實施例的混合動力車輛1000示意圖，混合動力車輛1000包括一車架200、一串聯式混合動力系統100、以及一車輪300。串聯式混合動力系統100設置於車架200上。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、一控制單元150、以及一備用切換裝置160。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。控制單元150電性連接至儲電裝置130用以偵測儲電裝置130之狀態。備用切換裝置160電性連接至控制單元150、發電機120及馬達140。其中控制單元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。備用切換裝置160用於接收到所述訊號M時，導通發電機120與馬達140之間的電 性連接。車輪300連接至馬達140。本發明僅舉一個車輪300為實施例，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。

圖5為本發明之一實施例的混合動力車輛1000’的部分放大示意圖，其中備用切換裝置160’包括一第一開關161’及一第二開關162，第一開關161’用以於備用切換裝置160’接收到控制單元150的訊號M後導通發電機120與馬達140之間的電性連接，第二開關162用以於備用切換裝置160接收到控制單元150的訊號M後切斷儲電裝置130與馬達140之間的電性連接。

圖5所示為使用串聯式混合動力100’的混合動力車輛之實施例，請同時參照圖3，本發明之一實施例的混合動力車輛亦可使用圖3所示的串聯式混合動力100”。本發明之實施例的混合動力車輛1000或1000’亦可分別設置燈或發聲裝置或同時設置燈及發聲裝置以提醒使用者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。

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切換由發電機直接供電至馬達，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

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；一控制單元，電性連接至該儲電裝置用以偵測該儲電裝置之狀態；以及一備用切換裝置，電性連接至該控制單元、該發電機及該馬達，其中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，該備用切換裝置用於接收到該訊號時，導通該發電機與該馬達之間的電性連接。
2. 如申請專利範圍1所述的串聯式混合動力系統，其中該備用切換裝置包括一第一開關，用以導通該發電機與該馬達之間的電性連接。
3. 如申請專利範圍2所述的串聯式混合動力系統，其中該第一開關為電子式開關，用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後自動導通該發電機與該馬達之間的電性連接。
4. 如申請專利範圍2所述的串聯式混合動力系統，其中該第一開關為機械式開關。
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，用以防止該第一開關誤動作。
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包括一燈，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。
7. 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。
8. 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包括一第二開關，用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後切斷該儲電裝置與該馬達之間的電性連接。
9. 一種混合動力車輛，包括：一車架；一串聯式混合動力系統，置於該車架上，該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；一控制單元，電性連接至該儲電裝置用以偵測該儲電裝置之狀態；以及一備用切換裝置，電性連接至該控制單元、該發電機及該馬達，其中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，該備用切換裝置用於接收到該訊號時，導通該發電機與該馬達之間的電性連接；以及一車輪，連接至該馬達。
10. 如申請專利範圍9所述的混合動力車輛，其中該備用切換裝置包括一第一開關及一第二開關，該第一開關用以於該備用切換裝置接收到該控制單 元的該訊號後導通該發電機與該馬達之間的電性連接，該第二開關用以於該備用切換裝置接收到該控制單元的該訊號後切斷該儲電裝置與該馬達之間的電性連接。