TWI606670B - 制動能源回收模組 - Google Patents

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Description

制動能源回收模組
本發明是有關於一種制動能源回收模組，且特別是一種電動車的制動能源回收模組。
近年環保意識抬頭，各界都希望透過減少對石化能源的依賴，轉而利用更為環保的能源，而電動車則是其中一個方興未艾的綠色產業，更成為各大車廠競相發展的項目。然而，由於電池模組的緣故，致使電動車在續航力上仍有不足。而傳統電動車於行駛的過程中，其剎車方式係利用機械剎車增加車輪的摩擦力，以達到減速的目的。此方式會將動能轉化為熱能消耗掉，而且轉化的熱能無法有效回收。
而電動車目前使用的動力模組主要以馬達為主，馬達在剎車、滑行的時候，有相當多能量可供回收，因此，如何有效回收電動車的馬達在非行進時的多餘能量，實已成為目前業界的重要課題之一。
有鑑於此，本發明提供一種制動能源回收模組，適用於一電動車。電動車更包括一馬達模組與一電池模組。制動能源回收模組包括一第一偵測單元、一訊號解碼器、一功率轉換單元以及一控制單元。第一偵測單元電性連接於馬達模組，用於偵測馬達模組之一第一電壓。訊號解碼器，根據該馬達模組的多個運作訊號，產生一第一訊號與一第二訊號。功率轉換單元電性連接於馬達模組與電池模組。控制單元電性連接第一偵測單元、訊號解碼器以及功率轉換單元。控制單元根據第一電壓、第一訊號以及第 二訊號，控制功率轉換單元調整第一電壓，來產生第二電壓給電池模組。
綜上所述，本發明實施例之制動能源回收模組，可偵測電動車目前狀態(行進、滑行、剎車等)，有效轉換電動車的馬達模組輸出的第一電壓，並且根據電動車目前狀態，提供對電池模組更有利的充電方式，此外，由於本發明實施例之制動能源回收模組可以是獨立於電動車中各模組的獨立模組，不須更改原系統設定，因此除方便安裝之外，更有利於大量生產。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1‧‧‧電動車
11‧‧‧中央控制模組
12‧‧‧馬達模組
13‧‧‧電池模組
14‧‧‧傳動模組
16‧‧‧制動能源回收模組
161‧‧‧控制單元
162‧‧‧功率轉換單元
163‧‧‧第一偵測單元
164‧‧‧訊號解碼器
165‧‧‧第二偵測單元
166‧‧‧計時單元
167‧‧‧脈寬調變訊號產生單元
168‧‧‧閘極驅動器
169‧‧‧降壓/升壓調整單元
164-1‧‧‧第一訊號的判斷電路
164-2‧‧‧第二訊號的判斷電路
AND1‧‧‧第一及閘
Q1‧‧‧第一功率元件
Q2‧‧‧第二功率元件
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
C3‧‧‧第三電容
C4‧‧‧第四電容
C5‧‧‧第五電容
CD1‧‧‧電流偵測單元
CMP1‧‧‧第一比較器
CMP2‧‧‧第二比較器
CMP3‧‧‧第三比較器
CMP4‧‧‧第四比較器
D1‧‧‧保護單元
L‧‧‧電感
OR1‧‧‧第一或閘
OR2‧‧‧第二或閘
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
R7‧‧‧第七電阻
HD1、HD2、LD1、LD2‧‧‧體二極體
HS1‧‧‧第一高壓側開關元件
HS2‧‧‧第二高壓側開關元件
INV1‧‧‧第一反相器
INV2‧‧‧第二反相器
LS1‧‧‧第一低壓側開關元件
LS2‧‧‧第二低壓側開關元件
SHS1‧‧‧第一高壓側訊號
SHS2‧‧‧第一高壓側訊號
SLS1‧‧‧第一低壓側訊號
SLS2‧‧‧第一高壓側訊號
P1‧‧‧第一控制端
P2‧‧‧第二控制端
U1‧‧‧放大器
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
VM‧‧‧轉換電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
Vref3‧‧‧第三參考電壓
Vref4‧‧‧第四參考電壓
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
圖1繪示為本發明實施例之一電動車系統的示意圖。
圖2繪示為電動車之馬達驅動控制器示意圖。
圖3繪示為本發明實施例之制動能源回收模組之示意圖。
圖4繪示為圖3制動能源回收模組切換模式之示意圖。
圖5繪示為本發明實施例之訊號解碼器示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二 元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。
以下將以至少一種實施例配合圖式來說明所述制動能源回收模組，然而，下述實施例並非用以限制本揭露內容。
〔本發明制動能源回收模組的實施例〕
請參照圖1至圖4，圖1繪示為本發明實施例之一電動車系統的示意圖。圖2繪示為圖1中電動車的馬達驅動控制器示意圖。圖3繪示為本發明實施例之制動能源回收模組之示意圖。圖4繪示為圖3制動能源回收模組切換模式之示意圖。
電動車1包括一中央控制模組11、一馬達模組12、一電池模組13、一傳動模組14以及一制動能源回收模組16。
電池模組13提供電能給電動車1的中央控制模組11、馬達模組12以及制動能源回收模組16，作為電動車1各系統運作之用，馬達模組連接傳動模組，將電能轉換為機械能以驅動電動車1。
其中在中央控制模組11，可利用一馬達驅動控制器去控制馬達模組與電池模組，其可設計在中央控制模組11內部或外部，一般的電動車的馬達驅動控制器可以簡化成如圖2所示。
電池模組13內具有電池與超級電容(圖未示)，兩者都具有提供電源之作用，其中超級電容可針對一般車輛啟動時所需要大電流與大電壓的作用。在本實施例中，電池為一可充電池。
在此以一實施例，以中央控制模組11所發送的控制訊號與控制元件為例，說明簡單馬達驅動控制器構成，但不一定限定此例。如圖2所示馬達驅動控制器透過第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側開關元件LS1以及第二低壓側開關元件LS2電性連接馬達模組12的第一控制端P1以及第二控制端P2。並且透過該些開關元件的各種開關狀態，對馬達模組12提供電源並控制其作動。於本實施例中，第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側開關元件LS1以及 第二低壓側開關元件LS2可以是金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOSFET)，雙截子接面電晶體(Bipolar junction transistor，BJT)或是絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
於本實施例中，制動能源回收模組16可設置於第一高壓側開關元件HS1的兩端、第二高壓側開關元件HS2的兩端、第一低壓側開關元件LS1的兩端或是第二低壓側開關元件LS2的兩端。
於本實施例中，第一高壓側開關元件HS1與第二低壓側開關元件LS2可共同控制馬達正轉；第二高壓側開關元件HS2與第一低壓側開關元件LS1則可共同控制馬達反轉。於本實施例中，第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側開關元件LS1以及第二低壓側開關元件LS1分別具有一體二極體HD1、體二極體HD2、體二極體LD1以及體二極體LD2。
請參照圖3，制動能源回收模組16係連接於馬達模組12與電池模組13之間，在電動車1的剎車或是滑行的情況下，將馬達模組12的能量(此時馬達可視為一發電機)轉存進電池模組13中。
請參照圖3制動能源回收模組16包括一控制單元161、一功率轉換單元162、一第一偵測單元163、一訊號解碼器164、一第二偵測單元165、一計時單元166、一脈寬調變訊號產生單元167、一閘極驅動器168、一降壓/升壓調整單元169、以及一保護單元D1。
第一偵測單元163電性連接馬達模組12，用於偵測馬達模組12的一第一電壓V1，第一電壓V1即是馬達模組12在電動車1在剎車、滑行時的反電動勢。訊號解碼器164可根據中央控制模組送到的馬達模組的多個運作訊號，直接從馬達模組上擷取運作訊號，例如圖2中第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2等，產生一第一訊號S1以及一第二訊號S2。
第二偵測單元165，則用於偵測電池模組13的負載狀態，若電池模組13處於接近滿載狀態或達到電池電壓之一上限值時，則第二偵測單元165則發送一偵測訊號至控制單元161，使制動能源回收模組16停止轉換第一電壓為第二電壓的能量再生程序，避免電池模組13過度充電而損壞。
功率轉換單元162，透過控制單元161所控制的閘極驅動器168與降壓/升壓調整單元169，調整馬達模組12的第一電壓V1以產生一第二電壓V2，第二電壓V2提供對電池模組13充電。計時單元166提供控制單元一計時訊號，提供控制單元161確認該第一訊號S1或該第二訊號S2超過固定時間後，該控制單元再執行運作，例如計時訊號可利用時脈訊號與可以外部調整的延時訊號來設定延遲的一固定時間。保護單元D1設置於功率調整單元162以及電池模組13之間，以防止逆向電流的產生，保護整個迴路。於本實施例中，保護單元D1是一二極體，於其他實施例，保護單元D1可以是其他元件組成如MOSFET，於本發明不作限制。
控制單元161電性連接功率轉換單元162、第一偵測單元163、訊號解碼器164、第二偵測單元165以及計時單元166。也就是控制單元161透過降壓/升壓調整單元169與閘極驅動器168，提供控制訊號給功率轉換單元162，並且直接或間接接收第一偵測單元163、訊號解碼器164以及第二偵測單元165所偵測的訊號。例如：第一偵測單元163所偵測的馬達模組12的第一電壓V1、訊號解碼器164根據馬達模組12的多個運作訊號，產生的第一訊號S1以及第二訊號S2、第二偵測單元165偵測的第二電壓V2等。在本實施例中，降壓/升壓調整單元169電性連接電流偵測單元CD1的第一端，第二功率元件Q2的第二端以及第三電容C3的第一端。降壓/升壓調整單元169電性連接控制單元161以及脈寬調變訊號產生單元167，分別接收控制單元161以及脈寬調變訊號產生單元167的控制訊號。
控制單元161電性連接脈寬調變訊號產生單元167、閘極驅動器168，降壓/升壓調整單元169。另外降壓/升壓調整單元169也電性連接閘極驅動器168，閘極驅動器168電性連接第一功率單元Q1的第二端，以提供一控制訊號給第一功率單元Q1。
脈寬調變訊號產生單元167用於產生脈寬調變訊號，並與控制單元以及降壓/升壓調整單元169連接。閘極驅動器168根據控制單元161或降壓/升壓調整單元169的一控制訊號以驅動第一功率元件Q1。降壓/升壓調整單元169用於控制升降壓迴路的工作狀態，係依據馬達的反電動勢大小與電池模組的狀況及電壓與電流的回授訊號，以使該功率轉換單元工作在一降壓模式、一升壓模式、一定電流模式、一定電壓模式或是一等充電法。
控制單元161根據馬達模組12的第一電壓V1、第一訊號S1與第二訊號S2以及計時單元166的計時訊號TS，控制功率轉換單元162以調整馬達模組12的第一電壓V1。也就是，馬達模組12的第一電壓V1會經過功率轉換單元162的調整，轉換為適合對電池模組13充電的第二電壓V2。進一步地說，控制單元161還會根據計時單元166的計時訊號以確認該第一訊號S1或是第二訊號S2是否維持一固定時間，控制單元161再執行運作如此可避免因為電動車1的駕駛者因為駕駛習慣(例如不斷的短時間踩剎車或油門)，造成在電壓不穩定的情況下，頻繁的對電池模組13充電，以致減少電池模組13的壽命。
在本實施例中，電動車於高速狀態下緊急煞車時，馬達模組12的第一電壓V1會產生一瞬間突破電壓，控制單元161會立即開啟該第一功率元件Q1，使第一電容C1能夠吸收瞬間突波電壓的能量，另外控制單元161還可利用計時單元166的一預定延遲時間，等待第一電壓V1穩定之後，再控制功率轉換單元162進行作動去控制第二功率元件Q2開啟，釋放第一電容C1吸收的瞬間突波電壓的能量，以避免大電壓或是大電流的緣故造成電池模組 13的損害，也可降低制動能源回收模組16的電磁干擾。於本實施例中，為方便說明，於圖3中具有兩端點之元件，若為水平置放時，左側為第一端，右側為第二端，若為垂直置放時，上側為第一端，下側為第二端，於圖中具有三端點之元件，則根據圖示中端點標號作為端點編碼。
功率轉換單元162包括一第一功率元件Q1、一第二功率元件Q2、一第一電容C1、一第二電容C2、一電流偵測元件CD1以及一第一電感L1。第一功率元件Q1的第一端電性連接馬達模組12以及第一偵測單元163。
在本實施例中，第一偵測單元163包括一第四電阻R4、一第五電阻R5以及一第四電容C4。第四電阻R4的第一端連接第一功率元件Q1的第一端，第四電阻R4的第二端連接控制單元161以及第五電阻R5的第一端。第五電阻R5的第二端連接一接地端。第四電容C4的第一端以及第二端分別與第五電阻R5的第一端與第二端連接，也就是第四電容C4與第五電阻R5為並聯的關係。第一偵測單元163用於偵測第一電壓V1的電壓大小。
第一功率元件Q1的第二端電性連接閘極驅動器168。第一功率元件Q1的第三端電性連接第一電容C1的第一端以及第一電感L1的第一端。第一電容C1的第二端電性連接一接地端。第一電感L1的第二端電性連接電流偵測單元CD1的第一端，電流偵測元件CD1的第二端則電性連接控制單元161，電流偵測元件CD1的第三端電性連接第二功率元件Q2的第一端、第二電容C2的第一端以及保護單元D1的第一端。第二功率元件Q2的第二端電性連接控制單元161，第二功率元件Q2的第三端，於本實施例中，則電性連接於接地端。此外，電流偵測元件CD1包括一第一電阻R1以及一放大器U1，以偵測流經功率轉換單元162的電流大小，以提供電流回授控制與過電流保護。另外，功率轉換單元162還包括一第二電阻R2、一第三電阻R3以及一第三電容C3，係作為 偵測轉換的第二電壓V2大小以提供電壓回授訊號與過電壓保護於本實施例中，第一功率元件Q1以及第二功率元件Q2可以是金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOSFET)，雙截子接面電晶體(Bipolar junction transistor，BJT)或是絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，於本發明不作限制。在本實施例中，第一電容C1需要擔負吸收緊急剎車時所產生的突波電壓，也需要有能力儲存大量的能量以及濾除非必要的電壓漣波，因此其第一電容C1建議可選用大電容值為佳，然須根據實際電路設計以及成本考量，以進一步選用其電容值。
訊號解碼器164根據馬達模組的多個運作訊號，產生第一訊號S1以及第二訊號S2，以提供控制單元161進行判斷，於本實施例中第一訊號S1為油門訊號，第二訊號S2為剎車訊號。當第一訊號S1為ON時，也就是，使用者踩下油門，中央控制模組1接收到油門訊號開啟(ON)的狀態，則對馬達模組12發出控制訊號，於本實施例中，油門訊號的開啟訊號ON是指中央控制模組11偵測到使用者有踩油門，而油門訊號的關閉訊號OFF則是指中央控制模組11未偵測到使用者踩油門。
請參照圖5，圖5繪示為本發明實施例之訊號解碼器示意圖。訊號解碼器164包括兩個電路，主要分為第一訊號S1判斷電路164-1以及第二訊號S2判斷電路164-2。
第一訊號S1的判斷電路164-1包括一第一或閘OR1，第一或閘OR1的兩輸入端分別連接第一高壓側訊號SHS1以及第二高壓側訊號SHS2，也就是第一訊號S1(油門訊號)是根據第一高壓側訊號SHS1以及第二高壓側訊號SHS2進行判斷。
第二訊號S2的判斷電路164-2則包括一第一反相器INV1、一第二反相器INV2、一第一及閘AND1、一第二或閘OR2以及一第一反或閘NOR1。第一反相器INV1的輸入端連接第一高壓側訊 號SHS1，第二反相器INV2的輸入端連接第二高壓側訊號SHS2。第一反相器INV1的輸出端、第二反相器INV2的輸出端、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2則連接至第一及閘AND1的輸入端。第一反或閘NOR1的輸入端則連接第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2。第一反或閘NOR1的輸出端則與第一及閘AND1的輸出端則分別連接至第二或閘OR2的輸入端。
第一及閘AND1的輸出訊號用於判斷目前電動車1是否處於動態制動的狀態，第一反或閘NOR1的輸出訊號則用於判斷電動車1是否處於滑行狀態。第二或閘OR2的輸出訊號即為第二訊號S2，即是剎車訊號，判斷使用者是否有踩剎車。在本實施例中，第二偵測單元165連接電池模組13以及控制單元161。第二偵測單元165包括一第六電阻R6、一第七電阻以及一第五電容C5。第六電阻R6的第一端連接電池模組13，第六電阻R6的第二端連接控制單元161以及第七電阻R7的第一端，第七電阻R7的第二端連接一接地端。第五電容C5的第一端以及第二端分別連接第七電阻R7的第一端以及第二端，也就是第五電容C5與第七電阻R7並聯。在本實施例中，制動能源回收模組16可提供第二電壓V2對電池模組13充電，而第二偵測單元165可偵測電池模組13目前的電池電壓，提供一回饋訊號給控制單元161。控制單元161可根據第二偵測單元165的回饋訊號，控制功率轉換單元162提供一最佳的工作模式。
如圖2所示馬達模組12的控制訊號，於本實施例中，至少包括一第一高壓側訊號SHS1、一第二高壓側訊號SHS2、一第一低壓側訊號SLS1以及一第二低壓側訊號SLS2。於其他實施例中，則可包括更多的控制訊號，例如三相馬達的控制訊號，即至少包括6個控制訊號。
於本實施例中，第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號 SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2係用於控制馬達模組12的正轉、反轉以及其他不同作動。其中第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2的訊號型態則可以是開啟訊號(ON)、關閉訊號(OFF)以及脈寬調變訊號(Pulse width modulation,PWM)。例如前進時，第一高壓側訊號SHS1提供開啟訊號(ON)，第二高壓側訊號SHS2提供關閉訊號(OFF)、第一低壓側訊號SLS1提供關閉訊號(OFF)，第二低壓側訊號SLS2則是提供脈寬調變訊號(PWM)，以對應地控制第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側開關元件LS1以及第二低壓側開關元件LS2，以控制電動車1前進並可調整速度。
電動車1的行車模式與制動能源模組作動模式的對照關係，可參照下列表1，表1為本發明實施例之行車模式vs制動能源回收模組作動模式對照表。
又例如，滑行時，第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號 SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2都是提供關閉訊號(OFF)，以使第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側開關元件LS1以及第二低壓側開關元件LS2都處於關閉的狀態，此時馬達模組12則會進入類似發電機的狀態，此時馬達模組所產生的能源，則可以將其回充至電池模組13中。於本實施例中，電動車1在剎車時，第一高壓側訊號SHS1以及第二高壓側訊號SHS2皆為關閉訊號(OFF)以控制第一高壓側開關元件HS1與第二高壓側開關元件HS2處於關閉狀態。而第一低壓側訊號SLS1與第二低壓側訊號SLS2則為脈寬調變訊號(PWM)。此時馬達模組12的能量也可進行回收。
請參考圖3，於本實施例中，訊號解碼器164根據馬達模組的多個運作訊號(如圖2的第一高壓側開關元件HS1、第二高壓側開關元件HS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2等)，產生第一訊號S1(油門訊號)以及第二訊號S2(剎車訊號)，作為制動能源回收模組16作動的依據，當訊號解碼器164偵測到第一訊號S1(油門訊號)為ON時，也就是電動車1於前進或是後退時，制動能源回收模組16不作動。而當訊號解碼器164偵測到第二訊號S2(剎車訊號)為ON時，制動能源回收模組16則會根據馬達模組12輸出的第一電壓V1的大小進行不同模式的作動。此外，當訊號解碼器164既沒有接收到第一訊號S1(油門訊號)也沒有接收到第二訊號S2(剎車訊號)時，則代表電動車1係為滑行狀態，制動能源回收模組16也會根據馬達模組12輸出的第一電壓V1的大小進行不同模式的作動。
而電動車1的行車模式vs馬達驅動訊號對照表可參照下列表2。表中ON為開啟訊號，OFF為關閉訊號，PWM則為脈寬調變訊號。SLS1、SLS2則分別代表第一高壓側訊號SHS1、第二高壓側訊號SHS2、第一低壓側訊號SLS1以及第二低壓側訊號SLS2。
由於馬達模組12在不同運行情況下，會輸出不同的第一電壓V1，因此，制動能源回收模組16根據馬達模組12所輸出的不同第一電壓V1，有相應的四種運作模式。
請參照圖3與圖4，首先第一偵測單元163利用分壓電路將第一電壓V1降壓為轉換電壓VM，制動能源回收模組16利用第一比較器CMP1比較轉換電壓VM以及第一參考電壓Vref1，當電動車1的車速低於一第一速限值時(例如3km/h)，亦即，轉換電壓VM低於一第一參考電壓Vref1時，由於此時的第一電壓V1過低，不適於進行升壓或是轉換效率不高，制動能源回收模組16的控制單元161會自行關斷大部分的單元進入一睡眠模式，以減少功率損耗，再者，制動能源回收模組16利用第二比較器CMP2比較轉換電壓VM以及第二參考電壓Vref2，當電動車1高於第一速限值時，且小於一第二速限值時，此時，馬達模組12的轉換電壓VM高於第一參考電壓Vref1，且低於第二參考電壓Vref2，制動能源回收模處16處於一第二模式，制動能源回收模組16的控制單元161調整功率轉換單元162進入一升壓模式，將第一電壓V1進行升壓，以對電池模組13進行充電。也就是功率轉換單元162的第一功率元件Q1會持續開啟，而第二功率元件Q2會以頻寬調變訊號進行控制(Pulse Width Modulation Signal)，功率轉換單元162即會以升壓轉換器的形式，對第一電壓V1進行升壓調整。
當電動車1車速高於第二速限值時，制動能源回收模組16利用第三比較器CMP3比較轉換電壓VM以及第三參考電壓Vref3， 此時馬達模組12的轉換電壓VM高於第二參考電壓Vref2，且低於一第三參考電壓Vref3，制動能源回收模組16處於一第三模式，制動能源回收模組16的控制單元161調整功率轉換單元進入一降壓模式，將第一電壓V1進行降壓，以對電池模組13進行充電。也就是功率轉換單元162的第一功率元件Q1會以頻寬調變訊號進行控制，而第二功率元件Q2則會持續關閉。功率轉換單元162即會以降壓轉換器的形式，對第一電壓V1進行降壓調整。
當電動車1於高速狀態下緊急煞車，馬達模組12的轉換電壓VM會高於第四參考電壓Vref4時，則控制單元161會發送一持續開啟的訊號給閘極驅動器168的第一功率元件Q1，以使第一電容C1能夠吸收馬達模組12於緊急剎車時所產生的一瞬間突波電壓中具有的巨大能量。待第一偵測單元163偵測馬達模組12的轉換電壓VM低於第四參考電壓Vref4時，則控制單元161調整功率調整單元162至降壓模式，對電池模組13充電。此第四參考電壓Vref4所對應的第一電壓V1，一般設定成電動車馬達驅動控制器所使用功率器件崩潰電壓的80%。
另外當電池充飽或達到其電池電壓上限值時(電池電壓上限值可以依據實際需求進行設定)，第一功率元件Q1將處於開路狀態，不在進行能量再生程序，避免電池因過充而損壞。但當電動車1於高速狀態下緊急煞車下時其產生反電動勢很高，造成VM高於第四參考電壓時，為避免損換功率器件，須立即開啟第一功率元件Q1，使第一電容能夠吸收瞬間突波電壓的能量，而且，在一段時間後，控制第二功率元件Q2開啟使電路接地，第一電容釋放所吸收的突波能量，通過第二功率元件Q2的放電電流，可以由控制單元來設定，由電流偵測單元進行回授控制，當油門訊號啟動，第一功率元件Q1關斷，第二功率元件Q2持續放電使C1到一低點，突波抑制功能完成，系統回到監控狀態。
在本實施例中，第二偵測單元165用於偵測電池模組13的狀 態，例如負載狀態、電壓大小等，因此，控制單元161還可根據第二偵測單元165所偵測的電池模組13的狀態，提供適合電池模組13的充電方式，例如：定電流模式或是定電壓模式，於本發明不作限制。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例之制動能源回收模組，可偵測電動車目前狀態(行進、滑行、剎車等)，有效轉換電動車的馬達模組輸出的第一電壓，並且根據電動車電池目前狀態，提供對電池模組更有利的充電方式，此外，由於本發明實施例之制動能源回收模組可以是獨立於電動車中各模組的獨立模組，不須更改原系統設定，因此除方便安裝之外，更有利於大量生產。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1‧‧‧電動車
11‧‧‧中央控制模組
12‧‧‧馬達模組
13‧‧‧電池模組
14‧‧‧傳動模組
16‧‧‧制動能源回收模組

Claims (11)

  1. 一種制動能源回收模組，適用於一電動車，其中該電動車更包括一馬達模組與一電池模組，該制動能源回收模組包括：一第一偵測單元，電性連接於該馬達模組，用於偵測該馬達模組之一第一電壓；一訊號解碼器，根據該馬達模組的多個運作訊號，產生一第一訊號與一第二訊號；一功率轉換單元，電性連接於該馬達模組與該電池模組；以及一控制單元，電性連接該第一偵測單元、該訊號解碼器以及該功率轉換單元；其中，該控制單元係根據該第一電壓、該第一訊號以及該第二訊號，控制該功率轉換單元調整該第一電壓，來產生一第二電壓給該電池模組。
  2. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，還包括：一保護單元，電性連接於該功率轉換單元以及該電池模組之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，其中該第一訊號與該第二訊號分別為一油門訊號與一煞車訊號，當該油門訊號啟動時，該功率轉換單元係不作動。
  4. 如申請專利範圍第3項之制動能源回收模組，更包括一計時單元設定一固定時間給該控制單元，當該控制單元確認該第一訊號或該第二訊號傳送超過該固定時間後，該控制單元再執行運作。
  5. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，其中，該第一偵測單元係將該第一電壓降壓成為一轉換電壓，當該轉換電壓小於一第一參考電壓時，該控制單元使該功率轉換單元不作動，處於一睡眠模式。
  6. 如申請專利範圍第5項之制動能源回收模組，其中，當該轉換 電壓大於該第一參考電壓且小於一第二參考電壓時，該控制單元控制該功率轉換單元以一升壓模式運作，當該轉換電壓大於該第二參考電壓且小於一第三參考電壓時，該控制單元控制該功率轉換單元以一降壓模式運作，當該轉換電壓大於一第四參考電壓時，該控制單元控制該功率轉換單元之一第一功率元件開啟，利用該功率轉換單元之一第一電容吸收一瞬間突波電壓，其中該第四參考電壓大於該第三參考電壓，該第三參考電壓大於該第二參考電壓，該第二參考電壓大於該第一參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，還包括：一脈寬調變訊號產生單元，用於產生一脈寬調變訊號，其中該脈寬調變訊號產生單元電性連接該控制單元；一閘極驅動器，電性連接該控制單元與該功率轉換單元，用於驅動該功率轉換單元；以及一降壓/升壓調整單元，連接該功率轉換單元、該控制單元、閘極驅動器以及該脈寬調變訊號產生單元，該降壓/升壓調整單元用以於調整該功率轉換單元運作在一降壓模式、一升壓模式、一定電流模式或是一定電壓模式。
  8. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，其中該第一偵測單元由一第四電阻、一第五電阻以及一第四電容所構成；其中，該第四電阻的第一端連接該功率轉換單元，該第四電阻的第二端連接該控制單元以及該第五電阻的第一端，該第五電阻的第二端連接一接地端，該第四電容並聯連接該第五電阻。
  9. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，其中該訊號解碼器包括：一第一訊號判斷電路，其包括：一第一或閘，兩輸入端分別連接一第一高壓側訊號以及一第二高壓側訊號；以及 一第二訊號判斷電路，其包括：一第一反相器，一輸入端連接該第一高壓側訊號；一第二反相器，一輸入端連接該第二高壓側訊號；一第一及閘，輸入端分別連接該第一反相器的一輸出端、該第二反相器的一輸出端、一第一低壓側訊號以及一第二低壓側訊號；一第二或閘；以及一第一反或閘；其中，該第一反或閘的輸入端分別連接該第一高壓側訊號、該第二高壓側訊號、該第一低壓側訊號以及該第二低壓側訊號，該第一反或閘的一輸出端以及該第一及閘的一輸出端分別連接該第二或閘的兩輸入端；其中，該第一或閘的一輸出端輸出該第一訊號；該第二或閘的一輸出端輸出該第二訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，更包括一第二偵測單元，連接於該電池模組與該控制單元，當該第二偵測單元偵測該電池模組的為一滿載狀態或達到電池電壓之一上限值時，送出一偵測訊號給控制單元，使該控制單元停止轉換該第一電壓為該第二電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項之制動能源回收模組，當該電動車於高速狀態下緊急煞車時，該馬達模組產生一瞬間突破電壓，高於一第四參考電壓時，該控制單元立即開啟該功率轉換單元的一第一功率元件，使該功率轉換單元的一第一電容能夠吸收該瞬間突波電壓的能量，並在一預定延遲時間後，該控制單元則控制該功率轉換單元的一第二功率元件開啟，釋放該第一電容吸收的瞬間突波電壓的能量。
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