TWI617736B - 用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其包括有下列步驟：(A)關閉該鑰匙開關後，判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則執行步驟(B)；(B)判斷該電池電量是否處於滿電狀態，若是則執行步驟(C1)，若不是則執行步驟(C2)；(C1)導通該三相下臂之每一該功率電晶體，藉由該三相下臂短路的方式，使多餘動能消耗於該啟動兼發電裝置及該驅動控制裝置中，增加該曲軸及該啟動兼發電裝置之運轉阻力，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(C1)；(C2)對該電池進行充電，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(B)；(D)該曲軸停止轉動，結束該驅動控制裝置之控制；(E)關閉該驅動與發電電源開關；以及(F)關閉該電源自保持開關。

Description

用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法

本發明係關於一種用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，尤指一種適用於啟動兼發電系統之電源發電控制及保護方法。

請參閱圖6，係習知驅動及發電系統之配置圖。如圖所示，傳統具一啟動馬達922與一整流器91之摩托車，係使用獨立的驅動與發電系統，可分開由不同的電路之路徑分別作控制，如按下啟動按鈕控制一啟動馬達開關T2使啟動馬達922運作，進而驅動曲軸94轉動並啟動引擎。當引擎發動後且高於一定轉速時，發電機921開始發電，並經由整流器91控制電壓，進而對電池90充電。

其中傳統整車電源的控制，包含啟動馬達922的訊號與整流器91運作，其所需的電源均由一鑰匙開關T1所控制。由於整車的電源都由鑰匙開關T1做控制，一旦鑰匙開關T1關閉後，整車便失去電源，引擎控制單元93停止運作使引擎熄火。而傳統整流器91之特性為，斷電後就停止運作完全不發電，發電機921中剩餘的能量不會經由發電路徑充到電池90。

由於啟動兼發電系統(Integrated starter and generator，以下簡稱ISG)的三相電源直接連接驅動控制裝置，其驅動控制裝置之元件無法承受過高 電壓，恐會造成該控制元件的損壞，故上述習知的架構並無法應用於啟動兼發電系統上，發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，俾能在整車電源關閉後，仍使啟動兼發電系統之驅動控制裝置保有電力供應，進行相對應之發電控制及保護措施，並調整引擎曲軸之停止角度，使引擎停止於有利再次啟動之位置。

為達成上述目的，本發明之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，係使用於一機車上，該機車組設有一具有一曲軸之引擎、一電池、一引擎控制單元、一用以驅動引擎之啟動兼發電裝置、一用以偵測曲軸角度與馬達相位之角度感測裝置；角度感測裝置透過感測訊號的擷取，計算訊號單位時間的變化，取得曲軸轉速以及一用以控制啟動兼發電裝置之驅動控制裝置，驅動控制裝置包括有六功率電晶體，其平均分為一三相上臂及一三相下臂，分別電連接啟動兼發電裝置，作為控制流經啟動兼發電裝置之電源開關。

其中，驅動控制裝置與電池之間包括有一鑰匙開關、一驅動與發電電源開關以及一電源自保持開關，當車輛斷電後，電源自保持開關繼續保有該驅動控制裝置之電源，並提供一用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，包括有： (A)關閉該鑰匙開關後，判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則執行步驟(B)；(B)判斷該電池電量是否處於滿電狀態，若是則執行步驟(C1)，若不是則執行步驟(C2)；(C1)導通該三相下臂之每一該功率電晶體，藉由該三相下臂短路的方式，使多餘動能消耗於該啟動兼發電裝置及該驅動控制裝置中，增加該曲軸及該啟動兼發電裝置之運轉阻力，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(C1)；(C2)對該電池進行充電，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(B)；(D)該曲軸停止轉動，結束該驅動控制裝置之控制；(E)關閉該驅動與發電電源開關；以及(F)關閉該電源自保持開關。

藉由上述設計，主要針對關閉鑰匙開關後，曲軸因慣性所剩餘的轉速作為判斷依據，可在電源自保持開關開啟狀態下，持續對電池進行充電作業，避免電力的浪費，同時可避免過多的發電能量損壞驅動控制裝置或整車其他系統。然而，在曲軸停止轉動前更包括下列步驟：(d1)偵測曲軸位於判斷角度範圍內是否有反轉，若是則執行步驟(d2)，若不是則執行步驟(d3)；(d2)曲軸反轉過程中對曲軸施加一正轉力量，或導通三相下臂之每一該功率電晶體，增加曲軸之運轉阻力，使曲軸之角度停止於適切角度範圍內，回到步驟(D)；以及 (d3)利用曲軸驅動正轉至一判斷角度範圍內，並使之自然反轉，再執行步驟(d2)。

藉由上述步驟，可保持每次引擎停止時，皆可停止於相同位置，有效克服壓縮行程之阻力，使得下次再啟動引擎時，能在最短時間內順利啟動，減少不必要的能量損耗。

上述判斷角度範圍可為500~720度，該角度範圍係用以判斷適合曲軸倒轉之起始位置；上述適切角度範圍可為360~680度，該角度範圍係為曲軸最終之停止位置，其盡量接近啟動時的第一壓縮上死點，縮短啟動時間。

上述鑰匙開關、驅動與發電電源開關以及電源自保持開關可為一繼電器，其中，鑰匙開關係由使用者來控制，而驅動與發電電源開關及電源自保持開關係由驅動控制裝置來控制。此外，驅動與發電電源開關可防止電流過大損壞驅動控制裝置或其他電子元件，作為一保險斷電機制。

上述機車可更組設有一單向式減壓裝置，假若壓縮行程中起動阻抗仍無法克服時，可利用該單向式減壓裝置來洩漏部分氣體壓力，用以降低引擎之起動阻抗，提高曲軸回轉的順暢度。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

10‧‧‧電池

11‧‧‧啟動按鈕

12‧‧‧油門啟動裝置

20‧‧‧啟動兼發電系統

21‧‧‧驅動控制裝置

22‧‧‧角度感測裝置

23‧‧‧啟動兼發電裝置

30‧‧‧引擎

31‧‧‧曲軸

32‧‧‧單向式減壓裝置

33‧‧‧引擎控制單元

41‧‧‧三相上臂

42‧‧‧三相下臂

90‧‧‧電池

91‧‧‧整流器

921‧‧‧發電機

922‧‧‧啟動馬達

93‧‧‧引擎控制單元

94‧‧‧曲軸

A,B,C1,C2,D,E,F,d1,d2,d3‧‧‧步驟

S1‧‧‧鑰匙開關

S2‧‧‧電源自保持開關

S3‧‧‧驅動與發電電源開關

Q‧‧‧適切角度範圍

Q1~Q6‧‧‧功率電晶體

P‧‧‧判斷角度範圍

T1‧‧‧鑰匙開關

T2‧‧‧啟動馬達開關

圖1係本發明一較佳實施例之整車系統架構圖。

圖2係本發明一較佳實施例之驅動控制裝置與電池配置圖。

圖3係本發明一較佳實施例之驅動控制裝置與電池配置電路圖。

圖4係本發明一較佳實施例之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法之流程圖。

圖5係本發明一較佳實施例之曲軸停止轉動前倒轉角度之示意圖。

圖6係習知驅動及發電系統之配置圖。

請參閱圖1，係本發明一較佳實施例之整車系統架構圖，本實施例之整車架構，其包括有啟動兼發電裝置23(Integrated starter and generator,ISG)、角度感測裝置22及驅動控制裝置21，三者合稱為啟動兼發電系統20(ISG系統)，該啟動兼發電系統20係組設於具有一電池10、一啟動按鈕11、一引擎控制單元33、一油門啟動裝置12、一引擎30之一機車上，且引擎30配設有一單向式減壓裝置32，用以減少引擎30之曲軸31阻力，提高曲軸31回轉的順暢度，以利起動作業。亦即，啟動兼發電系統(ISG系統)20連接於電池10、啟動按鈕11、油門啟動裝置12、引擎控制單元33、及引擎30。

請參閱圖2與圖3，其分別為本發明一較佳實施例之驅動控制裝置與電池配置圖及電路圖。本實施例之驅動控制裝置21與電池10之間具有一鑰匙開關S1、一電源自保持開關S2及一驅動與發電電源開關S3。藉此，在鑰匙開關S1關閉的情況下，驅動控制裝置21藉由具有延遲斷電功能之電源自保持開關S2及驅動與發電電源開關S3分別與電池10電連接，使驅動控制裝置21仍具備電力，故可藉由角度感測裝置22偵測引擎30的曲軸31角度與位置的變化；角度感 測裝置透過感測訊號的擷取，計算訊號單位時間的變化，取得曲軸轉速，並提供一用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法。

本實施例之電源自保持開關S2、驅動與發電電源開關S3係為常開開關，當有下命令時電源自保持開關S2才會導通。因此，當整車之鑰匙開關S1開啟，且當驅動控制裝置21經由鑰匙開關S1路徑獲得電能開始運作後，驅動控制裝置21便會下命令使電源自保持開關S2導通。接著，當電源自保持開關S2開始運作之後，便會再下命令開啟驅動與發電電源開關S3。另一方面，當鑰匙開關關閉S1後，電源自保持開關S2則繼續保有該驅動控制裝置21之電源供應，並提供所述之電源發電控制及保護方法，而驅動控制裝置21之供應電源的切斷時機則由驅動控制裝置21自行控制，經本發明之判斷機制決定電源自保持開關S2最終之斷電時機。此外，驅動與發電電源開關S3可防止電流過大損壞驅動控制裝置21或其他電子元件，作為一保險斷電機制。

其中，如圖3所示，驅動控制裝置21包括有六功率電晶體Q1~Q6，其平均分為一三相上臂41及一三相下臂42，分別電連接該啟動兼發電裝置23，作為控制流經該啟動兼發電裝置23之電源開關，除了可以改變三相電壓，調整旋轉轉子與定子間之磁場變化之外，更可透過三相下臂短路42之方式，消耗多餘之發電動能。

請參閱圖4，係本發明一較佳實施例之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法之流程圖，請一併參閱圖2及圖3。如圖所示，步驟(A)：關閉該鑰匙開關S1後，判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(d1)，若不是則執行步驟(B)。上述步驟(A)在鑰匙開關S1關閉後，引擎控制單元33便中斷供給引擎30之電源並使引擎30停止燃燒，此時可透過上述導通之電源自保持開關S2 繼續保有驅動控制裝置21之電力供應。一般而言，雖然引擎30已停止燃燒，但曲軸31因慣性作用通常仍保持在高轉速，或處於一長下坡使曲軸31持續轉動，故經步驟(A)之轉速判斷後，驅動控制裝置21可依照轉速、電壓等資訊控制發電量，用以補充電池10之電量，也避免過多的發電能量損壞驅動控制裝置21、整車之其他電子構件與電池10等。

接著，步驟(B)：判斷該電池10電量是否處於滿電狀態，若是則執行步驟(C1)，若不是則執行步驟(C2)。藉此，避免在電池10已接近滿電時，過多的能量損壞驅動控制裝置21與其他整車系統。故在步驟(C1)之情況下，導通三相下臂42之每一該功率電晶體Q4~Q6，利用三相下臂42短路的方式，使多餘動能消耗於啟動兼發電裝置23及驅動控制裝置21中，增加曲軸31及啟動兼發電裝置23之運轉阻力，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(d1)，若不是則重複執行步驟(C1)，消耗多餘動能直到轉速小於可發電轉速；相對地，在步驟(C2)之情況下，可對電池10進行充電，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(d1)，若不是則重複執行步驟(B)，再次判斷電池10之電量是否已達到滿電狀態。藉由上述步驟，可於引擎30熄火後持續進行發電作業或藉由同時導通驅動控制裝置21之三相下臂42之每一功率電晶體Q4~Q6等兩種方式，持續對啟動兼發電裝置23與引擎30增加運轉阻力，使得引擎30熄火後持續消耗曲軸31動能，加速引擎30的停止時程。上述中可發電轉速為：當此轉速以上時發電電壓高於電池，才可對電池充電，因此若低於可發電轉速，已無發電能力。

對於引擎轉速之判斷結束後，驅動控制裝置21將進一步針對曲軸31之停止位置進行限制，使得下次再啟動引擎時，能在最短時間內順利啟動， 減少不必要的能量損耗。因此，為求曲軸31停止位置的一致性，在曲軸31停止轉動前更包括下列步驟(d1)至步驟(d3)，同時請一併參閱圖5，係本發明一較佳實施例之曲軸停止轉動前倒轉角度之示意圖，其縱軸座標表示啟動兼發電裝置正轉之起動阻抗，橫軸座標表示曲軸旋轉角度。

如圖4及圖5所示，步驟(d1)：偵測曲軸31位於判斷角度範圍P內是否有反轉，若是則執行步驟(d2)，若不是則執行步驟(d3)。上述判斷角度範圍P在本實施例中係為500~720度，其用以判斷適合曲軸31倒轉之起始位置。其中，當曲軸31之角度未落入一判斷角度範圍P內時，利用步驟(d3)進行角度調整，例如對曲軸31施加一正轉力量，使曲軸31之角度位於判斷角度範圍P內，並使之自然反轉，再執行步驟(d2)。最後，當經調整後之曲軸31之角度位於一判斷角度範圍P內時，執行步驟(d2)：在曲軸反轉過程中，對該曲軸31施加一正轉力量，或導通三相下臂之每一該功率電晶體，增加曲軸31之運轉阻力的方式使曲軸31之角度位於一適切角度範圍Q內，完成曲軸31之角度定位，方可執行下一步驟。上述適切角度範圍Q在本實施例中係為360~680度，該角度範圍Q係為曲軸31最終之停止位置，使其盡量接近啟動時的第一壓縮上死點，可用以縮短啟動時間。其中，假若壓縮行程中起動阻抗透過上述方式仍無法克服時，可觸發單向式減壓裝置32來洩漏部分氣體壓力，用以降低引擎之起動阻抗，提高曲軸回轉的順暢度。

回到圖4之流程圖，當驅動曲軸倒轉至一適切角度範圍Q後，執行步驟(D)：曲軸31停止轉動，結束該驅動控制裝置21之控制。此時，除了引擎30停止燃燒之外，曲軸31轉速小於可發電轉速且停止於適切角度範圍Q內，在上述判斷過程中已將剩餘動能轉換為電能儲存，並重新設定好下次啟動之曲軸角 度。因此，最終驅動控制裝置21可依序執行步驟(E)：關閉該驅動與發電電源開關，以及步驟(F)：關閉該電源自保持開關，將整車系統及驅動控制裝置21之供應電源完全關閉。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

Claims (7)

1. 一種用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，係使用於一機車上，該機車組設有一具有一曲軸之引擎、一電池、一引擎控制單元、一用以驅動該引擎之啟動兼發電裝置、一用以偵測該曲軸角度與馬達相位之角度感測裝置；該角度感測裝置透過感測訊號的擷取，計算訊號單位時間的變化，取得該曲軸轉速以及一用以控制該啟動兼發電裝置之驅動控制裝置，該驅動控制裝置包括有六功率電晶體，其平均分為一三相上臂及一三相下臂，分別電連接該啟動兼發電裝置；其中，該驅動控制裝置與該電池之間包括有一鑰匙開關、一驅動與發電電源開關以及一電源自保持開關，當車輛斷電後，該電源自保持開關繼續保有該驅動控制裝置之電源，並提供一用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，包括有：(A)關閉該鑰匙開關後，判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則執行步驟(B)；(B)判斷該電池電量是否處於滿電狀態，若是則執行步驟(C1)，若不是則執行步驟(C2)；(C1)導通該三相下臂之每一該功率電晶體，藉由該三相下臂短路的方式，使多餘動能消耗於該啟動兼發電裝置及該驅動控制裝置中，增加該曲軸及該啟動兼發電裝置之運轉阻力，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(C1)；(C2)對該電池進行充電，並持續判斷轉速是否小於可發電轉速，若是則執行步驟(D)，若不是則重複執行步驟(B)；(D)該曲軸停止轉動，結束該驅動控制裝置之控制； (E)關閉該驅動與發電電源開關；以及(F)關閉該電源自保持開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該曲軸停止運轉前更包括下列步驟：(d1)偵測該曲軸位於一判斷角度範圍內是否有反轉，若是則執行步驟(d2)，若不是則執行步驟(d3)；(d2)該曲軸反轉過程中對該曲軸施加一正轉力量，或導通三相下臂之每一該功率電晶體，增加該曲軸之運轉阻力，使該曲軸之角度停止於一適切角度範圍內，回到步驟(D)；以及(d3)利用該曲軸驅動正轉至該判斷角度範圍內，並使之自然反轉，再執行步驟(d2)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該判斷角度範圍為500~720度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該適切角度範圍為360~680度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該鑰匙開關、該驅動與發電電源開關以及該電源自保持開關係為一繼電器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該驅動與發電電源開關係防止電流過大損壞該驅動控制裝置或其他電子元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於車輛斷電後之電源發電控制及保護方法，其中，該機車更組設有一單向式減壓裝置。