TWI717926B - 電動車之電池回充強度控制方法 - Google Patents

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Abstract

電動車之電池回充強度控制方法包括：於一初始階段，逐漸調整一目前回充強度；於一即時調整階段，動態調整該目前回充強度；當一目前時間點已到達至少一校正檢查點時，根據一歷史資料來計算一校正回充強度；以及比較該校正回充強度與該目前回充強度，以決定是否要更新該目前回充強度。

Description

電動車之電池回充強度控制方法
本發明是有關於一種電動車之電池回充強度控制方法。
為減少全球暖化的影響，e-化交通工具(包括了電動汽車、電動機車、電動自行車等等)成了選項之一。在這些e-化的交通工具之中，電池扮演著非常重要的角色，一個續航力高的電動交通工具才能使其更大眾化。針對電池的續航力問題，可以從提高電池容量著手，不過這其中包括了技術及成本的因素。另外一個可以改善電池續航力的方法便是電池回充，也就是在騎乘電動車或電動自行車的過程中，當車輛在滑行時對電池進行回充用以增加電池的可用電量。
當電動車行進中時，使用者放開油門時，車子因為慣性原理而進行滑行，這時已經停止對馬達輸出電壓，所以，此時馬達的轉動是來自於慣性，根據磁生電的電磁感應現象，轉動的磁場會產生感應電流。以反轉控制的方式便可以把所產生出來的電能導往電池的正極對電池充電。而回充電流的大小亦可由設定不同的PWM(脈衝寬度調變)工作週期(duty cycle)來調控。
為了更有效地提升電池的續航力，盡可能地提高回充的電量，如果能發展有效的電池回充強度控制方法，便能得到最大的回充電量，又可以不破壞電池組。
根據本案一實例，提出一種電動車之電池回充強度控制方法，包括：於一初始階段，逐漸調整一目前回充強度；於一即時調整階段，動態調整該目前回充強度；當一目前時間點已到達至少一校正檢查點時，根據一歷史資料來計算一校正回充強度；以及比較該校正回充強度與該目前回充強度，以決定是否要更新該目前回充強度。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。
第1A圖與第1B圖顯示根據本案一實施例的電動車之電池回充強度控制方法。第2圖顯示根據本案一實施例的電動車之回充強度與回充電流對時間的關係圖。第3圖顯示根據本案一實施例的電動車之回充電流對時間的曲線圖。
本案一實施例的電動車之電池回充強度控制方法包括初始階段與即時調整階段。於初始階段，用以逐漸調整目前回充強度。於即時調整階段，則是即時動態調整目前回充強度。
於步驟110中，將目前回充強度D now設為初始值m 0，設定一回合參數n(n為整數，n的初始值可為0)，其中，回合參數n代表初始階段的回合數。初始值m 0亦可視為是最小回充強度。
於步驟115中，判斷目前的回充電流是否已大於或等於回充電流臨界值。回充電流臨界值例如是電池的充電定電流(CC，constant current)電流值。
如果步驟115為否，則代表目前回充強度D now較低，需要調高，故而，於步驟120中，將目前回充強度D now調整m值(m值代表每一回合所增加的回充強度)(D now= m 0+m)，且進入下一回合並將n值加1(n=n+1)。流程回到步驟115。
如果步驟120為是，則代表目前回充強度D now已足夠，可以進入即時調整階段。故而，於步驟125中，將目前回充強度D now之值設為：D now= m 0+n*m。之後，進入即時調整階段。
在本案實施例中，「回充強度」與「脈衝寬度調變(pulse width modulation，PWM)工作週期」具有相同意義。亦即，回充強度包括一脈衝寬度調變(PWM)工作週期。
也就是說，在初始階段中，以最小回充強度m 0進行回充並且持續慢慢地增加目前回充強度，每次增加值為m，直到回充電流值到達所設定的回充電流臨界值為止。
如第2圖所示，曲線L1代表回充強度對時間的關係曲線，而曲線L2代表回充電流對時間的關係曲線。以第2圖為例，當將目前回充強度D now增加至D now= m 0+5m時，回充電流已到達回充電流臨界值，則本案方法可進入即時調整階段。如第2圖所示，原則上，回充電流正相關於回充強度。
進入即時調整階段時，於步驟130中，以PI機制來調整目前回充強度D now。PID代表P(Proportional，比例)，I(Integral，積分)及D(Derivative，微分)，PID是控制系統中的一種控制演算法，透過這控制演算法，控制系統能不斷地修正以達到最接近所設定的參考值並且能持續保持下去。對於PID來說，其所代表的是包含三種不同物理意義，其中P(比例)是針對現在的誤差做修正，I(積分)是針對過去的誤差做修正，而D(微分)則是針對未來做預測。對於不同系統或控制對象，可以PID三項全部採用或採用部分項目(如只使用PI)。於本案實施例中，考量系統複雜度，以使用PI即可滿足需求，當然本案並不受限於此，於本案其他可能實施例中，亦可採用PID來進行回充強度的控制，其皆在本案精神範圍內。
於本案實施例中，PI的控制數學模型如後所表示，
Figure 02_image001
其中，
Figure 02_image003
代表所得到的PI輸出(亦即如本案實施例的回充強度)，
Figure 02_image005
與
Figure 02_image007
分別代表P項調整參數與I項調整參數，
Figure 02_image009
代表目前誤差，
Figure 02_image011
代表過去誤差累積。
在本案其他可能實施例中，亦可以在步驟130中進行電流PI控制，針對回充電流來即時調整回充電流(提高或降低回充電流)。對回充電流進行PI控制後所得的結果，再據以進行回充強度的PI控制。回充電流的PI控制可類似如上對回充強度的PI控制，其細節在此不重述。
接著，於步驟135中，判斷目前時間點是否已到達校正檢查點。在本案實施例中，於即時調整階段可以有至少一個校正檢查點。在本案實施例中，設定校正檢查點的用意在於，根據歷史資料來檢查目前回充強度D now是否偏離太多，以便於決定是否要更新目前回充強度D now。第3圖顯示本案實施例的校正檢查點。
如果判斷目前時間點已到達校正檢查點，於步驟140中，根據歷史資料來計算校正回充強度Dc，其中，校正回充強度Dc代表以歷史資料所推論出的校正回充強度，用以判斷是否要校正目前回充強度D now。
第4圖顯示根據本案一實施例的歷史回充強度Dc的計算示意圖。如第4圖示， S1與S2代表歷史車速，而D1-D5代表歷史回充強度，A11-A15與A21-A25則代表歷史回充電流。亦就是說，在本案實施例中，所使用的歷史資料包括：歷史車速、歷史回充強度與歷史回充電流，這些資料可經由事先測試所取得(亦即，根據不同的車速與不同回充強度來得到相對應的回充電流)。歷史資料可以用矩陣的方式來呈現。當車速為S1且回充強度為D1時，所測得的回充電流為A11，並將之記錄下來成為歷史資料，其餘可依此類推。雖然第4圖中只顯示出2筆歷史車速，5筆歷史回充強度與10筆歷史回充電流，但本案並不受限於此。
“S now”代表目前車速。在此假設，於歷史資料中，目前車速S now介於歷史車速S1與S2之間。
根據歷史速度、歷史回充電流結合目前速度計算出校正電流值AN1-AN5，例如，AN1的計算方式如後：
Figure 02_image013
。依此可以類推出其餘的校正電流值AN2-AN5。
之後，根據歷史回充強度、校正電流值結合目前回充電流計算出校正回充強度Dc。假設目前回充電流A now介於校正電流值AN3與AN4之間(其餘情況可依此類推)，則校正回充強度Dc可表示如後：
Figure 02_image015
。
於步驟145中，比較校正回充強度Dc與目前回充強度D now。於步驟150中，判斷兩者誤差是否大於誤差臨界值。如果兩者誤差大於誤差臨界值，則於步驟155中，將目前回充強度D now更新為校正回充強度Dc(D now=Dc)。如果兩者誤差小於誤差臨界值，則於步驟160中，將不更新目前回充強度D now。
之後，於步驟165中，判斷是否回充結束。在此，回充結束例如代表使用者催加油門(電門)或者電動車完全停止(車速為0)等，導致電池回充流程結束。也就是說，在本案實施例中，當回充開始時，本案實施例的回充強度控制方法即可開始，而當回充結束時，本案實施例的回充強度控制方法即可結束。
如果回充尚未結束(步驟165為否)，則流程回至步驟130，繼續以PI機制來調整目前回充強度Dnow。如果回充結束(步驟165為是)，則本案實施例的回充強度控制亦結束。
如第3圖所示，在初始階段中，當以漸進方式來逐漸提高回充電流(方式如第1A圖的步驟110-125)，當回充電流到達回充電流臨界值後，則進入即時調整階段，來動態調整目前回充強度D now。之後，當碰到校正檢查點時，則依上述方式來決定是否要依據歷史資料來校正目前回充強度D now。透過本案上述實施例，可使得回充電流趨近於回充參考電流。
由上述可知，在本案實施例中，利用PI控制機制來即時調整電池的目前回充強度，更可以結合歷史資料用以判斷是否要校正目前回充強度， 來得到最大的回充量且又不會傷害到電池組。
此外，本案實施例的回充強度控制方法可應用於電動輔助自行車(EPAC，Electrically Power Assisted Cycles)或者是電動機車的控制器上，更可以結合於目前的電池管理系統。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110-165:步驟
第1A圖與第1B圖顯示根據本案一實施例的電動車之電池回充強度控制方法。 第2圖顯示根據本案一實施例的電動車之回充強度與回充電流對時間的關係圖。 第3圖顯示根據本案一實施例的電動車之回充電流對時間的曲線圖。 第4圖顯示根據本案一實施例的校正回充強度Dc的計算示意圖。
110-165:步驟

Claims (8)

  1. 一種電動車之電池回充強度控制方法，包括： 於一初始階段，逐漸調整一目前回充強度； 於一即時調整階段，動態調整該目前回充強度； 當一目前時間點已到達至少一校正檢查點時，根據一歷史資料來計算一校正回充強度；以及 比較該校正回充強度與該目前回充強度，以決定是否要更新該目前回充強度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池回充強度控制方法，其中，於該初始階段，將該目前回充強度設為一初始值並設定一回合參數； 判斷一目前回充電流是否已大於或等於一回充電流臨界值；以及 如果該目前回充電流尚未大於或等於該回充電流臨界值，將該目前回充強度調整一值，且增加該回合參數，直到該目前回充電流大於或等於該回充電流臨界值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池回充強度控制方法，其中，該回充強度包括一脈衝寬度調變(PWM)工作週期。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電池回充強度控制方法，其中，於該即時調整階段，於動態調整該目前回充強度時，利用一比例積分(PI)機制來動態調整該目前回充強度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池回充強度控制方法，其中，於該即時調整階段，於動態調整該目前回充強度時，對該目前回充電流進行電流比例積分控制。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池回充強度控制方法，其中，該歷史資料包括：一歷史車速、一歷史回充強度與一歷史回充電流。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池回充強度控制方法，其中，根據該歷史速度、該歷史回充電流與一目前車速計算出複數個校正電流值；以及 根據該歷史回充強度、該些校正電流值與該目前回充電流來計算該校正回充強度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電池回充強度控制方法，其中，於決定是否要更新該目前回充強度時， 判斷該校正回充強度與該目前回充強度間之一誤差是否大於一誤差臨界值； 如果該誤差大於該誤差臨界值，則將該目前回充強度更新為該校正回充強度；以及 如果該誤差小於該誤差臨界值，則保持該目前回充強度。
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