TWI810599B - 具切換電源式之動力車輛之控制方法 - Google Patents

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本發明係有關於一種具切換電源式之動力車輛之控制方法，該動力車輛包括一引擎、一驅動發電系統、一電源切換開關、一高電壓電池、一低電壓電池以及一降壓模組。驅動發電系統包括有一驅動發電控制器、一驅動發電機以及一位置感知器，電源切換開關電連接驅動發電控制器，包括一第一接點以及一第二接點，高電壓電池電連接電源切換開關之第一接點，通訊連接驅動發電控制器。低電壓電池電連接電源切換開關之第二接點。其中，電源切換開關可選擇式地導通第一接點與驅動發電控制器間之一第一路徑，或導通第二接點與驅動發電控制器間之一第二路徑。藉此，本發明之動力車輛在缺少高電壓電池之狀況下仍可正常運作，不受高電壓電池之限制。

Description

具切換電源式之動力車輛之控制方法
本發明係關於一種具切換電源式之動力車輛之控制方法，尤指一種適用於具複合動力功能且具切換電源式之動力車輛之控制方法。
目前市面上已具有複合動力功能之摩托車，可使用一低電壓電池以及一高電壓電池作為電源供給，其中，低電壓電池對電路系統以及車輛負載供電，且由高電壓電池之電力提供車輛的引擎啟動及行駛助力，並於車輛巡航、怠速或減速時可由引擎帶動驅動發電機經由驅動發電控制器整流並調整至適當電壓後，補充高電壓電池之電能，而低電壓電池之電能則由高電壓電池或驅動發電控制器整流輸出的高電壓，連接至一降壓模組進行充電。
然而，習知技術中一般皆未考慮高電壓電池可進行選配的設計，故習知車輛無法在沒有選配高電壓電池、或高電壓電池損壞的條件下繼續運行。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具切換電源式之動力車輛之控制方法，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具切換電源式之動力車輛之控制方法，藉由配置一電源切換開關，使驅動發電控制器可自動判斷高電壓電池是否可正常提供電力，當驅動發電控制器判斷出高電壓電池失效，或高電壓電池被移除，或車輛出廠即未選配高電壓電池時，可自動切換改由低電壓電池進行引擎啟動之電源供應。而當引擎運轉時，改由驅動發電系統直接將驅動發電機的電能整流並調整至合適的電壓對低電壓電池充電。藉此，本發明之動力車輛在缺少高電壓電池之狀況下仍可正常運作，不受高電壓電池之限制。
為達成上述目的，本發明之具切換電源式之動力車輛包括有一引擎、一驅動發電系統、一電源切換開關、一高電壓電池、一低電壓電池以及一降壓模組。引擎具有一曲軸，驅動發電系統包括有一驅動發電控制器、一驅動發電機以及一位置感知器，驅動發電機係與曲軸同軸設置。所述驅動發電系統係為一體式驅動發電系統(Intergrated Starter Generator,ISG)，其中，驅動發電機作為驅動馬達時可用於啟動引擎並提供車輛助力，而作為發電機時可產生電能對高電壓電池充電。位置感知器用於提供當下電機角度與相位，並可依照位置感知器的經過角度與時間差計算出驅動發電機之轉速。驅動發電控制器係以低電壓電池之電源進行運作，且可經由一開關控制路徑控制電源切換開關，並可接收一來自鑰匙開關之鑰匙開關訊號、一來自引擎控制單元(Engine Control Unit,ECU)或車輛啟動開關之引擎啟動訊號，以及一來自駕駛者轉動油門時由節流閥位置感知器(Throttle Position Sensor,TPS)，或直接由轉動油門裝置直接輸出等方式所取得之油門訊號。
電源切換開關電連接驅動發電控制器，包括一第一接點以及一第二接點，高電壓電池用於提供驅動發電控制器之電源，用於車輛啟動與助力功 能，並於車輛巡航或減速、怠速等時刻由驅動發電控制器充電補充電能，其電連接電源切換開關之第一接點，通訊連接驅動發電控制器。低電壓電池用於供應引擎控制單元、大燈等車用負載、與供應驅動發電控制器之電源，其電連接電源切換開關之第二接點。其中，電源切換開關可選擇式地導通第一接點與驅動發電控制器間之一第一路徑，或導通第二接點與驅動發電控制器間之一第二路徑，在初始狀態下電源切換開關將常時導通上述之第一路徑，且當高電壓電池經由一通訊路徑啟動時，驅動發電控制器的電源輸入端才能有電，因高電壓電池電源之輸出需經通訊路徑由驅動發電控制器於車輛啟動時喚醒。此外，降壓模組並聯連接高電壓電池，串聯連接低電壓電池，當高電壓電池啟動並帶電之後，可將高電壓轉換為12V之低電壓對低電壓電池充電，或供應引擎控制單元、大燈等車用負載。
上述高電壓電池可為24~96伏特之鋰電池或鉛酸電池；上述低電壓電池係可為12伏特之鋰電池或鉛酸電池。其中，高電壓電池可具有一電池管理系統(Battery Management System,BMS)與控制器區域網路(CANBUS)或K線(K-Line)等通訊功能，可對驅動發電控制器進行通訊連接。
上述電源切換開關可為繼電器、金氧半場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)或矽控整流器(SCR)，並不受限於特定的開關型式。
上述高電壓電池內部、高壓電池外部或驅動發電控制器可更包括一緩啟動電路，緩啟動電路包括一直通路徑以及一與直通路徑並聯之放電路徑，直通路徑包括一直通開關，放電路徑包括一限流開關及一限流電阻。藉此，透過緩啟動電路的設置，本創作可待驅動發電控制器的電壓提高、或經過一段時間，再導通無串聯電阻之直通路徑，而達到緩啟動之效果。
本發明之另一目的在於提供一種具切換電源式之動力車輛之控制方法，該控制方法使用於具切換電源式之動力車輛上，其包括有一引擎、一驅動發電系統、一電源切換開關、一高電壓電池、一低電壓電池以及一降壓模組，引擎具有一曲軸。驅動發電系統包括有一驅動發電控制器、一驅動發電機以及一位置感知器，驅動發電機係與曲軸同軸設置。電源切換開關電連接驅動發電控制器，包括一第一接點以及一第二接點。高電壓電池電連接電源切換開關之第一接點。低電壓電池電連接電源切換開關之第二接點。降壓模組並聯連接高電壓電池，串聯連接低電壓電池；其中，具切換電源式之動力車輛之控制方法包括下列步驟：(A)駕駛者啟動動力車輛，並執行步驟(B)；(B)判斷高電壓電池是否正常運作，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)；(C1)電源切換開關維持導通第一接點與驅動發電控制器間之第一路徑，並執行步驟(D1)；(D1)判斷驅動發電控制器是否接收到一引擎啟動訊號，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)；(E1)將來自第一路徑之電源以脈衝寬度調變部分開度控制的方式傳輸至驅動發電系統以啟動引擎；(C2)電源切換開關切換導通第二接點與驅動發電控制器間之第二路徑，並執行步驟(D2)；(D2)判斷驅動發電控制器是否接收到一引擎啟動訊號，若是則執行步驟(E2)，若否則重複執行步驟(D2)；以及 (E2)將來自第二路徑之電源以脈衝寬度調變全開的方式傳輸至驅動發電系統以啟動引擎。
上述步驟(E1)後可更包括步驟(F1)判斷駕駛者是否因動力車輛需加速而多轉動油門，若是則執行步驟(G1)高電壓電池提供驅動助力，若否則執行步驟(H1)驅動發電控制器係以高電壓發電，可補充高電壓電池之電量或經降壓模組降壓後對車用負載供電。
上述步驟(E2)後可更包括步驟(F2)驅動發電控制器係以低電壓發電，可補充低電壓電池之電量或對車用負載供電。
上述引擎運轉時之高電壓發電方式可為六步波角度調整方式發電；上述引擎運轉時之低電壓發電方式可為六步波角度調整方式發電。
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。
1:動力車輛
2:引擎
21:曲軸
3:驅動發電系統
31:驅動發電控制器
32:驅動發電機
33:位置感知器
4:電源切換開關
41:第一接點
42:第二接點
5:高電壓電池
51:緩啟動電路
511:直通開關
521:限流開關
522:限流電阻
6:低電壓電池
7:降壓模組
8:車用負載
A-H1:步驟
S1:鑰匙開關訊號
S2:引擎啟動訊號
S3:油門訊號
P1:開關控制路徑
P2:通訊路徑
圖1係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之系統配置圖。
圖2係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之控制方法之流程圖。
圖3係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之緩啟動電路之配置圖。
請參閱圖1，係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之系統配置圖。圖中出示一種具切換電源式之動力車輛1，主要包括有一引擎2、一驅動發電系統3、一電源切換開關4、一高電壓電池5、一低電壓電池6以及一降壓模組7。
在本實施例中，引擎2具有一曲軸21，驅動發電系統3包括有一驅動發電控制器31、一驅動發電機32以及一位置感知器33，驅動發電機32係與曲軸21同軸設置。位置感知器33可令驅動發電控制器31偵測驅動發電機32之相位所在，可依照驅動發電機32之相位與轉速變化，判斷出引擎2的曲軸角度，並可依照位置感知器33的換相頻率的訊號時間差異換算出引擎2當下轉速與轉速變化率。驅動發電控制器31係以低電壓電池6之電源進行運作，且可經由一開關控制路徑P1控制電源切換開關4，並可接收一來自鑰匙開關之鑰匙開關訊號S1、一來自引擎控制單元或車輛啟動開關之引擎啟動訊號S2，用於執行啟動引擎2以及一來自駕駛者轉動油門時由節流閥位置感知器所取得之油門訊號S3，當駕駛者需要加速而多轉動油門時，用以提供助力。
在本實施例中，電源切換開關4係為繼電器、金氧半場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)或矽控整流器(SCR)，並不受限於特定的開關型式，其電連接驅動發電控制器31，包括一第一接點41以及一第二接點42。高電壓電池5係為24~96伏特之鋰電池或鉛酸電池，具有一電池管理系統(Battery Management System,BMS)與控制器區域網路(CANBUS)或K線(K-Line)等通訊功能，使高電壓電池5與驅動發電控制器31間具有一通訊路徑P2，可對驅動發電控 制器31進行通訊連接。此外，高電壓電池5電連接電源切換開關4之第一接點41，用於提供驅動發電控制器31之電源以及車輛啟動與助力功能，並於車輛巡航或減速、怠速等時刻由驅動發電控制器31充電補充電能。低電壓電池6係為12伏特之鋰電池或鉛酸電池，電連接電源切換開關4之第二接點42，用於供應引擎控制單元、大燈等車用負載8、與供應驅動發電控制器之電源。
其中，電源切換開關4可選擇式地導通第一接點41與驅動發電控制器31間之一第一路徑，或導通第二接點42與驅動發電控制器31間之一第二路徑，在初始狀態下電源切換開關4將常時導通上述之第一路徑，且當高電壓電池5經由一通訊路徑P2啟動時，驅動發電控制器31的電源輸入端才能有電，因高電壓電池5電源之輸出需經通訊路徑P2由驅動發電控制器31於車輛啟動時喚醒。此外，降壓模組7並聯連接高電壓電池5，串聯連接低電壓電池6，係為一直流電轉直流電(DC/DC)之降壓模組7，當高電壓電池5啟動並帶電之後，可將24~96伏特高電壓轉換為12伏特之低電壓並對低電壓電池6充電，或供應引擎控制單元、大燈等車用負載8。
請參閱圖2，係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之控制方法之流程圖。如圖所示，本發明之具切換電源式之動力車輛之控制方法包括下列步驟：步驟(A)駕駛者啟動動力車輛1，並執行步驟(B)；步驟(B)判斷高電壓電池5是否正常運作，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)；若高電壓電池5確實存在，並可正常輸出電壓運作時，來自鑰匙開關之鑰匙開關訊號S1進入驅動發電控制器31，而接收到鑰匙開關訊號S1之驅動發電控制器31將經由通訊路徑P2喚醒高電壓電池5，此時步驟(C1)電源切換開關4維持導通第一接點41與驅動發電控制器31間之第一路徑，並執行步驟(D1)。步驟(D1)判斷驅動發電控 制器31是否接收到一引擎啟動訊號S2，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)。步驟(E1)將來自第一路徑之電源以脈衝寬度調變部分開度控制的方式傳輸至驅動發電系統3以啟動引擎2。在本實施例中，步驟(E1)後更包括步驟(F1)判斷駕駛者是否因動力車輛1需加速而多轉動油門，若是則執行步驟(G1)高電壓電池5提供驅動助力，若否則執行步驟(H1)驅動發電控制器31係以高電壓發電，可補充高電壓電池5之電量或經降壓模組7降壓後對車用負載8供電。在本實施例中，所述驅動發電控制器31係以六步波角度調整方式進行高電壓發電、補充高電壓電池5之電能。上述預先設定好的驅動方式，可為定電流(相電流或高電壓電池5之電流)之閉迴路控制，或以預先測試而設定好的責任週期作驅動，其中，引擎啟動的驅動方式較助力驅動的轉速低，通常引擎啟動的驅動方式電流較小。
另一方面，若高電壓電池5不存在或通訊路徑P2無回覆通訊訊號時，步驟(C2)電源切換開關4切換導通第二接點42與驅動發電控制器31之第二路徑，並執行步驟(D2)。步驟(D2)判斷驅動發電控制器31是否接收到一引擎啟動訊號S2，若是則執行步驟(E2)，若否則重複執行步驟(D2)。(E2)將來自第二路徑之電源以脈衝寬度調變全開的方式傳輸至驅動發電系統3以啟動引擎2。在本實施例中，步驟(E2)後更包括步驟(F2)驅動發電控制器31係以低電壓發電，可補充低電壓電池6之電量或對車用負載8供電，此時當駕駛者需要加速而多轉動油門時，就不再進行助力驅動，僅以引擎動力提供車輛加速助力。在本實施例中，所述驅動發電控制器31係以六步波角度調整方式進行低電壓發電，補充低電壓電池6與供應整車負載。
上述引擎啟動與車輛提供助力的驅動方式，不限定為特定驅動方式，其可為由脈衝寬度調變部分開度、或脈衝寬度調變全開之120度方波驅動、 180度方波驅動、弦波驅動(SPWM)或向量控制驅動(SVPWM)等驅動型式達成，不受專利內容限制。
請一併參閱圖3，係本發明一較佳實施例之具切換電源式之動力車輛之緩啟動電路之配置圖。如圖所示，本發明之高電壓電池5內部、高電壓電池5外部或驅動發電控制器31更包括一緩啟動電路51，該緩啟動電路51包括一直通路徑以及一與直通路徑並聯之放電路徑，直通路徑包括一直通開關511，放電路徑包括一限流開關521及一限流電阻522。藉此，在電源供應前，可待驅動發電控制器31的電壓提高、或經過一段時間再導通無串聯限流電阻522之直通路徑，而達到緩啟動之效果。
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。
1:動力車輛
2:引擎
21:曲軸
3:驅動發電系統
31:驅動發電控制器
32:驅動發電機
33:位置感知器
4:電源切換開關
41:第一接點
42:第二接點
5:高電壓電池
6:低電壓電池
7:降壓模組
8:車用負載
S1:鑰匙開關訊號
S2:引擎啟動訊號
S3:油門訊號
P1:開關控制路徑
P2:通訊路徑

Claims (5)

  1. 一種具切換電源式之動力車輛之控制方法，該控制方法使用於具切換電源式之動力車輛上，其包括有一引擎、一驅動發電系統、一電源切換開關、一高電壓電池、一低電壓電池以及一降壓模組，該引擎具有一曲軸；該驅動發電系統包括有一驅動發電控制器、一驅動發電機以及一位置感知器，該驅動發電機係與該曲軸同軸設置；該電源切換開關電連接該驅動發電控制器，包括一第一接點以及一第二接點；該高電壓電池電連接該電源切換開關之該第一接點；該低電壓電池電連接該電源切換開關之該第二接點；該降壓模組並聯連接該高電壓電池，串聯連接該低電壓電池；其中，該具切換電源式之動力車輛之控制方法包括下列步驟：(A)駕駛者啟動該動力車輛，並執行步驟(B)；(B)判斷該高電壓電池是否正常運作，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)；(C1)該電源切換開關維持導通該第一接點與該驅動發電控制器間之第一路徑，並執行步驟(D1)；(D1)判斷該驅動發電控制器是否接收到一引擎啟動訊號，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)；(E1)將來自該第一路徑之電源以脈衝寬度調變部分開度控制的方式傳輸至該驅動發電系統以啟動該引擎；(C2)該電源切換開關切換導通該第二接點與該驅動發電控制器間之第二路徑，並執行步驟(D2)； (D2)判斷該驅動發電控制器是否接收到一引擎啟動訊號，若是則執行步驟(E2)，若否則重複執行步驟(D2)；以及(E2)將來自該第二路徑之電源以脈衝寬度調變全開的方式傳輸至該驅動發電系統以啟動該引擎。
  2. 如請求項1所述之具切換電源式之動力車輛之控制方法，其中，該步驟(E1)後更包括步驟(F1)判斷駕駛者是否因該動力車輛需加速而多轉動油門，若是則執行步驟(G1)該高電壓電池提供驅動助力，若否則執行步驟(H1)該驅動發電控制器係以高電壓發電，可補充該高電壓電池之電量或經該降壓模組降壓後對車用負載供電。
  3. 如請求項1所述之具切換電源式之動力車輛之控制方法，其中，該步驟(E2)後更包括步驟(F2)該驅動發電控制器係以低電壓發電，可補充該低電壓電池之電量或對車用負載供電。
  4. 如請求項2所述之具切換電源式之動力車輛之控制方法，其中，該引擎運轉時之高電壓發電方式係為六步波角度調整方式發電。
  5. 如請求項3所述之具切換電源式之動力車輛之控制方法，其中，該引擎運轉時之低電壓發電方式係為六步波角度調整方式發電。
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