TWM583393U - 電動車輛超速運轉的保護系統 - Google Patents

Abstract

本創作為一種電動車輛超速運轉的保護系統，包含有一電池、一馬達及一控制電路，其中該電池提供電力供電動車輛使用，該馬達用以驅動電動車輛之車輪產生運轉，該控制電路電性連接該電池及馬達，當該控制電路判斷該馬達的實際轉速已大於預設的一額定轉速時，係判定該馬達為超速運轉，即輸出一反向磁場的電流至馬達以降低該馬達的反電動勢；本創作藉由降低馬達的反電動勢而發揮保護功效，可避免反電動勢對電池造成異常過充，並降低反電動勢觸發電池保護機制而使整車失去動力之機率，維持電動車輛之正常運作。

Description

電動車輛超速運轉的保護系統

本創作關於一種電動車輛的控制電路，特別是有關於一種能在電動車輛超速運轉時降低反電動勢的保護系統。

電動車輛顧名思義係以電力作為車輛之動力源，例如電動機車，一般而言係於車輛上設置電池，利用該電池之電力推動車輛的馬達產生運轉，藉此帶動車輛移動前進。請參考圖4所示，為現有電動車輛之控制電路示意圖，圖中表示在電動車輛的電池81及馬達82之間設置一控制電路83，該控制電路83可將電池81中的電力轉換為用於驅動馬達82的工作電源，當馬達82被驅動後產生轉動，透過車輛中的傳動機構驅使車輪旋轉。

已知馬達82在運轉時自然會產生反電動勢(counter EMF)，反電動勢會隨著馬達82轉速升高而跟著增加。在電動車輛正常行駛的情況下，當馬達82的反電動勢等於電池81的電壓時，即代表電動車輛正處於最高車速。

電動車輛在受到外力作用的情形下，馬達82的運轉有可能會超過最高之額定轉速且反電動勢升高，例如當車輛被拖動或是下坡距離長、速度快等情形，馬達82均可被外力因素帶動而超速運轉，此時馬達82相當於成為一發電機。由於馬達82之反電動勢已經高於電池81的電壓，會因為此電壓差的關係產生一充電電流而直接對控制電路83與電池81充電。當馬達82超速運轉而導致反電動勢異常升高時，電動車輛有可能產生下列問題：

一、馬達82轉成發電機時，過大的充電電流或反電動勢，可能燒毀電池81及控制電路83，或是減少電池81的壽命。

二、因為電池81通常會連接有一保護開關810，當控制電路83偵測到充電電流升高時可能觸發保護機制，打開該保護開關810以中斷電池81與控制器83之間的連接。但一旦電池81與控制電路83斷開連接後，電動車輛整車即瞬間失去動力來源，而對騎乘者造成不便或甚至產生意外。

三、當觸動保護機制使電池81與控制電路83斷開後，電池81將不再吸收電能而失去對反電動勢的緩衝效果，換句話說，反電動勢或充電電流將有可能急劇拉高而燒毀控制電路83中的電子元件。

[新型所欲解決之問題]

本創作係提供一種可以有效降低反電動勢的「電動車輛超速運轉的保護系統」，以期解決電動車輛中的馬達因超速運轉而導致反電動勢異常升高的問題。

[解決問題之技術手段]

為實現上述目的，本創作「電動車輛超速運轉的保護系統」包括有：

一電池，係提供電力供該電動車輛使用；

一馬達，用以驅動該電動車輛之車輪產生運轉；

一控制電路，電性連接該電池及該馬達，用以驅動該馬達，其中，該控制電路判斷該馬達的實際轉速已大於預設的一額定轉速時，係輸出一反向磁場的電流至該馬達，以降低該馬達的反電動勢。

進一步的，該控制電路包含有：

一處理器；

一驅動單元，電性連接該處理器及該電池，由該處理器來驅動該馬達；

一記憶體，內部預設有電池電壓及其分別對應的該額定轉速。

進一步的，該處理器連接一油門開度感測器以接收一油門開度值；當該馬達的實際轉速已大於預設的該額定轉速時，該處理器令該油門開度值歸零，使該馬達的輸出功率為零。

進一步的，該驅動單元包含有複數個功率電晶體，用以將該電池的電力轉換為三相電壓並供應至該馬達。

進一步的，該馬達內部設置有至少一轉速感測元件以感測該馬達的實際轉速，該實際轉速係提供至該處理器。

進一步的，該轉速感測元件為霍爾元件。

進一步的，該控制電路電性連接該電動車輛之一顯示儀表，其中，當該控制電路判斷該馬達的實際轉速已大於預設的該額定轉速時，該控制電路令該顯示儀表顯示一警告訊息。

進一步的，該顯示儀表所顯示的該警告訊息為圖案符號、代碼或標語文字中的至少一種。

進一步的，該電池連接有一保護開關。

進一步的，該保護開關為一繼電器或為MOS電晶體元件。

[新型之功效]

藉由上述本創作技術手段，當馬達超速運轉時，控制電路將輸出反向磁場的電流至馬達，以減弱馬達之反電動勢，進而避免電池觸發保護機制而使電動車輛整車失去動力；且可防止產生過大的充電電流對電池過度充電，因此可以延長電池壽命；降低控制電路因過高之反電動勢而遭到高壓破壞的可能性。

請參考圖1，本創作是一種應用於電動車輛的保護系統，例如應用在電動機車，該保護系統包含有一電池10、一馬達20及一控制電路30。

該電池10用於提供電動車輛所需要的電力，電池10可進一步連接一保護開關11，其中，該保護開關11可以是一繼電器或是以圖2所示的MOS電晶體元件連接組成。

該馬達20連接該控制電路30，馬達20可為一永磁同步馬達，用於驅動電動車輛的車輪而帶動車輛行駛前進，在該馬達20中設置有至少一個轉速感測元件21，用以感測該馬達20運轉時的實際轉速。在本實施例中，係設置有三個霍爾元件以感測馬達20的轉速，三個霍爾元件感測產生的轉速信號係提供給控制電路30中的處理器31，使處理器31獲得即時的轉速，據此判斷是否需要啟動保護功能

該控制電路30連接該電池10，在本實施例中，該控制電路30包含了一處理器31、一驅動單元32、一記憶體33、一油門開度感測器34；該處理器31連接該驅動單元32、該記憶體33及該油門開度感測器34，該驅動單元32連接該電池10且包含有六個功率電晶體Q1~Q6，該六個功率電晶體Q1~Q6的導通、關閉動作則是由該處理器31輸出各別的控制信號加以控制，可將電池10的電力轉換為三相電壓U, V, W並供應至馬達20；該記憶體33內部預設有電池電壓對應額定轉速的關係表，也就是在電池10在何種電壓下，該馬達20可輸出的最高轉速(rpm)，舉例而言，當電池10的電壓分別是40V、50V、60V，該馬達20的額定轉速分別對應為400rpm、500rpm、600rpm。該油門開度感測器34則是感測使用者操作電動車輛把手時所輸出的一油門開度值，該油門開度值係提供給處理器31，使處理器31根據該油門開度值決定車速。

該控制電路30還可進一步連接至電動車輛的顯示儀表40，如圖3所示，該顯示儀表40可顯示電動車輛之狀態資訊，例如電量、即時車速、累積哩程等，在本創作中可用以顯示一警告訊息。

以下進一步詳細說明本創作之具體電路動作：電動車輛在運作時，馬達20內部的轉速感測元件21會持續感測馬達20的實際轉速並產生轉速信號，該轉速信號提供給處理器31進行判斷。基於記憶體33中預設的電池電壓—額定轉速關係，該處理器31依據電池10的電壓決定對應的額定轉速，並將感測得到的實際轉速與對應的額定轉速相比較，當實際轉速大於該額定轉速，即判斷馬達20目前為超速運轉，其中該處理器31在選擇額定轉速時，是根據電池10目前的即時電壓而選擇對應之額定轉速，例如目前電池10的電壓為50V時，所選擇之額定轉速為500rpm，當電池10的電壓降為40V時，所選擇之額定轉速即為400rpm。

一旦判斷馬達20為超速運轉時，處理器31首先將油門開度感測器34輸出的油門開度值歸零，令馬達20的輸出功率為零，再透過該驅動單元32進行弱磁操作，也就是控制該驅動單元32注入可產生反向磁場的電流至馬達20，以降低馬達20所產生的反電動勢。

此外，當判斷馬達20為超速運轉時，處理器31可以進一步控制在該顯示儀表40上顯示出一警告訊息，提醒使用者手動啟動煞車功能，所顯示的警告訊息可以是一圖案符號、代碼、標語文字等其它供使用者辨識的形式。而當處理器31再次判斷馬達20的實際轉速已低於該額定轉速後，即控制該顯示儀表40不再顯示該警告訊息。

綜上所述，本創作在馬達20超速運轉時，處理器31即控制該驅動單元22輸出反向磁場的電流至馬達20，以減弱馬達20之反電動勢，因此，本創作係可達成下列功效：

一、避免電池10觸發保護機制而使電動車輛整車失去動力，減少對騎乘者造成不便或產生意外。

二、因為反電動勢的降低，可防止產生過大的充電電流對電池10過度充電，因此可以延長電池壽命。

三、避免過高的反電動勢或充電電流對控制電路30造成損害，降低控制電路30中的各電子元件因過高之反電動勢而遭到高壓擊穿的可能性。

四、當控制電路30判斷該馬達20的實際轉速已大於預設的額定轉速時，該控制電路30令顯示儀表40顯示一警告訊息，例如顯示一圖案符號、代碼或標語文字等，該警告訊息可提醒使用者車輛狀態異常，令使用即刻作出緊急處置，例如手動啟動煞車功能以減緩車速，避免車速過快導致危害，以保障使用者的行車安全。

雖然本新型已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者在不脫離本新型之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本新型所保護之技術範疇，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電池

11‧‧‧保護開關

20‧‧‧馬達

21‧‧‧轉速感測元件

30‧‧‧控制電路

31‧‧‧處理器

32‧‧‧驅動單元

33‧‧‧記憶體

34‧‧‧油門開度感測器

40‧‧‧顯示儀表

81‧‧‧電池

810‧‧‧保護開關

82‧‧‧馬達

83‧‧‧控制電路

Q1~Q6‧‧‧功率電晶體

圖1：電動車輛超速運轉的保護系統電路示意圖。
圖2：保護開關示意圖。
圖3：顯示儀表示意圖。
圖4：先前技術中電動車輛之控制電路方塊圖。

Claims (10)

1. 一種電動車輛超速運轉的保護系統，包含：
   一電池，係提供電力供該電動車輛使用；
   一馬達，用以驅動該電動車輛之車輪產生運轉；
   一控制電路，電性連接該電池及該馬達，用以驅動該馬達，其中，該控制電路判斷該馬達的實際轉速已大於預設的一額定轉速時，係輸出一反向磁場的電流至該馬達，以降低該馬達的反電動勢。
2. 如請求項1所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該控制電路包含有：
   一處理器；
   一驅動單元，電性連接該處理器及該電池，由該處理器來控制該馬達；
   一記憶體，內部預設有電池電壓及其分別對應的該額定轉速。
3. 如請求項2所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該處理器進一步連接一油門開度感測器以接收一油門開度值；當該馬達的實際轉速已大於預設的該額定轉速時，該處理器令該油門開度值歸零，使該馬達的輸出功率為零。
4. 如請求項2所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該驅動單元包含有複數個功率電晶體，用以將該電池的電力轉換為三相電壓並供應至該馬達。
5. 如請求項2所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該馬達內部設置有至少一轉速感測元件以感測該馬達的實際轉速，該實際轉速係提供至該處理器。
6. 如請求項5所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該轉速感測元件為霍爾元件。
7. 如請求項1所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該控制電路進一步電性連接該電動車輛之一顯示儀表，其中，當該控制電路判斷該馬達的實際轉速已大於預設的該額定轉速時，該控制電路令該顯示儀表顯示一警告訊息。
8. 如請求項7所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該顯示儀表所顯示的該警告訊息為圖案符號、代碼或標語文字中的至少一種。
9. 如請求項1所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該電池連接一保護開關。
10. 如請求項9所述之電動車輛超速運轉的保護系統，該保護開關為一繼電器或為MOS電晶體元件 。