[發(fā)明專利]可即時(shí)切換能量儲存裝置的馬達(dá)組件、切換方法及運(yùn)輸工具

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310163857.0
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN103386893A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊嘉明
• 申請（專利權(quán)）人: 莊嘉明
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;B60L15/00
• 代理公司: 北京明和龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11281
• 代理人: 郁玉成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種可與電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)操作的同步能源切換控制系統(tǒng)，尤其是一種改善純電動(dòng)、混和動(dòng)力以及燃料電池之中的超級電容器/電池，或電池/電池的使用效率，并應(yīng)用在電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

隨著石油日漸減少，以及長期以來備受關(guān)注的碳排放議題，社會(huì)大眾對于電動(dòng)交通工具的需求日益提高，而目前最受青睞的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)種類包括，純電動(dòng)車、油電混合以及燃料電池等形式，但上述各種形式的驅(qū)動(dòng)能源仍只能提供有限的能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。?

本發(fā)明的敘述與記載主要描述混合動(dòng)力電動(dòng)車，但熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者能輕易理解，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于例如：純電動(dòng)車或是燃料電池電動(dòng)車。?

先前技術(shù)中，能源轉(zhuǎn)換是由車輛控制器所控制，且經(jīng)由接觸器或開關(guān)電晶體等開關(guān)元件，導(dǎo)通連接至電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)控制器。當(dāng)一個(gè)能源被切換到電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)控制器時(shí)，連接到能源的負(fù)載可能會(huì)產(chǎn)生一強(qiáng)度超過開關(guān)元件的電流限制的突波電流，造成該元件的損毀。?

為了進(jìn)一步改善上述的情形，預(yù)充電路(pre-charge?circuit)被使用，以確保開關(guān)元件兩端的電壓差以及突波電流小于該元件的限制。然而，當(dāng)能源被接到運(yùn)轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)控制器時(shí)，產(chǎn)生的充電或放電的電流很大，使預(yù)充電路無法發(fā)揮其原有功能，開關(guān)元件兩端的電壓差仍居高不下，使得能源切換被迫停止，同樣的，這樣的情形也發(fā)生在由運(yùn)轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)控制器關(guān)閉已連接的能源。當(dāng)開關(guān)被打開時(shí)，開關(guān)內(nèi)部阻抗會(huì)上升，穩(wěn)定的電流需求會(huì)迫使與之接觸的元件溫度迅速升高，在開關(guān)被打開的同時(shí)，斷開的接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一電弧，造成開關(guān)結(jié)構(gòu)的損壞。由于以上原因，使得目前技術(shù)設(shè)計(jì)只允許在車輛靜止時(shí)進(jìn)行能源切換，而不是車輛正在運(yùn)作的時(shí)候。?

因此，最理想的情形是，能源的切換能與電動(dòng)機(jī)控制器同步運(yùn)轉(zhuǎn)，并?容許能源可連接至電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，或連接后斷開，而不用受限于車輛必須靜止的限制。?

超級電容器或電池最常被當(dāng)作電動(dòng)車的動(dòng)力能源，對于要設(shè)計(jì)出純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車，其能源儲存必須達(dá)到至少數(shù)千瓦小時(shí)，以滿足純電動(dòng)車在實(shí)際道路駕駛的需求，同時(shí)，必須提供足夠的功率，讓車輛具備一定的加速、爬坡及最高速度等能力，以因應(yīng)駕駛電動(dòng)車可能會(huì)面對的任何情況。?

這些能力需求明顯取決于車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而有所不同，一旦車輛性能指標(biāo)均確定后，也一并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向。然而，實(shí)際道路往往比設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)想的情形更加嚴(yán)苛，也因此影響車輛性能的表現(xiàn)。?

藉由超級電容器提供的高功率，即使是最嚴(yán)苛的駕駛環(huán)境，電動(dòng)車也能輕易駕馭。因此，在電動(dòng)車的應(yīng)用上，超級電容器是一個(gè)備受關(guān)注的能源儲存裝置，但其造價(jià)昂貴，且能量儲存密度低，無法維持車輛長距離的駕駛。?

在一輛車長12米的電動(dòng)大巴士上放滿超級電容器，其電量只能供應(yīng)其行駛10公里。在巴士完整的行經(jīng)路線上，需設(shè)置多個(gè)充電站，供巴士進(jìn)行充電，但巴士營運(yùn)業(yè)者意識到，只要其中一個(gè)充電站故障，整個(gè)巴士營運(yùn)路線將隨之停擺，因此，這樣的方式是行不通的，超級電容器更適合與其他動(dòng)力能源混合應(yīng)用，以避免能源被快速消耗。?

在遇到一個(gè)很長的上坡路段時(shí)，超級電容器很容易就耗盡能量，利用超級電容器與電池組合成一個(gè)雙能源系統(tǒng)是最常見的解決方式，但由于超級電容器的功率較大，雙能源系統(tǒng)往往先使用超級電容器而使得其能源消耗速度過快，同時(shí)，電池能源無法提供足夠的功率，無法達(dá)到上述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件的要求。?

為了更佳的安全性、靈活性及可靠性，多能源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在車輛行駛時(shí)，只有一個(gè)能源單獨(dú)提供能量，其他閑置的能源則可以藉由系統(tǒng)上的燃料電池、內(nèi)燃機(jī)或天然氣等裝置進(jìn)行充電，以延長使用時(shí)間，且當(dāng)有一個(gè)能源或耗盡或損壞時(shí)，可切換成其他能源以維持車輛的行駛。?

更可通過設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)中，各能源快速切換的目的，進(jìn)一步提高系統(tǒng)操作的靈活性。在多能源系統(tǒng)中，每一單獨(dú)能源都必須滿足功率?要求，且集體使用、或者通過快速切換各能源供應(yīng)時(shí)，皆能滿足車輛可行駛距離的需求。?

并非所有能源都必須以相同的元素或化學(xué)成分組成，例如：一個(gè)超級電容器可搭配電池組合成一個(gè)能源，或者由一個(gè)功率型電池與能量型電池相搭配。?

先前技術(shù)的多能源系統(tǒng)通常是被車輛控制器所管理，并根據(jù)各能源的充電水平與充電容量(SOC)情況，而決定能源的切換。當(dāng)能源的SOC到達(dá)使用下限，即關(guān)閉該能源并轉(zhuǎn)換成另一有較高SOC的能源。?