專(zhuān)利名稱：電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)機(jī)車(chē)，尤其涉及一種可有效降低電池負(fù)載電流的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置。
人類(lèi)交通工具的演進(jìn)自獸力、人力以至風(fēng)力，皆不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；直到近代蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明及應(yīng)用，標(biāo)志著人類(lèi)使用的交通工具進(jìn)入高速率及高污染的時(shí)代。歷經(jīng)百年來(lái)對(duì)現(xiàn)代化交通工具(指?jìng)鹘y(tǒng)汽機(jī)車(chē))的依賴及過(guò)度應(yīng)用，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)賴以生存的地球造成嚴(yán)重的環(huán)境污染、甚至加速了地球大氣層溫室效應(yīng)的進(jìn)程。因此，科學(xué)界及各國(guó)政府逐漸注意到交通工具(傳統(tǒng)汽機(jī)車(chē))污染的嚴(yán)重性，進(jìn)而針對(duì)污染問(wèn)題制定改善對(duì)策。
在這一大前提下，全球交通工具制造業(yè)者加速了環(huán)保交通工具的開(kāi)發(fā)，各國(guó)政府亦獎(jiǎng)勵(lì)電動(dòng)汽機(jī)車(chē)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)代化交通工具的研發(fā)及應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)車(chē)的研發(fā)及設(shè)計(jì)相對(duì)落后，有待改進(jìn)之處甚多，本實(shí)用新型即針對(duì)電動(dòng)機(jī)車(chē)的控制、電源、節(jié)約與回收能源等部分全方位提出改善對(duì)策。
眾所周知，電動(dòng)機(jī)車(chē)的電源(一般采用化學(xué)電池)容量有一定的極限，其最大值僅為一個(gè)容量值(通稱IC)，如


圖1所示，電池有效容量受放電倍率(又稱放電速率)影響甚大，例如電池以1/10倍的放電倍率放電，一般可獲得100％的有效能量(化學(xué)能)，而以1倍的放電倍率放電時(shí)，通常僅能獲得85％—90％的有效能量，但若以高達(dá)2—3倍的高倍率進(jìn)行放電，則通常僅能獲得50％—60％的有效能量，這是因?yàn)榉烹姳堵侍笤斐蔁釗p所致，電池平白損耗的能量，是以熱能(物理能)方式釋放而無(wú)端浪費(fèi)(此亦為電池放電溫升的原因)。放電倍率不但影響電動(dòng)機(jī)車(chē)的行駛距離，更因溫升造成電池極板熱脹冷縮的效應(yīng)，影響電池極板表面的化學(xué)活性物質(zhì)附著于導(dǎo)電極板的強(qiáng)度，使電池極板膨脹碎裂內(nèi)阻增加，進(jìn)而縮短電池的使用壽命。所以，電池放電倍率越大所得到的有效能量(化學(xué)能)越小，且電池由于電極板加速老化，而縮短使用壽命。
有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于，提供一種電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其可克服該等電池固有特性的限制，利用特殊繼電器開(kāi)關(guān)的切換，將電池放電輸出方式改變?yōu)椴⒙?lián)或串聯(lián)，以有效降低電池的負(fù)載電流。
本實(shí)用新型的另一目的在于，提供一種電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，利用電動(dòng)機(jī)車(chē)剎車(chē)或馬達(dá)電流持續(xù)降低的訊號(hào)主動(dòng)控制繼電器，切斷電池，停止向馬達(dá)提供電源，利用電動(dòng)機(jī)車(chē)行駛時(shí)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的慣性作用，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁性轉(zhuǎn)子切割線圈產(chǎn)生電流，令電動(dòng)馬達(dá)因斷電而轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)，并將所產(chǎn)生電能加以回收至電池內(nèi)。
本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其特征在于，包括第一繼電器、第二繼電器、DC to DC控制器、轉(zhuǎn)速偵測(cè)器、直通電路、電動(dòng)馬達(dá)、多組電池；所述第一繼電器與所述DC to DC控制器連接，并受轉(zhuǎn)速偵測(cè)器控制，而對(duì)DC to DC控制器構(gòu)成不經(jīng)由DC to DC的控制模式回路；該第一繼電器通過(guò)直通電路與所述電動(dòng)馬達(dá)連接；所述第二繼電器是受正常行駛模式及跑車(chē)模式控制，使所述多組電池成并聯(lián)或串聯(lián)連接。
本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其中該直通電路為連接導(dǎo)線。
前述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其中該多組電池為至少兩組可構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的電池。
前述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，還包括有一第三繼電器，并與煞車(chē)偵測(cè)器連接。
由前述所知，本實(shí)用新型主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)車(chē)行駛速率的比率劃分為兩種控制模式；亦即行駛速率在一定比率之內(nèi)，由DC to DC控制器改變輸出容量調(diào)控行駛速率；超過(guò)此一比率的部分則通過(guò)直通電路、直接由電池對(duì)電動(dòng)馬達(dá)供應(yīng)能量，以避免電池能量的輸出全程須經(jīng)由DC to DC電路的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生無(wú)謂的轉(zhuǎn)換效率損耗，該DC to DC控制器轉(zhuǎn)換的效率損耗比率約為10％—20％。本實(shí)用新型電動(dòng)機(jī)車(chē)的行駛速率達(dá)到一定比率之上時(shí)，采取直接由電池對(duì)電動(dòng)馬達(dá)供應(yīng)能量的設(shè)計(jì)，并不影響電動(dòng)機(jī)車(chē)的操控性及方便性，卻可節(jié)約能源達(dá)10％—20％，且利用特殊繼電器開(kāi)關(guān)的切換，將電池放電輸出方式改變?yōu)椴⒙?lián)或串聯(lián)，以有效降低電池的負(fù)載電流。
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下較佳實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下
圖1是化學(xué)電池有效容量受放電倍率影響的示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的方塊示意圖。
圖3是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)車(chē)啟動(dòng)時(shí)操控不當(dāng)導(dǎo)致無(wú)謂消耗能量的示意圖。
圖4是本實(shí)用新型電動(dòng)機(jī)車(chē)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)控制速率減少無(wú)謂消耗能量的示意圖。
圖5是本實(shí)用新型DC to DC控制器的實(shí)施電路圖。
圖6是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)速偵測(cè)器的實(shí)施電路圖。
如圖2所示，為本實(shí)用新型方塊圖，本實(shí)用新型包括有一第一繼電器10，其常閉接點(diǎn)連結(jié)于DC to DC控制器11，若轉(zhuǎn)速偵測(cè)器12(RPM SENSOR)的訊號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)值，即令第一繼電器10接點(diǎn)轉(zhuǎn)接至長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)，將來(lái)自電池電源經(jīng)直通電路16向電動(dòng)馬達(dá)14提供負(fù)載所需要的電能。該DC to DC控制器11的輸出電壓是受啟動(dòng)模式13控制，并借由驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制模式15的限制，進(jìn)而控制電動(dòng)馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速。
一第二繼電器20，是受正常行駛模式21及跑車(chē)模式22控制，用以將電池40放電輸出方式改變?yōu)椴⒙?lián)或串聯(lián)，以有效降低電池的負(fù)載電流。
本實(shí)用新型主要是將電動(dòng)機(jī)車(chē)的行駛速率高低加以區(qū)分為經(jīng)由DC to DC控制器11與不經(jīng)由DC to DC控制器11兩種控制模式。此速率的高低分界的切換范圍，在較佳實(shí)施例是以行駛速率在0～90％±5％范圍以內(nèi)時(shí)，采取經(jīng)由DC to DC控制器11控制行駛速率；而行駛速率超過(guò)90％±5％以上的部分，則電池40能量的輸出不經(jīng)由DC to DC控制器11轉(zhuǎn)換，而由電池40經(jīng)第一繼電器10長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)導(dǎo)通至直通電路16后，直接向電動(dòng)馬達(dá)14供應(yīng)所需的電源，亦即行駛速率達(dá)90％±5％以上時(shí)，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉DC toDC控制器11，通過(guò)直通電路16直接供應(yīng)電動(dòng)馬達(dá)14使用，避免電池40能量輸出全程須經(jīng)由DC to DC電路11的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生無(wú)謂的轉(zhuǎn)換效率損耗。
本實(shí)施例中的DC to DC控制器11的實(shí)施電路，如圖5所示，其是由調(diào)壓電路與功率輸出電路組成，該調(diào)壓電路由調(diào)壓器T與4個(gè)二極管D1～D4、橋式整流器D5～D8，5個(gè)三極管Q3～Q7及其周邊元件組成。本實(shí)施例中的直通電路16為連接電線。
本實(shí)施例中的轉(zhuǎn)速偵測(cè)器12的實(shí)施電路，如圖6所示，該轉(zhuǎn)速偵測(cè)器12由集成電路IC、3個(gè)霍爾元件Ha、Hb、Hc、8個(gè)三極管Q17～Q24、6個(gè)大功率場(chǎng)效應(yīng)管U1～U6及其周邊元件組成，其中Ha兩端分別按IC的2、3腳，Hb兩端分別接IC的4、5腳，Hc兩端分別接IC的6、7腳，IC的1、16、15、14、12、10腳分別與Q19～Q24的基極連接，Q18的集電極與IC的8腳連接，Q18的基極與Q17的集電極連接，而Q17的基極則輸出旋轉(zhuǎn)方向控制信號(hào)。上述的6個(gè)大功率場(chǎng)效應(yīng)管U1～U6采用CMOS管。
本實(shí)用新型將電動(dòng)機(jī)車(chē)的操控模式區(qū)分為啟動(dòng)模式13、正常行駛模式21及跑車(chē)模式22，為適應(yīng)不同需求而詳加規(guī)劃分別控制，現(xiàn)分述如下1、啟動(dòng)模式13眾所周知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)車(chē)啟動(dòng)時(shí)，其加速率有“極大值”的限制，亦即“啟動(dòng)加速”在單位時(shí)間內(nèi)、其速率增加的比例若超過(guò)負(fù)荷“極大值”時(shí)，縱然駕駛員手動(dòng)控制模式主動(dòng)提供更多且超出需求的能量，亦不會(huì)增加電動(dòng)機(jī)車(chē)的瞬間加速率(即動(dòng)能)，而此超過(guò)加速極大值所額外消耗的能量將轉(zhuǎn)為以熱能釋放而無(wú)端浪費(fèi)(如圖2所示)；啟動(dòng)時(shí)，其狀態(tài)是由位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，此時(shí)電動(dòng)馬達(dá)14所需能量處于極大值的狀態(tài)，即所須扭力最大，亦即消耗電流最大，為避免無(wú)端浪費(fèi)及消耗能量，此啟動(dòng)模式13尚包括一輸出效率自動(dòng)控制模式15，其是利用車(chē)輪轉(zhuǎn)速遞增的訊號(hào)(即加速率)，在啟動(dòng)初期通過(guò)DC to DC控制器11的調(diào)控，主動(dòng)“取代”電動(dòng)機(jī)車(chē)駕駛員手動(dòng)控制的輸出電壓(即操作模式)，使之保持在速度/能量比的效率極大值；換言之縱然手動(dòng)控制模式的電壓輸出訊號(hào)處于極大值狀態(tài)，但因輸出效率自動(dòng)控制模式15的限制，使電池40的能量輸出以及電動(dòng)馬達(dá)14負(fù)載之間得以保持在最佳效率狀態(tài)之下(如圖3所示)。當(dāng)然，電動(dòng)機(jī)車(chē)駕駛員在啟動(dòng)初期其手動(dòng)控制的電壓輸出若小于極大值時(shí)，則輸出效率自動(dòng)控制模式15并不動(dòng)作，以符合電動(dòng)機(jī)車(chē)駕駛員的駕駛習(xí)慣，此等控制模式可減少電池與馬達(dá)供需之間的無(wú)效能量損耗，約占總體有效行駛能量的3％～5％(如圖4所示)。電動(dòng)機(jī)車(chē)處于啟動(dòng)模式13時(shí)，所需的扭力極大，本實(shí)用新型可以更進(jìn)一步的將電池40的輸出方式設(shè)計(jì)為四組并聯(lián)(本實(shí)施例的圖2為說(shuō)明方便以兩組電池40的串并聯(lián)為實(shí)施例)，以進(jìn)一步降低電池40輸出電壓，進(jìn)而更增加電動(dòng)馬達(dá)14的扭力。
2、正常行駛模式21正常行駛模式21包括“夜間模式”或“經(jīng)濟(jì)模式”，控制第二繼電器20使兩組電池40并聯(lián)輸出，以有效降低電池40放電的倍率，減少電池40能量以熱能(物理能)方式釋放，進(jìn)而提高電池40電能(化學(xué)能)的有效利用率。
夜間行駛模式考慮到安全原則以低速為宜，故本實(shí)用新型電池40輸出模式已預(yù)先設(shè)計(jì)為能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)模式輸出，此模式是以判斷大燈啟動(dòng)與否作為控制的參考(必要時(shí)可手動(dòng)解除)。并聯(lián)模式可降低電池40的放電倍率，亦即相對(duì)提升電池40的有效使用效率；并聯(lián)模式亦即作為本實(shí)用新型經(jīng)濟(jì)操作模式(可手動(dòng)切換為跑車(chē)模式22)。在此經(jīng)濟(jì)操作模式下，車(chē)速的高低除了通過(guò)第二繼電器20控制之外，需通過(guò)第一繼電器10切換為經(jīng)由DC toDC控制器11容量輸出，以及不經(jīng)由DC to DC控制器11的操控模式，而是直接由電池40經(jīng)第一繼電器10長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)導(dǎo)通至直通電路16后的電動(dòng)馬達(dá)14供電等兩種方式加以彈性運(yùn)用；若行駛速率不要求很快，以此模式可相對(duì)提高電池40的有效使用率(化學(xué)能)。
3.跑車(chē)模式22是指要求行駛速率屬優(yōu)先的行駛模式，通過(guò)第二繼電器20切換電池40為串聯(lián)輸出模式，此時(shí)輸出電壓加倍，電動(dòng)機(jī)車(chē)的行駛速率得以有效提高，配合經(jīng)由DC to DC控制器11的容量輸出，以及不經(jīng)由DC to DC控制器11而直接自電池40經(jīng)第一繼電器10長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)與直通電路16導(dǎo)通后，向電動(dòng)馬達(dá)14供電的雙重方式加以彈性運(yùn)用，達(dá)到即節(jié)約能源又能將電動(dòng)機(jī)車(chē)的性能發(fā)揮至最佳的操控特性，亦即可相對(duì)提高電池40的有效使用率(化學(xué)能)。
以上各種節(jié)約能源的設(shè)計(jì)可輕易達(dá)到在不增加電池40容量、以及不增加電動(dòng)機(jī)車(chē)的成本情況下，即可延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)車(chē)的有效行駛里程，為電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源暨電源管理裝置的一大創(chuàng)新。
又，電動(dòng)機(jī)車(chē)的電源(電池40)容量有一定的極限，其最大值僅為一個(gè)容量值(1C)，故任何能量回收的設(shè)計(jì)皆具有提升使用率的重大意義。再如圖2所示，本實(shí)用新型還包括有一第三繼電器30，其常閉接點(diǎn)是連接于第一繼電器10，而將電池40的電能引導(dǎo)至電動(dòng)馬達(dá)14供其運(yùn)作，第三繼電器30是由一煞車(chē)偵測(cè)器31所控制，在煞車(chē)或大下坡時(shí)切斷電動(dòng)馬達(dá)14的供電，利用電動(dòng)機(jī)車(chē)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的慣性作用，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)14的磁性轉(zhuǎn)子切割線圈產(chǎn)生電流，令電動(dòng)馬達(dá)14因斷電而轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生電能，經(jīng)穩(wěn)壓電路32的穩(wěn)壓及第三繼電器30的長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)導(dǎo)通而回收至電池40內(nèi)。而電動(dòng)馬達(dá)14因發(fā)電所消耗的能量正可以利用為平常煞車(chē)初期的極佳制動(dòng)力，煞車(chē)摩擦片只在最后階段或緊急煞車(chē)時(shí)，才產(chǎn)生磨擦作用以作為最終或緊急的制動(dòng)力。
綜上所述，本實(shí)用新型首先采用靈活的電子操控模式，直接控制電池向電動(dòng)馬達(dá)輸出電壓、電流，進(jìn)而達(dá)到利用最經(jīng)濟(jì)的模式控制電動(dòng)機(jī)車(chē)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有別于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)車(chē)須裝置機(jī)械變速箱才能調(diào)控車(chē)速，除了降低生產(chǎn)成本外，還可避免傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)車(chē)的電動(dòng)馬達(dá)動(dòng)力須經(jīng)變速箱傳輸所產(chǎn)生的機(jī)械效率損失(約10％)。又，由于扣除機(jī)械變速箱的重量(約15kg)能有效降低車(chē)重，可相對(duì)提升電動(dòng)機(jī)車(chē)的有效行駛里程；更因本實(shí)用新型舍棄機(jī)械變速箱的累贅設(shè)計(jì)，故可避免更換機(jī)油的麻煩，不但節(jié)約日常維修成本又有利于環(huán)保減廢，對(duì)電動(dòng)機(jī)車(chē)而言、本實(shí)用新型實(shí)為一絕佳的設(shè)計(jì)，且具有獨(dú)特節(jié)省能源的控制方法，加上積極回收能源的機(jī)制，更可避免機(jī)械效率損失以及降低車(chē)重的設(shè)計(jì)，在電池容量相同的情況下，估計(jì)本實(shí)用新型總共可提高電動(dòng)機(jī)車(chē)的有效行駛里程達(dá)30％—50％，實(shí)為一極佳的創(chuàng)作。
本實(shí)用新型除有效改進(jìn)傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)車(chē)操作控制方式所造成的無(wú)謂浪費(fèi)能源的缺陷外，更可大大提高電動(dòng)機(jī)車(chē)操控使用的方便性；特別是，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種利用煞車(chē)或大下坡?tīng)顟B(tài)可回收電能的積極節(jié)約能源機(jī)構(gòu)；確實(shí)具有創(chuàng)造性、實(shí)用性，且為前所未有的設(shè)計(jì)，符合新型專(zhuān)利申請(qǐng)要件，故依法提出申請(qǐng)。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其特征在于，包括第一繼電器、第二繼電器、DC to DC控制器、轉(zhuǎn)速偵測(cè)器、直通電路、電動(dòng)馬達(dá)、多組電池；所述第一繼電器與所述DC to DC控制器連接，并受轉(zhuǎn)速偵測(cè)器控制，而對(duì)DC to DC控制器構(gòu)成不經(jīng)由DC to DC的控制模式回路；該第一繼電器通過(guò)直通電路與所述電動(dòng)馬達(dá)連接；所述第二繼電器是受正常行駛模式及跑車(chē)模式控制，使所述多組電池成并聯(lián)或串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其特征在于，所述直通電路為連接導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其特征在于，所述多組電池為至少兩組可構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置，其特征在于，還包括有一第三繼電器，并與煞車(chē)偵測(cè)器連接。
專(zhuān)利摘要一種電動(dòng)機(jī)車(chē)節(jié)約能源與電源管理裝置,包括第一繼電器、第二繼電器、DC to DC控制器、轉(zhuǎn)速偵測(cè)器、直通電路、電動(dòng)馬達(dá)、多組電池;第一繼電器與DC to DC控制器連接,并受轉(zhuǎn)速偵測(cè)器控制,而對(duì)DC to DC控制器構(gòu)成不經(jīng)由DC to DC的控制模式回路;第一繼電器通過(guò)直通電路與電動(dòng)馬達(dá)連接;第二繼電器是受正常行駛模式及跑車(chē)模式控制,使多組電池成并聯(lián)或串聯(lián)連接,其將電池改變?yōu)椴⒙?lián)或串聯(lián),可有效降低電池的負(fù)載電流。
文檔編號(hào)B60L11/18GK2467353SQ01204268
公開(kāi)日2001年12月26日 申請(qǐng)日期2001年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月20日
發(fā)明者陳樹(shù)錦 申請(qǐng)人:陳樹(shù)錦