CN101797894A - 结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置 - Google Patents

Abstract

一种结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，用以供应一电动车***所需的电力，电力供应装置包括有一内燃机供电回路、一超级电容供电回路及一回路切换控制电路。内燃机供电回路包括有一内燃机及一发电装置，内燃机带动发电装置发电，以使发电装置产生电力，而超级电容供电回路包括有至少一超级电容。回路切换控制电路连接于内燃机供电回路及超级电容供电回路，在回路切换控制电路的控制下，使内燃机供电回路及超级电容供电回路能同时或分别与电动车***的马达形成通路，进而提供马达所需的电力。

Description

结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置

技术领域

本发明是关于一种电力供应装置的设计，特别是关于一种结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置。

背景技术

使用内燃机的车辆长久以来对世界运输的需求有着重要的贡献。不可避免的，蕴藏的石油量供应全球内燃机车辆做为燃料，将迟早递减至其燃料成本昂贵到无法为大众接受的程度。另一项因素使内燃机车辆的未来蒙上阴影的是对排放自这些车辆的废气有更严格的规定，由于汽机车数量快速增加，使得废气污染问题严重的影响到人们的生活品质并危害到人体的健康。这许多因素引起更多研究人员努力投注于发展一种商用可行的，以取代或辅助内燃机车辆，使用电动推进***的交通工具，例如电动车。

电动车的基本原理是为利用外部电源将电力储存于蓄电池中，并将蓄电池的电能通过马达转变成机械能，使轮胎与地面产生相对运动。然而，由于蓄电池能量密度低，使得电动车行驶的距离无法达到人们的要求，以及每次充电所需的长时间等限制条件，故电动车始终无法取代现有内燃机车辆。

为解决电动车行驶里程数达不到实用目的的问题，便有了混合式电动车(Hybird Electric Vehicle)观念的提出。是在原本的电动车上加上一辅助内燃机充电***，提供除电池外的额外电能，因而可延长电动车的行驶距离。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题：

然而，已知混合式电动车在启动、加速、减速或爬坡时，电动车的蓄电池会随着车子的加减速而改变其输出电流的大小。根据蓄电池的特性，其端电压会随着输出电流的改变而变化，尤其当车子起步、加速或爬坡时需要大量电能，蓄电池的端电压就会频繁的上升及下降，在频繁的大功率脉冲下，会减少其蓄电池的寿命，以及造成电动车行驶中的不平稳。

况且，为了产生更多电能以提供给车子作为启动、加速、减速或爬坡，内燃机会因此而加速运转以提高转速，这样的运转方式会使得燃料在内燃机里燃烧不完全，产生的污染排放量反而会更多。

此外，蓄电池的大电流放电能力不佳，为了达到瞬间大电流，通常必须加大蓄电池电容量，此为蓄电池重量增加的原因，故因此造成电动车的总重量增加，必需耗费更大的电能才能使车子驱动。

缘此，本发明的目的即是提供一种结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，用以改善上述混合式电动车在应用上的缺点。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决已知技术的问题所采用的技术手段是为一种结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置。用以供应一电动车***所需的电力，电动车***包括有一马达及一传动机构，其中电力供应装置包括有一内燃机供电回路、一超级电容供电回路及一回路切换控制电路。

内燃机供电回路包括有一内燃机及一连接内燃机的发电装置，内燃机带动发电装置发电，以使发电装置产生一电力，并由发电装置的电力输出端将电力予以输出。超级电容供电回路则包括有至少一超级电容，其所供应的电力是经由超级电容供电回路输出。

回路切换控制电路连接于内燃机供电回路及超级电容供电回路，在回路切换控制电路的控制切换下，使内燃机供电回路与马达形成通路而由发电装置的电力输出端输出电力予马达，以及使超级电容供电回路与马达形成通路而由超级电容输出电力予马达，故电力供应装置能因应不同的电力需求，进而同时或分别与电动车***的马达形成通路而将电力供应至马达。此外，回路切换控制电路还包括有一充电电路，能使发电装置的电力输出端输出的电力得以经由充电电路向超级电容进行充电。

本发明对照先前技术的功效：

经由本发明所采用的技术手段，是由超级电容作为储存电能的工具，由于超级电容的电转换效率比一般蓄电池高，故超级电容在短时间内提供和储存电能的效率比一般蓄电池好，亦即超级电容能在相当短的时间内充电与放电，且超级电容的能量储存过程与传统蓄电池基于化学反应的过程相比较，没有任何化学键的结合或断开。故超级电容具有循环寿命长、高能量密度、高功率输出能力及符合环保要求等优点，能有效改善已知混合式电动车在启动、加速、减速或爬坡时，因为频繁的大功率脉冲下，而减少其蓄电池的寿命，以及造成电动车于行驶中不平稳的缺点。

此外，由于超级电容具有轻量化、小体化的优点，比对传统蓄电池能有效改善其大重量以及必需耗费更大能量才能使车子驱动的问题。

再者，经由回路切换控制电路控制内燃机供电回路与超级电容供电回路的技术手段，能有效控制输出至电动车的马达的电压，提升电动车于行驶中的平稳性及舒适性，增加电动车***的整体效率。且此一技术手段能有效改善混合式电动车因车子起步、加速或爬坡时所需要的大量电能，而造成内燃机提高转速，使得燃料在内燃机里燃烧不完全，产生更多污染的问题。

附图说明

本发明所采用的具体实施例，将由以下的实施例及附图作进一步的说明，其中：

图1是显示本发明的第一实施例的***图；

图2是显示本发明的第一实施例的电路方块图；

图3是显示本发明的第二实施例的电路方块图。

具体实施方式

同时参阅图1与图2所示，图1是显示本发明的第一实施例的***图，图2是显示本发明的第一实施例的电路方块图。本发明的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置100是设置在一电动车***中，电力供应装置100包括有一内燃机供电回路1、一超级电容供电回路2及一回路切换控制电路3。内燃机供电回路1及超级电容供电回路2分别由回路切换控制电路3连接至电动车***的马达4，马达4是连接传动机构5，其中内燃机供电回路1及超级电容供电回路2则可分别或同时提供马达4运转所需的电力，以使马达4带动传动机构5作动。

内燃机供电回路1包括有一燃料供应单元11、一内燃机12及一发电装置13，燃料供应单元11是连接于内燃机12，且燃料供应单元11供应一燃料予内燃机12，使内燃机12运转并带动发电装置13发电，以使发电装置13产生一电力，并由发电装置13的电力输出端131将电力予以输出。在本实施例中，内燃机是定义为将燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能，再将热能转化为机械能的一种装置，其中燃料导入汽缸后使之引火燃烧，由燃烧后产生高温气体的膨胀压力，进而推动活塞进行往复运动，以使连接于内燃机的发电装置13发电，而燃料可为汽油、柴油、液态瓦斯、高压瓦斯、再生能源等等。

在本发明中，回路切换控制电路3包括有一控制单元31、一第一开关单元32a、一第二开关单元32b、一第一电压检测单元33a、一第二电压检测单元33b、一调节电路34、一充电电路35、一整流器36及一滤波器37。其中整流器36用以将发电装置13的电力输出端131所输出的交流电转换成直流电，而滤波器36则用以滤除直流电所挟带的噪声。

回路切换控制电路3用以使内燃机供电回路1与马达4形成通路，其中内燃机供电回路1的发电装置13的电力输出端131所输出的电力是经由回路切换控制电路3的第一开关单元32a供应至电动车的马达4，而发电装置13的电力输出端131与第一开关单元32a之间设有第一电压检测单元33a。而超级电容供电回路2的超级电容21所供应的电力则经由回路切换控制电路3的第二开关单元32b输出至电动车的马达4，其中超级电容21与第二开关单元32b之间亦设有第二电压检测单元33b。

于本实施例中，第一开关单元32a与第二开关单元32b的开路与闭路状态分别受控制单元31所控制，其中控制单元31分别传送一控制信号S1至第一开关单元32a及一控制信号S2至第二开关单元32b。第一开关单元32a依据控制信号S1开启或关闭内燃机供电回路1的发电装置13的电力输出端131所输出电力的路径，同样地，第二开关单元32b依据控制信号S2开启或关闭超级电容供电回路2的超级电容21所输出电力的路径。

当电动车于起步、加速或爬坡，而可能导致内燃机供电回路1的发电装置13的电力输出端131所输出的电力不稳定或不足时，第一电压检测单元33a会检测发电装置13的电力输出端131所输出的电压值，并产生一代表发电装置13的电力输出端131所输出的电压值的电压检测信号S3至控制单元31，控制单元31接受电压检测信号S3后，传送控制信号S2至第二开关单元32b，第二开关单元32b再依据控制信号S2开启超级电容供电回路2的超级电容21所输出电力的路径，以使超级电容21可与内燃机供电回路1的发电装置13同时供电至电动车的马达4。

当超级电容21的电力逐渐耗尽，导致所输出的电力不足时，第二电压检测单元33b会检测超级电容21所供应电力的电压值，并产生一代表超级电容21所供应电力的电压值的电压检测信号S4至控制单元31，控制单元31接受电压检测信号S4后，会同时传送控制信号S2至第二开关单元32b及控制信号S1至第一开关单元32a，第二开关单元32b再依据控制信号S2关闭超级电容供电回路2的超级电容21所供应电力的路径，第一开关单元32a则依据控制信号S1开启内燃机供电回路1的发电装置13的电力输出端131所输出电力的路径。

而回路切换控制电路3的充电电路35则用以使发电装置13的电力输出端131所输出电力得以经由充电电路35向超级电容21进行充电。

如图所示，内燃机供电回路1的发电装置13的电力输出端131及超级电容供电回路2的超级电容21所输出的电力会经由调节电路34调整后，供应至电动车的马达4，其中调节电路34是连接一操作单元6，操作单元6是传送一操作信号S5至调节电路34，调节电路34再依据操作信号S5调整所输出电力的电压大小，以使马达4在不同的电压下而有不同的转速，进而带动连接于马达4的传动机构5有不同的运动状态，例如电动车的加速及减速，凡该领域者皆能轻易得知，于电动汽车，操作单元6可为一踏板；而在电动机车，操作单元6则可为一把手。

参阅图3所示，其是显示本发明的第二实施例的电路方块图。本实施例的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置100a的组成元件与第一实施例相同，故相同的元件乃标示以相同的元件编号，以资对应。其差异在于超级电容供电回路2的超级电容21更可连接一电池单元22，用以辅助供电，以增加电动车的续航力。

由以上的实施例可知，本发明所提供的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置确具产业上的利用价值，故本发明业已符合于专利的条件。惟以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技术者当可依据上述的说明而作其它种种的改良，惟这些改变仍属于本发明的发明精神及权利要求所界定的专利范围中。

Claims (10)

1.一种结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，用以供应一电动车***所需的电力，该电动车***包括有一马达及一传动机构，该电力供应装置包括：

一内燃机供电回路，包括有一内燃机及一连接该内燃机的发电装置，该内燃机带动该发电装置发电，以使该发电装置产生一电力，并由该发电装置的电力输出端将该电力予以输出；

一超级电容供电回路，包括有至少一超级电容，该超级电容所供应的电力经由该超级电容供电回路输出；

一回路切换控制电路，连接于该内燃机供电回路及该超级电容供电回路，在该回路切换控制电路的控制下，使该内燃机供电回路与该马达形成通路而由该发电装置的电力输出端输出电力予该马达，以及用以使该超级电容供电回路与该马达形成通路而由该超级电容输出电力予该马达。

2.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路包括有一第一电压检测单元，用以检测该发电装置的电力输出端所输出的电压值，并产生一代表该发电装置所输出的电压值的电压检测信号。

3.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路包括有一第二电压检测单元，用以检测该超级电容所输出的电压值，并产生一代表该超级电容所输出的电压值的电压检测信号。

4.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路还包括有一第一开关单元、一第二开关单元及一控制单元，该第一开关单元的开路与闭路状态是由该控制单元所产生的一控制信号所控制，该第二开关单元的开路与闭路状态是由该控制单元所产生的一控制信号所控制。

5.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路还包括有一整流器及一滤波器，该整流器及滤波器是用以整流及滤除该发电装置的电力输出端所输出的电力。

6.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路还包括有一调节电路，该调节电路是连接一操作单元，该调节电路是受该操作单元所产生的一操作信号所控制。

7.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该回路切换控制电路还包括有一充电电路，以使该发电装置的电力输出端输出电力得以经由该充电电路向该超级电容进行充电。

8.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该内燃机供电回路包括有一燃料供应单元，是连接于该内燃机，以供应一燃料予该内燃机。

9.如权利要求7所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该燃料供应单元所供应的燃料是为汽油、柴油、液态瓦斯、高压瓦斯及再生能源之一。

10.如权利要求1所述的结合超级电容及内燃机驱动发电的电动车电力供应装置，其中该超级电容供电回路的超级电容还连接一电池单元，用以辅助供电。

Images