TWI542493B - 增程式電動載具之能量管理系統及其能量控制方法 - Google Patents

Description

增程式電動載具之能量管理系統及其能量控制方法

本發明涉及電動載具的技術領域，尤其是關於一種搭載引擎發電機模組作為增程器的增程式電動載具之能量管理系統及能量控制方法。

周知，電動載具實質上包含以燃油及電能混合供應的各種形式的動力車輛；一般而言，可依該車輛的動力系統架構而區分為串聯式、並聯式以及串並聯式的動力車輛。其中：串聯式油電混合電動車(Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV)的引擎動力不會直接輸出驅動車輛前進，車速也不會直接影響到引擎轉速，故引擎可以操作在最佳效率區，其原理是由引擎帶動發電機產生電能，並與電池共同供電給電動載具的馬達使用，驅動車輛前進，必要時也可對電池充電。其間，因為是經過機械能轉電能、電能轉機械能兩次的能量轉換，故稱為串聯式油電混合電動車。

並聯式油電混合電動車(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)的引擎與馬達可以同時並聯輸出動力驅動車輛前進，此架構具有可使用較小規格之引擎與馬達以及整體效率較高，但結構與控制較為複雜。

串並聯式油電混合電動車(Series-Parallel Hybrid Electric Vehicle,SPHEV)可同時具有上述SHEV與PHEV之優點，但結構與控制最為複雜。

由於配備上述油電混合供應的電動車輛具有低污染及零油耗的優點，近年來，一直是車廠所發展的重點項目之一，但因電池續航能力的問題，車輛行駛距離經常受到限制，即使能量密度倍增，可以延長車輛的行駛距離，但在高速的續航能力方面，易受風阻的影響，仍不足以應付日常行駛里程的需求。

增程式動力車輛或載具(Range Extended Electric Vehicle,REEV)，實質上可視為上述串聯式油電混合電動車(SHEV)的一種，其主要是以電動馬達驅動車輛；同時搭配汽油或柴油引擎驅動發電機對電池充電，或者是與電池共同供電給電動馬達驅動車輛前進。此外，增程式動力載具除了可以使用引擎發電機模組(Genset)對電池進行充電外，也可以使用家用電力網路對電池充電。再者，由於增程式動力載具搭載了引擎發電機模組的增程器，因此可以增加行駛續航力，近年來，許多車廠積極投入相關研發，並將其視為解決電動車續航力問題的短期替代方案。

且知，傳統的動力追隨控制策略，係利用電荷維持(Charge-sustaining,CS)模式，將電池殘電量預定門檻上限值與下限值均設為固定值，並依據駕駛者動力需求與電池殘電量的操作條件，來決定引擎發電機模組與電池之間最佳的電力分配比例與引擎發電機模組的動力驅動命令。而傳統的等效油耗最小策略也是利用電荷維持模式，先定義瞬時成本函數計算出所有的燃油消耗量，其中包含了引擎實際的燃油消耗與電能等效的燃油消耗量，隨後利用搜尋法找出瞬時最低的成本以得到引擎發電機模組與電池之間最佳的電力分配比例與引擎發電機模組的動力驅動命令。但是對於可充電式的增程式動力載具而言，電荷維持模式在延長載具相同續航里程條件下，可降低燃油消耗量的效果並不夠理想，仍有改善的空間。

有鑑於先前技術中所述的問題，本發明旨在提供一種搭載引擎發電機模組作為增程器的增程式電動載具之能量管理系統，依據電池可用殘電量與預計行駛距離的關係規劃出電池殘電量參考命令，即時地利用控制策略計算出載具內的電池與引擎發電機模組的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動引擎發電機模組產生電力，進行電池殘電量的閉迴路追隨控制，以達到延長載具續航里程與減少燃油消耗的目地。

基於此因，本發明上述能量管理系統搭載一引擎發電機模組作為增程器，進而係配置於具有複數車輪、一電池、一馬達與一油門踏板的載具內，該引擎發電機模組包含一引擎及一發電機，該發電機電性連接電池，且該能量管理系統還包括：一動力檢知單元，具有一配置於該油門踏板上的油門訊號感知器以及一配置於所述車輪內的車速訊號感知器，該油門訊號感知器檢知一油門踏板位置訊號，該車速訊號感知器檢知一車速信號；一電池管理控制單元，具有一配置於該電池上的電池感知器，監控該電池的電壓與電流，並計算產生一電池殘電量訊號；一電子控制單元，電性連接該動力檢知單元與該電池管理控制單元，以接收所述油門踏板位置訊號、車速訊號與電池殘電量訊號，並運算產生一動力驅動命令；以及一動力驅動單元，電性連接該電子控制單元而接收該動力驅動命令，以驅動所述引擎發電機模組產生電力。

在一實施中，該電子控制單元包含內建有一電池殘電量參考命令的一能量管理控制模組；該電池殘電量參考命令為電池可用殘電量除以預計行駛距離再乘以實際行駛距離的函數，該電池可用殘電量定義為電池殘電量初始值減掉電池殘電量使用下限值，該預計行駛距離為行駛路程起點到 終點的距離，可為一駕駛者設定預設值或經由一導航裝置規劃得到；實際行駛距離為該行駛路程起點到目前位置的行駛距離。在進一步實施中，該能量管理控制模組根據該電池殘電量訊號而取得一電池殘電量，該電池殘電量並與該電池殘電量參考命令比對而進一步取得一殘電量誤差值，用以計算出載具內的電池與引擎發電機模組的電力分配比例，作為動力驅動單元的動力驅動命令，並進行電池殘電量的閉迴路追隨控制，以達到能在行車型態終點將電池殘電量使用至預定門檻值下限值的目的。

此外，本發明可根據上述能量管理系統所提供的配置實施例，更進一步的提供下列兩種控制策略，來決定載具中電池與引擎發電機模組之間的電力分配：其一：提供一種增程式電動載具之能量控制方法，包括：提供一採用動力追隨控制策略的能量管理系統，根據駕駛者之一行駛動力需求以及一電池殘電量訊號，計算載具內之一電池與一引擎發電機模組的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動引擎發電機模組產生電力；其中，該電池殘電量訊號提供能量管理系統一電池殘電量，該能量管理系統以引擎發電機模組作為主要動力源，針對電池殘電量而規劃出一固定的殘電量門檻下限值以及一浮動的殘電量門檻上限值，該殘電量門檻上限值係跟隨一電池殘電量參考命令而調整。

其二：提供一種增程式電動載具之能量控制方法，包括：提供一採用等效油耗最小策略的能量管理系統，根據駕駛者之一行駛動力需求以及一電池殘電量訊號，計算一瞬時成本函數；該瞬時成本函數包含一引擎燃油消耗量與一利用等效油耗因子所計算得到一電能等效燃油消耗量；其中，該電能等效因子調整策略依據電池殘電量誤差調整電能等效因子，當該電池殘電量低於該電池殘電量參考命令時， 該電能等效油耗因子變大，當該電池殘電量高於該電池殘電量參考命令時，該電能等效油耗因子變小；該能量管理系統利用搜尋法找出瞬時的最低成本而取得載具內之一電池與一引擎發電機模組所輸出的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動引擎發電機模組產生電力。

然而，為能明確且充分揭露本發明，併予列舉較佳實施之圖例，以詳細說明本發明具體實施之技術細節如後述：

1‧‧‧載具

11‧‧‧車輪

12‧‧‧電池

13‧‧‧馬達

14‧‧‧引擎發電機模組

141‧‧‧引擎

142‧‧‧發電機

15‧‧‧油門踏板

2‧‧‧動力檢知單元

21‧‧‧油門訊號感知器

22‧‧‧車速訊號感知器

3‧‧‧電池管理控制單元

31‧‧‧電池感知器

4‧‧‧電子控制單元

41‧‧‧運算模組

42‧‧‧能量管理控制模組

5‧‧‧動力驅動單元

6‧‧‧導航裝置

D1‧‧‧油門踏板位置訊號

D2‧‧‧車速信號

D3‧‧‧電池殘電量訊號

D4‧‧‧動力驅動命令

SOC‧‧‧電池殘電量

SOC _r ‧‧‧電池殘電量參考命令

e‧‧‧殘電量誤差值

S‧‧‧電能等效油耗因子

S1至S3‧‧‧本發明流程圖的步驟說明

圖1是本發明增程式電動載具的示意圖；圖2是本發明能量管理系統的架構示意圖；圖3是本發明能量控制方法的流程圖；圖4是本發明動力追隨控制邏輯圖；圖5是本發明等效油耗最小策略的控制方塊圖；圖6a至圖6c分別是本發明模擬三種行車型態的波形比較圖。

請合併參閱圖1及圖2，其中圖1揭示本發明提供之一種增程式電動載具(Range Extended Electric Vehicle,REEV)的配置示意圖，圖2揭示於圖1所示載具中配置一能量管理系統的示意圖；如圖所示，說明本發明之一實施例是提供一種增程式電動載具之能量管理系統。

由圖1見悉該增程式電動載具(以下簡稱載具)1搭載有一引擎發電機模組14作為增程器，該載具1可以是具備燃油及電能混合供應的各種形式的動力車輛，實質上，該載具1配置有複數車輪11、至少單一個電池12、馬達13、與油門踏板15，且該載具1所搭載的引擎發電機模組14包含有一引擎141及一發電機142，其中引擎發電機模組14是透過 發電機142電性連接該電池12，當引擎141發動時，能同步啟動發電機142發電，作為供應載具1的電力來源；此外，引擎發電機模組14還可以對電池12進行充電。進一步的說，所述馬達13與引擎141是提供載具動力之用，所述電池12係作為蓄電之用，而該油門踏板15則是提供駕駛者踩踏，以控制載具1的動力輸出，換句話說，對油門踏板15進行偵測，即可得知駕駛者操縱載具1時的動力需求。

由圖2中見悉的能量管理系統，係配置於圖1所示的載具1內，進一步的說，該能量管理系統包含一動力檢知單元2、一電池管理控制單元3、一電子控制單元4以及一動力驅動單元5。其中：配合圖1及圖2所示，該動力檢知單元2具有一配置於上述油門踏板15上的油門訊號感知器21以及一配置於車輪11內的車速訊號感知器22；當駕駛者踩踏油門踏板15而操縱載具1移動時，該油門訊號感知器21即可透過油門踏板15而檢知一油門踏板位置訊號D1，同時透過車輪11的轉動，而由該車速訊號感知器22檢知一車速信號D2。

由於，載具1行駛的動力需求是經由駕駛者踩放油門踏板15所決定；然而，實際上駕駛者的扭矩需求為油門踏板開度的指數函數，因指數函數可以減少油門踏板15於低開度的扭矩需求的敏感度。其可表示如下述方程式(1)：

其中，T _req 為駕駛者需求扭矩，T _max 為增程式電動載具所能提供扭矩之最大值，AP _%為油門踏板開度，T _exp 為指數因子，使油門踏板15之靈敏度隨開度變大而增加，反之靈敏度隨開度變小則減少。

由於，載具1的行駛動力是行駛扭矩T _req 與車速 等效輪速ω _v 之乘積，所以此處將目前車速除以車輪半徑以得到所需之車速等效輪速，最後駕駛者所需之行駛動力需求P _r 可表示如下述方程式(2)：P _r =T _req (ω _v +△ω _v ) 方程式(2)

其中，△ω _v 為一微小正值。

該電池管理控制單元3，具有一配置於上述電池12上的電池感知器31；電池管理控制單元3即可透過電池感知器31監控電池12的電壓(V)與電流(A)，並計算產生一電池殘電量訊號D3。

上述的動力檢知單元2與電池管理控制單元3分別利用電子導線而與電子控制單元4電性連接，以便利用電子控制單元4接收上述的油門踏板位置訊號D1、車速訊號D2與電池殘電量訊號D3，以便運算產生一動力驅動命令D4。進一步的說，該動力驅動命令可以決定電池12與引擎發電機模組14之間瞬時提供馬達13驅動載具1的最佳電力分配比例。其中，電子控制單元4還包含接收載具1上的各種參數，例如是引擎馬力、引擎扭力、馬達扭力等狀態參數，以便更加精確的計算而生成該動力驅動命令D4。

該動力驅動單元5也是利用電子導線而與電子控制單元4電性連接，以便於接收該動力驅動命令D4，引擎發電機模組14依上述動力驅動命令D4而產生電力。

更進一步的說，上述電子控制單元4可由複數個運算模組41及至少一個能量管理控制模組42組成，並且可將一電池殘電量參考命令(SOC _r )內建於能量管理控制模組42內。其中，所述電池殘電量參考命令為電池可用殘電量除以預計行駛距離再乘以實際行駛距離的函數；其中，電池可用殘電量定義為電池殘電量初始值減掉電池殘電量使用下限 值；預計行駛距離為行駛路程起點到終點的距離，可為一駕駛者設定預設值或經由一習知的導航裝置6規劃得到；實際行駛距離為該行駛路程起點到目前位置的行駛距離。該能量管理控制模組42能根據該電池殘電量訊號D3而取得一電池殘電量(SOC)，並透過運算模組41將電池殘電量(SOC)與電池殘電量參考命令(SOC _r )加以比對、運算，進一步取得一殘電量誤差值e，使能量管理控制模組42能透過運算模組41計算出引擎發電機模組14與電池12之間的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令D4，驅動引擎發電機模組產生電力。

其次，請參閱圖3，揭示本發明一能量控制方法的步驟流程圖，說明本發明之另一實施例，是在提供一種增程式電動載具之能量控制方法，其可透過上述能量管理系統所實施的配置架構而具體獲得實現，包括檢知載具1內的油門踏板位置訊號D1、車速信號D2與電池殘電量訊號D3，據以計算載具1內之電池12與引擎發電機模組14之間的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令D4，驅動引擎發電機模組產生電力。更詳細的說，本發明上述能量控制方法，包含下列步驟S1至步驟S3：步驟S1：檢知駕駛者動力需求。令電子控制單元4透過油門踏板感知器21檢知載具1中配置於引擎14周邊的油門踏板位置訊號D1，以便掌握駕駛者踩踏油門踏板15的操縱行為；電子控制單元4並透過車速訊號感知器22檢知載具1上車輪11的車速信號D2，以便掌握載具1的行駛動態；電子控制單元4同時透過電池管理控制單元3檢知電池12的電池殘電量訊號D3，以便掌握電池12的現存電量的多寡；如此一來，促使電子控制單元4能夠得知駕駛者操縱載具1時的動力需求。

步驟S2：計算電力分配比例。令電子控制單元4 計算電池12與引擎發電機模組14所輸出的電力分配比例，得到動力驅動命令D4；進一步的說，電子控制單元4在獲知油門踏板位置訊號D1、車速信號D2與電池殘電量訊號D3之後，透過內建有電池殘電量參考命令(SOC _r )的能量管理控制模組42根據電池殘電量訊號D3而取得電池殘電量(SOC)，並透過運算模組41將電池殘電量(SOC)與電池殘電量參考命令(SOC _r )加以比對、運算，進一步取得該殘電量誤差值e經由控制策略，進而決定載具1中引擎發電機模組14與電池12之間的電力分配比例，以便產生所述的動力驅動命令D4。其中所述電池殘電量參考命令的定義與上述相同。

步驟S3：驅動載具。令動力驅動單元5接收該動力驅動命令D4，引擎發電機模組14依上述動力驅動命令D4而產生電力，依所述最佳電力分配比例而與電池並聯共同輸出驅動載具1所需的電力，或者是對電池充電並提供輸出驅動載具1所需的電力。

在上述步驟S2中，本發明進一步提出兩種能量管理控制策略，來決定所述載具1中引擎發電機模組14與電池12之間的電力分配，使電池殘電量能夠追隨電池殘電量參考命令，以達到車輛在行駛至終點時，將電池所儲存的電網能量耗盡，也就是剛好將電池殘電量(SOC)使用至預定門檻下限值；其中所述電池殘電量參考命令的定義與上述相同。兩種能量管理控制策略的實施細節如下說明：策略一：動力追隨控制策略(Power Follower Control Strategy,PFCS)，將引擎發電機模組14視為主要動力源，電池殘電量(SOC)的預定門檻上限值會根據電池殘電量參考命令(SOC _r )而改變。這與傳統所見的動力追隨控制策略多用於電荷維持(Charge-sustaining,CS)模式中，將電池殘電量預定門檻上限值為固定值的方式並不相同。更進一步的說，本策略是利用上述能量管理系統，根據駕駛者之行駛動力需求 P _r 以及電池殘電量訊號D3，計算載具1內之電池12與引擎發電機模組14的電力分配比例，以便產生所述的動力驅動命令D4；其中，該電池殘電量訊號D3提供能量管理系統一電池殘電量(SOC)，所述能量管理系統針對電池殘電量(SOC)而規劃出一固定的殘電量門檻下限值以及一浮動的殘電量門檻上限值，該殘電量門檻上限值係跟隨一電池殘電量參考命令而調整。其中所述電池殘電量參考命令的定義與上述相同。

請參閱圖4，揭示本發明動力追隨控制邏輯圖，其中P _g,max 為引擎發電機模組最大的動力輸出，P _g,min 為引擎發電機模組啟動下限門檻值，SOC _r 為電池殘電量參考命令，SOC _L 為電池殘電量(SOC)的預定下限門檻值。其中：第1區塊(①)：此範圍內電池殘電量(SOC)高於電池殘電量參考命令(SOC _r )，且行駛動力需求較小，所以應該盡可能去使用電池12的電力，以避免引擎發電機模組14運作在低效率區域；第2區塊(②)：此範圍內電池殘電量(SOC)低於電池殘電量參考命令(SOC _r )，且行駛動力需求較小，所以引擎發電機模組14會操作於其上限門檻值(P _g,max )產生電力對電池12充電，並同時提供電力給馬達13滿足行駛動力需求；第3區塊(③)：此範圍內電池殘電量(SOC)高於電池殘電量參考命令(SOC _r )，且行駛動力需求較大，故引擎發電機模組14將操作於其啟動下限門檻值(P _g,min )產生電力，動力不足的部分將由電池12輸出電力補足；第4區塊(④)：此範圍內電池殘電量(SOC)低於電池殘電量參考命令(SOC _r )，且行駛動力需求較大，所以優先使用引擎發電機模組14產生電力來滿足行駛動力需求，並根據電池殘電量誤差e，決定對電池12充電的額外電力；第5區塊(⑤)：此範圍內電池殘電量(SOC)低於預定門檻下限值，載具1的操作模式會切換至跛行模式(Limp Mode)，引擎發電機模組14會操作於其上限門檻值(P _g,max )產生電力，優先提供電力給馬達13滿足行駛動力需求，但是此時馬達13所允許輸出最大動力被限制為相同門檻值(P _g,max )，若引擎發電機模組14有剩餘電力，將對電池12充電，以避免電池12過度放電造成電池損壞。

其中，有關載具的動力分配模式，可以根據電力分配比例(Power Split Ratio,PSR)而區分為下列四種：

1.電動模式(PSR=0)

2.混合動力模式(0<PSR<1)

3.發電模式(PSR=1)以及

4.充電模式(PSR>1)。其中，PSR定義如下述方程式(3)：

其中，P _g 為引擎發電機模組所輸出的電力，P _r 為駕駛者所需之行駛動力。

策略二：等效油耗最小策略(Equivalent Consumption Minimization Strategy,ECMS)，是一種瞬時最佳化的方法。首先定義瞬時成本函數計算出所有的燃油消耗量，其中包含了引擎實際的燃油消耗與電能等效的燃油消耗量，之後利用搜尋法找出瞬時的最低成本，得到引擎發電機模組14與電池12之間最佳的電力分配比例，以便產生所述的動力驅動命令D4，達到延長載具續航里程與減少燃油消耗的目地。其中所述電池殘電量參考命令的定義與上述相同。

進一步的說，ECMS針對所有的燃油消耗量所建立的瞬時成本函數，可表示如下述方程式(4)：

其中為引擎發電機模組14的燃油質量流 率，P _g (t)為引擎發電機模組瞬時輸出的電力，為使用電池的等效燃油消耗量，P _b (t)為電池瞬時輸出的電力，並可表示成下述方程式(5)及方程式(6)：

其中γ用以表示動力分配操作模式，S為電能等效油耗因子，g _e 為引擎平均燃油消耗量，T _batt 代表電池模組溫度，η _batt 代表與P _b 、SOC、T _batt 有關的電池效率。

針對所定義的瞬時成本函數J進行即時最佳化搜尋，搜尋目的是為了找到最佳的電力分配比例PSR ^*，而使瞬時成本函數J最小，可以表示如下述方程式(7)：

在上述最佳化搜尋的過程中，必須同時考慮到載具中各部元件作動的限制條件，如下述方程式(8)所示：

其中，ω _e 為引擎轉速，T _e 為引擎扭力，T _m 為馬達扭力，SOC為電池殘電量，下標max與min分別表示各部元件操作的最大值與最小值，k為第k個取樣點。

載具1在各動力分配模式切換時，為了改善動力輸出之平順感，亦即當引擎發電機模組14的電力輸出無法及時追隨載具1的行駛動力需求時，電力不足的部分將由電池 12提供動力，使動力分配模式切換平順。電子控制單元4將根據電池殘電量SOC與殘電量參考命令SOC _r 之間的殘電量誤差值e，即時地調整電能等效油耗因子S，再找出引擎發電機模組14與電池12之間最佳的電力分配比例，以便產生所述的動力驅動命令D4，達到延長載具續航里程與減少燃油消耗的目地。

請參閱圖5，揭示本發明控制系統之組成架構方塊圖，說明等效油耗最小策略(ECMS)會根據電能等效油耗因子S而計算出瞬時最佳的電力分配比例PSR ^*。由上述方程式(5)可知，當電池殘電量SOC低於電池殘電量參考命令SOC _r 時，電能等效油耗因子S會變大，用以增加電能的使用成本；相對的，當電池殘電量SOC的值高於電池殘電量參考命令SOC _r 時，電能等效油耗因子S會變小，用以減少電能的使用成本。電能等效因子調整策略會依據電池殘電量誤差調整電能等效油耗因子S，能使電池殘電量SOC能夠追隨電池殘電量參考命令SOC _r 變化，以達到能在行車型態終點將電池殘電量SOC使用至預定門檻下限值的目的。依此，計算出載具內的電池與引擎發電機模組的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動引擎發電機模組產生電力，以達到延長載具續航里程與減少燃油消耗的目地。

由於，等效油耗最小策略(ECMS)的總燃油消耗量，取決於電能等效油耗因子S的大小數值，因此，若電能等效油耗因子S為一個定值，適合特定的行駛情形與距離的電能等效油耗因子S，在其它的行駛情形與距離中，有可能會使油耗增加或者無法使將電池殘電量SOC使用至預定門檻下限值。但載具1在實際行駛時，無法預先知道行車型態，若電能等效油耗因子S為一個定值，將導致其適應性能受限。此外，電池12內部狀態為複雜的化學反應，其特性皆為非線性關係。基於此因，本發明採用一等效因子調整策略，根據 電池殘電量SOC與殘電量參考命令SOC _r 之間的殘電量誤差值e，來調整電能等效油耗因子S，再找出引擎發電機模組14與電池12之間最佳的電力分配比例，以便產生所述的動力驅動命令D4，達到延長載具續航里程與減少燃油消耗的目地。

為了驗證對不同行車型態的適應性，請參閱圖6a、圖6b及圖6c，分別揭露本發明模擬NEDC、FTP與IM240三種行車型態的波形比較圖；其中，NEDC是新歐洲行車型態(New European Driving Cycle)，FTP是聯邦測試程序(Federal Test Procedure)行車型態，IM240為檢查及維修(Inspection & Maintenance)行車型態，以其總行駛時間為240秒進行命名。如圖所示，可以見悉所述三種行車型態在速度與時間上的波形變化，同時請配合「表1」所示，揭露上述三種行車型態在應用傳統恆溫控制策略(Thermostat Control Strategy,TCS)、本發明所提出的動力追隨控制策略(PFCS)以及等效油耗最小策略(ECMS)的油耗表現。發現本發明所提出的動力追隨控制策略(PFCS)以及等效油耗最小策略(ECMS)的行車型態的模擬結果，特別是在燃油經濟性上，皆較佳於運用傳統恆溫控制策略(Thermostat Control Strategy,TCS)的行車型態，而且，本發明也相對地擁有較低的電池平均充放電功率，可達到保護電池與延長其使用壽命的目地。

以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出複數變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。

2‧‧‧動力檢知單元

21‧‧‧油門訊號感知器

22‧‧‧車速訊號感知器

3‧‧‧電池管理控制單元

31‧‧‧電池感知器

4‧‧‧電子控制單元

41‧‧‧運算模組

42‧‧‧能量管理控制模組

5‧‧‧動力驅動單元

6‧‧‧導航裝置

D1‧‧‧油門踏板位置訊號

D2‧‧‧車速信號

D3‧‧‧電池殘電量訊號

D4‧‧‧動力驅動命令

e‧‧‧殘電量誤差值

S‧‧‧電能等效油耗因子

Claims (9)

1. 一種增程式電動載具之能量管理系統，搭載一引擎發電機模組作為增程器而配置於具有複數車輪、一電池、一馬達與一油門踏板的載具內；其中，該引擎發電機模組包含一引擎及一發電機，該發電機電性連接電池，該能量管理系統包括：一動力檢知單元，具有一配置於該油門踏板上的油門訊號感知器以及一配置於所述車輪內的車速訊號感知器，該油門訊號感知器檢知一油門踏板位置訊號，該車速訊號感知器檢知一車速信號；一電池管理控制單元，具有一配置於該電池上的電池感知器，監控該電池的電壓與電流，並計算產生一電池殘電量訊號；一電子控制單元，電性連接該動力檢知單元與該電池管理控制單元，以接收所述油門踏板位置訊號、車速訊號與電池殘電量訊號，並運算產生一動力驅動命令；以及一動力驅動單元，電性連接該電子控制單元而接收該動力驅動命令，以驅動所述引擎發電機模組產生電力；其中，該電子控制單元包含內建有一電池殘電量參考命令的一能量管理控制模組，該電池殘電量參考命令為電池可用殘電量除以預計行駛距離再乘以實際行駛距離的函數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之增程式電動載具之能量管理系統，其中該電池可用殘電量定義為電池殘電量初始值減掉電池殘電量使用下限值，該預計行駛距離為行駛路程起點到終點的距離，經由一駕駛者設定預設值或經由一導航裝置規劃得到；實際行駛距離為該行駛路程起點到目前位置的行駛距離。
3. 如申請專利範圍第2項所述之增程式電動載具之能量 管理系統，其中該能量管理控制模組根據該電池殘電量訊號而取得一電池殘電量，該電池殘電量並與該電池殘電量參考命令比對而進一步取得一殘電量誤差值，用以計算出載具內的電池與該引擎發電機模組的電力分配比例，作為動力驅動單元的動力驅動命令，並進行電池殘電量的閉迴路追隨控制，而在行車型態終點用盡電池殘電量至一預定門檻值下限值。
4. 一種增程式電動載具之能量控制方法，包括：提供一採用動力追隨控制策略的能量管理系統，根據駕駛者之一行駛動力需求以及一電池殘電量訊號，計算載具內之一電池與一引擎發電機模組的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動該引擎發電機模組產生電力；其中，該電池殘電量訊號提供能量管理系統一電池殘電量，該能量管理系統以該引擎發電機模組作為主要動力源，針對電池殘電量而規劃出一固定的殘電量門檻下限值以及一浮動的殘電量門檻上限值，該殘電量門檻上限值係跟隨一電池殘電量參考命令而調整。
5. 一種增程式電動載具之能量控制方法，包括：提供一採用等效油耗最小策略的能量管理系統，根據駕駛者之一行駛動力需求以及一電池殘電量訊號，計算一瞬時成本函數；該瞬時成本函數包含一引擎燃油消耗量與一利用等效油耗因子所計算得到一電能等效燃油消耗量；其中，該電能等效因子調整策略依據電池殘電量誤差調整電能等效因子，當該電池殘電量低於該電池殘電量參考命令時，該電能等效油耗因子變大，當該電池殘電量高於該電池殘電量參考命令時，該電能等效油耗因子變小；該能量管理系統利用搜尋法找出瞬時的最低成本而取得載具內之一電池與一引擎發電機模組所輸出的電力分配比例，得到動力驅動單元的動力驅動命令，驅動該引擎發電機 模組產生電力。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述增程式電動載具之能量控制方法，其中所述電池與引擎發電機模組之間的電力分配比例以下列方程式表示： 其中，PSR為所述電力分配比例，P _g 為引擎發電機模組所輸出的電力，P _r 為駕駛者所需之行駛動力；其中，PSR=0為電動模式、0<PSR<1為混合動力模式、PSR=1為發電機組模式、PSR>1為充電模式。
7. 如申請專利範圍第4或5項所述增程式電動載具之能量控制方法，其中該電池殘電量參考命令為電池可用殘電量除以預計行駛距離再乘以實際行駛距離的函數，該電池可用殘電量定義為電池殘電量初始值減掉電池殘電量使用下限值，該預計行駛距離為行駛路程起點到終點的距離，經由一駕駛者設定預設值或經由一導航裝置規劃得到；實際行駛距離為該行駛路程起點到目前位置的行駛距離。
8. 如申請專利範圍第5項所述增程式電動載具之能量控制方法，其中該瞬時成本函數以下列方程式表示： 其中，J為瞬時成本函數，為引擎發電機模組的燃油質量流率，P _g (t)為發電機模組瞬時輸出的電力，為使用電池的等效燃油消耗量，P _b (t)為電池瞬時輸出的電力。
9. 如申請專利範圍第5項所述增程式電動載具之能量控制方法，其中所述電能等效燃油消耗量，由下列方程式表示： 其中，γ為動力分配操作模式，S為電能等效油耗因子，g _e 為引擎平均燃油消耗量，T _batt 代表電池模組溫度，SOC為電池殘電量，η _batt 代表與P _b 、SOC、T _batt 有關的電池效率。