TWI835696B - 電動車之車載節能充電系統 - Google Patents

Abstract

一種電動車之車載節能充電系統，包含有一主電池以及一第一節能充電裝置。該第一節能充電裝置具有一飛輪，一第一電機，一第二電機以及一控制單元。該第一電機係以該主電池之電能驅動該飛輪。該第二電機一方面可以該主電池之電能驅動該飛輪，另一方面則可將該飛輪之動能轉換成電能。該控制單元在該飛輪開始啟動時，係以一第一控制模式操作，用以使該第一電機與該第二電機對該飛輪提供動力；在該飛輪產生飛輪效應時，係以一第二控制模式操作，一方面以該第一電機維持該飛輪之運轉，另一方面以該第二電機將該飛輪之動能轉換成電能對該主電池充電。

Description

電動車之車載節能充電系統

本發明係與電動車之充電設備有關，特別是關於一種電動車之車載節能充電系統。

就有關於本技術領域之先前技術而言，美國第4218624號專利案揭露了一種電動車，該電動車具有一換能裝置(Transducer means)用於將車輪與車身的相對運動轉化為電能，一具有驅動軸之電動發電機裝置(Motor-Generator means)，一飛輪安裝在該驅動軸上被該電動發電機裝置所驅動，一第一連接裝置電性連接該換能裝置和該電動-發電機裝置的電動機，用以提供該換能裝置的電能輸出以操作該電動機，一第二連接裝置用以將該電動-發電機裝置的發電機輸出電性連接到電動車的蓄電池以對該蓄電池充電。簡單的說，該專利所揭露的技術是利用一換能裝置將車輪(相對於其車身)的上下(或其他)運動轉換成電能，用以驅動一飛輪電動-發電機單元，進而向車輛電池系統提供充電電流，該車輛電池系統係用來驅動作為車輛動力來源的電動機。雖然該電動車揭露了將飛輪的動能轉換成電能的技術來對車輛的動力電池充電，但是該飛輪係以車身相對於車輪的運動動能所轉換成的電能來驅動，這種技術的缺點是車輛必須在行駛狀態才能對電池充電，因此，仍然必須仰賴外部充電系統，再者，車身相對於車輪的運動並無法穩定的供應可供利用的動能。

另外，美國第2016/0361985號專利案揭露了一種電動車輛驅動系統(Drive System for a Motor Vehicle)。該驅動系統係以一被車輪所驅動的第一交 流發電機供電給一飛輪驅動馬達，一飛輪同時與該馬達以及一第二交流發電機耦接，用以將動能轉換成電能，並且將該電能儲存在與該第二交流發電機連接的一電池。同樣地，該驅動系統揭露了利用飛輪的動能所轉換成的電能來對車輛的動力電池充電。但是該驅動系統的缺失有二，一者是其飛輪的動力來源係來自車輪的轉動，因此車輛必須在行駛狀態才能對電池進行充電。再者，因為車速會影響車輪的轉動，因此並無法穩定地供應電能。

基此，本發明係在揭露一種電動車之車載節能充電系統，其目的之一是可以改善於以上所述先前技術之缺失。換言之，該車載節能充電系統不管車輛是在行駛中或停止時，均能對該電動車之動力電池進行充電。

本發明之另一目的係在提供一種電動車之車載節能充電系統，該系統可以穩定的供應充電電能。

本發明再一目的則在提供一種電動車之車載節能充電系統，該系統所供應的電能大於其所耗用的電能，因此具有節能的效果。

另外，在對本發明進行揭露之前，必須說明的是，以下「電性連接」之一詞係一種上位概念的用法，其可能包含為了達成較佳的效果，而在二者之間更連接了任何已知的一個電氣元件或多個電氣元件。

緣是，本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之主要概念是包含有一主電池以及一節能充電裝置。該主電池係與該電動車之驅動馬達電性連接。該節能充電裝置包含有一第一飛輪，一第一電機，一第二電機以及一控制單元。該第一電機係與該第一飛輪耦接以及該主電池電性連接，用以藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力。該第二電機係與該第一飛輪耦 接，以可連通或切斷的方式與該主電池電性連接，當該第二電機與該主電池連通時，係藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力，當該第二電機與該主電池切斷時，係藉由該第一飛輪之動能產生電能對該主電池充電。該控制單元包含有一第一以及第二控制模式，當以該第一控制模式操作時，該控制單元係使該第一電機與該第二電機係同時與該主電池連通；當以該第二控制模式操作時，該控制單元係一方面使該第一電機與該主電池連通，另一方面係切斷該第二電機與該主電池之連通；當該第一飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係以該第一控制模式操作，用以藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力。當該第一飛輪達一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係以該第二控制模式操作，一方面用以藉由該主電池之電能使該第一飛輪維持該飛輪效應，另一方面用以將該第一飛輪之動能藉由該第二電機轉換成電能對該主電池充電。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之另一概念是該節能充電裝置更包含一第二飛輪與一第四電機。該第二飛輪係與該第一電機以及該第四電機耦接。該第四電機係以可連通或斷路的方式與該主電池電性連接，當該第三電機與該主電池連通時，係藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力，當該第四電機與該主電池斷路時，係藉由該第二飛輪之動能產生電能對該主電池充電。又，當該第二飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係以該第一控制模式操作，用以藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力。當該第二飛輪達一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係以該第二控制模式操作，一方面用以藉由該主電池之電能使該第二飛輪維持該飛輪效應，另一方面用以將該第二飛輪之動能藉由該第三電機轉換成電能對該主電池充電。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之再一概念是該主電池包含有一第一電源輸出端，一第二電源輸出端以及一電源輸入端，該第一電源輸出端係與該電動車之驅動馬達電性連接。該第一電機具有一輸入端以及一第一或第二運轉模式，該第一運轉模式為馬達運轉模式，該第二運轉模式為馬達運轉模式或同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式。該第二電機具有一輸入端，一與該主電池之該第一電源輸入端電性連接之輸出端以及一第三或第四運轉模式，該第三運轉模式為馬達運轉模式，該第四運轉模式為發電機運轉模式。該第一飛輪係以可被該第一及第二電機驅動之方式分別與該第一電機以及該第二電機耦接。該控制單元包含有一與該主電池之該第二電源輸出端電性連接之輸入端，一與該第一電機之該輸入端電性連接之第一輸出端以及一與該第二電機之該輸入端電性連接之第二輸出端。當該第一飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係處於該第一控制模式，用以使該第一電機***作在該第一運轉模式或該第二運轉模式之馬達運轉模式，該第二電機***作在該第三運轉模式，藉此來驅動該第一飛輪。當該第一飛輪達到一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係處於該第二控制模式，用以係使該第一電機***作在該第一運轉模式或第二運轉模式之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式，該第二電機***作在該第四運轉模式，藉此將該第一飛輪之動能轉換成電能對該主電池進行充電。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之更一概念是該第一電機為一三相馬達，該第二電機為一三相永磁馬達-發電機。該控制單元包含有一電路控制裝置，一變頻器以及一切換開關。該電路控制裝置係與該切換開關電性連接用以控制該切換開關之啟閉。該變頻器之輸入端係與該控制單 元之該輸入端電性連接，該變頻器之輸出端係與該切換開關之輸入端電性連接，該切換開關之輸出端係與該第二電機之該輸入端電性連接。藉此，當該切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置時，該第二電機裝置可經由該變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式。當該切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置時，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下而以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式，用以將其所產生的電能對該主電池進行充電。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之又一概念是該第一電機包含有一定子，該定子包含有一定子本體以及一定子繞組。該定子本體包含有多數間隔分佈的定子槽，該定子繞組係容置於各該定子槽內，包含有一第一線圈及一第二線圈，該第一線圈具有一第一額定輸出功率以及一第一磁極數，該第二線圈具有一第二額定輸出功率以及一第二磁極數，該第一輸出功率大於或等於該第二輸出功率，該第一磁極數等於該第二磁極數。當該第一線圈及一第二線圈同時與該主電池電性連接時，該第一電機係處於該第一運轉模式。當該第一線圈不與該主電池電性連接，該第二線圈與該主電池電性連接時，該第一電機係處於該第二運轉模式。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之又另一概念是該控制單元包含有一電路控制裝置，一變頻器，一第一以及第二切換開關。該電路控制裝置係分別與該第一以及第二切換開關電性連接用以控制各該切換開關之啟閉。該變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該變頻器之輸出端係與該第一切換開關之輸入端電性連接，該第一切換開關之輸出端係與該第二電機之該輸入端電性連接。該第二切換開關之輸入端係與該控制單 元之該輸入端電性連接，該第二切換開關之輸出端係與該第一電機之該第一線圈電性連接，該第一電機之該第二線圈係與該控制單元之該輸入端電性連接。藉此，當該控制單元處於該第一控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第二電機可經由該變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式。該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第一電機係處於以該第二運轉模式之馬達運轉模式。如此，可使該第一飛輪從靜止狀態被驅動而產生飛輪效應。當該控制單元處於該第二控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式，該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第一電機係處於該第二運轉模式之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式。藉此，該第一電機以及該第二電機可將其所產生的電能對該主電池進行充電。

本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統之又再一概念是該第二電機與該第四電機均為一三相永磁馬達-發電機，該控制單元包含有一電路控制裝置，一第一變頻器，一第二變頻器，一第一切換開關，一第二切換開關以及一第三切換開關。該電路控制裝置係分別與該第一、第二以及第三切換開關電性連接用以控制各該切換開關之啟閉。該第一變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第一變頻器之輸出端係與該第一切換開關之輸入端電性連接，該第一切換開關之輸出端係與該第二電機之該輸入端電性連接。該第二變頻器之輸出端係與該第三切換開關之輸入端電性連接，該第三切換開關之輸出端係與該第三電機之該輸入端電性連接。該第二切換開關之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第二切換開關之輸出端係與該第一 電機之該第一線圈電性連接，該第一電機之該第二線圈係與該控制單元之該輸入端電性連接。藉此，當該控制單元處於該第一控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第二電機可經由該第一變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式；該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第三電機可經由該第二變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第五運轉模式。該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，用以使該第一電機係處於以該第二運轉模式之馬達運轉模式。如此可使該第一飛輪以及該第二飛輪從靜止狀態被驅動而產生飛輪效應；當該控制單元處於該第二控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式，該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第三電機將在該第二飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第六運轉模式。該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置時，該第一電機係處於該第二運轉模式之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式。藉此，第一電機、該第二電機以及該第三電機可將其所產生的電能對該主電池進行充電。

10:車載節能充電系統之第一較佳實施例

10’:車載節能充電系統之第二較佳實施例

10”:車載節能充電系統之第三較佳實施例

100:電動車

101:車體

102:驅動馬達

103:前車輪

104:前車輪

105:前傳動軸

106:輔助傳動系統

107:後車輪

108:後車輪

109:後傳動軸

110:傳動系統

112:外部充電系統

114:插座

20:主電池

22:第一電源輸出端

24:第二電源輸出端

26:第一電源輸入端

30:第一節能充電裝置

30’:第二節能充電裝置

30”:第三節能充電裝置

31:第一電機

32:第二電機

33:第一飛輪

332:第一輪形本體

334:共軸

34:第一控制單元

34’:第二控制單元

34”:第三控制單元

340:輸入端

341:第一輸出端

342:第二輸出端

343:第一電路控制裝置

343’:第二電路控制裝置

343”:第三電路控制裝置

344:驅動器

345:第一變頻器

346:第一切換開關

347:第二切換開關

348:第二變頻器

349:第三切換開關

35:第一底座

35”:第二底座

350:第一座面

352:第二座面

354:第一凹入

356:第三座面

358:第二凹入

300:第二電源輸入端

302:第三電源輸出端

40:DC/AC轉換器

42:AC/DC轉換器

44:反逆器

45:充電監測及控制器

50:第三電機

500:第一線圈輸入端

502:第一線圈輸出端

504:第二線圈輸入端

52:定子

54:轉子

56:定子本體

560:定子槽

58:定子繞組

580:第一線圈

5800:R相第一線圈

5802:S相第一線圈

5804:T第一相線圈

582:第二線圈

5820:R相第二線圈

5822:S相第二線圈

5824:T第二相線圈

60:第四電機

602:輸入端

604:輸出端

62:第二飛輪

620:共軸

以下茲以若干實施例並配合圖式，對本發明所揭露的一種電動車之車載節能充電系統做進一步的說明，其中：圖1本發明電動車之車載節能充電系統之第一較佳實施例與該電動車之動力系統間之關係簡化方塊示意圖；圖2為圖1所示第一實施例之一側面視圖； 圖3為圖1所示第一實施例之電氣連線示意圖；圖4為本發明電動車之車載節能充電系統之第二較佳實施例之一側面視圖；圖5為圖4所示第二較佳實施例之第三電機之定子單元剖視圖；圖6為圖4所示第二較佳實施例之第三電機之定子繞組之電氣連線示意圖；圖7為圖4所示第二較佳實施例之電氣連線示意圖；圖8為圖4所示第二施例在第一實際使用狀況之充電效能示意圖；圖9為圖4所示第二施例在第二實際使用狀況之充電效能示意圖；圖10為本發明電動車之車載節能充電系統之第三較佳實施例之一側面視圖；以及圖11為圖10所示第三實施例之電氣連線示意圖。

首先請參閱圖1至圖3，其中本發明電動車之車載節能充電系統之第一較佳實施例，如圖號10所示。圖1所顯示者是簡化的該車載節能充電系統10與一電動車100動力系統間之連接關係，該車載節能充電系統10係安裝於該電動車100之車體101內。該電動車100通常具有一驅動馬達102，二前車輪103、104，一前傳動軸105連接各該前車輪103、104，一輔助傳動系統106安裝在該前傳動軸105上。二後車輪107、108，一後傳動軸109連接各該後車輪107、108，以及一傳動系統110安裝在該後傳動軸109上，一外部充電系統112以及一插座114。該驅動馬達102係耦接至該傳動系統110用來驅動各該後車輪107、108。

該車載節能充電系統10包含有一主電池20以及一第一節能充電裝置30。於本實施例，該主電池20電壓為355V，容量為62KWH，可行駛里程數為400KM。該主電池20包含有一第一電源輸出端22，一第二電源輸出端24以及 一第一電源輸入端26。該第一電源輸出端22係與該驅動馬達102電性連接。該第一節能充電裝置30包含有一第二電源輸入端300以及一第三電源輸出端302，該第二電源輸入端300係與該主電池20之該第二電源輸出端24電性連接，該第三電源輸出端302係與該主電池20之該第一電源輸入端26電性連接。該外部充電系統112以及該插座114係用來與外部電源電性連接。

如圖2所示，該節能充電裝置30包含有一第一電機31，一第二電機32，一第一飛輪33，一第一控制單元34以及一第一底座35。該第一底座35係安裝於該車體101之一預定部位。該第一底座35包含有一第一座面350，一第二座面352以及一第一凹入354位於該第一及第二座面350，352之間。該第一電機31係固置於該第一座面350，該第二電機32係固置於該第二座面352，該第一飛輪33具有一第一輪形本體332以及一共軸334，該第一輪形本體332之一部分係容置於該第一凹入354，用以使該第一輪形本體332呈懸置狀。該共軸334之二端分別與該第一電機31以及第二電機32耦接。

該第一電機31於本實施例為一三相馬達，換言之，該第一電機31於本實施例係在第一運轉模式下操作，其馬達額定出輸出功率為2HP。該第二電機32於本實施例為一三相永磁馬達-發電機，當其受外部電源驅動時係以馬達模式運轉，即第三運轉模式，此時馬達額定出輸出功率為10HP，當外部電源切斷時，可以發電機模式運轉，即第四運轉模式。該第一控制單元34，如圖3所示，包含有一輸入端340，一第一輸出端341以及第二輸出端342。該輸入端340係與該主電池20之該第二電源輸出端24電性連接，該第一輸出端341係與該第一電機31之輸入端電性連接，該第二輸出端342係與該第二電機32之輸入端電性連接。於本實施例，該主電池20之該第二電源輸出端24與該第一控制單元34之該輸入 端340之間電性連接一DC/AC轉換器40，用以將該主電池20之直流電壓轉換成交流電壓。該第一控制單元34更包含有一第一電路控制裝置343，一驅動器344，一第一變頻器345以及一第一切換開關346。該第一電路控制裝置343係與該驅動器344電性連接用以控制該驅動器344之操作，該驅動器344之輸入端係與該第一控制單元34之該輸入端340電性連接，該驅動器344之輸出端係與該第一控制單元34之該第一輸出端341電性連接，用以驅動該第一電機31。該第一變頻器345之輸入端係與該第一控制單元34之該輸入端340電性連接，該第一變頻器345之輸出端係與該第一切換開關346之輸入端電性連接，該第一切換開關346之輸出端係與該第一控制單元34之該第二輸出端342電性連接。另外，該第一電路控制裝置343係分別與該驅動器344以及該第一切換開關346電性連接用以控制該驅動器344以及該第一切換開關346之啟閉。該第一控制單元34藉由以上的安排而具有一第一以及第二控制模式，該第一控制模式係使用在該第一飛輪33從靜止狀態啟動的時候。該第二控制模式係使用在該第一飛輪33達到一預定轉速而產生飛輪效應的時候。更詳細的說，當該第一飛輪33從靜止狀態啟動時，該第一控制單元34係處於該第一控制模式，此時，該第一電機31係以馬達模式運轉；該第一切換開關346受該第一電路控制裝置343之控制而位於連通位置，於是，該第二電機32將經由該第一變頻器345被啟動而以馬達模式運轉。在此狀態下該第一電機31與該第二電機32將合力驅動該第一飛輪33。當該第一飛輪33達到一預定轉速而產生飛輪效應時，該第一控制單元34係處於該第二控制模式，此時，該第一電機31仍以馬達模式運轉，用以將該第一飛輪33維持在飛輪效應狀態。而該第二電機32則以發電機模式運轉將該第一飛輪33飛輪效應之動能轉換成電能，用以對該主電池20進行充電。於本實施例，該主電池20之該第一電源輸入 端26與該第二電機32之輸出端320之間電性連接一AC/DC轉換器42以及一反逆器44。該AC/DC轉換器42係用來將該第二電機32所輸出的交流電壓轉換成直流電壓，該反逆器44係防止該主電池20之電流逆流至該第二電機32。另外，該主電池20與一充電監測及控制器45與電性連接，用以監測充電情形，並且當該主電池20被充滿時，停止充電動作。依據實際測試，當該第一飛輪33產生飛輪效應時，其所耗用的電能E₁是2HP=1.49KW，而所產生的電能E₂，該第二電機32之發電效率約為其額定輸出功率之75%，E₂=10HPx75%=0.745KWx10x75%=5.59KW。基此，本發明電動車之車載節能充電系統10所產生的可應用之充電功率為：5.59KW-1.49KW=4.10KW。另外，為了在電性控制上更為精確，該車載節能充電系統10當然亦可使用必須的其他已知的控制裝置，例如在適當位置連接一變壓器或一整流器等，為該等技術範圍均屬熟知本技術領域之人士所知悉，故在此就不予贅述。

請參閱圖4至圖9，本發明電動車之車載節能充電系統之第二較佳實施例10’與第一較佳實施例10大體上相同，所不同者在於該第二較佳實施例10’之第二節能充電裝置30’係以一第三電機50取代該第一電機31。又，以下說明二者相同部分將使用該第一較佳實施例10的指示號碼。

該第三電機50，如圖5所示，包含有一定子52以及一轉子54。該定子包含有一定子本體56以及一定子繞組58。該定子本體56具有多數的定子槽560，該定子繞組58係容置於各該定子槽560內。該定子繞組58包含有一第一線圈580以及一第二線圈582。於本實施例，該定子繞組58為一三相繞組，該各相線圈係可以Y形電性連接或三角形電性連接。如圖6所示，第一線圈580包含有一R相第一線圈5800，一S相第一線圈5802以及一T第一相線圈5804。該第二線圈582 包含有一R相第二線圈5820，一S相第二線圈5822以及一T第二相線圈5824。於本實施例，該R相、S相以及T相第一線圈5800，5802以及5804之額定輸出功率為1.5HP，該R相、S相以及T相第二線圈5820，5822以及5824之額定輸出功率同樣為1.5HP。該R相、S相以及T相第一線圈5800，5802以及5804與該R相、S相以及T相第二線圈5820，5822以及5824具有相同的磁極數，例如四個磁極。另外，該第二節能充電裝置30’包含有一第二控制單元34’。該第二控制單元34’更包含有一第二切換開關347以及第二電路控制裝置343’。在電氣線路的安排上，該第三電機50之該R相、S相以及T相第一線圈5800，5802以及5804之輸入端500係藉由該第二切換開關347與該第二控制單元34’之該輸入端340’電性連接。該第三電機50之該R相、S相以及T相第一線圈5800，5802以及5804之輸出端502可為開路狀態或者係藉由該AC/DC轉換器42以及該反逆器44與該主電池20之該第一電源輸入端26電性連接。該第四電機50之該R相、S相以及T相第二線圈5820，5822以及5824之輸入端504係與該第二控制單元34’之該輸入端340’電性連接。該第二電路控制裝置343’係與該第二切換開關347電性連接用以控制該第二切換開關347之啟閉。藉此，當該第二切換開關347受該第二電路控制裝置343’之控制而位於連通位置時，該第三電機50之該第一線圈580與該第二線圈582均以馬達運轉模式。當該第二切換開關347受該第二電路控制裝置343’之控制而位於切斷位置時，該第三電機50之該第二線圈582係以馬達模式運轉，該第一線圈580則以發電機模式運轉。在此狀態下，該第三電機50一方面使該第一飛輪33維持其飛輪效應，另一方面與可同時與該第二電機32對該主電池20進行充電。

在本實施例中，該第三電機50之第一線圈580之額定輸出功率為1.5HP，第二線圈582之額定輸出功率為1.5HP，總輸出功率為3HP。第二電機32 之額定輸出功率為10HP，該第一飛輪33之重量為30KG。依據實際測試結果(其中該第一線圈580之輸出端502係採開路狀態)，本實施例於該第一飛輪33維持在飛輪效應狀態下所耗用的電能：E₁=1.5HP=0.745KWx1.5=1.12KW，該第二電機32所產生的電能(以效率為75%為計算值)：E₂=10HPx75%=0.745KWx10x75%=5.59KW。基此，本發明電動車之車載節能充電系統10’可供應用之充電功率為：5.59KW-1.12KW=4.47KW。又必須一提的是，當該第三電機50之輸出端502藉由該AC/DC轉換器42以及該反逆器44與該主電池20之該第一電源輸入端26電性連接時，其產生的可供應用之充電功率為E₃=1.5HPx75%=0.745KWx1.5x75%=0.84KW。換言之，在此情形，本發明電動車之車載節能充電系統10’可供應用之充電功率為：5.59KW+0.84KW-1.12KW=5.31KW。

請參閱圖8及圖9，各該圖係用來說明顯示該第二實施例10’之實際充電效能，其中縱向座標之實心線條係表示該主電池20可供行駛里程數，空心線條係表示行駛里程數，點狀線條係表示充電里程數，前述里程數之單位為KM，橫向座標每一間隔為1小時。首先參閱圖8，當該主電池20充滿時，可連續行駛里程數為400KM。該第二實施例10’以4.47KW的功率充電，每小時可充電的里程數約為30KM。由於該電動車100在行駛時，該第二實施例10’會同時進行充電。因此當該電動車每小時行駛100KM連續行駛400KM時，該主電池20仍存有30KMx4=120KM的電能。此時，如該電動車未行駛，該第二實施例10’只要用九小時，即可將該主電池20充電至400KM之容量。在此之後，如該電動車仍再停駛2小時，繼續行駛50KM，然後停駛，該主電池20容量將降低約10%，此時，該第三實施例10’只需再充電1.7小時，即可充滿該主電池20。再請參閱圖9，當 該電動車連續行駛200KM，停駛1小時，然後再行駛200KM，此時，該主電池20仍存有150KM的電能，如該電動車之後未再行駛，該第三實施例10’只要用八小時，即可將該主電池20充電至400KM之容量。在此之後，同樣的，如該電動車再停駛2小時後，行駛50KM，然後停駛，該主電池20容量將降低約10%，此時，該第三實施例30’只需再充電1.7小時，即可充滿該主電池20。

再請參閱圖10及圖11，本發明電動車之車載節能充電系統之第三較佳實施例10”與該第二較佳實施例10’大體上相同，所不同者在第三較佳實施例10”之第三節能充電裝置30”更包含有一第四電機60，一第二飛輪62，一第三控制單元34”以及一第二底座35”。該第二底座35”更包含有一第三座面356以及一第二凹入358位於該第一及第三座面350，356之間。第四電機60係固置於該第三座面356上。於本實施例，第四電機60與第二電機32具有相同之結構，換言之，第四電機60具有一第五以及一第六運轉模式，該第五運轉模式係馬達運轉模式，該第六運轉模式以發電機運轉模式。該第二飛輪62具有一共軸620分別與該第二電機32及第四電機60耦接。該第三控制單元34”更包含有一第二變頻器348，一第三切換開關349以及一第三電路控制裝置343”。該第三電路控制裝置343”與該第二電路控制裝置343’之不同處在於更與該第三切換開關349電性連接，用以同時控制該第一切換開關346，該第二切換開關347以及該第三切換開關349之啟閉。該第二變頻器348之輸入端係與該第三控制單元34”之該輸入端340”電性連接電性連接，該第二變頻器348之輸出端係與該第三切換開關349之輸入端電性連接。該第三切換開關349之輸出端係與該第四電機60之輸入端602電性連接。該第四電機60之輸出端604係藉由該AC/DC轉換器42以及該反逆器44與該主電池20之該第一電源輸入端26電性連接。藉此，當該第三切換開關349受 該第三電路控制裝置343”之控制而位於連通位置時，該第四電機60可經由該第二變頻器348被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第五運轉模式。當該第三切換開關349受該第三電路控制裝置343”之控制而位於切斷位置時，該第三電機60將在該第二飛輪62之驅動下而以發電機模式運轉，即處於該第六運轉模式，用以將其所產生的電能回饋至該主電池20。更詳細的說，該車載節能充電系統10”一方面係藉該第三電機50來維持該第一飛輪33以及該第二飛輪62之飛輪效應。另一方面，該第一飛輪33以及該第二飛輪62飛輪效應之動能則可藉由該第二電機32以及該第四電機60轉換成電能同時對該主電池20充電。

10:車載節能充電系統

100:電動車

101:車體

102:驅動馬達

103:前車輪

104:前車輪

105:前傳動軸

106:輔助傳動系統

107:後車輪

108:後車輪

109:後傳動軸

110:傳動系統

112:外部充電系統

114:插座

20:主電池

22:第一電源輸出端

24:第二電源輸出端

26:第一電源輸入端

30:第一節能充電裝置

300:第二電源輸入端

302:第三電源輸出端

Claims (12)

1. 一種電動車之車載節能充電系統，該電動車包含有一驅動馬達做為動力來源，該車載節能充電系統包含有：一主電池，係與該驅動馬達電性連接；一節能充電裝置，包含有：一第一飛輪；一第一電機，係與該第一飛輪耦接以及該主電池電性連接，用以藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力；一第二電機，為一三相永磁馬達-發電機，係與該第一飛輪耦接，以可連通或切斷的方式與該主電池電性連接，當該第二電機與該主電池連通時，係藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力，當該第二電機與該主電池切斷時，係藉由該第一飛輪之動能產生電能對該主電池充電；以及一控制單元，包含有一第一以及第二控制模式；當以該第一控制模式操作時，該控制單元係使該第一電機與該第二電機係同時與該主電池連通；當以該第二控制模式操作時，該控制單元係一方面使該第一電機與該主電池連通，另一方面係切斷該第二電機與該主電池之連通；當該第一飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係以該第一控制模式操作，用以藉由該主電池之電能供應該第一飛輪之驅動力；當該第一飛輪達一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係以該第二控制模式操作，一方面用以藉由該主電池之電能使該第一飛輪維持該飛輪效應，另一方面用以將該第一飛輪之動能藉由該第二電機轉換成電能對該主電池充電。
2. 如請求項1所述之電動車之車載節能充電系統，其中該節能充電裝置更包含有一第四電機與一第二飛輪，該第二飛輪與該第一電機與該第四 電機耦接，該第四電機為一三相永磁馬達-發電機，係以可連通或斷路的方式與該主電池連接，當該第四電機與該主電池連通時，係藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力，當該第四電機與該主電池斷路時，係藉由該第二飛輪之動能產生電能對該主電池充電；當該第二飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係以該第一控制模式操作，用以藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力，當該第二飛輪達一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係以該第二控制模式操作，一方面用以藉由該主電池之電能使該第二飛輪維持該飛輪效應，另一方面用以將該第二飛輪之動能藉由該第四電機轉換成電能對該主電池充電。
3. 如請求項1所述之電動車之車載節能充電系統，其中該主電池包含有一第一電源輸出端，一第二電源輸出端以及一電源輸入端；該第一電源輸出端係與該電動車之驅動馬達電性連接；該第一電機具有一輸入端以及一第一或第二運轉模式，該第一運轉模式為馬達運轉模式，該第二運轉模式為馬達運轉模式或同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式；該第二電機具有一輸入端，一與該主電池之該電源輸入端電性連接之輸出端以及一第三及第四運轉模式，該第三運轉模式為馬達運轉模式，該第四運轉模式為發電機運轉模式；該第一飛輪以可被該第一及第二電機驅動之方式分別與該第一電機以及該第二電機耦接；該控制單元包含有一與該主電池之該第二電源輸出端電性連接之輸入端，一與該第一電機之該輸入端電性連接之第一輸出端以及一與該第二電機之該輸入端電性連接之第二輸出端；當該第一飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係處於該第一控制模式，用以使該第一電機***作在該第一運轉模式或該第二運轉模式之馬達運轉模式，該第二電機***作在該第三運轉模式，藉此來驅動該第一飛輪；當該第一飛輪達到一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元 係處於該第二控制模式，用以係使該第一電機***作在該第一運轉模式或該第二運轉模式，該第二電機***作在該第四運轉模式，藉此將該第一飛輪之動能轉換成電能對該主電池進行充電。
4. 如請求項3所述之電動車之車載節能充電系統，其中該第一電機為一三相馬達。
5. 如請求項4所述之電動車之車載節能充電系統，該控制單元包含有一電路控制裝置，一變頻器以及一切換開關；該電路控制裝置係與該切換開關電性連接用以控制該切換開關之啟閉；該變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該變頻器之輸出端係與該切換開關之輸入端電性連接；該切換開關之輸出端係與該第二電機之該輸入端電性連接；藉此，當該切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置時，該第二電機裝置可經由該變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式；當該切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置時，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下而以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式，用以將其所產生的電能對該主電池進行充電。
6. 請求項3所述之電動車之車載節能充電系統，其中該第一電機包含有一定子，該定子包含有一定子本體以及一定子繞組；該定子本體包含有多數間隔分佈的定子槽，該定子繞組係容置於各該定子槽內，包含有一第一線圈及一第二線圈，該第一線圈具有一第一額定輸出功率以及一第一磁極數，該第二線圈具有一第二額定輸出功率以及一第二磁極數，該第一額定輸出功率大於或等於該第二額定輸出功率，該第一磁極數等於該第二磁極數；當該第一線圈及一第二線圈同時與主電池電性連接時，該第一電機係處於該第二運轉模式之馬達運轉模式；當該第一線圈不與主電池電性連接，該第二線圈與主電池電 性連接時，該第一電機係處於該第二運轉模式之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式。
7. 如請求項6所述之電動車之車載節能充電系統，其中該控制單元包含有一電路控制裝置，一變頻器，一第一以及第二切換開關；該電路控制裝置係分別與該第一以及第二切換開關電性連接用以控制各該切換開關之啟閉；該變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該變頻器之輸出端係與該第一切換開關之輸入端電性連接，該第一切換開關之輸出端係與該第二電機之該輸入端電性連接；該第二切換開關之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第二切換開關之輸出端係與該第一電機之該第一線圈電性連接；該第一電機之該第二線圈係與該控制單元之該輸入端電性連接；藉此，當該控制單元處於該第一控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第二電機可經由該變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式；該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第一電機係處於以該第二運轉模式之馬達運轉模式；如此可使該第一飛輪從靜止狀態被驅動而產生飛輪效應；當該控制單元處於該第二控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式，該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第一電機係處於該第二運轉模式之之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式；藉此，該第一電機一及該第二電機可將其所產生的電能對該主電池進行充電。
8. 如請求項6所述之電動車之車載節能充電系統，其中該節能充電裝置更包含有一第四電機與一第二飛輪，該第二飛輪與該第一電機與該第四電機耦接，該第四電機為一三相永磁馬達-發電機，係以可連通或斷路的方式與 該主電池連接，當該第四電機與該主電池連通時，係藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力，當該第四電機與該主電池斷路時，係藉由該第二飛輪之動能產生電能對該主電池充電；當該第二飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係以該第一控制模式操作，用以藉由該主電池之電能供應該第二飛輪之驅動力，當該第二飛輪達一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係以該第二控制模式操作，一方面用以藉由該主電池之電能使該第二飛輪維持該飛輪效應，另一方面用以將該第二飛輪之動能藉由該第四電機轉換成電能對該主電池充電。
9. 如請求項8所述之電動車之車載節能充電系統，其中該控制單元包含有一電路控制裝置，一第一變頻器，一第二變頻器，一第一切換開關，一第二切換開關以及一第三切換開關；該電路控制裝置係分別與該第一、第二以及第三切換開關電性連接用以控制各該切換開關之啟閉；該第一變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第一變頻器之輸出端係與該第一切換開關之輸入端電性連接，該第一變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接；該第二變頻器之輸出端係與該第三切換開關之輸入端電性連接，該第二變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接；該第二切換開關之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第二切換開關之輸出端係與該第一電機之該第一線圈電性連接；該第一電機之該第二線圈係與該控制單元之該輸入端電性連接；藉此，當該控制單元處於該第一控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第二電機可經由該第一變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式；該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第四電機可經由該第二變頻器被啟 動而以馬達模式運轉，即，處於該第五運轉模式；該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第一電機係處於以該第二運轉模式之馬達運轉模式；如此可使該第一飛輪以及該第二飛輪從靜止狀態被驅動而產生飛輪效應；當該控制單元處於該第二控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式；該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第四電機將在該第二飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第六運轉模式；該第二切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第一電機係處於該第二運轉模式之同時為馬達運轉模式及發電機運轉模式；藉此，該第二電機、該第四電機或/及該第一電機或/及可將其所產生的電能對該主電池進行充電。
10. 如請求項2所述之電動車之車載節能充電系統，其中該主電池包含有一第一電源輸出端，一第二電源輸出端以及一第一電源輸入端；該第一電源輸出端係與該驅動馬達電性連接；該第一電機具有一輸入端，該第一電機具有一第一及第二運轉模式，該第一運轉模式為馬達運轉模式，該第二運轉模式為同時以馬達運轉模式及發電機運轉模式；該第二電機具有一輸入端，一與該主電池之該電源輸入端電性連接之輸出端，以及一第三及第四運轉模式，該第三運轉模式係馬達運轉模式，該第四運轉模式以發電機運轉模式；該第四電機具有一輸入端，一與該主電池之該電源輸入端電性連接之輸出端，以及一第五及第六運轉模式，該第五運轉模式係馬達運轉模式，該第六運轉模式以發電機運轉模式；該第一飛輪以可被該第一及第二電機驅動之方式分別與該第一電機以及該第二電機耦接，該第二飛輪以可被該第一及第四電機驅動之方式分別 與該第一電機以及該第四電機耦接；該控制單元包含有一與該主電池之該第一電源輸出端電性連接之輸入端，一與該第一電機之該輸入端電性連接之第一輸出端，一與該第二電機之該輸入端電性連接之第二輸出端，一與該第四電機之該輸入端電性連接之第三輸出端；當該第一與該第二飛輪從靜止狀態啟動時，該控制單元係處於該第一控制模式，用以使該第一電機***作在該第一運轉模式，該第二電機***作在該第三運轉模式，該第四電機***作在該第五運轉模式，藉此來驅動該第一與該第二飛輪；當該第一與該第二飛輪達到一預定轉速而產生飛輪效應時，該控制單元係處於該第二控制模式，用以係使該第一電機***作在該第二運轉模式，該第二電機***作在該第四運轉模式，該第四電機***作在該第六運轉模式，藉此將該第一與該第二飛輪之動能轉換成電能對該主電池進行充電。
11. 如請求項10所述之電動車之車載節能充電系統，其中該第一電機為一三相馬達。
12. 如請求項11所述之電動車之車載節能充電系統，其中該控制單元包含有一電路控制裝置，一第一變頻器，一第二變頻器，一第一切換開關以及一第三切換開關；該電路控制裝置係分別與該第一及第三切換開關電性連接用以控制各該切換開關之啟閉；該第一變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接，該第一變頻器之輸出端係與該第一切換開關之輸入端電性連接，；該第二變頻器之輸出端係與該第三切換開關之輸入端電性連接，該第二變頻器之輸入端係與該控制單元之該輸入端電性連接；藉此，當該控制單元處於該第一控制模式時，該第一電機係以馬達模式運轉；該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第二電機可經由該第一變頻器被啟動而 以馬達模式運轉，即，處於該第三運轉模式；該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於連通位置，該第四電機可經由該第二變頻器被啟動而以馬達模式運轉，即，處於該第五運轉模式；如此可使該第一飛輪以及該第二飛輪從靜止狀態被驅動而產生飛輪效應；當該控制單元處於該第二控制模式時，該第一切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第二電機將在該第一飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第四運轉模式；該第三切換開關受該電路控制裝置之控制而位於切斷位置，該第四電機將在該第二飛輪之驅動下以發電機模式運轉，即處於該第六運轉模式；藉此，該第二電機或/及該第四電機可將其所產生的電能對該主電池進行充電。

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