CN201328014Y

CN201328014Y - 用于交通载具的充电系统

Info

Publication number: CN201328014Y
Application number: CNU2008201764934U
Authority: CN
Inventors: 林士尧; 谢芳铭
Original assignee: World Friendship Co Ltd
Current assignee: World Friendship Co Ltd
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2018-12-17

Abstract

一种用于交通载具的充电系统，包括有电磁干扰防护单元、功率因数校正单元、直流转直流电源转换单元、直流转直流控制单元及微控制单元。其中，功率因数校正单元经由电磁干扰防护单元接收一交流电压，以及输出稳定的一直流电压。直流转直流电源转换单元耦接于功率因数校正单元与二次电池，接收直流电压，以对二次电池充电。直流转直流控制单元耦接于直流转直流电源转换单元，控制直流转直流电源转换单元对二次电池充电。微控制单元耦接于直流转直流控制单元，执行一第一电池充电程序，以通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出一第一充电电压，或执行一第二电池充电程序，以通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出一第二充电电压。

Description

用于交通载具的充电系统

技术领域

本发明涉及一种用于交通载具的充电系统，尤指一种利用阶段式输出电压方式提供二次电池充电的充电系统。

背景技术

二次电池的使用寿命的长短，乃取决于充电系统的设计，充电系统的设计包含了：充电电压、充电电流是否稳定；是否在电池饱和时，提供适当充电电压与充电电流；以及，充电过程中，温度的补偿等等。

车用的电池一般采用大容量的阀控密封式铅酸电池VRLA-CELL、胶体电池GEL-CELL或玻璃纤维电池AGM-CELL等二次电池作为启动的电力来源，以及车用电器的用电来源。

前述二次电池依据电池种类的不同，而相对有其较佳的充电模式，然而，一般的车用充电系统通常仅提供一种充电模式，以对车用电池进行充电。如此，若是车辆于更换二次电池时，更换到新种类的二次电池，此时，车用充电系统仍然可以对新种类的二次电池进行充电，但是，却无法以较佳的充电方式对新种类的二次电池充电，进而造成新种类的二次电池寿命缩短。

由于二次电池所价不菲，尤其越高容量的二次电池更是昂贵，因此，二次电池的使用寿命在车用耗材上，占有极高的经济比例。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于交通载具的充电系统，可以选择执行一第一电池模式或一第二电池模式的充电方式，以对二次电池充电，进而达到较佳的充电效果。

本实用新型揭露的用于交通载具的充电系统，包括有一电磁干扰防护单元、一功率因数校正单元、一直流转直流电源转换单元、一直流转直流控制单元及一微控制单元。其中，功率因数校正单元耦接于电磁干扰防护单元，其经由电磁干扰防护单元接收一交流电压，以及输出稳定的一直流电压。直流转直流电源转换单元耦接于功率因数校正单元与二次电池，其接收直流电压，以及对二次电池充电。直流转直流控制单元耦接于直流转直流电源转换单元，用以控制直流转直流电源转换单元对二次电池充电。微控制单元耦接于直流转直流控制单元，执行一第一电池充电程序，以通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出一第一充电电压，或是，执行一第二电池充电程序，以通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出一第二充电电压。

综上所述，本实用新型依据各种二次电池的较佳充电规格，而预先设计出二种较佳的电池充电程序，并利用微控制单元执行此二种的电池充电程序。同时，微控制单元依据一选择开关的选择切换，以执行其中一种电池充电程序，进而通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出适当的充电电压，以提供二次电池进行较佳的充电。

如此，本实用新型将可以有效的解决传统车用充电系统无法以较佳的充电方式对新种类的二次电池充电，进而造成新种类的二次电池寿命缩短的问题。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本創作的保护范围。而有关本实用新型的其它目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的电路方块示意图；

图2A与图2B为本实用新型细部电路示意图；

图3为本实用新型的充电电压与温度补偿关系示意图；

图4为本实用新型的第一电池充电程序曲线示意图；

图5为本实用新型的第二电池充电程序曲线示意图；

图6为本实用新型的第二电池充电程序另一曲线示意图；及

图7为本实用新型的风扇控制的PWM波形示意图。

附图标记说明：

充电系统1

二次电池2

电磁干扰防护单元102

功率因数校正单元104

直流转直流电源转换单元106

直流转直流控制单元108

微控制单元110

过温保护及温度补偿单元112

输出电流检测单元114

电池种类选择开关116

回馈网络118

输出限流电路120

输出电压控制电路122

过电流保护单元124

风扇126

快充开关128

交流电压AC

直流电压DC

驱动信号PWM

输出电压信号VB

输出电压Vo

输出电流Io

过电流信号Soc

电流参考信号SI

电压参考信号SV

选择信号SC

快充信号SQ

环境温度信号SP

具体实施方式

请参考图1，为本实用新型较佳实施例的电路方块示意图。如图1所示，本实用新型的充电系统1用于一交通载具(未标示)，以对交通载具上的二次电池2充电。充电系统1包括有一电磁干扰防护单元102、一功率因数校正单元104、一直流转直流电源转换单元106、一直流转直流控制单元108、一微控制单元110、一过温保护及温度补偿单元112、一输出电流检测单元114、一电池种类选择开关116、一回馈网络118、一输出限流电路120、一输出电压控制电路122、一过电流保护单元124、一风扇126及一快充开关128。前述的二次电池2为一胶体电池GEL-CELL、一阀控密封式铅酸电池VRLA-CELL或一玻璃纤维电池AGM-CELL。

再参考图1。在本实用新型的充电系统1中，电磁干扰防护单元102用于抑制充电系统1产生的高频电磁干扰不致外泄，而干扰到其它电子元件，其为电感与电容所组成的滤波电路。如图2A所示，图2A为本实用新型细部电路示意图。电磁干扰防护单元102由元件C1，LF4，C2，LF5，C6，C7，C8，C9，C10所组成。

功率因数校正单元104耦接于电磁干扰防护单元102，其经由电磁干扰防护单元102接收一交流电压AC，以及输出稳定的一直流电压DC。本实用新型使用的功率因数校正单元104，其输出直流电压DC设定为380Vdc，亦即不论交流电压AC是110Vac或是220Vac，功率因数校正单元104输出的直流电压DC均稳定在380Vdc。或是，功率因数校正单元104，其输出直流电压DC设定为200Vdc，只适用交流电压AC是110Vac。如图2A所示，功率因数校正单元104由元件BD1，L1，Q1，Q2，D13等组成。

再参考图1。本实用新型的直流转直流电源转换单元106耦接于功率因数校正单元106与二次电池2，其接收直流电压DC，以及对二次电池2进行充电。如图2A所示，前述的直流转直流电源转换单元106采用半桥架构，其电路由元件Q3，Q4，Q5，Q6，T3，D1，D3，L2，L3等所组成。另外，本实用新型的直流转直流控制单元108耦接于直流转直流电源转换单元106，输出一驱动信号PWM以控制直流转直流电源转换单元106对二次电池2充电。

如图2B所示，图2B为本实用新型细部电路示意图。直流转直流控制单元108使用型号为SG3525A的控制芯片U1作为实施，其工作频率25KHz，死区时间(Dead-Time)为1us。其中，直流转直流控制单元108经由该回馈网路118从直流转直流电源转换单元106的输出端取得一输出电压信号VB，并根据输出电压信号VB以调整输出驱动信号PWM的周期(Duty Cycle)，进而稳定直流转直流电源转换单元106的输出电压Vo。

同时，直流转直流控制单元108经由过电流保护单元124从直流转直流电源转换单元106的输入端取得一过电流信号Soc，并根据过电流信号Soc，以提供直流转直流电源转换单元106过电流保护。前述的过电流保护单元124利用一比流器(CT)取得直流转直流电源转换单元106的输入电流，并利用一比较器(未标示)设定过电流保护值。如此，当直流转直流电源转换单元106的电流值大于过电流保护值时，过电流保护单元124即产生过电流信号Soc以控制直流转直流控制单元108失能(disable)，进而停止输出驱动信号PWM，以令直流转直流电源转换单元106停止工作，以防止直流转直流电源转换单元106因过电流而损坏。如图2B所示，过电流保护单元124由元件U5A，Q2所组成。

再参考图1。本实用新型的过温保护及温度补偿单元112使用一热敏电阻N1，N2(如图2A所示)安装在两个散热片(未标示)上，以检测二次电池2上散热片的环境温度，并根据环境温度输出一环境温度信号SP给直流转直流控制单元108。直流转直流控制单元108根据环境温度信号SP，判断二次电池2是否发生过温现象，若是温度过高则直流转直流控制单元108将停止工作，以防止直流转直流电源转换单元106因过温而损坏。如图2B所示，过温保护及温度补偿单元112由运算放大器U5B及其它电阻元件组成。

同时，直流转直流控制单元108根据环境温度信号SP执行充电电压温度补偿模式(Cycle Use：-5mV/℃，Standby Use：-3.3mV/℃)。本实用新型的充电电压温度补偿采用分段式补偿，将环境温度划分为四个区段，每个区段对应一个电池电压补偿值。如此，本实用新型的充电电压温度补偿可以降低输出电压Vo调整的解析度及热敏电阻的精确度，再则将环境温度区段化，去省去生产时，校正的困扰。

前述中，本实用新型的输出电压Vo与温度补偿关系如图3所示，其中，环境温度低于10℃以下，则充电电压为13.92Vdc。环境温度介于10℃～20℃，充电电压为13.74Vdc。环境温度介于20℃～30℃，充电电压为13.62Vdc。环境温度介于30℃以上，充电电压为13.38Vdc。

再参考图1。本实用新型的微控制单元110经由输出限流电路120与输出电压控制电路122耦接于直流转直流控制单元108，微控制单元110执行一第一电池充电程序，以控制输出限流电路120输出一电流参考信号SI给直流转直流控制单元108，以及，控制输出电压控制电路122输出一电压参考信号SV给直流转直流控制单元108，进而通知直流转直流控制单元108控制直流转直流电源转换单元106输出一第一充电电压(未标示)。或是，微控制单元110执行一第二电池充电程序，以控制输出限流电路120输出的电流参考信号SI，以及输出电压控制电路122输出的电压参考信号SV，进而通知直流转直流控制单元108控制直流转直流电源转换单元106输出一第二充电电压(未标示)。

参考图2B。其中，输出限流电路120由运算放大器U3A、电阻R41、电阻R42、电容C26、电阻R71、可调电阻VR1等组成。运算放大器U3A作为一比较电路，其从微控制单元110接收一个固定周期的PWM信号，以及经由RC滤波器(R38、C21)、二极管D6输出一个直流准位的电流参考信号SI。直流准位的电流参考信号SI被输入到直流转直流控制单元108，借以设定直流转直流控制单元108中输出电流比较器(未标示)的参考电位，以达到输出限流的目的。

同时，输出电压控制电路122为一个由电阻R19、电阻R20、二极管D5B...电阻R29、电阻R30及二极管D3A组成的数字/模拟转换器(D/A Converter)。输出电压控制电路122受控于微控制单元110，进而输出该电压参考信号SV，借以设定直流转直流控制单元108中输出误差放大器(未标示)的参考点，以达到输出电压的改变。

再参考图1。微控制单元110耦接电池种类选择开关116，接收一选择信号SC，并根据选择信号SC以执行第一电池充电程序或第二电池充电程序。前述的电池种类选择开关116为一DIP开关。其中，当微控制单元110执行第一电池充电程序时，直流转直流电源转换单元106输出的第一充电电压包括一浮充电压与一涓充电压。另外，当微控制单元110执行第二电池充电程序时，直流转直流电源转换单元106输出的第二充电电压包括一快充电压、一浮充电压与一涓充电压。

配合图1，参考图4。图4为本实用新型的第一电池充电程序曲线示意图。当电池种类选择开关116选择”ON”时，表示适合选择安装的二次电池2为一胶体电池GEL-CELL。此时，微控制单元110执行第一电池充电程序，以提供第一阶段充电，充电电压为13.7Vdc(浮充电压)，时间48小时。第二阶段充电，充电电压为13.2Vdc(涓充电压)。另外，当二次电池2的电压低于13.2Vdc时回復第一阶段充电。

配合图1，参考图5。图5为本实用新型的第二电池充电程序曲线示意图。当电池种类选择开关116选择”OFF”时，表示适合选择安装的二次电池2为一阀控密封式铅酸电池VRLA-CELL或玻璃纤维电池AGM-CELL。此时，微控制单元110执行第二电池充电程序，以提供第一阶段充电，充电电压为14.4Vdc(快充电压)，时间4小时。当二次电池2完成第一阶段充电后，进行第二阶段充电，充电电压13.7Vdc(浮充电压)，时间44小时。当电池完成第二阶段充电后，进行第三阶段充电，充电电压13.2Vdc(涓充电压)。

配合图1，参考图6。图6为本实用新型的第二电池充电程序另一曲线示意图。其中，第一阶段充电设在二次电池2的电压为13.2Vdc时，其目的是希望当二次电池2确有过放或者是长时间未使用的状况下才启动第一阶段充电。因此，当二次电池2不需第一阶段充电时，将开始进行第二阶段充电，充电电压13.7Vdc(浮充电压)，时间48小时。并于第二阶段充电后，进行第三阶段充电，充电电压13.2Vdc(涓充电压)。

另外，微控制单元110执行第一电池充电程序或第二电池充电程序时，各充电阶段之间的输出电压不论是由低压升高或由高压降低，均采取渐进方式，其调降或调升的时间约为100ms，以避免输出电压呈跳跃式增加或减少，而产生电源噪声，进而使得微控制单元110等元件失效。

再参考图1。微控制单元110还耦接于快充开关128，从快充开关128接收一快充信号SQ，并根据该快充信号SQ，以通知直流转直流控制单元108控制直流转直流电源转换单元106输出快充电压。但是，当微控制单元110根据选择信号SC，而执行第一电池充电程序时，微控制单元110将不会受控于快充开关128送出的快充信号SQ。

再参考图1。微控制单元110还耦接风扇126与输出电流检测单元114，微控制单元110通过输出电流检测单元114取得直流转直流电源转换单元106的一输出电流Io，并根据输出电流Io以分段控制风扇126的运转。如图2B所示，输出电流检测单元114由运算放大器U3B与其它电阻元件所组成，其检测输出电流Io，并由微控制单元110中的模拟/数字转换器(未标示)读取后，作为风扇126转速控制依据。

再参考图1。本实用新型的微控制单元110依据输出电流Io，分成四段控制风扇126的转速。四段控制方式如下述：1.输出电流Io低于额定电流的15％时，风扇126不转动，使输出在低负载状况下不会产生风扇126噪音。2.输出电流Io超过额定电流的15％～25％时，风扇126以最低转速转动，使输出负载在半载以下时，风扇126可以用最低噪音方式运转，以降低风扇噪音对于使用者的冲击。其中最低转速的PWM波形如图7所示。3.输出电流Io介于额定电流的25％～50％时，风扇126依据输出电流Io决定转速，输出电流越大，风扇126转速越快，输出电流Io越小，风扇126转速越慢。4.输出电流Io超过额定电流的50％时，风扇126全速转动。

综上所述，本实用新型用于交通载具的充电系统，依据各种二次电池的较佳充电规格，预先设计出二种较佳的电池充电程序，并利用微控制单元执行此二种的电池充电程序。同时，微控制单元依据选择开关的选择切换，以执行其中一种电池充电程序，进而通知直流转直流控制单元控制直流转直流电源转换单元输出适当的充电电压，以提供二次电池进行较佳的充电。

但是，以上所述，仅为本实用新型最佳的具体实施例的详细说明与附图，本领域内的任何普通技术人员可轻易思及的变化或修改皆可涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。

Claims

1.一种用于交通载具的充电系统，对一二次电池充电，其特征在于，包括：

一电磁干扰防护单元；

一功率因数校正单元，耦接于该电磁干扰防护单元，该功率因数校正单元经由该电磁干扰防护单元接收一交流电压，以及输出稳定的一直流电压；

一直流转直流电源转换单元，耦接于该功率因数校正单元与该二次电池，该直流转直流电源转换单元接收该直流电压，以及对该二次电池充电；

一直流转直流控制单元，耦接于该直流转直流电源转换单元，用以控制该直流转直流电源转换单元对该二次电池充电；及

一微控制单元，耦接于该直流转直流控制单元，该微控制单元执行一第一电池充电程序，以通知该直流转直流控制单元控制该直流转直流电源转换单元输出一第一充电电压，或者，该微控制单元执行一第二电池充电程序，以通知该直流转直流控制单元控制该直流转直流电源转换单元输出一第二充电电压。

2.如权利要求1所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，该第一充电电压包括一浮充电压与一涓充电压。

3.如权利要求1所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，该第二充电电压包括一快充电压、一浮充电压及一涓充电压。

4.如权利要求1所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，该微控制单元耦接有一风扇与一输出电流检测单元，该微控制单元通过该输出电流检测单元取得该直流转直流电源转换单元的一输出电流，并根据该输出电流以分段控制该风扇的运转。

5.如权利要求4所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，还包括一输出限流电路与一输出电压控制电路，该输出限流电路耦接于该微控制单元与该直流转直流控制单元，受控于该微控制单元以输出一电流参考信号给该直流转直流控制单元，该输出电压控制电路耦接于该微控制单元与该直流转直流控制单元，受控于该微控制单元，以输出一电压参考信号给该直流转直流控制单元。

6.如权利要求5所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，还包括一回馈网络与一过电流保护单元，该回馈网络耦接于该直流转直流电源转换单元与该直流转直流控制单元之间，该直流转直流控制单元经由该回馈网络，以稳定该直流转直流电源转换单元的输出，该过电流保护单元耦接于该直流转直流电源转换单元与该直流转直流控制单元之间，输出一过电流信号给该直流转直流控制单元，以提供过电流保护。

7.如权利要求6所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，还包括一过温保护及温度补偿单元，该过温保护及温度补偿单元耦接于该二次电池与该直流转直流控制单元，该过温保护及温度补偿单元检测一环境温度，并根据该环境温度输出一环境温度信号给该直流转直流控制单元。

8.如权利要求6所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，还包括一快充开关，该快充开关耦接于该微控制单元，输出一快充信号给该微控制单元，该微控制单元根据该快充信号，以通知该直流转直流控制单元控制该直流转直流电源转换单元输出该快充电压。

9.如权利要求1所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，还包括一电池种类选择开关，该电池种类选择开关耦接于该微控制单元，输出一选择信号给该微控制单元，以控制该微控制单元执行该第一电池充电程序与该第二电池充电程序。

10.如权利要求1所述的用于交通载具的充电系统，其特征在于，该二次电池为一胶体电池、一阀控密封式铅酸电池或一玻璃纤维电池。