TW201515867A - 具有備用電源之電動車控制裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有備用電源之電動車控制裝置，該備用電源之控制裝置包括主電池、備用電池、電子控制電路及切換電池電路之半導體開關元件，徹底改善傳統技術使用電驛之配線方式，使該控制裝置體積小、少配線、耐震、可靠、價廉、電子控制電路可整併至電池管理系統(BMS)之電路板中、且可共用半導體開關元件。當主電池電量用盡時自動或手動切換至備用電池繼續供電給電動馬達運轉而可使電動車繼續行駛，以避免主電池沒電而使車輛無法繼續行駛，導致行駛中電動車完全失燈甚至失控而造成意外事故之危險者。

Description

具有備用電源之電動車控制裝置
本發明係有關一種具有備用電源之電動車控制裝置，特別是指一種在電動車設置備用電源之控制裝置，當電動車之主電池電量用盡時，藉操作一手動開關或自動切換裝置以切換至備用電池繼續供電給電動車馬達運轉，以避免主電池沒電而使車輛無法繼續行駛，導致行駛中電動車完全失燈甚至失控而造成意外事故之危險。另電子控制電路藉半導體、積體電路、電子元件組成，達到(1)低價、多功能、質輕、體積小、少配線、耐震、高可靠性；(2)電池電路切換之大功率半導體開關元件取代傳統電驛機械接點；(3)電子控制電路可整併至電池管理系統之電路板中。徹底改善傳統技術使用電驛配線之缺點，使在有限車體空間內無法達到有效施工及耐震標準之窘境問題完全予以解決者。
目前世界各國均在提倡環保、綠能、減碳蔚為風潮，汽、機車亦隨之改變為電動汽、機車，以節省石油能源並降低污染之排放。但一般電動汽、機車在電池的電量用盡時，電池保護電路便自動直接切斷電源，使行駛中電動汽、機車瞬間斷電完全失燈甚至驚慌失控，或使在後行駛車輛來不及煞車而造成意外事故之危險。縱使不造成危險，也造成不便與困擾，尤其在荒郊野外或風雨交加的夜晚，更是求救無門，而必需推車或求助吊車拖吊，既花錢又浪費時間。
本發明之主要目的在提供一種具有備用電源之電動車控制裝置，在主電池電量用盡時，駕駛人可操作手動開關或自動切換裝置，將電動車電源切換至備用電池繼續供電給電動馬達運轉，俾使電動車能繼續行駛者。
本發明之又一目的在提供一種電動車備用電源控制裝置，其中電子控制電路全以半導體、集體電路、電晶體、光耦合器等元件構成、可整併至電池管理系統之電路板中，以達到質輕、體積小、低價、多功能，少配線、耐震、高可靠性……等；徹底改善以傳統電驛配線之缺點，且在非常有限車體空間無法達到有效施工及耐震標準之窘境問題完全予以解決者。
本發明之另一目的在提供一種電動車備用電源控制裝置，當主電池切換至備用電池期間，電裝品之電源仍不中斷續供電，是為無縫切換，避免電動車在行駛中瞬間失電(夜間大燈、後燈、信號燈號、電子電路之用電)，尤其在山區、爬坡路段容易造成電動車失控導致發生車禍之危險一掃而空。
本發明之更一目的在提供一種具有備用電源之電動車控制裝置，於主電池用盡時以按鈕開關式切換至備用電池，提醒用車者需儘快充電；若於停車後未能及時(或忘了)充電，在主電池無電之情況下，若需緊急用車時無法再度啟動，必須再次按壓上述之按鈕開關，才能再啟用備用電池接續供電，以再次強烈提醒用車人及時充電者。
本發明之再一目的在提供一種具有備用電源之電動車控制 裝置，設備用電池內置充電器，在主電池有電時經該內置充電器可隨時對備用電池充電，使之隨時保持滿電之狀態，不必外充。
10‧‧‧馬達驅動器
100‧‧‧電子控制電路
101‧‧‧電子控制電路
20‧‧‧轉換器
30‧‧‧充電器
50‧‧‧轉換器
B1‧‧‧主電池
B2‧‧‧備用電池
C1‧‧‧電容器
C3‧‧‧電容器
D1‧‧‧防逆二極體
IC1‧‧‧邏輯電路
IC2‧‧‧邏輯電路
IC3‧‧‧邏輯電路
NFB‧‧‧無熔絲開關
OPC1‧‧‧第一光耦合器
OPC2‧‧‧第二光耦合器
PB‧‧‧手動按鈕
PM‧‧‧電動馬達
Q1‧‧‧第一功率晶體
Q2‧‧‧第二功率晶體
Qp1‧‧‧輸出側
Qp2‧‧‧輸出側
R1‧‧‧電驛
R12‧‧‧常開接點
SOC‧‧‧欠電警示
SW‧‧‧電門開關
A‧‧‧電路點
B‧‧‧電路點
R9‧‧‧電阻器
第1圖係本發明第一實施例之控制電路圖；第2圖係本發明第二實施例之控制電路圖；第3圖係本發明電動機車龍頭示意圖；第4圖係一般傳統電動車之控制電路圖。
有關本發明之技術內容及詳細說明，配合如下附圖之實施例說明之。
為方便說明及易於瞭解起見，擬請先參閱第4圖所示之一般習用電動車之主電源控制電路說明之，該主電源控制電路係包括一主電池B1並聯一電驛R1及一轉換器20。該主電池B1藉電門開關SW串聯一電驛R1連接於主電池B1兩端，在開車時，無熔絲開關NFB切到導通狀態位置，鑰匙(圖中未示)插入電門開關SW(如第3圖所示)轉動使電門導通狀態，主電池B1使電驛R1受激，電驛R1之常開接點R12閉合、主電池B1之電源即送至轉換器20及馬達驅動器10，驅動電動馬達PM使電動車開動行駛。其中轉換器20(DC/DC converter)為電裝品之電源供給；係將主電池B1之48V轉換成12V供給儀錶板、頭燈、信號燈、方向燈、音響設備等電裝品使用。另馬達驅動器10(DC/AC inverter)將直流電源轉換成三相交流電源以驅動電動馬達PM行駛電動車輛者。
當主電池B1電量用盡時，該電池之保護裝置將自動切斷主電池B1之輸出，而使電動車停車、失燈甚至失控，尤其在山區、爬坡路段容易造成電動車(尤其是兩輪的機車)因而發生車禍、傷亡之危險。
因此，本發明便是針對上述習用電動車使用上之不便與危險、傳統電驛之耐震度不足、體積大、成本高與配線費時等問題而提供一種電動車備用電源之電子電路控制裝置，以全面解決上述習用電動車使用上的問題。
請參閱第1圖：本發明第一實施例之控制電路圖，其中無熔絲開關NFB、轉換器20、馬達驅動器10、驅動電動馬達PM其功能與前述第4圖相同不擬重覆說明。本發明第一實施例之控制電路圖中另包括；一主電池B1、一與該主電池B1串聯之第一功率晶體Q1、一與該主電池B1並列之備用電池B2、一與該備用電池B2串聯之第二功率晶體Q2、一控制該主電池B1與備用電池B2的電子控制電路100、一轉換器(DC/DC converter)50、電門開關SW等，電門開關SW為電子控制電路100之電源開關。
為說明方便起見，以下說明僅以電動機車為例說明之，該主電池B1提供正常行車動力電源之用(如48V、20AH鋰鐵電池)，備用電池B2為小容量備份電池之用(可為48V、5AH)，轉換器50將備用電池B2之電壓轉換至直流15V電壓為電子控制電路100之電源供給，第一功率晶體Q1、及第二功率晶體Q2做為電池電路切換開關之用。其中第一功率晶體Q1、第二功率晶體Q2、轉換器50三者皆備於各自的電池管理系統(BMS圖中未示)中。
電子控制電路100包括以集體電路(或邏輯電路)IC1、第一 光耦合器OPC1(photo coupler)、第二光耦合器OPC2……等組成；因零件少，可直接整併於電池管理系統(BMS)之印刷電路板(圖中未示)內；故只需極低成本、體積小、不需另外配線、且具可靠、耐震等優點。另電門開關SW串聯於轉換器50與電子控制電路100之間，用於停車時切斷電子控制電路100之電源供給。
當主電池B1有電時，用車之始將無熔絲開關NFB切換為導通狀態，電動機車電門開關SW切換為導通狀態，藉第一光耦合器OPC1之交連，其輸出側Qp1轉為導通狀態。使電路點A呈高電位之狀態、第一功率晶體Q1轉為導通狀態。馬達驅動器10將主電池B1之直流電源變成三相交流電源輸出，電動馬達PM轉動，輸出動力使車輛行駛。
當主電池B1電量用盡時，電路點A呈低電位之狀態、第一功率晶體Q1轉為關閉狀態；切離無電之主電池B1，同時邏輯電路IC1輸出為高電位之狀態，第二功率晶體Q2轉為導通狀態，備用電池B2取代主電池B1接續輸出電力，使車輛得以繼續行駛。同時藉第二光耦合器OPC2之交連使其輸出側QP2轉為導通狀態，欠電警示SOC送出欠電告警信號。其中藉第一光耦合器OPC1來測試主電池B1是否有電、第二光耦合器OPC2做為電導性之隔離以為長距離引線或不同電位告警電路之信號交連者。另邏輯電路IC1亦可以一般散裝元件電晶體為之。
本實施例中防逆二極體D1、電容器C1，於主電池B1、備用電池B2切換期間使電裝品之電源轉換器20能無縫地繼續輸出，使車燈、儀表及霍爾手把(電門信號)供電不中斷，是為本發明特徵之一的無縫切換功能。
備用電池B2之內置充電器30，在主電池B1有電時即可隨時充電備用電池B2，使其能隨時保持滿電之狀態，不必外充。
停用車輛時，電門開關SW切換至關閉位置，切斷該電子控制電路100之電源，令第一功率晶體Q1及第二功率晶體Q2都切換至關閉位置。
第2圖為本發明第二實施例之控制電路圖，其與第一實施例大體上相同，所不同之處在於電子控制電路101及增設一手動按鈕PB，電門開關SW為該電子控制電路101之電源開關。此間應予說明者，乃前述電子控制電路僅以集體電路為例說明，然實際使用時尚可依需要改變該等效電路之電晶體單獨元件、光耦合器(photo coupler)等元件所構成者。
當主電池B1有電、用車者將無熔絲開關NFB切換到導通狀態位置，電門開關SW切換到導通狀態位置，第一光耦合器OPC1之輸出側Qp1轉為導通狀態，電路點A呈高電位之狀態，第一功率晶體Q1轉為導通狀態，馬達驅動器10即可輸出電力，推動車輛。
當主電池B1電量用盡時，電路點A呈低電位之狀態，第一功率晶體Q1轉為關閉狀態，邏輯電路IC1輸出為高電位之狀態，第二光耦合器OPC2之輸出側Qp2轉為導通狀態，使欠電警示SOC送出欠電告警信號，提醒用車者主電池B1需儘速(移出)充電；當主電池B1充滿電後再回置，這部份之動作與第一實施例相同，有關說明從略。
於上述主電池B1失電之同時邏輯電路IC1之輸出為高電位之狀態，經電阻器R9、電容器C3之延遲後為邏輯電路IC3之輸入，此時邏輯電路IC2、IC3構成之互鎖電路仍保持原狀態；即第二功率晶體Q2仍維持關 閉之狀態；車輛仍保持原來之停止狀態，前述欠電警示SOC仍持續聲光告警，如需繼續用車，必須以按壓手動按鈕PB(一次)，使電路點B瞬間呈低電位之狀態、觸發互鎖邏輯電路IC2、IC3使之改變狀態，令邏輯電路IC2之輸出呈高電位之狀態、第二功率晶體Q2轉為導通狀態；由備用電池B2接續供電，用車者需於最近地點或最短時間內充滿主電池B1並回置之。
當主電池B1失電時，停置車輛(停車場或回家後)後，主電池B1仍忘了充電，而需緊急用車，無熔絲開關NFB切換至導通狀態位置，電門開關SW轉換至導通狀態位置，則如前述欠電警示SOC持續告警，仍不能啟用車輛。必須在備用電池B2還有電之情況下再次按壓手動按鈕PB，觸發互鎖邏輯電路IC2、IC3，使IC2輸出轉為高電位之狀態，於是第二功率晶體Q2為導通狀態，備用電池B2供電啟用車輛。主電池B1充滿電並於回置後(欠電警示SOC告警停止)，才不致於造成停車、推車之麻煩。
另主電池B1充滿回置後，由內置充電器30對備用電池B2充滿電，使小容量被定位為預備電量之備用電池B2可隨時保持滿電之狀態。
上述說明係針對本發明之可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
10‧‧‧馬達驅動器
100‧‧‧電子控制電路
20‧‧‧轉換器
30‧‧‧充電器
50‧‧‧轉換器
B1‧‧‧主電池
B2‧‧‧備用電池
C1‧‧‧電容器
D1‧‧‧防逆二極體
IC1‧‧‧邏輯電路
NFB‧‧‧無熔絲開關
OPC1‧‧‧第一光耦合器
OPC2‧‧‧第二光耦合器
PM‧‧‧電動馬達
Q1‧‧‧第一功率晶體
Q2‧‧‧第二功率晶體
Qp1‧‧‧輸出側
Qp2‧‧‧輸出側
SOC‧‧‧欠電警示
SW‧‧‧電門開關
A‧‧‧電路點

Claims (10)

  1. 一種具有備用電源之電動車控制裝置，包括：一主電池(B1)，該主電池(B1)串聯有一第一功率晶體(Q1)；一備用電池(B2)，該備用電池(B2)串聯有一第二功率晶體(Q2)，該主電池(B1)及該備用電池(B2)並接一馬達驅動器(10)，用以驅動一電動馬達(PM)；一電子控制電路(100)，具有一邏輯電路(IC1)，用以控制該主電池(B1)與該備用電池(B2)之切換；用車時該電子控制電路(100)使該主電池(B1)之第一功率晶體(Q1)切換為導通狀態，使該主電池(B1)電源送至該馬達驅動器(10)，將直流電源變成交流電源輸出，驅動該電動車馬達(PM)，使電動車開動行駛；在該主電池電量用盡時，藉該電子控制電路(100)及第一、二功率晶體(Q1、Q2)的電池切換電路，將該電動車主電池(B1)切換至該備用電池(B2)繼續供電給該電動馬達運轉，俾使電動車能繼續行駛。
  2. 一種具有備用電源之電動車控制裝置，包括：一主電池(B1)，該主電池(B1)串聯有一第一功率晶體(Q1)；一備用電池(B2)，該備用電池(B2)串聯有一之第二功率晶體(Q2)，且該主電池(B1)及備用電池(B2)並接有一馬達驅動器(10)，用以驅動一電動馬達(PM)； 一電子控制電路(101)，具有一邏輯電路(IC1)、一連接於一手動按鈕(PB)的互鎖邏輯電路(IC2、IC3)，用以控制該主電池(B1)與該備用電池(B2)之切換；用車時該電子控制電路(101)使該控制該主電池(B1)之第一功率晶體(Q1)切換為導通狀態，使該主電池(B1)電源送至該馬達驅動器(10)，將直流電源變成交流電源輸出，驅動該電動車馬達(PM)，使電動車開動行駛；當該主電池電量用盡時，該電子控制電路(101)動作，使與該主電池(B1)串聯之第一功率晶體(Q1)切換為關閉狀態，切離無電之主電池(B1)，同時，該電子控制電路(101)之互鎖邏輯電路(IC2、IC3)仍保持原狀態，而使與該備用電池(B2)之串聯之第二功率晶體(Q2)仍保持關閉狀態，使電動車停止下來，持續發出欠電警示(SOC)，提醒用車人對主電池(B1)立即充電之必要。如仍需繼續用車，必需壓按手動按鈕(PB)，觸發該互鎖邏輯電路(IC2、IC3)使之改變狀態，而使備用電池(B2)之電池切換元件導通，以便轉由該備用電池(B2)取代該主電池(B1)繼續供電給該馬達驅動器(10)，以驅動該電動馬達(PM)運轉而可使電動車繼續行駛者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該裝置更包括一急救機制，即在主電池(B1)無電之情況下，若需緊急用車時，在備用電池(B2)仍有電情況下必須再次按壓上述之手動按鈕(PB)，再度啟用備用電池(B2)接續供電，也再次強烈提醒用車人及時充電之警告者。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該第一功率晶體(Q1)及第二功率晶體(Q2)係做為電池電路切換開關之用者。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該裝置更包括一轉換器(50)與一電門開關(SW)，該轉換器(50)連接於該備用電池(B2)兩端，該電門開關(SW)係串聯於該轉換器(50)與該電子控制電路(100、101)之間，用於停車時切斷該電子控制電路(100、101)之電源供給者。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該裝置更包括一第一光耦合器(OPC1)來測試主電池(B1)是否有電，當主電池(B1)有電時，其輸出側(Qp1)轉為導通狀態，電路點(A)呈高電位之狀態，反之，當主電池(B1)失電時，其輸出側(Qp1)轉為不導通狀態，電路點(A)呈低電位之狀態者。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該裝置更包括一第二光耦合器(OPC2)來做告警信號之電導性隔離，以為長距離引線及不同電位之信號交連者。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該電子控制電路(100、101)係整併至一電池管理系統之電路板中者。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之具有備用電源之電動車控制裝置，其中，該主電池(B1)並聯設置一充電器(30)，以經常對該備用電池(B2)充電，使該備用電池(B2)經常保持滿額電量，不必外充者。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述具有備用電源之電動車之控制裝置，其中，該裝置更包括有一用以供電給電裝品之轉換器(20)，該轉換器(20)並聯一電容器(C1)、再串聯一防逆二極體(D1)，使該主電池(B1)切換至該備用電池(B2)之切換期間，該轉換器(20)能繼續輸出，使車燈、儀表及霍爾手把供電不中斷，為無縫切換裝置者。
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