TW201623052A

TW201623052A - 具多組電池的電動車供電系統

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Publication number: TW201623052A
Application number: TW103146698A
Authority: TW
Inventors: wen-tian Cai
Original assignee: wen-tian Cai
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-01
Also published as: TWI661956B

Abstract

本發明為一種具多組電池的電動車供電系統，該供電系統包括多組電池甚或備用電池，當第一電池電量用盡時自動無縫切換至第二電池甚或備用電池，第一、第二電池可交換供電、交換充電而使電動車繼續行駛。以避免行駛中電動車失燈、失控而造成意外事故之危險者；且一電池充電時另一電池繼續供電，可忽略電動車電池長時間充電時，車輛無法繼續行使之不便。

Description

具多組電池的電動車供電系統

本發明係有關於一種具多組電池的電動車供電系統，當電動車之第一電池電量用盡時，可自動無縫切換至第二電池甚或備用的第三電池，且第一、第二電池可交換供電、交換充電繼續供電給電動馬達運轉者。

電力電池是發展電動車最主要的瓶頸，又電池系統、充換電站所、方便友善的用車環境，尤其重要。一般電動車輛在電池的電量用盡時，電池保護電路便直接切斷電源，使行駛中電動汽、機車瞬間斷電停止行駛並完全失燈，甚至驚慌失控，或造成意外事故之危險；因斷電，車輛無法行駛，造成不便與困擾，而必需推車或求助吊車拖吊，即花錢又浪費時間。故電池供電系統的改善仍有很大的空間。

本發明的主要目的在於提供一種具多組電池的電動車供電系統，在第一電池電量用盡時，駕駛人不必作任何操作即可自動無縫切換至第二電池甚或至備用的第三電池繼續供電給電動馬達運轉，俾使電動車能繼續行駛者。

本發明的另一目的在於提供一種具多組電池的電動車供電系統，將主電池一分為二或多電池，以減少單一電池之體積、重量；尤用於電動機車可攜式電池，攜帶安裝較輕、較方便者。

本發明的又一目的在於提供一種具多組電池的電動車供電系統，將電池控制裝置與各自之電池管理系統整併，共用零件及電路板，而達到精簡電路、免配線、減少體積、降低成本、耐振、可靠、達到精簡的電池控制暨管理系統裝置之目的。

本發明為達上述目的所採用技術手段為一種具多組電池的電動車供電系統，該供電系統做為一馬達驅動控制器之電源，該馬達驅動控制器連接至一電動車馬達，該供電系統包括：一電池控制電路；一第一電池與一第二電池；一第一功率晶體與一第二功率晶體，該第一功率晶體串聯於該第一電池並為其開關元件，該第二功率晶體串聯於該第二電池並為其開關元件；在用車時，該第一電池與該第二電池皆充滿電，該電池控制電路只擇一做為電力輸出使該電動車輛啟動行駛；若開始選用該第一電池待其用盡時，切換至該第二電池繼續供電以繼續行駛者。

所述的電池控制電路包括一第一積體電路、一第二積體電路與一第三積體電路分別用為電壓偵測，且該第一積體電路與該第二積體電路組成互斥連鎖電路，當該第一積體電路輸出為低電位的狀態，則該第二積體電路輸出為高電位的狀態，該第一功率晶體為導通狀態，使該第一電池輸出，使電動車啟動行駛；當該第一電池用盡時，自動無縫切換至該第二電池繼續供電者。

所述的第一電池或第二電池之任何一者電量用盡時，該電池控制電路發出告警、欠電信號者。

所述的第一電池用盡時，切換至該第二電池繼續供電，該第一電池則攜出充電，待充滿回置後仍由第二電池繼續供電，直到該電第二電池用盡時，再切換至該電第一電池繼續供電，以供循環交換供電充電，而使電動車能繼續行駛。

所述的供電系統進一步包括一供電轉換器並聯一大容量之電容器後再串聯一防逆流二極體，做為電裝品之電源供給，使該電裝品電源裝置於電力電池之切換期間，仍可不中斷地供電，是為無縫切換之裝置者。

本發明為達上述目的所採用的另一技術手段為一種具多組電池的電動車供電系統，該供電系統做為馬達驅動控制器之電源，該馬達驅動控制器連接有一電動車馬達，該供電系統包括：一第一電池及與其串聯的一第一功率晶體，該第一功率晶體為該第一電池的開關元件；一第二電池及與其串聯的一第二功率晶體，該第二功率晶體為該第二電池的開關元件；一第三電池及與其串聯的一第三功率晶體，該第三功率晶體為該第三電池的開關元件；一電池控制電路；在用車時，該第一電池、該第二電池、該第三電池皆充滿電，該電池控制電路只選擇第一電池、第二電池中之一做為電力輸出，使該電動車啟動行駛；若開始選用該第一電池，待第一電池用盡時，轉換至該第二電池繼續供電給該電動車繼續行駛，而該第一電池攜出充電，待充滿回置後仍由第二電池繼續供電，直到該電第二電池用盡時，再切換至該電第一電池繼續供電，以循環交換供電、充電，而使電動車繼續行駛，若該第一電池及該第二電池皆忘了充電而都失電時，則切換至該第三電池接續而使電動車繼續行駛者。

所述的電池控制電路包括一第一積體電路、一第二積體電路、一第三積體電路，用為電壓偵測，且該第一積體電路與該第二積體電路組成互斥連鎖電路，當該第一積體電路輸出為低電位的狀態，該第二積體電路輸出為高電位的狀態，該第一功率晶體為導通狀態，令該第一電池輸出電力，使電動車啟動行駛；當該第一電池電力用盡時，該第二積體電路輸出轉為低電位的狀態，該第一功率晶體轉為關閉狀態，該第一積體電路輸出為高電位的狀態，使該第二功率晶體轉為導通狀態而切換至該第二電池接續供電使電動車繼續行駛，該第一電池攜出充電、待充滿電再回置後，仍由該第二電池繼續供電，及至該第二電池電能放盡，取下該第二電池充電，由滿電之第一電池接續供電；當該第一電池、該第二電池都忘了充電，以致同時失電，則該第三積體電路轉為高電位的狀態，該第三功率晶體轉為導通狀態，由容量較小之備用的第三電池供電，仍能做短暫行駛者。

所述的第一電池、第二電池都失電時，該電池控制電路發出告警及欠電信號者。

所述的第三電池設置有專屬備用的一充電器，用以對該第三電池充電，使該第三電池保持滿額電量而不必外充者。

10‧‧‧馬達驅動控制器

20‧‧‧供電轉換器

30‧‧‧電池控制電路

31‧‧‧電池控制電路

40‧‧‧充電器

41‧‧‧充電控制電路

B1‧‧‧第一電池

B2‧‧‧第二電池

B3‧‧‧第三電池

C1‧‧‧電容器

CONV1‧‧‧第一轉換器

CONV2‧‧‧第二轉換器

CONV3‧‧‧第三轉換器

D1‧‧‧防逆流二極體

IC1‧‧‧第一積體電路

IC2‧‧‧第二積體電路

IC3‧‧‧第三積體電路

NFB‧‧‧無熔絲開關

OPC‧‧‧光耦合器

OPC1‧‧‧第一光耦合器

OPC2‧‧‧第二光耦合器

OPC3‧‧‧第三光耦合器

OPC4‧‧‧第四光耦合器

SOC‧‧‧欠電警示

PM‧‧‧電動馬達

Q1‧‧‧第一功率晶體

Q2‧‧‧第二功率晶體

Q3‧‧‧第三功率晶體

Q4‧‧‧第四功率晶體

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。

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。

如第1圖所示，為本發明之第一實施例之控制電路，包括電池控制電路30、第一電池B1及與其串聯的第一功率晶體Q1、第二電池B2及與其串聯的第二功率晶體Q2、供電轉換器(DC/DC CONVERTER)20、馬達驅動控制器(DC/AC INVERTER)10及電動馬達PM。

第一功率晶體Q1、第二功率晶體Q2已備於各自之電池管理系統(圖中未示)中。供電轉換器(DC/DC CONVERTER)20將動力電源(48V、60V、72V~650V等多種規格)轉換為直流電12V(或24V)以供電給電動車輛各電裝品(各種燈具、儀表、電子設備......)之用，馬達驅動控制器(DC/AC INVERTER)10係將直流電的動力電源轉換為交流三相電壓供給電動馬達PM之用。

第一轉換器CONV₁及第二轉換器CONV₂分別為電池控制電路30及為各自第一電池B1及第二電池B2之電池管理系統(圖中未示)供給電源，且在電池控制電路30中用以偵測各別第一電池B1及第二電池B2是否有電。

電池控制電路30中，第一積體電路IC1、第二積體電路IC2、第三積體電路IC3為電壓偵測之用；且第一積體電路IC1與第二積體電路IC2組成互斥連鎖電路，電池控制電路30藉光耦合器OPC之交連做為電導性隔離，使其二次側輸出欠電警示SOC、缺電告警信號。

當第一電池B1、第二電池B2都有電的情況下，第一轉換器CONV₁、第二轉換器CONV₂之輸出皆為15V，電池控制電路30的A、B兩點電壓約為15V(皆為高電位的狀態)。

因第一積體電路IC1與第二積體電路IC2所組成的互斥連鎖電路，該互斥連鎖電路有兩種可能的狀態，其一，若第一積體電路IC1輸出為低電位的狀態，則第二積體電路IC2輸出為高電位的狀態；則第一功率晶體Q1為導通狀態，使第一電池B1輸出；此時第二功率晶體Q2為關閉狀態，第二電池B2不能輸出。用車時，無熔絲開關NFB送電，由第一電池B1供電，經馬達驅動控制器10轉換為三相交流電供電動馬達PM輸出動力運轉車輛。

當第一電池B1用盡時，第一轉換器CONV₁無輸出，電池控制電路30之A點為低電位的狀態，此時因第二電池B2有電，則B點為高電位的狀態。因第一積體電路IC1、第二積體電路IC2互斥連鎖之故，將使第一積體電路IC1輸出轉為高電位的狀態，第二功率晶體Q2轉為導通狀態，由第二電池B2接替輸出電力。第二積體電路IC2輸出為低電位的狀態，此時第一功率晶體Q1呈關閉狀態，將失電的第一電池B1隔離，待攜出充滿電再回置。

第二電池B2仍繼續供電至失電時，再次輪到已充滿電再回置之第一電池B1接續供電。如此任一電力電池之電能放盡取出充電期間，由另一滿電之電池接續供電；如此兩組電力電池交換供電、交換充電，使不影響電動車之使用。

當第一電池B1、第二電池B2有任一處於失電的情況下，其相對的電池控制電路30的A點或B點之一為低電位的狀態，則第三積體電路IC3之輸出為高電位的狀態，藉光耦合器OPC之交連使其二次側欠電警示 SOC發出告警信號以提醒用車人要立即充電，並於充滿電後再回置備用。

第1圖中供電轉換器20用以為電裝品供給電源，防逆流二極體D1及該供電轉換器20並聯之電容器C1所構成之電路，於電池交換瞬間，亦能使供電轉換器20之電源供應連續不中斷；使電池切換期間各種燈具、儀表、電子設備的供電不中斷的無縫切換設施，以免造成車輛瞬間失燈、失控之危險。

如第2圖所示，為本發明之第二實施例之控制電路，包括電池控制電路31、第三轉換器CONV₃、第一電池B1、第二電池B2，另外增設備用的第三電池B3；而第一電池B1、第二電池B2、備用的第三電池B3各自串聯第一功率晶體Q1、第二功率晶體Q2、第三功率晶體Q3，供電轉換器20，馬達驅動控制器10，電動馬達PM及另外增設充電控制電路41的第四功率晶體Q4。

該第一功率晶體Q1、第二功率晶體Q2、第三功率晶體Q3已備於各自之電池管理系統中。另第三轉換器CONV₃將第三電池B3轉變為直流電15V為電池控制電路31之電源供給。

電池控制電路31以第一積體電路IC1、第二積體電路IC2、第三積體電路IC3組成電壓偵測電路，且其中第一積體路IC1與第二積體電路IC2組成互斥連鎖電路，另第一光耦合器OPC1及第二光耦合器OPC2可做為電導性隔離，用以各別偵測第一電池B1及第二電池B2是否有電。若第一電池B1、第二電池B2、第三電池B3三者都充滿電，於電池控制電路31中藉第一光耦合器OPC1及第二光耦合器OPC2之交連使相對應之A、B兩點都為高電位的狀態。

該第一積體電路IC1、第二積體電路IC2所組成的互斥連鎖電路中，有兩種可能的狀態，其一，若第一積體電路IC1輸出為低電位的狀態，則第二積體電路IC2輸出為高電位的狀態，於是第一功率晶體Q1為導通狀態，則使第一電池B1輸出電力；第一積體電路IC1輸出則為低電位的狀態，第二功率晶體Q2為關閉狀態，第二電池B2不輸出。

當第一電池B1失電時，電池控制電路31的A點呈低電位的狀態，第二積體電路IC2輸出為低電位的狀態，第一功率晶體Q1為關閉狀態，第一電池B1隔離輸出；同時第二電池B2滿電，故電池控制電路31的B點呈高電位的狀態，第一積體電路IC1輸出為高電位的狀態，第二功率晶體Q2轉為導通狀態，使第二電池B2接續輸出電力。

第一電池B1攜出充電，車子可繼續行駛。待第一電池B1充滿電再回置後，仍由第二電池B2繼續供電，及至第二電池B2電能放盡，由滿電之第一電池B1接續供電，並取下第二電池B2充滿電再回置。如此於第一電池B1、第二電池B2任一電池之電能放盡取出充電期間，由另一滿電之電力電池可接續供電；即第一電池B1、第二電池B2可交互供電、交互充電，不影響車子之使用。

第一電池B1、第二電池B2只要其中之一有電，電池控制電路31的C點呈高電位的狀態，則第三光耦合器OPC3二次側為導通狀態，輸出T點呈低電位的狀態、充電控制電路41的第四功率晶體Q4為導通狀態，內部充電器40對第三電池B3充電，使之隨時保持滿電狀態，不必外充。本實施例之電池控制電路31是否採用第三光耦合器OPC3做為電路隔離，需視各電力電池之電池管理系統是否需要決定之。

第一電池B1、第二電池B2同時失電時，電池控制電路31的C點呈低電位的狀態，第三光耦合器OPC3二次側呈關閉狀態，輸出T點使充電控制電路41的第四功率晶體Q4為關閉，切斷備用的第三電池B3之充電回路。同時第三積體電路IC3之輸出點D呈高電位的狀態，第四光耦合器OPC4經其二次側欠電警示SOC發出告警信號，以提醒用車者儘速對第一電池B1、第二電池B2充電並回置，並令欠電警示SOC告警以省電方式行駛，同時第三功率晶體Q3為導通狀態，自動無縫切換至容量較小之備用的第三電池B3接續供電，可使電動車能繼續短暫行駛10~20公里之行程。

當該第一電池B1或第二電池B2之任何一者電量用盡時，該電池控制電路31發出告警、欠電信號。

本發明上述第二實施例亦可設置多組主電池及備用電池，電池控制電路以自動無縫切換控制多組主電池及備用電池相繼自動供電或交互充電。

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，凡未脫離本發明創作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。