TWI530054B - Charging device and charging method of vehicle battery - Google Patents

Description

車輛電瓶的充電裝置及充電方法

本創作是一種充電裝置及充電方法，特別是指車輛電瓶的充電裝置及充電方法。

請參考圖7所示，現有車輛的充電裝置，例如機車的充電裝置包含有一整流器31、一電壓檢測電路32、一驅動電路33與一控制器34。

該整流器31具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端連接機車的車用發電機35，該輸出端連接機車的電瓶36。

該電壓檢測電路32連接電瓶36，用以檢測電瓶36的輸出電壓。

該驅動電路33具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端連接車用發電機35，該輸出端連接整流器33的第二輸入端。

該控制器34具有一輸入端與一輸出端，該輸入端連接該電壓檢測電路32，輸出端連接該驅動電路33的第二輸入端。

當機車的引擎在運轉時，引擎係帶動該車用發電機35運轉，以讓車用發電機35產生一交流電。該控制器34係透過該電壓檢測電路32取得該電瓶36的輸出電 壓。當該控制器34判斷出該電瓶36的輸出電壓低於一預設電壓時，代表該電瓶36的蓄電量不足。此時，該控制器34係經由該驅動電路33導通該整流器31，由該整流器31將交流電轉換為能對該電瓶36充電的充電電流。如此一來，使用者在騎乘機車時可同時對電瓶36充電，藉此延長電瓶36的使用時間。

現有充電裝置只是根據電瓶36輸出電壓的高低判斷是否對電瓶36充電。然而，在機車處於發動的階段，由於引擎的轉速低，車用發電機35僅產生少量電流，引擎將受到車用發電機35的磁阻影響而不能順利發動。此外，請參考圖8所示整流器31所輸出各相充電電流I1-I3的波形圖，各相電流I1-I3的波形係完整的半波，會在整流器31產生較大的熱能，導致整流器31有過熱之虞。

本創作的主要目的是提供一種車輛電瓶的充電裝置及充電方法，用以對電瓶有效充電，而不影響引擎發動的順暢度。

本創作車輛電瓶的充電裝置供連接到車輛的車用發電機與電瓶，該充電裝置包含有：一整流器，具有一輸入端、一輸出端與一驅動端，該輸入端電連接該車用發電機以接收交流電，該輸出端電連接該電瓶；一電壓檢測電路，係電連接該電瓶以檢測該電瓶的輸出電壓，並對應產生一電壓檢測信號；一轉速計，係檢測車用發電機的轉速並對應產生一轉 速信號；一驅動電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端電連接該車用發電機，該驅動電路的輸出端電連接該整流器的驅動端；以及一控制器，具有複數個輸入端與一輸出端，其輸入端分別連接該轉速計與電壓檢測電路以接收轉速信號與電壓檢測信號，該控制器的輸出端電連接該驅動電路的第二輸入端；當該控制器判斷出該車用發電機的轉速大於一預設轉速，且該電瓶的輸出電壓低於一預設電壓後，係根據車用發電機的轉速控制整流器的導通時間，使該整流器將交流電轉換為對電瓶充電的一充電電流，其中車用發電機的轉速與整流器的導通時間成反比。

本創作車輛電瓶的充電方法包含有以下步驟：分別從一轉速計與一電壓檢測電路取得一車用發電機的轉速與一電瓶的輸出電壓；判斷車用發電機的轉速是否大於一預設轉速；當車用發電機的轉速高於該預設轉速，係判斷車用發電機轉速大於該預設轉速的持續時間是否達到一預設時間；當所述持續時間達到該預設時間，係根據車用發電機的轉速從一對照表中讀取一導通時間，並判斷該電瓶的輸出電壓是否大於一預設電壓，其中該車用發電機的轉速與導通時間成反比；當電瓶的輸出電壓低於該預設電壓，係根據讀取到的導通時間導通一整流器，使該整流器從該車用發電機接收 交流電後，將交流電轉換為對該電瓶充電的一充電電流。

根據本創作的方法和結構，由於該控制器不僅根據電瓶的輸出電壓判斷是否對電瓶充電，還進一步根據車用發電機的轉速以判斷是否對電瓶充電。該控制器在車用發電機的轉速達到預設轉速，且在電瓶的輸出電壓低於預設電壓等兩個條件都滿足的情況下才對電瓶充電，由於車用發電機的轉速已達預設轉速，代表車用發電機已能產生有效對電瓶充電的發電量，該控制器才導通整流器，使整流器輸出充電電流，藉此有效對電瓶充電。是以，在引擎仍在發動而還沒開始運轉的階段中，控制器不導通該整流器，故引擎不會受到磁阻影響而能順利發動。

再者，由於該控制器是根據導通時間以驅動該整流器，故整流器之各相電流波形非完整的半波波形，故充電電流產生的能量低，有助於降低整流器的溫度。

11‧‧‧引擎

12‧‧‧車用發電機

13‧‧‧電瓶

21‧‧‧整流器

211‧‧‧閘流體

22‧‧‧電壓檢測電路

23‧‧‧轉速計

24‧‧‧驅動電路

25‧‧‧控制器

26‧‧‧電流檢測電路

27‧‧‧溫度檢測電路

31‧‧‧整流器

32‧‧‧電壓檢測電路

33‧‧‧驅動電路

34‧‧‧控制器

35‧‧‧車用發電機

36‧‧‧電瓶

圖1：本創作裝置較佳實施利的電路方塊示意圖(一)。

圖2：本創作裝置較佳實施利的電路方塊示意圖(二)。

圖3：本創作方法第一較佳實施利的流程示意圖。

圖4：本創作中整流器輸出充電電流的波形示意圖。

圖5：本創作方法第二較佳實施利的流程示意圖。

圖6：本創作方法第三較佳實施利的流程示意圖。

圖7：現有充電裝置的電路方塊示意圖。

圖8：現有充電裝置的整流器輸出充電電流的波形示意圖。

請參考圖1與圖2所示，現有車輛以機車為例說明，機車係具有一引擎11、一車用發電機12與一電瓶13。當引擎11運轉時，車用發電機12係被引擎11帶動運轉而產生交流電，該電瓶13則提供機車的控制系統、方向燈與大燈等電子裝置的工作電壓。

本創作充電裝置包含有一整流器21、一電壓檢測電路22、一轉速計23、一驅動電路24與一控制器25，或可進一步包含一電流檢測電路26或一溫度檢測電路27。

該整流器21具有一輸入端、一輸出端與一驅動端，該輸入端電連接該車用發電機12的輸出端以接收交流電，該輸出端電連接該電瓶13。該整流器21用於將車用發電機12產生的交流電轉換為一充電電流Ic，並輸出該充電電流Ic以對電瓶13充電。本較佳實施例中，該整流器21包含有複數個閘流體211，閘流體211的閘極(Gate)為所述驅動端。

該電壓檢測電路22係電連接該電瓶13以檢測該電瓶13的輸出電壓Vb，並對應產生一電壓檢測信號。

該轉速計23係連接該車用發電機12以檢測車用發電機12的轉速，並對應產生一轉速信號，其中由於車用發電機12是被引擎11所帶動，故從車用發電機12偵測到的轉速信號能夠與引擎11的轉速相對應。

該電流檢測電路26係電連接該整流器21的輸出端以檢測該整流器21所輸出的充電電流Ic，並對應產生一電流檢測信號。

該溫度檢測電路27係設置在該整流器21上而與該整流器21構成熱接觸，以檢測該整流器21的溫度，並對應產生一溫度檢測信號。

該驅動電路24具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端電連接該車用發電機12的輸出端，該驅動電路24的輸出端電連接該整流器21的驅動端。

該控制器25具有複數個輸入端與一輸出端，其輸入端分別連接該轉速計23、電壓檢測電路22、電流檢測電路26與溫度檢測電路27，該輸出端電連接該驅動電路24的第二輸入端。

本創作控制方法的第一較佳實施例流程圖請參考圖3所示，當機車打開電門後，該控制器25係分別從電壓檢測電路22、電流檢測電路26與溫度檢測電路27接收電壓檢測信號、電流檢測信號與溫度檢測信號，以取得目前電瓶13的輸出電壓Vb、整流器21的充電電流Ic和整流器21的溫度Tr(步驟101)

當控制器25接收到電壓檢測信號、電流檢測信號與溫度檢測信號後，係從轉速計23判斷是否有轉速信號(步驟102)。當控制器25判斷出沒有轉速信號，代表車用發電機12尚未啟動，即機車的引擎11還沒有發動運轉，則該控制器25回復執行第(101)步驟。

當控制器25判斷出有轉速信號，代表車用發電機12已啟動，即機車的引擎11已發動運轉，該控制器25係根據轉速信號推算車用發電機12目前的轉速 Sg(RPM)(步驟103)。舉例來說，該轉速信號可為包含有低準位「0」與高準位「1」的方波信號，控制器25可根據每相鄰的高準位「1」之間隔時間推算出車用發電機12的轉速Sg。

當控制器25算得車用發電機12的轉速Sg後，係判斷轉速Sg是否大於一預設轉速St(步驟104)。當車用發電機12的轉速Sg低於該預設轉速St，例如低於1000RPM，代表引擎11可能處於發動階段，且車用發電機12的發電量不足以對電瓶13充電，故該控制器25回復執行第(101)步驟。

當車用發電機12的轉速Sg大於該預設轉速St，代表引擎11已開始運轉，且車用發電機12的發電量足夠對電瓶13充電，該控制器25係判斷目前轉速Sg大於該預設轉速St的持續時間tc是否達到一預設時間td(步驟105)。當所述持續時間未達預設時間(tc<td)，代表引擎11還未完成啟動，該控制器25回復執行第(101)步驟。

當所述持續時間達到預設時間(tc>td)，代表引擎11已完成啟動，該控制器25係根據車用發電機12的目前轉速Sg從一轉速-導通時間對照表中讀取閘流體211的導通時間tx(步驟106)。該轉速-導通時間對照表係建構在控制器25中，並儲存有車用發電機12的轉速Sg與閘流體211的導通時間tx的對照資訊，其中轉速Sg與整流器21中閘流體211的導通時間tx成反比，即當車用發電機12的轉速Sg越快，閘流體211的導通時間tx越短。

當控制器25讀取完閘流體211的導通時間tx 後，係根據電壓檢測信號判斷電瓶13的輸出電壓Vb是否達到一預設電壓Vt(步驟107)。當電瓶13的輸出電壓Vb高於該預設電壓Vt，代表該電瓶13的蓄電量充足而沒有必要充電，則該控制器25回復執行第(101)步驟。

於第(107)步驟中，當電瓶13的輸出電壓Vb低於該預設電壓Vt，代表電瓶13的蓄電量不足而必須充電，該控制器25即根據在第(106)步驟中所讀取到的導通時間tx經由該驅動電路24分別導通該整流器21的閘流體211(步驟108)，使該整流器21將車用發電機12所輸出的交流電經整流後輸出充電電流Ic。該充電電流Ic的波型可參考圖4所示，如以斜線標示的部分所示，各相閘流體211的導通時間tx隨著轉速Sg越高而縮短，各相充電電流Ica-Icc的波形不是完整的半波波形。

當控制器25執行完第(108)步驟後，即回復執行第(101)步驟。

綜上所述，由於該控制器25係根據車用發電機12的轉速Sg與電瓶13的輸出電壓Vb決定是否對電瓶13充電。當機車剛發動時，因引擎11的轉速較低，車用發電機12無法產生足夠的發電量以對電瓶13充電，故控制器25停止該整流器21輸出充電電流Ic，如此一來，機車在發動的階段中，整流器21係沒有產生充電電流Ic，故讓引擎11發動的階段中受到磁阻的影響降到最低。再者，請參考圖4所示的各相充電電流Ica-Icc波形圖，各相電流Ica-Icc非完整的半波波形，如此降低充電電流Ic的大小，因為充電電流Ic降低，故能防止整流器21的溫度過高。

請參考圖5所示本創作方法的第二較佳實施例，當控制器25執行完第(107)步驟後，還進一步根據電流檢測信號判斷目前充電電流Ic的大小是否超過一預設電流It(步驟109)，當充電電流Ic低於該預設電流It，代表充電電流Ic還在一安全的範圍以內，該控制器25即執行第(108)步驟。反之，當充電電流Ic高於該預設電流It，代表充電電流Ic過大，恐有發生電氣危險之虞。是以，該控制器25則再進一步縮短各閘流體211的導通時間tx，並調降預設電壓Vt的電壓值，例如從14.5V調降到14V，該控制器25即以縮短後的導通時間tx經由該驅動電路24分別導通該整流器21的閘流體211(步驟110)。該控制器25藉由縮短閘流體211的導通時間tx，再進一步降低充電電流Ic的大小，避免充電電流Ic過大。

請參考圖所6所示本創作方法的第三較佳實施例，當控制器25執行完第(107)步驟後，係根據溫度檢測信號判斷整流器21的溫度Tr是否超過一預設溫度Tt(步驟111)，當整流器21的溫度Tr低於該預設溫度Tt，代表整流器21的溫度正常，該控制器25即執行第(108)步驟。反之，當整流器21的溫度Tr高於該預設溫度Tt，例如高於85℃，代表整流器21的溫度Tr過高，該控制器25係縮短各閘流體211的導通時間tx，並調降預設電壓的電壓值後，該控制器25即經由該驅動電路24分別導通該整流器21的閘流體211(步驟112)，藉此再進一步降低充電電流Ic的大小，進而降低整流器21的溫度。

是以，於第二與第三較佳實施例中，該控制器 25除了根據車用發電機12的轉速和電瓶13的輸出電壓Vb決定是否對電瓶13充電，還進一步考量充電電流Ic的大小與整流器21的溫度高低，藉此為電瓶13帶來達到更穩定可靠的充電效果。

12‧‧‧車用發電機

13‧‧‧電瓶

21‧‧‧整流器

22‧‧‧電壓檢測電路

23‧‧‧轉速計

24‧‧‧驅動電路

25‧‧‧控制器

26‧‧‧電流檢測電路

27‧‧‧溫度檢測電路

Claims (7)

1. 一種車輛電瓶的充電裝置，供連接到車輛的車用發電機與電瓶，該充電裝置包含有：一整流器，具有一輸入端、一輸出端與一驅動端，該輸入端電連接該車用發電機以接收交流電，該輸出端電連接該電瓶；一電壓檢測電路，係電連接該電瓶以檢測該電瓶的輸出電壓，並對應產生一電壓檢測信號；一轉速計，係檢測車用發電機的轉速並對應產生一轉速信號；一驅動電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端電連接該車用發電機，該驅動電路的輸出端電連接該整流器的驅動端；一控制器，具有複數個輸入端與一輸出端，其輸入端分別連接該轉速計與電壓檢測電路以接收轉速信號與電壓檢測信號，該控制器的輸出端電連接該驅動電路的第二輸入端；當該控制器判斷出該車用發電機的轉速大於一預設轉速，且該電瓶的輸出電壓低於一預設電壓後，係根據車用發電機的轉速控制整流器的導通時間，使該整流器將交流電轉換為對電瓶充電的一充電電流，其中車用發電機的轉速與整流器的導通時間成反比；以及一溫度檢測電路，係設置在該整流器以檢測該整流器的溫度，並對應產生一溫度檢測信號；該控制器電連接該溫度檢測電路以接收該溫度檢測信號，當該控制器判斷出該整流器的溫度大於一預設溫度，係進一步縮短該整流器 的導通時間，以縮短後的導通時間降低該整流器所輸出的該充電電流。
2. 如請求項1所述車輛電瓶的充電裝置，當該控制器判斷出該充電電流大於一預設電流，係調降該預設電壓。
3. 如請求項1或2所述車輛電瓶的充電裝置，該控制器包含有一轉速-導通時間對照表，係儲存有車用發電機的轉速與該整流器導通時間的對照資訊。
4. 如請求項3所述車輛電瓶的充電裝置，該整流器包含有複數個閘流體，各閘流體的閘極為所述驅動端。
5. 一種車輛電瓶的充電方法，包含有以下步驟：分別從一轉速計與一電壓檢測電路取得一車用發電機的轉速與一電瓶的輸出電壓；判斷車用發電機的轉速是否大於一預設轉速；當車用發電機的轉速大於該預設轉速，係判斷車用發電機轉速大於該預設轉速的持續時間是否達到一預設時間；當所述持續時間達到該預設時間，係根據車用發電機的轉速從一對照表中讀取一導通時間，並判斷該電瓶的輸出電壓是否大於一預設電壓，其中該車用發電機的轉速與導通時間成反比；以及當電瓶的輸出電壓低於該預設電壓，係根據讀取到的導通時間導通一整流器，使該整流器從該車用發電機接收交流電後，將交流電轉換為對該電瓶充電的一充電電流。
6. 如請求項5所述車輛電瓶的充電方法，進一步包含以下步驟： 從一電流檢測電路取得該整流器的充電電流；在判斷電瓶的輸出電壓低於該預設電壓的步驟後，判斷充電電流是否高於一預設電流；及當充電電流高於預設電流，係進一步縮短讀取到的導通時間，以縮短後的導通時間導通該整流器。
7. 如請求項5所述車輛電瓶的充電方法，進一步包含以下步驟：從一溫度檢測電路取得該整流器的溫度；在判斷電瓶的輸出電壓低於該預設電壓的步驟後，判斷整流器的溫度是否高於一預設溫度；及當整流器的溫度高於預設溫度，係進一步縮短讀取到的導通時間，以縮短後的導通時間導通該整流器。