TWI645647B - 充電系統及其控制方法 - Google Patents

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孫浩
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Yueyong Meng
孟岳勇
Shuanggang Li
李雙剛
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Abstract

本案關於一種充電系統及其控制方法，充電系統包含供電設備、充電模組及電池模組，充電模組系可分離地與供電設備耦接，且與電池模組耦接，並包含電能轉換模組、電壓調整模組及充電控制模組，其中，供電設備與充電模組耦接時，充電模組之電能轉換模組進行反向電能轉換，以利用電池模組之電能來對匯流排電容進行預充電，當匯流排電容之電壓因預充電而高於或等於第一門檻值時，系調整充電模組內之調整端之電壓，進而使充電系統處於正常工作模式。

Description

充電系統及其控制方法
本案系關於一種充電系統及其控制方法，尤指一種于啟動時透過電池模組對匯流排電容進行預充電之充電系統及其控制方法。
隨著科技的發展，充電系統所應用之領域更加廣泛，例如，應用於與電動汽車相關之領域。
以應用於與電動汽車相關之領域之充電系統而言，由於充電系統內系存在匯流排電容，因此充電系統於啟動並接收輸入交流電能的瞬間，交流電能便對匯流排電容進行充電，進而產生較大的啟動衝擊電流，而該較大的啟動衝擊電流易造成充電系統內部電子器件的損壞。
為了克服上述問題，目前的充電系統更額外包含設置於該充電系統之輸入端且相互並聯之交流繼電器與限流電阻，當充電系統啟動並接收交流輸入電能時，繼電器系斷開，使較大的啟動衝擊電流流經限流電阻，以藉由限流電阻進行限流，而當充電系統啟動完成後，繼電器則切換為導通，使充電系統經由繼電器接收交流輸入電能。
然上述之充電系統由於需額外設置交流繼電器與限流電阻，導致生產成本的提升。且因交流繼電器可靠性差及使用壽命短，亦導致充電系統容易損壞。更甚者，由於大功率之交流繼電器尚未問世，因此當充電系統需應用於大功率的環境中時，上述使用交流繼電器與限流電阻的方法便無法使用。
因此，如何發展一種克服上述缺點的充電系統及其控制方法，實為目前迫切之需求。
本案的目的在於提供一種充電系統，俾解決傳統充電系統因需額外設置交流繼電器與限流電阻，導致生產成本的提升、容易損壞及無法應用於大功率的環境等缺失。
為達前述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種充電系統，包含：供電設備，系包含第一電能傳輸端、第二電能傳輸端、第一訊號輸出端及供電控制模組，第一電能傳輸端系接收交流電能，供電控制模組接收第一訊號輸出端之訊號；連接確認模組，包含第二訊號輸出端；電池模組；充電模組，充電模組之第三電能傳輸端系可分離地與供電設備之第二電能傳輸端連接，並包含直流/直流轉換模組、電壓調整模組、匯流排電容及充電控制模組，直流/直流轉換模組系具有雙向電能轉換功能，電連接於匯流排電容與充電模組之第四電能傳輸端之間，而第四電能傳輸端系與電池模組連接，電壓調整模組之調整端系可分離地與第一訊號輸出端連接，電壓調整模組用以選擇性地調整調整端上之電壓，充電控制模組系接收第二訊號輸出端及調整端之電壓，且偵測電池模組之電壓；主控制模組，系與充電模組及第二訊號輸出端連接，用以接收充電模組的回饋訊號及第二訊號輸出端之訊號；其中，於充電模組與供電設備連接而充電控制模組偵測到電池模組有非零電壓且偵測到調整端上之電壓峰值為給定電壓時，充電控制模組系控制直流/直流轉換模組進行反向電能轉換，以將電池模組的電能轉換而對匯流排電容進行預充電，且充電控制模組於偵測到匯流排電容之電壓高於或等於第一門檻值時，控制電壓調整模組調整調整端上之電壓，以對應使調整端之電壓朝第二門檻值調整，且於供電控制模組偵測到 第一訊號輸出端之電壓等於第二門檻值時，判斷充電系統處於正常工作模式。
為達前述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種控制方法，適用於充電系統，充電系統包含供電設備、充電模組以及電池模組，供電設備包含第一訊號輸出端以及供電控制模組，充電模組系可分離地與供電設備連接，並包含直流/直流轉換模組、電壓調整模組、充電控制模組及匯流排電容，直流/直流轉換模組電連接於匯流排電容與電池模組之間，電壓調整模組之調整端系可分離地通過二極體與第一訊號輸出端連接，電壓調整模組用以選擇性地調整調整端上之電壓，電池模組系可分離地與充電模組連接，控制方法包含步驟：(a)於電池模組與充電模組連接時，充電模組之充電控制模組偵測電池模組是否有非零電壓以及偵測調整端上之電壓峰值是否為給定電壓，若偵測的結果為電池模組有非零電壓以及調整端上之電壓峰值為給定電壓時則執行步驟(b)，若偵測的結果為電池模組不具有非零電壓或者調整端上之電壓峰值不為給定電壓時，充電控制模組判斷充電系統為異常而產生通知信號；(b)充電控制模組控制直流/直流轉換模組進行反向電能轉換，以將電池模組的電能轉換而對匯流排電容進行預充電；(c)充電控制模組偵測匯流排電容之電壓是否高於或等於第一門檻值，若偵測的結果為匯流排電容之電壓高於或等於第一門檻值，則執行步驟(d)，若匯流排電容之電壓低於第一門檻值，則再次執行步驟(b)；(d)充電控制模組控制電壓調整模組調整調整端上之電壓峰值，以對應使調整端之電壓峰值朝第二門檻值調整並執行步驟(e)；(e)充電控制模組偵測調整端之電壓峰值是否等於第二門檻值，若調整端之電壓峰值等於第二門檻值，充電控制模組判斷充電系統處於正常工作模式，若調整端之電壓峰值不等於第二門檻值，充電控制模組判斷充電系統為異常而產生通知信號。
1‧‧‧充電系統
2‧‧‧供電設備
3‧‧‧充電模組
4‧‧‧電池模組
5‧‧‧連接確認模組
6‧‧‧主控制模組
21‧‧‧第一電能傳輸端
22‧‧‧第二電能傳輸端
23‧‧‧第一訊號輸出端
24‧‧‧供電控制模組
25‧‧‧第一開關模組
25a‧‧‧第一開關
25b‧‧‧第二開關
31‧‧‧第三電能傳輸端
32‧‧‧第四電能傳輸端
33‧‧‧電能轉換模組
34‧‧‧電壓調整模組
35‧‧‧充電控制模組
36‧‧‧繼電器
331‧‧‧匯流排電容
332‧‧‧直流/直流轉換模組
333‧‧‧交流/直流轉換模組
341‧‧‧調整端
342‧‧‧第一電阻
343‧‧‧第二開關模組
344‧‧‧第二電阻
345‧‧‧第三開關模組
51‧‧‧第二訊號輸出端
52‧‧‧第三電阻
53‧‧‧第四開關模組
54‧‧‧RC模組
AC‧‧‧交流電能
Qp1-Qp4‧‧‧第一開關管
Qs1-Qs4‧‧‧第二開關管
T‧‧‧變壓器
f1‧‧‧初級繞組
f2‧‧‧次級繞組
G‧‧‧接地端
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S10、S50、S0、S0’、S1’、S6、S60、S7、S8、S80、S9、S6b‧‧‧控制方法之步驟
第1圖系為本案較佳實施例之充電系統的模組結構示意圖。
第2圖系為第1圖所示之充電系統之細部模組結構示意圖。
第3圖系為第2圖所示之供電設備之細部模組結構示意圖。
第4圖系為第2圖所示之直流/直流轉換模組之細部模組結構示意圖。
第5圖系為第2圖所示之連接確認模組之細部模組結構示意圖。
第6圖系為本案較佳實施例之充電系統之控制方法的流程圖。
第7圖系為第6圖所示之控制方法的一變化例。
第8圖系為第6圖所示之控制方法的另一變化例。
第9圖系為第6圖所示之步驟S5後之控制方法流程圖。
第10圖系為第7圖所示之步驟S5後之另一控制方法流程圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上系當作說明之用，而非用於限制本案。
第1圖系為本案較佳實施例之充電系統的結構示意圖。如第1圖所示，本案之充電系統1可為但不限於應用于電動車領域中，且包含供電設備2、充電模組3、電池模組4、連接確認模組5以及主控制模組6。
供電設備2可為但不限於為一電動車供應設備(Electic Vehicle Supply Equipment,EVSE)，其系可分離地與充電模組3耦接，且包含第一電能傳輸端21、第二電能傳輸端22、第一訊號輸出端23以及供電控制模組24。其中第一電能傳輸端21系接收交流電能AC。第一訊號輸出端 23系輸出給定電壓。供電控制模組24系接收第一訊號輸出端23上之給定電壓。
連接確認模組5包含第二訊號輸出端51，其中連接碓認模組5系輸出電壓至第二訊號輸出端51上，且第二訊號輸出端51上之電壓系依據供電設備2與充電模組3是為連接或分離而產生對應的變化。
充電模組3可為但不限於為一車載充電機(On Board Charger Module,OBCM)，且可分離地與供電設備2耦接，並與電動車內之電池模組4耦接，充電模組3系可對電池模組4進行充電，並包含第三電能傳輸端31、第四電能傳輸端32、電能轉換模組33、電壓調整模組34及充電控制模組35。
第三電能傳輸端31系可分離地與供電設備2之第二電能傳輸端22耦接，第四電能傳輸端32系與電池模組4耦接。
電能轉換模組33系電連接於第三電能傳輸端31與第四電能傳輸端32之間，且包含交流/直流轉換模組333、匯流排電容331以及直流/直流轉換模組332，其中直流/直流轉換模組332與匯流排電容331電連接，且直流/直流轉換模組332電連接於匯流排電容331與第四電能傳輸端32之間，直流/直流轉換模組332系具有雙向電能轉換功能，其中雙向電能轉換中之正向電能轉換系指直流/直流轉換模組332將直流/直流轉換模組332所接收之電能，例如匯流排電容331輸出之電壓，進行轉換，而反向電能轉換系指直流/直流轉換模組332將第四電能傳輸端32所接收之電能，例如電池模組4所傳來之電池電能，進行轉換。
電壓調整模組34系與接地端G電連接，且包含調整端341，調整端341系可分離地與第一訊號輸出端23耦接，電壓調整模組34用以選擇性地調整調整端341上之電壓。
充電控制模組35系與電能轉換模組33、電壓調整模組34 及電池模組4耦接，且與調整端341及第二訊號輸出端51耦接，充電控制模組35用以偵測第二訊號輸出端51上之電壓、調整端341上之電壓峰值以及電池模組4之電壓。
其中，於上述實施例中，充電控制模組35以第二訊號輸出端51之電壓是否等於一設定電壓來判斷充電模組3是否與供電設備2連接。
其中，於充電模組3之第三電能傳輸端31及調整端341分別與供電設備2之第二電能傳輸端22及第一訊號輸出端23開始耦接，而電能轉換模組33尚未運作時，若充電控制模組35偵測到電池模組4有一非零之電壓，充電控制模組35偵測到調整端341上之電壓峰值為給定電壓且第二訊號輸出端51為設定電壓時，充電控制模組35系控制直流/直流轉換模組332進行反向電能轉換，使直流/直流轉換模組332將第四電能傳輸端32所接收到之電池模組4之電能進行轉換而對匯流排電容331進行預充電。另外，於充電模組3之第三電能傳輸端31及調整端341分別與供電設備2之第二電能傳輸端22及第一訊號輸出端23開始耦接，而電能轉換模組33尚未運作時，若充電控制模組35偵測到電池模組4具有零電壓或偵測到調整端341上之電壓峰值不為給定電壓時，充電控制模組35系判斷充電系統1為異常而產生通知信號。
當充電控制模組35偵測到匯流排電容331之電壓高於或等於第一門檻值時，例如因預充電所造成時，充電控制模組35系控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341上之電壓峰值朝第二門檻值調整。反之，當充電控制模組35偵測到匯流排電容331之電壓低於第一門檻值時，充電控制模組35系控制電壓調整模組34不調整調整端341上之電壓峰值。
此外，於上述充電控制模組35控制電壓調整模組34調整調 整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341上之電壓峰值朝第二門檻值調整時，充電控制模組35更偵測調整端341之電壓峰值且供電控制模組24亦偵測第一訊號輸出端23之電壓，當充電控制模組35偵測到調整端341之電壓峰值等於第二門檻值時，充電控制模組35便判斷充電系統1處於一正常工作模式，例如由第二電能傳輸端22所輸出之交流電能AC，進行轉換，而當供電控制模組24偵測到第一訊號輸出端23之電壓亦等於第二門檻值時，供電控制模組24同樣判斷充電系統1處於正常工作模式，其中正常工作模式系指充電系統1以經進入準備對電池模組4進行充電之階段。當充電控制模組35控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341上之電壓峰值朝第二門檻值調整時，若充電控制模組35偵測到調整端341之電壓峰值不等於第二門檻值，充電控制模組35便判斷充電系統1為異常而產生通知信號。主控制模組6系與充電模組3連接，其接收充電模組3之回饋訊號及第二訊號輸出端51之電壓，其中主控制模組6系藉由回饋訊號得知充電系統1是否處於正常工作模式，且回饋信號可由充電模組3之內部電路，例如由充電控制模組35所產生，而主控制模組6可藉由第二訊號輸出端51之電壓是否等於設定電壓來判斷充電模組3是否與供電設備2連接。
另外，當充電系統1處於正常工作模式且充電模組3與供電設備2連接時，充電模組3進行自身狀態檢測，若檢測無故障並滿足正常工作模式時，充電控制模組35便控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341之電壓峰值朝第三門檻值調整，此外，充電控制模組35更控制電能轉換模組33進行正向電能轉換，否則充電控制模組35將判斷充電系統1為異常而產生通知信號。
第2圖系為第1圖所示之充電系統之細部模組結構示意圖。如第2圖所示，供電設備2更包含第一開關模組25。第一開關模組25系電 連接於第一電能傳輸端21與第二電能傳輸端22之間，用以進行導通或截止之切換，使第一電能傳輸端21與第二電能傳輸端22之間的路徑對應為導通或截止。供電控制模組24包含第一輸出端及第二輸出端，其中供電控制模組24之第一輸出端系與第一開關模組25之控制端電連接，供電控制模組24系藉由第一輸出端控制該第一開關模組25進行導通或截止之運作，供電控制模組24之第二輸出端系與第一訊號輸出端23電連接，供電控制模組24系用以由第二輸出端傳輸給定電壓至第一訊號輸出端23。
此外，當供電控制模組24偵測到第一訊號輸出端23之電壓等於第三門檻值時，供電控制模組24控制第一開關模組25導通，使交流電能AC由第一電能傳輸端21及第一開關模組25而傳輸至第二電能傳輸端22，同時，電能轉換模組33系受充電控制模組35之控制而進行正向電能轉換，使交流/直流轉換模組333將第三電能傳輸端31所接收到之電能，例如由第二電能傳輸端22所輸出之交流電能AC，進行轉換而對電池模組4充電。反之，當供電控制模組24偵測到第一訊號輸出端23之電壓不等於第三門檻值時，供電控制模組24控制第一開關模組25進行截止，使交流電能AC無法經由第一電能傳輸端21傳輸至第二電能傳輸端22。
由上可知，本案之充電系統1于啟動時，亦即充電模組3之第三電能傳輸端31及調整端341分別與供電設備2之第二電能傳輸端22及第一訊號輸出端23耦接，而充電控制模組35偵測到電池模組4有一非零之電壓，偵測到調整端341上之電壓峰值為給定電壓且第二訊號輸出端51為設定電壓時，電能轉換模組33系進行反向電能轉換，以利用電池模組4之電能對匯流排電容331進行預充電，如此一來，當供電設備2輸出交流電能AC而直流/直流轉換模組332開始進行正向電能轉換，以對電池模組4進行充電時，由於匯流排電容331之電壓因預充電已達到了預設的電壓值，故無需較大的電流對匯流排電容331進行充電，進而使得啟動衝擊電流得 以限制，如此一來，可避免充電系統1內部電子器件因較大的啟動衝擊電流而損壞，且因充電系統1無需額外設置交流繼電器與限流電阻，故充電系統1之生產成本可降低且不易損壞，更甚者，本案之充電系統1可應用於大功率的環境中。
另外，於一些實施例中，電能轉換模組33更包含交流/直流轉換模組333。交流/直流轉換模組333系電連接於第三電能傳輸端31與匯流排電容331之間且與充電控制模組35電連接，並可為但不限於包含無橋功率因數校正(Bridgeless PFC)模組，交流/直流轉換模組333系受充電控制模組35之控制而進行運作，以將第三電能傳輸端31所接收到之電能，例如由第二電能傳輸端22所輸出之交流電能AC，轉換為直流匯流排電壓。當然，交流/直流轉換模組333亦可為雙向，即交流/直流轉換模組333除了可將第三電能傳輸端31所接收到之電能進行轉換外，亦可將匯流排電容331上之直流匯流排電壓進行轉換，而於第三電能傳輸端31輸出。至於直流/直流轉換模組332則於被充電控制模組35控制而進行正向電能轉換時，將經由匯流排電容331穩壓之直流匯流排電壓進行轉換，進而對電池模組4充電。
電壓調整模組34系包含第一電阻342與第二開關模組343。第一電阻342與第二開關模組343系彼此串聯連接，且第一電阻342與第二開關模組343之串聯結構亦電連接於接地端G及調整端341之間，其中，第二開關模組343之控制端系與充電控制模組35電連接，第二開關模組343系受充電控制模組35之控制而進行導通或截止之切換，其中於充電控制模組35偵測到匯流排電容331之電壓高於或等於第一門檻值時，第二開關模組343系被充電控制模組35控制為導通，此時由於接地端G與調整端341之間的路徑為導通，故第一電阻342可拉低調整端341上之電壓峰值，以對應使第一訊號輸出端23之電壓等於第二門檻值。另外，於充電控制模組 35偵測到匯流排電容331之電壓低於第一門檻值時，第二開關模組343系被充電控制模組35控制為截止，此時由於接地端G與調整端341之間的路徑為斷開，故第一電阻342便無法拉低調整端341上之電壓峰值，進而使調整端341維持原本的電壓峰值。
另外，電壓調整模組34更包含第二電阻344與第三開關模組345。第二電阻344與第三開關模組345系彼此串聯連接，且第二電阻344與第三開關模組345之串聯結構亦電連接於接地端G及調整端341之間，並且與第一電阻342與第二開關模組343之串聯結構並聯連接，其中，第三開關模組345之控制端系與充電控制模組35電連接，第三開關模組345系受充電控制模組35之控制而進行導通或截止之切換，其中充電模組3進行自身狀態檢測，若檢測無故障並滿足該正常工作模式時，第三開關模組345系被充電控制模組35控制為導通，此時由於接地端G與調整端341之間的路徑為導通，故第二電阻344可拉低調整端341上之電壓峰值，以對應使第一訊號輸出端23之電壓等於第三門檻值，另外，當供電控制模組24控制充電模組3進行自身狀態檢測，若檢測故障或不滿足該正常工作模式時，第三開關模組345系被充電控制模組35控制為截止，此時由於接地端G與調整端341之間的路徑為斷開，故第二電阻344便無法拉低調整端341上之電壓峰值，進而使調整端341維持原本的電壓峰值。
於一些實施例中，電壓調整模組34之調整端341系可分離地通過一二極體(未圖示)與第一訊號輸出端23連接。
另外，於一些實施例中，充電系統1更可包含繼電器36，其系電連接於電池模組4與充電模組3之間，用以導通或斷開充電模組3與電池模組4間之連線。
第3圖系為第2圖所示之供電設備之細部模組結構示意圖。如第3圖所示，第一開關模組25更可包含第一開關25a及第二開關25b， 第一開關25a系電連接於第一電能傳輸端21之正路徑及第二電能傳輸端22之正路徑之間，第二開關25b系電連接於第一電能傳輸端21之負路徑及第二電能傳輸端22之負路徑之間，第一開關25a及第二開關25b系受供電控制模組24之控制而進行導通或截止之切換。當第一開關25a及第二開關25b導通時，交流電能AC系經由第一電能傳輸端21傳輸至第二電能傳輸端22，當第一開關25a及第二開關25b截止時，交流電能AC便無法經由第一電能傳輸端21傳輸至第二電能傳輸端22。
第4圖系為第2圖所示之直流/直流轉換模組之細部模組結構示意圖。如第4圖所示，直流/直流轉換模組332包含第一開關管Qp1至Qp4、第二開關管Qs1至Qs4及變壓器T，其中第一開關管Qp1至Qp4系電連接於匯流排電容331與變壓器T之初級繞組f1之間，第二開關管Qs1至Qs4系電連接於電池模組4與變壓器T之次級繞組f2之間，第一開關管Qp1至Qp4及第二開關管Qs1至Qs4系受充電控制模組35之控制而進行導通或截止之切換，進而使直流/直流轉換模組332進行反向電能轉換或正向電能轉換。
第5圖系為第2圖所示之連接確認模組之細部模組結構示意圖。如第5圖所示，連接確認模組5包含第三電阻52、第四開關模組53以及RC模組54。其中，第三電阻52與第四開關模組53並聯連接，且第三電阻52與第四開關模組53並聯後之電路之一端系與地線電性連接，RC模組54可由電阻與電容相連接所構成之電路，RC模組54系電連接於第三電阻52與第四開關模組53並聯後之電路之另一端與第二訊號輸出端51之間。
於上述實施例中，給定電壓可為但不限於為12V，第二門檻值可為但不限於為9V，第三門檻值可為但不限於為6V。以下將示範性說明本案之充電系統1的運作。
于充電系統1於啟動，且電池模組4與充電模組3連接後，此時充電模組3之充電控制模組35偵測電池模組4是否有非零電壓，同時偵測到調整端341上之電壓峰值是否為給定電壓。當充電控制模組35偵測到電池模組4不具有一非零電壓或調整端341上之電壓峰值不為給定電壓時，充電控制模組35系判斷充電系統1為異常而產生通知信號。
反之，當充電模組3之充電控制模組35偵測到電池模組4有非零電壓，且因第一訊號輸出端23所輸出之給定電壓系傳送至調整端341而使充電控制模組35偵測到調整端341上之電壓峰值為給定電壓時，充電控制模組35便控制電能轉換模組33之直流/直流轉換模組332進行反向電能轉換，使匯流排電容331藉由電池模組4進行預充電。
當充電控制模組35偵測到匯流排電容331之電壓已因預充電而高於或等於第一門檻值時，充電控制模組35便控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值朝向第二門檻值調整，以對應使第一訊號輸出端23之電壓峰值等於第二門檻值。當訊控制模組35控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值朝向第二門檻值調整，而充電控制模組35偵測到調整端341之電壓峰值不等於第二門檻值時，充電控制模組35系判斷充電系統1為異常而產生通知信號。反之，當充電控制模組35偵測到調整端341之電壓峰值等於第二門檻值，充電控制模組35便判斷充電系統1處於正常工作模式。
此外，供電控制模組24亦根據第一訊號輸出端23之電壓而判斷充電系統1處於正常工作模式，故供電控制模組24便進行自身檢查，當自身檢查無故障後，供電控制模組24係发出為例如9V之脈衝寬度調變訊號至充電控制模組35，使充電控制模組35進行自身狀態檢測，若充電控制模組35檢測無故障並滿足正常工作模式時，充電控制模組35便控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341之電壓 峰值朝第三門檻值調整。而於供電控制模組24偵測到第一訊號輸出端23之電壓等於第三門檻值時，供電控制模組24控制第一開關模組25導通，使交流電能AC由供電設備2之第二電能傳輸端22輸出至第三電能傳輸端31。充電控制模組35便控制電能轉換模組33進行正向電能轉換，使電能轉換模組33將供電設備2輸出之交流電能AC進行轉換而對電池模組4充電。
第6圖系為本案較佳實施例之充電系統之控制方法流程圖，如第6圖所示，首先，執行步驟S1，於電池模組4與充電模組3連接而電能轉換模組33尚未運作時，充電模組3之充電控制模組35偵測電池模組4是否有一非零電壓以及偵測該調整端341上之電壓峰值是否為一給定電壓。若偵測的結果為電池模組4不具有非零電壓或者調整端341上之電壓峰值不為給定電壓時，則執行步驟S50，即充電控制模組35判斷充電系統1為異常而產生通知信號。
反之，若步驟S1的偵測的結果為電池模組4有非零電壓以及調整端341上之電壓峰值為給定電壓時，則執行步驟S2，即充電控制模組35控制直流/直流轉換模組332進行反向電能轉換，以將電池模組4的電能轉換而對匯流排電容331進行預充電。再來於步驟S2執行完後，執行步驟S3，即充電控制模組35偵測匯流排電容331之電壓是否高於或等於第一門檻值。若匯流排電容331之電壓低於第一門檻值，則再次執行步驟S2。反之，若步驟S3的偵測的結果為匯流排電容331之電壓高於或等於第一門檻值時，則執行步驟S4，即充電控制模組35控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341之電壓峰值朝第二門檻值調整。再來於步驟S4執行完後，執行步驟S5，即充電控制模組35偵測調整端341之電壓峰值是否等於第二門檻值。若步驟S5的偵測結果為調整端341之電壓峰值不等於第二門檻值時，則執行步驟S50，即充電控制模組35判 斷充電系統1為異常而產生通知信號。反之，若步驟S5的偵測結果為調整端341之電壓峰值等於第二門檻值時，則執行步驟S6，即充電控制模組35判斷充電系統1處於正常工作模式。
于一些實施例中，於步驟S4中，充電控制模組35系控制第二開關模組342導通，以控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使第一訊號輸出端23之電壓朝第二門檻值調整。
於一些實施例中，如第7圖所示，於步驟S1之前更包含步驟S0，即充電控制模組35偵測第二訊號輸出端51之電壓是否等於設定電壓。若步驟S0的偵測結果為第二訊號輸出端51之電壓符合設定電壓時，則執行步驟S1。反之，若步驟S0的偵結果為第二訊號輸出端51之電壓不符合設定電壓時，則再次執行步驟S0。
於一些實施例中，如第8圖所示，於步驟S1之前更包含步驟S0’。其中即判斷充電系統1是否包含繼電器(例如第2圖所示之繼電器36)。此外，若步驟S0’判斷結果為充電系統1包含繼電器36，則執行步驟S1’，即閉合繼電器36。當步驟S1’執行完後，則執行步驟S1。另外，若步驟S0’判斷結果為充電系統1包含繼電器36，則接續執行步驟S1。
第9圖系為第6圖所示之步驟S5後的控制方法流程圖，如第9圖所示，首先，執行步驟S6，充電模組3進行自身狀態檢測。若步驟S6檢測結果為有故障，則執行步驟S60，即判斷充電系統1為異常而產生通知信號。反之，若步驟S6的檢測結果為無故障，則執行步驟S7，即充電控制模組35控制電壓調整模組34調整調整端341上之電壓峰值，以對應使調整端341之電壓峰值朝第三門檻值調整。再來於步驟S7執行完後，執行步驟S8，即供電控制模組24偵測第一訊號輸出端23之電壓是否等於第三門檻值。若步驟S8的偵測的結果為第一訊號輸出端23之電壓不等於第三門檻值時，則執行步驟S80，即判斷充電系統1為異常而產生通知信號。 反之，步驟S8的若偵測的結果為第一訊號輸出端23之電壓等於第三門檻值時，則執行步驟S9，即供電控制模組24控制第一開關模組25導通。
於一些實施例中，如第10圖所示，於步驟S6及步驟S7之間，更包含步驟S6b，且當步驟S6的檢測結果為無故障時，則執行步驟S6b，充電控制模組35控制第三開關模組345導通，並接續執行步驟S7。
綜上所述，本案揭露一種充電系統及其控制方法，該充電系統於啟動而供電設備與充電模組耦接時，系控制內部之電能轉換模組進行反向電能轉換，以利用電池模組之電能來對匯流排電容進行預充電，如此一來，當供電設備輸出交流電能而電能轉換模組開始進行正向電能轉換，以對電池模組進行充電時，由於匯流排電容之電壓因預充電已達到了預設的電壓值，故交流電能無需較大的電流對匯流排電容進行充電，進而使得啟動衝擊電流得以限制，如此一來，可避免充電系統內部電子器件會因較大的啟動衝擊電流而損壞，且因充電系統無需額外設置交流繼電器與限流電阻，故充電系統之生產成本可降低且不易損壞，更甚者，本案之充電系統更可應用於大功率的環境中。

Claims (20)

  1. 一種充電系統，包含：一供電設備，系包含一第一電能傳輸端、一第二電能傳輸端、一第一訊號輸出端及一供電控制模組，該第一電能傳輸端系接收一交流電能，該供電控制模組接收該第一訊號輸出端之訊號；一連接確認模組，包含一第二訊號輸出端；一電池模組；一充電模組，該充電模組之一第三電能傳輸端系可分離地與該供電設備之該第二電能傳輸端連接，並包含一直流/直流轉換模組、一電壓調整模組、一匯流排電容及一充電控制模組，該直流/直流轉換模組系具有雙向電能轉換功能，電連接於該匯流排電容與該充電模組之一第四電能傳輸端之間，而該第四電能傳輸端系與該電池模組連接，該電壓調整模組之一調整端系可分離地與該第一訊號輸出端連接，該電壓調整模組用以選擇性地調整該調整端上之電壓，該充電控制模組系接收該第二訊號輸出端及該調整端之電壓，且偵測該電池模組之電壓；一主控制模組，系與該充電模組及該第二訊號輸出端連接，用以接收該充電模組的一回饋訊號及該第二訊號輸出端之訊號；其中，於該充電模組與該供電設備連接而該充電控制模組偵測到該電池模組有一非零電壓且偵測到該調整端上之電壓峰值為一給定電壓時，該充電控制模組系控制該直流/直流轉換模組進行反向電能轉換，以將該電池模組的電能轉換而對該匯流排電容進行預充電，且該充電控制模組於偵測到該匯流排電容之電壓高於或等於一第一門檻值時，控制該電壓調整模組調整該調整端上之電壓，以對應使該調整端之電壓朝一第二門檻值調整，且於該供電控制模組偵測到該第一訊號輸出端之電壓等於該第二門檻值時，判斷該充電系統處於一正常工作模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其中該充電控制模組偵測該第二訊號輸出端之電壓，並以該第二訊號輸出端之電壓是否等於一設定電壓來判斷該充電模組是否與該供電設備連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其中該供電設備更包含一第一開關模組，該第一開關模組系電連接於該第一電能傳輸端與該第二電能傳輸端之間，該第一開關模組之一控制端系與該供電控制模組之一第一輸出端電連接，該供電控制模組控制該第一開關模組進行導通或截止之運作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之充電系統，其中當該充電系統處於該正常工作模式時，該充電控制模組控制該電壓調整模組調整該調整端上之電壓，以對應使該調整端之電壓峰值朝一第三門檻值調整，且於該供電控制模組偵測到該第一訊號輸出端之電壓等於該第三門檻值時，該供電控制模組控制該第一開關模組導通。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之充電系統，其中該第一開關模組更包含一第一開關及一第二開關，該第一開關係電連接於該第一電能傳輸端之正路徑及該第二電能傳輸端之正路徑之間，該第二開關係電連接於該第一電能傳輸端之負路徑及該第二電能傳輸端之負路徑之間，該第一開關及該第二開關係受該供電控制模組之控制而進行導通或截止之切換。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其中該充電模組更包含一交流/直流轉換模組，系電連接於該第三電能傳輸端與該匯流排電容之間且與該充電控制模組電連接，該交流/直流轉換模組系受該充電控制模組之控制而將該第三電能傳輸端所接收到之電能轉換為一直流匯流排電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之充電系統，其中該交流/直流轉換模組更包含一無橋功率因數校正模組。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之充電系統，其中該直流/直流轉換模組之運作系受該充電控制模組控制，且該直流/直流轉換模組于進行正向電能轉換時，系將經由該匯流排電容穩壓之該直流匯流排電壓進行轉換，以對該電池模組充電，而該直流/直流轉換模組於進行反向電能轉換時，系將該第四電能傳輸端所接收之該電池模組之電能進行轉換，以對該匯流排電容預充電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之充電系統，其中該直流/直流轉換模組更包含複數個第一開關管、複數個第二開關管及一變壓器，其中該複數個第一開關管系電連接於該匯流排電容與該變壓器之一初級繞組之間，該複數個第二開關管系電連接於該第四電能傳輸端與該變壓器之一次級繞組之間，該複數個第一開關管及該複數個第二開關管系受該充電控制模組之控制而進行導通或截止之切換。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其中該電壓調整模組包含一第一電阻與一第二開關模組，該第一電阻與該第二開關模組系彼此串聯連接，且該第一電阻與該第二開關模組之串聯結構系電連接於一接地端及該調整端之間，其中該第二開關模組受該充電控制模組之控制而進行導通或截止之切換。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之充電系統，其中該充電控制模組於偵測到當該匯流排電容之電壓高於或等於該第一門檻值時，系控制該第二開關模組導通。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之充電系統，其中該電壓調整模組更包含一第二電阻與一第三開關模組，該第二電阻與該第三開關模組系彼此串聯連接，且該第二電阻與該第三開關模組之串聯結構系電連接於該接地端及該調整端之間且與該第一電阻與該第二開關模組之串聯結構並聯連接，其中該第三開關模組受該充電控制模組之控制而進行導通或截止之切換。
  13. 如申請專利範圍第4項所述之充電系統，其中該給定電壓為12V，該第二門檻值為9V，及該第三門檻值為6V。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其還包括一繼電器，與該電池模組及該充電模組電連接。
  15. 一種控制方法，適用於一充電系統，該充電系統包含一供電設備、一充電模組以及一電池模組，該供電設備包含一第一訊號輸出端以及一供電控制模組，該充電模組系可分離地與該供電設備連接，並包含一直流/直流轉換模組、一電壓調整模組、一充電控制模組及一匯流排電容，該直流/直流轉換模組電連接於該匯流排電容與該電池模組之間，該電壓調整模組之一調整端系可分離地通過一二極體與該第一訊號輸出端連接，該電壓調整模組用以選擇性地調整該調整端上之電壓，該電池模組系可分離地與該充電模組連接，該控制方法包含步驟：(a)於該電池模組與該充電模組連接時，該充電控制模組偵測該電池模組是否有一非零電壓以及偵測該調整端上之電壓峰值是否為一給定電壓，若偵測的結果為該電池模組有該非零電壓以及該調整端上之電壓峰值為該給定電壓時則執行步驟(b)，若偵測的結果為該電池模組不具有該非零電壓或者該調整端上之電壓峰值不為該給定電壓時，該充電控制模組判斷該充電系統為異常而產生一通知信號；(b)該充電控制模組控制該直流/直流轉換模組進行反向電能轉換，以將該電池模組的電能轉換而對該匯流排電容進行預充電；(c)該充電控制模組偵測該匯流排電容之電壓是否高於或等於一第一門檻值，若偵測的結果為該匯流排電容之電壓高於或等於該第一門檻值，則執行步驟(d)，若該匯流排電容之電壓低於該第一門檻值，則再次執行步驟(b)；(d)該充電控制模組控制該電壓調整模組調整該調整端上之電壓，以對應使該調整端之電壓峰值朝一第二門檻值調整並執行步驟(e)；(e)該充電控制模組偵測該調整端之電壓是否等於該第二門檻值，若該調整端之電壓峰值等於該第二門檻值，該充電控制模組判斷該充電系統處於一正常工作模式，若該調整端之電壓峰值不等於該第二門檻值，該充電控制模組判斷該充電系統為異常而產生該通知信號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中該充電系統更包含一連接確認模組，且該連接確認模組包含一第二訊號輸出端，而於該步驟(a)之前更包含一步驟(a0)，該充電控制模組偵測該第二訊號輸出端之電壓峰值，以於該第二訊號輸出端之電壓峰值符合一設定電壓時判斷該充電模組系與該供電設備連接而執行該步驟(a)，否則再次執行步驟(a0)。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中於該步驟(a)之前更包含一步驟(a1)，該充電系統判斷是否包含一繼電器，其中該繼電器串聯於該充電模組與該電池模組之間，若該步驟(a1)的判斷結果為包含該繼電器，則閉合該繼電器後執行步驟(a)，否則直接執行步驟(a)。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中該電壓調整模組更包含一第一電阻與一第二開關模組，該第一電阻與該第二開關模組系彼此串聯連接，且該第一電阻與該第二開關模組之串聯結構系電連接於一接地端及該調整端之間，於該步驟(d)中，若偵測的結果為該匯流排電容之電壓高於或等於該第一門檻值，該充電控制模組系控制該第二開關模組導通，以控制該電壓調整模組調整該調整端上之電壓峰值，以對應使該調整端之電壓朝該第二門檻值調整。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中該供電設備更包含一第一電能傳輸端、一第二電能傳輸端以及一第一開關模組，該第一電能傳輸端系接收一交流電能，該第二電能傳輸端系可分離地與該充電模組連接，該第一開關模組系電連接於該第一電能傳輸端與該第二電能傳輸端之間，且於該步驟(e)中該充電控制模組判斷該充電系統處於該正常工作模式後，更於該步驟(e)後包含步驟：(f)該充電模組進行自身狀態檢測，若檢測結果為無故障，則執行步驟(g)，否則判斷該充電系統為異常而產生該通知信號；(g)該充電控制模組控制該電壓調整模組調整該調整端上之電壓，以對應使該調整端之電壓峰值朝一第三門檻值調整；以及(h)該供電控制模組偵測該第一訊號輸出端之電壓峰值是否等於該第三門檻值，若偵測的結果為該第一訊號輸出端之電壓等於該第三門檻值時，該供電控制模組控制該第一開關模組導通，若偵測的結果為該第一訊號輸出端之電壓峰值不等於該第三門檻值時，則判斷該充電系統為異常而產生一通知信號。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中該電壓調整模組更包含一第二電阻與一第三開關模組，該第二電阻與該第三開關模組系彼此串聯連接，且該第二電阻與該第三開關模組之串聯結構系電連接於一接地端及該調整端之間，其中於該步驟(f)中，若檢測結果為無故障，則執行步驟(f1)，該充電控制模組控制該第三開關模組導通，並接續執行該步驟(g)。
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