TWI726618B

TWI726618B - 電動車電源迴路控制系統及其控制方法

Info

Publication number: TWI726618B
Application number: TW109104667A
Authority: TW
Inventors: 曾威婷
Original assignee: 三陽工業股份有限公司
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-05-01
Also published as: TW202131315A

Abstract

本發明係有關於一種電動車電源迴路控制系統及其控制方法，連接一主開關單元之電動車電源迴路控制系統包括有大電池單元、控制器單元、電源轉換單元、小電池單元、第一開關、第二開關以及開關控制單元。控制器單元電連接大電池單元，用以控制一馬達驅動單元之作動與否。電源轉換單元電連接大電池單元，用以轉換大電池單元之輸出電壓，以符合負載單元之電壓需求。小電池單元電連接電源轉換單元及負載單元。第一開關設置於電源轉換單元與小電池單元之間，第二開關設置於小電池單元與至少一負載單元之間。藉此，本發明具備電池預充電保護功能，有效避免大電流的突波情況發生，亦可減少整車電源的消耗，達到負載電源的控制功能。

Description

電動車電源迴路控制系統及其控制方法

本發明係關於一種電動車電源迴路控制系統及其控制方法，尤指一種適用於電力驅動之電動車電源迴路控制系統及其控制方法。

習知的電動車電源迴路系統，大部份都是由一個主要電池當作整車系統的電源供給，但因為有些電動車系統的控制器單元內部或電源轉換單元內都有電容器零件作為系統操作時的穩壓設計應用，所以大電池單元在上電瞬間若不做適當控制會造成有突波電流的情況發生，有可能會導致系統的穩定度受到影響，所以在電動車電源迴路系統的習知技術中，大電池單元做預充電的方式將系統上的電容器充飽電是很常見的方式。

請參閱圖3。係第一習知電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。圖中出示一般的電動車電源迴路系統架構，連接一主開關單元960，主要包括有一大電池單元92、一控制器單元93以及一電源轉換單元94。大電池單元92由主開關單元960控制大電池單元92的電源輸出與否，作為整車電源之控制樞紐。控制器單元93電連接大電池單元92，用以控制一馬達驅動單元931之作動與否，控制器單元93內會有多組電容器元件進行車輛驅動時的穩壓功能。電源轉換單元94 電連接大電池單元92，用以轉換大電池單元92之輸出電壓，以符合二負載單元981,982之電壓需求，如12伏特電壓可供車燈、儀錶等低壓類型負載所使用。

其中，習知電動車電源迴路系統架構在電源轉換單元94後端並無控制迴路，所以當大電池單元92在為控制器單元93與電源轉換單元94內的電容器進行充電時，電源轉換單元94後端的負載單元981,982同時也會將預充電的能量給消耗掉，如此大電池單元92在電源開啟時所做的預充電功能就較難將電容器充飽電，在大電池單元92做完預充電的下一階段大電投入時就會因為電容未充飽電，而產生大電流的突波雜訊等情況。

請參閱圖4，係大電池單元之電壓-時間之對應圖。如圖所示，大電池單元92的作動方式主要可分為二階段，當收到主開關單元導通訊號時，第一階段大電池單元92會先做預充電功能，主要目的是透過小電流將系統上諸如控制器單元93內部與電源轉換單元94上的電容器充飽電，當做完預充電功能會進入第二階段的大電投入並進入系統正常工作階段，此階段主要是導通大電池單元92內部的放電開關，也就是可以正常輸出電源給車輛使用的階段。

接著，請參閱圖5，係第二習知電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。如圖所示，為一般解決大電池單元92預充電過程中電源不被消耗的電動車電源迴路，一般都會在電源轉換單元94後端增設一第一開關961，用以暫時切斷與耗電的負載單元981,982之間的聯繫，待完成預充電後才將負載單元981,982重新投入，也因為在預充電時切斷後端的負載單元981,982，大電池單元2的預充電功能就可以將控制器單元93與電源轉換單元94內的電容器給充飽電，所以在大電投入時就不會有大電流的突波情況發生。

雖然改良後的電源控制迴路可以改善車輛主開關單元960導通時預充電的負載耗電問題，但其改善方式只對於在整車啟動時，才有控制作用，對於車輛主開關單元960斷電後是無法再對任何負載單元981,982進行控制，因為車輛主開關單元960斷電後大電池單元92就不輸出電源，所以電源轉換單元94無輸入電源，便無法輸出電源給負載單元981,982使用。

發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之電動車電源迴路控制系統及其控制方法，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種電動車電源迴路控制系統，藉由在電源轉換單元後端設置有二開關元件及一小電池單元，俾能給予電池預充電保護功能，有效避免大電流的突波情況發生，亦可減少整車電源的消耗，達到負載電源的控制功能。

為達成上述目的，本發明之電動車電源迴路控制系統連接一主開關單元，包括有一大電池單元、一控制器單元、一電源轉換單元、一小電池單元、一第一開關、一第二開關以及一開關控制單元。

大電池單元由主開關單元控制大電池單元的電源輸出與否，作為整車電源之控制樞紐。控制器單元電連接大電池單元，用以控制一馬達驅動單元之作動與否，控制器單元內會有多組電容器元件進行車輛驅動時的穩壓功能。電源轉換單元電連接大電池單元，用以轉換大電池單元之輸出電壓，以符合至少一負載單元之電壓需求。小電池單元電連接電源轉換單元及至少一負載單元，用以提供低壓系統負載的電源功能。第一開關設置於電源轉換單元與小電池單元之間，用以保護大電池單元在預充電階段至系統正常工作階段前的電能不會被消耗。第二開關設置於小電池單元與至少一負載單元之間，開關控制單元電連接小電池單元，故可由小電池單元直接供電給至少一負載單元，達到主開關單元在未導通的情況下，至少一負載單元仍可進行供電與控制。

藉由上述設計，本發明之電動車電源迴路控制系統除了可以在主開關單元導通的情況下達到保護預充電的功能之外，更可以在主開關單元未導通的情況下進行負載的控制及行為處理，擴展電動車電源及負載電源的應用層面，有效提升電動車電源迴路控制系統之整體效能。

上述第一開關及該第二開關可為繼電器、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、矽控整流器(SCR)或絕緣柵雙極電晶體(IGBT)之電子開關元件。藉此，上述電子開關元件皆可受開關控制單元的控制進行切換，以掌握電源迴路控制系統之控制時序。

上述主開關單元係用以控制大電池單元的電源輸出與否，其控制方式可為電氣訊號或通訊訊號。藉此，可透過不同的主開關單元之電氣訊號或通訊訊號，以提供電動車電源迴路控制系統進行掌控與判斷。

上述至少一負載單元可為儀錶或燈光負載之低壓負載，藉由電源轉換單元將高電壓轉換成低電壓後，適用於各類型之低壓負載。

上述小電池單元可為鉛酸電池或鋰電池，鉛酸電池價格低廉且可回收逆修復，鋰電池重量輕體型小且耐充放電性較佳，故可根據不同的車款及需求，選用合適的電池類型。

本發明之另一目的係在提供一種電動車電源迴路控制方法，主要係透過上述電動車電源迴路控制系統來執行本控制方法，該控制方法包含下列步驟：(A)導通主開關單元； (B)大電池單元進行一預充作業；(C)判斷預充作業是否完成，若是則執行步驟(D)，若否則重複執行步驟(C)；(D)開關控制單元控制導通第一開關與第二開關；(E)判斷主開關單元是否未導通，若是則執行步驟(F)，若否則重複執行步驟(E)；以及(F)開關控制單元控制不導通第一開關與第二開關。

上述執行該步驟(F)後可更包括一步驟(G)開關控制單元判斷至少一負載單元是否需要電源供應，若是則執行步驟(H)開關控制單元控制導通第二開關，若否則重複執行步驟步驟(G)。藉此，本發明之負載單元仍可在主開關單元未導通的情況下，做一些控制或車輛斷電後的行為處理，以改善整車斷電後無法再使用負載單元之不便利處。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

1:電動車電源迴路控制系統

2,92:大電池單元

3,93:控制器單元

31,931:馬達驅動單元

4,94:電源轉換單元

5:小電池單元

60,960:主開關單元

61,961:第一開關

62:第二開關

7:開關控制單元

81,82,981,982:負載單元

A-H:步驟

圖1係本發明一較佳實施例之電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。

圖2係本發明一較佳實施例之電動車電源迴路控制方法之流程圖。

圖3係第一習知電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。

圖4係大電池單元之電壓-時間之對應圖。

圖5係第二習知電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。

請參閱圖1，係本發明一較佳實施例之電動車電源迴路控制系統之系統架構圖。圖中出示一種連接有一主開關單元60之電動車電源迴路控制系統1，包括有一大電池單元2、一控制器單元3、一馬達驅動單元31、一電源轉換單元4、一小電池單元5、一第一開關61、一第二開關62、一開關控制單元7以及二負載單元81,82。

大電池單元2由主開關單元60控制大電池單元2的電源輸出與否，作為整車電源之控制樞紐。控制器單元3電連接大電池單元2，用以控制一馬達驅動單元31之作動與否，控制器單元3內會有多組電容器元件進行車輛驅動時的穩壓功能，使得車輛可穩定地前進與後退。電源轉換單元4電連接大電池單元2，用以轉換大電池單元2之輸出電壓，在本實施例中，大電池單元2之輸出電壓係為48伏特，並藉由電源轉換單元4將原先48伏特之輸出電壓，轉變為可供負載單元81,82使用之12伏特低壓，使每一負載單元81,82可正常作業。

再者，上述電源轉換單元4後端串接第一開關61及第二開關62，並在第一開關61與第二開關62間加入小電池單元5。小電池單元5電連接一開關控制單元7，使小電池單元5可常時供電給開關控制單元7，用以控制第一開關61與第二開關62之切換時點，使得電源迴路控制系統得以兼顧大電池單元2的預充作業及負載單元81,82的正常運作。第二開關62分別電連接二負載單元81,82，在本實施例中所述之負載單元81,82並不限制為二負載單元81,82，亦可為單一負載單元或多個負載單元，其中，所述負載單元81,82係指的是車輛上的儀錶、燈光負載等低壓負載。

在本實施例中，第一開關61的主要功能就是用來保護大電池單元2在預充電階段至系統正常工作階段前的電能不會被消耗，所以雖然此架構多一個小電池單元5的負載可能在預充電消耗電能，但只要透過第一開關61的控制就可以達到保護大電池單元2預充電能不被消耗的目的。此外，第二開關62的主要功能在於避免車輛在主開關單元60未導通的情況下，負載單元81,82無法再做任何其他的應用與控制，使得此系統架構有其不便利處存在。因此，配合後述的電源迴路控制方法，本發明將可以達到在車輛斷電的情況下，負載單元81,82還是可以進行供電與進行控制，不被主開關單元60的導通與否所設限。

本實施例所述之第一開關61及第二開關62係為繼電器、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、矽控整流器(SCR)或絕緣柵雙極電晶體(IGBT)之電子開關元件。藉此，上述電子開關元件皆可受開關控制單元7的控制進行切換，以掌握電源迴路控制系統之控制時序。本實施例所述之小電池單元5主要用來提供低壓系統負載的電源功能，係為鉛酸電池或鋰電池，鉛酸電池價格低廉且可回收逆修復，鋰電池重量輕體型小且耐充放電性較佳，故可根據不同的車款及需求，選用合適的電池類型，但不限於此，亦可選用其他類型之充電電池。

接著，請參閱圖2，係本發明一較佳實施例之電動車電源迴路控制方法之流程圖。如圖所示，主要係透過上述電動車電源迴路控制系統1來執行本控制方法，該控制方法包含下列步驟：(A)導通主開關單元60，此時大電池單元2接收到主開關單元60導通訊號；(B)大電池單元2進行一預充作業，此時大電池單元2將針對控制器單元3及電源轉換單元4內的電容進行預充作業，以避免電源投入時大電流所產生的突波情況發生；(C)判斷預充作業是否完成，若是則執行步驟(D)，若否則重複執行步驟(C)，此時等待控制器單元3及電源轉換單元4內的電容充電完畢，即可進行下一步驟；(D)開關控制單元7控制導通第一開關61與第二開關62，此時負載單元81,82將獲得電源供給，可正常運作；(E)判斷主開關單元60是否未導通，若是則執行步驟(F)，若否則重複執行步驟(E)，此時將隨時判斷使用者是否將主開關單元關閉；(F)開關控制單元7控制不導通第一開關61與第二開關62，此時負載單元81,82將不再消耗整車電源，且可避免下次主開關單元60導通時負載單元81,82對電源轉換單元4進行抽載，亦即負載單元81,82對電源轉換單元4進行「消耗電源能量」之行為，而造成大電池單元2預充電失敗。

上述步驟雖然可以達到保護預充電的功能，但因為上述架構在大電池單元2斷電後整個系統將無電源供應，所以在車輛主開關單元60關閉後負載單元81,82是無法再做任何其他的應用與控制。故為解決此問題，本發明於步驟(F)後更包括一步驟(G)開關控制單元7判斷二負載單元81,82是否需要電源供應，若是則執行步驟(H)開關控制單元7控制導通第二開關62，若否則重複執行步驟(G)。藉此，在車輛主開關單元未導通的情況下導通第二開關62，二負載單元81,82就可以透過第二開關62連接到小電池單元5，由小電池單元5供電給二負載單元81,82電源，故二負載單元81,82還是可以做一些控制或車輛斷電後的行為處理，增進使用上的便利性。

舉例來說，若車輛需要燈光的迎賓或尋車燈光導引系統，這時若負載單元81,82為電燈系統，燈光控制系統就可以利用第二開關62控制燈光電源，進而達到燈光的迎賓或尋車燈光導引功能需求；再者，若車輛有主開關單元60關閉後的防盜定位需求，則負載單元81,82可以為一GPS搭載4G通訊系統的定位防盜裝置，在第二開關62導通的情況下，所述定位防盜裝置就可以透過小電池單元 5獲得在車輛主開關單元60關閉後所需的工作電源，進而可以達到防盜功能需求。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1:電動車電源迴路控制系統

2:大電池單元

3:控制器單元

31:馬達驅動單元

4:電源轉換單元

5:小電池單元

60:主開關單元

61:第一開關

62:第二開關

7:開關控制單元

81,82:負載單元

Claims

一種電動車電源迴路控制系統，連接一主開關單元，包括有：一大電池單元，由該主開關單元控制該大電池單元的電源輸出與否；一控制器單元，電連接該大電池單元，用以控制一馬達驅動單元之作動與否；一電源轉換單元，電連接該大電池單元，用以轉換該大電池單元之輸出電壓，以符合至少一負載單元之電壓需求；一小電池單元，電連接該電源轉換單元及該至少一負載單元；一第一開關，設置於該電源轉換單元與該小電池單元之間；一第二開關，設置於該小電池單元與該至少一負載單元之間；以及一開關控制單元，電連接該小電池單元。
如請求項1所述之電動車電源迴路控制系統，其中，該第一開關及該第二開關係為繼電器、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、矽控整流器(SCR)或絕緣柵雙極電晶體(IGBT)之電子開關元件。
如請求項1所述之電動車電源迴路控制系統，其中，該主開關單元之控制方式係為電氣訊號或通訊訊號。
如請求項1所述之電動車電源迴路控制系統，其中，該至少一負載單元係為儀錶或燈光負載之低壓負載。
如請求項1所述之電動車電源迴路控制系統，其中，該小電池單元係為鉛酸電池或鋰電池。
一種電動車電源迴路控制方法，該方法使用於一連接一主開關單元之電動車電源迴路控制系統上，其包括有一大電池單元、一控制器單元、一電源轉換單元、一小電池單元、一第一開關、一第二開關以及一開關控制單元，該大電池單元由該主開關單元控制該大電池單元的電源輸出與否，該控制器單元電連接該大電池單元，用以控制一馬達驅動單元之作動與否，該電源轉換單元電連接該大電池單元，用以轉換該大電池單元之輸出電壓，以符合至少一負載單元之電壓需求，該小電池單元電連接該電源轉換單元及該至少一負載單元，該第一開關設置於該電源轉換單元與該小電池單元之間，該第二開關設置於該小電池單元與該至少一負載單元之間，該開關控制單元電連接該小電池單元，該電動車電源迴路控制方法包含下列步驟：(A)導通該主開關單元；(B)該大電池單元進行一預充作業；(C)判斷該預充作業是否完成，若是則執行步驟(D)，若否則重複執行步驟(C)；(D)該開關控制單元控制導通該第一開關與該第二開關；(E)判斷該主開關單元是否未導通，若是則執行步驟(F)，若否則重複執行步驟(E)；以及(F)該開關控制單元控制不導通該第一開關與該第二開關。
如請求項6所述之電動車電源迴路控制方法，其中，執行該步驟(F)後更包括一步驟(G)該開關控制單元判斷該至少一負載單元是否需要電源供應，若是則執行步驟(H)該開關控制單元控制導通該第二開關，若否則重複執行步驟(G)。