TWI763415B - 電源系統之控制方法 - Google Patents

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曾威婷
林格致
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Abstract

本發明係有關於一種電源系統之控制方法，係用於一電動車輛上，該電動車輛包括有一主電池、一馬達控制器、一降壓裝置、一常時電池以及一車輛負載。主電池通訊連接一控制單元，常時電池係以一充電電源開關電連接降壓裝置，車輛負載係以一負載電源開關電連接降壓裝置及常時電池。其中，當常時電池電量充足時，車輛啟動過程可優先啟動車輛負載，以達到最短時間啟動車輛與點亮前、後車燈優先提供前後來車之警示功用；當常時電池電量不足時，則優先導通充電電源開關，使常時電池可先充電並於負載電源開關導通時，再以降壓裝置輸出的電源提供車輛負載使用。藉此，確保常時電池電量充足承受車輛負載的電能消耗，且避免因過度消耗而無法提供控制單元足夠電力喚醒主電池，進而無法正常啟動車輛。

Description

電源系統之控制方法
本發明係關於一種電源系統之控制方法，尤指一種適用於電動車輛之電源系統之控制方法。
在習知技術中，具備電源開關導通功能的電動車輛，一般會透過複數開關控制電能供給順序，並有一固定流程進行通電之功能，使電動車輛整車具備妥當電源可正常行駛。
然而 ，若僅設定好特定的電源導通流程，例如：在常時電池電量不足時，仍經由控制單元控制導通電源負載開關，使車輛負載與常時電池間電連結，使車輛燈系點亮，此時則會額外造成電壓降低，進而可能使開關形式為繼電器或金氧半場效電晶體之開關控制的電壓不足，造成無法控制開關導通，進而無法正常啟動車輛。
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源系統之控制方法，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源系統之控制方法，藉由預先偵測電動車輛常時電池的電量狀態，調整電源系統之使用順序，以確保常時電池電量充足可確實導通負載電源開關，並可承受車輛負載的電能消耗，避免因過度消耗而無法提供控制單元足夠電力喚醒主電池，進而無法正常啟動車輛。
為達成上述目的，本發明之電源系統之控制方法係用於一電動車輛上，該電動車輛包括有一主電池、一馬達控制器、一降壓裝置、一常時電池以及一車輛負載。主電池通訊連接一控制單元；馬達控制器電連接一馬達及主電池；降壓裝置電連接主電池；常時電池係以一充電電源開關電連接降壓裝置，充電電源開關之導通與否係由控制單元所控制；車輛負載係以一負載電源開關電連接降壓裝置及常時電池，負載電源開關之導通與否係由控制單元所控制。其中，電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟： (A1)電動車輛經駕駛者啟動車輛，並執行步驟(B1)； (B1)接收到啟動訊號之控制單元將喚醒主電池，開始對於馬達控制器電容及降壓裝置預充電，並判斷該常時電池之電壓是否大於一正常電壓，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)； (C1)導通負載電源開關，使車輛負載開始正常運作，並執行步驟(D1)； (D1)判斷主電池預充電是否完成，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)； (E1)導通充電電源開關，使降壓裝置的電源可對常時電池進行充電及供應給車輛負載，並執行步驟(F)； (C2)判斷主電池預充電是否完成，若是則執行步驟(D2)，若否則重複執行步驟(C2)； (D2) 導通充電電源開關，使降壓裝置的電源可優先對常時電池進行充電，並經一延遲時間後執行步驟(E2)； (E2)導通負載電源開關，使車輛負載開始正常運作，並執行步驟(F)；以及 (F)電動車輛正常運行。
本發明之另一電源系統之控制方法係用於一電動車輛上，該電動車輛包括有一主電池、一馬達控制器、一行車電腦、一降壓裝置、一常時電池以及一車輛負載。主電池通訊連接一控制單元；馬達控制器電連接一馬達及主電池；行車電腦通訊連接主電池及馬達控制器；降壓裝置電連接主電池；常時電池係以一充電電源開關電連接降壓裝置，充電電源開關之導通與否係由控制單元所控制；車輛負載係以一負載電源開關電連接降壓裝置及常時電池，負載電源開關之導通與否係由控制單元所控制。其中，電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟： (A2)電動車輛未經駕駛者啟動車輛，且行車電腦排程進入檢測狀態，並執行步驟(B2)； (B2)判斷常時電池之電壓是否小於一異常電壓，若是則執行(C3)，若否則執行步驟(H)； (C3)控制單元將喚醒主電池，開始對於馬達控制器電容及降壓裝置預充電，並判斷主電池是否預充電完成，若是則執行步驟(D3)，若否則重複執行步驟(C3)； (D3) 導通充電電源開關，使降壓裝置的電源可對常時電池進行充電，並執行步驟(E3)； (E3)判斷常時電池之電壓是否大於一適切電壓，若是則執行步驟(G)，若否則重複執行步驟(E3)； (G)關閉充電電源開關及主電池，並執行步驟(H)；以及 (H)行車電腦進入休眠，等待下回排程檢測。
上述主電池可為48伏特之鉛酸電池、鋰電池或能量電容；上述常時電池可為12伏特之鉛酸電池、鋰電池或能量電容，其用以儲存電能，並不受限於特定的電池型式。
上述充電電源開關及負載電源開關可分別為繼電器、金氧半場效電晶體 (MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)或矽控整流器(SCR)，並不受限於特定的開關型式。
上述控制單元可透過通訊訊號或電壓訊號喚醒主電池，藉以進行後續的預充電作業，以利電動車輛的正常啟動。
上述正常電壓可為10伏特;上述異常電壓可為8伏特；上述適切電壓可為11伏特，可因使用不同的電能儲存裝置而有不同的電壓判斷閥值，並不受限於特定的電壓判斷閥值。
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。
請參閱圖1，係本發明電動車輛之系統配置圖。圖中出示一種電動車輛1，主要包括有一主電池2、一馬達控制器3、一降壓裝置4、一常時電池5、一車輛負載6以及一行車電腦7。
在本實施例中，主電池2係使用一48伏特之鋰電池，但不以此為限，亦可使用鉛酸電池或能量電容等其他形式之電能儲存裝置，藉以提供電源給馬達控制器3。主電池2通訊連接一控制單元21，如圖所示，本實施例之控制單元21係設置於行車電腦7中，但不以此為限，亦可設計為獨立運作之控制裝置，或另將其與馬達控制器3或其他裝置整合在一起。其中，所述控制單元21係以常時電池5作為其電力來源，可透過通訊訊號或電壓訊號喚醒主電池2，藉以進行後續的預充電作業並與馬達控制器3溝通，以利電動車輛的正常啟動。馬達控制器3電連接一馬達31及主電池2，用於驅動馬達31產生車輛前進動力。行車電腦7係為一整車控制器(Vehicle Control Unit, VCU)，通訊連接主電池2及馬達控制器3，作為電動車輛1之綜合協調控制，並進行常時電池5之排程檢測，本實施例所述之通訊連接係透過控制器區域網路(Controller Area Network Bus, CANbus)進行資料傳輸。降壓裝置4在本實施例中係為一直流-直流轉換器，電連接主電池2，故可將48伏特電壓轉換為12伏特電壓，對常時電池5補充電力。
在本實施例中，常時電池5係使用一12伏特之鋰電池，但不以此為限，亦可使用鉛酸電池或能量電容等其他形式之電能儲存裝置，常時電池5係以一充電電源開關S1電連接降壓裝置4，該充電電源開關S1負責導通上述裝置之兩端，控制降壓裝置4的電源可經由充電電源開關S1導通對常時電池5充電，而控制電源開關S1之導通與否係由控制單元21所控制。此外，車輛負載6可為電動車輛1之燈具或儀表等元件，係以一負載電源開關S2電連接降壓裝置4及常時電池5，該負載電源開關S2可控制常時電源5對車輛負載6提供12伏特之電源電力，使車輛負載6如燈系與其他周邊裝置等可正常運作，而負載電源開關S2之導通與否係由控制單元21所控制。其中，充電電源開關S1及負載電源開關S2可分別為繼電器、金氧半場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT或矽控整流器(SCR)，並不受限於特定的開關型式。
請參閱圖2，係本發明第一實施例之電動車輛之電源系統之控制方法之流程圖。如圖所示，本發明之電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟： (A1)電動車輛1經駕駛者啟動車輛，並執行步驟(B1)，當駕駛者經由鑰匙或開關啟動車輛時，啟動訊號將進入常時帶電的控制單元21。(B1)接收到啟動訊號之控制單元21將經由前述之控制器區域網路(CANbus)通訊系統喚醒主電池2，使主電池2開始對於馬達控制器3電容及降壓裝置4預充電，並判斷常時電池5之電壓是否大於一正常電壓，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)，在本實施例中所述正常電壓係為10伏特，但不以此為限，亦可根據常時電池5之電容量變更數值。
(C1)導通負載電源開關S2，使車輛負載6開始正常運作，如點亮電動車輛1之前、後車燈，可優先提供前後來車之警示功用，並執行步驟(D1)。 (D1)判斷主電池2預充電是否完成，在本實施例中，當電量達到約42伏特以上即可判定完成預充電，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)。(E1)導通充電電源開關S1，使降壓裝置4的電源可對常時電池5進行充電及供應給車輛負載6，並執行步驟(F)，因預充電時電力較小，若於預充電時即導通充電電源開關S1，會無法完成主電池2之預充電功能，故須先判定預充電確實完成才可導通充電電源開關S1。(F)電動車輛正常運行，完成在常時電池5電壓充足時之電動車輛的開機流程。
然而，當控制單元21判斷常時電池5的電壓為非正常狀態下時(10伏特以下)，則需先(C2)判斷主電池2預充電是否完成，若是則執行步驟(D2)，若否則重複執行步驟(C2)。(D2)導通充電電源開關S1，使降壓裝置4的電源可優先對常時電池5進行充電，並經一延遲時間後執行步驟(E2)，所述延遲時間可為0~2秒。(E2)導通負載電源開關S2，使車輛負載6開始正常運作，並執行步驟(F)。(F)電動車輛正常運行，完成在常時電池5電壓不足時之電動車輛的開機流程。
藉由上述流程設計，本發明之優點在於當常時電池5電量充足時，車輛啟動過程可優先啟動車輛負載6，以達到最短時間啟動車輛與點亮前、後車燈優先提供前後來車之警示功用；相對地，當常時電池5電量不足、可能無法先導通車輛負載6再使充電電源開關S1導通時，則優先導通充電電源開關S1，使常時電池5可先充電並於負載電源開關S2導通時，再以降壓裝置4輸出的電源提供車輛負載6使用。
請參閱圖3，係本發明第二實施例之電動車輛之電源系統之控制方法之流程圖。如圖所示，本發明之電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟：(A2)電動車輛1未經駕駛者啟動車輛，且行車電腦7排程進入檢測狀態，並執行步驟(B2)，當電動車輛1若因閒置過久沒有使用，因常時電池5有自耗電或因控制單元21常時帶電的緩慢損耗而出現常時電池5電壓嚴重不足的問題，須另設定檢測排程，在電動車輛1未啟動的狀態下定時進行電量檢測。(B2)判斷常時電池5之電壓是否小於一異常電壓，若是則執行(C3)，若否則執行步驟(H)，所述異常電壓在本實施例係為8伏特，但不以此為限，亦可根據常時電池5之電容量變更數值。(C3)控制單元21將喚醒主電池2，開始對於馬達控制器3電容及降壓裝置4預充電，並判斷主電池2是否預充電完成，若是則執行步驟(D3)，若否則重複執行步驟(C3)。(D3)導通充電電源開關S1，使降壓裝置4的電源可對常時電池5進行充電，避免常時電池5電力耗盡，無法啟動電動車輛1，並執行步驟(E3)。(E3)判斷常時電池5之電壓是否大於一適切電壓，若是則執行步驟(G)，若否則重複執行步驟(E3)，所述適切電壓在本實施例係為11伏特，但不以此為限，亦可根據常時電池5之電容量變更數值。(G)控制單元21將命令關閉充電電源開關S1及主電池2，完成電動車輛1在未啟動下對常時電池5之充電作業，並執行步驟(H)。(H)行車電腦7進入休眠，等待下回排程檢測。
藉由上述流程設計，本發明之控制單元21可依不同機種或不同容量之常時電池5，設定排程檢查所述常時電池5之電壓，例如可設定每日、每周或其他長度時間之檢查排程，可有效避免電動車輛1因閒置過久沒有使用，而使常時電池5電力耗盡，無法啟動車輛的問題。
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:電動車輛 2:主電池 21:控制單元 3:馬達控制器 31:馬達 4:降壓裝置 5:常時電池 6:車輛負載 7:行車電腦 S1:充電電源開關 S2:負載電源開關 A1-H:步驟
圖1係本發明電動車輛之系統配置圖。 圖2係本發明第一實施例之電動車輛之電源系統之控制方法之流程圖。 圖3係本發明第二實施例之電動車輛之電源系統之控制方法之流程圖。
A1-F:步驟

Claims (9)

  1. 一種電源系統之控制方法，係用於一電動車輛上，該電動車輛包括有： 一主電池，通訊連接一控制單元； 一馬達控制器，電連接一馬達及該主電池； 一降壓裝置，電連接該主電池； 一常時電池，係以一充電電源開關電連接該降壓裝置，該充電電源開關之導通與否係由該控制單元所控制；以及 一車輛負載，係以一負載電源開關電連接該降壓裝置及該常時電池，該負載電源開關之導通與否係由該控制單元所控制； 其中，該電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟： (A1)該電動車輛經駕駛者啟動車輛，並執行步驟(B1)； (B1)接收到啟動訊號之該控制單元將喚醒該主電池，開始對於該馬達控制器電容及該降壓裝置預充電，並判斷該常時電池之電壓是否大於一正常電壓，若是則執行步驟(C1)，若否則執行步驟(C2)； (C1)導通該負載電源開關，使該車輛負載開始正常運作，並執行步驟(D1)； (D1)判斷該主電池預充電是否完成，若是則執行步驟(E1)，若否則重複執行步驟(D1)； (E1)導通該充電電源開關，使該降壓裝置的電源可對該常時電池進行充電及供應給該車輛負載，並執行步驟(F)； (C2)判斷該主電池預充電是否完成，若是則執行步驟(D2)，若否則重複執行步驟(C2)； (D2) 導通該充電電源開關，使該降壓裝置的電源可優先對該常時電池進行充電，並經一延遲時間後執行步驟(E2)； (E2)導通該負載電源開關，使該車輛負載開始正常運作，並執行步驟(F)；以及 (F)該電動車輛正常運行。
  2. 一種電源系統之控制方法，係用於一電動車輛上，該電動車輛包括有： 一主電池，通訊連接一控制單元； 一馬達控制器，電連接一馬達及該主電池； 一行車電腦，通訊連接該主電池及該馬達控制器； 一降壓裝置，電連接該主電池； 一常時電池，係以一充電電源開關電連接該降壓裝置，該充電電源開關之導通與否係由該控制單元所控制；以及 一車輛負載，係以一負載電源開關電連接該降壓裝置及該常時電池，該負載電源開關之導通與否係由該控制單元所控制； 其中，該電動車輛電源系統之控制方法包括下列步驟： (A2)該電動車輛未經駕駛者啟動車輛，且該行車電腦排程進入檢測狀態，並執行步驟(B2)； (B2)判斷該常時電池之電壓是否小於一異常電壓，若是則執行(C3)，若否則執行步驟(H)； (C3)該控制單元將喚醒該主電池，開始對於該馬達控制器電容及該降壓裝置預充電，並判斷該主電池是否預充電完成，若是則執行步驟(D3)，若否則重複執行步驟(C3)； (D3) 導通該充電電源開關，使該降壓裝置的電源可對該常時電池進行充電，並執行步驟(E3)； (E3)判斷該常時電池之電壓是否大於一適切電壓，若是則執行步驟(G)，若否則重複執行步驟(E3)； (G)關閉該充電電源開關及該主電池，並執行步驟(H)；以及 (H)該行車電腦進入休眠，等待下回排程檢測。
  3. 如請求項1或請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該主電池係為48伏特之鉛酸電池、鋰電池或能量電容。
  4. 如請求項1或請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該常時電池係為12伏特之鉛酸電池、鋰電池或能量電容。
  5. 如請求項1或請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該充電電源開關及負載電源開關係分別為繼電器、金氧半場效電晶體 (MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)或矽控整流器(SCR)。
  6. 如請求項1或請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該控制單元係透過通訊訊號或電壓訊號喚醒該主電池。
  7. 如請求項1所述之電源系統之控制方法，其中，該正常電壓係為10伏特。
  8. 如請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該異常電壓係為8伏特。
  9. 如請求項2所述之電源系統之控制方法，其中，該適切電壓係為11伏特。
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