TWI798090B - 車用２４伏特超級電容升壓救援裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種車用24伏特超級電容升壓救援裝置及其控制方法，該救援裝置電性連接於一車用電池組與一車用電控裝置並聯的電路系統；該救援裝置包括：一升壓模組、一超級電容模組、一第一繼電器、一第二繼電器、一第三繼電器、一第一正極迴路、一第二正極迴路、一負極迴路以及一救援控制模組；該救援控制模組依據該車用電池組的低電壓狀況，通過第二正極迴路向該車用電池組取電，經由升壓模組升壓對超級電容模組充電。充飽電的超級電容模組通過第一正極迴路供電啟動車用電控裝置達到救援目的。

Description

車用24伏特超級電容升壓救援裝置及其控制方法
本發明涉及車用24伏特備援電力之技術領域。
目前的工業車輛或大型車輛通常採用24V蓄電池供電，24V蓄電池為兩顆12V蓄電池串聯組成，並且單純依靠蓄電池提供車輛起動馬達所需電能。若出現漏電或任一顆蓄電池損壞，導致兩顆蓄電池的總電壓下降，而無法使啟動馬達發動引擎。
為解決上述問題，本發明提出一種車用24伏特超級電容升壓救援裝置及其控制方法。
本發明技術特徵及功效：
一種車用24伏特超級電容升壓救援裝置及其控制方法，該救援裝置電性連接於一車用電池組與一車用電控裝置並聯的電路系統；該救援裝置包括：一升壓模組、一超級電容模組、一第一繼電器、一第二繼電器、一第三繼電器、一第一正極迴路、一第二正極迴路、一負極迴路以及一救援控制模組。
該救援控制模組依據該車用電池組的低電壓狀況，通過第二正極迴路向該車用電池組取電，經由升壓模組升壓對超級電容模組充電。充飽電的超級電容模組通過第一正極迴路供電啟動車用電控裝置，達到救援目 的。
1:救援裝置
10:車用電池組
11:第一蓄電池
12:第二蓄電池
13:車用電控裝置
14:升壓模組
15:超級電容模組
16:第一繼電器
17:第二繼電器
18:第三繼電器
19:連接端子
21:第一正極迴路
22:第二正極迴路
23:負極迴路
30:救援控制模組
31:微處理器
32:偵測單元
33:控制單元
34:無線通訊模組
35:電力救援應用程式
40:外接12V電池
〔圖1〕本發明系統方塊圖。
〔圖2〕本發明於車輛電力系統全新安裝超級電容模組的簡要電路示意圖。
〔圖3〕本發明超級電容模組與車用電池組並聯輔助車輛電力系統運作的簡要電路示意圖。
〔圖4〕本發明情境一電池組低電壓經由升壓模組對超級電容模組充電備援的簡要電路示意圖。
〔圖5〕本發明情境二電池組低電壓經由升壓模組對超級電容模組充電備援的簡要電路示意圖。
〔圖6〕本發明情境三電池組低電壓經由升壓模組對超級電容模組充電備援的簡要電路示意圖。
〔圖7〕本發明情境一至情境三以充飽電的超級電容模組輸出大電流發動車輛的簡要電路示意圖。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。在以下說明中使用了術語「第一」、「第二」僅用於描述元件，不能理解為指示或暗示相對重要性或順序。
如圖1，本發明車用24伏特超級電容升壓救援裝置1電性連接於車用電池組10與車用電控裝置13並聯的電路系統。車用電池組10包括串連的一第一蓄電池11和一第二蓄電池12。所述的車用電池組10包含但不限於鉛 酸電池或鋰離子電池。所述車用電控裝置13包含但不限於發電機、啟動馬達、及其他電控裝置(例如電控車門、電腦)。
該救援裝置1包括：
一升壓模組14、一超級電容模組15、一第一繼電器16、一第二繼電器17、一第三繼電器18、一連接端子19、以及一救援控制模組30。
該升壓模組14的輸出電極和該超級電容模組15並聯。
該車用電控裝置13的正極、該第一蓄電池11的正極、該超級電容模組15的正極並聯，該第一繼電器16電性連接於超級電容模組15的正極和第一蓄電池11的正極。基於此，該車用電控裝置13的正極、該第一蓄電池11的正極、該第一繼電器16、以及該超級電容模組15的正極電性連接構成一第一正極迴路21。
該第二繼電器17電性連接於第一蓄電池11的正極以及升壓模組14的輸入正極，進而電性連接於該第一正極迴路21。
該第一蓄電池11的負極、該第二蓄電池12的正極、以及第三繼電器18電性連接；該第三繼電器18電性連接於該升壓模組14的輸入正極。基於此，該第一蓄電池11的負極、該第二蓄電池12的正極、該第三繼電器18以及該升壓模組14的輸入正極電性連接構成一第二正極迴路22。
該車用電控裝置13的負極、該第二蓄電池12的負極、該升壓模組14的輸出負極、以及該超級電容模組15的負極電性連接，構成一負極迴路23。
該連接端子19的正極電性連接該第二蓄電池12的正極以及第三繼電器18。該連接端子19的負極電性連接於該負極迴路23。
該第一繼電器16、該第二繼電器17、和該第三繼電器18可被MOS(或稱MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半場效電晶體)取代。
該救援控制模組30包括：由一微處理器31指揮、控制、命令、管理的一偵測單元32和一控制單元33。該偵測單元32偵測該第一蓄電池11、第二蓄電池12、該第一正極迴路21、該第二正極迴路22、以及該超級電容模組15的電壓。該偵測單元32亦偵測該第一蓄電池11和該第二蓄電池12的電壓總合。該控制單元33依據該偵測單元32的偵測結果選擇性的控制該第一繼電器16、該第二繼電器17以及該第三繼電器18的導通或斷開。該微處理器31通過一無線通訊模組34與一電力救援應用程式35通訊連結，該電力救援應用程式35內建於一智慧行動裝置(圖未示)。該無線通訊模組34適用的無線通訊包含但不限於LoRa、NB-IoT、ZigBee、WI-FI、Bluetooth、衛星通訊。
在以上的救援裝置實施例中，所述的車用電池組10是由兩顆12V的第一蓄電池11和第二蓄電池12串連組成。該升壓模組14可將9V至15V的輸入電壓升高為28V輸出電壓。該超級電容模組15的工作電壓預設值為24V。
如圖2及圖3，全新安裝超級電容模組15，供電方法如下：
如圖2，該偵測單元32偵測該第一蓄電池11和該第二蓄電池12的電壓總合和大於門檻值15V(例如如圖2的兩顆蓄電池的電壓均為12V)，該控制單元33控制該第一繼電器16斷開(OFF)，該第二繼電器17斷開(OFF)，該第三繼電器18導通(ON)，通過第二正極迴路22從第一蓄電池11和該第二蓄 電池12取電，經由該升壓模組14升壓輸出28V電壓對超級電容模組15充電。
如圖3，該偵測單元32偵測該超級電容模組15達到工作電壓24V，該控制單元33控制該第一繼電器16導通(ON)、第二繼電器17斷開(OFF)、第三繼電器18斷開(OFF)，通過該第一正極迴路21，該超級電容模組15與該車用電池組10共同運作輔助車輛發動機正常啟動。
以上為本發明救援裝置的系統配置說明。以下根據不同情境提出救援控制方法。
情境一，車用電池組10低電壓，如圖4及圖7，救援控制方法為：
如圖4，該偵測單元32偵測該第一蓄電池11和該第二蓄電池12的電壓總合等於或大於門檻值15V(例如圖4的兩顆蓄電池的電壓均為10V)，該控制單元33控制第一繼電器16斷開(OFF)、第二繼電器17斷開(OFF)，該第三繼電器18導通(ON)，通過第二正極迴路22從該第一蓄電池11和該第二蓄電池12取電，經由該升壓模組14升壓至28V對該超級電容模組15充電。
如圖7，該偵測單元32偵測該超級電容模組15的電壓達到工作電壓24V，該控制單元33控制該第一繼電器16導通(ON)、第二繼電器17斷開(OFF)、第三繼電器18斷開(OFF)，充飽電的超級電容模組15輸出大電流，通過第一繼電器16從第一正極迴路21供電給車用電控裝置13發動車輛，達到救援目的。
情境一的救援方式顯示於電力救援應用程式35的使用者介面。使用者藉由該使用者介面得知車用電池組10為低電壓狀態，同時，使用者藉由該使用者介面得知超級電容模組15的充電狀態，並在超級電容模組15充飽電時以手動或通過電力救援應用程式35來啟動車輛。
情境二，車用電池組10低電壓，如圖5及圖7，救援方法為：
如圖5，該偵測單元32偵測該第一蓄電池11和該第二蓄電池12的電壓總合小於門檻值15V但大於低標值9V，亦即第一蓄電池11或第二蓄電池12其中一顆損壞(例如圖5的其中一顆蓄電池的電壓為2V，另一顆蓄電池的電壓為12V)；該控制單元33控制該第一繼電器16斷開(OFF)，該第二繼電器17導通(ON)，該第三繼電器18斷開(OFF)，通過第一正極迴路21從電壓正常的蓄電池取電，經由該升壓模組14升壓至28V對該超級電容模組15充電。
如圖7，該偵測單元32偵測該超級電容模組15的電壓達到工作電壓24V，該控制單元33控制該第一繼電器16導通(ON)、第二繼電器17斷開(OFF)、第三繼電器18斷開(OFF)，充飽電的超級電容模組15輸出大電流，通過第一繼電器16從第一正極迴路21供電給車用電控裝置13發動車輛，達到救援目的。
情境二的救援方式顯示於電力救援應用程式35的使用者介面。使用者藉由該使用者介面得知車用電池組10為低電壓狀態，同時，使用者藉由該使用者介面得知超級電容模組15的充電狀態，並在超級電容模組15充飽電時以手動或通過電力救援應用程式35來啟動車輛。
情境三，車用電池組10低電壓，如圖6及圖7，救援方法為：
如圖6，該偵測單元32偵測該第一蓄電池11和該第二蓄電池12的電壓總合小於低標值9V，亦即該第一蓄電池11和該第二蓄電池12都損壞了(例如圖6的兩顆蓄電池的電壓為4V)；該控制單元33控制第一繼電器16斷開(OFF)、第二繼電器17斷開(OFF)，該電力救援應用程式35發佈應執行外接電池之通知，然後判斷該連接端子19是否已連接一外接12V電池40，若是， 該第三繼電器18導通(ON)，通過第二正極迴路22從該外接12V電池40取電，經由該升壓模組14升壓至28V對該超級電容模組15充電。
如圖7，該偵測單元32偵測該超級電容模組15的電壓達到工作電壓24V，該控制單元33控制該第一繼電器16導通(ON)、第二繼電器17斷開(OFF)、第三繼電器18斷開(OFF)，藉由充飽電的超級電容模組15輸出大電流，通過第一繼電器16從第一正極迴路21供電給車用電控裝置13發動車輛，達到救援目的。
情境三的救援方式顯示於電力救援應用程式35的使用者介面。使用者藉由該使用者介面得知車用電池組10為低電壓損壞狀態，並操作外接12V電池40之接組，同時，使用者藉由該使用者介面得知超級電容模組15的充電狀態，並在超級電容模組15充飽電時以手動或通過電力救援應用程式35來啟動車輛。
1:救援裝置
10:車用電池組
11:第一蓄電池
12:第二蓄電池
13:車用電控裝置
14:升壓模組
15:超級電容模組
16:第一繼電器
17:第二繼電器
18:第三繼電器
19:連接端子
21:第一正極迴路
22:第二正極迴路
23:負極迴路
30:救援控制模組
31:微處理器
32:偵測單元
33:控制單元
34:無線通訊模組
35:電力救援應用程式

Claims (6)

  1. 一種車用24伏特超級電容升壓救援裝置，該救援裝置電性連接於一車用電池組與一車用電控裝置並聯的電路系統；該車用電池組包括串連的一第一蓄電池和一第二蓄電池；該救援裝置包括：
    一升壓模組、一超級電容模組、一第一繼電器、一第二繼電器、一第三繼電器、以及一救援控制模組；
    該升壓模組的輸出電極和該超級電容模組並聯；
    該車用電控裝置的正極、該第一蓄電池的正極、該第一繼電器、以及該超級電容模組的正極電性連接構成一第一正極迴路；
    該第二繼電器電性連接於該第一蓄電池的正極以及該升壓模組的輸入正極，進而電性連接於該第一正極迴路；
    該第一蓄電池的負極、該第二蓄電池的正極、該第三繼電器以及該升壓模組的輸入正極電性連接構成一第二正極迴路；
    該車用電控裝置的負極、該第二蓄電池的負極、該升壓模組的輸入負極、以及該超級電容模組的負極電性連接構成一負極迴路；
    該救援控制模組包括由一微處理器指揮、控制、命令、管理的一偵測單元和一控制單元；該偵測單元偵測該第一蓄電池、第二蓄電池、該第一正極迴路、該第二正極迴路、以及該超級電容模組的電壓；該偵測單元亦偵測該第一蓄電池和該第二蓄電池的電壓總合；該控制單元依據該偵測單元的偵測結果選擇性的控制該第一繼電器、該第二繼電器以及該第三繼電器的導通或斷開；該微處理器通過一無線通訊模組與一電力救援應用程式通訊連結，該電力救援應用程式內建於一智慧行動裝置。
  2. 如請求項1所述車用24伏特超級電容升壓救援裝置，其更包括一連接端子，該連接端子的正極電性連接該第二蓄電池的正極以及該第三繼電器；該連接端子的負極電性連接於該負極迴路。
  3. 一種如請求項1所述車用24伏特超級電容升壓救援裝置的控制方法，包括：
    該偵測單元偵測該第一蓄電池和該第二蓄電池的電壓總合和大於一門檻值，該控制單元控制該第一繼電器斷開，該第二繼電器斷開，該第三繼電器導通，通過該第二正極迴路從該第一蓄電池和該第二蓄電池取電，經由該升壓模組升高輸出電壓對該超級電容模組充電；
    該偵測單元偵測該超級電容模組達到一工作電壓，該控制單元控制該第一繼電器導通、該第二繼電器斷開、該第三繼電器斷開，通過該第一正極迴路，該超級電容模組與該車用電池組共同運作供電給該車用電控裝置正常啟動。
  4. 一種如請求項1所述車用24伏特超級電容升壓救援裝置的控制方法，包括：
    該偵測單元偵測該第一蓄電池和該第二蓄電池的電壓總合等於或大於一門檻值，該控制單元控制該第一繼電器斷開、第二繼電器斷開，該第三繼電器導通，通過該第二正極迴路從該第一蓄電池和該第二蓄電池取電，經由該升壓模組升壓對該超級電容模組充電；
    該偵測單元偵測該超級電容模組的電壓達到一工作電壓，該控制單元控制該第一繼電器導通、該第二繼電器斷開、該第三繼電器斷開，充飽電的超級電容模組輸出大電流，通過該第一繼電器從該第一正極迴路供電啟 動該車用電控裝置。
  5. 一種如請求項1所述車用24伏特超級電容升壓救援裝置的控制方法，包括：
    該偵測單元偵測該第一蓄電池和該第二蓄電池的電壓總合小於一門檻值但大於一低標值，該控制單元控制該第一繼電器斷開，該第二繼電器導通，該第三繼電器斷開，從第一正極迴路向電壓正常的該第一蓄電池或第二蓄電池取電，經由該升壓模組升壓對該超級電容模組充電；
    該偵測單元偵測該超級電容模組的電壓達到一工作電壓，該控制單元控制該第一繼電器導通、該第二繼電器斷開、該第三繼電器斷開，充飽電的該超級電容模組輸出大電流，通過該第一繼電器從第一正極迴路供電啟動該車用電控裝置。
  6. 一種如請求項2所述車用24伏特超級電容升壓救援裝置的控制方法，包括：
    該偵測單元偵測該第一蓄電池和該第二蓄電池的電壓總合小於一低標值，該控制單元控制第一繼電器斷開、第二繼電器斷開，一外接12V電池並聯於該連接端子，該第三繼電器導通，通過該第二正極迴路從該外接12V電池取電，經由該升壓模組升壓對該超級電容模組充電；
    該偵測單元偵測該超級電容模組的電壓達到一工作電壓，該控制單元控制該第一繼電器導通、該第二繼電器斷開、該第三繼電器斷開，充飽電的該超級電容模組輸出大電流，通過該第一繼電器從第一正極迴路供電啟動該車用電控裝置。
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