TWM630566U

TWM630566U - 用於車輛電瓶的輔助供電裝置

Info

Publication number: TWM630566U
Application number: TW111205887U
Authority: TW
Inventors: 呂萬傑; 陳福興
Original assignee: 泰茂實業股份有限公司; 銓通科技股份有限公司
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2022-08-01

Abstract

一種用於車輛電瓶的輔助供電裝置，供並聯於一車輛電瓶，該輔助供電裝置包含一超級電容器、一電池模組、一開關模組與一控制器，該超級電容器供並聯於該車輛電瓶，該電池模組與該超級電容器並聯，該開關模組連接於該電池模組與該車輛電瓶之間，該控制器包含電壓偵測端與控制輸出端，所述電壓偵測端電連接該電池模組以偵測該電池模組的電壓值，所述控制輸出端電連接該開關模組的輸入端以驅動該開關模組；該超級電容器具有高功率密度與短充放電時間短的元件特性，故可以即時提供輔助電源給車輛用電設備。

Description

用於車輛電瓶的輔助供電裝置

本新型係有關一種供電裝置，特別是指用於車輛電瓶的輔助供電裝置。

車輛包含多種用電設備，用電設備的電能來源是電瓶，例如傳統的電瓶是採用鉛酸電瓶，車輛性能往往與電瓶是否能穩定供電息息相關。舉例來說，用電設備包含啟動馬達，當汽車發動時，是由啟動馬達帶動引擎，故在汽車發動階段，啟動馬達必須獲得充足穩定的電源才可順利帶動引擎，惟傳統電瓶的供電性能有限，基於傳統電瓶，啟動馬達無法進一步得到更多的電能，導致引擎發動時間無法進一步縮短；再舉一例，用電設備包含點火系統(火星塞)，基於傳統電瓶的供電性能有限，火星塞產生的火花也受限，導致燃油燃燒效率無法進一步提升，甚至一旦燃油燃燒效率變差，將連帶影響耗油表現、加速積碳、增加廢氣排放等諸多問題。

有鑒於此，本新型的主要目的是提供一種用於車輛電瓶的輔助供電裝置，以期克服先前技術所述傳統電瓶供電性能有限的缺點。

本新型用於車輛電瓶的輔助供電裝置供並聯於一車輛電瓶，該輔助供電裝置包含：一超級電容器，供並聯於該車輛電瓶；一電池模組，與該超級電容器並聯；一開關模組，連接於該電池模組與該車輛電瓶之間；以及一控制器，包含電壓偵測端與控制輸出端，所述電壓偵測端電連接該電池模組以偵測該電池模組的電壓值，所述控制輸出端電連接該開關模組的輸入端以驅動該開關模組。

根據本新型用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其與車輛電瓶並聯，藉此連接結構，對於車輛用電設備來說，除了車輛電瓶外，更可從本新型獲取電源。該超級電容器具有高功率密度與充放電時間短的元件特性，故可以即時提供輔助電源給車輛用電設備，穩定車輛用電設備的用電需求。當該超級電容器放電後，該電池模組則提供補充電源給該超級電容器充電，確保該超級電容器的電能充足。

舉例來說，當汽車在發動時，啟動馬達可進一步從該超級電容器抽取電能，啟動馬達即可獲得更充足電能以有效帶動引擎，進而縮短引擎發動時間；此外，對於點火系統來說，充足穩定的電能可使火星塞引起穩定的火花，以利充分點燃汽油，進而提升燃油效率，一旦燃油燃燒效率提高，將連帶改善耗油表現、減緩積碳、降低廢氣排放、馬力及扭力的提升…等諸多功效。

一般而言，車輛電瓶為車輛上不可或缺的用品之一，舉例而言，車輛電瓶不限為汽油車、柴油車、機車、電動車及油電混合車…等車的電瓶，本新型僅以汽油車(以下簡稱為汽車)為例說明。

請參考圖1，汽車包含一引擎10、一車上發電機11、一整流器12與一車輛電瓶13，該整流器12電連接於該車上發電機11的輸出側與該車輛電瓶13之間，當該引擎10運轉時，該引擎10帶動該車上發電機11運轉以進行發電，該整流器12將該發電機11所發出的交流電進行整流後提供給該車輛電瓶13，以對車輛電瓶13充電；該車輛電瓶13係提供電能給車輛用電設備，所述車輛用電設備例如包含行車電腦(ECU)、行車輔助系統(ADAS)、音響系統、點火系統(火星塞)、空調系統、娛樂系統、啟動馬達、各式燈具…等，但不以前述舉例為限。

如圖1所示，本新型輔助供電裝置200供並聯於該車輛電瓶13，本新型輔助供電裝置200的實施例包含一超級電容器20(Supercapacitor)、一電池模組21、一開關模組22與一控制器23，或可進一步包含一警示模組24。

該超級電容器20供並聯於該車輛電瓶13，其中，該超級電容器20包含一正極端與一負極端，該超級電容器20的正極端與負極端可分別供電連接該車輛電瓶13的正極端與負極端；該超級電容器20的電容值範圍較佳的可為10~33毫法拉(mF)。

該電池模組21與該超級電容器20並聯，其中，該電池模組21包含一正極端與一負極端，該電池模組21的正極端與負極端可分別直接電連接該超級電容器20的正極端與負極端，使該電池模組21與該超級電容器20形成直接並聯的連接架構。該電池模組21的正極端與負極端分別供電連接該車輛電瓶13的正極端與負極端。於本新型的實施例中，該電池模組21是可充電電池模組，其可包含串聯的複數磷酸鋰鐵電池。

該開關模組22連接於該電池模組21與該車輛電瓶13之間，換言之，該電池模組21透過該開關模組22電連接該車輛電瓶13，如圖1所示的實施例，該開關模組22可串聯於該車輛電瓶13的負極端與該電池模組21的負極端之間；該開關模組22具有輸入端，該開關模組22的輸入端供接收控制信號，以被驅動而進行開關(即：導通與開路)操作。其中，該開關模組22主要由複數電晶體(例如金氧半場效電晶體(MOSFET))所組成。

該控制器23包含電壓偵測端V1、V2與控制輸出端V3，所述電壓偵測端V1、V2電連接該電池模組21的正極端與負極端以偵測該電池模組21的電壓值，控制輸出端V3電連接該開關模組22的輸入端，以供輸出控制信號給該開關模組22的輸入端，藉以驅動該開關模組22進行開關操作。此外，該控制器23包含另一控制輸出端V4，該另一輸出端V4可電連接該警示模組24，該警示模組24包含發光元件，所述發光元件可例如為發光二極體元件(LED)。

以下透過使用情境說明本新型的技術功效。當汽車發動後，引擎10的運轉可帶動車上發電機11進行發電，請參考圖2，其發出的電經過整流器12形成充電電源30對該車輛電瓶13充電。在本新型實施例中，該控制器23可為過充電、過放電與過電流保護積體電路元件(IC)，舉例來說，該控制器23的型號可為MM3474，但不以此為限。是以，透過該控制器23與該開關模組22的協同運作，由該控制器23控制該開關模組22的導通操作，為該電池模組21提供過充電、過放電與過電流保護，故同時也有充電電源30對該電池模組21充電。

於其他實施例中，該控制器23可儲存一門檻值，當該控制器23判斷出該電池模組21的電壓值低於或等於該門檻值，該控制器23控制該警示模組24的發光元件發光。如此一來，當電池老化或其他故障因素導致該電池模組21的電能過低，該警示模組24即受驅動而發光，以提示人員進行電池更換或其他修復處置。

與傳統的電瓶(鉛酸電瓶)相比，該超級電容器20具有更高功率密度與更短充放電時間短的元件特性，因此當車輛用電設備有較大的用電需求時，例如車輛的啟動或行進中，請參考圖3，該超級電容器20可即時供應輔助電源40給車輛用電設備，瞬間放大電流的供應，換言之，車輛用電設備可進一步從該超級電容器20汲取輔助電源40，使車輛用電設備得以獲得穩定、充份的工作電源而更有效率的運作。

由於該超級電容器20與該電池模組21並聯，故在該超級電容器20放電後而處於低電量時，請參考圖4，該超級電容器20可從該電池模組21獲得補充電源50；尤其當該電池模組21採用磷酸鋰鐵電池時，和傳統鉛酸電池相比，磷酸鋰鐵電池對該超級電容器20的充電速度更快。而如前圖2所述，該控制器23控制該開關模組22的導通操作，而有充電電源30對該電池模組21充電，故能確保該電池模組21的電量充足，以備隨時提供補充電源50給該超級電容器20。

綜上所述，本新型藉由該超級電容器20的設置，該超級電容器20具有高功率密度與短充放電時間短的元件特性，以即時提供輔助電源40給車輛用電設備，穩定車輛用電設備的用電需求，並包含以下功效：

1、提升汽車啟動效能：當汽車在發動時，除了車輛電瓶13之外，啟動馬達更可從該超級電容器20快速獲取電能，啟動馬達即可獲得充足電能以有效帶動引擎10，讓引擎10更好發動，縮短引擎10發動時間；

2、燃油燃燒效率的提升：穩定的電能可使點火系統有效率的運作，提升火星塞的點火效能，使火星塞能引起穩定的火花以充分點燃汽油，進而提升燃油燃燒效率；

3、馬力及扭力的性能提升：藉助於燃油燃燒效率的提升，使引擎動力可迅速穩定輸出以加強馬力與扭力性能，故當駕駛者踩下油門踏板時，可明顯感到油門變輕、加速順暢，在上坡路段更容易推進，在寒冷的環境下也能確保啟動順暢及快速油門反應；

4、降低廢氣排放：藉助於燃油燃燒效率的提升，相對減少汽油燃燒不完全所引發的廢氣污染，達到節能減碳之效果；以及

5、保護原本的車輛電瓶：本新型與原本的車輛電瓶13並聯，車輛用電設備的部分用電已由本新型提供，故相對減輕車輛電瓶13的負擔而能延長車輛電瓶13的使用壽命。

10:引擎 11:車上發電機 12:整流器 13:車輛電瓶 200:輔助供電裝置 20:超級電容器 21:電池模組 22:開關模組 23:控制器 24:警示模組 30:充電電源 40:輔助電源 50:補充電源 V1:電壓偵測端 V2:電壓偵測端 V3:控制輸出端 V4:控制輸出端

圖1：本新型輔助供電裝置的電路方塊示意圖。圖2：本新型的電池模組接收充電電源的示意圖。圖3：本新型的超級電容器提供輔助電源的示意圖。圖4：本新型的超級電容器從電池模組接收補充電源的示意圖。

10:引擎

11:車上發電機

12:整流器

13:車輛電瓶

200:輔助供電裝置

20:超級電容器

21:電池模組

22:開關模組

23:控制器

24:警示模組

V1:電壓偵測端

V2:電壓偵測端

V3:控制輸出端

V4:控制輸出端

Claims

一種用於車輛電瓶的輔助供電裝置，供並聯於一車輛電瓶，該輔助供電裝置包含：一超級電容器，供並聯於該車輛電瓶；一電池模組，與該超級電容器並聯；一開關模組，連接於該電池模組與該車輛電瓶之間；以及一控制器，包含電壓偵測端與控制輸出端，所述電壓偵測端電連接該電池模組以偵測該電池模組的電壓值，所述控制輸出端電連接該開關模組的輸入端以驅動該開關模組。
如請求項1所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該電池模組的正極端與負極端分別直接電連接該超級電容器的正極端與負極端，使該電池模組與該超級電容器形成直接並聯的連接架構。
如請求項1或2所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該電池模組包含串聯的複數磷酸鋰鐵電池。
如請求項1或2所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該超級電容器的電容值範圍為10~33毫法拉(mF)。
如請求項3所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該超級電容器的電容值範圍為10~33毫法拉(mF)。
如請求項1或2所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該控制器包含另一控制輸出端，所述另一輸出端電連接一警示模組，該警示模組包含發光元件；當該控制器判斷出該電池模組的電壓值低於或等於一門檻值，該控制器控制該警示模組的發光元件發光。
如請求項3所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該控制器包含另一控制輸出端，所述另一輸出端電連接一警示模組，該警示模組包含發光元件；當該控制器判斷出該電池模組的電壓值低於或等於一門檻值，該控制器控制該警示模組的發光元件發光。
如請求項4所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該控制器包含另一控制輸出端，所述另一輸出端電連接一警示模組，該警示模組包含發光元件；當該控制器判斷出該電池模組的電壓值低於或等於一門檻值，該控制器控制該警示模組的發光元件發光。
如請求項5所述之用於車輛電瓶的輔助供電裝置，其中，該控制器包含另一控制輸出端，所述另一輸出端電連接一警示模組，該警示模組包含發光元件；當該控制器判斷出該電池模組的電壓值低於或等於一門檻值，該控制器控制該警示模組的發光元件發光。