電壓保持電路及其所適用的車輛裝置的製作方法
2023-10-18 00:51:04 1
專利名稱:電壓保持電路及其所適用的車輛裝置的製作方法
技術領域:
本發明涉及一種電壓保持電路,尤其涉及一種電壓保持電路及其所適用的車輛裝置。
背景技術:
近年來,由於汽油成本上升、通勤時間拉長、交通擁塞造成大量廢氣的排放以及溫室效應等問題日趨嚴重,目前已經設計出單純以電力驅動的電動車取代傳統的燃油引擎車,然而電動車必須於車內裝設大量且厚重的電瓶裝置,存在著充電不便、充電時間太長以及續航力不佳等問題,因此為了要節省汽車用油並且避免環境汙染,同時又要能夠提供足夠的馬力,油電混合動力車(又稱環保節能車)的設計概念便因應而生。油電混合動力車是同時搭載有燃油引擎及電動馬達以作為車輛輪胎轉動的動力來源。當油電混合動力車處於起步或低速行駛狀態時,以電瓶裝置提供電動馬達能量來驅使車輛前進,而當高速行駛狀態時則以汽油來驅動引擎,使車輛能夠以高速度前進,同時於高速行駛狀態時還可將車輛的動能轉變為電能並儲存於電瓶裝置中,以供下次由電動馬達驅動車輛時的動力來源,因此,油電混合動力車採用上述兩種不同的動力源來驅動車子,其優缺點可以互補,並達到省油、低汙染、低耗能、低噪音、續航力長、性能佳的理想效益。然而,一般油電混合動力車提供至系統電路板的電壓的通斷直接由外部電壓所控制,在外部電壓突然斷電的情況下,系統電路板上的系統控制器會立刻斷電,從而造成內部其他裝置,例如電子控制器(E⑶)、電力控制器(P⑶)、電池管理系統(BMS)以及直流/直流轉換器(DC/DC Converter)等裝置,運行的數據無法即時存儲,易導致系統控制器發生異常,而對行駛中的車輛造成危險。另外,為了節省電力傳統技術會將油電混合動力車設定成休眠模式,但即使系統處於休眠狀態下仍然會有微量電力的損耗,並不能達到完全的省電效果。因此,如何發展一種可以解決上述公知技術所遭遇的問題與缺陷的電壓保持電路及其所適用的車輛裝置,實為目前所迫切需要解決的問題。
發明內容
本發明的目的為提供一種電壓保持電路及其所適用的車輛裝置,以解決傳統油電混合動力車於外部電壓突然斷電時會無法即時存儲內部運行的數據,易導致系統控制器發生異常,而對行駛中的車輛造成危險等缺陷。為達上述目的,本發明的一較廣義實施方式為提供一種電壓保持電路,與一啟動元件及一行車控制單元連接,該啟動元件輸出一啟動信號,該電壓保持電路至少包含第一開關單元,接收一輸入電源並具有第一輸出端;電壓維持單元,與第一輸出端及啟動元件連接,以接收啟動信號,並輸出一維持電壓;以及電壓調整單元,與行車控制單元及第一開關單元連接且具有一端點,該端點具有一調整電壓。其中,行車控制單元控制電壓調整單元的調整電壓的電壓值,第一開關單元根據維持電壓與調整電壓間的電壓差來運行,且於第一開關單元導通時,第一輸出端輸出該輸入電源且電壓維持單元接收該輸入電源,以使電壓維持單元持續輸出該維持電壓。為達上述目的,本發明的另一較廣義實施方式為提供一種車輛裝置,至少包括行車控制單元;直流/直流轉換單元,與行車控制單元連接;啟動元件,輸出一啟動信號;以及電壓保持電路,與啟動元件、行車控制單元及直流/直流轉換單元連接。電壓保持電路至少包含第一開關單元,接收該直流/直流轉換單元所提供的一輸入電源並具有第一輸出端; 電壓維持單元,與第一輸出端及啟動元件連接,以接收啟動信號,並輸出一維持電壓;以及電壓調整單元,與行車控制單元及第一開關單元連接且具有一端點,該端點具有一調整電壓。其中,行車控制單元控制電壓調整單元的調整電壓的電壓值,第一開關單元根據維持電壓與調整電壓間的電壓差來運行,且於第一開關單元導通時,第一輸出端輸出該輸入電源且電壓維持單元接收該輸入電源,以使電壓維持單元持續輸出該維持電壓。綜上所述,本發明使電壓維持單元持續輸出維持電壓,用以在外部電源突然斷電的情況下,延遲車輛裝置的斷電時間,以解決傳統車輛裝置的運行數據無法即時存儲,可能導致行車控制單元發生異常,甚至對行駛中的車輛造成危險的問題。再則,本發明可避免微量電力的損耗並達到完全省電的效果。
圖1 為本發明第一較佳實施例的車輛裝置的系統方框示意圖。圖2 為圖1所示的電壓保持電路的內部電路圖。上述附圖中的附圖標記說明如下1 車輛裝置100 行車控制單元101:電壓保持電路102:充電單元103:高壓電池組1031:電池管理系統104 直流/直流轉換單元105 動力馬達驅動單元106:引擎管理系統107 起動發電機驅動單元IO8:動力馬達109 引擎110:起動發電機111 啟動元件112:低壓電瓶113:外部電源
114 油門踏板115 剎車踏板2 第一開關單元21 第一輸出端22 第一控制部23 第一開關部3:電壓維持單元31:第二輸出端4:電壓調整單元41 端點42 保護元件43 系統接地端5 第二開關單元51 第二控制部52 第二開關部D1 第一二極體D2 第二二極體D3 第三二極體01:電晶體R1:電阻S:啟動信號Va:調整電壓
Vc:充電電壓Vk:維持電壓Vp:輸入電源
具體實施例方式體現本發明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。應理解的是本發明能夠在不同的方式上具有各種的變化,然而其都不脫離本發明的範圍,且其中的說明及附圖在本質上當作說明之用,而非用以限制本發明。請參閱圖1,其為本發明第一較佳實施例的車輛裝置的系統方框示意圖。如圖1所示,本發明的車輛裝置1可為例如一油電混合動力車,至少包括行車控制單元 (Vehicle Control Unit,VCU) 100、電壓保持電路 101、充電單元(Charger) 102、高壓電池組(High Voltage Battery Pack) 103、直流 / 直流轉換單元(DC/DC Converter) 104、動力馬達驅動單元105、引擎管理系統(EngineManagement System, EMS) 106、起動發電機驅動單元 107、動力馬達(TractionMotor) 108、引擎(Engine) 109、起動發電機(Integrated Starter&Generator, ISG)110、油門踏板 114 以及剎車踏板 115。於本實施例中,行車控制單元100與電壓保持電路101、高壓電池組103的電池管理系統(Battery Management System, BMS) 1031、直流/直流轉換單元104、動力馬達驅動單元105、引擎管理系統106、起動發電機驅動單元107、油門踏板114以及剎車踏板115 連接,藉以控制高壓電池組103、動力馬達108、引擎109及起動發電機110的動作,例如 通過控制電池管理系統1031以精確地監控高壓電池組103的充電量或者平衡高壓電池組 103之間的電壓,以維持穩定的系統電壓;控制動力馬達驅動單元105以決定車輛於低速行駛狀態時動力馬達108的轉速;控制引擎管理系統106以決定車輛於高速行駛狀態時引擎 109產生動力的多寡,以驅動車輛加速及爬坡;控制起動發電機驅動單元107以決定起動發電機110的轉速,或者分析目前的行車狀況以控制動力馬達108與引擎109的切換等動作。於本實施例中,行車控制單元100與電池管理系統1031、動力馬達驅動單元105及起動發電機驅動單元107間通過控制器區域網(Controller AreaNetwork, CAN)總線來傳輸彼此之間的信號,但不以此為限。再則,電壓保持電路101與啟動元件111及行車控制單元100連接,其中啟動元件111輸出一啟動信號S,啟動元件111可為油電混合動力車的點火開關且啟動信號S可為例如12V的信號,但不以此為限。於一些實施例中,該12V信號可由車輛裝置1的一低壓電瓶112所提供,且低壓電瓶112的輸出電壓值可依不同需求而變更。於一些實施例中,啟動信號S可包括開啟信號及起動信號兩種,其中開啟信號用以通知行車控制單元100可供電至車輛裝置1,但不啟動引擎109,而起動信號用以通知行車控制單元100可準備將車輛裝置1啟動,此時行車控制單元100會通過控制器區域網總線,發送信號告知動力馬達驅動單元105以驅動動力馬達108,或告知起動發電機驅動單元 107以驅動起動發電機110並藉此驅動引擎109,進而使車輛裝置1移動。請參閱圖2並配合圖1,其中圖2為圖1所示的電壓保持電路的內部電路圖。如圖1及圖2所示,電壓保持電路101可包括第一開關單元2、電壓維持單元3以及電壓調整單元4。於本實施例中,第一開關單元2接收一輸入電源Vp並具有第一輸出端21,輸入電源Vp可由直流/直流轉換單元104所提供,可為例如12伏特的電壓。電壓維持單元3與第一開關單元2及啟動元件111連接,用以接收啟動信號S,並輸出一維持電壓Vk。電壓調整單元4與行車控制單元100及第一開關單元2連接且具有一端點41,該端點41具有一調整電壓Va,其中,行車控制單元100控制調整電壓Va的電壓值,第一開關單元2根據維持電壓Vk與調整電壓Va間的電壓差來運行,且於第一開關單元2導通時,第一輸出端21輸出輸入電源Vp且電壓維持單元3將接收輸入電源Vp,使得電壓維持單元3可持續輸出維持電壓Vk。於一些實施例中,第一開關單元2還包括第一控制部22及第一開關部23,其中第一控制部22可由例如但不限於至少一線圈(未圖示)所製成,當介於第一控制部22兩端的調整電壓Va及維持電壓Vk的電壓差大於線圈的臨界電壓時,通過線圈的磁力吸引,第一開關部23將會吸合,使得第一開關單元2導通,進而使輸入電源Vp經由第一開關部23及第一輸出端21輸出以供電至車輛裝置1的其他構件中。反之,若第一控制部22兩端的電壓差小於線圈的臨界電壓而無法使第一開關部23吸合時,第一開關部23將會斷開,進而使整個車輛裝置1斷電。於本實施例中,第一開關單元2可為例如耐電流50安培以上的繼電器,但不以此為限,其用以承載大電流,以提供車輛裝置1的電力。請再參閱圖2,本發明的電壓維持單元3可包括第二輸出端31及多個二極體,例如第一二極體D1、第二二極體A以及第三二極體D3。其中,第一二極體D1的兩端分別連接第一輸出端21及第二輸出端31,用以接收輸入電源Vp並由第二輸出端31輸出一維持電壓Vk,而第二二極體D2的兩端分別連接啟動元件111及第二輸出端31,用以接收啟動信號 S並由第二輸出端31輸出該維持電壓Vk,第三二極體D3的一端則與第二輸出端31連接。 於本實施例中,第一開關單元2、電壓維持單元3以及電壓調整單元4即可構成電壓保持電路101,而實現避免對行駛中的車輛造成危險及完全省電的功能,因此,電壓維持單元3可以選擇性地僅包含第一二極體D1與第二二極體D2,而第三二極體D3的運行將於後續說明。 於一些實施例中,維持電壓Vk可為例如圖1所示的低壓電瓶112所提供的12V電壓。於一些實施例中,電壓調整單元4可包括電晶體Q1、電阻R1及保護元件42。其中, 電阻R1的兩端分別連接電晶體A的基極(B)及集電極(C),且基極連接行車控制單元100, 用以接收該行車控制單元100的控制信號,而集電極連接系統接地端43,另外,電晶體%的射極(E)則經由保護元件42與一電源連接,該電源可為例如12V的電壓。當行車控制單元 100輸出低電壓至電晶體A基極或是行車控制單元100未通電,電晶體A的基極為一高阻抗(high impedance)狀態時,則端點41輸出的調整電壓Va為一低電壓狀態。反之,當行車控制單元100輸出高電壓至電晶體%的基極時,由端點41輸出的調整電壓Va為一高電壓狀態,因此可達到通過行車控制單元100來控制調整電壓Va的電壓值高低的目的。請再參閱圖1及圖2,當車輛裝置1未供電的情況下,若啟動元件111被導通時,則低壓電瓶112的電壓經由啟動元件111輸出至電壓保持電路101,即啟動元件111輸出啟動信號S至電壓保持電路101的電壓維持單元3,並經由第二二極體A於第二輸出端31輸出例如12V的維持電壓Vk,於此同時,由於行車控制單元100也未被供電,因此從電壓調整單元4的端點41輸出的調整電壓Va持續為低電壓,由於,分別處於第一開關單元2的第一控制部22的兩端的維持電壓Vk與調整電壓Va間的電壓差大於第一控制部22的線圈的臨界電壓,因此第一開關單元2的第一開關部23便會因線圈的磁力作用而被吸合,使得第一開關單元2導通(ON),如此一來,輸入電源Vp將經由第一開關部23及第一輸出端21輸出並供電予車輛裝置1的其他構件,例如行車控制單元100、高壓電池組103、直流/直流轉換單元104、動力馬達驅動單元105、引擎管理系統106、起動發電機驅動單元107等。接著,由於第一輸出端21輸出的輸入電源Vp會通過第一二極體D1反饋至第二輸出端31,使得維持電壓Vk—直保持在一定值,例如12V,此時即使啟動元件111被關閉,第一開關單元2的第一控制部22兩端的電壓差仍可使第一開關部23依然保持吸合,且輸入電源Vp持續輸出且供電予車輛裝置1,因而使得整個車輛裝置1不會突然被斷電,以使車輛裝置1運行的數據得以存儲。反之,當使用者欲關閉車輛裝置1時,將通過車鑰匙觸發或是關斷啟動元件111, 使得車輛裝置1進入斷電程序,行車控制單元100接收斷電信號後會查詢各構件的運行狀態,並告知各個構件車輛裝置1即將斷電,以使各構件可進行存儲運行的數據,並於存儲完畢後回報行車控制單元100,待行車控制單元100接收所有構件均已完成運行數據的儲存程序後,將會輸出一高電壓至電壓調整單元4,使得端點41的調整電壓Va也為高電壓的狀態,由於,分別處於第一開關單元2的第一控制部22兩端的維持電壓Vk與調整電壓Va間的電壓差為低電壓差或無電壓差,其小於第一控制部22的線圈的臨界電壓,因此第一開關單元2的第一開關部23便會被斷開而不再吸合,此時第一開關單元2將關閉(OFF),輸入電源Vp停止輸出至第一輸出端21,使得第二輸出端31的維持電壓Vk不再保持在12V的高電壓,因而將電壓保持電路101的輸出徹底切斷以及完成車輛裝置1的斷電程序,可達到延遲斷電及避免行車控制單元100發生異常的目的。請再參閱圖2,本發明的電壓保持電路101還包含第二開關單元5,其具有第二控制部51及第二開關部52,其中第二控制部51可由例如但不限於至少一線圈(未圖示)所製成。第二控制部51的一端接收由圖1所示的充電單元102輸出的充電電壓Vc,而其另一端與系統接地端43連接。第二開關部52的一端接收輸入電源Vp,而其另一端則與電壓維持單元3的第三二極體D3的一端連接,用以輸出第二開關部52信號至電壓維持單元3。當充電單元102連接一外部電源113而產生充電電壓Vc輸出且第二控制部51兩端的電壓差大於線圈的臨界電壓時,第二開關部52將會因線圈的磁力作用而被吸合,使得第二開關單元2導通,進而使輸入電源Vp輸出至電壓維持單元3。反之,若充電單元102未連接外部電源113時,第二控制部51兩端的電壓差將小於線圈的臨界電壓而無法使第二開關部52吸合,此時第二開關部52將會斷開,進而使輸入電源Vp無法輸出至電壓維持單元3。於一些實施例中,第二開關單元5可為例如耐電流1安培以下的繼電器,但不以此為限,其用以節省系統成本。請再參閱圖1及圖2,當車輛裝置1於完全斷電狀態下,而與一外部電源113連接以進行充電程序時,第一開關單元2為關閉狀態,充電單元102將連接外部電源113,使得充電單元102會輸出一充電電壓Vc至電壓保持電路101的第二開關單元5的第二控制部51 的一端,且由於第二控制部51的另一端與系統接地端43連接,使得分別處於第二控制部51 兩端的充電電壓Vc與系統接地端43間的電壓差大於第二控制部51的線圈的臨界電壓,因此第二開關單元5的第二開關部52便會被吸合,此時第二開關單元5導通,且輸入電源Vp 經由第二開關部52輸出至電壓維持單元3,並由第三二極體D3於第二輸出端31輸出例如 12V的維持電壓Vk,於此同時,由於行車控制單元100並未被供電,因此從電壓調整單元4 的端點41輸出的調整電壓Va持續為低電壓,使得第一開關單元2的第一控制部22兩端的電壓差大於第一控制部22的線圈的臨界電壓,因此第一開關單元2的第一開關部23便會被吸合,使得第一開關單元2導通,輸入電源Vp將經由第一開關部23及第一輸出端21輸出並供電予車輛裝置1的相關構件。由於第一輸出端21輸出的輸入電源Vp會通過第一二極體D1反饋至第二輸出端 31,使得維持電壓Vk—直保持在一定值,例如12V。即使外部電源113不再連接充電單元 102,也就是說,充電單元102不再輸出充電電壓Vc至電壓保持電路101,第一開關單元2的第一控制部22的兩端仍然具有一電壓差,也可使第一開關部23依然保持吸合,且輸入電源 Vp持續輸出且供電予車輛裝置1,因而使整個車輛裝置1不會突然被斷電,用以使各單元及系統運行的數據得以存儲。反之,當使用者欲關閉車輛裝置1時,將通過車鑰匙觸發或是關斷啟動元件111, 同時充電單元102不再連接外部電源113,使得車輛裝置1進入斷電程序,行車控制單元 100接收斷電信號後會查詢各構件的運行狀態,並告知各個構件車輛裝置1即將斷電,以使各構件可進行存儲運行的數據,並於存儲完畢後回報行車控制單元100,待行車控制單元 100接收所有構件均已完成運行數據的儲存程序後,將會輸出一高電壓至電壓調整單元4, 使得端點41的調整電壓Va也為高電壓的狀態,由於,分別處於第一開關單元2的第一控制部22兩端的維持電壓Vk與調整電壓Va間的電壓差為低電壓差或無電壓差,其小於第一控制部22的線圈的臨界電壓,因此第一開關單元2的第一開關部23便會被斷開而不再吸合, 此時第一開關單元2將關閉(OFF),輸入電源Vp停止輸出至第一輸出端21,使得第二輸出端31的維持電壓Vk不再保持在12V的高電壓,因而將電壓保持電路101的輸出完全切斷以及完成車輛裝置1的斷電程序,可達到延遲斷電及避免行車控制單元100發生異常的目的。綜上所述,本發明提供一種電壓保持電路及其所適用的車輛裝置,其第一輸出端輸出輸入電源至車輛裝置且電壓維持單元將接收該輸入電源,以使電壓維持單元持續輸出維持電壓,用以在外部電源突然斷電的情況下,延遲車輛裝置的斷電時間,以解決傳統車輛裝置的運行數據無法即時存儲,可能導致行車控制單元發生異常,甚至對行駛中的車輛造成危險的問題。再則,電壓保持電路於斷電模式時,第一開關單元的第一開關部會被斷開且不再吸合,此時第一開關單元關閉且第二輸出端的維持電壓不再保持在高電壓,因而徹底切斷電源輸出至車輛裝置,可避免微量電力的損耗並達到完全省電的效果。縱使本發明已由上述的實施例詳細敘述而可由本領域技術人員任施匠思而為諸般修飾,然而都不脫如附權利要求所欲保護的範圍。
權利要求
1.一種電壓保持電路,與一啟動元件及一行車控制單元連接,該啟動元件輸出一啟動信號,該電壓保持電路至少包含一第一開關單元,接收一輸入電源並具有一第一輸出端;一電壓維持單元,與該第一輸出端及該啟動元件連接,以接收該啟動信號,並輸出一維持電壓;以及一電壓調整單元,與該行車控制單元及該第一開關單元連接且具有一端點,該端點具有一調整電壓;其中,該行車控制單元控制該電壓調整單元的該調整電壓的電壓值,該第一開關單元根據該維持電壓與該調整電壓間的電壓差來運行,且於該第一開關單元導通時,該第一輸出端輸出該輸入電源且該電壓維持單元接收該輸入電源,以使該電壓維持單元持續輸出該維持電壓。
2.如權利要求1所述的電壓保持電路,其中該第一開關單元還包括一第一控制部及一第一開關部,其中該第一控制部由至少一線圈所製成,當該第一控制部兩端的該調整電壓及該維持電壓的電壓差大於該線圈的一臨界電壓時,該第一開關部處於吸合狀態,當該第一控制部兩端的電壓差小於該線圈的該臨界電壓時,該第一開關部處於斷開狀態。
3.如權利要求2所述的電壓保持電路,其中該第一開關單元為耐電流50安培以上的繼電器。
4.如權利要求1所述的電壓保持電路,其中該電壓維持單元包括一第二輸出端、一第一二極體、一第二二極體及一第三二極體,該第一二極體的兩端分別連接該第一輸出端及該第二輸出端,用以接收該輸入電源並由該第二輸出端輸出該維持電壓,該第二二極體的兩端分別連接該啟動元件及該第二輸出端,用以接收該啟動信號並由該第二輸出端輸出該維持電壓,該第三二極體的一端與該第二輸出端連接。
5.如權利要求4所述的電壓保持電路,其中該電壓保持電路還包含一第二開關單元, 且該第二開關單元具有一第二控制部及一第二開關部,該第二控制部由至少一線圈所製成,該第二控制部的一端接收一充電電壓,第二控制部的另一端與一系統接地端連接,該第二開關部的一端接收該輸入電源,該第二開關部的另一端與該電壓維持單元的該第三二極體連接。
6.如權利要求5所述的電壓保持電路,其中該第二開關單元為耐電流1安培以下的繼電器。
7.如權利要求1所述的電壓保持電路,其中該電壓調整單元包括一電晶體、一電阻及一保護元件,該電阻的兩端分別連接該電晶體的一基極及一集電極,且該基極連接該行車控制單元,用以接收該行車控制單元的一控制信號,該集電極連接一系統接地端,該電晶體的一射極與該保護元件及該第一開關單元連接。
8.一種車輛裝置,至少包括一行車控制單元;一直流/直流轉換單元,與該行車控制單元連接;一啟動元件,輸出一啟動信號;以及一電壓保持電路,與該啟動元件、該行車控制單元及該直流/直流轉換單元連接,且至少包含一第一開關單元,接收該直流/直流轉換單元所提供的一輸入電源並具有一第一輸出端;一電壓維持單元,與該第一輸出端及該啟動元件連接,以接收該啟動信號,並輸出一維持電壓;以及一電壓調整單元,與該行車控制單元及該第一開關單元連接且具有一端點,該端點具有一調整電壓;其中,該行車控制單元控制該電壓調整單元的該調整電壓的電壓值,該第一開關單元根據該維持電壓與該調整電壓間的電壓差來運行,且於該第一開關單元導通時,該第一輸出端輸出該輸入電源且該電壓維持單元接收該輸入電源,以使該電壓維持單元持續輸出該維持電壓。
9.如權利要求8所述的車輛裝置,其適用於一油電混合動力車。
全文摘要
本發明公開一種電壓保持電路及其所適用的車輛裝置,該電壓保持電路與啟動元件及行車控制單元連接,啟動元件輸出啟動信號。電壓保持電路包含第一開關單元,接收輸入電源並有第一輸出端;電壓維持單元,與第一輸出端及啟動元件連接,以接收啟動信號,並輸出維持電壓;及電壓調整單元,與行車控制單元及第一開關單元連接且有一端點,該端點具有調整電壓。其中,行車控制單元控制調整電壓的電壓值,第一開關單元根據維持電壓與調整電壓間的電壓差來運行,且於第一開關單元導通時,第一輸出端輸出該輸入電源且電壓維持單元接收該輸入電源,以使電壓維持單元持續輸出維持電壓。本發明可避免微量電力的損耗並達到完全省電的效果。
文檔編號B60K6/22GK102468751SQ20101054612
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者宋黎剛 申請人:臺達電子工業股份有限公司