TW200841554A - A controller of motor and charger for the electric vehicle - Google Patents

Description

200841554 28·油門或所需之助動訊息之馬達驅動命令 29.電容 31·直流轉直流高頻變壓器 32·隔離元件（高速光偶合器或脈衝變壓器） 40·電池組 八、 本案若有化學式時，讀揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無 九、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係以單一中央運算單元為控制核心，達到功能兼 具電動車之馬達功率控制，及對提供電動車鼋力之電池進行交 換式充電之控制暨電路模組。 【先前技術】 已知技術或市面上不論星傳統之類比式電路或搭齡中央 運算單元(如微處理器MCU或數位訊號處理器於Ρ)之電動車輛 專用充電器之電路及控制技術均只具有控制先電之架構，不具 由中央運算單元一併控制電動車必須之馬達控制功能，使用上 必須另外搭配另一套獨立的馬達控制器。例如中華民國时年 Μ 1曰公告之證書識【23372〇之「電動車輛用充電器」、便只 具有控制交換式充電架構。 此外，該已知技術除採用CPU在電池組連接dC/dc變壓

S 200841554

蕃-人側得裝i充電開關」進行充電狀態控制外，另外還 需在DC/DC變壓器-次測線圈電力供應部份藉由另一組「_ ic輸出控制電路」，用以控制FET之開關動作以進行·c高 頻變壓器之交變及變壓功能，無法以中央運算單元直接對FET 觸發麵動作，4取單—酬藉-併進行DC/DC高頻變舉 器父變、變壓及各種充電狀態控制之目的。 另外’例如中華賴93年5月21日公告編號588881「電 動助打器充f控彻錢良」係於電義行胃之鱗理器基本 電路加設-充電控制器及充電驅動器，並配合一般整流器進行 充電作業。該架構充電開關直接與電池組相接，並藉電動助行 器内的微處理器決定充電導通與否。當偵測到外部電源流， 同步關閉馬達開關。充電時得在該架構外加一市售之一般「具 特定整流電壓」之整流器。 上述所謂之市售之一般「具特定整淥電壓」之整流器一 般廣理應為將交流市電經低頻變壓器（市電約為6〇Hz)變壓至 特定電壓值後作為外接電源，再將電力送入文中所謂之「充電 控制器」形成一整流後(交流轉直流)電壓V。該市售之一般「具 特定整流電壓」之整流器不僅體積較大、重量較重，電源轉換 效率也較差。且外掛一市售之一般「具特定整流電壓」之整流 器搭配微處理器，雖可取代專用型充電器，但在使用上仍需獨 立外接保管，在操作與裝置上與現行獨立外接專用型充電器根 200841554 本差異不大。 且用市售之一般整流器充電時電壓固定為「具特定整流 電壓」，微處理機仍無法對其輸出電壓:做直接控制，無法如本 發明藉中央運异早元直接對直流轉直流商頻變壓器一次侧線 圖進行高頻脈波寬調鼕開關控制，實現對充電電壓、電流狀態 進行直接閉迴路控制功能。 【發明内容】 本發明提出運用内建或外接類比數位轉換器（奶 converter)及脈波寬調變(PWM)週邊的一中央運算單元，例如 微處琿器（MCU或DSP)，從直流轉直流高頻變壓器二次侧直接 對f次側線圈之開關元件進行高頻脈波寬調變腸關控制；並提 出位於高頻變壓器二次侧馬達驅動開關元件，藉由上述中央運 具皁元之其他脈波寬調變輸出通道，送出相對於馬達驅動命令 之脈波寬調雙訊號至該馬達驅動開關，改變馬達之輪出功率， 實現以單一中央運算單元達到一功能兼具對提供電動車行駛 電力之電池進行交換式充電及電動車馬達功率控制之控制暨 電路模組。 此架構由於疋由中央運算早元直接對直流轉直流高頻變 壓器一次侧線圈之開關元件做控制，可以同時完成哀流轉直流 高頻變壓器交變及充電轉態控制之工作，不但省去先前技術交 換式充電控制器除了需在一次側線圈用專用電源控制ic控制 200841554 * 祕㈣軌穩壓工料，対對二摘輪出電1、電流做直 • 接轉制，一併賓去先前技術雜霄在二次侧裝置一「$電開關」 由另一鳟_螂旱元控刺珠舞狀_轉做法。 當神#減、_人_卞之為動命令為攀，可準 備準入對_組充電_時，·池組供電之中美運算車元持 續”經一輪㈣道一俄導通比之獻波寬贿經由高速 光偶合_碰壓雜至轉轉直赫頻變廢壽一次侧線 _觸發，中*達算单元盤持續連過類鋒位轉換器讀 取二極體連搂二次侧線圖之歲應電壓狀態匈斷市電插頭是否 ***Jl。當二次侧線圈有相對感惠電壓產生，郎寸確認市電已 ***上’中央蓮算單元可板據鉍比數位轉換器回授之電池組之 . * · 1 · .. 充電電壓、電流、溫度狀统經由中央運算皐元和控制目標比較 計鼻’並判斷是否需要進行過電流、過電壓、過溢保護後，根 > 據設計要求進入定電流、定電壓、或脈衝充電各式控制狀態。 本發明另提出位於高頻變壓器二次側馬達驅動開關元 件’藉由上述中央運算單元之另外脈波寬調變輸出通道，送出 相對於馬達驅動命令之脈波寬調變訊號至該馬達驅動開鱗，改 變馬達之輸出功率。此馬達驅動開關之功能及使用時機有二： 1·可在不增加零件成本下，讓中央運算單元於充電過程 中’週期性主動關閉充電開關，瞬間導通該馬達開關使馬達消 耗功率’敬電池組做極短暫放電，此動作可消除被充電池組因 200841554 ' 持續充電造成的化學極化及溫升現象，提升充電效能。 - 在電動車行駛，馬達驅動命令不為零時，根據駕駛人 所下的馬辆動命令，並參考電驗之電m、溫度狀態 送出適當之脈波寬調變訊號至馬達驅動開關，達到依據駕駛者 改變車速之目的’成為一電動車輛專用交換式充電及馬達 速度控制兼具的完整模組。 • 本發明為一電動車輛用充電暨馬達驅動控制器，無論對 電池組充電或馬達驅動時電池組放電之狀態已不若先前技術 為各自獨立運作之系統，而由單一中央運算單元全權控制，對 長久以來電動車輛技術最難掌槔之電池組能量管理，可經由單 一中央運算單元之減完㈣㈣池減電及錄放電狀態 而獲得解決。 且本發明置於車内所佔用空間與安裝方式與現行之π般 _ 電動車輛用馬達控制器相仿，可選擇直接取代現行之一般馬達 控制器直接裝置於電動車輛内，且無需如現行市面上之電動車 輛需隨車保管或外择一專用充電器或先前技術中所謂的整流 器、變壓器等。或者也可與電池組固定；起，方便與電池組一 同插拔至室内充電，改善操作架構及使用上的輕使性。 此外’因中央運算單元置於直流轉直流高頻變壓器二次 侧由電池紕供電，當電池組拔除，中央運算單元無電源供應自 然不會對直流轉直流高頻變壓器一次側驅動開關送出充電的 200841554 脈波訊號來卸後市t插頭被—上，也不會如一般外接專用充電 器或先前技術中所謂的整流器、變麈器即使電池巍枝除依舊有 無謂電力稜it至電池組的接贖的缺挺，此為本發^額外特有之 線能及特性。、 . . .. · . ... ： 以上本替明所揭示起械念，瓣於_悉此項挺藝之人士、 .! 丨. · · ' ： 蔣很容易板#何改變，而妨本叙離本鮝_之輪珅銳疇。 { ! * ·— …·.心 … . . if施方武j 圖1德本發較‘乏「遂驰」廣理交換式充電器兼烏 達聽動捡制電路先件架嫌實施方式，並由+央蓮耸单元幻之 ，…’ ' -1 _· · 轾武升算實現如_ 2切換交換式充電或馬達驅動控制狀態之 ：- ： · · ' · 判斷遽輯。(另一種交換武奄源實施原理為r順尚」原理，熟 悉此項技藝之人士可依本發明之精神輕易衍生，在此不贅述） 在非行車狀態，即*駛人所下之馬達驅動命令28為〇， 馬達驅動開關22關閉後，中央運算單元21便持續定時從另一 通道送出低導通比之脈波訊號，經高速光偶合器或脈衝變壓器 專隔離元件32至直流轉直流高頻變壓器一次侧開關元件μ。 當市電插頭11***上後，交流電經由濾波12及交流轉直流全 波整流二極體13後，在直流轉直流高頻變壓器31 一次側獲得 高壓直流輸人賴(若為魏市電，整流後之錢電壓約 W0V)，當闋關元件14進行高頻開關動作時，中央運算車元 21便苛蘇過類比數位器偵測到二極體扔連接高頻變壓器 (〇 200841554 31二次側線圈產生感應電壓23,即可判斷市電插頭u已*** 上，準備進入充電狀態。

本實施例爲一「返馳」原理交換電糠架構，當開關元件 I4導通，電流逦鱔_ 3所示，因感為爾位極性關係，高頻 變壓葬31二次删之二核體如％成斷路一次偏之聿鉍德存舲 袁咸轉直流高頻變壓Μ也鐵趙㈣，奄容㈣則放嗇皇丧戒斑 做6當痛關本件Η ，查流‘路如_ 4所香，磁感應電袓 Α枝關係，變廳也二我侧之二_| 25形贏逋路，_ 讀μ導祕儲威触義頻*賴31咖內之電政 開始釋放至電容2隨電i4!i4G。經知|續頻開 作(一翻车設計Ai^3〇KHz)，郎寸實戒r遂躺式」交播 電a之交變達作並進入車常充電狀態。 進入正常免電狀態後則4瑪另___位轉換器讀取電 池組之電壓、電流、溫度27值，依據充電之控制電壓、電流 目標，經由中央運算單元幻所計算，送出脈波訊號，經由隔 離兀件32(光偶合器或脈衝變壓器），對直流轉直流高頻變壓 器31 一次侧線狀開關元件14_相_通比之高頻開關動 ^ 14 ，達成_充電電流、電 壓等各種所需之充電性能。 當電動車行進時，馬達驅動命令28大於0，+央運算單 元21會根據駕駛者所下，例如油門十私泰 、 1或所而之助行訊息得到烏 200841554 達驅動命令28，並即時透過類比數位轉換器監测電池組的電 壓、電流、溫度狀態27判斷是否需要進行過電流、過低電壓、 過溫保護後，由連接馬達驅動開關元件22之道送出所需之 脈波寬調變也號至馬達驅動開關元件22 ’改變馬達24之輸出 功率，進而爆棣儀麩人羞志改變駕鴃車速。W 6所示為當電勤 車行進馬達§铺先拌扣導遍棒4½流波向。 本發姑#在馬邊Μ與本控補蒸邊姑狀態進行兔奄時，另 莫奏如鹵5所示之原施脤與▲先放電之功能在Μ關元4 • . ΐ * : Ϊ . * 以執行高關動作破時簡4，設奸一性之關n I· · ； ’.！，·：. ： ·· 時城，接薯i中央連算爭先21之通道主動送出短梃而不至後 J | ' . ... ;. : Λ達轉動I脈故訊號至鳥_軀動闊_元件鉍，肩J所示即為 土狀態馬達_動開關元件22導通時之t流流向，。逸過馬達24 釾電池組40進行短促放電動作，消除被充電池組4〇 g持續充 電邊咸的彳b學極化及溢4規象，提升充電效能ό 以上實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本 發明，故凡等效元件、同等功能配置之置換或將馬達驅動電路 由本實施例延伸為可控制馬達前進、後退之「全橋式」戋「I 刷馬達」用之電路架構仍屬於本發明之範_。 … 【圖式簡單說明】 圖1.本發明-較佳之「返馳」原理交換式充電綠馬達驅動 控制電路元件架構。 200841554 i 2. __德挺交換式充電或馬達驅動控制肤態4流程圖。 虜3·對t她組兔t時，返跳武鼗換式寫滹Wri先4 14導Λ 時的蝰流澈尚^ 、丨、 圖也對€ΐέΜ克t蝽，道驄式交換武t源開i龙林i4 μ閉 ..· , ·； 時的電流威尚。 -. * - . .； Ϊ5.翁奄池龜充t遍轾‘褚脈衡先敖電法糸意S。 = . .. :; · ;> ·: __ . r * . » 鹵1烏逵||勤滤_无件尨球遂蚌電池組4()對烏遠24放電 _皂遽碰波向6 ；： ^ t主要元#符號説明1 1L市電插頭 11濾汰器 13*交流轉直流全波整流么極艟 14.連接直流轉直流高頻變壓器一次侧線圈之開關元件 21.中央運算單元(微處理器M0J或數位訊號處理器DSP) 22·連接馬達之開關元件 23.直流轉直流高頻變壓器二次測線圈戚應電壓檢測 24馬連 25. 連接於直流轉直流高頻變壓器二次侧線圈之二極體 26. 連接於馬違之飛輪二極體 27. 類比數位轉換器對電池組之電壓、電流、溫度之檢測通道 28. 條門或所需之助動訊息之馬達驅動命令 ίί 200841554 29.電容 31.直流轉直涑高頻變壓器 32·隔離元件（高速光偶合器或脈衝變壓器） 40.電池組 十、申請專利範圍： 1· 一種電動車輛用充電暨馬達驅動控制器，其特徵為:在對供應電 力之電池組充電時，由一位於高頻變壓器二次侧（與電池组共地 侧）之中央運算單元關閉同樣位於高頻變壓器二次侧馬達驅動 開關後，經脈波寬調變通道以踩波觸發高頻變壓器一次側(市電 整流後之電力輸入侧）線圈之開關元件達到交換式充電控制目 的；在電動車行進時，則由該中央運算單元經其他脈波寬調變 通道以脈波觸發上述位於高頻變壓器二次娜馬達驅動開關達到 馬達功率控制目的。 2·根據請求項1之電動車輛用充電暨馬達驅動控制器，在電動 車行進即馬達驅動時，根據駕駛人所下的馬達驅動命令，由一 位於兩頻變壓器二次側之中央運算單元經脈波寬調變通道送出 相對之脈波寬調變訊號至與馬達相接，同樣位於高頻變壓器二 次侧之馬埤驅動開關，藉由改變該驅動開關之導通比，達到控 制電動車行進速度之目的ό而在駕駛人所下之馬達驅動命令為 零’馬達驅動開關被關閉後，該中央運算單元會持續定時從另 一脈波寬調變通道送出低導通比之脈波訊號經隔離元件至高頻

Claims (1)

1. 200841554 29.電容 31.直流轉直涑高頻變壓器 32·隔離元件（高速光偶合器或脈衝變壓器） 40.電池組 十、申請專利範圍： 1· 一種電動車輛用充電暨馬達驅動控制器，其特徵為:在對供應電 力之電池組充電時，由一位於高頻變壓器二次侧（與電池组共地 侧）之中央運算單元關閉同樣位於高頻變壓器二次侧馬達驅動 開關後，經脈波寬調變通道以踩波觸發高頻變壓器一次側(市電 整流後之電力輸入侧）線圈之開關元件達到交換式充電控制目 的；在電動車行進時，則由該中央運算單元經其他脈波寬調變 通道以脈波觸發上述位於高頻變壓器二次娜馬達驅動開關達到 馬達功率控制目的。 2·根據請求項1之電動車輛用充電暨馬達驅動控制器，在電動 車行進即馬達驅動時，根據駕駛人所下的馬達驅動命令，由一 位於兩頻變壓器二次側之中央運算單元經脈波寬調變通道送出 相對之脈波寬調變訊號至與馬達相接，同樣位於高頻變壓器二 次侧之馬埤驅動開關，藉由改變該驅動開關之導通比，達到控 制電動車行進速度之目的ό而在駕駛人所下之馬達驅動命令為 零’馬達驅動開關被關閉後，該中央運算單元會持續定時從另 一脈波寬調變通道送出低導通比之脈波訊號經隔離元件至高頻 200841554 • 變壓器一次側線圈之開關元件，直接對該開關元件觸發低導適 • 比之開關動作，中央運算單元並同時持續讀取高頻變壓器二次 侧線圈端點之電壓值，偵測是否產生感應電壓，以判斷市電插 頭是否***上^當偵測到市電插頭插上後，則依電池組之電壓、 電流、溫度等環境狀態，綵中央運算單元計算與充電控制目標 比較計异後，送出之適當導通比之脈波寬調變訊號，經隔離元 • 件對高頻變壓器—次侧線圈之開關元件觸發相對導通比之高頻 開關動作。藉由改變該開關元件之導通比，達到各種充電狀態 之閉迴路控制之目的。 3· -種電動車用之脈衝式充放電控制架構，設計於充電過程中產 生周期性短暫關閉時機，在此時機内由由一中央運算單元連接 至馬達驅動開關元件之脈波寬控制通道，送出短促而不至使裝 置於電動車輛内之馬達轉動之脈波訊號至該馬達驅動開關元 ’藉由馬達作為放電負载，對電池組在充電過程中進行周期 性短促放電動作’而無_外裝置放電負載元件'