TW201121220A - DC-to-DC converting apparatus with communication function for vehicle - Google Patents

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201121220 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關於一種直流轉直流轉換裝置，特別是一種 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置。 【先前技術】 [0002] 由於能源危機及地球暖化的日益加劇，實施地球節能減

碳的行動刻不容緩；而燃料交通運輸工具是造成能源危 機及地球暖化的主因之一；因此電動車及油電混合車的 發展必然成為未來的趨勢。 J

[0003] 電動車及油電混合車上裝有一高電壓電池及一低電壓電 池。高電壓電池經變頻器轉換以驅動馬達，以提供車子 動力；而低電壓電池則提供車上週邊電器設備電力。以 往使用汽油的車輛可以透過内燃機引擎產生電能供給低 電壓電池充電；可是電動車沒有内燃機引擎，因此必需 加裝低電壓發電機，以對低電壓電池充電；否則車上的 低電壓電池在使用一段時間後，電壓過低又無法即時充 電，將會造成電動車在使用上極大的困擾。 〗 [0004] 請參考第一圖，其係為習知内燃機引擎之車輛之低電壓 電池充電技術示意圖。習知内燃機引擎之車輛無法將高 電壓直流電源轉換為低電壓直流電源，以對低電壓電池 充電，因此不適用於電動車及油電混合車。 [0005] 請參考第二圖，其係為習知電動車或油電混合車之低電 壓電池充電技術示意圖。一高電壓充電器10a除了可對一 高電壓電池20a充電之外，亦可透過一直流轉直流轉換器 304a將高電壓電源轉換為低電壓電源，以對一低電壓電 098142387 表單編號 A0101 第 4 頁/共 20 頁 0982072722-0 201121220 池50b充電，或提供電力予一低電壓設備4〇|3。 [0006] ❹ [0007]

[0008] G 但是，在如第二圖所示的習知技術當中，車上的車輛控 制系統（未圖示）卻無法掌控了解該直流轉直流轉換器 304a的工作狀態。車輛電源系統的應用在於提高用電之 可A度，其應有能力檢知各種故障並做出適當之處理程 序，然而對於無法及時反應檢知之故障將會降低電源系 統供電之可靠度；輕者造成車用電池損壞，嚴重者可能 造成行車安全。如第二圖所示的習.知技術無法提供電源 資訊給予車輛控制系統，亦無法滿足電動車或油電混合 車欲達成的節能功效。 【發明内容】 為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一 種具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置，以及時檢 知故障並進行處理。 為達成本發明之上述目的，本發Β月之具有通訊功能之車 用直流轉直流轉換裝置係應用於—電動車或油電混合車 上，该電動車或油電混合車包含一車輛控制系統，該具 有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置包含：一直流轉 直流轉換器；一控制電路，電連接至該直流轉直流轉換 器，及一系統通訊介面，電連接至該技制電路及該車輛 控制系統。其中，該控制電路可測知該直流轉直流轉換 器之工作狀態並透過該系統通訊介面通知該車輛控制系 統，该車輛控制系統可透過該系統通訊介面控制該控制 電路以控制該直流轉直流轉換器。 【實施方式】 098142387 表單編號Α010Ι 第5頁/共20頁 0982072722-0 201121220 [0009] 本發明之具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置的特 色在於提供一將高電壓電源轉換成低電壓電源的轉換器 (DC-to-DC Converter)以解決車用電源系統之問題， 並且能即時檢知供電狀況及各種故障情形，提供給車輛 控制系統做進一步分析J1做出適當之處理程序，以提高 效能及行車安全。 [0010] 請參考第三圖，其係為本發明之具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置應用方塊圖。本發明之具有通訊功能 之直流轉直流轉換裝置3 0係應用释一電動車或油電混合 車（未圖示），談電動車或油電混合車包含一車輛控制 系統60、一高趣壓電池20、一低電壓設備40、一低電壓 電池50及一顯示器70。該具有通訊功能之直流轉直流轉 換裝置30包含一電磁干擾及電磁相容濾波器302、一直流 轉直流轉換器304、一控制電路306、一系統通訊介面 308、一環境溫度感測器3丨〇及一元件溫度感測器312。 [0011] 該控制電路306係電連接至該直流轉直流轉換器304、該 系統通訊介面308、該環境溫度感測器310及該元件溫度 感測器312 ;該直流轉直流轉換器304係電連接至該電磁 干擾及電磁相容濾波器302、該控制電路3〇6、該低電壓 設備40及該低電壓電池50 ;該電磁干擾及電磁相容渡波 器302係電連接至s亥直流.轉直流轉換器304、一高電壓充 電器10及該高電壓電池20 ;該車輛控制系統6〇係電連接 至該系統通訊介面308及該顯示器。 [0012] 本發明之重點在於：該控制電路306可測知該直流轉直流 轉換器304之工作狀態並透過該系統通訊介面3〇8通知該 098142387 表單編號Α0101 第6頁/共20頁 201121220 車輛控制系統60 ;該車輛控制系統6〇可透過該系統通訊 介面308控制該控制電路306以控制該直流轉直流轉換器 3〇4。實施方式的範例容後詳述。 [0013] 所有的切換式電子設備在運作時，都會產生一些高頻或 低頻的雜訊，並經由傳導或輕射的方式干擾週邊設備（如 干擾車上收音機）。該電磁干擾及電磁相容舰器3〇2即 可抑制振盪諧波之發射，使干擾降至最低。 [0014] Ο 該直流轉直流轉換器3〇4可以為各種隔離型（ls〇iati〇n )或非隔離型（NGn-isc)lati〇n)之直流轉直流轉換器 。該直流轉直_換器304可將該高電壓充電器1〇或該高 電壓電池20之高電壓直流電源（例如約綱了彻伏特） 轉換成固定或可變之低電瘦直流電源（例如約⑺〜㈣ 特）’以供給該低電壓電_及該低電壓設備4〇之電源 [0015] Ο 該控制電路306係用讀制該直流轉直流轉換謂4之運 作’並_該直流轉直流轉換器⑽.之即時狀況（容後詳 述）並將之儲存以待該車輛控制系統讀取，及接受 該車輛控㈣細之命令簡㈣直流轉直流轉換器綱 〇 [0016] 該系統通訊介面308可為例如内部整合電路（〗nter_

Integrated Circuit，I2c)、電源管理匯流排（PM

Bus)、區域互聯網路（L〇Cal Net_ work，LIN)或控制區域網路（c〇ntr〇ller Area Network ， CAN) 等等通訊協定 。該車輛控制系統 6〇 可為例 098142387 表單編號A0101 第7頁/共20頁 0982072722-0 201121220 如行車電腦或車輛電子控制單元（Electronic Control Units， ECU) 。 該低電壓設備 40 可為例如車燈或 是車内音響等等電子設備。該元件溫度感測器312係用以 量測該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置3 0的元 件溫度；該環境溫度感測器310係用以量測該具有通訊功 能之車用直流轉直流轉換裝置30的環境溫度。 [0017] 請參考第四圖，其係為本發明之具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置控制方法實施例流程圖；並請同時參 考第三圖。詳述如下： [0018] 1.當該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30的環 境溫度高於一第一預定溫度或低於一第二預定溫度時， 該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30減載（derating) ; 其中該第一預定溫度高於該第二預定溫度 （ S10)。接著，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝 置30傳送一減載信號至該車輛控制系統60，藉以通知該 車輛控制系統60該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置30減載（S12);該顯示器70顯示該具有通訊功能之 車用直流轉直流轉換裝置30減載（S14)。 [0019] 例如在炎熱的沙漠中開車，該具有通訊功能之車用直流 轉直流轉換裝置30的環境溫度可能高達攝氏50°C，但該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30運作至滿載 時元件將再提高60°C，所以總共會是110°C ;若該具有通 訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30安全運作的設定溫 度上限為100°C，則會造成該具有通訊功能之車用直流轉 直流轉換裝置30關機；因此將該具有通訊功能之車用直 098142387 表單編號A0101 第8頁/共20頁 0982072722-0 201121220 流轉直流轉換裝置3〇減載以避免超出安全運作的設定溫 度上限而關機^ [0020] 一種實施方式是將溫度感測元件（例如負溫度係數熱敏 電阻）安置在該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝 置30中溫度較低的元件旁邊，以量測該具有通訊功能之 車用直流轉直流轉換裝置30的環境溫度；例如，以該環 境溫度感測器31 〇感測到環境溫度為攝氏_4〇它〜〇 (溫 Ο [0021] 度過低）或攝氏4(TC〜75°C (溫度過高）時，該具有通 訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30即進行減載。 2·當該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30的溫 度问於一第二預定溫度時，該具有通訊功能之車用直流 轉直抓轉換裝置3〇傳送一溫度過高關機信號至該車柄控 制系統60 ’藉輯知該車輛控懸_該具有通訊功能 之車用直流轉直輯換裝置3〇準備義（S2()卜接著， 該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置3〇關機 (S22 Ο )，該顯不㈣顯示該具有通訊魏之車用直流轉直流 轉換裝置30因為溫度過高而關機（S24)。當該具有通訊 $能之車用直流轉直流轉換裝謂的溫度低於該第三預 〜皿度—較餘時，該具有通訊功能之車用直流轉直 流轉換裝置30再度開機（S26)。 [0022] 098142387 戸、；八疋將溫度感測元件（例如負溫度係數; 電P)安置在該具有通訊功能之車用直流轉直流轉; 置3〇中溫度最高的元件旁邊，用以量測該具有通訊. 之車用直流轉直流轉換震置30的元件溫度；例如以. 件酿度感測31 2感測到元件溫度高於該第三“ 表單編號麵 .9^201 ^ 0982072722-0 201121220 例如攝氏100°C )時，該具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置30關閉，直到溫度降低時再自動重新開啟。 [0023] 3.當該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30的輸 出過電流（或短路）時，該具有通訊功能之車用直流轉 直流轉換裝置30傳送一過電流關機信號至該車輛控制系 統60，藉以通知該車輛控制系統60該具有通訊功能之車 用直流轉直流轉換裝置30準備關機（S30)。接著，該具 有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30關機（S32); 該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置30因為輸出過電流而關機（S34)。當該具有通訊功 能之車用直流轉直流轉換裝置30的輸出電流低於一額定 電流值且不再過電流時，該具有通訊功能之車用直流轉 直流轉換裝置30再度開機（S36)。 [0024] 4.當該高電壓電池20過電壓時，該具有通訊功能之車用 直流轉直流轉換裝置30傳送一高電壓電池過電壓信號至 該車輛控制系統60，藉以通知該車輛控制系統60該具有 通訊功能之專用直流轉直流轉換裝置30準備關機（S40) 。接著，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30 關機（S42);該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置30因為該高電壓電池20過電壓而關機 (S44)。當該高電壓電池20恢復正常不再過電壓時，該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機（ S46)。 [0025] 例如車上的繼電器（relay)於切換瞬間在導線上產生電 壓（電感效應），疊加到該高電壓電池20上產生過電壓 098142387 表單編號A0101 第10頁/共20頁 098$ 201121220 時，或是該高電壓充電器10對該高電壓電池20充電時發 生異常而產生過電壓，則此時該具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置30關機；當該高電壓電池20恢復正常 不再過電廢時，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置30再度開機。 [0026] Ο 5. 當該低電壓電池50過電壓時，該具有通訊功能之車用 直流轉直流轉換裝置30傳送一低電壓電池過電壓信號至 該車輛控制系統60，藉以通知該車輛控制系統60該具有 通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30準備關機（S50) 。接著，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30 關機（S52);該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置30因為該低電壓電池50過電壓而關機 (S54)。當該低電壓電池50恢復正常不再過電壓時，該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機（ S56) « [0027] Ο 例如當該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30發 生異常（内部有元件損壞）或外部反灌一較高電壓，則 此時該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30關機 ;當該低電壓電池50恢復正常不再過電壓時，該具有通 訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機。 [0028] 6. 當該高電壓電池20低電壓時，該具有通訊功能之車用 直流轉直流轉換裝置30傳送一高電壓電池低電壓信號至 該車輛控制系統60，藉以通知該車輛控制系統60該具有 通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30準備關機（S60) 。接著，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30 098142387 表單編號Α0101 第11頁/共20頁 0982072722-0 201121220 關機（S62);該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置30因為該高電壓電池20低電壓而關機 (S64)。當該高電壓電池20恢復正常不再低電壓時，該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機（ S66)。 [0029] 例如當該高電壓電池2 0因消耗電力致使電壓過低，或電 壓驟降時，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置 30關機；當該高電壓電池20恢復正常不再低電壓時，該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機。 [0030] 7.當該低電壓電池50低電壓時，該具有通訊功能之車用 直流轉直流轉換裝置3 0傳送一低電壓電池低電壓信號至 該車輛控制系統60，藉以通知該車輛控制系統60該具有 通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30準備關機（S70) 。接著，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30 關機（S72);該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直 流轉直流轉換裝置30因為該低電壓電池50低電壓而關機 (S74)。當該低電壓電池50恢復正常不再低電壓時，該 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度開機（ S76)。 [0031] 例如當該低電壓電池50發生異常（内部有元件損壞）， 或有電壓驟降時，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉 換裝置30關機；當該低電壓電池50恢復正常不再低電壓 時，該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30再度 開機。 098142387 表單編號A0101 第12頁/共20頁 0982072722-0 201121220 [0032] 8.當開啟車輛電源時（例如將車鑰匙插入車鑰匙孔，轉 動車鑰匙以發動車輛），該車輛控制系統60控制該具有 通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置開機（S80);接著 ，該顯示器70顯示該具有通訊功能之車用直流轉直流轉 換裝置30已經開機（S82)。關閉車輛電源時（例如將車 輛熄火），該車輛控制系統6 0控制該具有通訊功能之車 用直流轉直流轉換裝置30關機（S84)。亦即，該車輛控 制系統60可與該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝 置30進行雙向溝通。又例如，當該車輛控制系統60 (或 〇 車輛）有異常狀況例如泡水、遭受撞擊、起火時，關閉 該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置3 0。 [0033] 本發明之車輛之具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝 置係將高電壓直流電源轉換為低電壓直流電源，以提供 該低電壓電池50充電和各種需要低電壓電源之電氣設備 之電源。並透過控制線路，如微控制器（MCU)及其他軟 ? f、ha f f it·'〆'1:V'·::; 硬體設施與該車輛控制系統60相聯結，以提供該車輛控 Q 制系統60所需的該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置30的資訊；並藉由該車輛控制系統60來控制該具有 通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30以達最佳效能。 [0034] 綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進 步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用 ，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。 【圖式簡單說明】 [0035] 第一圖為習知内燃機引擎之車輛之低電壓電池充電技術 示意圖。 098142387 表單編號A0101 第13頁/共20頁 0982072722-0 201121220 [0036] 第二圖為習知電動車或油電混合車之低電壓電池充電技 術示意圖。 [0037] 第三圖為本發明之具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置應用方塊圖。 [0038] 第四圖為本發明之具有通訊功能之車用直流轉直流轉換 裝置控制方法實施例流程圖。 【主要元件符號說明】 [0039] 低電壓充電器70 [0040] 低電壓設備40a [0041] 低電壓電池50a [0042] 高電壓充電器10a [0043] 高電壓電池20a [0044] 直流轉直流轉換器304a [0045] 低電壓設備40b [0046] 低電壓電池5 Ob [0047] 高電壓充電器10 [0048] 高電壓電池20 [0049] 具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置30 [0050] 低電壓設備40 [0051] 低電壓電池5 0 [0052] 098142387 車輛控制系統6 0 表單編號A0101 第14頁/共20頁 098142387 第14頁/共20頁 0982072722-0 201121220 [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] ❹ [0060] 顯示器7 0 電磁干擾及電磁相容濾波器3 0 2 直流轉直流轉換器304 控制電路306 系統通訊介面3 0 8 環境溫度感測器310 元件溫度感測器312 步驟S10〜S84 Ο

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Claims (1)

1. 201121220 七、申請專利範圍： 1 . 一種具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置，係應用於 一電動車或油電混合車上，該電動車或油電混合車包含一 車輛控制系統，該直流轉直流轉換裝置包含·· 一直流轉直流轉換器； 一控制電路’電連接至該直流轉直流轉換器；及 一系統通訊介面，電連接至該控制電路及該車輛控制系統 > 其中，該控制電路可測知讓直流轉直流轉換器之工作狀離 並透過該系統通訊介面通知該車輛控制系統；該車輛浐制 系統可透過該系統通訊介面控制該控制電:路以控制該直漭 轉直流轉換器。 … Λ 2 .如申請專利範圍第1項之具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置，更包含一電磁干擾及電磁相容：濾波器，電連接 至該直流轉直流轉換器。 3 .如申請專利範圍第1項之具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置’其中該系綠麻訊介面為内部整合電路（ Inter-Integrated Circuit ’ I2C)、電源管理匯流 排（PM Bus)、區域互聯網路（Local Interconnect Network ’ LIN)或控制區域網路（Controller Area Network ， CAN)。 4 .如申請專利範圍第1項之具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置，更包含一元件温度感測器，電連接至該控制電 路，藉以量測該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置 的元件温度。 098142387 表單煸號A0101 第16頁/共20頁 0982075 201121220 5 .如申請專利範圍第1項之具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置，更包含一環境溫度感測器，電連接至該控制電 路，藉以量測該具有通訊功能之車用直流轉直流轉換裝置 的環境溫度。 6 .如申請專利範圍第1項之具有通訊功能之車用直流轉直流 轉換裝置，其中該車輛控制系統係電連接至一顯示器，該 控制電路可測知該直流轉直流轉換器之工作狀態並透過該 系統通訊介面通知該車輛控制系統並將該工作狀態顯示於 該顯示器。 ❹

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