CN106253361B - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源系统，其包含电源连接埠、电压侦测单元、电池阵列及微控制单元。电源连接埠用以提供至少一输出电压；电压侦测单元耦接于电源连接埠，用以侦测至少一输出电压的准位；电池阵列耦接于电源连接埠，用以提供至少一输出电压的电位能，电池阵列包含M个并联的电池组，每一电池组包含六个晶体管及储能单元；微控制单元耦接于电压侦测单元及电池阵列，用以控制电池阵列中M个电池组中每一个晶体管。通过这种方式，本发明的电源系统具备充电与放电的功能，利用微控制单元，控制电源系统中所有电池组的串连或并连的布局，以使电源系统具备多电压输入或输出的功能。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及一种电源系统，特别是涉及一种支持多电压输入及输出的电源系统。
背景技术
随着科技日新月异，许多可携式电子装置(Portable Electronic Device)也逐渐问世，如智能型手机(Smart Phone)，个人数位助理(Personal Digital Assistant)，平板电脑(Tablet)、甚至微型化的相机和笔记型电脑。这些可携式电子装置应用于日生活中同时具备高机动性及高便利性。并且，为了满足使用者的操作品质，提升可携式电子装置的运算速度及操作功能已成为主要的设计趋势。然而，运算速度及操作功能的提升，会造成可携式电子装置内的耗能增加，在不增加内部电池大小而保持体积微型化的条件下，可携式电子装置的工作时间便会缩短。
因此，目前解决可携式电子装置过短的工作时间的方法为使用移动电源(PowerBank)。而移动电源可视为可携式电池。藉由移动电源对可携式电子装置充电，可让可携式电子装置的工作时间增加。以目前的规格而言，大多移动电源的输出电压为恒定5V(伏特)，而输出电流支持1A(安培)及2A(安培)。因此可针对符合此规格的可携式电子装置充电。然而，若使用者携带不同电压规格的可携式电子装置，例如同时携带智能型手机及笔记型电脑。则传统的移动电源将无法对每一种可携式电子装置进行充电。并且，传统移动电源的电池阵列为固定的并联连接且不能随意更动，因此当其中一颗电池发生异常时容易造成输出电压不稳而丧失其安全性。
因此，发展一种支持多输出电压的电源系统，并保证其充放电的安全性是非常重要的。
发明内容
本发明提供一种电源系统，以解决上述的问题。
本发明一实施例提出一种电源系统，包含电源连接埠、电压侦测单元、电池阵列及微控制单元。电源连接埠包含Q个输出端子，用以提供至少一输出电压，Q为大于1的正整数。电压侦测单元耦接于电源连接埠，用以侦测至少一输出电压的电平。电池阵列耦接于电源连接埠，用以提供至少一输出电压的电位能。电池阵列包含M个并联的电池组，每一电池组包含第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及储能单元。第一晶体管包含第一端，耦接于第一高电压端；用以接收第一控制信号的控制端，及第二端。第二晶体管包含耦接于第一晶体管的第一端的第一端，用以接收第二控制信号的控制端，及第二端。第三晶体管包含第一端，耦接于第一低电压端；用以接收第三控制信号的控制端，及耦接于第二晶体管的第二端的第二端。第四晶体管包含耦接于第二高电压端的第一端，用以接收第四控制信号的控制端，及耦接于第一晶体管的第二端的第二端。第五晶体管包含耦接于第四晶体管的第二端的第一端，用以接收第五控制信号的控制端，及第二端。储能单元包含耦接于第五晶体管的第二端的第一端，耦接于第三晶体管的第二端的第二端。第六晶体管包含耦接于储能单元的第二端的第一端，用以接收第六控制信号的控制端，及耦接于第二低电压端的第二端。微控制单元耦接于电压侦测单元及电池阵列，用以控制电池阵列中M个电池组中每一晶体管，其中M为大于1的正整数。
本发明另一实施例提出一种电源系统，包含电源连接埠、电压侦测单元、电池阵列及微控制单元。电源连接埠包含Q个输入端子，用以接收至少一输入电压，Q为大于1的正整数。电压侦测单元耦接于电源连接埠，用以侦测至少一输入电压的电平。电池阵列耦接于电源连接埠，用以储存至少一输入电压的电位能。电池阵列包含M个并联的电池组，每一电池组包含第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及储能单元。第一晶体管包含第一端，耦接于第一高电压端；用以接收第一控制信号的控制端，及第二端。第二晶体管包含耦接于第一晶体管的第一端的第一端，用以接收第二控制信号的控制端，及第二端。第三晶体管包含第一端，耦接于第一低电压端；用以接收第三控制信号的控制端，及耦接于第二晶体管的第二端的第二端。第四晶体管包含耦接于第二高电压端的第一端，用以接收第四控制信号的控制端，及耦接于第一晶体管的第二端的第二端。第五晶体管包含耦接于第四晶体管的第二端的第一端，用以接收第五控制信号的控制端，及第二端。储能单元包含耦接于第五晶体管的第二端的第一端，耦接于第三晶体管的第二端的第二端。第六晶体管包含耦接于储能单元的第二端的第一端，用以接收第六控制信号的控制端，及耦接于第二低电压端的第二端。微控制单元耦接于电压侦测单元及电池阵列，用以控制电池阵列中M个电池组中每一晶体管，其中M为大于1的正整数。
本发明的有益效果是：电源系统包含电源连接埠、电压侦测单元、电池阵列及微控制单元。电源连接埠用以提供至少一输出电压；电压侦测单元耦接于电源连接埠，用以侦测至少一输出电压的电平；电池阵列耦接于电源连接埠，用以提供至少一输出电压的电位能，电池阵列包含M个并联的电池组，每一电池组包含六个晶体管及储能单元；微控制单元耦接于电压侦测单元及电池阵列，用以控制电池阵列中M个电池组中每一个晶体管。因此，本发明的电源系统具备充电与放电的功能，利用微控制单元，控制电源系统中所有电池组的串连或并连的布局，从而本发明的电源系统具备多电压输入或输出的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明实施例的电源系统的方块图；
图2是图1实施例的电源系统中电池阵列的电路示意图；
图3是图1实施例的电源系统中考虑两个电池组的串联示意图；
图4是图1实施例的电源系统中考虑两个电池组的并联示意图；
图5是图1实施例的电源系统中考虑四个电池组的并联示意图；
图6是图1实施例的电源系统中考虑四个电池组的串联示意图；
图7是图1实施例的电源系统中考虑四个电池组的两两串联后再并联的示意图；
图8是图1实施例的电源系统中考虑四个电池组的两两并联后再串联的示意图；
图9是图1实施例的电源系统中考虑八个电池组的第一种绕径方法的示意图；
图10是图1实施例的电源系统中考虑八个电池组的第二种绕径方法的示意图；
图11是图1实施例的电源系统中考虑八个电池组实现多电源输出的第一种方法的示意图；
图12是图1实施例的电源系统中考虑八个电池组实现多电源输出的第二种方法的示意图；
图13是图1实施例的电源系统中考虑四个电池组实现电位能平衡的示意图；
图14是图1实施例的电源系统中实现巢状电池阵列的示意图；
图15是图1实施例的电源系统中实现多层巢状电池阵列的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的电源系统100的方块图。如图1所示，电源系统100包含电源连接埠10、电压侦测单元11、微控制单元12及电池阵列13。电源连接埠10具有Q个输出端子，Q个输出端子用来提供至少一个输出电压，而Q为正整数。电压侦测单元11耦接于电源连接埠10，用以侦测至少一个输出电压的电平。电池阵列13耦接于电源连接埠10，用以提供至少一个输出电压的电位能。微控制单元12耦接于电压侦测单元11及电池阵列13，用以控制电池阵列13。本实施例中的微控制单元12可为任何形式的处理器，例如嵌入式芯片处理组(Embedded Processing Chip)、中央处理器(CPU)、或是逻辑控制电路(Logical ControlCircuit)等等。电池阵列13内具有储能单元，而本实施例的储能单元也可为任何形式的储能单元，例如电池、电容、或可储能的锂聚合物等等。当使用者将电子装置的电源线与电源连接埠10接合时，电压侦测单元11会侦测电子装置所需的额定电压，并将电子装置所需的电压电平的资讯传至微控制单元12中。微控制单元12接收到电压电平的资讯后，会控制电池阵列13中储能单元的布局(Layout)形式，以输出对应的电压给电子装置充电。以下将说明电源系统100中电池阵列13的电路架构。
图2为图1实施例的电源系统100中电池阵列13的电路示意图。如图2所示，电池阵列13包含M个电池组CP1至CPM(虚线范围内)，M个电池组CP1至CPM是以并联连接。第一电池组CP1包含第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13、第四晶体管T14、第五晶体管T15、第六晶体管T16及储能单元B1。第一晶体管T11包含耦接于第一高电压端VH1的第一端，用以接收第一控制信号C11的控制端，及第二端。第二晶体管T12包含耦接于第一晶体管T11的第一端的第一端，用以接收第二控制信号C12的控制端，及第二端。第三晶体管T13包含耦接于第一低电压端VL1的第一端，用以接收第三控制信号C13的控制端，及耦接于第二晶体管T12的第二端的第二端。第四晶体管T14包含耦接于第二高电压端VH2的第一端，用以接收第四控制信号C14的控制端，及耦接于第一晶体管T11的第二端的第二端。第五晶体管T15包含耦接于第四晶体管T14的第二端的第一端，用以接收第五控制信号C15的控制端，及第二端。储能单元B1包含耦接于第五晶体管T15的第二端的第一端，耦接于第三晶体管T13的第二端的第二端。第六晶体管T16包含耦接于储能单元B1的第二端的第一端，用以接收第六控制信号C16的控制端，及耦接于第二低电压端VL2的第二端。第二电池组CP2包含第一晶体管T21、第二晶体管T22、第三晶体管T23、第四晶体管T24、第五晶体管T25、第六晶体管T26及储能单元B2，第一电池组CP1与第二电池组CP2的差异在于第二电池组CP2的第一晶体管T21的第一端是耦接于第一电池组CP1的第四晶体管T14的第二端，且第二电池组CP2的第三晶体管T23的第一端是耦接于第一电池组CP1的储能单元B1的第二端。依此类推，第m电池组CPm具有六个晶体管Tm1至Tm6以及储能单元Bm，其中第m电池组CPm的第一晶体管Tm1的第一端是耦接于第(m-1)电池组CPm-1的第四晶体管T(m-1)4的第二端，且第m电池组CPm的第三晶体管Tm3的第一端是耦接于第(m-1)电池组CPm-1的储能单元Bm-1的第二端，其中2≤m≤M，且m为一正整数。同理，最后一个电池组CPM具有六个晶体管TM1至TM6以及储能单元BM，其中第M电池组CPM的第一晶体管TM1的第一端是耦接于第(M-1)电池组CPM-1的第四晶体管T(M-1)4的第二端，且第M电池组CPM的第三晶体管TM3的第一端是耦接于第(M-1)电池组CPM-1的储能单元BM-1的第二端。在本实施例中，第一电池组CP1至第M电池组CPM内每一个晶体管可为N型金氧半场效晶体管或P型金氧半场效晶体管，第一电池组CP1至第M电池组CPM内所有的控制信号都是由微控制单元12产生。因此微控制单元12可控制第一电池组CP1至第M电池组CPM内所有晶体管的导通以及截止状态，因此可改变第一电池组CP1至第M电池组CPM内储能单元(储能单元)的串并联形式。以下将列举几个实施例以说明电源系统100中电池阵列13的电池组如何实现不同的串并联形式。
图3为图1实施例的电源系统100中考虑两个电池组的串联示意图。如图3所示，考虑第一电池组CP1及第二电池组CP2，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1及第二电池组CP2及的储能单元B2为串联状态，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16，以及产生对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第三晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第二晶体管T22、第四晶体管T24及第五晶体管T25-会被导通，而第一晶体管T21、第三晶体管T23及第六晶体管T26会被截止。因此，储能单元B1及储能单元B2会变成串联状态。电流将通过储能单元B1及储能单元B2输出于第二高电压端VH2(如图3中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
图4为图1实施例的电源系统100中考虑两个电池组的并联示意图。如图4所示，考虑第一电池组CP1及第二电池组CP2，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1及第二电池组CP2及的储能单元B2为并联状态，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16，以及产生对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第四晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第一晶体管T21、第三晶体管T23、第四晶体管T24及第五晶体管T25会被导通，而第二晶体管T22及第六晶体管T26会被截止。因此，储能单元B1及储能单元B2会变成并联状态。电流将通过储能单元B1及储能单元B2输出于第二高电压端VH2(如图4中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
图5为图1实施例的电源系统100中考虑四个电池组的并联示意图。如图5所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3及第四电池组CP4，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1、第二电池组CP2及的储能单元B2、第三电池组CP3内的储能单元B3及第四电池组CP4内的储能单元B4为并联状态，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16、对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26、对应第三电池组CP3的控制信号C31至控制信号C36及对应第四电池组CP4的控制信号C41至控制信号C46。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第四晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第一晶体管T21、第三晶体管T23及第五晶体管T25会被导通，而第二晶体管T22、第四晶体管T24及第六晶体管T26会被截止。第三电池组CP3内的第一晶体管T31、第三晶体管T33及第五晶体管T35会被导通，而第二晶体管T32、第四晶体管T34及第六晶体管T36会被截止。第四电池组CP4内的第一晶体管T41、第二晶体管T42、第三晶体管T43、第四晶体管T44及第五晶体管T45会被导通，而第六晶体管T46会被截止。因此，储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4会变成并联状态。电流将通过储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4输出于第二高电压端VH2(如图5中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
图6为图1实施例的电源系统100中考虑四个电池组的串联示意图。如图6所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3及第四电池组CP4，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1、第二电池组CP2及的储能单元B2、第三电池组CP3内的储能单元B3及第四电池组CP4内的储能单元B4为串联状态，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16、对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26、对应第三电池组CP3的控制信号C31至控制信号C36及对应第四电池组CP4的控制信号C41至控制信号C46。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第四晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第二晶体管T22及第五晶体管T25会被导通，而第一晶体管T21、第三晶体管T23、第四晶体管T24及第六晶体管T26会被截止。第三电池组CP3内的第二晶体管T32及第五晶体管T35会被导通，而第一晶体管T31、第三晶体管T33、第四晶体管T34及第六晶体管T36会被截止。第四电池组CP4内的第二晶体管T42、第四晶体管T44及第五晶体管T45会被导通，而第一晶体管T41、第三晶体管T43及第六晶体管T46会被截止。因此，储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4会变成串联状态。电流将通过储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4输出于第二高电压端VH2(如图6中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
图7为图1实施例的电源系统100中考虑四个电池组的两两串联后再并联的示意图。如图7所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3及第四电池组CP4，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1、第二电池组CP2及的储能单元B2为串联状态，第三电池组CP3内的储能单元B3及第四电池组CP4内的储能单元B4为串联状态，并且将串连的储能单元B1及储能单元B2，与串连的储能单元B3及储能单元B4并联时，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16、对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26、对应第三电池组CP3的控制信号C31至控制信号C36及对应第四电池组CP4的控制信号C41至控制信号C46。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第四晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第二晶体管T22，第四晶体管T24及第五晶体管T25会被导通，而第一晶体管T21、第三晶体管T23及第六晶体管T26会被截止。第三电池组CP3内的第五晶体管T35及第六晶体管T36会被导通，而第一晶体管T31、第二晶体管T32、第三晶体管T33及第四晶体管T34会被截止。第四电池组CP4内的第二晶体管T42、第四晶体管T44及第五晶体管T45会被导通，而第一晶体管T41、第三晶体管T43及第六晶体管T46会被截止。因此，储能单元B1与储能单元B2会变成串联状态，储能单元B3与储能单元B4会变成串联状态，而串联的储能单元B1及储能单元B2，与串联的储能单元B3及储能单元B4为并联状态。电流将通过储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4输出于第二高电压端VH2(如图7中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
图8为图1实施例的电源系统100中考虑四个电池组的两两并联后再串联的示意图。如图8所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3及第四电池组CP4，若微控制单元12欲控制第一电池组CP1内的储能单元B1、第二电池组CP2及的储能单元B2为并联状态，第三电池组CP3内的储能单元B3及第四电池组CP4内的储能单元B4为并联状态，并且将并连的储能单元B1及储能单元B2，与并连的储能单元B3及储能单元B4串联时，则微控制单元12将产生对应第一电池组CP1的控制信号C11至控制信号C16、对应第二电池组CP2的控制信号C21至控制信号C26、对应第三电池组CP3的控制信号C31至控制信号C36及对应第四电池组CP4的控制信号C41至控制信号C46。在本实施例中，第一电池组CP1内的第五晶体管T15及第六晶体管T16会被导通，而第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13及第四晶体管T14会被截止。第二电池组CP2内的第一晶体管T21、第三晶体管T23及第五晶体管T25会被导通，而第二晶体管T22、第四晶体管T24及第六晶体管T26会被截止。第三电池组CP3内的第二晶体管T32及第五晶体管T35会被导通，而第一晶体管T31、第三晶体管T33、第四晶体管T34及第六晶体管T36会被截止。第四电池组CP4内的第一晶体管T41、第三晶体管T43、第四晶体管T44及第五晶体管T45会被导通，而第二晶体管T42及第六晶体管T46会被截止。因此，储能单元B1与储能单元B2会变成并联状态，储能单元B3与储能单元B4会变成并联状态，而并联的储能单元B1及储能单元B2，与并联的储能单元B3及储能单元B4为串联状态。电流将通过储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4输出于第二高电压端VH2(如图8中粗体箭头方向所示)，以提供电子装置充电。
由于本发明的电源系统100内的M个电池组可以透过微控制单元12任意改变其布局(Layout)状态，因此也被应用于回避掉异常的电池组(将异常的电池组浮接)而使电源系统100更具有安全性。图9为图1实施例的电源系统100中考虑八个电池组的第一种绕径方法的示意图。如图9所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3、第四电池组CP4、第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8。在本实施例中，第四电池组CP4为异常的电池组，若电源系统100驱动时仍使用第四电池组CP4，则会有安全上的疑虑。因此，微控制单元12在控制电池组时，会设法将第四电池组CP4绕径，以使第四电池组CP4为浮接状态。在本实施例中，微控制单元12将第一电池组CP1、第二电池组CP2及第三电池组CP3设定为并联状态，第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8设定为并联状态。而并联的第一电池组CP1、第二电池组CP2及第三电池组CP3，与并联的第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8为串联。因此，微控制单元12重新配置电池组的布局后，第四电池组CP4即为浮接状态而不被使用。因此，电源系统100在使用时不会对第四电池组CP4进行充放电的操作，保证了电源系统100的安全性。
图10为图1实施例的电源系统100中考虑八个电池组的第二种绕径方法之示意图。如图10所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3、第四电池组CP4、第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8。在本实施例中，第四电池组CP4为异常的电池组，若电源系统100驱动时仍使用第四电池组CP4，则会有安全上的疑虑。因此，微控制单元12在控制电池组时，就会设法将第四电池组CP4绕径，以使第四电池组CP4为浮接状态。在本实施例中，微控制单元12将第一电池组CP1、第二电池组CP2及第三电池组CP3设定为串联状态，第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8设定为串联状态。而串联的第一电池组CP1、第二电池组CP2及第三电池组CP3，与串联的第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8为并联。因此，微控制单元12重新配置电池组的布局后，第四电池组CP4即为浮接状态而不被使用。因此，电源系统100在使用时不会对第四电池组CP4进行充放电的操作，保证了电源系统100的安全性。
本发明的电源系统100除了上述具备高度的安全性之外，相较于传统的电源系统，电源系统100可支持多种电源同时输出。图11为图1实施例的电源系统100中考虑八个电池组实现多电源输出的第一种方法的示意图。如图11所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3、第四电池组CP4、第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8。在本实施例中，电源系统100可透过电源连接埠10的3个输出端子输出三种不同的电源。在图11中，第一电池组CP1及第二电池组CP2被微控制单元12设定为并联状态，因此电源连接埠10的第1个输出端子可连接于低电压端VL1及高电压端VH1(A)并输出第一种对应的电压及电流。第三电池组CP3及第四电池组CP4被微控制单元12设定为串联状态，因此电源连接埠10的第2个输出端子可连接于低电压端VL2及高电压端VH2并输出第二种对应的电压及电流。第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8被微控制单元12设定为并联状态，因此电源连接埠10的第3个输出端子可连接于低电压端VL1及高电压端VH1(B)并输出第三种对应的电压及电流。
图12为图1实施例的电源系统100中考虑八个电池组实现多电源输出的第二种方法的示意图。如图12所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3、第四电池组CP4、第五电池组CP5、第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8。在本实施例中，电源系统100可透过电源连接埠10的3个输出端子输出三种不同的电源。在图12中，第一电池组CP1、第二电池组CP2及第三电池组CP3被微控制单元12设定为并联状态，因此电源连接埠10的第1个输出端子可连接于低电压端VL1及高电压端VH1(A)并输出第一种对应的电压及电流。第四电池组CP4及第五电池组CP5被微控制单元12设定为串联状态，因此电源连接埠10的第2个输出端子可连接于低电压端VL2及高电压端VH2并输出第二种对应的电压及电流。第六电池组CP6、第七电池组CP7及第八电池组CP8被微控制单元12设定为串联状态，因此电源连接埠10的第3个输出端子可连接于低电压端VL2及高电压端VH1(B)并输出第三种对应的电压及电流。
虽然在上述实施例中，电源系统100仅考虑使用八个电池组以实现3种电源输出，然而本发明却不以此为限，其它实施例中电源系统100可利用任何数量的电池组，并使用各种不同的布局来实现多电源输出的功能。在电源系统100中，若M个电池组中的储能单元提供K伏特的电位能，则电源系统100可支持K伏特(单一电池组)至(M×K)伏特(所有电池组串联)的电位能。而本发明电源系统100内的电池组亦不限于图3至图8所述的布局，其它实施例中的电池组的布局可透过微控制单元12任意改变。并且，为了延长电源系统100中电池组的使用寿命，本发明的电源系统100使用了电位能平衡(Energy Balance)的技术，使电源系统100中每一个电池组中之储能单元所储存的电位能一致。而电源系统100中电位能平衡的技术将在以下详述。
图13为图1实施例的电源系统100中考虑四个电池组实现电位能平衡的示意图。如图13所示，考虑第一电池组CP1、第二电池组CP2、第三电池组CP3及第四电池组CP4。其中第三电池组CP3中的储能单元B3相较于第一电池组CP1中的储能单元B1、第二电池组CP2中的储能单元B2与第四电池组CP3中的储能单元B4所储存的电位能较高。此时，为了让电源系统100中所有的储能单元都保持一致的电位能水平，微控制单元12就会重新配置四个储能单元的布局，以使电源系统100中储能单元B1至储能单元B4呈现一个闭回路状态。在本实施例中，微控制单元12将第一电池组CP1中的第五晶体管T15变成导通，而将第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13、第四晶体管T14及第六晶体管T16变成截止。第二电池组CP2中的第一晶体管T21、第三晶体管T23及第五晶体管T25被设定为导通，第二晶体管T22、第四晶体管T24及第六晶体管T26被设定为截止。第三电池组CP3中的第一晶体管T31、第三晶体管T33及第五晶体管T35被设定为导通，而第二晶体管T32、第四晶体管T34及第六晶体管T36被设定为截止。第四电池组CP4中的第一晶体管T41、第三晶体管T43及第五晶体管T45被设定为导通，而第二晶体管T42、第四晶体管T44及第六晶体管T46被设定为截止。因此，电源系统100中，储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4为并联状态，且为一个闭回路电路。因此，电流将由电位能水平较高的储能单元B3对储能单元B1、储能单元B2及储能单元B4充电。且由于储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4为闭回路电路，因此依据克希荷夫电路定律(Kirchhoff Circuit Laws)，电源系统100在稳态(Steady State)时，其储能单元B1、储能单元B2、储能单元B3及储能单元B4会储存相同水平的电位能。因此能延长电源系统100中电池组的使用寿命。
图14为图1实施例的电源系统100中实现巢状电池阵列的示意图。如图14所示，电源系统100中的电池阵列13在本实施例为考虑巢状电池阵列。而巢状电池阵列包含L个巢状电池组，为第一巢状电池组BA1至第L巢状电池组BAL，其中L为大于1的正整数。在本实施例中，每一个巢状电池组的电路结构与前述实施例中的电池组的电路结构类似，因此并不赘述。巢状电池组与前述实施例中的电池组的差异点在于巢状电池组中，储能装置包含前述实施例中的M个电池组。换言之，第一巢状电池组BA1中包含了储能装置S1，且储能装置S1包含第一电池组CP1至第M电池组CPM。第二巢状电池组BA2中包含了储能装置S2，且储能装置S2包含第一电池组CP1至第M电池组CPM。依此类推，第L巢状电池组BAL中包含了储能装置SL，且储能装置SL包含第一电池组CP1至第M电池组CPM。因此，微控制单元12可同时控制第一巢状电池组BA1至第L巢状电池组BAL的布局，也可控制每一巢状电池组中的第一电池组CP1至第M电池组CPM的布局。因此，在本实施例中，若M个电池组中的每一个储能单元提供K伏特的电位能，则电源系统100可支持K伏特至(M×L×K)伏特的电位能。然而，虽然在本实施例中，电源系统100的巢状电池阵列13为递回2次的巢状电池阵列，但本发明却不以此为限，在其它实施例中，电源系统100支持任何递回数目的巢状电池阵列。
本发明的电源系统100中的电池阵列13，除了支持上述图14的实施例所描述的巢状电池阵列外，另可扩展为多层巢状电池阵列的结构。图15为图1实施例的电源系统100中实现多层巢状电池阵列的示意图。如图15所示，电源系统100具有两层巢状电池阵列，分别为第一层巢状电池阵列LC1以及第二层巢状电池阵列LC2。每一层巢状电池阵列的结构如图14实施例所述。第一层巢状电池阵列LC1以及第二层巢状电池阵列LC2以相互耦接，且第一层巢状电池阵列LC1以及第二层巢状电池阵列LC2之间具有一个切换开关SW用以控制其连接形式。因此，微控制单元12可控制切换开关SW切换第一层巢状电池阵列LC1以及/或第二层巢状电池阵列LC2以供电源系统100使用。换言之，若电源系统100中的电池阵列13以R层巢状电池阵列形式建构，每一个巢状电池阵列包含L个巢状电池组，每一个巢状电池组的储能装置包含M个电池组，M个电池组中的每一个储能单元提供K伏特的电位能，则电源系统100可支持K伏特至(R×M×L×K)伏特的电位能。然而，虽然在本实施例中，电源系统100的多层巢状电池阵列为2层的巢状电池阵列，但本发明却不以此为限，在其它实施例中，电源系统100能支持任何层数的巢状电池阵列。并且，藉由引入多层巢状电池阵列的架构，电源系统100可支持范围更大的电压电流输出。
本发明的电源系统100在前述实施例中为放电功能，具有对外部电子装置充电的能力，然而，在其它实施例中电源系统100亦具有充电功能，即能经由外部的电流源对电源系统100充电。若考虑电源系统100为充电系统时，图1中的电源连接埠10则具有Q个输入端子，且Q个输入端子用以接收至少一种输入电压。电压侦测单元11则用以侦测至少一种输入电压的电平。电池阵列13则用以储存至少一种输入电压的电位能。而电池阵列13的电路架构，微控制单元12如何控制电池阵列13中的电池组的布局(串并联)，以及电池阵列13扩充为巢状电池阵列及多层巢状电池阵列的方法与前述图2至图15所述的实施例相似，因此并不再赘述。本实施例考虑电源系统100为充电系统时，与前述考虑电源系统100为放电系统时的差异仅在于图3至图8中的电流流向相反，意即所有电流的流向系为电流由高电压端流向储能单元以使储能单元储存电能。
本发明上述的所有实施例所述的电源系统，其控制电池组串并连状态(耦接状态)不限于使用晶体管的导通或截止来控制，其它实施例中，晶体管可为电磁式的晶体管或任何种类的晶体管，甚至控制电池组耦接状态的机制可为任何机械式或电磁式的物理性开关元件。
综上所述，本发明描述一种电源系统，其具备充电与放电的功能。电源系统设计的概念为利用微控制单元，控制电源系统中所有电池组的串连或并连的布局，以使电源系统具备多电压输入或输出的功能。并且，由于电源系统中所有电池组的串并连可任意调整，因此电源系统中可将异常的电池组绕径以使之浮接，让使用者在使用电源系统更具备安全性。此外，电源系统也可轻易实现所有电池组的电位能平衡，因此本发明的电源系统的使用寿命亦能获得进一步的提升。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源系统，其特征在于，该电源系统包含：
电源连接埠，包含Q个输出端子，用以提供至少一输出电压，Q为大于1的正整数；
电压侦测单元，耦接于该电源连接埠，用以侦测该至少一输出电压的电平；
电池阵列，耦接于该电源连接埠，用以提供该至少一输出电压的电位能，该电池阵列包含M个并联的电池组，每一个该电池组包含：
第一晶体管，包含：
第一端，耦接于第一高电压端；
控制端，用以接收第一控制信号；
第二端；
第二晶体管，包含：
第一端，耦接于该第一晶体管的该第一端；
控制端，用以接收第二控制信号；
第二端；
第三晶体管，包含：
第一端，耦接于第一低电压端；
控制端，用以接收第三控制信号；
第二端，耦接于该第二晶体管的该第二端；
第四晶体管，包含：
第一端，耦接于第二高电压端；
控制端，用以接收第四控制信号；
第二端，耦接于该第一晶体管的该第二端；
第五晶体管，包含：
第一端，耦接于该第四晶体管的该第二端；
控制端，用以接收第五控制信号；
第二端；
储能单元，包含：
第一端，耦接于该第五晶体管的该第二端；
第二端，耦接于该第三晶体管的该第二端；
第六晶体管，包含：
第一端，耦接于该储能单元的该第二端；
控制端，用以接收第六控制信号；
第二端，耦接于第二低电压端；
微控制单元，耦接于该电压侦测单元及该电池阵列，用以控制该电池阵列中该M个电池组中每一个该晶体管；其中M为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，若该M个电池组中的该储能单元提供K伏特的电位能，则该电源系统提供K至(M×K)伏特的电位能。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，该M个电池组中的第m电池组的第一晶体管的第一端耦接于该M个电池组中的第(m-1)电池组的第四晶体管的第二端，该M个电池组中的该第m电池组的第三晶体管的第一端耦接于该M个电池组中的第(m-1)电池组的储能单元的第二端，其中2≤m≤M，且m为正整数。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，该晶体管中每一晶体管为N型金氧半场效晶体管或P型金氧半场效晶体管。
5.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，该晶体管中每一晶体管为机械式或电磁式的物理性开关元件。
6.一种电源系统，其特征在于，该电源系统包含：
电源连接埠，包含Q个输入端子，用以接收至少一输入电压，Q为大于1的正整数；
电压侦测单元，耦接于该电源连接埠，用以侦测该至少一输入电压的电平；
电池阵列，耦接于该电源连接埠，用以储存该至少一输入电压的电位能，该电池阵列包含M个并联的电池组，每一个该电池组包含：
第一晶体管，包含：
第一端，耦接于第一高电压端；
控制端，用以接收第一控制信号；
第二端；
第二晶体管，包含：
第一端，耦接于该第一晶体管的该第一端；
控制端，用以接收第二控制信号；
第二端；
第三晶体管，包含：
第一端，耦接于第一低电压端；
控制端，用以接收第三控制信号；
第二端，耦接于该第二晶体管的该第二端；
第四晶体管，包含：
第一端，耦接于第二高电压端；
控制端，用以接收第四控制信号；
第二端，耦接于该第一晶体管的该第二端；
第五晶体管，包含：
第一端，耦接于该第四晶体管的该第二端；
控制端，用以接收第五控制信号；
第二端；
储能单元，包含：
第一端，耦接于该第五晶体管的该第二端；
第二端，耦接于该第三晶体管的该第二端；
第六晶体管，包含：
第一端，耦接于该储能单元的该第二端；
控制端，用以接收第六控制信号；
第二端，耦接于第二低电压端；
微控制单元，耦接于该电压侦测单元及该电池阵列，用以控制该电池阵列中该M个电池组中每一个该晶体管；其中M为大于1的正整数。
7.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，若该M个电池组中的该储能单元储存K伏特的电位能，则该电源系统储存M至(M×K)伏特的电位能。
8.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，该M个电池组中的第m电池组的第一晶体管的第一端耦接于该M个电池组中的第(m-1)电池组的第四晶体管的第二端，该M个电池组中的该第m电池组的第三晶体管的第一端耦接于该M个电池组中的第(m-1)电池组的储能单元的第二端，其中2≤m≤M，且m为正整数。
9.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，该晶体管中每一晶体管为N型金氧半场效晶体管或P型金氧半场效晶体管。
10.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，该晶体管中每一晶体管为机械式或电磁式的物理性开关元件。
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