CN109525007B - 电源控制器、供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本案是关于一种电源控制器、供电系统及其控制方法，依供电系统情况与二次电池特性，适当调整功率命令值，当电源转换器的转换功率大于或等于功率命令值，或充电电流小于充电电流下限值时，控制电源控制器执行功率调整模式，以提供第一输出电流预设值，电源转换器依第一输出电流预设值调整其转换功率；当充电电流大于或等于充电电流上限值时，控制电源控制器执行充电控制模式，以提供第二输出电流预设值，电源转换器依第二输出电流预设值调整其输出电流。本发明兼具保护供电设备和二次电池，可改善供电设备性能、提升耐久性，减少供电系统的成本与体积，并可动态调整转换功率和应用于功率追踪功能。

Description

电源控制器、供电系统及其控制方法

技术领域

本案是关于一种电源控制器、供电系统及其控制方法，尤指一种仅包含一组电源转换器，即可通过控制其转换功率来保护供电设备，以及控制其输出电流来保护二次电池的电源控制器、供电系统及其控制方法。

背景技术

目前燃料电池常见应用于供电系统中，以电动车为例，已知供电系统通常包含有二次电池、燃料电池、负载及两组电源转换器，其作动方式为以燃料电池作为主要动力来源，再通过二次电池作为备用电力(Backup power)与缓冲；其中燃料电池所提供的电能经由第一组电源转换器转换后，提供电力来源；二次电池则通过第二组电源转换器所转换的电能来对其充电，另其亦可直接放电而供给负载使用。

由于燃料电池的输出特性，当电池堆(Stack)因无法有效地进行功率控制以减轻负荷，常造成电压异常骤降，而此现象将造成其永久性伤害，或引起暂时性失效，而使得供电系统进入紧急停止状态。目前的供电系统虽有朝向可调整电源转换器的输出功率的趋势，然而却又发现在调整其输出功率的同时，可能导致二次电池所接收的充电电流超过其所能负荷的电流量，进而造成二次电池的损坏。

再者，目前由燃料电池、二次电池与负载等所构成的供电系统当中，由于需使用到上述两组电源转换器，如此一来，将造成供电系统成本与体积的大幅增加。

因此，如何发展一种克服上述缺失的电源控制器、供电系统及其装置与控制方法，实为目前最为迫切需要解决的课题。

发明内容

本案的目的在于提供一种供电系统及其装置与控制方法，俾解决已知供电系统无法动态调整电源转换器的转换功率，以及避免二池电池所接收的充电电流超过其所能负荷的电流量等缺失。

本案的另一目的在于提供一种具电源控制器的供电系统及其装置与控制方法，俾解决已知供电系统需使用两组电源转换器来保护二次电池，以及为改善供电设备的稳定及可靠度，而导致生产成本与体积的增加。

为达上述目的，本案的一较广义实施样态为提供一种电源控制器，适用于供电系统，其可提供功率调整模式及/或充电控制模式，以对应控制电源转换器的转换功率或输出电流。

上述的电源控制器，其中当电源转换器的转换功率大于或等于功率命令值，或其充电电流小于充电电流下限值时，则电源控制器执行功率调整模式，以调整电源转换器的转换功率。

上述的电源控制器，其中当电源转换器所提供的充电电流大于或等于充电电流上限值时，则电源控制器执行充电控制模式，以调整电源转换器的输出电流。

为达上述目的，本案的另一较广义实施样态为提供一种供电系统，至少包含有：电源转换器，用以接收输入电压及输入电流，将其转换成输出电压及输出电流，而转换电压与转换电流的乘积即为其转换功率；二次电池，与电源转换器连接，用以接收由输出电流所提供的充电电流；以及电源控制器，与电源转换器及二次电池连接，用以接收转换电压反馈值、转换电流反馈值、充电电流反馈值及功率命令值，根据二次电池的特性预设充电电流上限值及充电电流下限值；当电源转换器的转换功率大于或等于功率命令值时，控制电源控制器执行功率调整模式，以调整电源转换器的转换功率；当充电电流大于或等于充电电流上限值时，控制电源控制器执行充电控制模式，以调整电源转换器的输出电流。

上述的供电系统，其中电源控制器更进一步判断，当充电电流小于充电电流下限值时，执行功率调整模式，以调整电源转换器的转换功率。

上述的供电系统，更包含有：负载模块，可提供负载需求量；供电设备，用以提供输入电压及输入电流；供电控制器，与供电设备、电源转换器、电源控制器及负载模块连接，用以根据输入电压反馈值、输出电压反馈值及负载需求量，而对应产生功率命令值，且根据二次电池的特性而预设充电电流门槛值及电压预设值。

上述的供电系统，其中功率调整模式通过功率控制装置来达成；充电控制模式通过充电控制装置来达成。功率命令值参考负载需求量或供电设备所提供的输入电压而决定；电压倍率根据转换电压而决定；电源控制器可预设或接收充电电流门槛值。本发明兼具保护供电设备和二次电池，可改善供电设备性能、提升耐久性，减少供电系统的成本与体积，并可动态调整转换功率和应用于功率追踪功能。

附图说明

图1为本案较佳实施例(一)的供电系统的方块示意图。

图2为本案较佳实施例(二)的供电系统的方块示意图。

图3为图1及图2所示的电源控制器的运算逻辑示意图。

图4为本案另一较佳实施例(一)的供电系统的方块示意图。

图5为本案另一较佳实施例(二)的供电系统的方块示意图。

图6为图4及图5所示的供电控制器的内部结构示意图。

图7为电源控制器应用于供电系统的控制方法的步骤流程图。

图8为供电控制器依供电系统的情况，适当调整功率命令值的较佳步骤流程图。

图9为二次电池控制机制的流程图。

图10为供电设备控制机制的流程图。

附图标号

1：供电系统

10：供电设备

11：电源转换器

12：二次电池

13：电源控制器

14：供电控制器

141：微处理器

142：第一信号转换器

143：第二信号转换器

15：负载模块

131：功率控制装置

132：充电控制装置

133：除法器

134：第一乘法器

135：第二乘法器

136：第三乘法器

137：第四乘法器

Gc：电流倍率

Gv：电压倍率

Gp：功率倍率

I1：输入电流

I2：输出电流

I3：充电电流

Ic：转换电流

Ifbc：转换电流反馈值

Ifb1：输入电流反馈值

Ifb2：输出电流反馈值

Ifb3：充电电流反馈值

Iref：充电电流门槛值

Iref1：第一输出电流预设值

Iref2：第二输出电流预设值

K1：第一功率参数

K2：第二功率参数

K3：充电电流参数

Lr：负载需求量

Pc：转换功率

Pi：输入功率

Po：输出功率

Pref：功率命令值

V1：供电电压

V2：输出电压

Vc：转换电压

Vfbc：转换电压反馈值

Vfb1：输入电压反馈值

Vfb2：输出电压反馈值

Vref：电压预设值

具体实施方式

技术名词定义：

1、输入电压反馈值Vfb1：反映输入电压V1的输入电压反馈值。

2、输出电压反馈值Vfb2：反映输出电压V2的输出电压反馈值。

3、输入电流反馈值Ifb1：反映输入电流I1的输入电流反馈值。

4、输出电流反馈值Ifb2：反映输出电流I2的输出电流反馈值。

5、充电电流反馈值Ifb3：反映充电电流I3的充电电流反馈值。

6、转换电压Vc：视系统情况可为输入电压V1或输出电压V2。

7、转换电流Ic：视系统情况可为输入电流I1或输出电流I2。

8、转换电压反馈值Vfbc：电源控制器13所需的电压反馈信号，为反映转换电压Vc的电压反馈值。

9、转换电流反馈值Ifbc：电源控制器13所需的电流反馈信号，为反映输转换电流Ic的输出电流反馈值。

10、转换功率Pc：电源转换器11的转换功率，视系统情况可为输入功率Pi或输出功率Po。

11、负载需求量：由负载模块提供。

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，然其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本案；此外，下列所述电路内元件间的连接皆可为电连接，故不再赘述。

图1为本案较佳实施例(一)的供电系统的方块示意图。供电系统1至少包含有：电源转换器11，用以将输入端的输入电压V1及输入电流I1转换成输出端的输出电压V2及输出电流I2，而转换电压Vc与转换电流Ic的乘积即为其转换功率Pc；二次电池12，与电源转换器11的输出端连接，用以接收由输出电流I2所提供的充电电流I3；以及电源控制器13，与电源转换器11及二次电池12连接，用以接收输出电压反馈值Vfb2、输出电流反馈值Ifb2、充电电流反馈值Ifb3、充电电流门槛值Iref及功率命令值Pref，并根据二次电池12的特性设定充电电流上限值及充电电流下限值；当电源转换器11的转换功率Pc大于或等于功率命令值Pref，或充电电流I3小于充电电流下限值时，控制电源控制器13执行功率调整模式，以根据输出电压反馈值Vfb2、输出电流反馈值Ifb2及功率命令值Pref，而提供第一输出电流预设值Iref1，使电源转换器11依据第一输出电流预设值Iref1控制调整转换功率Pc；当充电电流I3大于或等于充电电流上限值时，控制电源控制器13执行充电控制模式，以根据充电电流反馈值Ifb3及充电电流门槛值Iref，而提供第二输出电流预设值Iref2，使电源转换器11依据第二输出电流预设值Iref2控制调整输出电流I2。其中充电电流门槛值Iref亦可由电源控制器13内部自行预设，而无需由外部输入。

图2为本案较佳实施例(二)的供电系统的方块示意图。供电系统1’大致上与图1所示的内容相同，其不同点在于：电源控制器13是采以输入功率Pi来做控制，故电源转换器11是以输入端的输入电压V1及输入电流I1来计算其输入功率Pi(即转换功率Pc)；而在电源控制器13的输入信号中，则改以接收输入电压反馈值Vfb1(即转换电压反馈值Vfbc)、输入电流反馈值Ifb1(即转换电流反馈值Ifbc)来做控制；其余同图1所述的内容，故不再赘述。

图3为图1及图2所示的电源控制器的运算逻辑示意图。电源控制器13所输出的第一输出电流预设值Iref1或第二输出电流预设值Iref2，实际上分别应用在功率调整模式或充电控制模式，并依供电系统1的情况、输出电压V2、输出电流I2的变化与二次电池12的特性，使电源控制器13依实际转换电压Vc对应调整电源转换器11的转换电流Ic，亦即调整其转换功率Pc，或控制二次电池12所接收的充电电流I3。电源控制器13至少包含有功率控制装置131及充电控制装置132。其中功率控制装置131至少包含有除法器133、第一乘法器134及第二乘法器135。除法器133接收功率倍率Gp及功率命令值Pref，并输出第一功率参数K1；其中第一功率参数K1等于功率倍率Gp除以功率命令值Pref。第一乘法器134接收电压倍率Gv及反映输出电压V2的转换电压反馈值Vfb2，并输出第二功率参数K2；其中第二功率参数K2等于电压倍率Gv乘以转换电压反馈值Vfb。第二乘法器135接收反映输出电流I2的转换电流反馈值Ifb2、第一功率参数K1及第二功率参数K2，并输出第一输出电流预设值Iref1；其中第一输出电流预设值Iref1为转换电流反馈值Ifb、第一功率参数K1及第二功率参数K2三者的乘积而得。另，充电控制装置132至少包含有第三乘法器136及第四乘法器137。第三乘法器136接收电流倍率Gc及反映充电电流I3的充电电流反馈值Ifb3，并输出充电电流参数K3；其中充电电流参数K3等于电流倍率Gc乘以充电电流反馈值Ifb3。第四乘法器137接收充电电流参数K3及充电电流门槛值Iref，并输出第二输出电流预设值Iref2；其中第二输出电流预设值Iref2为充电电流参数K3及充电电流门槛值Iref两者的乘积而得。前述第一输出电流预设值Iref1与第二输出电流预设值Iref2间的切换，可包括但不限于使用机械式、电磁式或数字逻辑式控制开关、或控制电路，以人工方式控制或自动化控制等。另外，电压倍率Gv和电流倍率Gc可分别根据转换电压Vc与充电电流I3而决定。

表1为显示电源控制器13内的各个参数的实施例。在第一种实施态样(a)中，功率命令值Pref为720W，功率倍率Gp为36，第一功率参数K1为0.050，输出电流反馈值Ifb2为20A，电压倍率Gv可为0.02778，输出电压反馈值Vfb2可为36V，求出第二功率参数K2为1.000，藉此在功率调整模式下计算出第一输出电流预设值Iref1为1.000。此外，充电电流反馈值Ifb3为5A，电流倍率Gc为0.0400，求出充电电流参数K3为0.20，充电电流门槛值Iref为5A，藉此在充电控制模式下计算出第二输出电流预设值Iref2为1.000；其余实施态样(b)、(c)则依此类推。

表1电源控制器内的各个参数的实施例

其次，请参阅表2根据上述表1中的实施态样(b)，进一步计算出电源控制器13内的第二功率参数K2的另一实施态样(b1)：功率倍率Gp为50V，输出电压反馈值Vfb2为45V，电压倍率Gv可为0.02000，求出第二功率参数K2为0.900；其余实施态样(b2)、(b3)则依此类推。

表2电源控制器内的第二功率参数的实施态样

接着，请参阅表3根据上述表1中实施态样(b)，进一步计算出电源控制器13内的充电电流参数K3的另一实施态样(b4)：充电电流门槛值Iref为10A，充电电流反馈值Ifb3为9A，电流倍率Gc可为0.01000，求出充电电流参数K3为0.0900；其余实施态样(b5)、(b6)则依此类推。

表3电源控制器内的充电电流参数的实施态样

另根据图2的内容可得出表4电源控制器13的各个参数的实施例。在第四种实施态样(d)中，功率命令值Pref为720W，功率倍率Gp为18，第一功率参数K1为0.0250，输入电流反馈值Ifb1为40A，电压倍率Gv可为0.05556，输入电压反馈值Vfb1可为18V，求出第二功率参数K2为1.0，藉此在功率调整模式下计算出第一输出电流预设值Iref1为1.000。此外，充电电流反馈值Ifb3为5A，电流倍率Gc为0.0400，求出充电电流参数K3为0.20，充电电流门槛值Iref为5A，藉此在充电控制模式下计算出第二输出电流预设值Iref2为0.9；其余实施态样(e)、(f)则依此类推。

表4电源控制器内的各个参数的实施例

其次，请参阅表5根据上述表4中的实施态样(e)，进一步计算出电源控制器13内的第二功率参数K2的另一实施态样(e1)：功率倍率Gp为25，输入电压反馈值Vfb1为22.5V，电压倍率Gv可为0.04000，求出第二功率参数K2为0.900；其余实施态样(e2)、(e3)则依此类推。

表5电源控制器内的第二功率参数的实施态样

图4为本案另一较佳实施例(一)的供电系统的方块示意图。供电系统100至少包含有供电设备10、电源转换器11、二次电池12、电源控制器13、供电控制器14及负载模块15。供电设备10用以提供输入电压V1及输入电流I1。电源转换器11与供电设备10及负载模块15连接，用以将供电设备10所提供的输入电压V1及输入电流I1，转换成输出电压V2及输出电流I2，以供电给负载模块15；而转换电压Vc及转换电流Ic两者的乘积即为其转换功率Pc。二次电池12与电源转换器11及负载模块15连接，用以接收由输出电流I2所提供的充电电流I3，以进行充电；此外，二次电池12亦可将所存储的电能进行放电，提供予负载模块15。

负载模块15与电源转换器11及二次电池12连接，以接收电源转换器11所提供的输出电压V2及输出电流I2，并提供负载需求量Lr。此外，于一些实施例中，负载模块15可包括但不限于车辆动力控制系统、具有行车控制器的车辆系统、电机驱动器与电机、直流对交流转换器与交流负载、光源驱动器与发光元件等；可根据油门、车速、刹车或照度等信号来判断，而决定所需负载需求量Lr。因此，负载需求量Lr可包括但不限于负载功率值、油门量、车速值、刹车信号值或照度值等；若其为负载功率值时，则可通过功率检测器(图未示)来提供。

供电控制器14与供电设备10、电源转换器11、电源控制器13及负载模块15连接，其依据输入电压反馈值Vfb1、输出电压反馈值Vfb2及负载需求量Lr，而对应产生功率命令值Pref。此外，供电控制器14更根据二次电池12的特性而预设充电电流门槛值Iref及电压预设值Vref；其中充电电流门槛值Iref为二次电池12可承受的最大电流值，故可通过充电电流门槛值Iref来判断充电电流I3是否过大。

电源控制器13与电源转换器11、二次电池12、供电控制器14及负载模块15连接，用以接收输出电压反馈值Vfb2、输出电流反馈值Ifb2、充电电流反馈值Ifb3、充电电流门槛值Iref、功率命令值Pref及电压预设值Vref，并根据二次电池12的特性设定充电电流上限值及充电电流下限值。其中电源控制器13对应执行功率调整模式或充电控制模式。当电源控制器13判断出电源转换器11的转换功率Pc大于或等于功率命令值Pref时，执行功率调整模式，以根据输出电压反馈值Vfb2、输出电流反馈值Ifb2、功率命令值Pref及电压预设值Vref，而输出第一输出电流预设值Iref1，电源转换器11依据第一输出电流预设值Iref1控制调整转换功率Pc。反之，当电源控制器13判断出充电电流I3大于或等于充电电流上限值时，则执行充电控制模式，以根据充电电流反馈值Ifb3及充电电流门槛值Iref，而输出第二输出电流预设值Iref2，电源转换器11依据第二输出电流预设值Iref2控制调整输出电流I2。此外，电源控制器13所输出的第一输出电流预设值Iref1或第二输出电流预设值Iref2，与供电控制器14所输出的电压预设值Vref，连接到电源转换器11的信号输入端，经其反馈处理之后，以相对控制电源转换器11的输出。

于一些实施例中，电源控制器13亦可判断充电电流I3是否小于充电电流下限值；换言之，当电源控制器13判断电源转换器11的转换功率Pc大于或等于功率命令值Pref，或判断充电电流I3小于充电电流下限值时，执行功率调整模式。另，由于电源转换器11接收到上述的电压预设值Vref，使得其输出电压V2的最高电压可控制趋近于电压预设值Vref，以保护二次电池12避免过充电压。此外，功率倍率Gp亦可被设定为电压预设值Vref；电源转换器11的输出电压V2亦可被电压预设值Vref所控制，以进行恒定电压充电；而以充电电流门槛值Iref来控制电源转换器11的充电电流I3，以进行恒定电流充电，避免二次电池12过充。其中电源转换器11的输出可为空载，二次电池12的充电电流I3为等于电源转换器11的输出电流I2。电流倍率Gc根据充电电流I3而决定。充电电流门槛值Iref可由电源控制器13内部自行预设，或接收来自外部的信号。

此外，二次电池12可包括但不限于锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸蓄电池或超级电容器等可充电电池。电源转换器11可包括但不限于升压式直流对直流转换器、降压式直流对直流转换器、升降压式直流对直流转换器、推挽式直流对直流转换器或全桥式直流对直流转换器等。供电设备10可包括但不限于燃料电池组、燃油发电机、风力发电机、太阳能发电模块等发电设备，或是以交流电源搭配整流器的直流供应源。

图5为本案另一较佳实施例(二)的供电系统的方块示意图。供电系统100’大致上与图4所示的内容相同，其不同点在于：电源控制器13可视情况以转换功率Pc(即以输入功率Pi，或者输出功率Po)来做控制，意即电源转换器11可以输入电压V1及输入电流I1来计算其输入功率Pi，或者以输出电压V2及输出电流I2来计算其输出功率Po；而在电源控制器13的输入信号中，以接收转换电压反馈值Vfbc与转换电流反馈值Ifbc(即以输入电压反馈值Vfb1与输入电流反馈值Ifb1，或以输出电压反馈值Vfb2与输出电流反馈值Ifb2)来做控制；其余同图4所述的内容，故不再赘述。在一些实施例中，亦可将图5中的输出电压反馈值Vfb2与输出电流反馈值Ifb2予以省略，做为其他的应用。

图6为图4及图5所示的供电控制器的内部结构示意图。供电控制器14至少包含有微处理器141、多个第一信号转换器142及多个第二信号转换器143。微处理器141通过各个第一信号转换器142分别与供电设备10、电源转换器11及负载模块15相连接，而此多个第一信号转换器142分别将所接收的输入电压反馈值Vfb1、输出电压反馈值Vfb2及负载需求量Lr等信号经转换后，传输给微处理器141做处理。

当微处理器141接收到上述诸信号后，则对应产生功率命令值Pref，且根据二次电池12的特性而预设充电电流门槛值Iref及电压预设值Vref。此外，微处理器141亦通过各个第二信号转换器143分别与电源转换器11及电源控制器13连接；其中多个第二信号转换器143分别将所接收的充电电流门槛值Iref、功率命令值Pref及电压预设值Vref等信号，并将前述诸信号传输至电源控制器13；同时亦将电压预设值Vref的信号传输至电源转换器11。

图7为电源控制器应用于供电系统的控制方法的步骤流程图。该供电系统至少包含有电源转换器、二次电池及电源控制器；电源控制器执行功率调整模式或充电控制模式，其控制方法包含下列步骤：首先，执行步骤S1，于供电系统1运作时，根据二次电池12的特性设定充电电流上限值及充电电流下限值。当步骤S1执行完后，接着执行步骤S2，初始预设为功率调整模式。接着再执行步骤S3，判断是否为功率调整模式。当步骤S3判断结果为是时，则执行步骤S4，执行功率调整模式，以根据转换电压反馈值Vfb2、转换电流反馈值Ifb2及功率命令值Pref，而输出第一输出电流预设值Iref1，并控制电源转换器11调整其转换功率Pc。接着执行步骤S5，判断充电电流I3是否大于或等于充电电流上限值。当步骤S5判断结果为是时，则执行步骤S6，跳至充电控制模式，然后重新执行步骤S3。

再者，当上述步骤S3判断结果为否时，则执行步骤S7，执行充电控制模式，以根据充电电流反馈值Ifb3及充电电流门槛值Iref，而输出第二输出电流预设值Iref2，并控制电源转换器11调整输出电流I2。接着执行步骤S8，判断电源转换器11的转换功率Pc是否大于或等于功率命令值Pref。当步骤S8判断结果为是时，则执行步骤S9，跳至功率调整模式，然后重新执行步骤S3。

另外，当上述步骤S5判断结果为否时，则执行步骤S3。再者，当上述步骤S8判断结果为否时，亦执行步骤S3。此外，在一些实施例中，上述的充电电流门槛值Iref和充电电流上限值与充电电流下限值彼此之间的关系，视充电电流I3的涟波而决定；例如：充电电流上限值可以是等于充电电流门槛值Iref的1.1倍，而充电电流下限值可以是等于充电电流门槛值Iref的0.9倍。

于一些实施例中，上述步骤S8除了判断电源转换器11的转换功率Pc是否大于或等于功率命令值Pref外，亦可判断其充电电流I3是否小于充电电流下限值；因此当上述步骤S8判断结果为是时，则执行步骤S9，跳至功率调整模式，然后重新执行步骤S3。

由此可知，当执行本案的控制方法，便可使电源控制器13对应执行功率调整模式或充电控制模式，以在功率调整模式时，输出第一输出电流预设值Iref1，依实际输出电压V2来对应调整电源转换器11的输出电流I2，进而对供电设备10的转换功率Pc进行调整，以使输出功率稳定及改善其性能，并可以提升其耐久性，更能应用于最大功率追踪功能。而在充电控制模式时，则输出第二输出电流预设值Iref2来对应调整电源转换器11的输出电流I2，进而对二次电池12所接收的充电电流I3进行调整，使二次电池12以充电电流门槛值Iref为参考基准，进行恒定电流充电，以避免二次电池12过充。

在一些实施例中，当执行上述图7所述的控制方法时，供电控制器14亦同步经由一控制方法而输出功率命令值Pref，该控制方法说明如下：

图8为供电控制器依供电系统的情况，适当调整功率命令值的较佳实施步骤流程图。首先，供电控制器14：执行步骤M1，根据二次电池12的特性，预设电压预设值Vref给电源转换器11与电源控制器13，以及预设充电电流门槛值Iref给电源控制器13。接着，执行步骤M2，检测输入电压反馈值Vfb1、输出电压反馈值Vfb2及负载需求量Lr，而对应输出功率命令值Pref。然后，执行步骤M3，判断二次电池12的动态参数值是否超出第一区间值。当步骤M3判断结果为否时，则执行步骤M4，判断供电设备10的动态参数值是否超出第二区间值。当步骤M4判断结果为否时，则执行步骤M5，判断负载需求量Lr是否低于功率命令值Pref。当步骤M5判断结果为否时，则执行步骤M9，将功率命令值Pref输出给电源控制器13，然后重新执行步骤M2。

另外，当上述步骤M3判断结果为是时，则执行步骤M6，设定功率目标值Ptgt，然后执行步骤M4。而当上述步骤M4判断结果为是时，则执行步骤M7，设定功率命令值Pref，然后执行步骤M5。而当上述步骤M5判断结果为是时，则执行步骤M8，将功率目标值Ptgt调降为等于负载需求量Lr，并将功率命令值Pref调降为等于功率目标值Ptgt，并接续执行步骤M9，将功率命令值Pref输出给电源控制器13，然后重新执行步骤M2。此外，在此实施例中，负载需求量Lr为负载功率值；二次电池的动态参数值为二次电池的电量或电源转换器的输出电压。

图9为二次电池控制机制流程图。本实施例由图8所示的步骤M3与M6为二次电池的控制机制，可进一步细分为步骤M31、M32、M61及M62。其中第一区间值包含第一上限值及第一下限值；于步骤M31中，通过转换电压反馈值Vfbc来判断输出电压V2是否到达充电启动电压，或判断二次电池12的电量是否低于第一下限值；其中第一下限值可包括但不限于二次电池12的总电量的百分之四十，根据二次电池12的特性设定其充电启动电压可包括但不限于3.0V(即单电池电压)。当步骤M31判断结果为否时，则执行步骤M32，通过转换电压反馈值Vfbc来判断输出电压V2是否到达充电结束电压，或判断二次电池12的电量是否高于第一上限值；其中第一上限值可包括但不限于二次电池12的总电量的百分之七十，根据电池12的特性设定其充电结束电压可包括但不限于3.6V(即单电池电压)。当步骤M32判断结果为否时，则结束。当上述步骤M31判断结果为是时，则执行步骤M61，设定功率目标值Ptgt等于输出电压V2乘以充电电流门槛值Iref之后，再与负载需求量Lr相加的值(即Ptgt＝(V2*Iref)+Lr)，然后执行步骤M32。而当上述步骤M32判断结果为是时，则执行步骤M62，设定功率目标值Ptgt等于负载需求量Lr，然后结束。

图10为供电设备控制机制的流程图。同上所述，步骤M4与M7为供电设备的控制机制，可进一步细分为步骤M41、M42、M71及M72。其中第二区间值包含第二上限值及第二下限值；于步骤M41中，判断输入电压V1是否高于第二上限值；其中供电设备10的第二上限值可包括但不限于0.7V(即单电池电压)。当步骤M41判断结果为否时，则执行步骤M42，判断输入电压V1是否低于第二下限值；其中供电设备10的第二下限值可包括但不限于0.65V(即单电池电压)。当步骤M42判断结果为否时，则结束。又当上述步骤M41判断结果为是时，则执行步骤M71，将功率命令值Pref缓慢调升为等于功率目标值Ptgt，然后执行步骤M42。而当上述步骤M42判断结果为是时，则执行步骤M72，停止调整功率命令值Pref，然后结束。其余的步骤及说明，则请参考图8所述的内容，故不再赘述。

由上述可知，本案是揭露一种供电系统及其装置与控制方法，是在电源转换器的转换功率大于或等于功率命令值，或充电电流小于充电电流下限值时，通过电源控制器执行功率调整模式，以输出第一输出电流预设值，依实际转换电压而调整电源转换器的转换电流，亦即调整其转换功率，使电源转换器的转换功率得到控制，进而使供电设备的转换功率得到控制，故在功率调整模式下，可对供电设备的转换功率进行调整，以改善其性能使转换功率更加稳定，并可提升其耐久性，更可应用于功率追踪功能。另外，电源转换器在充电电流大于或等于充电电流上限值时，通过电源控制器执行充电控制模式，以输出第二输出电流预设值，藉此调整电源转换器的输出电流，由于电源控制器所产生的第二输出电流预设值以充电电流门槛值为参考基准而进行恒定电流充电，故在充电控制模式下，可通过调整电源转换器的输出电流而对二次电池所接收的充电电流进行调整；另通过功率倍率来控制电源转换器的输出电压，以进行恒定电压充电，以保护二次电池。再者，由于本案的供电系统及其装置与控制方法可在充电控制模式下，对二次电池所接收的充电电流进行调整，因此供电系统仅须使用单一组电源转换器，而无须如已知供电系统需要两组电源转换器，故本案的供电系统的成本与体积相对地减小。

综上所述，本案兼具保护供电设备和二次电池，可改善供电设备性能、提升耐久性，减少供电系统的成本与体积，并可动态调整转换功率和应用于功率追踪功能。本案得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离如附权利要求所欲保护者。

Claims (23)

1.一种电源控制器，其特征在于，适用于供电系统，其可提供功率调整模式及/或充电控制模式，以对应控制电源转换器的转换功率或输出电流；其中该功率调整模式是由该电源控制器的功率控制装置来达成，该功率控制装置至少包含有：除法器、第一乘法器及第二乘法器，并对应输出第一输出电流预设值；

其中该除法器为接收功率倍率及功率命令值，并输出第一功率参数；该第一乘法器为接收电压倍率及转换电压反馈值，并输出第二功率参数；该第二乘法器为接收转换电流反馈值、该第一功率参数及该第二功率参数，并输出该第一输出电流预设值；其中该电源转换器以该第一输出电流预设值控制调整其转换功率。

2.如权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，当该电源转换器的转换功率大于或等于该功率命令值时，则该电源控制器执行该功率调整模式，以调整该电源转换器的转换功率。

3.如权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，当该电源转换器所提供的充电电流小于充电电流下限值时，则该电源控制器执行该功率调整模式，以调整该电源转换器的转换功率。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的电源控制器，其特征在于，该电源控制器接收该转换电压反馈值、该转换电流反馈值、充电电流反馈值、充电电流门槛值及该功率命令值；当该电源控制器执行该功率调整模式时，根据该转换电压反馈值、该转换电流反馈值及该功率命令值，而提供该第一输出电流预设值，使该电源转换器依据该第一输出电流预设值控制调整其转换功率；当该电源控制器执行该充电控制模式时，根据该充电电流反馈值及该充电电流门槛值，而提供第二输出电流预设值，使该电源转换器依据该第二输出电流预设值控制调整其输出电流。

5.如权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，当该电源转换器所提供的充电电流大于或等于充电电流上限值时，则该电源控制器执行该充电控制模式，以调整该电源转换器的输出电流。

6.如权利要求1或5所述的电源控制器，其特征在于，该充电控制模式由充电控制装置来达成，该充电控制装置至少包含有：第三乘法器，接收电流倍率及充电电流反馈值，并输出充电电流参数；第四乘法器，接收充电电流门槛值及该充电电流参数，并输出第二输出电流预设值；其中该电源转换器以该第二输出电流预设值控制调整其输出电流。

7.一种供电系统，其特征在于，至少包含：

电源转换器，用以接收输入电压及输入电流，并将其转换成输出电压及输出电流，而其转换电压与转换电流的乘积即为其转换功率；

二次电池，与该电源转换器连接，用以接收由该输出电流所提供的充电电流；以及

电源控制器，与该电源转换器及该二次电池连接，用以接收转换电压反馈值、转换电流反馈值、充电电流反馈值及功率命令值，根据该二次电池的特性预设充电电流上限值及充电电流下限值；当该电源转换器的转换功率大于或等于该功率命令值时，控制该电源控制器执行功率调整模式，以调整该电源转换器的转换功率；当该充电电流大于或等于该充电电流上限值时，控制该电源控制器执行充电控制模式，以调整该电源转换器的输出电流；

其中该功率调整模式是由该电源控制器的功率控制装置来达成，该功率控制装置至少包含有：除法器、第一乘法器及第二乘法器，并对应输出第一输出电流预设值；

该除法器为接收功率倍率及该功率命令值，并输出第一功率参数；该第一乘法器为接收电压倍率及该转换电压反馈值，并输出第二功率参数；该第二乘法器为接收该转换电流反馈值、该第一功率参数及该第二功率参数，并输出该第一输出电流预设值；通过该第一输出电流预设值控制该电源转换器的转换功率。

8.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，该电源控制器更进一步判断，当该充电电流小于该充电电流下限值时，执行该功率调整模式，以调整该电源转换器的转换功率。

9.如权利要求7或8所述的供电系统，其特征在于，当该电源控制器执行该功率调整模式时，根据该转换电压反馈值、该转换电流反馈值及该功率命令值，而提供该第一输出电流预设值，使该电源转换器依据该第一输出电流预设值控制调整其转换功率；而当该电源控制器执行该充电控制模式时，根据该充电电流反馈值及充电电流门槛值，而提供第二输出电流预设值，使该电源转换器依据该第二输出电流预设值控制调整其输出电流；该转换电压为输入电压或输出电压；该转换电流为输入电流或输出电流；该转换电压反馈值为输入电压反馈值或输出电压反馈值；该转换电流反馈值为输入电流反馈值或输出电流反馈值；该转换功率为输入功率或输出功率。

10.如权利要求9所述的供电系统，其特征在于，该第一输出电流预设值为该转换电流反馈值、该第一功率参数及该第二功率参数三者的乘积；该第一功率参数等于该功率倍率除以该功率命令值；该第二功率参数等于该电压倍率乘以该转换电压反馈值；而该第二输出电流预设值为充电电流参数及该充电电流门槛值两者的乘积；该充电电流参数等于电流倍率乘以该充电电流反馈值。

11.如权利要求9所述的供电系统，其特征在于，该功率命令值是参考负载需求量或供电设备所提供的输入电压而决定；该电压倍率根据该转换电压而决定；该功率倍率是由该二次电池的特性而预设，或依其与该功率命令值之间的关系而修正。

12.如权利要求9所述的供电系统，其特征在于，该充电控制模式通过一充电控制装置来达成，该装置至少包含有：第三乘法器，接收电流倍率及该充电电流反馈值，并输出该充电电流参数；第四乘法器，接收该充电电流门槛值及该充电电流参数，并输出该第二输出电流预设值；其中通过该第二输出电流预设值控制该电源转换器的输出电流；该电流倍率根据该充电电流而决定。

13.如权利要求7至8及10至12中任一权利要求所述的供电系统，其特征在于，更包含有：

负载模块，可提供负载需求量；

供电设备，用以提供该输入电压及该输入电流；以及

供电控制器，与该供电设备、该电源转换器、电源控制器及该负载模块连接，用以根据输入电压反馈值、输出电压反馈值及该负载需求量，而对应产生该功率命令值，且根据该二次电池的特性预设该充电电流门槛值及电压预设值。

14.如权利要求13所述的供电系统，其特征在于，该供电控制器至少包含有：

多个第一信号转换器，分别与该供电设备、该电源转换器及该负载模块连接，用以将该输入电压反馈值、该输出电压反馈值及该负载需求量的信号予以转换；

微处理器，与该多个第一信号转换器连接，以接收该多个信号，而对应产生该功率命令值，并根据该二次电池的特性预设该充电电流门槛值及该电压预设值；以及

多个第二信号转换器，分别与该微处理器及该电源控制器连接，用以将该功率命令值、该充电电流门槛值及该电压预设值的信号予以转换。

15.如权利要求14所述的供电系统，其特征在于，该多个第二信号转换器的该多个信号传输至该电源控制器，使该电源控制器对应输出第一输出电流预设值或第二输出电流预设值，以控制该电源转换器的转换功率或输出电流；该电压预设值的信号亦传输至该电源转换器；该负载需求量为负载功率值、油门量、车速值、刹车信号值或照度值。

16.如权利要求13所述的供电系统，其特征在于，该供电控制器的控制方法至少包含下列步骤：

(i1)根据该二次电池的特性，预设该电压预设值及该充电电流门槛值；

(i2)检测该输入电压反馈值、该输出电压反馈值及该负载需求量，对应输出该功率命令值；

(i3)判断该二次电池的动态参数值是否超出第一区间值；

(i4)判断该供电设备的动态参数值是否超出第二区间值；

(i5)判断该负载需求量是否低于该功率命令值；

(i6)设定功率目标值；

(i7)设定该功率命令值；

(i8)将该功率目标值调降为等于该负载需求量，并将该功率命令值调降为等于该功率目标值；以及

(i9)输出该功率命令值；

其中当该步骤(i1)执行完后，执行该步骤(i2)，当该步骤(i2)执行完后，执行该步骤(i3)，当该步骤(i3)判断的结果为否时，执行该步骤(i4)，当该步骤(i4)判断的结果为否时，执行该步骤(i5)，当该步骤(i5)判断的结果为否时，执行该步骤(i9)，当该步骤(i9)执行完后，重新执行该步骤(i2)；而当该步骤(i3)判断结果为是时，执行该步骤(i6)，当该步骤(i6)执行完后，执行该步骤(i4)；而当该步骤(i4)判断结果为是时，执行该步骤(i7)，当该步骤(i7)执行完后，执行该步骤(i5)；而当该步骤(i5)判断结果为是时，执行该步骤(i8)；而当该步骤(i8)执行完后，执行该步骤(i9)。

17.如权利要求16所述的供电系统，其特征在于，该步骤(i3)与(i6)为该二次电池的控制机制，可进一步细分为：

(i31)判断该二次电池的输出电压是否到达其充电启动电压；

(i32)判断该二次电池的输出电压是否到达其充电结束电压；

(i61)设定该功率目标值等于该输出电压乘以该充电电流门槛值后，再与该负载需求量相加的值；以及

(i62)设定该功率目标值等于该负载需求量；

其中当该步骤(i31)判断的结果为否时，执行该步骤(i32)，当该步骤(i32)判断的结果为否时，则结束；而当该步骤(i31)判断结果为是时，执行该步骤(i61)，当该步骤(i61)执行完后，执行该步骤(i32)；而当该步骤(i32)判断结果为是时，执行该步骤(i62)，当该步骤(i62)执行完后，则结束。

18.如权利要求17所述的供电系统，其特征在于，该第一区间值更包含第一上限值及第一下限值；于该步骤(i31)中更进一步判断该二次电池的电量是否低于该第一下限值；于该步骤(i32)中更进一步判断该二次电池的电量是否高于该第一上限值；该供电控制器根据该二次电池的特性预设充电电流门槛值；该负载需求量为负载功率值、油门量、车速值、刹车信号值或照度值；该二次电池的动态参数值为其电量或输出电压。

19.如权利要求16所述的供电系统，其特征在于，该第二区间值包含第二上限值及第二下限值；该步骤(i4)与(i7)为该供电设备的控制机制，可进一步细分为：

(i41)判断该输入电压反馈值是否高于该第二上限值；

(i42)判断该输入电压反馈值是否低于该第二下限值；

(i71)将该功率命令值缓慢调升为等于该功率目标值；以及

(i72)停止调整该功率命令值；

其中当该步骤(i41)判断的结果为否时，执行该步骤(i42)，当该步骤(i42)判断的结果为否时，则结束；而当该步骤(i41)判断结果为是时，执行该步骤(i71)，当该步骤(i71)执行完后，执行该步骤(i42)；而当该步骤(i42)判断结果为是时，执行该步骤(i72)，当该步骤(i72)执行完后，则结束。

20.一种电源控制器的控制方法，其特征在于，适用于供电系统；该供电系统至少包含有：电源转换器、二次电池及电源控制器；该电源控制器执行功率调整模式或充电控制模式，其控制方法包含下列步骤：

(a)于该供电系统运作时，根据该二次电池的特性预设充电电流上限值及充电电流下限值；

(b)将其初始预设为该功率调整模式；

(c)判断是否为该功率调整模式；

(d)执行该功率调整模式，输出第一输出电流预设值；

(e)判断该充电电流是否大于或等于该充电电流上限值；

(f)跳至该充电控制模式；

(g)执行该充电控制模式，输出第二输出电流预设值；

(h)判断该电源转换器的转换功率是否大于或等于功率命令值；以及

(i)跳至该功率调整模式；

其中首先执行该步骤(a)，当该步骤(a)执行完后，执行该步骤(b)，然后再执行该步骤(c)，当该步骤(c)判断结果为是时，则执行该步骤(d) ，当该步骤(d)执行完后，执行该步骤(e)，当该步骤(e)判断的结果为是时，则执行该步骤(f)，当该步骤(f)执行完后，重新执行该步骤(c)；而当该步骤(c)判断结果为否时，则执行该步骤(g)，当该步骤(g)执行完后，执行该步骤(h)，当该步骤(h)判断的结果为是时，则执行该步骤(i)，当该步骤(i)执行完后，重新执行该步骤(c)；而当该步骤(e)判断结果为否时，则重新执行该步骤(c)；而当该步骤(h)判断的结果为否时，亦重新执行该步骤(c)。

21.如权利要求20所述的电源控制器的控制方法，其特征在于，在该步骤(h)之后，更进一步包括步骤(h1)判断该充电电流是否小于该充电电流下限值；当步骤(h)执行完后，执行步骤(h1)；当该步骤(h1)判断的结果为是时，则执行该步骤(i)；而当该步骤(h1)判断的结果为否时，则重新执行该步骤(c)；其中于该步骤(d)中，该电源控制器以该第一输出电流预设值控制该电源转换器调整其转换功率；其中于该步骤(g)中，该电源控制器以该第二输出电流预设值控制该电源转换器调整其输出电流。

22.如权利要求20或21所述的电源控制器的控制方法，其特征在于，该第一输出电流预设值为转换电流反馈值、第一功率参数及第二功率参数三者的乘积；该第一功率参数等于功率倍率除以该功率命令值；该第二功率参数等于电压倍率乘以转换电压反馈值；该电压倍率根据转换电压而决定。

23.如权利要求20或21所述的电源控制器的控制方法，其特征在于，该第二输出电流预设值为充电电流参数及该充电电流门槛值两者的乘积；该充电电流参数等于电流倍率乘以充电电流反馈值；该电流倍率根据该充电电流而决定。

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