CN114530919A - 供电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供电控制系统，用以对一负载供电并且包括第一供电装置、第二供电装置以及降压转换器。第一供电装置具有第一输出电压并用以输出第一输出电流至负载。第二供电装置具有第二输出电压并用以输出第二输出电流至负载。降压转换器选择性地连接第一供电装置或第二供电装置，再与未连接的供电装置及负载并联。降压转换器根据第一输出电压、第二输出电压，选择性地连接于输出电压高的电源装置，并控制转换器输出电压，使其符合另一个电源装置电压，从而将两个电源装置并联，并输出电流至负载。通过本发明提供的供电控制系统，可提高供电装置的续航能力和供电效率。

Description

供电控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种可平衡多个供电装置的电压的供电控制系统。

背景技术

近年来，随着科技的快速发展以及绿能意识的提升，以电能驱动代替汽油驱动的电动车辆逐渐兴起。电动车辆的供电装置为蓄电池，并且电动车辆可包含若干个蓄电池以维持电动车辆的续航力。

一般来说，电动车辆在起动、加速以及爬坡的情况下需要较大的动能，因此，电动车辆的供电装置通常会将若干个蓄电池以并联的方式连接，以使供电装置能够提供足够的电流及电能。但是，由于每个蓄电池的充电/放电特性不完全相同并且具有电压差异，因此，当蓄电池直接以并联的方式连接时，供电装置会因蓄电池之间的电压差异过大所造成的内部环流而产生热能，进而降低供电装置的续航力。而为了解决供电装置发热的缺点，电动车辆通常会进一步包含电池控制开关连接两组蓄电池，以分别控制蓄电池的输出及电压。

在现有的蓄电池的控制方式中，当供电装置的其中一蓄电池的电压较高时，电池控制开关会导通电压较高的蓄电池并且会切断电压较低的蓄电池，以让电压较高的蓄电池单独供电，进而降低该蓄电池的电压。而当供电装置的所有蓄电池的电压差异较小时，电池控制开关才会导通所有蓄电池以并联的方式提供电能。然而，当电压较高的蓄电池单独供电时，蓄电池有可能会因电流出力过大而降低蓄电池的寿命，进而降低续航力并且提高成本。进一步地，电池控制开关仅有切换的功能。当电池控制开关导通所有蓄电池时，电池控制开关无法控制蓄电池出力电流，故蓄电池有可能因电池特性不同而有内部阻抗差异，低阻抗蓄电池会持续以高电流的方式提供电能，无法分配各电池出力电流。此外，当电池控制开关导通或切断蓄电池时，供电装置容易产生突波电流而有可能会损伤电动车辆的其他电子组件造成故障或降低效率。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种供电控制系统，以解决现有技术的问题。

本发明实施例提供一种供电控制系统，用以对一负载供电并且包括第一供电装置、第二供电装置以及降压转换器。第一供电装置具有第一输出电压并且用以输出第一输出电流至负载。第二供电装置具有第二输出电压并且用以输出第二输出电流至负载。降压转换器选择性地并联第一供电装置、第二供电装置以及负载。降压转换器用以根据第一输出电压、第二输出电压以及负载的负载电压选择性地调整第一供电装置以及第二供电装置的输出电压。当第一输出电压大于第二输出电压或第二输出电压大于第一输出电压时，降压转换器控制第一输出电压以及第二输出电压互相平衡。

其中，本发明的供电控制系统还包括控制器连接降压转换器，并且降压转换器包括第一调整开关、第二调整开关以及第三调整开关。控制器用以控制降压转换器的第一调整开关、第二调整开关以及第三调整开关，以调整第一供电装置以及第二供电装置的至少一个的输出电压。

其中，第二调整开关与第三调整开关为晶体管及二极管的其中一个。

其中，控制器为脉波宽度调变控制器(Pulse-width modulation controller,PWMcontroller)。

在一具体实施例中，降压转换器位于第一供电装置以及第二供电装置之间，并且第二供电装置位于降压转换器以及负载之间。当第一输出电压以及第二输出电压相同时，控制器控制第一调整开关完全导通，以使第一供电装置、第二供电装置以及负载并联连接。

其中，当第一供电装置的第一输出电压小于负载的负载电压时，控制器控制第一调整开关以及第三调整开关断开。

在一具体实施例中，本发明的供电控制系统还包括第一电路、第二电路、第三电路、第四电路，以及分别设置于第一电路、第二电路、第三电路、第四电路上的第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关，并且包括开关器连接并控制第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关。降压转换器位于第一供电装置及负载之间并且位于第二供电装置及负载之间。第一电路连接第一供电装置、降压转换器及负载，第二电路连接第二供电装置及负载，第三电路连接第一供电装置及负载，并且第四电路连接第二供电装置、降压转换器及负载。

其中，当第一输出电压大于第二输出电压时，开关器控制第一开关以及第二开关导通，以使第一供电装置以第一电路输出第一输出电流，并且使第二供电装置以第二电路输出第二输出电流。

其中，当第二输出电压大于第一输出电压时，开关器控制第三开关以及第三开关导通，以使第一供电装置以第三电路输出第一输出电流，并且使第二供电装置以第四电路输出第二输出电流。

其中，当第一输出电压等于第二输出电压时，开关器控制第二开关以及第三开关导通，以使第一供电装置以第三电路输出第一输出电流，并且使第二供电装置以第二电路输出第二输出电流。

本发明所提供的供电控制系统具有如下优点：

发明的供电控制系统可通过控制器以及降压转换器将不同电压的供电装置转换成相同的输出电压，以避免供电装置之间的电压差异而产生回流功率损失，进而提高续航力。并且，本发明的供电控制系统也可通过控制器以及降压转换器将相同电压的供电装置以并联的方式运作，进而提高供电功率。此外，本发明的供电控制系统也可通过开关器及降压转换器切换不同电路以控制并平衡多个供电装置的输出电压，进而提高续航力及供电效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是根据本发明的一具体实施例的供电控制系统的功能框图。

图2是图1的具体实施例的供电控制系统的电路图。

图3是根据本发明的一具体实施例的供电控制系统的电路图。

图4是根据本发明的另一具体实施例的供电控制系统的功能框图。

图5是图4的具体实施例的供电控制系统的电路图。

附图标记：

1、2、3：供电控制系统 8：负载

11、21、31：第一供电装置 P1：第一电路

12、22、32：第二供电装置 P2：第二电路

13、23、33：降压转换器 P3：第三电路

131、231、331：第一调整开关 P4：第四电路

132、232、332：第二调整开关 S1：第一开关

133、233、333：电感器 S2：第二开关

134、234、334：电容 S3：第三开关

135、235:第三调整开关 S4：第四开关

14、24、34：控制器

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。说明书中的“或”、“或者”均可能表示“和”或者“或”。

为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以具体实施例并参照所附图式进行详述与讨论。值得注意的是，这些具体实施例仅为本发明代表性的具体实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应的具体实施例。并且，图中各装置仅是用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向、横向、上、下、前、后、左、右、顶、底、内、外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示所述的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1及图2。图1是本发明提供的一具体实施例的供电控制系统1的功能框图。图2是图1的一具体实施例的供电控制系统1的电路图。如图1所示，在本具体实施例中，供电控制系统1包括第一供电装置11、第二供电装置12以及降压转换器13，并且供电控制系统1用以对负载8供电。第一供电装置11具有第一输出电压并且用以输出第一输出电流至负载8。第二供电装置12具有第二输出电压并且用以输出第二输出电流至负载8。降压转换器13选择性地并联第一供电装置11、第二供电装置12以及负载8。并且，降压转换器13用以根据第一供电装置11的第一输出电压、第二供电装置12的第二输出电压以及负载8的负载电压选择性地调整第一供电装置11及第二供电装置12的输出电压，以使第一输出电压及第二输出电压互相平衡。

在实务中，本发明的供电控制系统1可应用于电动车辆。第一供电装置11及第二供电装置12可为蓄电池，降压转换器13可整合于主控板或供电模块的电路板上，并且负载8可为电动车辆的马达控制器等动力装置。进一步地，主控板或供电模块的电路板可连接第一供电装置11、第二供电装置12及负载8，以控制第一供电装置11及第二供电装置12提供电能至负载8，进而使负载8运作。

如图1及图2所示，在本具体实施例中，降压转换器13位于第一供电装置11及第二供电装置12之间，并且第二供电装置12位于第一供电装置11及负载8之间。降压转换器13用以根据第一供电装置11的第一输出电压、第二供电装置12的第二输出电压以及负载8的负载电压调整第一供电装置11的输出电压。进一步地，降压转换器13包括第一调整开关131、第二调整开关132以及第三调整开关135，并且供电控制系统1进一步包括控制器14连接降压转换器13的第一调整开关131、第二调整开关132及第三调整开关135。控制器14用以控制降压转换器的第一调整开关131、第二调整开关132以及第三调整开关135的导通及断开，以调整第一供电装置11的输出电压。在实务中，第一调整开关131、第二调整开关132以及第三调整开关135可为晶体管，进一步地，第一调整开关131以及第二调整开关132可为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。而控制器14可为脉波宽度调变控制器(Pulse-width modulation controller,PWM controller)，并且控制器14可整合于主控板或供电模块的电路板上。

在实务中，供电控制系统1可进一步包括电压侦测器(图未示)，其连接第一供电装置11、第二供电装置12、负载8以及控制器14。在实务中，电压侦测器也可整合于主控板或供电模块的电路板上，并且用以侦测第一供电装置11的第一输出电压、第二供电装置12的第二输电压以及负载8的负载电压。因此，控制器14可根据电压侦测器所量测到的第一输出电压以及第二输电压控制第一调整开关131。

如图2所示，当第一供电装置11的第一输出电压大于第二供电装置12的第二输出电压时，控制器14可控制降压转换器13的第一调整开关131、第二调整开关132与第三调整开关135，以调整降压转换器13的输出电压。在实务中，当控制器14控制第一调整开关131与第三调整开关135导通并且控制第二调整开关132断开时，第一供电装置11可输出第一输出电流至降压转换器13，此时，降压转换器13可将供电装置11的电能通过电感器133以及电容134增加第一输出电流，进而减少第一供电装置11的第一输出电压。进一步地，控制器14可控制第一调整开关131的导通责任周期(duty cycle)以控制第一输出电流的流量，进而调整第一供电装置11的第一输出电压，以使第一输出电压及第二输出电压互相平衡。因此，本发明的供电控制系统可通过控制器以及降压转换器将不同电压的供电装置转换成相同的输出电压，以避免供电装置之间的电压差异而产生回流，造成功率损耗与温升，进而提高续航力。

而当第一供电装置11的第一输出电压以及第二供电装置12的第二输出电压相同时，控制器14控制第一调整开关131完全导通，以使第一供电装置11、第二供电装置12以及负载8并联连接。在实务中，当第一输出电压以及第二输出电压相同时，控制器14可控制第一调整开关131与第三调整开关135完全导通，以使第一供电装置11的第一输出电流可完全通过降压转换器13，并且流至降压转换器13的电感器133以及电容134。进一步地，因第一供电装置11与第二供电装置12的电压相近，因此当电感器133因大电流饱和时，电感器133将形同短路，使得第一供电装置11的输出电流经由开关131与电感器133和第二供电装置12及负载8并联连接。在实务中，当电动车辆于起动、加速以及爬坡的情况时，第一供电装置11及第二供电装置12可同时供电至负载8，以增加输出动力。因此，本发明的供电控制系统也可通过控制器以及降压转换器将相同电压的供电装置以并联的方式运作，进而提高供电能力与效率。

进一步地，当第一供电装置11的第一输出电压小于负载8的负载电压时，控制器14控制第一调整开关131、第二调整开关132以及第三调整开关135断开。在实务中，当第一供电装置11的第一输出电压小于第二供电装置12与负载8的输出电压时，表示第一供电装置11无法提供第一输出电流至负载8。因此，控制器14控制第三调整开关135断开。此时只有第二供电装置12提供电流给负载8，但一旦第二供电装置12因输出大电流而使得输出电压降低至与第一供电装置11的输出电压相同或以下，则降压转换器13将再次启动，使第一供电装置11与第二供电装置12一起并联供电。

在一具体实施例中，控制器14可控制第一调整开关131的导通责任周期，而在第一调整开关131截止期间，控制器14控制第二调整开关132导通。在实务中，当降压转换器13的电感器133以及电容134提供电流至负载8时，控制器14可控制第二调整开关231导通，以提供电感器133放电回路，将电感器133上的储能释放于电容134与负载8，以避免电感器133感应突波电压而损坏电路。

而降压转换器的第二调整开关不限于前述具体实施例的晶体管，第二调整开关也可为其他样态。请参阅图3。图3是根据本发明的一具体实施例的供电控制系统2的电路图。如图3所示，在本具体实施例中，第二调整开关232与第三调整开关235为二极管，并且控制器24可控制降压转换器23的第一调整开关231以调整第一供电装置21的输出电压。在实务中，当第一供电装置21的第一输出电压大于第二供电装置22的第二输出电压时，控制器24控制第一调整开关231导通。此时，第二调整开关232为逆向偏压，而第三调整开关235为顺向偏压，因此，第一供电装置21的第一输出电流不会流至第二调整开关232而会流经电感器233、第三调整开关235以及电容234与负载8，第一供电装置21与第二供电装置22之间的压差由电感器233承受，而使降压转换器23输出电压与第二供电装置22相同。而当第一供电装置21的第一输出电压小于第二供电装置22与负载8的电压时，第三调整开关因逆向偏压而截止，第二供电装置22电流不会逆流至第一供电装置21而产生环流。

本发明的供电控制系统除了可为前述具体实施例的形态之外，也可为其他形态。请参阅图4及图5。图4是本发明提供的另一具体实施例的供电控制系统3的功能框图。图5是图4的具体实施例的供电控制系统3的电路图。如图4及图5所示，本具体实施例与前述具体实施例的不同之处，是在于第一供电装置31以及第二供电装置32皆连接降压转换器33，也就是说，降压转换器33位于第一供电装置31以及负载8之间并且位于第二供电装置32以及负载8之间。因此，第一供电装置31以及第二供电装置32可通过降压转换器33输出电流至负载8。请注意，本具体实施例中的降压转换器33的第一调整开关331、第二调整开关332、电感器333、电容334以及控制器34的功能与前体实施例中对应的组件的功能大致相同，于此不再赘述。

如图5所示，在本具体实施例中，供电控制系统3包括第一电路P1、第二电路P2、第三电路P3以及第四电路P4。第一电路P1连接第一供电装置31、降压转换器33及负载8，第二电路P2连接第二供电装置32及负载8，第三电路P3连接第一供电装置31及负载8，并且第四电路P4连接第二供电装置32、降压转换器33及负载8。进一步地，供电控制系统3包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4分别设置于第一电路P1、第二电路P2、第三电路P3及第四电路P4上。供电控制系统3可通过第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4的切换以调整第一供电装置31以及第二供电装置32的输出模式。于实务中，供电控制系统3可进一步包括开关器(图未示)连接并控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4。而开关器可整合于主控板或供电模块的电路板上，并且也可连接电压侦测器。

在实务中，当第一供电装置31的第一输出电压大于第二供电装置32的第二输出电压时，开关器控制第一开关S1及第二开关S2导通，并且控制第三开关S3及第四开关S4断开。此时，第一供电装置31以第一电路P1输出第一输出电流，并且第二供电装置32以第二电路P2输出第二输出电流。当第一供电装置31的第一输出电流流经第一电路P1时，第一供电装置31可通过降压转换器33调整第一输出电压，以使第一供电装置31的第一输出电压与第二供电装置32的第二输出电压互相平衡。并且，第一供电装置31、降压转换器33、第二供电装置32及负载8为并联连接，因此，第一供电装置31及第二供电装置32可于相同输出电压的情况下同时输出电流至负载8。

当第二供电装置32的第二输出电压大于第一供电装置31的第一输出电压时，开关器控制第三开关S3及第四开关S4导通，并且控制第一开关S1及第二开关S2断开。此时，第一供电装置31以第三电路P3输出第一输出电流，并且第二供电装置32以第四电路P4输出第二输出电流。当第二供电装置32的第二输出电流流经第四电路P4时，第二供电装置32可通过降压转换器33调整第二输出电压，以使第一供电装置31的第一输出电压与第二供电装置32的第二输出电压互相平衡。并且，第一供电装置31、第二供电装置32、降压转换器33及负载8为并联连接，因此，第一供电装置31及第二供电装置32可于相同输出电压的情况下同时输出电流至负载8。

而当第一供电装置31的第一输出电压等于第二供电装置32的第二输出电压时，表示第一供电装置31及第二供电装置32皆不需调整第一输出电压及第二输出电压，此时，开关器控制第二开关S2及第三开关S3导通，并且控制第一开关S1及第四开关S4断开。因此，第一供电装置31以第三电路P3输出第一输出电流，第二供电装置32以第二电路P2输出第二输出电流，并且第一供电装置31、第二供电装置32及负载8为并联连接，而第一供电装置31及第二供电装置32可同时输出电流至负载8。

在实务中，当电动车辆更换电池及运行时，开关器可通过开关器所量测到的第一供电装置31的第一输出电压及第二供电装置32的第二输出电压随时切换开关，以使第一输出电压及第二输出电压维持在平衡的状态。并且在第一与第二供电装置电压相近时，当电动车辆在加速以及爬坡的情况时，开关器也可分别控制第一供电装置31及第二供电装置32以第三电路P3及第二电路P2直接供电至负载8，以增加输出动力。进一步地，当电动车辆于下坡的情况时，开关器也可切换至第二电路P2及第三电路P3，以使负载8能够通过降压转换器33控制第一供电装置31及第二供电装置32回充电流。因此，本发明的供电控制系统也可通过切换开关以控制多个供电装置的输出电压，进而提高续航力及供电效率。

综上所述，本发明的供电控制系统可通过控制器以及降压转换器将不同电压的供电装置转换成相同的输出电压，以避免供电装置之间的电压差异而产生环流，造成功率损失与温升，进而提高续航力。并且，本发明的供电控制系统也可通过控制器以及降压转换器将相同电压的供电装置以并联的方式运作，进而提高供电效率。

根据以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明所想申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电控制系统，用以对一负载供电，其特征在于，所述供电控制系统包括：

一第一供电装置，具有一第一输出电压并且用以输出一第一输出电流至所述负载；

一第二供电装置，具有一第二输出电压并且用以输出一第二输出电流至所述负载；以及

一降压转换器，选择性地并联所述第一供电装置、所述第二供电装置以及所述负载，所述降压转换器用以根据所述第一供电装置的所述第一输出电压、所述第二供电装置的所述第二输出电压以及所述负载的一负载电压选择性地调整所述第一供电装置以及所述第二供电装置的输出电压；

其中，当所述第一输出电压大于所述第二输出电压或所述第二输出电压大于所述第一输出电压时，所述降压转换器控制所述第一输出电压以及所述第二输出电压互相平衡。

2.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，还包括一控制器，连接所述降压转换器，并且所述降压转换器包括一第一调整开关、一第二调整开关以及一第三调整开关，所述控制器用以控制所述降压转换器的所述第一调整开关、所述第二调整开关以及所述第三调整开关，以调整所述第一供电装置以及所述第二供电装置的至少一个的输出电压。

3.根据权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，其中所述第二调整开关与所述第三调整开关为晶体管及二极管的其中一个。

4.根据权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，其中所述控制器为脉波宽度调变控制器。

5.根据权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，其中所述降压转换器位于所述第一供电装置以及所述第二供电装置之间，并且所述第二供电装置位于所述降压转换器以及所述负载之间，当所述第一输出电压以及所述第二输出电压相同时，所述控制器控制所述第一调整开关完全导通，以使所述第一供电装置、所述第二供电装置以及所述负载并联连接。

6.根据权利要求5所述的供电控制系统，其特征在于，当所述第一供电装置的所述第一输出电压小于所述负载的所述负载电压时，所述控制器控制所述第一调整开关以及所述第三调整开关断开。

7.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，还包括一第一电路、一第二电路、一第三电路、一第四电路，以及分别设置于所述第一电路、所述第二电路、所述第三电路及所述第四电路上的一第一开关、一第二开关、一第三开关及一第四开关，并且包括一开关器连接并控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关及所述第四开关，所述降压转换器位于所述第一供电装置以及所述负载之间并且位于所述第二供电装置以及所述负载之间，所述第一电路连接所述第一供电装置、所述降压转换器及所述负载，所述第二电路连接所述第二供电装置及该负载，所述第三电路连接所述第一供电装置及所述负载，并且所述第四电路连接所述第二供电装置、所述降压转换器及所述负载。

8.根据权利要求7所述的供电控制系统，其特征在于，其中当所述第一输出电压大于所述第二输出电压时，所述开关器控制所述第一开关以及所述第二开关导通，以使所述第一供电装置以所述第一电路输出所述第一输出电流，并且使所述第二供电装置以所述第二电路输出所述第二输出电流。

9.根据权利要求7所述的供电控制系统，其特征在于，其中当所述第二输出电压大于所述第一输出电压时，所述开关器控制所述第三开关以及所述第四开关导通，以使所述第一供电装置以所述第三电路输出所述第一输出电流，并且使所述第二供电装置以所述第四电路输出所述第二输出电流。

10.根据权利要求7所述的供电控制系统，其特征在于，其中当所述第一输出电压等于所述第二输出电压时，所述开关器控制所述第二开关以及所述第三开关导通，以使所述第一供电装置以所述第三电路输出所述第一输出电流，并且使所述第二供电装置以所述第二电路输出所述第二输出电流。

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