TW202005225A

TW202005225A - 雙電壓雙電池行動電力調控系統

Info

Publication number: TW202005225A
Application number: TW107118203A
Authority: TW
Inventors: 鄭宇竣
Original assignee: 鄭宇竣
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2020-01-16

Abstract

本發明提出一種雙電壓雙電池行動電力調控系統，包括一供電單元、一充電單元及一控制單元，其中該供電單元包含不同電壓之一第一電池及一第二電池，且分別電性連接該充電單元之一第一充電迴路及一第二充電迴路，其中該控制單元包含一控制器及一模式切換迴路，該模式切換迴路具有一第一切換開關設置於該充電單元及該負載之間，及一第二切換開關設於該供電單元及該負載之間，以及一第三切換開關設於該充電單元及該供電單元之間，以供調整切換單一或複合使用模式而對於電源控制的使用彈性，且雙電源系統還能解決電源轉換的問題，不需另外使用一轉換裝置。

Description

雙電壓雙電池行動電力調控系統

本發明係屬於能源產業的領域，特別是關於一種雙電壓雙電池行動電力調控系統，藉使用在各種不同用電環境下，大幅提昇電源的使用量，以提高整體系統對於電源控制的使用彈性，及獨立的雙電壓電源搭配特殊的控制迴路設計，不需針對控制器進行電源轉換而供給控制器使用者。

按，早期電動載具、太陽能、不斷電系統儲能裝置都是以單一電壓電池搭配結合適當的電池管理裝置（Battery Management System, BMS）來進行使用或充電時的電力調控，以調節各個電池的充放電進行管理。

發展最快速的為應用於3C產品的電力管理系統，大多透過USB連接充電器進行手機內部電池充電的領域，其利用動態電源路徑管理(Dynamic Power-Path Management, DPM)方式來針對負載、充電器能量以及與電池間作最佳化的匹配運用。隨著現今的平板電腦和智慧手機等可擕式設備的迅速增長，傳統的電力管理系統如要達到更高的電池供電系統性能，會變得越來越困難。因此，這類的電力管理系統必須要能夠有適度的彈性空間，用以支援各種類型的充電器及電池，並能夠有效提高電池的充電效率，利用輸入電流和輸入電壓進行動態電源管理系統 (DPM) 控制，以提高電池充電性能，及防止系統崩潰、最大化充電器的有效功率。

這些動態電源管理系統 (DPM)的運作方式包括：1、利用輸入電力進行調整的動態電源管理系統，在輸入功率電源不崩潰的情況下調節電流，使輸入功率最大化，並且讓可用功率動態地在系統和電池充電之間共用；2、輸入電壓進行調整的動態電源管理系統，當系統負載增加時，會導致輸入電流超出充電器的電流限制，則會導致充電器的電壓開始下降，使其最終能夠達到預設的最小輸入電壓，同時觸發輸入電壓的調節迴路，以將輸入電壓維持在預設水平，並通過自動降低充電電流，在輸入功率電源不崩潰的情況下讓總電流可達到最大值，因此，這類動態電源管理系統是透過追蹤充電器的最大輸入電流調節輸入電壓調節的目的，讓電壓保持在一定情況下讓電池完全充電；3、透過電池補充供電進行調整的動態電源管理系統，肇因目前所有的3C產品都是動態的電力系統負載，有時候在使用的狀況下會出現高脈衝電流，當充電時的輸入電流降到零且出現高脈衝電流的情況下，有可能造成電源崩潰的情況，因而由動態電源管理系統介入控制，並增加充電器的額定功率，又或是提前開啟電池放電，從而暫時性地為系統提供更多的功率，以提供平均功率而非最大峰值系統功率，但增加充電器的額定功率恐會提高充電器的體積和成本。因此，上述各種動態電源管理系統方式有限且無法有效解決現有更複雜電力系統的問題，更複雜系統，如冷凍空調、堆高機、飛機等各領域對於電池儲能的應用日益發展，在不同領域上也推陳出新而亟需提出各種解決方案。再者，這些動態電源管理系統都是透過一控制器進行調控，該控制器所需之直流電力且電壓通常不超過24V，對於使用於110V或220V交流電的充電器，就必須在內部先經過電壓轉換才能供給該控制器使用，因而也會增加充電器的體積及成本，對於在應用更大型、更複雜的系統上如：380V、600V等直流電力系統等，此損耗、成本與應用彈性，會更大幅度增加和要求，故有必要針對上述缺失進行改善。

有鑑於此，本發明團隊遂積多年針對電力系統設計的實務經驗，以及在現場操作時所遇到的問題並加以改善的經驗，進而研發出針對不同使用電壓的多電池行動電力系統進行電力調控，透過一個控制單元自動檢查電性連接狀態，並由使用者自行設定所需的使用模式，且結合調整切換單一或複合使用模式，以提高整體系統對於電源控制的使用彈性。

本發明之目的，旨在提供一種雙電壓雙電池行動電力調控系統，俾針對不同電壓的電池所形成之一供電單元，並建立不同且獨立的充電迴路，透過一控制單元進行調控，進而達到調整切換單一或複合使用模式，以提高整體系統對於電源控制的使用彈性利用之功效。再者，獨立的雙電壓電源搭配特殊的控制迴路設計，不需進行電源轉換即可提供該控制單元使用，不需額外使用電源轉換器，故也有降低製造成本的功效。

為達上述目的，本發明之一種雙電壓雙電池行動電力調控系統，以供至少一負載進行使用，其包括：一供電單元，其內部包含不同電壓之一第一電池及一第二電池，該第一電池設有一第一輸入埠及一第一輸出埠，以及該第二電池設有一第二輸入埠及一第二輸出埠，該供電單元係透過該第一輸出埠電性連接該負載；一充電單元，其內部設有一第一充電迴路及一第二充電迴路，該第一充電迴路電性連接該第一輸入埠，該第二充電迴路電性連接該第二輸入埠，用來分別對該第一電池及該第二電池進行充電；及一控制單元，其分別電性連接該負載、該第二輸出埠及該充電單元，且該控制單元包含一控制器及一模式切換迴路，該模式切換迴路具有一第一切換開關、一第二切換開關及一第三切換開關，該第一切換開關設置於該充電單元及該負載之間，該第二切換開關設於該供電單元及該負載之間，以及該第三切換開關設於該充電單元及該供電單元之間；據此，當電力源電性連接至該第一充電迴路及/或該第二充電迴路後，可透過該控制器自動檢查其電性連接狀態是否正常，並根據使用該其中任一或複數個切換開關，而對應切換使用如：移動模式、關閉模式、充電站模式及其組合其中之一者，使該充電單元、該供電單元及該負載依據不同的模式進行充放電使用，並可透過該第二電池直接供電給該控制單元，不需額外經過電源轉換即可使用。

於各種不同的實施例中，當使用移動模式時，開啟該第一切換開關，並由該控制器偵測該第一電池的電力狀態，同時關閉該第二切換開關及該第三切換開關，以驅動該第一電池及該第二電池放電至該負載供使用；當使用充電站模式時，開啟該第二切換開關，同時關閉該第一切換開關及該第三切換開關，而直接使用該充電單元對該第一電池及/或該第二電池進行充電；當使用直接驅動模式時，開啟該第三切換開關同時關閉該第一切換開關及該第二切換開關，直接使用該充電單元放電至該負載供使用。以上各種使用模式能夠單一或是複合進行使用，大幅提昇電源的使用彈性。

為使貴審查委員能清楚了解本發明內容，僅以下列文字搭配圖示說明。

請參閱圖1、2及圖3~圖5，係為本創作較佳實施例的硬體方塊圖及其電路圖，以及各種使用情況的狀態示意圖。如圖中所示，本創作雙電壓雙電池行動電力調控系統1，係提供一行動式冷凍貨櫃2使用，且該行動式冷凍貨櫃2係包含至少一負載21進行使用，該負載21主要包含一冷凍壓縮機、一壓縮機控制器及一物聯網控制器等，其中該冷凍壓縮機使用380V電壓的電力，該壓縮機控制器及該物聯網控制器則是使用24V電壓的電力，該雙電壓雙電池行動電力調控系統1包括一供電單元11、一充電單元12及一控制單元13。

其中該供電單元11內部包含不同電壓之一第一電池111及一第二電池112，該第一電池111設有一第一輸入埠1111及一第一輸出埠1112，以及該第二電池112設有一第二輸入埠1121及一第二輸出埠1122，該供電單元11係透過該第一輸出埠1121電性連接該一負載21，該第二輸出埠1122則電性連接該另一負載21。應注意的是，該第一電池111係經過電壓轉換為380V供電而使用於該冷凍壓縮機，該第二電池112則是24V供電而使用於該壓縮機控制器及該物聯網控制器，甚至是該控制單元13。

該充電單元12內部設有一第一充電迴路121及一第二充電迴路122，該第一充電迴路121電性連接該第一輸入埠1111，該第二充電迴路122電性連接該第二輸入埠1121，用來分別對該第一電池111及該第二電池112進行充電，而這些相對應的充電迴路也是針對不同電壓所設計，故能夠獲得最佳化的充電效果。

該控制單元13分別電性連接該等負載21、該第二輸出埠1122及該充電單元12，且該控制單元13包含一控制器131及一模式切換迴路132，該模式切換迴路132具有一第一切換開關1321、一第二切換開關1322及一第三切換開關1323，該第一切換開關1321設置於該充電單元12及該負載21之間，該第二切換開關1322設於該供電單元11及該負載21之間，以及該第三切換開關1323設於該充電單元12及該供電單元11之間。並且，本創作係透過該第二電池112提供24V的電力給該控制單元，不需使用到該第一電池111的380V電力先經過電源轉換才能使用，大幅降低電路設計上的製造成本及使用便利性。

據此，當電力源電性連接至該第一充電迴路121及/或該第二充電迴路122後，可透過該控制器131自動檢查其電性連接狀態是否正常，並根據使用該其中任一或複數個切換開關，而對應切換使用如：移動模式、關閉模式、充電站模式及其組合其中之一者，使該充電單元11、該供電單元12及該等負載21依據不同的模式進行充放電使用。

如圖2所示，當使用移動模式時，開啟該第一切換開關1321並由該控制器偵測該第一電池111的電力狀態，同時關閉該第二切換開關1322及該第三切換開關1323，以驅動該第一電池111及該第二電池112分別放電至該負載21用。

如圖3所示，當使用充電站模式時，開啟該第二切換開關1322，同時關閉該第一切換開關1321及該第三切換開關1323，而直接使用該供電單元對該第一電池111及/或該第二電池112進行充電。

如圖4所示，當使用直接驅動模式時，開啟該第三切換開關1323同時關閉該第一切換開關1321及該第二切換開關1322，直接使用該充電單元11放電至該等負載21供使用。

以上各種不同使用模式也可同時啟用，例如：直接驅動模式可與充電站模式同時使用，而可直接由該供電單元12及該充電單元13依據實際電力需由供電使用。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，故該所屬技術領域中具有通常知識者，或是熟悉此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

1‧‧‧雙電壓雙電池行動電力調控系統11‧‧‧供電單元111‧‧‧第一電池1111‧‧‧第一輸入埠1112‧‧‧第一輸出埠112‧‧‧第二電池1121‧‧‧第二輸入埠1122‧‧‧第二輸出埠112‧‧‧第二電池12‧‧‧充電單元121‧‧‧第一充電迴路122‧‧‧第二充電迴路13‧‧‧控制單元131‧‧‧控制器132‧‧‧模式切換迴路1321‧‧‧第一切換開關1322‧‧‧第二切換開關1323‧‧‧第三切換開關2‧‧‧行動式冷凍貨櫃21‧‧‧負載

圖1，為本發明較佳實施例的硬體方塊圖。圖2，為本發明較佳實施例的電路圖。圖3，為本發明較佳實施例第一種使用狀況的狀態示意圖。圖4，為本發明較佳實施例第二種使用狀況的狀態示意圖。圖5，為本發明較佳實施例第三種使用狀況的狀態示意圖。

無

1‧‧‧雙電壓雙電池行動電力調控系統

11‧‧‧供電單元

111‧‧‧第一電池

1111‧‧‧第一輸入埠

1112‧‧‧第一輸出埠

112‧‧‧第二電池

1121‧‧‧第二輸入埠

1122‧‧‧第二輸出埠

112‧‧‧第二電池

12‧‧‧充電單元

121‧‧‧第一充電迴路

122‧‧‧第二充電迴路

13‧‧‧控制單元

131‧‧‧控制器

132‧‧‧模式切換迴路

1321‧‧‧第一切換開關

1322‧‧‧第二切換開關

1323‧‧‧第三切換開關

2‧‧‧行動式冷凍貨櫃

21‧‧‧負載

Claims

一種雙電壓雙電池行動電力調控系統，以供至少一負載進行使用，其包括：一供電單元，其內部包含不同電壓之一第一電池及一第二電池，該第一電池設有一第一輸入埠及一第一輸出埠，以及該第二電池設有一第二輸入埠及一第二輸出埠，該供電單元係透過該第一輸出埠電性連接該負載；一充電單元，其內部設有一第一充電迴路及一第二充電迴路，該第一充電迴路電性連接該第一輸入埠，該第二充電迴路電性連接該第二輸入埠，用來分別對該第一電池及該第二電池進行充電；及一控制單元，其分別電性連接該負載、該第二輸出埠及該充電單元，且該控制單元包含一控制器及一模式切換迴路，該模式切換迴路具有一第一切換開關、一第二切換開關及一第三切換開關，該第一切換開關設置於該充電單元及該負載之間，該第二切換開關設於該供電單元及該負載之間，以及該第三切換開關設於該充電單元及該供電單元之間；據此，當電力源電性連接至該第一充電迴路及/或該第二充電迴路後，可透過該控制器自動檢查其電性連接狀態是否正常，並根據使用該其中任一切換開關，而對應切換至如：移動模式、關閉模式及充電站模式其中之一者，使該充電單元依據不同的模式進行充放電使用。
如申請專利範圍第1項所述之雙電壓雙電池行動電力調控系統，當使用移動模式時，開啟該第一切換開關，並由該控制器偵測該第一電池的電力狀態，同時關閉該第二切換開關及該第三切換開關，以驅動該第一電池及該第二電池放電至該負載供使用。
如申請專利範圍第1項所述之雙電壓雙電池行動電力調控系統，當使用充電站模式時，開啟該第二切換開關，同時關閉該第一切換開關及該第三切換開關，而直接使用該供電單元對該第一電池及/或該第二電池進行充電。
如申請專利範圍第1項所述之雙電壓雙電池行動電力調控系統，當使用直接驅動模式時，開啟該第三切換開關同時關閉該第一切換開關及該第二切換開關，直接使用該充電單元放電至該負載供使用。