TWI246099B - Power supply apparatus and power supply method - Google Patents

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Hsing-Chen Chung
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Description

1246099 15422twf.doc/m 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係是有關於一種雷:h e 於一種使用電池與超電容以釋‘二二且特別是有關 與電力供應方法，其係重覆㈣供應裝置 極性，以節省能源。 / 一超電谷之間的連結 【先前技術】 電池已成為現代生活的必需品， 領域中，從汽車到行動雷H 4天都應用在各種 消費性產品等等。電池&放d電腦及，播放機等 量轉換，且通常設計用於低電力需學行能 化學反應必須克服一定的活化^口、由於电池的 外’錯酸電池雖具有高電力密度，而普、車另 ;;:應高電流的時間卻不長。雖然理論上只要二 :二壽具=力密度，但電池的使用 的體積將十分魔大。 使用，則電池 =I池她下’超電容(卿⑽pad㈣則係利用 解質令:::::轉換能量。當其電極充電儲能時，其電 隹/八、 ㈢快速吸附在電解質與電極的介面處。此聚 mr處的離子即代表超電容的電容或其中所儲存之能 ^沾:3電各受控放電時’離子即迅速脫附。因此，超電 谷的電力密度遠高於電池。 起電谷又稱超極電容(ultracapacitor)或電雙層電容，其 i246m 2twf.doc/m 彻性碳。由於活性碳表面積很大，所 二==的1_電解質電容器等傳統電容器 同好成個數1級。為製造方 如， 通常以配方及製程皆相鬥的、 σ :、谷、兩個電極 來看，在#烟的反㈣來製作。就此設計 反之，電之前，其二電極係互相對稱而無極性。 反之Μ及傳統電容m特 極，其以極性觀點來看是不能互換的。的陰極贿 當超電容連接至電源充電時，即 :=!池正極者即帶正電，連至負極者；= 雷二ΙΪ電*的電極會因充電而產生極性。在充過電的超 im能完，釋放給負載後，其電極即回復無極性狀 μ /^充電時，每—電㈣可輕正極或負極， =質，=充電時的電極切換並不會對超電容造= 了抽D。此種連結極性的嫌不可以應 】容器上，因其電極極性是固定的。如果電極連 甚至可能導致爆炸等災難。 逆按错祆， 另外’超電容僅能儲存能量，而無法產生能量 超，容是-種被動元件’其使用上必有下列兩項缺H -疋使用時間短，其二是放電時電壓會快速下降。事/、， 此二缺點皆因超電容的低能量含量所致。為補足超“’ 電力應用上的缺陷，其必須配合電池、燃料電池、發 或公用電力網格(utility power gri够電源來使用:、 合可完全發揮超電容電力密度高域顿速的優點，而= 1246微— 大幅提升電源的電力朽淮,Λ ^^ ^ 电刀位準。換吕之，超電容可作為前述電 壓源的負載調節機制，而士人 或市j而可延長其使用哥命，並減小其體 積0 至今已有許多使用超電容_電池組合的實例，特別是在 電動車方面，其例如可見於Shirata的美國專利案 5，157,267、De D〇ncker 的 us 5 373 195、施㈣的 us 5,642,696、Esser 的 US 5,734,258 及 Nozu 的 US 6,617,830 中，此處僅列出其中數例而已。在上述各研究的設計中， 係有多個電池與多個超電容分別連接成分離的兩排，並與 包含轉換器及處理器的電子電路搭配，以控制超電容的電 力傳送與再充電。 電池與超電容之組合使用亦可見於低耗電的應用中， 如Wang的US 6,373，152所述。再者，將電池-超電容組合 與切換機制併用，以使前者的電力輸出倍增的方法亦可見
於 Baughman 的 US 6,016,049 (ς049)及 Shiue 的 US 6,650,091 (‘091)。在’049中，電池與超電容係在放電至負 載之前由並聯改成串聯；而在’091中，只有超電容由並聯 改成串聯。 上述所有使用混合電源的習知技術皆依靠一組電池快 速地對超電容進行再充電，以使超電容可提供連續而穩定 的尖峰電流。然而，超電容的電壓在放電時仍會快速減弱。 另一方面，在許多以可拋式或一次鹼性電池驅動的家用產 品中，電池壽命的結束並不表示其中的儲能已完全耗盡。 事實上，在丟棄電池時，其中仍有大約65%的能量並未使 1246099 15422twf.doc/m 用，不過此時電池的剩餘電壓已在產品的驅動電之下。因 此’每次當電池用盡而被丢棄時，都浪費了許多能量。 【發明内容】 ^所述，超電容對％及AC電源而言皆是有效# if 了應用超電容的高充放電效率、長使用壽 口、度等獨特性質外，本發明更可利用其二電極 對稱的特性以增進功效。 如别所述’本發明提供一種電力供應方法，其係利用 電容無極性之紐，以擴展電池超電容 應用範圍。 7 j 本發明並提出-種電力供縣置，錢㈣本發明之 電力供應方法來供應電力。 在本剌的電力供應方法巾，超電容電極的極性係在 充電-放電循射重覆反轉，以改善電池的能量利用效率， 亚可在放電時穩定超電容的輸出電壓。 本發明之電力供應裝置包括至少—電魏、與電壓源 ^至少―超電容，以及連接於電顏與超電容之間的 2機制。此切換機制可反覆切換電壓源與超電容之間的 連結極性。 、心^柄明—實施例中’只要超電容的電屢低於其直接 =的可供電電池，即會自電池處接收能量。當超電容被 電到電池的電位後’則會成為開路(open ci職it)，使電池 :止放電。此時即切換置於超電容處的開關，以反轉其與 電池的連結極性。此時超電容與電池即以二者之組合電壓 1246099 15422twf.doc/m 共同驅動負載。當超電容開始放電而使其電壓低於電池 時其即在此連結極性反轉狀態下被重新充電。此反轉狀 悲下之充電速率係由超電容與電池間的電位差決定。 當超電容被完全充電後，電池的放電又會被切斷，此 時即再次反轉（即轉回原來的）超電容對電池的連結極性， 而以超電容與電池的組合電力繼續驅動負載。對包括超電 谷與電池的混成電源而s，藉由此種反轉極性下充電及反 覆切換連結極性的方式，即可持續地驅動負載，直至電池 的電壓降低到不能使用為止。 另一種逆轉超電容至電池之極性連接的方式則是將切 換機制置於電池處，每當電池的連接電極作切換時，超電 容的連結極性即隨之反轉，使此二元件可共同驅動負載。 然而，此種元件排列型態將使負載在每次切換時作往復運 動。洋έ之，此超電容之連結極性的反轉係使超電容與電 池由先前狀態轉成反向的串聯狀態。電池係在先前狀態下 對超電容充電，而前述切換/反轉連結極性的操作則使二者 成為反向的串聯狀態，並以其組合電壓驅動負載。在本發 明第三實施例中，此連結切換機制係設計成一種具旁路 (bypass)的安全機制，其優點為可對超電容快速充電。 在以上三實施例中，由電池_超電容混成電源供應之電 力隶初係來自超電容，因其放電速率較高。當超電容的能 量耗盡時，電池即接力供應能量給負載。如此，與超電容 併用即可使電池有一段休息的時間。因此，混成電源中^ 電池即可重得其電壓位準；與此相較，全採電池供電之電 1246099 15422twf.doc/m 源則無電壓回復縣。換言之，藉由超電容的負載調節作 用，即可聽電池產生常令·過早衰減而導致能量損失 的過度放電現象。因此，電池的能量_效率可因短暫的 休息而提高’同時超電容的放電電壓亦可因電池的支援充 電及反覆的極性切換而保持一定的位準。 在前述各參考資料及文獻上其他超電容的電力應用 中’無-者曾善加使用上述反覆切換超電容對充電源之連 結極性的做法。本發日聽使職簡單的電覆切換連結 極性’而可令超電容歡地輸出電力。也就是說，超電容 ^兩項缺狀-(放電時電驗速下降)可歧覆的連結極 克服。同時，藉由反覆的連結極性切換，不論所 棄式或可充電(二次)電池，其能量利用效率亦 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易僅，下文特舉較佳實施例，並配合所附_，作 明如下。 【實施方式】 旦土電池二者皆為儲能裝置，但後者可儲存的能 ΐϊΐ 在電池·超電容混成電源中，電池係超電容 的電源，且二者並用之效果比單電池更佳。 圖1緣示配備超電容之電池工作電路的電路圖，立中 仙-解長触射ϋ象徵其雜似對 :的本貝。超電容20併入電池10與負載3〇的電路中，其 中負載30例如為馬達或電燈泡。當電池1〇驅動負載3〇 10 1246099 15422twf.doc/m 時j空無忐1的超電容2〇將同時被電池1〇充電，直至其 電壓達到電池1〇的電壓為止，此時超電容2〇即成開路， 而為充電的終點。當超電容2〇成開路時，超電容2〇與電 池10不僅具有相同電位，同時還等於是呈並聯狀態。由於 超電容20之電極因充電而極化，故其具有與電池10的兩 極相同的極性。以電子學術語來說，即是超電容2〇係處於 抵消電池10之電位的負電位狀態，故負載3〇會停止運作。 第一實施例 圖2繪示本發明第一實施例，其中超電容2〇對電池 1 〇的連結極性由雙刀雙擲（double pole double-throw ^ DTOT)切換恭來控制，其係由兩個開關所組成。當此控制 器處於圖2所示之S1-S1A及S2-S2A狀態時，超電容20 ^被電池10充電，同時負載30會被電池1〇驅動。即使在 ，池、10的電壓不足以驅動負載3〇的情形下，充電電流仍 能通過負載30以對超電容2〇充電。此充電電流的流路依 序為·電池10的正極(長棒）、負載3〇、S2A、S2、超電容 2〇、SI、S1A及電池10的負極(短棒）。一旦超電容2〇被 充電到電池10的電位，充電電流即停止，且負載3〇亦停 · 止運作。 —接著，將DPDT切換到S1_S1B與S2-S2B狀態，超電 谷20即與電池1〇串聯，以二者之組合電壓驅動負載％。 如電池ίο的電壓為15V，此混合電源即可以3 〇v驅動負 f 30。在極性反轉後，一開始的驅動電力係由超電容2〇 提供，直至組合電壓降至15V為止，而後電池1〇繼續供 11 1246099 15422twf.doc/m
t卜〜，電池可 有I又休⑶間。另外，由於超電容2〇與電池W 接，故只要超電容20的電位低於電池1〇，即 此，〇放電時，其失去的能量^由電池 10補充，以維持二者間的電位平衡。 充電速率係與超電容20與電池10 ::束;電容20與電池10之組合電壓二 ；t〇 ^ 铁、 ϋ S2、S2B及電池10的負極(短 電容20的放電階段中反轉心 場形成在超電容加的電極之間。在 匕=下’超電容20係在極性逆轉的情形下充電， 之原因正在於超電容20電極的對稱本質。 、丁 程，20的充電及放電是兩個可逆的物理過 Ϊ自！Γ:在電極表面上的離子吸附與脫附過程。-旦i 果離附、’ S留下的空吸附點即可再行吸附。如 20即乂、、脫附以因應負载30的高電力需求，超電容 〇 tm2〇 ^f 2 €至電池10的負電位，則趙 兄 極性即須再加以反轉 ^電池1G之間的連結 驅動負载30，=新存在超電容2G中的能量來 髮。如無此連往減電超電容20與電池10的組合電 20或電池10 H之反轉操作，負載30則不會從超電容 電池ω Μ妾收到任何能量。前述反覆切換超電容20與 連結極性的操作可不斷進行，直到超電容20 1246099 15422twf.doc/m 與電之組合電壓低於負載3G所需之軸電壓為止。 2提出兩種蚊何時切換超電容至電壓源的連結極 換雷其:ΐ根據超電容的放電時間，即超電容在切 作“所需日^"間，其二則是根據超電容_餘電壓， 輕制11，叫職預設賴報動切換 、1貝際上’放電時間與剩餘電壓皆朗—放電過程有 關，即放電時間愈長，剩餘電壓愈低。 另外，在任何情況下，超電容與充電_連結極性可 際需求在選定的時_逆轉。此連結極性的反覆切換 ^•點可精心設計’以使超電容的放電電壓保持在所要求的 =準。與放電電壓快速降為Gv之習知超電容放電步驟相 ί认本發明之反覆切換步驟可料地使超電容在穩定的電 聖輸出狀態下放電。如此，超電容即可如電池般運作 在放電岐現平_t壓錢轉， 容二者能财效細的重要_。 另外，當超電容的充電電源是具有足夠能量含量的一 組電池、燃料電池、燃機、渦輪發電機或公用電力網格時， 上述反覆極性切換操作即可快速地將超電容充滿電能，使 得超電容隨時都可以提供即時且穩定的尖♦電力給任何負 载’而不會有延遲。因此’充電源將不會有任何過載的危 險’故不會造成火災；同時’與不具超電容及反覆極性切 換機制的同等級電源相較下，其驅動相同負載時的電遂源 尺寸與成本亦可降低。 ' 此外，無論所用電池為一次或二次電池，上述反覆極 13 I2469^2twf.doc/m 性切換操作對電池而言還有另一好處，即是可令電池有短 暫的休息時間，而能大幅提升其能量利用效率。在休息期 間，電池可因其中活性物質的重新分佈而回復其電壓，此 活性物貝係儲存在電極的不同位置中。否則，電池即可能 因連續的放電，而產生過早且不可逆的電壓衰減。因此， 前述之反覆極性切換操作不僅能節省能量，同時還能減少 世界上廢棄電池的數量。 另外’超電容與充電或電壓源間的連結極性切換可以 機械開關、電磁繼電器、場效電晶體(FET)、積體雙載子電 晶體(Integrated Bipolar Transistors，IGBTs)或智慧型積體電 子電路(Intelligent ]：ntegrated mectr〇nic Circuit，IIEq 來達 成。如以計時器或電壓感測器等切換觸發器配合電磁繼電 =、場效電晶體或積體雙載子電晶體等來使用，則前述反 覆切換操作即可自動化，且所建構出之切換控制機制也只 會/肖耗最小的能量。此外，智慧型積體電子電路(Iffic)更 可感測到超電容的電壓與電流，再據以啟動Iffic中的切換 器。 、 第二實施例 、圖3繪示本發明第二實施例，其係使用為雙向移動之 負載30所設計的反覆切換機制，此種負載3〇例如是車庫 門、電窗帘或電梯等。當雙刀雙擲(DPDT)切換器設定如圖 所不狀態時，電池10即提供下述路徑之電流：電池 的正極(長棒）、S卜S1A、超電容2〇、負載3〇、S2A、S2 及電池10的負極(短棒）。此電流可驅動負載3〇，且當然會 14 1246099 15422twf.doc/m 對超電容20充電，只要超電容20的電位低於電池1〇。當 超電容20充電到電池10的負電壓時，電流即會停止，^ 使負載停止運作。 在另一種情形下，電池10的放電可與負載3〇的移動 同步，亦即，電池10可隨負載30停止而停止放電。當電 池10的驅動力被超電容20抵消時，即必須反轉電池1 〇 與超電容20間的連結極性，以驅動負载3〇。當DpDT被 切換到S1_S1B與S2-S2B狀態時，電池1〇與超電容2〇亦 為串聯狀態。在極性反轉之後，電池1〇與超電容2〇即^ 供以下流向之電流：電池10的正極(長棒）、S1、S1B、負 載30、超電容20、S2B、^及電池10的負極(短棒）。同 日守’負載30將因電池1〇與超電容2〇之組合電壓而反 動。 運 一旦超電容20再被充電至電池10的負電位，即需 次反轉連結極性，以使電池10可與超電容2〇 一同連鈐。 動負載30，直到電池耗盡為止。在其他電池1〇之放電= 負載30之移動同步的其他情形下，不論負載3〇在其^ = 的兩端點之間的哪一點停止，電池10的放電與超電、容f 的再充電皆會停止。此時超電容2〇不一定是在完全充〜0 態，端視負载30的電力消耗速率而定。每當超電容2〇狀 完全充電時’電池10的驅動力即被抵消，此時超電办焚 與電池10之連結極性即須反轉，以使：者的混成電二3 負載30。 然而，如採用圖3所示之切換架構，則負載3〇只能朝 15 1246099 15422twf.doc/m 反向移動，而無法繼續其在極性反轉前的運動。為使負載 30朝操作者所要的方向移動’則由電池1〇_超電容2〇混成 電源所提供之糕即需制反_進行整流，此反轉器可 由另一組切換器構成。 第三實施例 一—圖4繪示本發明第三實施例，其中電池1〇係快速對超 電容20充電，而不經過負載3〇。此例係使用三刀雙掷 (three-p〇le double_thr〇w，τρ〇τ)切換器來反轉電池 ι〇 與超 電容20之連結極性，其中S1、幻及幻為共用接點。當 此TPDT處於圖4所示之常閉狀態^^丨人、S2-S2A且 S3-S3A)，電池10將經以下路徑對超電容2〇充電··電池 10的正極(長棒）、S3A、S3、S2A、S2、超電容2〇、s卜 S1A及電池1〇的負極(短棒）。此超電容2〇之充電過程可 以推壓鎖定鈕(push-latching button)(未繪示)啟動。 由於本例中充電電流不流經負載30,故充電時負載30 靜止不動。此時由於電池10與超電容2〇基本上為並聯狀 悲，故電池10可快速對超電容2〇充電。當啟動器被拉下
後’ TPTD切換器即被滑動到sl_siB、S2_S2B、S3-S3B 的常開狀態，使電池10及超電容2〇與馬達3〇串聯，而送 出间電力脈衝驅動馬達3〇。此常開狀態之電流路徑如下： 電池10的正極(長棒）、負載3〇、$18、81、超電容2〇、82、 S2B及電池1〇的負極(短棒）。如此，負載3〇即可由電池 1〇與超電容20之混成電力提供能量，而可快速地對目標 作功。 16 1246099 15422twf.doc/m 則述電池10與超電容20之連結極性反轉操作可應用 至不同的電力工具上，例如無線破碎機、夯實器、電鑽、 ΐί擊 ί、植苗态（hedger)、釘搶(nailer)、切片機(nibbler)、 牙針為(pinner)、修與器、(pmner)、釘書機、敲平頭釘器(咖㈣ 及，整态（trimmer)等。在放開啟動器以使TpDT回到常閉 狀恶後’負載30不再被供電，而超電容2〇則被電池1〇 快速充電’以為下次出力預作準備。就功能上來看，圖4 的切換為S3係作為—安全開關，其可令超電容2〇被快速 充電，並防止負載30遭到突波衝擊。 如以上各實施例所述，本發明提出一些簡單、經濟且 ^ ^使用之4電谷_充電源連結極性的反轉方法，以利於超 2的即雜應用，而可令超電容如電池般提供持續穩定 的放電電流。 品說以下提出2個實例，其並非用以限制本發明之範圍， 係用以說明本發明具有可在放電時穩定超電容之工作 “ i：，且可改善電池之能量利用效率的優點。 <實例1> 尺+i^依圖2所示配置方式，將1顆uv的3號(aa 一、性電池與自製AA尺寸、規格25Vx3F的超電容及 車用的直流馬達相連。在比較例中，則以2顆串聯 六5、：牌1.5V的3號鹼性電池驅動同一馬達：亦即，此直 係：電池/超電容_反覆切換器之柳 達就雷Ϊ例之電池能量利用效率的比較，係以驅動該馬 ，、電力耗盡的時間為準，此處「電力耗盡」係指電池 17 1246¾¾一 在無間斷放電測試中無法再驅動該馬達的狀況。雖然此電 池在休息一段時間後或許能再驅動該馬達，但其使用時 甚短，故不計入。 圖5A顯示本例中混成電源之超電容兩端測得的多次 電壓變化循環。眾所皆知，電池開始放電時即會產生壓降， 其程度與電池之内電阻與貞載的電力需求成_。在 试中’壓_為G.3V ’而馬達的最大耗電流為Q 5a。由於 有前述的極性反覆切換，所以超電容之工作電壓係在2 的電位範圍内振盪。亦即，此超電容可被充電至1 2v或 -L2V。每當超電容從h2v放電至GV，其將接著在此反轉 之極性下’由GV被再充電u.2v。之後，超電容於再次 反轉的極性下從-L2V放電到0V，再由〇v被重新充電至 1.2V。如此，每一輪電壓變化循環即包括兩對在i2v盥 -1.2V内擺盪的充電與放電步驟。此反覆極性切換操作;^ 防止超電容的放電電壓衰減而鎖定在GV，而此衰減正是習 知無極性反轉之超電容應用的缺點。再者，藉由切換時間 之调整’超電容的常設放電電壓即可定在敎之電位位準。 山圖5B緣示本例於驗性電池與超電容所驅動之馬達兩 端測得的多次電壓衰減循環的變化曲線，其即等於是電池_ ，電容混成電源的放電曲線，且其中多刺狀的部分係因馬 相干擾所致。如圖5B所示，此混成電源由2 5v衰減至 ’而非3.0V。在混成電源的初始放電階段中，傳送至馬 ，的電力係來自超電容，使其能量消耗在12v附近。接 者’電池會繼續供電以驅動馬達’同時對超電容充電，直 18 1246099 15422twf.doc/m 電=離:不二，ov為止。此時超電容即為完全零充 雷雷广：日寸馬達仍因慣性而繼續轉動。接著，超 :卜：：：丘二、結極性在短短數秒内以自動切換器反轉， 此-驅動馬達，而開始另—次的循環。 藉2反覆極性切換操作，即可以電池與極性不 斷反轉 起電t所組成的混成電源重覆驅動。雖然圖5B顯示其 、^· σ電[週期性地降為Qv，前述反轉點亦可定在—特定電 壓、，以提供足夠電力給負载，其例如是表現在衝量 、點火、
、（aCtUatlon)、力矩、推力（impetus)、波幅或光度 (lumm曰_)等方面。特別是當電池或其他電壓源具有充裕 的此罝時’超電容即可被快速充電，使負載可被穩定地驅 動，而沒有任何遲滞的跡象。在實用上，輔助電池以驅動 玩具車馬達之__超電容只f要G.5F的電容，即可使 馬達連續運作。
圖5C顯不與超電容併用以持續推動馬達運轉的電池 的放電曲線。如此圖所示，電池的電壓係在u小時内平緩 地降到0.7V。與之相較，使用兩顆串聯15V鹼性電池的 比較例的放電曲線顯示於圖5D。此雙電池組的電壓衰減甚 快，3小時後即降到h4v。平均而言，即是每顆電池有 的終電壓，而與混成電源的電池電壓相同。明顯地，當鹼 性電池的電壓降到〇·7ν時，其電化學反應即不再能夠產= 足夠的電流來推動馬達。 在僅用電池的比較例中，馬達的轉速係持續逐漸降 低；而在本發明的實例中，馬達的轉速則會在每次混合^ 19 12469器— 源之電壓趨近OV時顯現可查覺到的減速現象，复 具有同時供能給馬達及超電容的雙重功能。本杂〃電池 的使用時間與習知者的差距也許沒有圖示般大μ2之電池 面綜合考量下，本發明之反覆逆轉極性操作的確;在各方 改善以超電容支援之電池的能量利用效率。就全幀 數百萬顆的電池用量來看，即使電池的使用時每年 10%，其對環保也有很大的貢獻。 W力口了 如熟悉此技藝者所知，超電容具有調節電池 果，尤其是在該負载的電力需求高於電池的設計容旦士攻 然而，本發明藉由前述超電容的反覆極性切換操二里=。 使電池有-段休息時間，故電池可重得其電壓:且帝：可 使用時間亦可延長。 ι’也的 實例2 此例之測試條件與實例丨相似，除使用18〇〇mAh 之AA尺寸鎳氫電池取代AA尺寸驗電池之外=里 與超電容組成之混成電源係在每7秒即反轉連結極性= 件下操作，而僅含2個串聯鎳氫電池之電源亦用來驅動相、 同馬達，、直至其能量不足以使馬達轉動為止。實驗 不，混成組與僅含電池組的使用時間分別為68與42〕 時。明顯地，前述連結極性反覆切換的操作亦可延長;; 電池的使用時間。 録乳 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 20 1246099 15422twf.doc/m 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 *明之保護 【圖式簡單說明】 ^ ° 圖1繪示配備超電容之電池工作電路 圖2緣出本發明第一實施例之用以反覆切換^ 連結極性的切換機制的電路圖。 、兒谷之 圖3緣出本發明第二實施例之用以反覆切換超 連結極性的切換機制的電路圖。 、 奋之 可二=發明第三實施例之切換機制的電路圖，复 可使充電電/瓜4〇過負載而快速對超電容充電。 “ 圖5Α緣示在本發明實例1之反覆樹 1切換操作下 於混成電源之超電容兩端測得的電壓振娜式。， 圖5Β緣示在本發明實例1之反覆切換操作下，於· ，與超電容聯合驅動之馬達兩端測得的放電曲線。^ 圖5C繪不在本發明實例！中，與超電容併用之 的放電曲線。 ’也 圖5 D繪示比較例中，僅用二電池之電源的放電曲線 【主要元件符號說明】 10 :電池 20 ·超電容(supercapacitor) 30 :馬達(motor) 51、 S1A、S1B :切換機構的接點 52、 S2A、S2B:切換機構的接點 53、 S3A、S3B:切換機構的接點

Claims (1)

1246099 15422twf.doc/m 十、申請專利範圍： 1·一種電力供應裝置，包括： 至少一電壓源； 至少一超電容，其係與該電壓源串聯；以及 至少一切換機構，其係連接於該電壓源與該超電容之 間，且能反覆切換該電壓源與該超電容之間的連結極性。 2·如申凊專利範圍第1項所述之電力供應裝置，其 該切換機構係置於該電壓源側。 3·如申請專利制第2項所述之電力供應裝置，其中 該切換機構包括一雙刀雙擲(DPDT)切換器。 4·如申請專·圍第丨項所述之^供縣置， 該切換機構係置於該超電容側。 、 5·如申请專利範gj第4項所述之電力供應裝置， 該切換機構包括一雙刀雙擲(DPDT)切換器。 ” 6太如中請專利範圍第丨項所述之^供縣置 路機構(bypassing mechanism)，其係在該電池對节 超電谷之-充魏段中與該電力供應裝置之—負载° 7.如申請專利範圍第6項所述之電力供應 . =構包括一三刀雙擲(TPDT)切換器，财:可切換該 H m、m r 乐貝汁述之電力供應裝置，It 選自由—次電池、二次電池、燃料電池、辨機 渦輪發電機及公用電力網格所組成之族群。 …機 9.如申請專利範圍第！項所述之電力供應裝置，其弓 22 1246099 15422twf.doc/r "玄超電容之—工作電壓為1.5V，電容量為〇.5F或以上。 1〇·如申請專利範圍第1項所述之電力供應裝置，其中 该超電容有二電極連接至該電壓源，且該二電極之化學組 成相同。 11·如申請專利範圍第1項所述之電力供應裝置，其中 该切換機構係選自由機械開關、電磁繼電器、場效電晶體、 積體雙載子電晶體(IGBTS)及智慧型積體電子電路(IIEC)所 組成之族群。 π·如申請專利範圍第11項所述之電力供應裝置，其 中該切換機構之一切換時間為60秒或更短。 13·如申請專利範圍第η項所述之電力供應裝置，其 中該智慧型積體電子電路可感麟超電容的電壓與電流， 並據以觸發置於該智慧型積體電子電路中的開關。 14·種龟力供應方法，適用於包括至少一電壓源及至 少一超電容的電力供應系統，該方法包括·· ” 使該電壓源與該超電容串聯；以及 反覆切換該電壓源與該超電容之間的連結極性係 以連接於該電顧與該超電容_—切換機構來進行了 ’、 15·如申請專利範圍第14項所述之電力供應方法，立 中該連結極性之切換時間點，係在每―:切電壓源超 電容之一組合電壓實質上為0V時。 ' 16.如申請專利範圍第14項所述之電力供 令該連結極性之反覆切換步驟包括：改_ 換機構之帛喊結狀態。 U刀 23 1246099 15422twf.doc/m 17·如申請專利範圍第16項所述之電力供應方法，其 中該切換機構包括一雙刀雙擲(DPDT)切換器。 18·如申請專利範圍第14項所述之電力供應方法，其 中π亥連結極性之反覆切換步驟包括··改變該超電容與該切 換機構之間的連結狀態。 19·如申請專利範圍第18項所述之電力供應方法，其 中該切換機構包括一雙刀雙擲(DPDT)切換器。 20·如申請專利範圍第14項所述之電力供應方法，更 包括在該超電容的—充電階段中，使用—旁路機構 (bypassmg mechanism)令一充電電流繞過(㈣㈣該電力供 應系統的一負載。 21.如申請專利範圍帛2〇項所述之電力供應方法，並 ==構包括一三刀雙擲(贿)切換器’其亦可切換 中該電力縣方法，其 辨、师心自域械開關、電磁繼電器、場效電晶 (IIEC;組ΐ^ $晶體(IGBTs)及智慧型積體電子電路 中該智慧概㈣22項所叙電力供應方法，其 焉體電子電路係感應該超電容的電壓盘雷产， 再才以觸發錢慧型積體電子電路中的開關。 24
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