TWI590562B - 能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置及其電源管理方法 - Google Patents

Description

能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置及其電源管理方法

本發明係提供一種儲能裝置及其電源管理方法，尤指一種能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置及其電源管理方法。

隨著科技的進步，攜帶式電子裝置的功能配置越趨多樣化，相應帶來耗電量大幅提高的問題亟欲解決，增加攜帶式電子裝置的待機時間或續航時間，才能提高產品競爭力。如手機或平板電腦之類的攜帶式電子裝置，通常只能藉由增加電池蓄電量、以軟體方式執行省電程序的方法節約電能消耗。另外，如虛擬實境裝置或擴增實境裝置也逐漸成為市場主流。虛擬實境裝置在使用過程中需要來回走動，無法以實體電源線方式進行持續性供電，通常設計抽換式電池以提高虛擬實境裝置的續航時間。然而，抽換式電池的蓄電量亦有其限制，傳統供電模組需在關閉虛擬實境裝置的情況下才能抽換電池，中斷使用過程會造成用戶不便。此外，傳統抽換式電池多係利用使用者以手推撥閂扣推鈕的方式來對電池解扣以利取出電池，但如此作法容易造成因不小心誤觸時會使電池被解扣脫出而造成瞬間斷電，產生使用操作上的困擾以及傷害電子裝置軟體及硬體運作的穩定性。故如何設計出一種能夠持續供給電力而不中斷系統操作並且避免因誤觸而斷電的供電模組或儲能裝置，即為相關設備產業的重點發展課題之一。

本發明係提供一種能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置及其電源管理方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置，其包含有殼體、儲能單元、電子式閂扣件以及控制單元。儲能單元以可拆卸方式設置在殼體之容置槽內，儲能單元之外表面設置有限位結構。電子式閂扣件設置在容置槽之一側。控制單元電連接於儲能單元與電子式閂扣件。控制單元偵測儲能單元之蓄電量，比較蓄電量與門檻值，並根據比較結果判斷是否驅動電子式閂扣件卡合限位結構，以達限制儲能單元相對於殼體移動之目的。

本發明之申請專利範圍另揭露儲能裝置另包含有彈力元件，其係位於容置槽內，彈力元件之端連接殼體，且另一端止抵於儲能單元，提供使儲能單元產生彈出容置槽之勢能。儲能裝置另包含有機械式閂扣件，其係設置在容置槽之一側，用於干涉儲能單元之擋止結構。機械式閂扣件係在電子式閂扣件解除卡合限位結構時，限制儲能單元相對容置槽之移動，並能在被手動操作時解除與擋止結構之干涉，使儲能單元可相對容置槽移動並脫離。儲能裝置另包含有復位元件，設置於機械式閂扣件上，用以推動機械式閂扣件插入擋止結構。

本發明之申請專利範圍另揭露一種能夠提升電能供應穩定性的電源管理方法，應用於具有至少一儲能單元與至少一電子式閂扣件之儲能裝置，儲能單元以可拆卸方式設置在儲能裝置之容置槽內，且儲能單元由電子式閂扣件進行限位。電源管理方法包含有偵測儲能單元之蓄電量，比較蓄電量與門檻值，以及判斷蓄電量低於門檻值時將儲能單元從供電模式切換為斷電模式，並驅動電子式閂扣件解除卡合儲能單元之限位結構。

本發明之儲能裝置使用控制單元偵測且分析儲能單元的蓄電量。蓄電量高於預設門檻值，電子式閂扣件卡扣於儲能單元，避免儲能單元在供電過程意外脫落而斷電；蓄電量低於預設門檻值，解除電子式閂扣件對儲能單元的限位，此時還需另行手動解除機械式閂扣件的限位，由彈力元件將儲能單元部份推出殼體以進行抽換。電子式閂扣件可為單向電磁閥或雙向電磁閥，其規格選用與擺設位置應根據儲能裝置的整體結構設計而定。機械式閂扣件為選擇性設置的輔助元件；使用者只能在電子式閂扣件的限位機制解除後，才可操作機械式閂扣件將儲能單元移出殼體，有效避免儲能單元在持續供電的情況下被取出。

請參閱第1圖至第4圖，第1圖為本發明實施例之儲能裝置10之外觀示意圖，第2圖為本發明實施例之儲能裝置10之元件爆炸圖，第3圖與第4圖分別為本發明實施例之儲能裝置10之部份結構剖視圖。儲能裝置10包含了殼體12、儲能單元14、電子式閂扣件16以及控制單元18。儲能單元14以可拆卸方式安裝在殼體12內之容置槽121中。電子式閂扣件16設置在容置槽121的一側，且對齊於儲能單元14之外表面的限位結構20(例如孔洞型結構)，用來卡合限位結構20，其在實作上可以是一電磁閥。控制單元18電連接儲能單元14與電子式閂扣件16。儲能裝置10用來提供電力給安裝有儲能裝置10之攜帶式電子設備。儲能裝置10裡面的儲能單元14可以視需求隨意抽換，使用者不需將攜帶式電子設備限定在實體傳輸線的範圍內，能帶著攜帶式電子設備任意移動並持續地保持在操作狀態。

在本發明實施例中，控制單元18會偵測儲能單元14的蓄電量，並進行蓄電量與預設門檻值的比較，以相應啟動或關閉電子式閂扣件16。蓄電量高於門檻值，表示儲能單元14的電力足夠持續供電予攜帶式電子設備，此時控制單元18將電子式閂扣件16維持在卡合限位結構20的狀態，限制儲能單元14在容置槽121中之移動，避免儲能單元14的供電線路意外斷開，讓儲能單元14繼續供應電力給攜帶式電子設備，如第3圖所示之右側電子式閂扣件16為例。相對地，若蓄電量低於門檻值，表示電力將不足以持續供電予攜帶式電子設備，此時控制單元18驅動電子式閂扣件16退出限位結構20，使用者能手動地將儲能單元14從容置槽121抽出替換，如第3圖所示之左側電子式閂扣件16為例。

此外，容置槽121內可選擇性設置彈力元件22，彈力元件22的一端設置在容置槽121之內底面，彈力元件22的另一端以可分離方式抵接儲能單元14，如第1圖與第4圖所示。容置槽121的底部可形成套管結構30，彈力元件22較佳放置在套管結構30內，以達拘束變形、防止彈力元件22脫落之目的。電子式閂扣件16退出限位結構20的時候，彈力元件22之彈性恢復力可將儲能單元14些微頂出容置槽121，如第1圖所示之左側儲能單元14，便於使用者進行電池抽換。擋止

本發明所示實施例及相關圖式中係以兩個儲能單元14為例，然儲能單元14的實際數量並不限於此。儲能裝置10至少需包含一個儲能單元14，至多則視儲能裝置10的總蓄電量需求來決定。儲能裝置10僅有一個儲能單元14時，控制單元18單純偵測此儲能單元14之蓄電量，判斷是否驅動電子式閂扣件16卡合於限位結構20。儲能裝置10包含多個儲能單元14時(如後所述之第一儲能單元與第二儲能單元)，控制單元18先利用其中一個主儲能單元14供應電力訊號給攜帶式電子設備，待主儲能單元14的電力即將耗盡時，可以驅動另一個副儲能單元14對主儲能單元14進行充電(副儲能單元14將主儲能單元14充飽後可抽出更換)、也可以停止主儲能單元14之供電(將主儲能單元14抽出更換)並直接換成由副儲能單元14傳輸電力給攜帶式電子設備。因此，每一個儲能單元14通常會配有一個電子式閂扣件16和至少一個彈力元件22，其數量與結構配設位置不限於此實施例所述態樣，端視設計需求而定。

請參閱第1圖、第2圖、及第5圖至第7圖，第5圖至第7圖分別為本發明實施例之儲能裝置10在不同操作階段之部份結構剖視圖。儲能裝置10進一步可選擇性包含機械式閂扣件24以及復位元件26。機械式閂扣件24設置在容置槽121的一側，是輔助性的第二道防護機制，防止儲能單元14在電子式閂扣件16退出限位結構20時立即被彈力元件22推出殼體12。復位元件26套設於機械式閂扣件24以提供復位推力。如第5圖所示，當機械式閂扣件24干涉於儲能單元14的擋止結構28時，儲能單元14將無法自容置槽121被拔出。相反地，當使用者手動地撥推機械式閂扣件24而令其脫離擋止結構28的干涉至第6圖所示位置時，儲能單元14受彈力元件22的推力會自動彈出容置槽121一段距離。當使用者移除施加在機械式閂扣件24的外力，復位元件26將機械式閂扣件24推回原位，如第7圖所示，讓機械式閂扣件24回復到初始位置，但此時已不再被擋止結構28所干涉，故儲能單元14可整個被拔出於容置槽121外。

儲能單元14裝回容置槽121時，擋止結構28之外緣斜面281作用於機械式閂扣件24之斜導部241，機械式閂扣件24受推力影響縮入殼體12內，同時壓縮了復位元件26。待儲能單元14移入容置槽121內的正確位置，擋止結構28之外緣斜面281不再施力於機械式閂扣件24之斜導部241，復位元件26的復位推力便會驅動機械式閂扣件24相對容置槽121移動，而再度干涉於擋止結構28，確保儲能單元14不會輕易脫離容置槽121。

請參閱第8圖，第8圖為本發明第一實施例之電源管理方法之流程圖，適用於具有二個儲能單元並且主儲能單元係固定不可更換、而只有副儲能單元可更換之儲能裝置。儲能單元14裝入容置槽121時，儲能單元14的連接端32觸及容置槽121的導電端34，而與控制單元18建立訊號傳輸通道與供電通道。首先，執行步驟800以啟動電源管理程序。接著執行步驟802，控制單元18偵測第一儲能單元14(主儲能單元)的蓄電量以和門檻值相比較。第一儲能單元14的蓄電量高於門檻值時，執行步驟804將第一儲能單元14切換為供電模式，由第一儲能單元14提供電力給攜帶式電子設備。第一儲能單元14的蓄電量低於門檻值時，執行步驟806，控制單元18偵測且比較第二儲能單元14(副儲能單元)的蓄電量與門檻值，決定是否由第二儲能單元14對第一儲能單元14進行充電。

當第二儲能單元14的蓄電量高於門檻值，執行步驟808及步驟810，控制單元18驅使電子式閂扣件16插入第二儲能單元14的限位結構20，確保第二儲能單元14定位於殼體12內，然後控制單元18驅動第二儲能單元14提供電力給第一儲能單元14，直到第一儲能單元14充飽電力、或第二儲能單元14的電力耗盡為止。另一方面，當第二儲能單元14的蓄電量低於門檻值，執行步驟812及步驟814，控制單元18將第二儲能單元14切換為斷電模式，停止第二儲能單元14供應電力給第一儲能單元14，且驅使電子式閂扣件16退出第二儲能單元14的限位結構20，讓第二儲能單元14能夠在解除機械式閂扣件24之拘束後自由移出容置槽121外。移出容置槽121外的第二儲能單元14可利用實體連接線進行充電，待充飽電力後再裝回殼體12作為輔助性備用電源。並且，在較佳實施例中，在步驟806之前尚可選擇性包含偵測第二儲能單元14是否存在的步驟，其可由控制單元18偵測第二儲能單元14之連接端32是否與容置槽121的導電端34電性接觸來得知，如存在第二儲能單元14才進行步驟806。

請參閱第9圖，第9圖為本發明第二實施例之電源管理方法之流程圖。第9圖所述電源管理方法可適用於第1圖至第7圖所示儲能裝置10，也就是二個儲能單元皆可更換的儲能裝置，用以提升其電能供應穩定性。首先，執行步驟900以啟動電源管理程序。接著執行步驟902，控制單元18判斷第一儲能單元14(主儲能單元)是否設置在殼體12內。若是，執行步驟904，偵測第一儲能單元14(主儲能單元)的蓄電量以比較於門檻值；若否，執行步驟906，另偵測第二儲能單元14(副儲能單元)是否設置在殼體12內。第一儲能單元14的蓄電量高於門檻值時，執行步驟908及步驟910，驅動電子式閂扣件16插入第一儲能單元14的限位結構20，並將第一儲能單元14切換為供電模式，提供電力給攜帶式電子設備。第一儲能單元14的蓄電量低於門檻值時，執行步驟912及步驟914，將第一儲能單元14切換為斷電模式，且驅動電子式閂扣件16退出第一儲能單元14的限位結構20；此時另可切換到判斷第二儲能單元14是否存於殼體12內的步驟，以轉由第二儲能單元14供應電力訊號給攜帶式電子設備，然實際操作不限於此態樣。

如偵測到殼體12內沒有第二儲能單元14，執行步驟916以停止該電源管理程序。如殼體12內具有第二儲能單元14，執行步驟918，控制單元18再偵測且比較第二儲能單元14的蓄電量與門檻值。第二儲能單元14的蓄電量高於門檻值時，執行步驟920及步驟922，驅動電子式閂扣件16插入第二儲能單元14的限位結構20，並將第二儲能單元14切換為供電模式。第二儲能單元14的蓄電量低於門檻值時，執行步驟924及步驟926，將第二儲能單元14切換為斷電模式，且驅動電子式閂扣件16退出第二儲能單元14的限位結構20，結束該電源管理程序。

本發明的儲能裝置使用控制單元偵測且分析儲能單元的蓄電量。蓄電量高於預設門檻值，電子式閂扣件卡扣於儲能單元，避免儲能單元在供電過程意外脫落而斷電；蓄電量低於預設門檻值，解除電子式閂扣件對儲能單元的限位，此時還需另行手動解除機械式閂扣件的限位，由彈力元件將儲能單元部份推出殼體以進行抽換。電子式閂扣件可為單向電磁閥或雙向電磁閥，其規格選用與擺設位置應根據儲能裝置的整體結構設計而定。機械式閂扣件為選擇性設置的輔助元件；使用者只能在電子式閂扣件的限位機制解除後，才可操作機械式閂扣件將儲能單元移出殼體，有效避免儲能單元在持續供電的情況下被取出。

若儲能裝置內設有多個儲能單元，本發明的電源管理方法可將其中一個儲能單元設定為主儲能單元，另一個或其它儲能單元設定為副儲能單元，主儲能單元用來供電給攜帶式電子設備，副儲能單元在主儲能單元的蓄電量偏低(意即蓄電量低於門檻值)的時候對主儲能單元進行充電；副儲能單元的蓄電量偏低時則解除其對應電子式閂扣件之限位，讓使用者將電力不足的副儲能單元移出殼體另行充電。又或者，雖首先以主儲能單元供電給攜帶式電子設備，但在主儲能單元的蓄電量偏低時，電源管理方法切換主儲能單元之供電，轉由副儲能單元直接供電給攜帶式電子設備，此時再將電力不足的主儲能單元抽出殼體另行補充電力。

相較先前技術，本發明的儲能裝置利用全新的電源管理方法，能讓攜帶式電子設備在使用模式下更換儲能單元、而不中斷系統操作，得以無限延長攜帶式電子設備的使用時間。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧儲能裝置
12‧‧‧殼體
121‧‧‧容置槽
14‧‧‧儲能單元
16‧‧‧電子式閂扣件
18‧‧‧控制單元
20‧‧‧限位結構
22‧‧‧彈力元件
24‧‧‧機械式閂扣件
241‧‧‧斜導部
26‧‧‧復位元件
28‧‧‧擋止結構
281‧‧‧外緣斜面
30‧‧‧套管結構
32‧‧‧連接端
34‧‧‧導電端
800、802、804、806、808、812、814‧‧‧步驟
900、902、904、906、908、910、912、914、916、918、920、922、924、926‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例之儲能裝置之外觀示意圖。 第2圖為本發明實施例之儲能裝置之元件爆炸圖。 第3圖與第4圖分別為本發明實施例之儲能裝置之部份結構剖視圖。 第5圖至第7圖分別為本發明實施例之儲能裝置在不同操作階段之部份結構剖視圖。 第8圖為本發明第一實施例之電源管理方法之流程圖。 第9圖為本發明第二實施例之電源管理方法之流程圖。

10‧‧‧儲能裝置

12‧‧‧殼體

121‧‧‧容置槽

14‧‧‧儲能單元

16‧‧‧電子式閂扣件

18‧‧‧控制單元

20‧‧‧限位結構

22‧‧‧彈力元件

24‧‧‧機械式閂扣件

26‧‧‧復位元件

28‧‧‧擋止結構

32‧‧‧連接端

34‧‧‧導電端

Claims (18)

1. 一種能夠提升電能供應穩定性的儲能裝置，其包含有： 一殼體，具有一容置槽； 至少一儲能單元，以可拆卸方式設置在該容置槽內，該儲能單元之一外表面設置有一限位結構； 至少一電子式閂扣件，設置在該容置槽之一側；以及 一控制單元，電連接於該儲能單元與該電子式閂扣件，該控制單元偵測該儲能單元之一蓄電量，比較該蓄電量與一門檻值，並根據一比較結果判斷是否驅動該電子式閂扣件卡合該限位結構，以達限制該儲能單元相對於該殼體移動之目的。
2. 如請求項1所述之儲能裝置，另包含有： 至少一彈力元件，位於該容置槽內，該彈力元件之一端連接該殼體，且另一端止抵於該儲能單元，提供使該儲能單元產生彈出該容置槽之一勢能。
3. 如請求項1所述之儲能裝置，另包含有： 至少一機械式閂扣件，設置在該容置槽之一側，用於干涉該儲能單元之一擋止結構，該機械式閂扣件係在該電子式閂扣件解除卡合該限位結構時，限制該儲能單元相對該容置槽之移動，並能在被手動操作時解除與該擋止結構之干涉，使該儲能單元可相對該容置槽移動並脫離。
4. 如請求項3所述之儲能裝置，另包含有： 至少一復位元件，設置於該機械式閂扣件上，用以產生推動該機械式閂扣件干涉該擋止結構之一勢能。
5. 如請求項1所述之儲能裝置，其中該控制單元在該蓄電量高於該門檻值時驅動該電子式閂扣件卡合該限位結構，且在該蓄電量低於該門檻值時驅動該電子式閂扣件解除卡合該限位結構。
6. 如請求項1所述之儲能裝置，其中該儲能裝置另包含電連接於該控制單元的一第一儲能單元以及一第二儲能單元，且該電子式閂扣件用於卡合該第二儲能單元之該限位結構。
7. 如請求項6所述之儲能裝置，其中該儲能裝置應用於一電子設備，該第一儲能單元提供一電力予該電子設備，該控制單元偵測該第一儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時驅動該第二儲能單元提供該電力予該第一儲能單元，且於偵測到該第二儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時，驅動該電子式閂扣件解除卡合該第二儲能單元之該限位結構。
8. 如請求項1所述之儲能裝置，其中該儲能裝置另包含電連接於該控制單元的一第一儲能單元與一第二儲能單元、以及分別對應的一第一電子式閂扣件與一第二電子式閂扣件。
9. 如請求項8所述之儲能裝置，其中該儲能裝置應用於一電子設備，該控制單元偵測到該第一儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時，驅動該第一電子式閂扣件解除卡合該第一儲能單元之該限位結構，切換一供電線路由該第二儲能單元提供一電力予該電子設備，並於偵測到該第二儲能單元之該蓄電量高於該門檻值時，將該第二電子式閂扣件卡合該第二儲能單元之該限位結構並。
10. 一種能夠提升電能供應穩定性的電源管理方法，應用於具有至少一儲能單元與至少一電子式閂扣件之一儲能裝置，該儲能單元以可拆卸方式設置在該儲能裝置之一容置槽內，該儲能單元由該電子式閂扣件進行限位，該電源管理方法包含有： 偵測該儲能單元之一蓄電量； 比較該蓄電量與一門檻值；以及 判斷該蓄電量低於該門檻值時，將該儲能單元從一供電模式切換為一斷電模式，並驅動該電子式閂扣件解除卡合該儲能單元之一限位結構。
11. 如請求項10所述之電源管理方法，其中當該蓄電量高於該門檻值時，該儲能單元處於該供電模式，且該電子式閂扣件卡合於該限位結構以限制該儲能單元的移動。
12. 如請求項10所述之電源管理方法，其中該儲能裝置另利用至少一彈力元件之一彈性恢復力，在該電子式閂扣件解除卡合該限位結構時可在該容置槽中推移該儲能單元。
13. 如請求項10所述之電源管理方法，其中該儲能裝置另利用至少一機械式閂扣件限制該儲能單元在該容置槽中的移動。
14. 如請求項10所述之電源管理方法，其中該另利用至少一復位元件驅使該機械式閂扣件干涉該儲能單元之一擋止結構。
15. 如請求項10所述之電源管理方法，其中該儲能裝置另具有一第一儲能單元以及一第二儲能單元，該電源管理方法另包含： 偵測該第一儲能單元和該第二儲能單元之蓄電量； 該第一儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時，驅動該第二儲能單元提供一電力予該第一儲能單元；以及 該第二儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時，驅動該電子式閂扣件解除卡合該第二儲能單元之該限位結構。
16. 如請求項15所述之電源管理方法，其中該儲能裝置應用於一電子設備，該第一儲能單元直接提供該電力給該電子設備，且該第二儲能單元補充該電力給該第一儲能單元。
17. 如請求項10所述之電源管理方法，其中該儲能裝置另具有一第一儲能單元與一第二儲能單元、以及分別對應的一第一電子式閂扣件與一第二電子式閂扣件，該電源管理方法另包含： 偵測維持於該供電模式之該第一儲能單元的蓄電量； 該第一儲能單元之該蓄電量低於該門檻值時，將該第一儲能單元切換到該斷電模式，並驅動該第一電子式閂扣件解除卡合該第一儲能單元之該限位結構，且將該第二儲能單元從該斷電模式切換為該供電模式；以及 當偵測該第二儲能單元之該蓄電量高於該門檻值時，驅動該第二電子式閂扣件卡合該第二儲能單元之該限位結構。
18. 如請求項17所述之電源管理方法，其中該儲能裝置應用於一電子設備，該第一儲能單元和該第二儲能單元交替地提供一電力給該電子設備。