TWI729610B - 電池充電站以及電池管理方法 - Google Patents

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Abstract

一種電池充電站包含電力匯流排、供電單元、第一電壓轉換單元以及處理器。供電單元接收第一電源並據以產生第二電源，並將第二電源傳送至電力匯流排作為電力匯流排上的供應電源。第一電壓轉換單元耦接電力匯流排並連接可卸除地置於該電池充電站的第一電池。處理器設置第一電壓轉換單元處於第一模式或第二模式，第一模式下第一電壓轉換單元從電力匯流排接收供應電源以對第一電池充電。第二模式下第一電壓轉換單元自第一電池接收電力並產生第二模式電源指向電力匯流排。

Description

電池充電站以及電池管理方法
本案涉及一種電子裝置以及方法，尤為一種用於管理電池的電池充電站以及管理方法。
在當前的系統配置下，使用者可於特定換電站更換電動載具(尤為電動機車)當中的攜帶式(Portable)電池，以為載具補充可使用電量。然而，當前的換電站具有以下缺陷：(1)需設置具有閒置電池的不斷電系統(Uninterruptible Power System,UPS)，以預防市電中斷；(2)僅能單向地為攜帶式電池充電；(3)市電長時間中斷時，系統無法為攜帶式電池充電；(4)當攜帶式電池的電量充滿時，系統即進入閒置狀態。
為了解決前述問題，本案提出下列的實施態樣以維持充電站運作並更佳地管理多個電池的充/放電。
本案的一實施態樣係關於一種電池充電站，電池充電站包含電力匯流排、供電單元、第一電壓轉換單元以及處 理器。供電單元耦接該電力匯流排，用以根據由外部接收第一電源產生第二電源，並將第二電源傳送至電力匯流排作為電力匯流排上的供應電源。第一電壓轉換單元耦接電力匯流排並經配置以連接可卸除地置於電池充電站的第一電池。處理器電性耦接電力匯流排以及通訊地耦接第一電壓轉換單元。當處理器控制第一電壓轉換單元處於第一模式時，第一模式下第一電壓轉換單元從電力匯流排接收供應電源以對第一電池充電。當處理器控制第一電壓轉換單元處於第二模式時，第二模式下第一電壓轉換單元自第一電池接收電力並產生第二模式電源指向電力匯流排，其中第二模式電源的電壓準位低於第二電源的電壓準位。
本案的另一實施態樣係關於一種電池管理方法，應用於一電池充電站中之一處理器，該電池充電站包含共同耦接一電力匯流排的一供電單元以及一第一電壓轉換單元，該第一電壓轉換單元連接可卸除地置於該電池充電站的一第一電池，其中該電池管理方法包含：控制該供電單元由外部接收一第一電源並產生一第二電源，並且該供電單元將該第二電源傳送至該電力匯流排作為該電力匯流排上的一供應電源；以及控制該第一電壓轉換單元至少在一第一模式或一第二模式之間切換。其中，該第一模式下該第一電壓轉換單元從該電力匯流排接收該供應電源以對該第一電池充電，該第二模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力並產生一第二模式電源指向該電力匯流排，其中該第二模式電源的電壓準位低於該第二電源的電壓準位。
100‧‧‧電池充電站
PS‧‧‧電力供給源
110‧‧‧供電單元
121~125‧‧‧電壓轉換器
140‧‧‧處理器
130‧‧‧電力匯流排
151~154‧‧‧電池容置部
B1、B2、B3、B4‧‧‧電池
P1~P3‧‧‧電源
P4‧‧‧輸出電力
Pbus‧‧‧供應電源
Pm1‧‧‧第一模式電源
Pm2‧‧‧第二模式電源
Pm3、Pm3a、Pm3b‧‧‧第三模式電源
Pm4a、Pm4b、Pm4c、Pm4d‧‧‧第四模式電源
MC1~MC4‧‧‧模式控制訊號
200a~200c‧‧‧控制方法
S210、S220、S230~S231、S240‧‧‧步驟
S250、S260‧‧‧步驟
C1~C4‧‧‧狀態
參照後續段落中的實施方式以及下列圖式，當可更佳地理解本發明的內容：
第1圖係基於本案一些實施例所繪示的電池充電站的示意圖；
第2A圖繪示本揭示文件一種控制方法的方法流程圖；
第2B圖繪示本揭示文件一種控制方法的方法流程圖；
第2C圖繪示本揭示文件一種控制方法的方法流程圖；
第3圖繪示於一實施例中電池充電站當中多個電壓轉換器切換為各自的操作模式的示意圖；
第4圖繪示於一實施例中電池充電站當中多個電壓轉換器切換為各自的操作模式的示意圖；
第5A圖係基於本案一些實施例所繪示的電力匯流排上的電壓示意圖；
第5B圖係基於本案一些實施例所繪示的電力匯流排上的電壓示意圖；
第6圖繪示於一實施例中電池充電站當中多個電壓轉換器切換為各自的操作模式的示意圖；
第7圖繪示於一實施例中電池充電站當中多個電壓轉換器切換為各自的操作模式的示意圖；以及
第8圖繪示於一實施例中電池充電站當中多個電壓轉換器切換為各自的操作模式的示意圖。
以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本案之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本案之實施例後，當可由本案所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本案之精神與範圍。
本案係關於一種電池充電站以及其運作方法，主要藉由電壓轉換器之間的特定關係以實現。所述電池充電站的處理器可控制電壓轉換器的充電電壓以及放電電壓，使系統在市電失效時仍根據攜帶型電池維運，更可有效地轉移攜帶型電池所儲存的電量。藉此，即便在市電失效時，管理系統仍可向使用者提供電池抽換的服務。
參照第1圖，其係基於本案一些實施例所繪示的用於電池充電站100的示意圖。電池充電站100與外部的電力供給源PS(例如市電電網、儲能系統或是太陽能板、風力發電機等再生能源產生源)連接。於一實施例中，電池充電站100可以利用市電電網供給的電力用以對交通載具(例如，電動機車、電動車或油電混合車等)所搭載或其他用途但相同規格的電池進行充電或是進行電池交換。例如，電池充電站100可設置於城市中適當的位置(例如，交通繁忙的十字路口旁，或便利商店、加油站等易於讓使用者利用之處)。使用者可在鄰近所述充電站100時，可將電池置入電池充電站100中以對其充電，或是在搭配適當的電池訂閱服務時，使用者可再置入電池後取得另一個電量較高之電池。並且，電池充電站100可於上述充電或是電池交換時，電池充電站100可以一併收集或分析 交通載具或電池上儲存的資訊。於一些實施例中，交通載具所搭載的電池為攜帶型的可充電電池，此電池可以做為交通載具上電子產品需要的電力來源，或者同時作為交通載具的行進動力來源。
於本揭示文件的一些實施例中，當外部的電力供給源PS失效(例如，市電電網停電，或是再生能源產生源未產生電力供給)或者外部電力的輸入路徑有問題時，電池充電站100及其中之電壓轉換器可以切換至不同模式，改為利用上述電池當中儲存的電力維持電池充電站100的基本運作，關於如何進行模式切換的細節將在下列實施例有進一步說明。
如第1圖所示，電池充電站100可包含供電單元110、多個電壓轉換器121~125、電力匯流排130、處理器140以及多個電池容置部151~154。於此實施例中，供電單元110電性耦接於外部的電力供給源PS，供電單元110可以將電力供給源PS供應的電源P1的電力規格為電池充電站100內部需要的電源P2的電力規格，並將電源P2作為供應電源輸出至電力匯流排130，藉此供應給電池充電站100當中的其他元件。
電力供給源PS為在電池充電站MS外部的電力供應源，例如市電(Mains electricity)電網、太陽能、風力等再生能源、儲能裝置等相似之設施。設置者可根據電力供給源PS所可以供給的電源之不同(即，交流電源或直流電源)以及電壓的高低來選擇設置對應於電力供給源PS的供電單元110。舉例來說，電力供給源PS為市電電網時，電力供給源PS供應的電源P1可能是電壓為220伏特(Volt,V)或更高的交流電源，供 電單元110可包含相應的交流對直流(AC/DC)及/或直流對直流(DC/DC)電壓轉換器，將電源P1(220V的交流電源)轉換為的電源P2。於一實際範例中，當電力供給源PS正常供應電力及供電單元110正常運作時，供電單元110所轉換的電源P2具有預定的電力規格，例如電源P2即可為330~440V之間的直流電源(例如395V的直流電源)。也就是說，在電力供給源PS正常供應電力及供電單元110正常運作時，電力匯流排130上的供應電源Pbus將為395V的直流電源，也就是說，供應電源Pbus等於供電單元110產生的電源P2。
如第1圖所示，電壓轉換器125耦接於電力匯流排130與處理器140之間。電壓轉換器125用以將電力匯流排130上的供應電源Pbus轉換為處理器140所需要的電源P3。舉例來說，處理器140為高精度的積體電路，例如中央處理器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)或其他相似的控制電路，處理器140需要穩定且相對低壓的操作電壓，例如1.5V、5V、12V、15V等操作電壓。電壓轉換器125根據處理器140的需求將產生相應的電源P3。處理器140可為電池充電站100的主控制單元(main control unit,MCU)，其包含至少一記憶體以及至少一微處理器，兩者相互電性耦接，使微處理器可自記憶體存取指令碼，並執行指令碼所界定之應用程序以運作電池充電站100。微處理器可以是中央處理器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)或其他相似的控制電路。
例如，第1圖所示的電池B1~B4可供使用者替換 其交通載具內的低電量電池。在一些實施例中，當使用者的載具當中部分或全部之攜帶型電池電量不足時，使用者可將交通載具移動至設置有電池充電站100的站點附近，並將載具中電量不足的電池置入電池充電站100的空電池容置部(例如，電池容置部A1~A4之一)中充電。在充電程序中，使用者即可在充電完成(或是使用者需要使用電池時)再將方才置入之電池取出。在換電程序中，使用者可在置入電池於電池充電站100的空電池容置部後，經由操作或是電池充電站100的程序運作後從電池充電站100取得電量較高的攜帶型電池，將取得的電池與電池充電站100分離並連接到自己的交通載具，便可完成交通載具的換電程序。
於第1圖的實施例中，電池充電站100包含四個電池容置部151~154以及相應的四個電壓轉換器121~124，電池容置部151~154各自用以容納一個攜帶型的可充電電池。如圖所示，電池容置部151~154分別容納電池B1~B4。電壓轉換器121~124耦接於電力匯流排130與電池容置部151~154(及相應的電池B1~B4)之間。需特別說明的是，本揭示文件中的電池充電站100以四個電池容置部151~154作為舉例說明，但本揭示文件並不以為限，實際應用中，電池充電站100可以包含N個電池容置部以及相應的N+1個的電壓轉換器，N為2以上的任意正整數。在一些實施例中，電池充電站100中可包含8組、16組或更多電壓轉換器及電池容置部，藉以容納更多的電池同時充電或換電，以供應大量使用者進行電池替換。在一些實施例中，電池容置部與電壓轉換器之數量並不非為一比一之關 係，亦可能為多對一或一對多之關係。
以下實施例為了說明上的方便，以電池充電站100具有四個電池容置部151~154且四個電池容置部151~154中均連接有電池B1~B4進行例示性說明，但本揭示文件並不以此為限。例如，在實際範例中，電池充電站100通常包括一或多個尚未連接電池之電池容置部以便自使用者接收電池。
請一併參閱第2A圖，其繪示本揭示文件一種控制方法200a的方法流程圖。如第1圖及第2A圖所示，控制方法200a用以控制電池充電站100以及電池充電站100當中四個電壓轉換器121~124的操作模式。
於步驟S210當中，處理器140產生四個模式控制信號MC1~MC4，四個模式控制信號MC1~MC4分別用以設定四個電壓轉換器121~124的操作模式。於一些實施例中，處理器140所傳輸模式控制信號MC1~MC4可以用以致能/禁能該些電壓轉換器121~124、控制電壓轉換器121~124的操作模式、控制電壓轉換器121~124所轉換的電力規格(例如電壓準位、電流大小、功率大小等)、控制電壓轉換器121~124的電流流向等。
於本實施例當中，電壓轉換器121~124各自的操作模式至少包含第一模式以及第二模式。其中，第一模式是指電壓轉換器121~124之一由電力匯流排130汲取電力匯流排130上的供應電源Pbus對相應的電池B1~B4充電的操作模式。第二模式是指電壓轉換器121~124之一由相應的電池B1~B4汲取電力供電給電力匯流排130，藉以維持電力匯流排 130上的供應電源Pbus的操作模式。處理器140產生的模式控制信號MC1~MC4可以分別將電壓轉換器121~124設定在各自獨立的操作模式中。
於步驟S220當中，當電壓轉換器121~124分別接收到各自的模式控制信號MC1~MC4，電壓轉換器121~124各自根據自己收到的模式控制信號MC1~MC4各自採用的操作模式(例如第一模式或第二模式)。
請一併參閱第3圖，其繪示於一實施例中，電池充電站100當中四個電壓轉換器121~124切換為各自的操作模式的示意圖。於第3圖的實施例中，處理器140透過模式控制信號MC1將電壓轉換器121設定為第二模式，並透過模式控制信號MC2~MC4將電壓轉換器122~124均設定為第一模式。
舉例來說，當電池B2被正確地設置於電池容置部152當中時，電池B2電性耦接於電壓轉換器122，若電池B2係為使用者置入的低電量電池，處理器140便可控制電壓轉換器122進入第一模式。如第2A圖及第3圖所示，第一模式下的電壓轉換器122可執行步驟S231將電力匯流排130上的供應電源Pbus換為第一模式電源Pm1，並利用第一模式電源Pm1對電池B2充電。相似地，如第2A圖及第3圖所示，電壓轉換器123及電壓轉換器124也被設定於第一模式，第一模式下的電壓轉換器123及電壓轉換器124同樣執行步驟S231分別用以將電力匯流排130上的供應電源Pbus換為第一模式電源Pm1，並利用第一模式電源Pm1分別對相應的電池B3及B4充電。
如第3圖所示，當電力供給源PS正常供應電力及 供電單元110正常運作時，電力匯流排130上的供應電源Pbus為大約395V的直流電源(此時供應電源Pbus等於由供電單元110供給的電源P2)。電壓轉換器122~124可將供應電源Pbus轉換為40至50V間(例如等於或略大於48V或是43.2V)的第一模式電源Pm1，用以對電池B2~B4充電。
如第2A圖所示，在一些實施例中，在步驟S231產生第一模式電源Pm1之前，進一步包含步驟S230。如第2A圖及第3圖所示，在步驟S230中，根據電力匯流排130上的供應電源Pbus的電壓是否大於預設閾值，第一模式下的電壓轉換器122~124選擇是否進入步驟S231。如第2A圖及第3圖所示，第一模式下的電壓轉換器122~124轉換的輸入電源(也就是電力匯流排130上的供應電源Pbus)的電壓需要大於預設閾值，才會執行步驟S231。舉例來說，預設閾值可以設定於380V。當電力匯流排130上的供應電源Pbus的電壓大於預設閾值時，第一模式下的電壓轉換器122~124轉換的輸入電源才產生第一模式電源Pm1。在一些實施例中，電力匯流排130上的供應電源Pbus的電壓低於預設閾值(例如380V)時，電壓轉換器122~124便不執行步驟S231，也就是不產生第一模式電源Pm1。
如第2A圖及第3圖所示，處理器140透過模式控制信號MC1將電壓轉換器121設定為第二模式，第二模式下的電壓轉換器121將執行步驟S240，電壓轉換器121由相應的電池B1汲取電力，並產生第二模式電源Pm2並指向電力匯流排130。
需要特別說明的是，於此實施例中，第二模式下的電壓轉換器121產生的第二模式電源Pm2的電壓準位將低於供電單元110產生的電源P2的電壓準位，於一實施例中，第二模式電源Pm2的電壓準位可以設定為大約350V。當供電單元110正常運行產生的電源P2，在此情況下，雖然電壓轉換器121產生的第二模式電源Pm2並指向電力匯流排130，但由於第二模式電源Pm2的電壓低於電源P2的電壓準位，此時電壓轉換器121產生的第二模式電源Pm2將不會產生任何電流至電力匯流排130，如第3圖的實施例中，此時電力匯流排130的供應電源Pbus仍等於電源P2。值得注意的是，由於電壓轉換器121~124中的直流/直流轉換器及其周邊電路具有獨立以及隔離的效果，因此在上述電力匯流排130具有較高電壓準位的情況下，電力匯流排130上的供應電源(即，電源P2)亦不會流入電壓轉換器121，甚至轉換為第二模式電源而對電池B1充電。
請一併參閱第5A圖，其繪示在電力供給源PS正常供應電力及供電單元110正常運作直到電源P2失效時的供應電源Pbus的電壓時序變化圖。其中在此實施例中，控制器140設定電壓轉換器121於第二模式，以及設定電壓轉換器122~124於第一模式(相同於第3圖所繪示)。如第2A圖、第3圖及第5A圖所示，當供電單元110正常供電產生電源P2給電力匯流排130時(也就是在第5A圖中發生電源失效之前)，將進入狀態C1，自動由供電單元110產生的電源P2作為電力匯流排130的供應電源Pbus。於此實施例中，需特別說明的是，狀態C1是在供電單元110正常供電時自動發生的狀態，並不需要經 過處理器140進行額外的判斷或控制。
請一併參閱第4圖，其繪示了當第3圖中的電源P2失效時電池充電站100的示意圖。如第2A圖、第4圖及第5A圖所示，當電源P2失效(例如外部電力供給源PS斷電、連接到外部電力供給源PS的線路中斷、供電單元110損壞、供電單元110連接到電力匯流排130的線路中斷等)時，將進入狀態C2，自動改由電壓轉換器121產生的第二模式電源Pm2作為電力匯流排130的供應電源Pbus。於此實施例中，需特別說明的是，狀態C2是在供電單元110未能正常供電時自動發生的狀態，由於電壓轉換器121已產生的第二模式電源Pm2並指向電力匯流排130(如步驟S240)，在電源P2失效同時，便可自動改由第二模式電源Pm2作為電力匯流排130的供應電源Pbus，並不需要經過處理器140進行額外的判斷或控制。
如第4圖所示第5A圖所示，當由外部電力輸入所產生的電源(如第3圖當中的電源P2)失效時，供應電源Pbus的電壓雖然會下降，但隨即供應電源Pbus將穩定在電壓轉換器121產生的第二模式電源Pm2的電壓準位(例如350V)。此時，電壓轉換器125仍可根據電力匯流排130的供應電源Pbus產生電源P3，維持處理器140的基本運作。在一些實施例中，處理器140所執行的基本運作有關的應用程序主要包含致/禁能供電單元110的應用程序、致/禁能電壓轉換器121~124的應用程序、檢測電池容置部151~154的運作狀態的應用程序、檢測電池B1~B4的運作狀態的應用程序、藉由人機介面顯示畫面的應用程序、與伺服器通訊的應用程序等。
需特別說明的是，在第二模式下的電壓轉換器121及對應的電池B1便可以做為電池充電站100的備用電力來源，一旦外部電力供給源PS斷電、連接到外部電力供給源PS的線路中斷、供電單元110損壞、供電單元110連接到電力匯流排130的線路中斷等異常狀態發生時，電壓轉換器121所產生的第二模式電源Pm2可以即時供電，維持住電力匯流排130的供應電源Pbus的電壓準位與第二模式電源Pm2相符，進而維持電池充電站100的運作。
於一些其他例子中，偵測電路可被採用以監控電力匯流排130的電壓，當偵測到電壓異常下降之後，才觸發備用電力來源(例如外部的備用電源，或是將電壓轉換器121設為第二模式)，如此一來，電力匯流排130的供應電源Pbus將先劇烈下降，等到備用電力來源就位時才逐漸恢復，可能導致電池充電站100受損或是處理器140無法持續運作。相較之下，本揭示文件中第二模式下的電壓轉換器121及對應的電池B1在電源(如第3圖當中的電源P2)尚未失效時，便已經產生第二模式電源Pm2並指向電力匯流排130，一旦發生異常，第二模式電源Pm2可以馬上穩定住電力匯流排130的供應電源Pbus，發生異常至產生第二模式電源Pm2之間，不需要經過偵測電路去監控電力匯流排130的電壓、判斷電壓下滑、觸發備用電力等步驟。
請一併參閱第5B圖，其繪示在電力供給源PS及供電單元110恢復正常運作時供應電源Pbus的電壓時序變化圖，當外部電力輸入所產生的電源(如第3圖當中的電源P2)恢 復時，電力匯流排130的供應電源Pbus便會回到電源P2的電壓準位。
需要補充說明的是，於第4圖的實施例中，由於第二模式電源Pm2的電壓準位350V並未高於電壓轉換器122~124的預設閾值(380V)，因此，第一模式下的電壓轉換器122~124轉換的輸入電源暫時不會產生第一模式電源Pm1，也就不會對電池B2~B4充電。如此一來，可以確保第二模式電源Pm2主要用來維持電池充電站100的基本運作，而不會使得提供第二模式電源Pm2的電池(例如在此為與電壓轉換器121耦接之第一電池121)的電力消耗過快。而當外部電力的輸入恢復後，由於供應電源Pbus便會回到電源P2的電壓準位，也就是高於電壓轉換器122~124的預設閾值(380V)，第一模式下的電壓轉換器122~124即會恢復將供應電源Pbus產生第一模式電源Pm1，也就不會對電池B2~B4充電在一些實施例中，若是電池B2~B4的電量高於可提供給使用者之電量門檻(例如90%或95%之電量或更低)，電池充電站100仍可將所述之電池(電池B2~B4中符合電量門檻者)提供給使用者。在沒有足夠電量的電池可以提供給使用者的狀況時，保持維運的電池充電站100亦可顯示訊息或播放音效等方式告知鄰近的使用者目前電池充電站100的狀況。在一些實施例中，當處理器140控制電壓轉換器121進入第二模式時，處理器140可鎖定電池容置部151，以免電池B1被錯誤地取出。
於第3圖及第4圖的實施例中，處理器140將其中一個電壓轉換器121設置在第二模式做為舉例說明，但本揭示 文件並不此為限。處理器140可以將電壓轉換器121~124其中任意一個或一個以上設定為第二模式，均可達到上述目的。
在一些習知技術中，為了預防市電供電中斷，可在電池充電站的處理器與市電之間設置不斷電系統。當市電有效時，市電可向處理器供電且同時向不斷電系統當中的固定電池充電。當市電失效(de-assert)時，由不斷電系統當中的固定電池維持向處理單元供電，以待市電回復。但利用固定電池作為不斷電備用電源，此固定電池長時間保持在充電狀態不曾進行放電，容易造成此固定電池放電功能受損，異常事件發生時，固定電池反而無法有效供電。
本揭示文件中，並非採用固定的電池作為備用電力，而是利用設定為第二模式下的電壓轉換器及電池作為備用電力。於一些實施例中，處理器140可以週期性更換第二模式的電壓轉換器，或者根據個別電池的現存電力動態調整第二模式的電壓轉換器。
應理解，在一些實施例中，處理器140可監測電池B1~B4的電量，以確認電池B1~B4是否可繼續充/放電。在一些實施例中，當處理器140偵測電池B1的電量低於預定閾值(例如：10%)時，處理器140可控制電壓轉換器121進入第一模式(即充電模式)或禁能，並控制電壓轉換器122~124中的至少一者進入第二模式(即放電模式)，使其藉由電池B2~B4輸出350伏特的電流。控制器140可根據電池B2~B4之電量或其他資訊來選擇其中適當之至少一者。此機制可理解為，當作為不斷電系統供電的電池B1電量不足時，可改由電池B2~B4中的 另一者向處理器140供電。藉由此設置，處理器140可根據電量切換不同的電池作為不斷電系統，使電池充電站100在電力供給源PS長時間失效時仍能維運。即使在電池充電站100已無足夠電量之電池可以提供時，上述之機制仍可讓電池充電站100可以保持與後端伺服器和能源網路中其他電池充電站(未繪示)之通訊，除了可以即時的通知使用者至其他的電池充電站充換電外，亦可使得後端伺服器和能源網路的營運者可以即時地取得電池充電站100目前的營運狀況，降低營運之成本。或者，在一些實施例中，處理器140偵測作為備用電力之電池(例如第4圖中的電池B1)的電量，當其電量低於預定電力閾值(例如：10%或20%)時，處理器140可控制電池充電站100進入休眠狀態或是低效能狀態，處理器140可以同時計算讓電池充電站100安全關機所需的最小電量，當電池B1的電量僅剩上述最小電量時，便控制電池充電站100安全關機。在一些實施例中，當控制器140偵測到供電單元110所輸入的電源P2失效或是目前供應電源Pbus的電壓準位等於第二模式電源Pm2的電壓準位時，控制器140即直接運用第二模式電源Pm2所轉換而成的電源P3進入休眠狀態/低效能狀態或安全關機。
於上述第2A圖所示的實施例中，處理器140透過模式控制信號MC1~MC4將電壓轉換器121~124設定為第一模式或第二模式，但本揭示文件並不上述兩種模式為限。
請一併參閱第2B圖，其繪示本揭示文件一種控制方法200b的方法流程圖。第2B圖所示中控制方法200b用以控制電池充電站100以及電池充電站100當中四個電壓轉換器 121~124的操作模式。
在第2B圖的實施例中控制方法200b同樣可將電壓轉換器121~124的操作模式設定為第一模式或第二模式，也就是說，控制方法200b包含上述第2A圖中的步驟S210、S220、S230~S231、S240以及狀態C1~C2，相似的步驟在先前實施例中已有說明，在此不另贅述。
不同之處在於，第2B圖的實施例中控制方法200b中，第1圖中的處理器140可以透過模式控制信號MC1~MC4將電壓轉換器121~124的操作模式設定為第一模式、第二模式以及第三模式其中一者。
請一併參閱第6圖，其繪示第3圖中的電源P2失效時電池充電站100的另一示意圖。第6圖所示的系統架構大致同於第4圖。在一些實施例中，當電力供給源PS或供電單元110失效(尤為長時間)時，處理器140可控制電壓轉換器121~124其中一者進入第三模式，於第6圖實施例中，假設處理器140控制電壓轉換器122進入第三模式，並使電壓轉換器121在第二模式，並使電壓轉換器123及124在第一模式。
此時，如第2B圖及第6圖所示，第三模式下的電壓轉換器122將執行步驟S250，電壓轉換器122由相應的電池B2供電，產生第三模式電源Pm3至電力匯流排130。於此實施例中，第三模式電源Pm3的電壓準位可以設定為低於電源P2的電壓準位395V、高於第二模式電源Pm2的電壓準位350V、且高於第一模式下的電壓轉換器(例如第6圖中的電壓轉換器123~124)轉換的輸入電源的預設閾值380V，舉例來說，第三 模式電源Pm3的電壓準位可以設定為大約385V至大約390V。
藉此，處理器140可動態地調配電池B1~B4當中所儲存的電量，此第三模式可理解為一種電池互充模式。例如，於第6圖的實施例中，處理器140可控制電壓轉換器122進入第三模式，而當由供電單元110所供給之電源P2失效後，將進入狀態C3，電壓轉換器122產生的第三模式電源Pm3將作為電力匯流排130上的供應電源Pbus。於此實施例中，狀態C3是在供電單元110未能正常供電時發生的一種狀態，在電源P2失效的情況下，當存在有第三模式下的電壓轉換器122產生第三模式電源Pm3(如第6圖及第2B圖中的步驟S250)，自動由第三模式電源Pm3作為電力匯流排130的供應電源Pbus。此時因為電力匯流排130上的供應電源Pbus大於第一模式下電壓轉換器123~124進行充電時所需輸入電源的預設閾值380V，第一模式下電壓轉換器123及124便會接收目前作為供應電源Pbus的第三模式電源Pm3，使其電壓轉換器123及124分別產生第一模式電壓Pm1對相應的電池B3及B4進行充電。同時，由於第二模式電源Pm2的電壓準位低於第三模式電源Pm3的電壓準位，第二模式電源Pm2儘管指向電力匯流排130將仍不會產生任何電流至電力匯流排130。
於一實施例中，處理器140可控制電壓轉換器121~124中的任一者進入第三模式，以利用電池B1~B4當中電量較高者向電量較低者充電。又例如，處理器140可控制電壓轉換器121~124中的一者以上進入第三模式，以利用電池B1~B4當中若干個電量較低者向其他電池充電，使其充電至一 定程度(如滿電量狀態)。但本案並不以此為限。
應理解，藉由前述配置，當電力供給源PS(及供電單元110)有效時，處理器140可輪流/同時控制電壓轉換器121~124進入第一模式向電池B1~B4之中一或多者充電，以嘗試將電池B1~B4之中一或多者充至滿電量狀態，藉以向使用者提供滿電量的電池，並接收使用者替換的低電量電池。當電力供給源PS(或供電單元110)失效時，處理器140可控制電壓轉換器121~124進入第三模式，以利用電池B1~B4中的至少一者作為處理器140維運的電力供給源。因為電池B1~B4各自儲存的電量可能不同，處理器140可切換電壓轉換器121~124至第一模式或第三模式，將某些電池的電量轉移至其他電池，以嘗試將電池B1~B4當中的若干者充至滿電量狀態，以提供予使用者。
於上述第6圖的實施例中，處理器140將其中一個電壓轉換器122切換至第三模式，以對另外兩個第一模式下的電壓轉換器123及電壓轉換器124供電，但本揭示文件並不以此為限。在一些實施例中，控制器140禁能一或多個電壓轉換器，使得只有指定的電池可透過第三模式電源Pm3的供給而充電。例如，控制器140禁能電壓轉換器124，使得只有與電壓轉換器123所連接之電池B3可藉由作為供應電源Pbus的第三模式電源Pm3充電。
請參照第7圖，其係基於本案一些實施例所繪示的電池充電站100的示意圖。第7圖所示電池充電站100的系統架構大致同於第6圖，請一併參照第6圖。在一些實施例 中，當電力供給源PS(或供電單元110)失效時，處理器140更可控制電壓轉換器121~124當中的至少兩者進入第三模式(即電池互充模式)，藉此，處理器700可將電池B1~B4中的至少兩者並聯以向其他電池充電。
在一些實施例中，處理器700可控制電壓轉換器121、122進入第三模式，使電壓轉換器121、122分別根據電池B1、B2的電力而產生第三模式電源Pm3a及Pm3b，並將第三模式電源Pm3a及Pm3b一併輸出至電力匯流排130。可理解為，電池B2、B3被並聯輸出至電力匯流排130，此時電力匯流排130上的供應電源Pbus可以是兩個第三模式電源Pm3a及Pm3b的總和。類似地，第一模式下的電壓轉換器123~124處可根據電力匯流排130上的供應電源Pbus產生第一模式電源Pm1向各自電池B3~B4充電。
應理解，藉由前述配置，處理器140可切換電壓轉換器121~124的模式(第一模式或第三模式)，以利用電池B1~B4當中的若干者進行並聯放電，藉以向其他電池實施快速充電，以期將電池B1~B4當中的若干者充至滿電量狀態提供予使用者。而在電力供給源PS正常供應以及供電單元110恢復供給電源P2後，由於電源P2的電壓準位仍高於上述的第三模式電源Pm3、Pm3a及Pm3b，電源P2將作為電力匯流排130上的供應電源Pbus，而仍指向電力匯流排130的第三模式電源Pm3、Pm3a及Pm3b則將不會產生任何電流流向電力匯流排130。
請參照第2C圖及第8圖，第2C圖其繪示本揭示 文件一種控制方法200c的方法流程圖。第2C圖所示中控制方法200c用以控制電池充電站100以及電池充電站100當中四個電壓轉換器121~124的操作模式。
在第2C圖的實施例中控制方法200c同樣可將電壓轉換器121~124的操作模式設定為第一模式、第二模式或第三模式，也就是說，控制方法200c包含上述第2A圖及第2B圖中的步驟S210、S220、S230~S231、S240、S250以及狀態C1~C3，相似的步驟在先前實施例中已有說明，在此不另贅述。
第8圖係基於本案一些實施例所繪示的電池充電站100的示意圖。在一些實施例中，處理器140可監測電池B1~B4的電量。當電池B1~B4中的全數(或者超過半數電池，例如電池B1~B3)的電量均高於預定閾值(例如：90%或99%)時，處理器140可根據外部的訊息或內部之資料分析(例如分析得到目前的電池需求量較低，或是收到政府或其他緊急的需求)，控制電壓轉換器121~124中的部分或全數(或者電池B1~B3對應的電壓轉換器121~123)進入第四模式，此實施例中，第四模式可理解為電力反饋模式，在第四模式下電池充電站100可以將電池B1~B4儲存的電力反向輸出至外部的電力供給源PS(例如市電電網或外部之儲能設備)。
例如，如第8圖所示，當假設電池B1~B4的電量皆高於預定閾值時，處理器140分別控制電壓轉換器121~124切換至以第四模式，第四模式下的電壓轉換器121~124執行步驟S260，電壓轉換器121~124由相應的電池B1~B4供電，產生第四模式電源Pm4a、Pm4b、Pm4c及Pm4d，並將第四模式 電源Pm4a、Pm4b、Pm4c及Pm4d輸出至電力匯流排130。此時，如第2C圖及第8圖所示，進入狀態C4，由第四模式下的電壓轉換器121~124產生的第四模式電源Pm4a、Pm4b、Pm4c及Pm4d作為電力匯流排130上的供應電源Pbus。電力匯流排130上的供應電源Pbus可以是四個第四模式電源Pm4a、Pm4b、Pm4c及Pm4d的總和。第四模式電源Pm4a、Pm4b、Pm4c及Pm4d的電壓準位可被設定為等於或高於電源P2。
如第2C圖及第8圖所示，在狀態C4的情況下，處理器140可控制供電單元110轉換電力匯流排130上的供應電源Pbus並產生輸出電力P4，並將輸出電力P4反饋至電力供給源PS(例如，市電電網)。其可理解為，當電池B1~B4的電量趨於飽和時，電池充電站100不會閒置，並可反向地將電池B1~B4的電量輸出至電力供給源PS。藉由此反饋機制，電池充電站100的營運者可向電力提供者要求電費補貼或優惠等。
在前述實施例中，本案的電池充電站100具有多個電壓轉換器。領域中人應當理解，在一些實施例中，前述電壓轉換器可藉由不同規格的變壓器電路而實現。一般而言，前述電路可包含電晶體或其他電路元件，以前述實施例中的方式配置，使前述電路可根據本案前述的功能以及操作運行。進一步地，前述電池充電站100當中的處理器140與電壓/電流轉換器之間的協作程序可由特定編譯器(Compiler)所實現，例如，暫存器傳輸語言(Register Transfer Language,RTL)編譯器等。然而，本案並不以此為限。
根據前述實施例，本案至少可具有下列優點：(1) 將電池充電站中的攜帶型電池作為不斷電系統的用途，不須額外設置具有閒置電池的不斷電系統；(2)在外部的電力供給(例如市電)失效時，可在完全沒有任何延遲時間的情況下維持住電池充電站的維運(3)在外部的電力供給失效時，電池充電站可即有置於電池充電站中的電池長時間維運；(4)在外部的電力供給失效時，仍可動態地調配電池中的電量，以嘗試提供具較高電量的電池予使用者；(4)若外部有需求而電池充電站中的電池電力足夠時，電池充電站可反向提供電能至外部(例如，市電端)。
雖然本案以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電池充電站
PS‧‧‧電力供給源
110‧‧‧供電單元
121~125‧‧‧電壓轉換器
140‧‧‧處理器
130‧‧‧電力匯流排
151~154‧‧‧電池容置部
B1、B2、B3、B4‧‧‧電池
P3‧‧‧電源
Pbus‧‧‧供應電源
Pm2‧‧‧第二模式電源
MC1~MC4‧‧‧模式控制訊號

Claims (18)

  1. 一種電池充電站，包含：一電力匯流排；一供電單元，耦接該電力匯流排，用以根據由外部接收一第一電源產生一第二電源，並將該第二電源傳送至該電力匯流排作為該電力匯流排上的一供應電源；一第一電壓轉換單元，耦接該電力匯流排並經配置以連接可卸除地置於該電池充電站的一第一電池；以及一處理器，電性耦接該電力匯流排以及通訊地耦接該第一電壓轉換單元，其中，當該處理器控制該第一電壓轉換單元處於一第一模式時，該第一模式下該第一電壓轉換單元從該電力匯流排接收該供應電源以對該第一電池充電，當該處理器控制該第一電壓轉換單元處於一第二模式時，該第二模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力並產生一第二模式電源指向該電力匯流排，其中該第二模式電源的電壓準位低於該第二電源的電壓準位，當該供電單元正常產生該第二電源，而該處理器設定該第一電壓轉換單元為該第二模式，該電力匯流排上的該供應電源的電壓準位等於該第二電源的電壓準位。
  2. 如請求項1所述之電池充電站，其中當該供電單元未產生該第二電源，處於該第二模式的該第一電壓轉換單元將該第二模式電源傳送至該電力匯流排以作為該供應 電源，並使該處理器自該電力匯流排接收該供應電源。
  3. 如請求項1所述之電池充電站，其中：當該第一電壓轉換單元處於該第一模式，且自該電力匯流排接收之該供應電源的電壓準位大於一第一閾值時，該第一電壓轉換單元轉換該供應電源為一第一模式電源以對該第一電池充電，其中該第一閾值大於該第二模式電源的電壓準位。
  4. 如請求項3所述之電池充電站，其中：當該處理器控制該第一電壓轉換單元處於一第三模式時，該第三模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力以向該電力匯流排輸出一第三模式電源作為該供應電源，其中該第三模式電源的電壓準位高於該第一閾值。
  5. 如請求項4所述之電池充電站，其中該電池充電站更包含：一第二電壓轉換單元，電性耦接該電力匯流排並經配置以連接可卸除地置於該電池充電站的一第二電池，以及通訊地耦接該處理器，其中，當該處理器控制該第一電壓轉換單元處於該第三模式以及該第二電壓轉換單元處於該第一模式時，該第二電壓轉換單元接收作為該供應電源的該第三模式電源以對該第二電池充電。
  6. 如請求項4所述之電池充電站，其中該電池充電站更包含：一第三電壓轉換單元，電性耦接該電力匯流排並經配置以連接可卸除地置於該電池充電站的一第三電池，以及通訊地耦接該處理器，其中，當該處理器控制該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元分別處於該第三模式，並控制該第三電壓轉換單元處於該第一模式時，該第三模式下的該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元分別產生各自的該第三模式電源並輸出至該電力匯流排作為該供應電源，該供應電源為該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元各自的該第三模式電源之總和，以及該第三電壓轉換單元接收該供應電源以對該第三電池充電。
  7. 如請求項1所述之電池充電站，其中當該處理器控制該第一電壓轉換單元處於一第四模式時，該第四模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力以向該電力匯流排輸出一第四模式電源作為該電力匯流排上的該供應電源，該供電單元根據該電力匯流排上的該供應電源產生一輸出電力。
  8. 如請求項1所述之電池充電站，其中該供電單元包含一雙向交流對直流(AC/DC)轉換器或一雙向直流對 直流(DC/DC)轉換器，以及該第一電壓轉換單元包含一雙向直流對直流(DC/DC)轉換器。
  9. 如請求項1所述之電池充電站，其中該處理器產生一模式控制信號至該第一電壓轉換單元，用以控制該第一電壓轉換單元的模式切換。
  10. 一種電池管理方法，應用於一電池充電站中之一處理器，該電池充電站包含共同耦接一電力匯流排的一供電單元以及一第一電壓轉換單元，該第一電壓轉換單元連接可卸除地置於該電池充電站的一第一電池，其中該電池管理方法包含：控制該供電單元由外部接收一第一電源並產生一第二電源，並且該供電單元將該第二電源傳送至該電力匯流排作為該電力匯流排上的一供應電源；以及控制該第一電壓轉換單元至少在一第一模式或一第二模式之間切換，其中，該第一模式下該第一電壓轉換單元從該電力匯流排接收該供應電源以對該第一電池充電，其中，該第二模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力並產生一第二模式電源指向該電力匯流排，其中該第二模式電源的電壓準位低於該第二電源的電壓準位，其中當該供電單元正常產生該第二電源，該電池管理方法包含： 控制該第一電壓轉換單元切換為該第二模式，該電力匯流排上的該供應電源的電壓準位等於該第二電源的電壓準位。
  11. 如請求項10所述之電池管理方法，其中當該供電單元未產生該第二電源，處於該第二模式的該第一電壓轉換單元將該第二模式電源傳送至該電力匯流排以作為該供應電源，並使該處理器自該電力匯流排接收該供應電源。
  12. 如請求項10所述之電池管理方法，其中當該第一電壓轉換單元處於該第一模式，且自該電力匯流排接收之該供應電源的電壓準位大於一第一閾值時，該第一電壓轉換單元轉換該供應電源為一第一模式電源以對該第一電池充電，其中該第一閾值大於該第二模式電源的電壓準位。
  13. 如請求項12所述之電池管理方法，更包含：控制該第一電壓轉換單元切換至一第三模式，該第三模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力以向該電力匯流排輸出一第三模式電源作為該供應電源，其中該第三模式電源的電壓準位高於該第一閾值。
  14. 如請求項13所述之電池管理方法，其中該電池充電站更包含一第二電壓轉換單元電性耦接該電力匯流排，該第二電壓轉換單元經配置以連接可卸除地置於該電池 充電站的一第二電池，該第二電壓轉換單元通訊地耦接該處理器，該電池管理方法包含：控制該第一電壓轉換單元切換至該第三模式以及控制該第二電壓轉換單元切換至該第一模式，其中該第二電壓轉換單元接收作為該供應電源的該第三模式電源以對該第二電池充電。
  15. 如請求項13所述之電池管理方法，其中該電池充電站更包含一第三電壓轉換單元電性耦接該電力匯流排，該第三電壓轉換單元經配置以連接可卸除地置於該電池充電站的一第三電池，該第三電壓轉換單元通訊地耦接該處理器，該電池管理方法包含：控制該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元分別切換至該第三模式，並且控制該第三電壓轉換單元切換至該第一模式，該第三模式下的該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元分別產生各該第三模式電源並輸出至該電力匯流排作為該供應電源，該供應電源為該第一電壓轉換單元及該第二電壓轉換單元各自的該第三模式電源之總和，其中該第三電壓轉換單元接收該供應電源以對該第三電池充電。
  16. 如請求項10所述之電池管理方法，更包含：控制該第一電壓轉換單元切換至一第四模式，該第四模式下該第一電壓轉換單元自該第一電池接收電力以向該電力匯流排輸出一第四模式電源作為該電力匯流排上的該供應電 源，該供電單元根據該電力匯流排上的該供應電源產生一輸出電力。
  17. 如請求項10所述之電池管理方法，更包含：產生一模式控制信號至該第一電壓轉換單元，該模式控制信號用以控制該第一電壓轉換單元的模式切換。
  18. 如請求項10所述之電池管理方法，更包含：當該供電單元未產生該第二電源且可卸除地置於該電池充電站的複數個電池均低於一電量門檻時，相應地顯示一訊息或播放一音效。
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