TWI738563B - 啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及方法，該方法包括並聯步驟，在一啟動模式，使一啟動電池與一儲能模組並聯連接，用以啟動一啟動馬達，該啟動電池具有一電壓，該儲能模組具有一電壓；以及一電性出力比值設定步驟，在該啟動模式，並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間，用以設定該啟動電池與該儲能模組分別提供該啟動馬達的一電性出力比值，以達成延長該啟動電池壽命之目的。

Description

啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及其方法
本發明係與啟動電池壽命有關，特別是指一種啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統以及啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法。
目前利用啟動電池(例如鉛酸電池)啟動引擎的裝置，由於必需瞬間抽載大電流，多次作業將導致啟動電池劣化，而導致內阻升高，可是在啟動引擎的抽載大電流不變之下，啟動電池加速劣化，而導致啟動電池漸漸失效，啟動電池例如鉛酸電池或其他會因不同的抽載電流而影響其壽命。
目前延長啟動電池壽命的技術是直接透過並聯超級電容組於啟動電池上，減少啟動電池出力，以有效的延長啟動電池壽命，此一方法的缺點有二：一、當啟動電池的電量下降時，啟動電池的電壓也會隨之下降，因此並聯上的超級電容組的電壓也會下降，仍然無法解決汽車或其他因啟動電池電壓不足無法啟動的問題；二、現有超級電容組的內阻值仍然較大，因此並聯後超級電容組的出力較難大於啟動電池，也就是說減少啟動電池出力的幅度很小，可能僅占不到20%，效果有限；因此，如何更有效的利用超級電容組提升啟動電池壽命亟待解決。
有鑑於上述缺失，本發明源於啟動電池會因不同的抽載電流而影響其壽命，啟動電池的壽命係為啟動電池自首次使用至充電後仍無法抽出啟動馬達負載電流之使用期間，因此本發明在一啟動模式時，以儲能模組(例如超級電容組)並聯啟動電池(例如鉛酸電池)，並聯連接該啟動電池的該儲能模組能提供該啟動馬達一負載電流較高的一電性出力比值，分攤提供較多電力啟動該啟動馬達，而進一步降低該啟動電池的一抽載電流來延長該啟動電池的壽命，利用儲能模組可以被用來當作短時間的大電流放電裝置，因此如果需要用到大電流放電的裝置(例如發電機或汽機車)，相當適合使用儲能模組分擔提供大電流。
為達成上述目的，本發明之主要目的，提供一種啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，在一啟動模式，啟動一啟動馬達，包括一啟動電池，該啟動電池具有一電壓；以及一儲能模組，該儲能模組具有一電壓，該儲能模組與該啟動電池並聯連接；在該啟動模式，並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間，用以設定該啟動電池與該儲能模組分別提供該啟動馬達的一負載電流的一電性出力比值，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1，達到延長該啟動電池一壽命。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，滿足以下的公式：Rr10=ITH/(ITH+IC)，Rr20=IC/(ITH+IC)，其中ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，VTH係該啟動電池的該電壓，VC係該儲能模組的該電壓，Rr10係該儲能模組與該啟動電池並聯之該啟動電池的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組與該啟動電池並聯之該儲能模組的該電性出力比值，RTH係該啟動電池的 一內阻值，ITH係該啟動電池的一抽載電流，IC係該儲能模組的一抽載電流，RC係該儲能模組的一內阻值，RL係該啟動馬達的一負載阻抗值。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，其中，設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為80%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為20%，該啟動電池提升3倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為70%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為30%，該啟動電池提升5倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為60%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為40%，該啟動電池提升9倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為50%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為50%，該啟動電池提升16倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為40%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為60%，該啟動電池提升31倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為30%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為70%，該啟動電池提升74倍以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為20%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為80%，該啟動電池提升250倍以上壽命。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，該啟動馬達係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於30%至40%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於60%至70%之間，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，該啟動馬達係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，其中，設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為50%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為50%，該啟動電池提升16倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為40%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為60%，該啟動電池提升31倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為30%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為70%，該啟動電池提升74倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為20%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為80%，該啟動電池提升250倍除以N以上壽命。
本發明之另一主要目的，提供一種啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，包括一並聯步驟，在一啟動模式，使一啟動電池與一儲能模組並聯連接，用以啟動一啟動馬達，該啟動電池具有一電壓，該儲能模組具有一電壓；以及一電性出力比值設定步驟，在該啟動模式，並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓 至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間，用以設定該啟動電池與該儲能模組分別提供該啟動馬達的一負載電流的一電性出力比值，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1，達到延長該啟動電池一壽命。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該並聯步驟中，在該啟動電池連接該啟動馬達被啟動後，該啟動電池的該電壓下降產生一預定之電壓差的時間點之後，進入該啟動模式，該預定之電壓差為該啟動馬達停機時的該啟動電池的該電壓減去該啟動電池的一抽載電流流過該啟動電池的一內阻值的該啟動電池的該電壓。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，其中，在該並聯步驟之前，更包含一充電步驟，在一充電模式中，使該儲能模組斷開與該啟動電池的並聯連接，將該啟動電池升壓對該儲能模組充電，直到滿足一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該電性出力比值設定步驟中滿足以下的公式：Rr10=ITH/(ITH+IC)，Rr20=IC/(ITH+IC)，其中ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，VTH係該啟動電池的該電壓，VC係該儲能模組的該電壓，Rr10係該儲能模組並聯於該啟動電池之該啟動電池的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組並聯於該啟動電池之該儲能模組的該電性出力比值，RTH係該啟動電池的一內阻值，ITH係該啟動電池的一抽載電流， IC係該儲能模組的一抽載電流，RC係該儲能模組的一內阻值，RL係該啟動馬達的一負載阻抗值。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該電性出力比值設定步驟中，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
又，為了達成上述目的，本發明所揭啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，其中，該電性出力比值設定步驟更包括該啟動馬達係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，或者該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於30%至40%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間，或者該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於60%至70%之間，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
有關本發明所提供之啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及其方法的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解， 該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。
10:啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統
13:儲能模組
31:啟動馬達
33:啟動電池
VTH:啟動電池的電壓
VC:儲能模組的電壓
RTH:啟動電池的內阻值
RC:儲能模組的內阻值
RL:啟動馬達的負載阻抗值
ITH:啟動電池的抽載電流
IC:儲能模組的抽載電流
S1、S2:步驟
圖1為本發明一實施例所繪示的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統的方塊圖。
圖2為本發明一實施例所繪示的啟動馬達、儲能模組與啟動電池的等效電路示意圖。
圖3為本發明一實施例所繪示的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法的步驟流程圖。
以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及其方法的組成構件、步驟及達成功效來作說明，然各圖式中啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10及其方法的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。
參考圖1所示一實施例，本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10包括一啟動電池33以及一儲能模組13，本實施例中，可以透過一開關(圖未示)控制在一啟動模式時將該儲能模組13並聯至該啟動電池33上，一般來說，在該啟動模式之前僅該啟動馬達31連接該啟動電池33，需要等一啟動馬達31負載啟動後才啟動並聯程序，將該儲能模組13並聯至該啟動電池33上，否則該儲能模組13會直接和該啟動電池33等電位，因此，當偵測到使用者發動該啟動馬達31後，進入該啟動模式，始將該啟動電池33及該儲能模組13電性並聯連接，並聯連接該啟動電池33的該儲能 模組13的該電壓大於該啟動電池33的該電壓，使該儲能模組13與該啟動電池33共同提供該啟動馬達31所需電力，達到啟動的目的，進而帶動引擎運轉，該儲能模組13用於該啟動電池33的供電輔助。
本發明一實施例可以透過量測該啟動馬達31連接的該啟動電池33的一電壓作為判斷該啟動馬達31是否進入該啟動模式，由於該啟動馬達31在開始啟動的期間需要一瞬間大電流來驅動，此時僅該啟動馬達31連接該啟動電池33，該啟動馬達31只有該啟動電池33的瞬間一抽載電流ITH流出，因此該啟動電池33的該電壓在該啟動馬達20被開始啟動後會產生一大幅下降的波形，產生一預定之電壓差的時間點之後，進入該啟動模式，該預定之電壓差係為該啟動馬達31停機時的該啟動電池33的該電壓減去該啟動電池33的一抽載電流流過該啟動電池33的一內阻值的該啟動電池33的該電壓。
本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10更包括一開關(圖未示)及一處理電路(圖未示)，該開關供控制該啟動電池33與該儲能模組13間的連接，該處理電路在該啟動模式時，控制該開關使該儲能模組13並聯連接該啟動電池33；該處理電路在一充電模式時，控制該開關使該儲能模組13斷開與該啟動電池33的並聯連接，該處理電路包括一升降壓(buck-boost)模組(圖未示)，用以將低壓的該啟動電池33升壓對該儲能模組13充電，直到滿足一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的一額定電壓之間，使得該儲能模組13可以隨時在該啟動模式並聯輔助該啟動電池33的供電該啟動馬達31的負載，但本發明該充電模式不限於此。
在本發明的一實施例中，例如該儲能模組13係為一超級電容組，該儲能模組13的充放電速度較該啟動電池33快且壽命也較該啟動電池33長，因此，該儲能模組13的該電壓能在短時間內充電，使並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的該額定電壓之間，但該儲能模組13不以超級電容組為限。
以上說明本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10的組成，隨後，詳述本發明的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10及啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法的運作及功效。
同時繼續參考圖1及圖2所示一實施例，本實施例中，本發明在該啟動模式，此時該儲能模組13電性並聯連接該啟動電池33以共同提供該啟動馬達31的該負載電流，並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓VC大於該啟動電池33的該電壓VTH，其等效電路如圖2所示，其中VTH表示該啟動電池33的該電壓，ITH表示該啟動電池33的該抽載電流，RTH表示該啟動電池33的該內阻值，C表示該儲能模組13的一電容值，VC表示該儲能模組13的該電壓，IC表示該儲能模組13的一抽載電流，RC表示該儲能模組13的一內阻值，RL表示該啟動馬達31的一負載阻抗值。
同時繼續參考圖1以及圖2所示一實施例，本實施例中，本發明於發電機或汽機車在該啟動模式時，以該儲能模組13並聯該啟動電池33方式，使並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓大於該啟動電池33的該電壓，藉以調整該啟動電池33與該儲能模組13的一電性出力比值，共同分攤電力啟動該啟動馬達31，進而延長該啟動電池33的壽命；例如在該啟動模式，並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓VC範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓VTH至小於等於該儲能模組13的一額定電壓 之間，用以設定該啟動電池33與該儲能模組13分別提供該啟動馬達31的該負載電流IL的該電性出力比值，換句話說，該啟動電池33的該電性出力比值係為該啟動電池33的該抽載電流ITH佔該啟動馬達31的該負載電流IL的比例，該儲能模組13的該電性出力比值係為該儲能模組13的該抽載電流IC佔該啟動馬達31的該負載電流IL的比例，該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，即提升該儲能模組13的該電性出力比值，降低該啟動電池33的該電性出力比值，達到延長該啟動電池33一壽命的目的。
請續參照圖2，一實施例中，例如汽車的該啟動電池33以及該儲能模組13，該儲能模組13係為一超級電容組，該啟動電池33係為一鉛酸電池，鉛酸電池具有內阻值以及超級電容組具有內阻值，在該啟動模式，並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的該額定電壓之間，用以設定該啟動電池33與該儲能模組13分別提供該啟動馬達31的該負載電流的該電性出力比值，滿足以下的公式(1)：Rr10=ITH/(ITH+IC)，公式(2)：Rr20=IC/(ITH+IC)，公式(3)：ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，公式(4)：IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，VTH係該啟動電池33的該電壓，VC係該儲能模組13的該電壓，Rr10係該儲能模組13並聯於該啟動電池33之該啟動電池33的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組13並聯於該啟動電池33之該儲能模組13的該電性出力比值，RTH係該啟動電池33的該內阻值，ITH係該啟動電池33的該抽載電流，IC係該儲能模組13的該抽載電流，該啟動馬達31的該負載電流IL係為ITH+IC，RC係該儲能模組13的該內阻值，RL係該啟動馬達31的該負載阻抗值，從公式(4)可以知道透過提升該儲能模組13的該電壓VC，可以有效的提升該儲能模組13的該抽載電流IC，進而從公式(3)降低 該啟動電池33的該抽載電流ITH，達到減少該啟動電池33出力的目的，因此可以達到有效的延長啟動電池33的壽命。
本發明實施例源於鉛酸電池會因不同的抽載電流而影響其壽命，因此以加裝超級電容組，在該啟動模式時，以超級電容組並聯鉛酸電池，使並聯連接鉛酸電池的超級電容組的該電壓大於鉛酸電池的該電壓，分攤提供電力啟動引擎(例如啟動馬達31)，降低鉛酸電池的該抽載電流來延長鉛酸電池的壽命，例如設定鉛酸電池的電性出力比值在50%左右，超級電容組的電性出力比值在50%左右，如此可降低鉛酸電池一半的抽載電流，相較於同樣鉛酸電池的使用次數可提升2倍以上壽命，係屬第一種效益；再者鉛酸電池隨著使用次數的增加而劣化，降低鉛酸電池一半的抽載電流，使鉛酸電池的劣化減緩二分之一，可再提升2倍以上壽命，係屬第二種效益；鉛酸電池隨著使用次數的增加，會劣化而導致鉛酸電池的內阻值漸漸升高，而超級電容組的內阻值幾乎不變的特性，而降低鉛酸電池的電性出力比值，一直至零為止，如此更可以大幅減緩鉛酸電池電解液劣化程度，使鉛酸電池的劣化再減緩二分之一，可再提升2倍以上壽命，係屬第三種效益；再者，一組能單獨啟動啟動馬達31的超級電容組所需電量，只要啟動電池33的壽命容量剩下1%(依電池容量而定)時，只要能充飽超級電容組即可發動啟動馬達31，相對一般鉛酸電池原本設計老化至50%電量時，鉛酸電池即無法抽出目標電流(例如冷啟動電流CCA)，現在將可以使該啟動電池33使用到足以對超級電容組充電到可啟動電壓的真正最少剩餘電能下限狀態，因此可實現用盡鉛酸電池所有可用電能之功能，而能達到延長鉛酸電池壽命的目的，如此可望鉛酸電池的使用次數再提升2倍，係屬第四種效益；如此鉛酸電池原本平均壽命為兩年，現在綜合上述四種相乘 效益，鉛酸電池可提升為16倍以上壽命(壽命為32年以上)，然而一般車子使用壽命約20年，因此車子報廢前尚不需更換鉛酸電池。
又例如設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為80%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為20%，綜合上述四種相乘效益(100%/80%)×(100%/80%)×(100%/80%)×2，該啟動電池33提升3倍以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為70%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為30%，綜合上述四種相乘效益(100%/70%)×(100%/70%)×(100%/70%)×2，該啟動電池33提升5倍以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為60%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為40%，綜合上述四種相乘效益(100%/60%)×(100%/60%)×(100%/60%)×2，該啟動電池33提升9倍以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為40%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為60%，綜合上述四種相乘效益(100%/40%)×(100%/40%)×(100%/40%)×2，該啟動電池提升31倍以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為30%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為70%，綜合上述四種相乘效益(100%/30%)×(100%/30%)×(100%/30%)×2，該啟動電池33提升74倍以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為20%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為80%，綜合上述四種相乘效益(100%/20%)×(100%/20%)×(100%/20%)×2，該啟動電池33提升250倍以上壽命；如此該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於30%至70% 之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，可以大幅減緩該啟動電池33劣化程度，達成延長該啟動電池33使用壽命之目的。
又例如汽車具有一怠速熄火系統時，由於發動次數為一般車輛的N倍，為了降低汙染與油耗，一些汽車製造商在其新一代車型中加裝啟動/停止(start/stop)系統，當汽車停下來時關閉引擎，而當駕駛人的腳從剎車踏板移向油門踏板時，就自動重新啟動引擎，這就幫助降低市區駕車及停停走走式的交通繁忙時期的油耗同時減少空氣汙染，本發明該啟動電池33(例如鉛酸電池)以及該儲能模組13(例如超級電容組)係為供電於汽車有加裝具有一怠速熄火系統(啟動/停止系統)時，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，其中，設定該啟動電池的該電性出力比值Rr10為50%，設定該儲能模組的該電性出力比值Rr20為50%，綜合上述四種相乘效益((100%/50%)×(100%/50%)×(100%/50%)×2)除以N，該啟動電池提升16倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為40%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為60%，綜合上述四種相乘效益((100%/40%)×(100%/40%)×(100%/40%)×2)除以N，該啟動電池33提升31倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為30%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為70%，綜合上述四種相乘效益((100%/30%)×(100%/30%)×(100%/30%)×2)除以N，該啟動電池33提升74倍除以N以上壽命，或者設定該啟動電池33的該電性出力比值Rr10為20%，設定該儲能模組13的該電性出力比值Rr20為80%，綜合上述四種相乘效益((100%/20%)×(100%/20%)×(100%/20%)×2)除以N，該啟動電池33提升250倍除以N以上壽命；如 此該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於30%至40%之間，該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於60%至70%之間，其中該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，如此可以大幅減緩啟動電池33(例如鉛酸電池)劣化程度，達成延長該啟動電池33使用壽命之目的。
當啟動電池33的電壓值過低，這個現象也被稱為欠電壓，表示啟動馬達31不能正常啟動，在一充電模式中，藉由提升該儲能模組13的該電壓VC，透過一升降壓模組(圖未示)可將低壓的該啟動電池33升壓對該儲能模組13充電直到一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的一額定電壓之間，使得該儲能模組13可以隨時保持較高電壓來協助該啟動電池33推動該啟動馬達31負載，該儲能模組13(例如超級電容組)具有較該啟動電池33更快的充放電能力，因此，該儲能模組13能快速充電累積至該儲能模組13的該電壓VC大於該啟動電池33的該電壓VTH，透過提升該儲能模組13的該電壓VC，在啟動模式時，該儲能模組13與該啟動電池33並聯連接，可以有效的提升該儲能模組13的該抽載電流IC，進而降低該啟動電池33的該抽載電流ITH，達到提升該儲能模組13的該電性出力比值，減少該啟動電池33的該電性出力比值的現象，因此可以有效的延長啟動電池33的壽命。
再者，提升該儲能模組13(例如超級電容組)的該電壓VC手段，與超級電容的串聯顆數和操作電壓有關，例如鉛酸電池的額定電壓一般為14V，如果VC設定為16V，一顆超級電容的額定電壓V1C為2.7V，藉由 以下公式：NC=VC/V1C，可以算出超級電容顆數NC為6顆，實際上超級電容組可操作的該額定電壓為2.7V×6=16.2V，並聯連接該啟動電池33(例如鉛酸電池)的超級電容組可以被該啟動電池33(例如鉛酸電池)充電，直到滿足一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池33的超級電容組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於超級電容組的該額定電壓為2.7V×6=16.2V之間。
同時繼續參考圖1、圖2以及圖3及前述啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10的說明，本發明一實施例所繪示的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法的步驟流程圖，可用於圖1所示的該啟動電池33及該儲能模組13，但本發明啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法不限於此；首先，步驟S1：一並聯步驟，在一啟動模式，使一啟動電池33與一儲能模組13並聯連接，用以啟動一啟動馬達31，該啟動電池33具有一電壓，該儲能模組13具有一電壓；以及步驟S2：一電性出力比值設定步驟，在該啟動模式，使並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓大於該啟動電池33的該電壓，例如並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的該額定電壓之間，用以設定該啟動電池33與該儲能模組13分別提供該啟動馬達31的一負載電流的一電性出力比值，該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，即提升該儲能模組13的該電性出力比值，降低該啟動電池33的該電性出力比值，達到延長該啟動電池33一壽命。
在步驟S1：該並聯步驟中，在該啟動電池33連接該啟動馬達31被啟動後，該啟動電池33的該電壓下降產生一預定之電壓差的時間點之後，進入該啟動模式，該預定之電壓差為該啟動馬達31停機時的該啟動電 池33的該電壓減去該啟動電池33的一抽載電流流過該啟動電池33的一內阻值的該啟動電池33的該電壓。
在步驟S1：該並聯步驟之前，更包含一充電步驟(圖未示)，在一充電模式中，使該儲能模組13斷開與該啟動電池33的並聯連接，將該啟動電池33升壓對該儲能模組13充電，直到滿足一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池33的該儲能模組13的該電壓範圍係介於大於該啟動電池33的該電壓至小於等於該儲能模組13的一額定電壓之間。
在步驟S2：在該電性出力比值設定步驟中，設定該啟動電池33與該儲能模組13分別提供該啟動馬達31的該負載電流的該電性出力比值，滿足以下的公式(1)：Rr10=ITH/(ITH+IC)，公式(2)：Rr20=IC/(ITH+IC)，公式(3)：ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，公式(4)：IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，其中VTH係該啟動電池33的該電壓，VC係該儲能模組13的該電壓，Rr10係該儲能模組13並聯於該啟動電池33之該啟動電池33的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組13並聯於該啟動電池33之該儲能模組13的該電性出力比值，RTH係該啟動電池33的內阻值，ITH係該啟動電池33的一抽載電流，IC係該儲能模組13的一抽載電流，RC係該儲能模組13的內阻值，RL係該啟動馬達31的一負載阻抗值，從公式(4)可以知道透過提升該儲能模組13的該電壓VC，可以有效的提升該儲能模組13的該抽載電流IC，進而從公式(3)降低該啟動電池33的該抽載電流ITH，達到降低該啟動電池33的該電性出力比值的現象，因此可以有效的延長啟動電池33的壽命。
在步驟S2：在該電性出力比值設定步驟中，該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該儲能模組13的該電性出力比值 之範圍係介於20%至80%之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於30%至70%之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於40%至60%之間，該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，可以大幅減緩該啟動電池33劣化程度，達成延長該啟動電池33使用壽命之目的。
在步驟S2：該電性出力比值設定步驟更包括該啟動馬達31係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，如此該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，或者該啟動電池33的該電性出力比值之範圍係介於30%至40%之間，該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間，或者該儲能模組13的該電性出力比值之範圍係介於60%至70%之間，其中該啟動電池33的該電性出力比值加上該儲能模組13的該電性出力比值的總和係等於1，如此可以大幅減緩啟動電池33(例如鉛酸電池)劣化程度，達成延長該啟動電池33使用壽命之目的。
另外，關於啟動電池與儲能模組並聯出力比配置的方法的其他實施細節，可由圖1至圖3的相關說明中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
本發明啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統及其方法所揭露不以汽車為限，啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統10也可以被應用在需要較大電力來啟動啟動馬達31的各種可能裝置，例如無線吸塵器、柴油發電機等，或是以啟動電池33供電但瞬間需要較大電流等大負載的裝置；因此，所謂啟動僅是一代表詞，其實際上包含任何需要較大電流之狀況與系統。
最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
S1、S2:步驟

Claims (12)

  1. 一種啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，在一啟動模式，啟動一啟動馬達，包括：一啟動電池，該啟動電池具有一電壓；以及一儲能模組，該儲能模組具有一電壓，該儲能模組與該啟動電池並聯連接；在該啟動模式，並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間，用以設定該啟動電池與該儲能模組分別提供該啟動馬達的一負載電流的一電性出力比值，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
  2. 如請求項1所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，其中滿足以下的公式：Rr10=ITH/(ITH+IC)，Rr20=IC/(ITH+IC)，其中ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，VTH係該啟動電池的該電壓，VC係該儲能模組的該電壓，Rr10係該儲能模組與該啟動電池並聯之該啟動電池的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組與該啟動電池並聯之該儲能模組的該電性出力比值，RTH係該啟動電池的一內阻值，ITH係該啟動電池的一抽載電流，IC係該儲能模組的一抽載電流，RC係該儲能模組的一內阻值，RL係該啟動馬達的一負載阻抗值。
  3. 如請求項1所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間。
  4. 如請求項3所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，其中，提升該啟動電池的一壽命之範圍係介於3倍至250倍之間。
  5. 如請求項4所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，該啟動馬達係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間。
  6. 如請求項5所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置系統，其中，提升該啟動電池的該壽命之範圍係介於16倍除以N至250倍除以N之間。
  7. 一種啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，包括：一並聯步驟，在一啟動模式，使一啟動電池與一儲能模組並聯連接，用以啟動一啟動馬達，該啟動電池具有一電壓，該儲能模組具有一電壓；以及一電性出力比值設定步驟，在該啟動模式，並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間，用以設定該啟動電池與該儲能模組分別提供該啟動馬達的一負載電流的一電性出力比值，該啟動電池的該電性出力比值加上該儲能模組的該電性出力比值的總和係等於1。
  8. 如請求項7所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該並聯步驟中，在該啟動電池連接該啟動馬達被啟動後，該啟動電池的該電壓下降產生一預定之電壓差的時間點之後，進入該啟動模式，該 預定之電壓差為該啟動馬達停機時的該啟動電池的該電壓減去該啟動電池的一抽載電流流過該啟動電池的一內阻值的該啟動電池的該電壓。
  9. 如請求項7所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，其中，在該並聯步驟之前，更包含一充電步驟，在一充電模式中，使該儲能模組斷開與該啟動電池的並聯連接，將該啟動電池升壓對該儲能模組充電，直到滿足一預設條件，該預設條件係為並聯連接該啟動電池的該儲能模組的該電壓範圍係介於大於該啟動電池的該電壓至小於等於該儲能模組的一額定電壓之間。
  10. 如請求項7所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該電性出力比值設定步驟中，滿足以下的公式：Rr10=ITH/(ITH+IC)，Rr20=IC/(ITH+IC)，其中ITH=(VTH-RL×(ITH+IC))/RTH，IC=(VC-RL×(ITH+IC))/RC，VTH係該啟動電池的該電壓，VC係該儲能模組的該電壓，Rr10係該儲能模組並聯於該啟動電池之該啟動電池的該電性出力比值，Rr20係該儲能模組並聯於該啟動電池之該儲能模組的該電性出力比值，RTH係該啟動電池的一內阻值，ITH係該啟動電池的一抽載電流，IC係該儲能模組的一抽載電流，RC係該儲能模組的一內阻值，RL係該啟動馬達的一負載阻抗值。
  11. 如請求項7所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，在該電性出力比值設定步驟中，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於20%至80%之間。
  12. 如請求項11所述的啟動電池與儲能模組並聯出力比配置方法，其中該電性出力比值設定步驟中，更包括該啟動馬達係用以重新啟動一車輛引擎具有一怠速熄火系統，相較於一般啟動馬達的一啟動次數係 為N倍，N為算術平均數或進位之正整數，該啟動電池的該電性出力比值之範圍係介於20%至50%之間，該儲能模組的該電性出力比值之範圍係介於50%至80%之間。
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