TWI745228B - 超級電容模組化供電救援裝置及遠端控制方法 - Google Patents
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Abstract
一種超級電容模組化供電救援裝置,應用於二次電池和超級電容並聯的電路系統,該電路系統供電予一負載;該救援裝置與內建於智慧行動裝置的電力救援應用程式通訊連結;該救援裝置偵測二次電池之電壓為正常狀態時,以二次電池預設電流充放電供應電力予該負載;該救援裝置偵測二次電池為低電壓狀態時,使用者利用該電力救援應用程式不受空間限制於遠端無線發佈一個控制命令,該救援裝置接獲該命令,即控制一充電模組轉二次電池的電壓給超級電容,至該超級電容的電壓達到該負載所需的工作電壓時即停止超級電容充電,並利用超級電容瞬間充放電特性讓二次電池啟動該負載,再恢復大電流充放電供電予該負載,完成電力救援。
Description
本發明屬於電池技術領域。
使用二次電池的電路系統,都會面臨二次電池低電壓而無法啟動該電路系統之負載的問題,特別是高科技且高度電控化的裝置和設備,必需預備專屬的電力救援系統,提供簡單、即時、有效的電力救援。
本發明的目的是在提供一種超級電容模組化供電救援裝置及遠端控制方法,更具體的說,是將超級電容與二次電池並聯使用的模組化救援裝置;該模組化救援裝置控制二次電池正常大電流充放電以供應電路系統之負載;當二次電池低電壓時,該模組化控制裝置抽取二次電池的少量電能給超級電容,利用超級電容瞬間充放電的特性讓二次電池啟動該負載。
本發明技術特徵:
一種超級電容模組化供電救援裝置,應用於二次電池和超級電容並聯的一電路系統,該電路系統供電予一負載;該救援裝置包括:一控制模組、一無線通訊模組、一繼電器、和一充電模組;該控制模組包括一微處理器、一偵測單元、一控制單元;該微處理器指揮、控制、命令、管理該偵測單元和該控制單元;該微處理器通過該無線通訊模組與一電力救援應用程式通訊連結,該電力救援應用程式內建於一智慧行動裝置;該偵測
單元偵測該二次電池和該超級電容的電壓;該充電模組與該二次電池和該超級電容並聯;該控制單元與該繼電器電性連接;該繼電器以一第一開關連接一第一控制電路,以一第二開關連接一第二控制電路;該控制單元控制該第一開關和該第二開關的通路或斷路;該第一控制電路為包含該繼電器、該超級電容、該二次電池、和該負載的一迴路;該第二控制電路為包含該繼電器、該充電模組、該二次電池、該超級電容、以及該負載的一迴路;第一控制電路和第二控制電路只能擇一被導通。
該偵測單元偵測該二次電池的電壓為正常狀態時,該控制單元控制該第一開關為通路,該第二開關為斷路,該第一開關導通該第一控制電路,二次電池以預設電流充放電以供應電力予該電路系統之該負載。
遠端控制方法,包括:該微處理器接收從該電力救援應用程式所發佈的一個控制命令;該微處理器命令該偵測單元偵測該二次電池和該超級電容的電壓而獲得低電壓訊息;該微處理器命令該控制單元控制該第一開關為斷路,該第二開關為通路;該第二開關導通該第二控制電路,通過該充電模組轉二次電池的電壓給超級電容;該偵測單元偵測該超級電容的電壓達到啟動該負載所需的工作電壓時,該控制單元控制該第二開關為斷路,關閉該第二控制電路,充電模組不再對超級電容充電該控制單元控制該第一開關為通路導通該第一控制電路,利用超級電容瞬間充放電特性讓二次電池啟動該負載,並恢復大電流充放電,以供應電力予該負載。
使用者通過該電力救援應用程式於一短時間內重覆的發佈該控制命令,該微處理於短時間內重覆的接收該控制命令時,即重覆執行步驟三,將該二次電池的電壓重覆的轉給該超級電容,使該超級電容升壓至工
作電壓後。
本發明功效:
二次電池的電壓為正常狀態時,關閉該第二控制電路,導通該第一控制電路,二次電池以預設電流充放電以供應電力予該電路系統之負載。超級電容與二次電池電池並聯使用,超級電容可以協助減少二次電池在啟動瞬間充放電的負荷,延長二次電池的壽命。
二次電池為低電壓狀態時,關閉該第一控制電路,導通該第二控制電路,通過該充電模組轉二次電池的電壓給超級電容,至該超級電容的電壓達到該電路系統之負載的工作電壓時,關閉該第二控制電路,充電模組不再對超級電容充電,導通該第一控制電路,利用超級電容瞬間充放電特性讓二次電池啟動該負載,並恢復大電流充放電,以供應電力予該電路系統之負載。
以上的救援方式由使用者操作智慧行動裝置上的電力救援應用程式即可達成,不受空間限制,於遠端無線控制進行電力救援,簡單、即時、快速、有效。
使用者可利用該電力救援應用程式不受空間限制於遠端無線反覆操作,短時間內重覆的發佈該控制命令,該救援裝置在短時間內重覆執行關閉第一控制電路和啟通第二控制電路的步驟,在短時間內將二次電池的電壓重覆的轉給超級電容,使超級電容瞬間升壓至工作電壓。
該二次電池包含但不限於鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、高分子鋰電池之擇一。該電路系統及其負載可為各種需要啟停電源或短時間內提供大功率電源的裝置、設備和系統,包含但不限於電動車、
新能源汽車、風力發電、水力發電、火力發電、軌道交通、醫療設備、穿戴設備、消防設備.......,本發明亦適用於各種電子裝置在執行某些特定功能時的高電流需求之領域。
本發明將該救援裝置實施為模組化,可依據不同的應用領域客製化特定電壓電流的電力救援裝置,以因應各種電路系統及其負載。
本發明可建置雲端後台及監控派修系統,通過無線通訊技術,收集旗下所有的救援裝置、二次電池、超級電容、及/或電力救援應用程式的訊號。當發現訊號異常時,該監控派修系統可向電力救援應用程式(亦即使用者)或者是旗下的維修人員發佈通知,使用者可藉由該電力救援應用程式提前得知二次電池的狀況而預先進行電力救援,或者是維修人員接到通知後即前往指定地點進行維修,達到即時且全面性監控管理的目的。亦可利用雲端後台所收集的資訊進行大數據分析,從而改進技術端或擴大市場應用。
10:二次電池
20:超級電容
30:救援裝置
31:控制模組
32:微處理器
33:偵測單元
34:控制單元
35:無線通訊模組
36:電力救援應用程式
37:繼電器
38:充電模組
41:第一開關
42:第二開關
51:第一控制電路
52:第二控制電路
60:負載
〔圖1〕為本發明模組化供電救援裝置的方塊圖及簡要電路圖。
〔圖2〕為本發明裝置的方塊圖及二次電池電壓為正常狀態的簡要電路圖。
〔圖3〕為本發明裝置的方塊圖及電力救援的簡要電路圖之一。
〔圖4〕為本發明裝置的方塊圖及電力救援的簡要電路圖之二。
如圖1,本發明超級電容20模組化供電救援裝置30(以下簡稱救援裝置),應用於二次電池10和超級電容20並聯的電路系統,該電路系統供電
予一負載60。
該救援裝置30包括:一控制模組31、一無線通訊模組35、一繼電器37、和一充電模組38。
該控制模組31包括一微處理器32、一偵測單元33、一控制單元34。該微處理器32指揮、控制、命令、管理該偵測單元33和該控制單元34。該微處理器32通過該無線通訊模組35與一電力救援應用程式36通訊連結,該電力救援應用程式36內建於一智慧行動裝置(圖未示)。該無線通訊模組35適用的無線通訊包含但不限於LoRa、NB-IoT、ZigBee、WI-FI、Bluetooth、衛星通訊。
該偵測單元33偵測該二次電池10和該超級電容20的電壓。
該充電模組38與該二次電池10和該超級電容20並聯。
該控制單元34與該繼電器37電性連接,該繼電器37亦可被MOS(或稱MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半場效電晶體)取代。
該繼電器37以一第一開關41連接一第一控制電路51(標示於圖2),以一第二開關42連接一第二控制電路52(標示於圖3)。該控制單元34控制該第一開關41和該第二開關42的通路或斷路。該第一控制電路51為包含該繼電器37、該超級電容20、該二次電池10、和該負載60的一迴路。該第二控制電路52包含該繼電器37、該充電模組38、該二次電池10、該超級電容20、以及該負載60的一迴路。第一控制電路51和第二控制電路52只能擇一被導通。
如圖2,該偵測單元33偵測該二次電池10的電壓為正常狀態時,
該控制單元34控制該第一開關41為通路,該第二開關42為斷路,該第一開關41導通該第一控制電路51,二次電池10以預設電流充放電以供應電力予該電路系統之負載60。超級電容20跟二次電池10電池並聯使用,超級電容20可以協助減少二次電池10在啟動瞬間充放電的負荷,延長二次電池10的壽命。
如圖3及圖4,本發明救援裝置30執行一電力救援遠端控制方法,包括以下步驟:步驟一,該微處理器32接收從該電力救援應用程式36所發佈的一個控制命令;該控制命令是經由該智慧行動裝置的使用者面臨該電路系統之負載60無法啟動的狀況時,通過該電力救援應用程式36而發佈;步驟二,該微處理器32命令該偵測單元33偵測該二次電池10和該超級電容20的電壓而獲得低電壓訊息;步驟三,該微處理器32命令該控制單元34控制該第一開關41為斷路,該第二開關42為通路;該第二開關42導通該第二控制電路52,通過該充電模組38轉二次電池10的電壓給超級電容20;步驟四,該偵測單元33偵測該超級電容20的電壓達到啟動該負載60所需的工作電壓時,該控制單元34控制該第二開關42為斷路,關閉該第二控制電路52,充電模組38不再對超級電容20充電;步驟五,該控制單元34控制該第一開關41為通路導通該第一控制電路51,利用超級電容20瞬間充放電特性讓二次電池10啟動該負載60,並恢復大電流充放電,以供應電力予該負載60。
該電力救援遠端控制方法,在低電壓狀況下是抽取二次電池10少
量能量充電給超級電容20,超級電容20的所接收的少量電壓能量可能只維持很短時間就會再流入二次電池10而又回到低電壓狀態,遇此情況時,使用者可利用該電力救援應用程式36反覆操作,短時間內連續的發佈該控制命令,此時,該微處理在短時間內連續的接收該控制命令時,即重覆執行步驟三,關閉第一開關41和第一控制電路51,啟通第二開關42和第二控制電路52,在短時間內將二次電池10的電壓重覆的轉給超級電容20,使超級電容20瞬間升壓至工作電壓後,即執行步驟四。
10:二次電池
20:超級電容
30:救援裝置
31:控制模組
32:微處理器
33:偵測單元
34:控制單元
35:無線通訊模組
36:電力救援應用程式
37:繼電器
38:充電模組
41:第一開關
42:第二開關
60:負載
Claims (3)
- 一種超級電容模組化供電救援裝置,應用於二次電池和超級電容並聯的一電路系統,該電路系統供電予一負載;該救援裝置包括:一控制模組、一無線通訊模組、一繼電器、和一充電模組;該控制模組包括一微處理器、一偵測單元、一控制單元;該微處理器指揮、控制、命令、管理該偵測單元和該控制單元;該微處理器通過該無線通訊模組與一電力救援應用程式通訊連結,該電力救援應用程式內建於一智慧行動裝置;該偵測單元偵測該二次電池和該超級電容的電壓;該充電模組與該二次電池和該超級電容並聯;該控制單元與該繼電器電性連接;該繼電器以一第一開關連接一第一控制電路,以一第二開關連接一第二控制電路;該控制單元控制該第一開關和該第二開關的通路或斷路;該第一控制電路為包含該繼電器、該超級電容、該二次電池、和該負載的一迴路;該第二控制電路為包含該繼電器、該充電模組、該二次電池、該超級電容、以及該負載的一迴路;該第一控制電路和該第二控制電路只能擇一被導通。
- 一種應用請求項1之超級電容模組化供電救援裝置的遠端控制方法,包括:步驟一,該微處理器接收從該電力救援應用程式所發佈的一個控制命 令;該控制命令是經由該智慧行動裝置的使用者面臨該電路系統之負載無法啟動的狀況時,通過該電力救援應用程式而發佈;步驟二,該微處理器命令該偵測單元偵測該二次電池和該超級電容的電壓而獲得低電壓訊息;步驟三,該微處理器命令該控制單元控制該第一開關為斷路,該第二開關為通路;該第二開關導通該第二控制電路,通過該充電模組轉該二次電池的電壓給該超級電容;步驟四,該偵測單元偵測該超級電容的電壓達到啟動該負載所需的工作電壓時,該控制單元控制該第二開關為斷路,關閉該第二控制電路,該充電模組不再對該超級電容充電;步驟五,該控制單元控制該第一開關為通路導通該第一控制電路,利用該超級電容瞬間充放電特性讓該二次電池啟動該負載,以供應電力予該負載。
- 如請求項2所述之遠端控制方法,其中,使用者通過該電力救援應用程式連續的發佈該控制命令,該微處理連續的接收該控制命令時,即重覆執行步驟三,將該二次電池的電壓重覆的轉給該超級電容,使該超級電容升壓至該工作電壓後,即執行步驟四。
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