TWI804038B

TWI804038B - 供電控制系統及其方法

Info

Publication number: TWI804038B
Application number: TW110140882A
Authority: TW
Inventors: 陳瑞樑
Original assignee: 永續電子有限公司
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-06-01
Also published as: TW202320472A

Abstract

本案係關於一種供電控制系統及方法，包含負載、整流器、電池組及限流器，負載所需電流為負載電流，整流器電連接於負載且接收交流電流，並將交流電流整流轉換為直流電流，限流器架構於限制整流器所輸出的電流量小於預設值，當負載之負載電流大於直流電流時，整流器及電池組分別輸出供電電流及電池電流至負載，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流，當負載電流小於直流電流時，整流器分別輸出供電電流及充電電流至負載及電池組，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。

Description

供電控制系統及其方法

本案係關於一種控制系統及其方法，尤指一種供電控制系統及其方法。

電子設備大多使用直流電，然供電給電子設備之市電為交流電，因此，電子設備均需額外配置整流器以將交流電轉換為直流電，藉此供電子設備使用。

現有的整流器係設置於市電及電子設備之間，當電子設備所需之電流較高時，市電會輸出較大之交流電至整流器，使整流器輸出較大之直流電流供電子設備使用。然而，過大的交流電會導致整流器過載進而引起跳電，且會造成跳電後取代整流器供電給電子設備之備用電源放電至電量用盡，備用電源因此無法達到最大使用壽命。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術之供電控制系統及其方法，實為目前迫切之需求。

本案之目的為提供一種供電控制系統及其方法，其利用限流器限制整流器之總輸出電流量，且隨負載電流需求而選擇由整流器對負載供電或由整流器與電池組共同對負載供電。藉此，可在滿足負載電流需求的同時避免整流器過載。

根據本案之構想，本案提供一種供電控制系統，包含負載、整流器、電池組及限流器，負載所需電流為負載電流，整流器電連接於負載，整流器自市電接收交流電流，並將交流電流經整流而轉換為直流電流，電池組連接於整流器及負載，限流器連接於整流器，且架構於限制整流器所輸出的電流量小於一預設值，其中，當負載之負載電流大於直流電流時，整流器及電池組分別輸出供電電流及電池電流至負載，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流，當負載電流小於直流電流時，整流器分別輸出供電電流及充電電流至負載及電池組，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。

根據本案之構想，本案提供一種供電控制方法，包含步驟：(a)提供負載、整流器、電池組及限流器；(b)判斷負載的負載電流是否大於直流電流，當判斷結果為是時執行步驟(c)，當判斷結果為否時執行步驟(d)；(c) 利用整流器及電池組分別輸出供電電流及電池電流至負載，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流；以及(d) 利用整流器分別輸出供電電流及充電電流至負載及電池組，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案之範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖係為本案較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖。如第1圖所示，供電控制系統1包含負載2、整流器3、電池組4及限流器5。負載2於運作時所需之電流為負載電流。整流器3電連接於負載2，整流器3自市電(未圖示)接收交流電流，並將交流電流經整流而轉換為直流電流，整流器3可為例如但不限於高頻開關整流器(Switching-Mode Rectifier, SMR)。電池組4連接於整流器3及負載2。於一些實施例中，電池組4由複數個電池串聯而成，且電池組4具有電池管理系統(Battery Management System, BMS)以管理複數個電池，例如控管每個電池的溫度及電池內阻等資訊。限流器5連接於整流器3，且限流器5架構於限制整流器3所輸出的電流量小於一預設值。於一些實施例中，限流器5被市電以0.1安培供電。當負載2之負載電流大於直流電流時，整流器3及電池組4同時對負載2供電，意即整流器3及電池組4分別輸出供電電流及電池電流至負載2，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流。換言之，當整流器3因受限流器5限制而無法滿足負載2所需之負載電流時，整流器3及電池組4同時對負載2供電，以確保負載2之運作，同時，整流器3亦不會因為負載電流較高而需要輸出過高之電流，進而導致整流器3過載。因此，相較於習知供電系統僅利用整流器供電給負載，本案之供電控制系統1可同時利用整流器3及電池組4供電給負載2，藉此提供負載2更高及更穩定之負載電流。相反地，當負載電流小於直流電流時，整流器3在對負載2供電的同時將超出負載2所需之電能提供予電池組4進行充電，意即整流器3分別輸出供電電流及充電電流至負載2及電池組4，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。因此，當負載2所需之負載電流透過整流器3即可滿足時，整流器3可將多餘之電流分配給充電組4進行充電，以避免浪費多餘之電力，並使電池組4在負載電流大於直流電流時有足夠之蓄電量輸出電池電流至負載2。

負載電流之上限可為例如但不限於100安培，直流電流之上限可為例如但不限於60安培。於一些實施例中，當負載電流為100安培且直流電流為60安培時，整流器3及電池組4分別輸出供電電流60安培及電池電流40安培至負載2，滿足負載電流為100安培，此時供電電流等於直流電流。於另一些實施例中，當負載電流為40安培且直流電流為60安培時，整流器3輸出供電電流40安培至負載2且同時輸出充電電流20安培至電池組4，此時供電電流等於負載電流。

於一些實施例中，當市電無法正常輸出交流電流至整流器3及限流器5，例如停電時，整流器3停止輸出直流電流，且限流器5停止對整流器3之限制，電池組4輸出電池電流至負載2以對負載2供電，此時電池電流等於負載電流，藉此確保負載2之運作。

在習知之供電系統中，負載僅可由整流器供電，於此情況下，若負載所需之負載電流較高，整流器需輸出較高之直流電流作為供電電流至負載，故對應提高整流器所接收的交流電流，因此當整流器接收的交流電流高出整流器之負荷範圍時，會造成整流器過載而跳電。本案利用限流器5限制整流器3所輸出的電流量小於一預設值，並於負載2之負載電流過高時由電池組4補足負載2所需之電能，藉此避免因整流器3接收的交流電流過高而引起跳電。

請參閱第2圖，第2圖係為本案另一較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖，其中與第1圖相同之元件係以相同標號表示，於此不再贅述。於本實施例中，供電控制系統1包含複數個整流器3及一個限流器5，其中，限流器5可同時限制複數個整流器3分別輸出對應之電流量小於一預設值。

請再參閱第1圖，本案之供電控制系統1包含控制器6，控制器6係連接於負載2、整流器3、電池組4及限流器5，其中，控制器6控制限流器5，以限制整流器3所輸出之電流量小於一預設值。此外，控制器6控制整流器3之供電電流及充電電流以及電池組4之電池電流以對應供電控制系統1不同之供電方式，例如當負載2之負載電流大於直流電流時，控制器6控制整流器3及電池組4分別輸出供電電流及電池電流至負載2，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流，而當負載2之負載電流小於直流電流時，控制器6控制整流器3分別輸出供電電流及充電電流至負載2及電池組4，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。

請參閱第3圖，第3圖係為本案另一較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖，其中與第1圖相同之元件係以相同標號表示，於此不再贅述。於本實施例中，複數個供電控制系統1係連接於一中央控制模組10，供電控制系統1包含基地台100，基地台100連接於控制器6，基地台100接收控制器6輸出之數據資料並輸出數據資料至中央控制模組10。數據資料包含整流器3輸出之直流電流、供電電流及充電電流、電池組4輸出之電池電流以及電池組4之電池容量。中央控制模組10利用供電控制系統1之基地台100輸出之數據資料以遠端監視整流器3輸出之直流電流、供電電流及充電電流、電池組4輸出之電池電流以及電池組4之電池容量。此外，當供電控制系統1之整流器3、電池組4及限流器5於不正常之電壓或電流下運作，例如整流器3、電池組4及限流器5無法正常輸入或輸出電流及電壓時，控制器6輸出對應之數據異常警示訊號至基地台100，基地台100輸出數據異常警示訊號至中央控制模組10，以警示操作人員須對對應之供電控制模組1進行檢修。

於一些實施例中，中央控制模組10還可遠端控制複數個供電控制系統1，中央控制模組10利用輸出控制訊號至基地台100以控制對應之供電控制模組1，基地台100接收控制訊號並將控制訊號輸出至控制器6，控制器6依據控制訊號控制各個供電控制系統1中之限流器5，以限制整流器3所輸出之電流量小於一預設值，藉此，中央控制模組10可遠端控制整流器3輸出之直流電流。

第4圖為本案較佳實施例之供電控制方法的流程圖，本案之供電控制方法係適用於前述之供電控制系統1。如第4圖所示，本案之供電控制方法包含以下步驟。於步驟S1中，提供負載2、整流器3、電池組4及限流器5。於步驟S2中，判斷負載2的負載電流是否大於直流電流，當判斷結果為是時執行步驟S3，當判斷結果為否時執行步驟S4。於步驟S3中，利用整流器3及電池組4分別輸出供電電流及電池電流至負載2，其中供電電流等於直流電流，且供電電流與電池電流之和等於負載電流。於步驟S4中，利用整流器3分別輸出供電電流及充電電流至負載2及電池組4，其中供電電流等於負載電流，且供電電流與充電電流之和等於直流電流。

綜上所述，本案提供一種供電控制系統及方法，利用限流器限制整流器之所輸出之電流量小於一預設值，且控制系統隨負載需求而改變對負載的供電方式。當負載電流大於直流電流時，整流器及電池組同時對負載供電，當負載電流小於直流電流時，整流器在對負載供電的同時對電池組進行充電。藉此，可在滿足負載電流需求的同時避免整流器過載。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

1: 供電控制系統 10: 中央控制模組 100: 基地台 2: 負載 3: 整流器 4: 電池組 5: 限流器 6: 控制器 S1、S2、S3、S4: 步驟

第1圖係為本案較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖。

第2圖係為本案另一較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖。

第3圖係為本案另一較佳實施例之供電控制系統的電路結構示意圖。

第4圖係為本案較佳實施例之供電控制控制方法的流程圖。

1: 供電控制系統 2: 負載 3: 整流器 4: 電池組 5: 限流器 6: 控制器

Claims

一種供電控制系統，包含：一負載，所需電流為一負載電流；一整流器，電連接於該負載，其中該整流器自一市電接收一交流電流，並將該交流電流經整流而轉換為一直流電流；一電池組，連接於該整流器及該負載；一限流器，連接於該整流器，且架構於限制該整流器所輸出的電流量小於一預設值，其中，當該負載之該負載電流大於該直流電流時，該整流器及該電池組分別輸出一供電電流及一電池電流至該負載，其中該供電電流等於該直流電流，且該供電電流與該電池電流之和等於該負載電流，當該負載電流小於該直流電流時，該整流器分別輸出該供電電流及一充電電流至該負載及該電池組，其中該供電電流等於該負載電流，且該供電電流與該充電電流之和等於該直流電流；以及一控制器，其中該控制器係連接於該負載、該整流器、該電池組及該限流器，該控制器控制該限流器，以限制該整流器所輸出的電流量小於該預設值，且當該負載之該負載電流大於該直流電流時，該控制器控制該整流器及該電池組分別輸出該供電電流及該電池電流至該負載，當該負載之該負載電流小於該直流電流時，該控制器控制該整流器分別輸出該供電電流及該充電電流至該負載及該電池組，其中複數個該供電控制系統係連接於一中央控制模組，該供電控制系統包含一基地台，該基地台連接於該控制器，該基地台接收該控制器輸出之一數據資料並輸出該數據資料至該中央控制模組。
如請求項1之供電控制系統，其中當該市電無法輸出該交流電流至該整流器時，該整流器停止輸出該直流電流，該電池組輸出該電池電流至該負載，該電池電流等於該負載電流。
如請求項1之供電控制系統，其中該數據資料包含該整流器輸出之該直流電流、該供電電流及該充電電流、該電池組輸出之該電池電流以及該電池組之該電池容量。
如請求項1之供電控制系統，其中該整流器為一高頻開關整流器。
一種供電控制方法，包含步驟：(a)提供一負載、一整流器、一電池組及一限流器；(b)判斷該負載的一負載電流是否大於一直流電流，當判斷結果為是時執行步驟(c)，當判斷結果為否時執行步驟(d)；(c)利用該整流器及該電池組分別輸出一供電電流及一電池電流至該負載，其中該供電電流等於該直流電流，且該供電電流與該電池電流之和等於該負載電流；以及(d)利用該整流器分別輸出該供電電流及一充電電流至該負載及該電池組，其中該供電電流等於該負載電流，且該供電電流與該充電電流之和等於該直流電流，其中，該供電控制方法還包含提供一控制器，其中該控制器控制該限流器，以限制該整流器所輸出的電流量小於一預設值，且當該負載之該負載電流大於該直流電流時，該控制器控制該整流器及該電池組分別輸出該供電電流及該電池電流至該負載，當該負載之該負載電流小於該直流電流時，該控制器控制該整流器分別輸出該供電電流及該充電電流至該負載及該電池組，其中，該供電控制方法還包含提供一基地台及一中央控制模組，該基地台連接於該控制器，該基地台接收該控制器輸出之一數據資料並輸出該數據資料至該中央控制模組。
如請求項5之供電控制方法，其中當一市電無法輸出該交流電流至該整流器時，該整流器停止輸出該直流電流，該電池組輸出該電池電流至該負載，該電池電流等於該負載電流。
如請求項5之供電控制方法，其中該整流器為一高頻開關整流器。