TWM632963U - 電池結合超級電容的供電裝置 - Google Patents

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一種電池結合超級電容的供電裝置，可應用於對在初始啟動需要瞬間大電流的一種負載，例如汽車引擎的啟動馬達，提供一種具有初始瞬間大電流的供電功能。在實際操作時，本創作可同時利用一電池組和一超級電容器來提供電力給負載，並且在剛啟動的瞬間可提供一快速的初始瞬間大電流；而在有需要充電的時候，可有效地利用一外部充電電源來同時充電至電池組和超級電容器。在汽車引擎的應用上，本創作可取代傳統習用的鉛酸電池，用來在汽車引擎要啟動的時候，對汽車引擎的啟動馬達提供一快速的初始瞬間大電流，從而令馬達的瞬間初始運轉具有較大的加速度，因此能更為快速地啟動汽車的引擎。

Description

電池結合超級電容的供電裝置
本創作係有關於一種供電技術，特別是有關於一種電池結合超級電容的供電裝置，可應用於對一種在初始啟動需要快速瞬間大電流的負載，例如汽車引擎的啟動馬達，提供一種具有初始瞬間大電流的供電功能。
汽車為廣為流行的一種交通工具，其主要是利用汽油引擎作為行進時的動力來源。傳統上，汽車引擎在啟動的時候，是使用一個鉛酸電池配合一個電動馬達來做為啟動汽油引擎的動力來源，也就是由鉛酸電池提供電力給馬達，再藉由馬達的運轉來啟動汽車引擎的運轉。
然而鉛酸電池在實際應用上，卻存在有一個問題，也就是其放電和充電的速度較慢，而且在初始剛連通至啟動馬達的時候，只能提供一較小的瞬間初始電流，因此令啟動馬達的瞬間初始運轉只具有較小的加速度，從而造成汽車引擎啟動較慢的結果。
有鑑於以上問題，汽車業界因此需求一種解決方案，可用來在汽車引擎要啟動的時候，對汽車引擎的啟動馬達提供一快速的初始瞬間 大電流，從而令馬達的瞬間初始運轉具有較大的加速度，因此能更為快速地啟動汽車引擎。
本創作的主要目的即在於針對前述問題提出一種解決方案，也就是提供一種電池結合超級電容的供電裝置，可取代傳統習用的鉛酸電池，用來在汽車引擎要啟動的時候，對汽車引擎的啟動馬達提供一快速的初始瞬間大電流，從而令馬達的瞬間初始運轉具有較大的加速度，因此能更為快速及有效地啟動汽車引擎。
但廣義而言，本創作的電池結合超級電容的供電裝置並不限定於應用於汽車引擎的啟動馬達，而是可廣泛應用於在初始啟動需要較大的瞬間電流的任何一種負載。
在架構上，本創作的電池結合超級電容的供電裝置至少包含：(a)一電池組；(b)一超級電容器；(c)一開關單元；(d)一雙向電壓升降變換單元；(e)一第一電壓偵測單元；(f)一第二電壓偵測單元；以及(g)一主控單元。
在實際運作時，本創作的電池結合超級電容的供電裝置可在負載被啟動的時候，回應執行一放電模式的操作程序，藉以提供電力給負載；而在外部充電電源被啟動的時候，則回應執行一充電模式的操作程序，藉以令外部充電電源所提供的電力可同時充電至電池組和超級電容器。
當負載被啟動的時候，本創作的電池結合超級電容的供電裝置可回應執行一放電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令 該雙向電壓升降變換單元切換至正向降壓模式，令該超級電容器通過該開關單元並同時令該電池組通過該雙向電壓升降變換單元來供應電力給該負載。
反之，當外部充電電源被啟動的時候，本創作的電池結合超級電容的供電裝置回應執行一充電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令該雙向電壓升降變換單元切換至反向升壓模式，令該外部充電電源所提供的電力可通過該開關單元來充電至該超級電容器，並同時通過該雙向電壓升降變換單元來充電至該電池組。
在以上的放電程序，本創作的電池結合超級電容的供電裝置便可首先令超級電容器透過導通狀態ON的開關單元來提供一快速的瞬間大電流給負載；接著令電池組透過切換至放電通道的雙向電壓升降變換單元來進行電池放電而提供一穩定的電流給負載。
反之，在以上的充電程序，本創作的電池結合超級電容的供電裝置便可經由導通狀態ON的開關單元來對超級電容器進行充電，並同時經由切換至充電通道的雙向電壓升降變換單元來對電池組進行充電。
總結而言，本創作的電池結合超級電容的供電裝置可在有需要對負載提供電力的時候，同時利用電池組和超級電容器來提供電力給負載，並且在剛啟動的瞬間可提供一快速的初始瞬間大電流；而在有需要充電的時候，同樣可有效地利用一外部充電電源來同時充電至電池組和超級電容器。因此本創作便針對前述問題提出一種可行的解決方案，也就是提供了一種電池結合超級電容的供電裝置，可取代傳統習用的鉛酸電池，用 來在汽車引擎要啟動的時候，對汽車引擎的啟動馬達提供一快速的初始瞬間大電流，從而令馬達的瞬間初始運轉具有較大的加速度，因此能更為快速地啟動汽車的引擎。
10:負載
20:外部充電電源
30:車輛
40:引擎
41:啟動馬達
42:發電機
100:本創作的電池結合超級電容的供電裝置
110:電池組
120:超級電容器
130:開關單元
140:雙向電壓升降變換單元
140A:放電通道
140B:充電通道
141:第一電晶體切換器(Q1)
142:第二電晶體切換器(Q2)
143:第三電晶體切換器(Q3)
144:第四電晶體切換器(Q4)
145:電感器
151:第一電壓偵測單元
152:第二電壓偵測單元
160:主控單元
N1:第1節點
N2:第2節點
第1圖為一應用示意圖，用以顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置應於連接至一負載以及一外部充電電源的應用方式；第2圖為一應用示意圖，用以顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置應用於一汽車的實例；第3圖為一架構示意圖，用以顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置的基本架構；第4A圖為一波形圖，用以顯示鋰電池的充放電特性；第4B圖為一波形圖，用以顯示超級電容器的充放電特性；第5圖為一架構示意圖，用以顯示本創作所使用的雙向電壓升降變換單元的一個實施例的電路架構；第6A圖為一架構示意圖，用以顯示第5圖的雙向電壓升降變換單元設定於待機供電模式的運作方式；第6B圖為一架構示意圖，用以顯示第5圖的雙向電壓升降變換單元於切換至正向降壓模式(buck mode)的運作方式；第6C圖為一架構示意圖，用以顯示第5圖的雙向電壓升降變換單元於切換至反向升壓模式(boost mode)的運作方式； 第7圖為一流程圖，用以顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置所執行的放電/充電控制程序的流程步驟。
以下即配合所附圖式，詳細揭露說明本創作的電池結合超級電容的供電裝置的技術內容及實施例。
第1圖顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置(如標號100所指的方塊)的實際應用方式。如第1圖所示，在實際應用時，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100係連接至一個負載10以及一外部充電電源20；其中該負載10特別是在初始剛啟動的瞬間需要一個初始瞬間大電流的一種負載，例如汽車引擎的啟動馬達，用來提供電力給該負載10，且所提供的電力具有一快速的初始瞬間大電流。在有需要充電的時候，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100可利用該外部充電電源20所提供電力來給本創作的電池結合超級電容的供電裝置100進行充電。
第2圖顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置100應用於一車輛30的實例，其中該車輛30係利用一引擎40來驅動該車輛30的行進，且該引擎40係利用一啟動馬達41來啟動，並進而包括一發電機42。於本應用實例，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100係用來提供電力給該啟動馬達41，並利用該發電機42所產生的電力來進行充電，也就是此啟動馬達41便是第1圖所示的負載10，而此發電機42便是第1圖所示的外部充電電源20。
但廣義而言，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100並 不限定於應用於供電給車輛30的啟動馬達41，而是可廣泛應用於在初始啟動需要較大的瞬間電流的任何一種負載。
第3圖即顯示本創作的電池結合超級電容的供電裝置100的基本架構。本創作的電池結合超級電容的供電裝置100的基本架構至少包含：(a)一電池組110；(b)一超級電容器120；(c)一開關單元130；(d)一雙向電壓升降變換單元140；(e)一第一電壓偵測單元151；(f)一第二電壓偵測單元152；以及(g)一主控單元160。以下首先分別說明此些組成構件的個別屬性及功能。
電池組110例如為一可充電式的鋰電池組，可用來提供一直流電壓，其輸出端係連接至一第1節點N1，且此第1節點N1係通過雙向電壓升降變換單元140連接至一第2節點N2，而此第2節點N2係作為本創作的電池結合超級電容的供電裝置100的輸出端，也就是用來連接至負載10。此電池組110的充放電特性如第4A圖所示，也就是其缺點在於初始剛連通的時候，無法快速提供一初始瞬間大電流，而是只能慢速供應一較小的電流，但其優點在於電容量較大，因此可長時間供應電力，也就是供電時間可長達數小時。
超級電容器120，英文稱為supercapacitor(SC)或ultracapacitor，為一具有超大電容量的電容器，其電容量通常大於0.1法拉(F)。此超級電容器120的輸出端係通過開關單元130連結至第2節點N2。當開關單元130被切換至導通狀態ON的時候，便可將超級電容器120連通至第2節點N2，從而將超級電容器120連通至負載10，藉此令超級電容器120可通 過開關單元130來提供一快速的初始瞬間大電流給負載10。此超級電容器120的充放電特性如第4B圖所示，也就是其優點在於可快速提供一初始瞬間大電流，並且在充電時可快速充電至飽和值，但缺點在於供電時間只有短暫的數秒。
開關單元130係設置於超級電容器120的輸出端和第2節點N2之間，且其導通狀態ON及斷路狀態OFF係受控於主控單元160所發出的一開關控制信號SW。假如開關單元130被切換至導通狀態ON，便可將超級電容器120連通至第2節點N2，從而令超級電容器120可提供電力給負載10；而假如被切換至斷路狀態OFF，便可令超級電容器120處於隔離狀態而不供應電力。於具體實施上，此開關單元130例如可為一繼電器、固態繼電器、或電子開關。
雙向電壓升降變換單元140具有2個輸出入連接端P1和P2，其中第一連接端P1係連接至第1節點N1，而第二連接端P2則係連接至第2節點N2。雙向電壓升降變換單元140的運作係受控於主控單元160，其輸出入連接端P1和P2之間的通道可切換為2個通道：放電通道140A和充電通道140B，且其包括以下2個操作模式：(1)通過放電通道140A的正向降壓模式(buck mode)，和(2)通過充電通道140B的反向升壓模式(boost mode)。在正向降壓模式(buck mode)，第一連接端P1係作為輸入端，而第二連接端P2則作為輸出端，從而可令電池組110的輸出電壓通過雙向電壓升降變換單元140來進行放電操作。反之，反向升壓模式(boost mode)，第二連接端P2係作為輸入端，而第一連接端P1則作為輸出端，從而可令超級電容器120通過雙向 電壓升降變換單元140來對電池組110進行充電操作。此雙向電壓升降變換單元140的運作係受控於主控單元160所發出的一充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL。
在具體實施上，此雙向電壓升降變換單元140的一種可用的電路例如第5圖所示，為一種四電晶體切換器型的雙向電壓升降變換電路，其電路架構包括：一第一電晶體切換器(Q1)141、一第二電晶體切換器(Q2)142、一第三電晶體切換器(Q3)143、一第四電晶體切換器(Q4)144、以及一電感器145。
在實際操作時，第5圖所示的雙向電壓升降變換單元140包括3種操作模式：第6A圖所示的待機供電模式，第6B圖所示的正向降壓模式(buck mode)，以及第6C圖所示的反向升壓模式(boost mode)。此3種操作模式均係受控於主控單元160。
在第6A圖所示的待機供電模式，第一電晶體切換器(Q1)141、一第二電晶體切換器(Q2)142、一第三電晶體切換器(Q3)143、一第四電晶體切換器(Q4)144的開關狀態分別為OFF,ON,ON,OFF。此待機供電模式係設定於本創作的電池結合超級電容的供電裝置100處於待機狀態的時候，也就是負載10未作用或外部充電電源20未利用來充電的時候，用來令電池組110可通過雙向電壓升降變換單元140來提供一小電流給本創作的電池結合超級電容的供電裝置100，藉此隨時保持在待機狀態，用來偵測負載10是否被啟動，或外部充電電源20是否要進行充電操作。
在第6B圖所示的正向降壓模式(buck mode)，第一電晶體切 換器(Q1)141、一第二電晶體切換器(Q2)142、一第三電晶體切換器(Q3)143、一第四電晶體切換器(Q4)144的開關狀態分別為PWN,PWM,ON,OFF，其中PWM為一組用來控制降壓作用的脈寬調變(pulse-wide modulation)信號。
在第6C圖所示的反向升壓模式(boost mode)，第一電晶體切換器(Q1)141、一第二電晶體切換器(Q2)142、一第三電晶體切換器(Q3)143、一第四電晶體切換器(Q4)144的開關狀態分別為OFF,ON,PWM,PWM，其中PWM為一組用來控制升壓作用的脈寬調變信號。
由於第5圖和第6A-6C圖所示的電路架構以及利用脈寬調變信號PWM來控制升壓和降壓的方法屬於習知技術，因此以下不對其作詳細說明。
第一電壓偵測單元151係連接至第1節點N1，且該第1節點N1係位於該電池組110的輸出端和該雙向電壓升降變換單元140的P1連接端之間，用來偵測該第1節點N1上的電壓值(以下表示為VN1)，並將其轉換成數位形式的訊息之後，再傳送給主控單元160進行後續的處理。
第二電壓偵測單元152則係連接至第2節點N2，且該第2節點N2係位於該雙向電壓升降變換單元140的P2連接端和該負載10及外部充電電源20之間，用來偵測該第2節點N2上的電壓值(以下表示為VN2)，也就是來自外部充電電源20的輸入電壓值，並將其轉換成數位形式的訊息之後，再傳送給主控單元160進行後續的處理。
主控單元160係用來對本創作的運作提供一主控功能。在實際操作時，當負載10或外部充電電源20被啟動的時候，主控單元160便可被 啟動來執行第7圖的流程圖所示的一放電/充電控制程序。於此控制程序，主控單元160可持續接收第一電壓偵測單元151和第二電壓偵測單元152所偵測到的電壓狀態信號(VN1、VN2)，據以產生相應的開關控制信號SW給開關單元130，以及產生相應的充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL給雙向電壓升降變換單元140，藉此控制對電池組110和超級電容器120的放電或充電程序。
有關此主控單元160所執行的放電/充電控制程序，將於以下配合第7圖的流程圖作詳細說明。在具體實施上，此主控單元160可例如為一微處理器，特別是嵌入式的微處理器(embedded microprocessor)，或是採用一客製化或可程式化的邏輯電路，例如特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit,ASIC)、現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)、可程式化邏輯陣列(Programmable Logic Array,PLA)、可程式化陣列邏輯(Programmable Array Logic,PAL)、等等。
以下即配合第7圖來說明本創作的電池結合超級電容的供電裝置100在實際應用時的整體運作過程。
於實際使用時，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100可執行2個操作模式：放電模式和充電模式。在放電模式，本創作可同時利用電池組110和超級電容器120來提供電力給負載10；而在充電模式，本創作則可利用外部充電電源20來同時充電至電池組110和超級電容器120。
本創作的電池結合超級電容的供電裝置100在處於未使用的 待機狀態的時候，開關單元130係切置於斷路狀態OFF，令超級電容器120未連接至負載10及電池組110。
在實際運作時，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100可在負載10被啟動的時候，回應執行一放電模式的操作程序，藉以同時利用電池組110和超級電容器120來提供電力給負載10；而在外部充電電源20被啟動的時候，則回應執行一充電模式的操作程序，藉以將外部充電電源20提供的電力同時充電至電池組110和超級電容器120。
當本創作的電池結合超級電容的供電裝置100被啟動的時候，便可啟動主控單元160來執行第7圖所示的放電/充電控制程序，其步驟如下所述。
於步驟S0，主控單元160執行初始化。
於步驟S1，主控單元160將雙向電壓升降變換單元140設定至如第6A圖所示的待機供電模式，令電池組110可通過雙向電壓升降變換單元140來提供一小電流，藉此令本創作的電池結合超級電容的供電裝置100可保持於待機狀態，從而令本創作的電池結合超級電容的供電裝置100可偵測負載10或外部充電電源20是否被啟動。
接著於步驟S10，主控單元160持續監視第一電壓偵測單元151和第二電壓偵測單元152傳送過來的電壓狀態訊息(VN1、VN2)，並比較二者的大小，據以決定所要執行的步驟，如下所示：假如(VN1=VN2)，則保持在等待狀態，持續監視電壓狀態訊息(VN1、VN2)； 假如(VN1>VN2)，則執行處理步驟S20；假如(VN1<VN2)，則執行處理步驟S30。
於步驟S20，主控單元160啟動一放電控制程序。
接著於步驟S21，主控單元160發出一開關控制信號SW至開關單元130，令開關單元130切換至通路狀態ON，從而將超級電容器120通過開關單元130來連接至第2節點N2，令超級電容器120的輸出電壓可提供電力給負載10。
接著於步驟S22，主控單元160發出一充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL至雙向電壓升降變換單元140，令其操作模式如第6B圖所示般地切換至正向降壓模式(buck mode)，也就是放電模式，令電池組110的輸出電壓可通過雙向電壓升降變換單元140來提供電力給負載10。
接著於步驟S23，主控單元160持續監視電壓狀態訊息(VN1、VN2)的當前值。假如二者不相等，則持續令開關單元130保持為導通狀態(ON)，並且同時令雙向電壓升降變換單元140保持為正向致能狀態。假如二者相等，則進行下一步驟S24。
接著於步驟S24，主控單元160將發出的充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL切換至禁能狀態，藉此將雙向電壓升降變換單元140切換為關閉狀態，從而切斷電池組110和負載10之間的連通狀態。
於步驟S25，主控單元160發出一開關控制信號SW至開關單元130，令開關單元130切換至斷路狀態OFF，從而切斷超級電容器120和負載10之間的連通狀態。
接著於步驟S26，主控單元160結束放電程序。完成之後，程序跳回步驟S1。
於步驟S30，主控單元160啟動一充電控制程序。
接著於步驟S31，主控單元160發出一開關排制信號SW至開關單元130，令開關單元130切換至通路狀態ON，從而將超級電容器120連通至第2節點N2。
接著於步驟S32，主控單元160發出一充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL至雙向電壓升降變換單元140，令其如第6C圖所示般地切換至反向升壓模式(boost mode)，也就是充電模式，令電力可通過雙向電壓升降變換單元140來傳送給電池組110，從而對雙向電壓升降變換單元140進行充電。
接著於步驟S33，主控單元160持續監視電壓狀態訊息(VN1、VN2)的當前值。假如二者不相等，則持續令開關單元130保持為導通狀態ON，並且同時令雙向電壓升降變換單元140保持為反向升壓模式(boost mode)。假如二者相等，則進行下一步驟(S34)。
接著於步驟S34，主控單元160將發出的充放電致能控制信號CH/DISCH_CTRL切換至禁能狀態，藉此將雙向電壓升降變換單元140切換為關閉狀態，從而切斷電池組110和外部充電電源20之間的連通狀態。
接著於步驟S35，主控單元160發出一開關控制信號SW至開關單元130，令開關單元130切換回斷路狀態OFF，從而切斷超級電容器120和外部充電電源20之間的連通狀態。
接著於步驟S36，主控單元160結束充電程序。完成之後，程序跳回步驟S1。
在以上步驟S20至步驟S26的放電程序，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100便可首先令超級電容器120透過導通狀態ON的開關單元130來提供一快速的初始瞬間大電流給負載10；接著令電池組110透過切換至放電通道140A的雙向電壓升降變換單元140來進行電池放電而提供一穩定的電流給負載10。
反之，在以上步驟S30至步驟S36的充電程序，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100便可經由導通狀態ON的開關單元130來對超級電容器120進行充電，並同時經由切換至充電通道140B的雙向電壓升降變換單元140來對電池組110進行充電。
當本創作的電池結合超級電容的供電裝置100處於閒置狀態，也就是未啟用負載10或利用外部充電電源20來進行充電的時候，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100係置於待機狀態，用來偵測負載10或外部充電電源20是否被啟動。當負載10或外部充電電源20被啟動的時候，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100便會回應令主控單元160執行第7圖所示的處理程序。
總結而言，通過以上的控制程序，本創作的電池結合超級電容的供電裝置100便可在有需要對負載10提供電力的時候，同時利用電池組110和超級電容器120來提供電力給負載10，並且在初始剛啟動的瞬間可提供一快速的初始瞬間大電流給負載10；而在有需要充電的時候，可有效地 利用外部充電電源20來同時充電至電池組110和超級電容器120。因此本創作便針對前述問題提出一種可行的解決方案，也就是提供了一種電池結合超級電容的供電裝置，可取代傳統習用的鉛酸電池，用來在汽車引擎要啟動的時候，對汽車引擎的啟動馬達提供一快速的初始瞬間大電流，從而令馬達的瞬間初始運轉具有較大的加速度，因此能更為快速地啟動汽車的引擎。
以上所述僅為本創作的較佳實施例而已，並非用以限定本創作的實質技術內容的專利範圍。本創作的廣義的最上位概念係定義於以下的申請專利範圍。假如任何他人所完成的產品或技術方法與以下的申請專利範圍所定義者為完全相同、或是為一種等效之變更，均將被視為涵蓋於本創作的專利範圍之中。
10:負載
20:外部充電電源
100:本創作的電池結合超級電容的供電裝置
110:電池組
120:超級電容器
130:開關單元
140:雙向電壓升降變換單元
140A:放電通道
140B:充電通道
141:第一電晶體切換器(Q1)
142:第二電晶體切換器(Q2)
143:第三電晶體切換器(Q3)
144:第四電晶體切換器(Q4)
145:電感器
151:第一電壓偵測單元
152:第二電壓偵測單元
160:主控單元
N1:第1節點
N2:第2節點

Claims (21)

  1. 一種電池結合超級電容的供電裝置，可用來連接至一負載及一外部充電電源，用來提供電力給該負載，並利用該外部充電電源來進行充電；本電池結合超級電容的供電裝置至少包含：一電池組，可用來提供一電池電壓；一超級電容器，可用來提供一超級電容功能；一開關單元，係設置於該超級電容器的輸出端，可於被切換至通路狀態的時候，將該超級電容器連接至該負載及該外部充電電源；一雙向電壓升降變換單元，其係將該電池組同時連接至該負載和該外部充電電源，可對該電池組的放電和充電提供一電壓升降變換功能；一第一電壓偵測單元，其係連接至一第一節點，且該第一節點係位於該電池組和該雙向電壓升降變換單元之間，用以偵測該第一節點上的電壓值；一第二電壓偵測單元，其係連接至一第二節點，且該第二節點係位於該雙向電壓升降變換單元和該負載及該外部充電電源之間，用以偵測該第二節點上的電壓值；以及一主控單元，可於該負載或該外部充電電源被啟動的時候，回應接收該第一電壓偵測單元和該第二電壓偵測單元所偵測到的電壓值，用來據以控制該開關單元及該雙向電壓升降變換單元的操作模式；其中，當該負載被啟動的時候，該主控單元回應執行一放電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令該雙向電壓升降變換單元切換至 正向降壓模式，從而令該超級電容器通過該開關單元，並同時令該電池組通過該雙向電壓升降變換單元來供應電力給該負載。
  2. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，當該外部充電電源被啟動的時候，該主控單元回應執行一充電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令該雙向電壓升降變換單元切換至反向升壓模式，從而令該外部充電電源所提供的電力可通過該開關單元來充電至該超級電容器，並同時通過該雙向電壓升降變換單元來充電至該電池組。
  3. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該負載為一車輛引擎的啟動馬達。
  4. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該外部充電電源為一車輛引擎的發電機。
  5. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該電池組為一鋰電池組。
  6. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該超級電容器為一種電容量大於0.1法拉的電容器。
  7. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該開關單元為一繼電器、固態繼電器、或電子開關。
  8. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該雙向電壓升降變換單元為一種四電晶體切換器型的雙向電壓升降變換電路。
  9. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該主控單元為一嵌入式微處理器。
  10. 如請求項1所述之所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該主控單元為一可程式化的邏輯電路，其可用類型包括特殊應用積體電路(ASIC)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)、可程式化邏輯裝置(PLD)、可程式化邏輯陣列(PLA)、以及可程式化陣列邏輯(PAL)。
  11. 如請求項1所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該雙向電壓升降變換單元於初始化時係設定至一待機供電模式，用來令該電池組可通過該雙向電壓升降變換單元來提供一待機狀態用的電力。
  12. 一種電池結合超級電容的供電裝置，可用來連接至一負載及一外部充電電源，用來提供電力給該負載，並利用該外部充電電源來進行充電；本電池結合超級電容的供電裝置至少包含：一電池組，可用來提供一電池電壓；一超級電容器，可用來提供一超級電容功能；一開關單元，係設置於該超級電容器的輸出端，可於被切換至通路狀態的時候，將該超級電容器連接至該負載及該外部充電電源；一雙向電壓升降變換單元，其係將該電池組同時連接至該負載和該外部充電電源，可對該電池組的放電和充電提供一電壓升降變換功能；一第一電壓偵測單元，其係連接至一第一節點，且該第一節點係位於該電池組和該雙向電壓升降變換單元之間，用以偵測該第一節點上的電壓值；一第二電壓偵測單元，其係連接至一第二節點，且該第二節點係位於 該雙向電壓升降變換單元和該負載及該外部充電電源之間，用以偵測該第二節點上的電壓值；以及一主控單元，可於該負載或該外部充電電源被啟動的時候，回應接收該第一電壓偵測單元和該第二電壓偵測單元所偵測到的電壓值，用來據以控制該開關單元及該雙向電壓升降變換單元的操作模式；其中，當該負載被啟動的時候，該主控單元回應執行一放電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令該雙向電壓升降變換單元切換至正向降壓模式，令該超級電容器通過該開關單元並同時令該電池組通過該雙向電壓升降變換單元來供應電力給該負載；當該外部充電電源被啟動的時候，該主控單元回應執行一充電控制程序，令該開關單元切換至導通狀態，並同時令該雙向電壓升降變換單元切換至反向升壓模式，令該外部充電電源所提供的電力可通過該開關單元來充電至該超級電容器，並同時通過該雙向電壓升降變換單元來充電至該電池組。
  13. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該負載為一車輛引擎的啟動馬達。
  14. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該外部充電電源為一車輛引擎的發電機。
  15. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該電池組為一鋰電池組。
  16. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該 超級電容器為一種電容量大於0.1法拉的電容器。
  17. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該開關單元為一繼電器、固態繼電器、或電子開關。
  18. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該雙向電壓升降變換單元為一種四電晶體切換器型的雙向電壓升降變換電路。
  19. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該主控單元為一嵌入式微處理器。
  20. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該主控單元為一可程式化的邏輯電路，其可用類型包括特殊應用積體電路、現場可程式化邏輯閘陣列、可程式化邏輯裝置、可程式化邏輯陣列、以及可程式化陣列邏輯。
  21. 如請求項12所述之電池結合超級電容的供電裝置，其中，該雙向電壓升降變換單元於初始化時係設定至一待機供電模式，用來令該電池組可通過該雙向電壓升降變換單元來提供一待機狀態用的電力。
TW111202091U 2022-02-16 2022-03-02 電池結合超級電容的供電裝置 TWM632963U (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI830498B (zh) * 2022-11-15 2024-01-21 天揚精密科技股份有限公司 能量調節系統

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