WO2012037832A1 - 具有可切换超级电容供电的电池装置及其控制方法 - Google Patents

具有可切换超级电容供电的电池装置及其控制方法 Download PDF

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丘为臣
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皆盈绿电池股份有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/002—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which a reserve is maintained in an energy source by disconnecting non-critical loads, e.g. maintaining a reserve of charge in a vehicle battery for starting an engine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging

Definitions

  • the present invention relates to a battery device design, and more particularly to a battery device having a switchable supercapacitor power supply and a control method therefor.
  • BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, the working power required inside an electric energy system is provided by a battery, which is used as, for example, a device for starting an automobile engine or for storing electric energy and supplying electric energy, and the battery is a well-known lead-acid battery in practical use. .
  • Lead-acid battery is a long-standing battery system, because the battery has the advantages of simple structure, mature technology and low price. Together with good cycle life, the output and output value of this battery are equivalent in battery output. Important position, but also has the disadvantages of heavy weight.
  • the lead-acid battery for vehicles usually has a capacity of about 65 ampere hours and a weight of about 15 to 20 kilograms.
  • the weight is heavier and has a certain degree of influence on the fuel consumption of vehicles such as automobiles, so it is becoming more and more elaborate.
  • the currently used vehicle batteries have been gradually eliminated.
  • a conventional lead-acid battery for a vehicle has a problem of weight.
  • the present invention provides a battery device having a switchable supercapacitor power supply, including a super capacitor, a first battery cell in parallel with the super capacitor, a second battery cell, and an electronic control module.
  • the electronic control module is configured to: supply power, the electronic control module includes: a switch unit, connected in series with the super capacitor, and connected in parallel with the second battery unit to supply electric energy; and a control unit, Coupling to the switch unit, and controlling the switch unit via a close control signal and an open control signal; wherein, in a first state, the control unit issues the close control signal to control the switch unit to close, The supercapacitor, the first battery cell and the second battery cell are simultaneously supplied with electric energy; wherein, in a second state, the control unit issues the disconnection control signal to control the switch unit to be disconnected, thereby causing the The two battery cells supply electrical energy.
  • the present invention further provides a control method for a battery device having a switchable super capacitor power supply, wherein the battery device includes a super capacitor, a first battery cell and a second battery cell connected in parallel with the super capacitor
  • An electronic control module includes a switch unit and a control unit, the switch unit is connected in series with the super capacitor, and forms a parallel circuit with the second battery unit, and the control unit is coupled to the switch unit
  • the control method includes: the control unit sends a closing control signal to control the switching unit to be closed; and the super capacitor, the first battery unit and the second battery unit simultaneously supply electric energy.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery device having a switchable supercapacitor power supply according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing an application circuit of a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an application of a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the control of a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view showing a battery unit having a switchable super capacitor power supply in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing an application circuit of a preferred embodiment of the present invention.
  • the present invention is applicable to electric energy systems of general power supply devices such as automobiles, boats, airplanes, vehicles, electric power devices, electric motors, and the like. In the present embodiment, an automobile is described as an application implementation of the present invention.
  • the present invention provides a battery device 100 having a switchable supercapacitor power supply, comprising a super capacitor 1, a first battery cell 21 and a second battery cell 22, and an electronic control module 3. Under the control of the electronic control module 3, it is used to supply electric energy to an automotive circuit load 4.
  • the first battery cell 21 is a lithium iron battery
  • the second battery cell 22 is a lead-acid battery.
  • the present invention is not limited thereto, and may be a fuel cell or the like. It should be particularly noted here that the first battery cell 21 and the second battery cell 22 are battery cells having different charge and discharge characteristics.
  • the electronic control module 3 includes a switch unit 31 and a control unit 32.
  • the switch unit 31 is connected in series with the super capacitor 1 (wherein the super capacitor 1 is further connected to the first battery cell 21 in parallel): and then forms a parallel circuit with the second battery unit 22 to supply electric energy to the automotive circuit load 4.
  • the control unit 32 is coupled to the switch unit 31 and controls the switch unit 31 via a closed control signal S 1 and an open control signal S2.
  • the weight of the battery device 100 having the switchable supercapacitor 1 can be greatly reduced, and when the battery device 100 is mounted on the car 9, as shown in FIG.
  • the car power generator can be used (not shown: After the supercapacitor 1 is charged, in the activated state, the power supply and storage characteristics of the battery device 100 of the present invention have the characteristics of the voltage regulation of the supercapacitor 1 and the rapid supply of the large starting current. In the stopped state, the supercapacitor 1 voltage is effectively turned off via the electronic control module 12. Therefore, when the battery device 100 having the switchable supercapacitor 1 power supply is applied to the automobile 9, the utility model can reduce the consumption of the automobile gasoline, achieve the energy saving characteristic of a certain benefit or more, and increase the overall efficiency of the system, and the super capacitor itself has The advantage is that it can supply the circuit load of the vehicle to a stable and excellent power.
  • the battery device loo specification can also be appropriately changed, and can be placed in a traffic vehicle such as a locomotive or an electric wheelchair, whether in a lying or standing position, according to the traffic vehicles.
  • the installation space provided is adjusted.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the control of the preferred embodiment of the present invention.
  • the control unit 32 issues a closing control signal S1 to control the switch unit 31 to be closed (S11), causing the supercapacitor 1, the first battery cell 21 and The second battery cell 22 simultaneously supplies electric energy to the automotive circuit load 4 (S13).
  • the control unit 32 issues a disconnection control signal S2 to control the switch unit 31 to be turned off (S15), causing the second battery unit 22 to supply electric energy to
  • the automotive circuit load 4 S17
  • the anti-theft device of the automobile that is, the stop supercapacitor 1 and the first battery cell 21 supply electric energy to the automotive circuit load 4, and only the second battery cell 22 supplies electric energy.
  • the battery device with switchable supercapacitor power supply provided by the present invention has industrial utilization value, and therefore the present invention has met the requirements of the patent.
  • the above description is only for the preferred embodiment of the present invention, and those skilled in the art can make various other modifications according to the above description, but these changes are still defined by the inventive spirit and claims of the present invention. In the scope of the patent.

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Description

具有可切换超级电容供电的电池装置及其控制方法 技术领域 本发明涉及一种电池装置的设计， 特别是关于一种具有可切换超级电容 供电的电池装置及其控制方法。 背景技术 一般电能系统内部所需的工作电源是由电池所提供， 电池用来作为例如 启动汽车引擎或是储存电能及供应电能的装置， 而电池在实际应用上即为一 般人所熟知的铅酸电池。
铅酸电池为一种历史悠久的电池系统， 因为该电池具有结构简单、 技术 成熟与价格低廉等优势， 再加上好的循环寿命， 使得此种电池的产量与产值 在电池产出中具有相当重要的地位， 但也同时具备有重量重等大缺点。
详言之， 车用的铅酸电池通常电容量约 65安培小时， 而重量约 15〜20 公斤， 其重量偏重， 对于汽车等车辆的耗油有一定程度的影响， 因此随着愈 来愈讲究的环保意识及省油的趋势下， 目前使用的车用电池已有逐渐淘汰的 必要。 发明内容 现有车用的铅酸电池具备有重量的问题。 为解决上述问题， 本发明提供 一种具有可切换超级电容供电的电池装置， 包括有一超级电容、 与超级电容 并联的一第一电池单体、 一第二电池单体及一电控模块， 在该电控模块的控 制下， 用以供应电能， 该电控模块包括： 一开关单元， 串接该超级电容， 并 与该第二电池单体成并联回路， 而供应电能； 以及一控制单元， 耦接于该开 关单元， 并经由一闭合控制信号及一断开控制信号控制该开关单元； 其中， 在一第一状态下， 该控制单元发出该闭合控制信号控制该开关单元闭合， 致 使该超级电容、 该第一电池单体及该第二电池单体同时供应电能； 其中， 在 一第二状态下， 该控制单元发出该断开控制信号控制该开关单元断开， 致使 该第二电池单体供应电能。
此外， 本发明更提供一种具有可切换超级电容供电的电池装置的控制方 法， 其中该电池装置包括有一超级电容、 与该超级电容并联的一第一电池单 体、 一第二电池单体及一电控模块， 该电控模块包括有一开关单元及一控制 单元， 该开关单元串接该超级电容， 并与该第二电池单体构成并联回路， 该 控制单元耦接于该开关单元， 该控制方法包括： 该控制单元发出一闭合控制 信号控制该开关单元闭合； 以及该超级电容、 该第一电池单体及该第二电池 单体同时供应电能。
本发明所采用的具体实施例， 将通过以下实施例及附图作进一歩说明。 附图说明 图 1为显示本发明较佳实施例具有可切换超级电容供电的电池装置的透 视图；
图 2为显示本发明较佳实施例的应用电路方块图；
图 3为显示本发明较佳实施例的应用示意图；
图 4为显示本发明较佳实施例的控制流程图。
附图标号：
100 电池装置
1 超级电容
21 第一电池单体
22 第二电池单体
3 电控模块
31 开关单元
32 控制单元 SI 闭合控制信号
S2 断开控制信号
4 汽车电路负载
9 汽车
S1 1-S 17 歩骤 具体实施方式 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合附图对本 发明实施例做进一歩详细说明。 在此， 本发明的示意性实施例及其说明用于 解释本发明， 但并不作为对本发明的限定。
同时参阅图 1与图 2所示， 图 1为显示本发明较佳实施例具有可切换超 级电容供电的电池装置的透视图。 图 2为显示本发明较佳实施例的应用电路 方块图。 本发明可应用在一般动力供应装置的电能系统， 例如： 汽车、 船、 飞机、 载具、 电能动力装置、 电动马达等等。 在本实施例中， 以一汽车作为 本发明的应用实施说明。
本发明提供一种具有可切换超级电容供电的电池装置 100， 包括有一超 级电容 1、 一第一电池单体 21及一第二电池单体 22及一电控模块 3。 在该 电控模块 3的控制下， 用以供应电能至一汽车电路负载 4。 在本实施例中第 一电池单体 21为一锂铁电池， 第二电池单体 22为一铅酸电池， 但本发明并 不以此为限， 也可为燃料电池等。 在此须特别说明的是， 第一电池单体 21 及第二电池单体 22是具有不同充放电特性的电池单体。
在本发明中， 电控模块 3包括有一开关单元 31及一控制单元 32。 开关 单元 31串接超级电容 1(其中， 超级电容 1更与第一电池单体 21构成并联回 路：)后， 与第二电池单体 22构成并联回路， 而供应电能至该汽车电路负载 4。 控制单元 32耦接于该开关单元 31， 并经由一闭合控制信号 S 1及一断开 控制信号 S2控制该开关单元 31。 通过以上的电路架构可知， 本发明具有可切换超级电容 1供电的电池装 置 100重量可以大幅减少， 并且本电池装置 100安装于汽车 9时， 如图 3， 可通过汽车发电装置 (未图示:)对超级电容 1进行充电后， 在启动状态下， 本 发明的电池装置 100的供电储电特性能具效应用超级电容 1的稳压、 大启动 电流快速供给特性。 在停止状态下， 经由电控模块 12有效地断开超级电容 1电压。 因此， 本发明具有可切换超级电容 1供电的电池装置 100应用在汽 车 9上时， 能减少汽车汽油的消耗， 达到一定效益以上的节能特性， 增加系 统的整体效率， 加上超级电容本身就具有的优点， 故能供应交通工具的电路 负载一稳定优良的电力。
然而， 本领域技术人员当知， 此电池装置 loo规格也可以作适当变化， 而可安置在机车或电动轮椅等交通载具， 无论是倒卧或站立式的安置， 皆可 依据该些交通载具所提供的安装空间以作调整。
请参考图 4， 图 4为显示本发明较佳实施例的控制流程图。 首先， 在第 一状态下 (亦即使用者开启汽车电门的启动状态)， 控制单元 32发出闭合控 制信号 S1控制开关单元 31闭合 (S11), 致使超级电容 1、 第一电池单体 21 及第二电池单体 22同时供应电能至汽车电路负载 4(S13)。 接着， 在第二状 态下 (亦即使用者关闭汽车电门的停止状态)， 控制单元 32发出断开控制信 号 S2控制开关单元 31断开 (S15), 致使第二电池单体 22供应电能至汽车电 路负载 4(S17)， 例如汽车的防盗装置， 也就是停止超级电容 1及第一电池单 体 21供应电能至汽车电路负载 4， 仅以第二电池单体 22供应电能。
由以上的实施例可知， 本发明所提供的具有可切换超级电容供电的电池 装置确具产业上的利用价值， 故本发明业已符合于专利的要件。 惟以上的叙 述仅为本发明的较佳实施例说明， 凡精于此项技艺者当可依据上述的说明而 作其它种种的改良， 只是这些改变仍属于本发明的发明精神及权利要求所界 定的专利范围中。

Claims

权利要求书
1.一种具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在于， 包括有一超 级电容、 与所述超级电容并联的一第一电池单体、 一第二电池单体及一电控 模块， 在所述电控模块的控制下， 用以供应电能， 所述电控模块包括： 一开关单元， 串接所述超级电容， 并与所述第二电池单体构成并联回 路， 而供应电能； 以及
一控制单元， 耦接于所述开关单元， 并经由一闭合控制信号及一断开控 制信号控制所述开关单元；
其中， 在一第一状态下， 所述控制单元发出所述闭合控制信号控制所述 开关单元闭合， 致使所述超级电容、 所述第一电池单体及所述第二电池单体 同时供应电能；
其中， 在一第二状态下， 所述控制单元发出所述断开控制信号控制所述 开关单元断开， 致使所述第二电池单体供应电能。
2.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第一电池单体为一锂铁电池。
3.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第二电池单体为一铅酸电池。
4.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第二电池单体为一锂铁电池。
5.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第一电池单体为一铅酸电池。
6.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第一状态为启动状态。
7.如权利要求 1所述的具有可切换超级电容供电的电池装置， 其特征在 于， 所述第二状态为停止状态。
8.一种具有可切换超级电容供电的电池装置的控制方法， 其特征在于， 所述电池装置包括有一超级电容、 与所述超级电容并联的一第一电池单体、 一第二电池单体及一电控模块， 所述电控模块包括有一开关单元及一控制单 元， 所述开关单元串接所述超级电容， 并与所述第二电池单体构成并联回 路， 所述控制单元耦接于所述开关单元， 所述控制方法包括：
所述控制单元发出一闭合控制信号控制所述开关单元闭合； 以及 所述超级电容、 所述第一电池单体及所述第二电池单体同时供应电能。
9.如权利要求 8所述的具有可切换超级电容供电的电池装置的控制方 法， 其特征在于， 所述超级电容与所述至少一电池单体同时供应电能后， 更 包括：
所述控制单元发出一断开控制信号控制所述开关单元闭合； 以及 所述第二电池单体供应电能。
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