专利名称：双电池供电系统与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电池供电系统与控制方法，特别是涉及一种具适应性充电机制的双电池供电系统与控制方法。
背景技术：
随着科技的发展与绿色能源的要求，电动车辆(Electric Vehicle)已渐渐地被引进车辆市场以取代传统使用石油的引擎车辆。一般而言，在电动车辆内的用电装置，除了电动马达外，尚有头灯、尾灯、方向灯、停车指示灯、喇叭与内建音响等，而在电动车辆内的电池模块，通常以锂离子电池作为主要储能单元，铅酸电池作为次要储能单元。所以，如果电池模块的供电运作与充电运作没有适应性地调配控制，则锂离子电池与铅酸电池的额定储能容量就无法做最有效的运用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具适应性充电机制的双电池供电系统，供电给一主要负载及一次要负载。本发明双电池供电系统包含一交流/直流转换器、一电连接于交流/直流转换器的主要储能单元、一电连接于交流/直流转换器及主要储能单元的直流/直流转换器、一电连接于直流/直流转换器的次要储能单元，及一电连接于直流/直流转换器、交流/直流转换器、主要储能单元与次要储能单元的控制器。交流/直流转换器将一外部电源提供的一交流电压转换为一第一直流电压。主要储能单元是供电给主要负载。当外部电源供电交流/直流转换器时，主要储能单元利用交流/直流转换器输出的第一直流电压进行充电。直流/直流转换器是根据一控制信号的致能运作将第一直流电压转换为一第二直流电压。次要储能单元是供电给次要负载。当直流/直流转换器根据控制信号的致能运作将第一直流电压转换为第二直流电压时，次要储能单元利用直流/直流转换器输出的第二直流电压进行充电。控制器是侦测次要储能单元的残电量与主要储能单元的残电量，并侦测交流/直流转换器是处于一闲置状态或一作用状态，据以提供控制信号。本发明的另一目的在于提供一种具适应性充电机制的双电池供电控制方法。本发明双电池供电控制方法包含侦测交流/直流转换器是处于一闲置状态或一作用状态，据以产生一第一侦测结果；侦测次要储能单元的残电量以产生一第二侦测结果； 以及根据第一侦测结果与第二侦测结果以决定是否要致能直流/直流转换器，据以利用一外部电源的电能或主要储能单元的残电量来充电次要储能单元。本发明的有益效果在于，通过控制器侦测次要储能单元的残电量，并侦测交流/ 直流转换器是处于闲置状态或作用状态，控制器可适应性地致能/禁能直流/直流转换器的转换运作，用来控制充电运作，进而控制对主要负载与次要负载的供电运作，据以将次要储能单元与主要储能单元的额定储能容量做最有效的运用，故确实能达成本发明的目的。
图1是一功能方块示意图，说明本发明双电池供电系统的较佳实施例处于外接充电模式；图2是一功能方块示意图，说明本发明双电池供电系统的较佳实施例处于自行充电模式；图3是一流程图，说明上述双电池供电控制方法的较佳实施例；图4是一时序示意图，说明本发明双电池供电方法处于外接充电模式的供电状态；图5是一时序示意图，说明本发明双电池供电方法处于自行充电模式的供电状态。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。参阅图1，本发明双电池供电系统100的较佳实施例包含一交流/直流转换器 110、一电连接于交流/直流转换器110的主要储能单元120、一电连接于交流/直流转换器 110的直流/直流转换器130、一电连接于直流/直流转换器130的次要储能单元140，及一电连接于直流/直流转换器130、交流/直流转换器110、主要储能单元120与次要储能单元140的控制器150。双电池供电系统100可供电给一主要负载160及一次要负载170。主要储能单元120包括至少一锂离子电池。次要储能单元140包括至少一铅酸电池。若双电池供电系统100装设于一电动车辆内，则主要负载160包括一用来带动车辆的电动马达，而次要负载170包括至少一头灯、至少一尾灯、至少一方向灯、至少一停车指示灯， 及一喇叭等用电装置。交流/直流转换器110是用来将一外部电源180提供的一交流电压转换为一第一直流电压Vdcl。主要储能单元120是用来供电主要负载160。当外部电源180供电交流/ 直流转换器110时，主要储能单元120利用交流/直流转换器110输出的第一直流电压Vdcl 进行充电。直流/直流转换器130是用来根据一控制信号&的致能运作将第一直流电压 Vdcl转换为一第二直流电压Vdc2。或者，直流/直流转换器130根据控制信号&的禁能 (Disable)运作以停止执行电压转换。次要储能单元140是用来供电次要负载170。当直流/直流转换器130根据控制信号&的致能运作将第一直流电压Vdcl转换为第二直流电压Vdc2时，次要储能单元140 利用直流/直流转换器130输出的第二直流电压Vdc2进行充电。控制器150是用来侦测主要储能单元120的残电量与次要储能单元140的残电量，并侦测交流/直流转换器110是处于一作用状态或一闲置状态，据以提供控制信号Sc, 作用状态就可判断为如图1的「外接充电模式」，闲置状态就可判断为如图2的「自行充电模式」。
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如图1是「外接充电模式」，若控制器150侦测次要储能单元140的残电量小于一第一充电临界值，则控制器150提供具致能状态的控制信号&以致能直流/直流转换器 130，将第一直流电压Vdcl转换为第二直流电压Vdc2，据以充电次要储能单元140。当交流/直流转换器110处于作用状态时，若控制器150侦测次要储能单元140的残电量大于一第一停充临界值，则控制器150提供具禁能状态的控制信号&以禁能直流/ 直流转换器130，据以停止充电次要储能单元140，如此可避免次要储能单元140发生过充现象而减损其使用寿命。参阅图2，「自行充电模式」下，若控制器150侦测主要储能单元120的残电量大于一免充临界值，且次要储能单元140的残电量小于一第二充电临界值，则控制器150提供具致能状态的控制信号&以致能直流/直流转换器130，将主要储能单元120约为第一直流电压Vdcl的一直流输出电压转换为第二直流电压Vdc2，据以充电次要储能单元140。当交流/直流转换器110处于闲置状态时，若控制器150侦测主要储能单元120 的残电量小于免充临界值，则控制器150提供具禁能状态的控制信号&以禁能直流/直流转换器130，据以停止充电次要储能单元140，如此可将主要储能单元120的残电量均用来供电主要负载160。当交流/直流转换器110处于闲置状态时，若控制器150侦测次要储能单元140的残电量大于一第二停充临界值，则控制器150提供具禁能状态的控制信号&以禁能直流/ 直流转换器130，据以停止充电次要储能单元140，如此可避免次要储能单元140发生过充现象而减损其使用寿命。免充临界值是对应于主要储能单元120的额定储能容量的一第一预设百分比值， 本实施例为10%，代表主要储能单元120本身的剩余电力已不足，因此不供电给次要储能单元140充电。第一 /第二充电临界值是分别对应于「外接充电模式」/「自行充电模式」的次要储能单元140的额定储能容量的一第二预设百分比值，本实施例分别为95%及50%，需注意的是，如本实施例的第二充电临界值50%低于第一充电临界值95%，也就是在「自行充电模式」下，次要储能单元140的残电量如果足够就无须充电，如此可避免主要储能单元120 消耗过多的电力供应给次要储能单元140。第一 /第二停充临界值是对应于「外接充电模式」/「自行充电模式」的次要储能单元140的额定储能容量的高于第二预设百分比值的一第三预设百分比值，本实施例分别为100%及70%，需注意的是，如本实施例的第二停充临界值70%低于第一停充临界值 100%,也就是在「自行充电模式」下，次要储能单元140充电至一定程度的残电量就无须再充满，如此可避免主要储能单元120消耗过多的电力供应给次要储能单元140 ；又第一预设百分比值、第二预设百分比值与第三预设百分比值可为内定值或用户设定值，不以本实施例所提数值为限制。参阅图3，本发明双电池供电系统100的供电控制方法的较佳实施例通过流程200 说明如下。在供电控制器150后(步骤S210)，控制器150侦测交流/直流转换器110是否处于作用状态(步骤S215)；当交流/直流转换器110处于作用状态时判断为「外接充电模式」；当交流/直流转换器110处于闲置状态时判断为「自行充电模式」。
配合图1及图4，在外接充电模式下，控制器150侦测次要储能单元140的残电量是否小于第一充电临界值(步骤S220)，本实施例为95%;若次要储能单元140的残电量小于第一充电临界值，则致能直流/直流转换器130利用外部电源180的电能以充电次要储能单元140 (步骤S22Q，否则禁能直流/直流转换器130以停止充电次要储能单元140 (步骤S^O。当致能直流/直流转换器130以充电次要储能单元140后，控制器150侦测次要储能单元140的残电量是否大于第一停充临界值(步骤S230)，本实施例为100% ；若次要储能单元140的残电量大于第一停充临界值，则禁能直流/直流转换器130以停止充电次要储能单元140 (步骤，否则继续利用外部电源180的电能以充电次要储能单元140 (步骤 S225)。配合图2及图5，在自行充电模式下，交流/直流转换器110不作用，控制器150侦测主要储能单元120的残电量是否大于免充临界值(步骤S250)，本实施例为10%;若主要储能单元120的残电量不大于免充临界值，则禁能直流/直流转换器130以停止充电次要储能单元140(步骤5 。当主要储能单元120的残电量大于免充临界值时，控制器150 侦测次要储能单元140的残电量是否小于第二充电临界值(步骤S255)；若次要储能单元 140的残电量小于第二充电临界值，在本实施例为50%，则致能直流/直流转换器130利用主要储能单元120的残电量以充电次要储能单元140(步骤S260)，否则禁能直流/直流转换器130以停止充电次要储能单元140(步骤。当致能直流/直流转换器130利用主要储能单元120的残电量以充电次要储能单元140后，控制器150侦测次要储能单元140的残电量是否大于第二停充临界值(步骤 S265)，在本实施例为70%，并侦测主要储能单元120的残电量是否大于免充临界值(步骤 S270)；若次要储能单元140的残电量大于第二停充临界值或主要储能单元120的残电量不大于免充临界值，则禁能直流/直流转换器130以停止充电次要储能单元140 (步骤， 否则继续利用主要储能单元120的残电量以充电次要储能单元140(步骤S^K))。综上所述，在本发明双电池供电系统100的运作中，通过控制器150侦测次要储能单元140的残电量与主要储能单元120的残电量，并侦测交流/直流转换器110是处于闲置状态或作用状态，控制器150可适应性地致能/禁能直流/直流转换器130的转换运作， 用来控制充电运作，进而控制对主要负载160与次要负载170的供电运作，据以将次要储能单元140与主要储能单元120的残电量做最有效的运用，故确实能达成本发明的目的。
权利要求
1.一种双电池供电系统，用来供电给一主要负载及一次要负载，其特征在于双电池供电系统包含一交流/直流转换器，将一外部电源提供的一交流电压转换为一第一直流电压；一主要储能单元，电连接于交流/直流转换器，主要储能单元是供电给主要负载，其中当外部电源供电交流/直流转换器时，主要储能单元利用交流/直流转换器输出的第一直流电压进行充电；一直流/直流转换器，电连接于交流/直流转换器及主要储能单元，直流/直流转换器是根据一控制信号的致能运作将第一直流电压转换为一第二直流电压；一次要储能单元，电连接于直流/直流转换器，次要储能单元是供电给次要负载，其中当直流/直流转换器根据控制信号的致能运作将第一直流电压转换为第二直流电压时，次要储能单元利用直流/直流转换器输出的第二直流电压进行充电；一控制器，电连接于直流/直流转换器、交流/直流转换器、主要储能单元与次要储能单元，控制器侦测次要储能单元的残电量，并侦测交流/直流转换器是处于一闲置状态或一作用状态，据以提供控制信号。
2.如权利要求1所述的双电池供电系统，其特征在于控制器进一步侦测主要储能单元的残电量，据以提供控制信号。
3.如权利要求2所述的双电池供电系统，其特征在于当交流/直流转换器是处于闲置状态时，若控制器侦测主要储能单元的残电量大于一免充临界值，且次要储能单元的残电量小于一充电临界值，则控制器提供具致能状态的控制信号以致能直流/直流转换器， 将主要储能单元约为第一直流电压的一直流输出电压转换为第二直流电压，据以充电次要储能单元。
4.如权利要求3所述的双电池供电系统，其特征在于免充临界值是对应于主要储能单元的额定储能容量的一第一预设百分比值，充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
5.如权利要求3所述的双电池供电系统，其特征在于若控制器侦测主要储能单元的残电量小于免充临界值，则控制器提供具禁能状态的控制信号以禁能直流/直流转换器， 据以停止充电次要储能单元。
6.如权利要求3所述的双电池供电系统，其特征在于若控制器侦测次要储能单元的残电量大于一停充临界值，则控制器提供具禁能状态的控制信号以禁能直流/直流转换器，据以停止充电次要储能单元。
7.如权利要求6所述的双电池供电系统，其特征在于免充临界值是对应于主要储能单元的额定储能容量的一第一预设百分比值，充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，停充临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的高于第二预设百分比值的一第三预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
8.如权利要求1所述的双电池供电系统，其特征在于当交流/直流转换器是处于作用状态时，若控制器侦测次要储能单元的残电量小于一第一充电临界值，则控制器提供具致能状态的控制信号以致能直流/直流转换器，将第一直流电压转换为第二直流电压，据以充电次要储能单元。
9.如权利要求8所述的双电池供电系统，其特征在于若控制器侦测次要储能单元的残电量大于一第一停充临界值，则控制器提供具禁能状态的控制信号以禁能直流/直流转换器，据以停止充电次要储能单元。
10.如权利要求9所述的双电池供电系统，其特征在于第一充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，第一停充临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的高于第二预设百分比值的一第三预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
11.如权利要求1所述的双电池供电系统，其特征在于主要储能单元包括一锂离子电池。
12.如权利要求1所述的双电池供电系统，其中，次要储能单元包括一铅酸电池。
13.—种双电池供电系统的控制方法，该双电池供电系统包括能量储能装置和与能量储能装置电连接的控制器，能量储能装置包括一主要储能单元、一次要储能单元、一交流/ 直流转换器与一直流/直流转换器，其特征在于所述控制方法包含(a)侦测交流/直流转换器是处于一闲置状态或一作用状态，据以产生一第一侦测结果；(b)侦测次要储能单元的残电量以产生一第二侦测结果；及(c)根据第一侦测结果与第二侦测结果以决定是否要致能直流/直流转换器，据以利用一外部电源的电能或主要储能单元的残电量来充电次要储能单元。
14.如权利要求13所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于所述控制方法还包含(a)侦测主要储能单元的残电量以产生一第三侦测结果；及(b)根据第一侦测结果、第二侦测结果与第三侦测结果以决定是否要致能直流/直流转换器，据以利用外部电源的电能或主要储能单元的残电量来充电次要储能单元。
15.如权利要求14所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于当交流/直流转换器是处于闲置状态时，若主要储能单元的残电量大于一免充临界值，且次要储能单元的残电量小于一充电临界值，则致能直流/直流转换器利用主要储能单元的残电量以充电次要储能单元。
16.如权利要求15所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于若主要储能单元的残电量小于免充临界值，则禁能直流/直流转换器以停止充电次要储能单元，其中免充临界值是对应于主要储能单元的额定储能容量的一第一预设百分比值，充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
17.如权利要求15所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于若次要储能单元的残电量大于一第一停充临界值，则禁能直流/直流转换器以停止充电次要储能单元，其中免充临界值是对应于主要储能单元的额定储能容量的一第一预设百分比值，充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，第一停充临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的高于第二预设百分比值的一第三预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
18.如权利要求13所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于当交流/直流转换器是处于作用状态时，若次要储能单元的残电量小于一第一充电临界值，则致能直流/直流转换器利用外部电源的电能来充电次要储能单元。
19.如权利要求18所述的双电池供电系统的控制方法，其特征在于若次要储能单元的残电量大于一第一停充临界值，则禁能直流/直流转换器以停止充电次要储能单元，其中第一充电临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的一第二预设百分比值，第一停充临界值是对应于次要储能单元的额定储能容量的高于第二预设百分比值的一第三预设百分比值，所述预设百分比值为内定值或用户设定值。
全文摘要
一种双电池供电系统，包含一将一外部电源提供的交流电压转换为直流电压的交流/直流转换器、一供电一主要负载的主要储能单元、一直流/直流转换器、一供电一次要负载的次要储能单元，及一控制器。主要储能单元利用交流/直流转换器输出的直流电压进行充电。直流/直流转换器是根据一控制信号的致能运作将交流/直流转换器或主要储能单元输出的直流电压转换为另一直流电压，据以充电次要储能单元。控制器是侦测次要储能单元的残电量，并侦测交流/直流转换器是处于闲置状态或作用状态，据以提供控制信号。
文档编号B60L11/18GK102570511SQ201010576529
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者丘国彰, 李崇智, 陈彦成 申请人:台湾动能系统股份有限公司