专利名称：混成供电装置及其电源管理方法
技术领域：
本发明为一种混成(hybrid)供电装置及其电源管理方法。
背景技术：
近年来在电池供电的研究领域上，除了以往对电池要求要能体积小、供电时间久外，环保意识的加入使得电池的走向不仅要能体积小、供电时间久，更要能够重复使用且对环境不会造成危害，因此许多新兴种类的电池也应运而生，例如太阳能电池和燃料电池就是其中一部分。然而这类电池在使用上多有限制。例如燃料电池的电能产生需要经由内部化学反应产生电动势并供应足够的电流，因此其输出的电性参数(如电压、电流、功率等等)受到内部氧化还原反应的各种因素影响很大。此外，燃料电池在高功率输出时，燃料电池内的化学能转换成电能的效率不佳，对于燃料电池使用的时间会有大幅的影响。因此单是利用燃料电池作为供电来源在效率上是非常不实用，所以便以搭配其它供电来源以成为一个混成供电装置，改善原先单以燃料电池对于高功率输出时效能不佳的结果。
图1为现有技术中关于燃料电池混成供电装置10的架构图。在图1中燃料电池11提供电能输出至一直流电源转换器12。此时利用一二次电池13的分压V与一工作参考电压VREF，透过一运算放大器16传送一电压至一控制单元15。该控制单元15根据由运算放大器16传送的电压送出一控制信号17至该直流电源转换器12，调节该直流电源转换器12的输出电压Vout。然而，如果燃料电池11的最大输出功率已不足以应付直流电源转换器12提供负载14的需求，或燃料电池11本身燃料容量不足(换言之即是电容量不足)时，都会使得燃料电池11的输出电压持续下降，直到燃料电池无法正常使用。为了防止这样的情形，燃料电池11必须能满足各种情形下，其最大输出功率都能超出直流电源转换器12的需求，换言之必须以更高的成本、重量和空间才能使燃料电池11达到这样需求，而这又与我们对电池能轻量化的需求背道而驰。
图2为美国专利US 6590370的一架构图。该专利是以燃料电池21的一状态数值(如电压、电流)与一工作参考电压VREF产生反馈控制的信号，来调整直流电源转换器22对燃料电池21汲取电能的多寡，可对燃料电池21的电能转换效率的提升达到一定效果，也可避免发生燃料电池21发生无法正常使用的情形。燃料电池21操作期间会因为燃料的浓度改变或电池本身的温度变化而造成电极电位的改变，影响燃料电池21的电流输出，但在一定范围内可经由反馈机制与二次电池23的控制，控制直流电源转换器22汲取电流的大小，维持燃料电池21的电压输出。虽然在一定范围内反馈机制与二次电池23可以调节燃料电池的输出功率与负载24的需求功率的差别，但是当二次电池23充饱或二次电池23已达放电截止电压时，二次电池23便失去调节的功能，更可能因此造成二次电池23的损坏。
图3为美国专利US 6590370的一电路架构图。由该图可得知燃料电池31的输出电压与一工作参考电压VREF透过一运算放大器32后产生一控制信号VCONTROL，该控制信号VCONTROL送入一电源转换器33中。电源转换器33为一升压式直流电源转换器(boost-type DC-DC power converter)，在本例中为一MAXIM晶片(晶片编号MAX 1701)，该晶片再与其它元件构成我们可见的直流电源转换器34。当二次电池36充饱时，如果燃料电池31继续输出功率给二次电池36，则可能造成二次电池36的损坏，因此美国专利US 6590370提供一保护电路35，用以保护二次电池36。保护电路35为一电流分流调节电路(shunt voltage regulator)，当二次电池36的电压已到达充电截止电压(表示二次电池已经充饱)，此时燃料电池31输出的电压仅有极少的部分会传送到二次电池36(二次电池在充饱时并非停止充电，而是以极微小电流充电)，其余都传送到保护电路35，多余的电能会在保护电路35中转换成热能消失。如此便可避免二次电池36损坏而且又能提高燃料电池31的使用效率。这么一来虽然解决了二次电池36损坏的问题，但是借由将多余的电能转为热能消耗的方法不但浪费燃料电池31的燃料而且更可能造成系统热能管理的负担。另一方面，如果负载37持续维持高功率需求，迫使二次电池36必须持续输出功率，也可能使得二次电池36电量耗尽，电压到达放电截止电压，发生供电失败(power failure)的情形。
虽然上述现有技术提供了混成供电装置的电源管理方法，但是仍有燃料电池使用效率不彰以及浪费燃料电池电能的情形发生，因此如何能兼顾燃料电池与二次电池的使用效率，使混成装置的电源管理效果更佳则为本发明的主要目的。
发明内容
本发明提供一混成电池的电源管理方法和系统，特别是能针对主要电池与二次电池的容量状态作为控制因素的电源管理方法和系统。
本发明提供一种混成供电装置的电源管理方法，包括提供一二次电池、一主要电池以及一直流电源转换器。侦测该二次电池的电压，并根据一二次电池电压与电容量对照表求得该二次电池的电容量状态。当该二次电池的电容量小于一第一预定值时，控制该直流电源转换器使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数，以及当该二次电池的电容量大于等于一第二预定值时，使该直流电源转换器输出一第二电压。
本发明更提供一种混成供电装置，包括一主要电池，具有一电能输出端。一二次电池，具有一电能输入端。一控制单元，用以取得该主要电池的一第一状态信号与该二次电池的一第二状态信号，并输出一控制信号。以及一直流电源转换器，具有一第一电能输入端耦接该主要电池的电能输出端，一第一电能输出端耦接该二次电池的电能输入端，接收该控制单元传送的该控制信号，调整该直流电源转换器的输入与输出电压。当该二次电池的容量小于一第一预定值时，该控制单元送出该控制信号，控制该直流电源转换器使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数，当该二次电池的容量大于一第二预定值时，控制单元输出该控制信号，使该直流电源转换器输出一第二固定电压。当该二次电池的容量大于该第二预定值，小于该第一预定值时，该控制单元输出该控制信号，增加该主要电池输入该直流电源转换器的电压。
本发明还提供一种混成供电装置，所述混成供电装置包括一主要电池；一输入量测单元，电连接该主要电池，根据该主要电池的一第一电性参数输出一第一信号；一二次电池组，具有一个或多个二次电池单元；一输出量测单元，电连接该二次电池组，根据该二次电池组的一第二电性参数输出一第二信号；一控制单元接收该第一信号与该第二信号并输出一第三信号，其中该第三信号为该第一信号与该第二信号两者其中之一；以及一直流电源转换器，电连接该主要电池与该二次电池组，根据该第三信号调节该直流电源转换器的具有一第一电性参数的输入与一输出电压，当该二次电池组的容量小于一第一预定值时，该直流电源转换器根据该第三信号使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数，当该二次电池组的容量大于等于一第二预定值时，该直流电源转换器根据该第三信号输出一第二电压。
本发明所述混成供电装置及其电源管理方法，可兼顾燃料电池与二次电池的使用效率，使混成装置的电源管理效果更佳。
图1为现有技术中燃料电池混成供电装置的架构图；图2为美国专利US 6590370的一方块架构图；图3为美国专利US 6590370的一电路架构图；图4a为本发明的一方块示意图；图4b为本发明的另一架构图；图5为本发明的第一个实施例的架构图；图6为应用图5的实施例的燃料电池电压VF与二次电池电压VS的一对照图；图7为本发明的第二个实施例的架构图；图8为应用图7的实施例的燃料电池电压VF与二次电池电压VS的一对照图；图9为本发明的第三个实施例的架构图；图10为应用图9的实施例的燃料电池电压IF与二次电池电压VS的一对照图；图11为本发明的第四个实施例的示意图；图12为本发明的第五个实施例的示意图；图13为本发明的第六个实施例的示意图；图14为本发明的第七个实施例的示意图；图15为图14中控制单元144的一电路示意图；图16为图14中控制单元144的另一电路图；图17为图14中输入量测单元145的一电路图；图18为图14中输出量测单元146的一电路图；
图19为一反馈信号产生电路；图20为在图14中的输入量测单元145加入一反馈信号的示意图；图21为在图14中的输出量测单元146加入一反馈信号的示意图。
具体实施例方式
为了解决现有技术的问题，本发明提供一种混成供电装置的电源管理方法，包括提供一二次电池、一主要电池以及一直流电源转换器。侦测该二次电池的电压，并根据一二次电池电压与电容量对照表求得该二次电池的电容量状态。当该二次电池的电容量小于一第一预定值时，控制该直流电源转换器使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数，以及当该二次电池的电容量大于等于一第二预定值时，使该直流电源转换器输出一第二电压。
图4a为本发明的一架构图，该架构图表示连接一负载装置47的一混成供电装置40的功能方块图，其中状态侦测器45和状态侦测器46分别用以侦测主要电池41和二次电池43的状态数值(例如电压或电流)，并将侦测到的状态数值转换为一电压信号，传送给控制单元44。控制单元44则根据接收到的电压信号，决定一控制信号48输出至直流电源转换器42，直流电源转换器42则根据该控制信号48调节其输入电压Vin或输出电压Vout。当该二次电池43的电压小于一第一预定值时，该控制单元44送出一控制信号48，使该主要电池41输入该直流电源转换器42一固定电压。当该二次电池43的电压大于等于一第二预定值时，控制单元44输出一控制信号48，使该直流电源转换器42输出一固定电压。当该二次电池43的电压大于该第一预定值，小于该第二预定值时，该控制单元44输出一控制信号48，增加该主要电池41输入该直流电源转换器42的电压。
图4b为本发明的另一架构图，该架构图表示连接一负载装置407的一混成供电装置400的功能方块图。状态侦测器405和状态侦测器406分别用以侦测主要电池401和二次电池403的状态数值(例如电压或电流)，并将侦测到的状态数值转换为一电压信号，传送给控制单元404。控制单元404则根据接收到的电压信号，输出一控制信号408至直流电源转换器402或输出一控制信号409至开关单元410。直流电源转换器402则根据该控制信号408调节其输入电压Vin或输出电压Vout，开关单元410根据控制信号409决定燃料电池是否继续输出能量至直流电源转换器402。当该二次电池403的电压小于一第一预定值时，该控制单元404送出一控制信号408，使该主要电池401输入该直流电源转换器402一固定电压。当该二次电池403的电压大于等于一第二预定值时，控制单元404输出一控制信号409至开关单元410，断开主要电池410与直流电源转换器402之间的能量传输，直到二次电池403的电压小于该第二预定值时，才又使主要电池401继续传输能量至直流电源转换器402。当该二次电池403的电压大于该第一预定值，小于该第二预定值时，该控制单元404输出一控制信号408，增加该主要电池401输入该直流电源转换器402的电压。
本发明所使用的主要电池可为燃料电池或太阳能电池所组成，二次电池可为锂离子二次电池、镍氢电池或是铅酸电池所组成。本说明书中即以燃料电池为主要电池，锂离子电池为二次电池为例作说明，其中该主要电池即以32个直接甲醇燃料电池(DMFC)单元串接组成，而该二次电池则以三个锂离子电池单元串接所组成。
请参考图5。图5为本发明的第一个实施例的架构图，其中控制单元56则以一电路详细表示，但并非用以将该控制单元56限制为该电路。电压量测单元54用以量测燃料电池51的电压VF，并转换成一电压信号Vin，电压量测单元55用以测量二次电池53的电压VS，并转换成一电压信号Vout，在本实施例中以VF＝Vin作说明。
当二次电池电压VS高于12.25V(表示该二次电池充饱的电压)时，其电压信号Vout将高于2.5V(即为预定的控制目标点，也就是工作参考电压Vref)，二极管DQ因此被导通，使反馈电压VFB直接追随Vout(VFB＝Vout)，直流电源转换器52在接收到反馈电压信号VFB后，也使得燃料电池51被汲取较少的电能，直到二次电池53的电压等于12.25V为止。当二次电池53电压低于12.25V时，二极管DQ不导通，此时反馈电压VFB的大小是由Vin控制。当Vin为8V(燃料电池的最低工作电压，对应该电压时燃料电池具有可容忍最差燃料转换效率输出)时，VFB刚好为2.5V。当Vin升高时，VFB下降，直流电源转换器52在接收到反馈电压信号VFB后，也使得燃料电池51被汲取较多的电能，因而降低燃料电池51的电压，使反馈电压VFB达到预定的控制目标点。因此在本实施例中，当二次电池53充饱时，燃料电池51的电压VF会依据负载57的功率需求而变动，但直流电源转换器52则输出定电压；当二次电池53未达充饱状态时，则燃料电压51以一预设的最低电压操作，提供该情况下可输出的最大功率，使二次电池53能尽速充电。
图6为应用图5的实施例的燃料电池电压VF与二次电池电压VS的一对照图。其中Vos为二次电池的充电截止电压(充饱时的电压)，Vis为燃料电池的一预设最低的电压，且对应该电压Vis时，燃料电池具有一可容忍最差燃料转换效率。由图6可以知道，当二次电池电压低于Vos时(表示二次电池未充饱)，燃料电池则以固定电压Vis输出(表示燃料电池以可容忍最差燃料转换效率输出)，当二次电池电压等于Vos(二次电池已充饱)，则固定直流电源转换器的输出电压为Vos，且依据负载的功率需求提高燃料电池的电压，以降低燃料电池的功率输出，增进燃料电池的使用效率。
图7为本发明的第二个实施例的架构图，其中控制单元76则以一电路详细表示，但并非用以将该控制单元76限制为该电路。电压量测单元74用以量测燃料电池71的电压VF，并转换成一电压信号Vin，电压量测单元75用以测量二次电池73的电压VS，并转换成一电压信号Vout，在本实施例中以VF＝Vin作说明。
在本实施例中，为了提高燃料电池71的使用效率，因而对燃料电池的电压进行多点(或多段)控制，本实施例则以二次电池73提供两控制点为例说明。当VS电压低于11.4V(二次电池73的第一个控制点，其中每一锂离子电池单元电压3.8V)时，如同第一个实施例，直流电源转换器72控制燃料电池71的输出，使Vin维持在8V。当VS电压位于11.4V～12.25V(二次电池73的第二个控制点)之间时，则用一转换电路以调整燃料电池71以等比例从8V(燃料电池71的最低工作电压，每一燃料电池单元电压为0.25V)往上增加至11.2V(本实施例中二次电池73充饱时，燃料电池71的对应电压，其中每一燃料电池单元电压为0.35V)，最后当VS电压为12.25V(每一锂离子电池单元电压4.08V)时，直流电源转换器72转为定输出电压控制，维持VS电压为12.25V。因此在本实施例中，当二次电池73充饱时(二次电池电压到达12.25V)，燃料电池71的电压依负载77的功率需求而变动，直流电源转换器72则是固定一输出电压。当二次电池73的电压低于一控制电压时，则燃料电池71则以一预设的最低电压输出，提供燃料电池71所能提供的最大功率，尽速替二次电池73充电，直流电源转换器72则是固定一输入电压。当二次电池73的电压高于该控制电压(二次电池73的第一个控制点)，二次电池73有相当量的电能但仍未充饱时，燃料电池71逐渐提高工作电压，降低燃料电池71的输出功率，这也使得燃料电池71本身电能转换效率提高，使燃料电池71的使用效能更佳。
图8为应用图7的实施例的燃料电池电压VF与二次电池电压VS的一对照图。其中Vos为二次电池的充电截止电压(充饱时的电压)，Vos1为二次电池的一控制参考电压，Vis为燃料电池的一预设最低的电压，且对应该电压时，燃料电池具有一可容忍最差燃料转换效率。由图8可以知道，当二次电池电压低于Vos1时，使燃料电池输出电压维持在预设的最低电压。当二次电池电压高于Vos1，小于Vos时，逐渐提高燃料电池的输出电压，直到二次电池电压等于Vos(二次电池已充饱)，则固定直流电源转换器的输出电压为Vos，且依据负载的功率需求提高燃料电池的电压。虽然以这样的方法会使得二次电池充饱电的时间增加，但针对燃料电池的特性作供电也使得燃料电池的使用效率更佳。
图9为本发明的第三个实施例的架构图，其中控制单元96则以一电路详细表示，但并非用以将该控制单元96限制为该电路。电流量测单元94用以量测燃料电池91的电流IF，并转换成一电压信号Vin，电压量测单元95用以测量二次电池93的电压VS，并转换成一电压信号Vout。在本实施例中，电流量测单位94可使用霍尔元件(Hall element)直接量测燃料电池91的电流大小，或使燃料电池91输出电流流经一小电阻测量其压降后求得电流大小，并将该电流信号转换为一电压信号传送至控制单元96。
在本实施例中，于电流量测单元94设定所需的最大电流为1.2A，且对应该电流的转换后的电压信号Vin为2.5V。如同第一个实施例中控制单元56，本实施例中控制单元96的运作与该控制单元56相似，不同的是第一个实施例中控制单元56以燃料电池51的电压作为控制，而本实施例中控制单元96则以燃料电池91的电流作为控制。当二次电池93的电压VS高于12.25V(表示二次电池93充饱)时，其电压信号Vout将高于2.5V，二极管D1因此被导通，使反馈电压VFB直接追随Vout(VFB＝Vout)，直流电源转换器92在接收到反馈电压信号VFB后，也使得燃料电池91被汲取较少的电能，直到二次电池93的电压等于12.25V为止。当Vout电压低于12.25V时，为使传送至直流电源转换器92的反馈电压VFB为2.5V，则Vin必须固定为2.5V，换言之燃料电池91必须以固定电流1.2A(燃料电池91的最大输出电流，表示燃料电池91以可容忍最差燃料转换效率下的最大电流输出)输出。因此在本实施例中，当二次电池93充饱时，燃料电池91的输出电流IF会依据负载的功率需求而变动，但直流电源转换器92则输出定电压；当二次电池93未达充饱状态时，则燃料电压91以一预设的最大电流输出，提供该情况下可输出的最大功率，使二次电池93能尽速充电。
图10为应用图9的实施例的燃料电池电压IF与二次电池电压VS的一对照图。其中Vos为二次电池的充电截止电压(充饱时的电压)，Iis为燃料电池的一预设最大的输出电流，且对应该电流时，燃料电池具有一可容忍最差燃料转换效率下的最大输出功率。由图10可以得知，当二次电池电压低于Vos时(二次电池未充饱)，燃料电池则以固定电流Iis输出(以最大功率输出)，当二次电池电压等于Vos(二次电池已充饱)，则固定直流电源转换器的输出电压为Vos，且依据负载的功率需求减少燃料电池的输出电流，以降低燃料电池的功率输出，增进燃料电池的使用效率。
图11为本发明的第四个实施例的示意图。功率量测单元115量测主要电池111的功率后，转换为一电压信号传送至控制单元114，电压量测单元116量测二次电池113的电压后，转换为一电压信号传送至控制单元114。在本实施例中，于功率量测单元115中设定燃料电池111最大输出功率为10W，且对应该功率转换后的电压信号为2.5V。当二次电池113的电压小于12.25V时(表示二次电池未充饱)，控制单元114输出一控制信号118，使得燃料电池111输入直流电源转换器112最大输出功率。当二次电池113的电压大于等于12.25V(表示二次电池已充饱)时，控制单元114输出一控制信号118，使直流电源转换器输出一固定电压(12.25V)。在本实施例中，亦可对燃料电池111进行多点(或多段)控制。当二次电池的电压位于11.4V～12.25V时，控制单元114输出一控制信号118，减少主要电池输入至直流电源器112的功率。因此在本实施例中，当二次电池113充饱时(二次电池电压到达12.25V)，燃料电池111的电压依负载117的功率需求而变动，直流电源转换器112则是固定一输出电压。当二次电池113的电压低于一控制电压时，则控制单元114输出控制信号118，使燃料电池111则以最大功率输出至直流电源转换器112，尽速替二次电池113充电，此时直流电源转换器112则是固定一输入功率。当二次电池113的电压高于该控制电压(二次电池113的第一个控制点)，二次电池113有相当量的电能但仍未充饱时，燃料电池111降低输出功率，使得燃料电池111本身电能转换效率提高，使用效能更佳。
图12为本发明第五个实施例的示意图。在本实施例中，我们选用一最大功率追踪器125来追踪主要电池121的最大功率，控制单元124则根据电压量测单元126的信号决定此时直流电源转换器122的动作。当二次电池123充饱时，控制单元124输出控制信号128，固定直流电源转换器122的输出电压，此时燃料电池121的输出功率依照负载127的需求决定。当二次电池123的电压低于一预定值时，控制单元124输出控制信号128，使主要电池121以此时最大功率输出至直流电源转换器122，使二次电池123尽速充电。
图13为本发明第六个实施例示意图。本实施例的控制方式与前述实施例不同处在于将前述实施例的控制方式由原先的模拟控制改为数字控制。模拟数字转换器135与136分别量测到主要电池131与二次电池133的电性参数，如电压、电流或功率，将其转换为数字信号传送至控制单元134(控制单元134可为一微处理器如8051、PIC系列或DSP处理器)。控制单元134根据模拟数字转换器135与136的信号决定一输出信号，并透过一数字模拟转换器(图上未绘出)转换为控制信号138对直流电源转换器132控制。利用本实施例的控制方式可减少电路的复杂性，而且可以透过软件或韧体的更新，更改控制单元134的控制方式。此外，利用数字方式可更精准的控制燃料电池131与二次电池133的电压，如果要对燃料电池131执行多点控制，可得到更好的效果。
图14为根据本发明的第七个实施例的示意图。再本实施例中提供一包括一主要电池141与一二次电池组143组成的一混成供电装置140，其中该二次电池组143具有一个或多个二次电池单元。该混成供电装置140更包括一直流电源转换器142，该直流电源转换器142接受一控制单元144输出的控制信号Z，调节该直流电源转换器142的输入与输出。该控制单元144接受一输入量测单元145输出的第一信号X与一输出量测单元146输出的第二信号Y，产生一控制信号Z并输出至该直流电源转换器142。该输入量测单元145耦接该主要电池141，量测该主要电池141的电流、电压或功率，并转换为一第一信号X。该输出量测单元146耦接该二次电池组143，量测该二次电池组143的总电压、单一二次电池单元的电压或该二次电池组143的残电容量，并转换为一第二信号Y。
图15为图14中控制单元144的一电路示意图。在本实施例中第一信号X与第二信号Y透过一比较器151决定控制信号Z为第一信号为X或为第二信号Y。在本实施例中，当二次电池组143的容量小于一第一预定值时，该控制信号Z为该第二信号Y，当该二次电池组143的容量大于一第二预定值时，该控制信号Z为该第一信号X。借由控制单元144输出的控制信号Z，使得直流电源转换器142在该二次电池组143的容量小于一第一预定值时，使该燃料电池141输出至该直流电源转换器一固定电压、电流或功率。当该二次电池组143的容量大于一第二预定值时，该直流电源转换器142输出一固定电压至该二次电池组143。
图16为图14中控制单元144的另一电路图。在本控制单元144的电路图中，借由运算放大器161与162以及二极管163来比较第一信号X与第二信号Y的大小，并取两者信号较大者为控制信号Z。当该控制信号Z为第二信号Y时，该直流电源转换器142输出一固定电压至该二次电池组143。当该控制信号Z为该第一信号X时，使该燃料电池141输出至该直流电源转换器一固定电压、电流或功率。
为使本实施例更易了解，本实施例更提供输入量测单元145与输出量测单元146的电路图。图17为图14中输入量测单元145的一电路图。主要电池141的电压Vfc透过一比较器171与一参考电压Vref比较得到一第一信号X。图18为图14中输出量测单元146的一电路图。二次电池组的电压Vs透过电阻R1与电阻R2的分压，产生一第二信号Y。本实施例以图17与图18的输入量测单元145电路图与输出量测单元146为例，但并非以此限制本发明。在图17中的输入量测单元是为一电压量测单元，然可视需求变更为电流量测单元或功率量测单元。图18的输出量测单元是为一电压量测单元，是用以量测二次电池组143的总电压，亦可视需求变更为单一二次电池单元的电压量测单元或为一二次电池组143的残电容量量测单元。
为使本实施例能得到更佳的控制，本实施例更提供一反馈信号产生电路。图19为一反馈信号产生电路。在本电路中以二次电池组143的总电压Vs为一反馈电压，透过至少一个的比较器与一比较电压Vref比较，产生一反馈信号Q。该反馈信号Q取代图17中的参考电压Vref，改变第一信号X，如图20所示，借由这样的反馈控制可以在二次电池组143的容量介于该第一预定值与该第二预定值时，调整主要电池141输入到直流电源转换器142的电压、电流或功率。图21为在图14中的输出量测单元146加入一反馈信号的示意图，在本实施例中在输出量测单元146加入反馈信号Q的控制，在本实施例中的反馈信号Q是将图19的反馈信号产生电路中的二次电池组143的总电压Vs更改为主要电池的电压Vfc，再与一参考电压Vref比较所产生，用以改变第二信号Y，借由这样的反馈控制可以在二次电池组143的容量介于该第一预定值与该第二预定值时，调整主要电池141输入到直流电源转换器142的电压、电流或功率。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下10混成供电装置11燃料电池12直流电源转换器13二次电池14负载
15控制单元16运算放大器21燃料电池22直流电源转换器23二次电池24负载25运算放大器26控制单元31燃料电池32运算放大器33电源转换器34直流电源转换器35保护电路36二次电池37负载41主要电池40混成供电装置42直流电源转换器43二次电池44控制单元45状态侦测器46状态侦测器47负载48控制信号401主要电池402直流电源转换器403二次电池
404控制单元405状态侦测器406状态侦测器407负载408控制信号409控制信号410开关单元400混成供电装置51燃料电池52直流电源转换器53二次电池54电压量测单元55电压量测单元56控制单元57负载71燃料电池72直流电源转换器73二次电池74电压量测单元75电压量测单元76控制单元77负载91燃料电池92直流电源转换器93二次电池94电流量测单元95电压量测单元
96控制单元97负载111主要电池112直流电源转换器113二次电池114控制单元115功率量测单元116电压量测单元117负载118控制信号121主要电池122直流电源转换器123二次电池124控制单元125最大功率追踪单元126电压量测单元127负载128控制信号131主要电池132直流电源转换器133二次电池134控制单元135模拟数字转换单元136模拟数字转换单元137负载138控制信号140混成供电装置
141主要电池142直流电源转换器143二次电池组144控制单元145输入量测单元146输出量测单元151比较器161、162运算放大器163二极管
权利要求
1.一种混成供电装置的电源管理方法，其特征在于所述混成供电装置的电源管理方法包括提供一二次电池；提供一主要电池；提供一直流电源转换器；取得该二次电池的容量状态；当该二次电池的容量小于一第一预定值时，控制该直流电源转换器使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数。
2.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为电压。
3.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为电流。
4.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为功率。
5.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于更包括当该二次电池的容量大于等于一第二预定值时，使该直流电源转换器输出具有一第二固定值的第二电性参数。
6.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于更包括当该二次电池的容量大于等于一第二预定值时，断开主要电池与直流电能转换器之间的能量传输。
7.根据权利要求5所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为电压，且当该二次电池的容量大于该第一预定值且小于该第二预定值时，根据该二次电池容量的增加而提高该主要电池输入该直流电源转换器的电压。
8.根据权利要求5所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为电流，且当该二次电池的容量大于该第一预定值时且小于该第二预定值时，根据该二次电池容量的增加而降低该主要电池输入该直流电源转换器的电流。
9.根据权利要求5所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一电性参数为功率，且当该二次电池的容量大于该第一预定值时且小于该第二预定值时，根据该二次电池容量的增加而降低该主要电池输入该直流电源转换器的功率。
10.根据权利要求5所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第二电性参数为电压。
11.根据权利要求1所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于更包括提供一二次电池电压与电容量对照表；以及侦测该二次电池的电压，根据该二次电池电压与电容量对照表求得该二次电池的容量状态。
12.根据权利要求5所述的混成供电装置的电源管理方法，其特征在于该第一预定值等于该第二预定值。
13.一种混成供电装置，其特征在于所述混成供电装置包括一主要电池，具有一电能输出端；一二次电池，具有一电能输入端；一控制单元，用以取得该主要电池的一电性状态与该二次电池的一容量状态，并输出一控制信号；以及一直流电源转换器，具有一第一电能输入端耦接该主要电池的电能输出端，一第一电能输出端耦接该二次电池的电能输入端，一控制输入端接收该控制单元传送的该控制信号，执行一电源管理程序，包括下列步骤当该二次电池的容量小于一第一预定值时，该控制单元送出该控制信号，控制该直流电源转换器使该主要电池具有第一固定值的第一电性参数。
14.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为电压。
15.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为电流。
16.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为功率。
17.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该电源管理程序更包括下列步骤当该二次电池的容量大于一第二预定值时，控制单元输出该控制信号，使该直流电源转换器输出一具有第二固定值的第二电性参数。
18.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于该第一预定值相等于该第二预定值。
19.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于该第二电性参数为电压。
20.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于该电源管理程序更包括下列步骤当该第一电性参数为电压，且该二次电池的容量大于该第一预定值，小于该第二预定值时，该控制单元输出该控制信号，根据该二次电池容量的增加而增加该主要电池输入该直流电源转换器的电压。
21.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于该电源管理程序更包括下列步骤当该第一电性参数为电流，且该二次电池的容量大于该第一预定值，小于该第二预定值时，该控制单元输出该控制信号，根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入该直流电源转换器的电流。
22.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于该电源管理程序更包括下列步骤当该第一电性参数为功率，且该二次电池的容量大于该第一预定值，小于该第二预定值时，该控制单元输出该控制信号，根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入该直流电源转换器的功率。
23.根据权利要求17所述的混成供电装置，其特征在于更包括一第一状态侦测器，用以侦测该主要电池的第一电性参数，并转换为对应该第一电性参数的一第一状态信号；以及一第二状态侦测器，用以侦测该二次电池的第二电性参数，并转换为对应该第二电性参数的一第二状态信号。
24.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第一状态侦测器为一电压量测单元。
25.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第一状态侦测器为一电流量测单元。
26.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第一状态侦测器为一功率量测单元。
27.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第一状态侦测器为一最大功率追踪单元。
28.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第二状态侦测器为一电压量测单元。
29.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第一状态信号为一电压信号。
30.根据权利要求23所述的混成供电装置，其特征在于该第二状态信号为一电压信号。
31.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该二次电池是由锂离子二次电池、镍氢电池或铅酸电池所构成。
32.根据权利要求13所述的混成供电装置，其特征在于该主要电池为燃料电池或太阳能电池所构成。
33.一种混成供电装置，其特征在于所述混成供电装置包括一主要电池；一输入量测单元，电连接该主要电池，根据该主要电池的一第一电性参数输出一第一信号；一二次电池组，具有一个或多个二次电池单元；一输出量测单元，电连接该二次电池组，根据该二次电池组的一第二电性参数输出一第二信号；一控制单元接收该第一信号与该第二信号并输出一第三信号，其中该第三信号为该第一信号与该第二信号两者其中之一；以及一直流电源转换器，电连接该主要电池与该二次电池组，根据该第三信号调节该直流电源转换器的具有一第一电性参数的输入与一输出电压，当该二次电池组的容量小于一第一预定值时，该直流电源转换器根据该第三信号使该主要电池具有一第一固定值的第一电性参数，当该二次电池组的容量大于等于一第二预定值时，该直流电源转换器根据该第三信号输出一第二电压。
34.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该控制单元更包括一比较单元，当该第二信号大于一参考信号时，该第三信号为该第一信号，当该第二信号小于一参考信号时，该第三信号为该第二信号。
35.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该控制单元更包括一比较单元，该比较单元用以比较该第一信号与该第二信号，该控制单元根据该比较器的比较结果选择该第一信号与该第二信号之一为该第三信号。
36.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第一预定值等于该第二预定值。
37.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为电压。
38.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为电流。
39.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第一电性参数为功率。
40.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第二电性参数为该二次电池组的总电压。
41.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第二电性参数为该二次电池组中一二次电池单元的电压。
42.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该第二电性参数为该二次电池组的容量。
43.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于更包括一控制信号产生电路，该控制信号产生电路接收一参考信号与该第二信号，输出一控制信号，用以调节该第三信号。
44.根据权利要求43所述的混成供电装置，其特征在于该输入量测单元更根据该控制信号调节该第一信号。
45.根据权利要求44所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为电压且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而增加该主要电池输入的电压。
46.根据权利要求44所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为电流且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入的电流。
47.根据权利要求44所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为功率且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入的功率。
48.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于更包括一控制信号产生电路，该控制信号产生电路接收一参考信号与该第一信号，输出一控制信号，用以调节该第三信号。
49.根据权利要求48所述的混成供电装置，其特征在于该输出量测单元更根据该控制信号调节该第二信号。
50.根据权利要求49所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为电压且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而增加该主要电池输入的电压。
51.根据权利要求49所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为电流且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入的电流。
52.根据权利要求49所述的混成供电装置，其特征在于当该第一电性参数为功率且该二次电池容量小于一第二预定值大于一第一预定值时，该第三信号使该直流电源转换器根据该二次电池容量的增加而减少该主要电池输入的功率。
53.根据权利要求33所述的混成供电装置，其特征在于该主要电池为燃料电池或太阳能电池所构成。
全文摘要
本发明提供一种混成供电装置及其电源管理方法，所述混成供电装置的电源管理方法，包括提供一二次电池、一主要电池以及一直流电源转换器。侦测该二次电池的电压，并根据一二次电池电压与电容量对照表求得该二次电池的电容量状态。当该二次电池的电容量小于一第一预定值时，控制该直流电源转换器使该主要电池具有一第一能量，以及当该二次电池的电容量大于等于一第二预定值时，使该直流电源转换器输出一第二电压。本发明所述混成供电装置及其电源管理方法，可兼顾燃料电池与二次电池的使用效率，使混成装置的电源管理效果更佳。
文档编号H02M3/04GK1917324SQ200510090628
公开日2007年2月21日 申请日期2005年8月18日 优先权日2005年8月18日
发明者周裕福, 赖秋助, 沈圣咏 申请人:财团法人工业技术研究院