电源供应装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源供应装置。在电源供应装置中，由控制单元控制切换电路，在进行充电时将储能单元模块切换为并联线路，在进行放电时则切换为串联线路，使得电源供应装置在充电端以及放电端均使用降压电路。利用切换电路配合降压电路所输出的充电电压以及放电电压，让电源供应装置具有稳定、效率高、低损耗的表现。
【专利说明】电源供应装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电源供应装置，特别是有关一种电池单元数组可在串并联之间切 换的电池模块。
【背景技术】
[0002] 请参考图1，图1绘示了一种传统式电源供应装置的架构示意图。传统的电源供应 装置1需使用一个同步降压电路110 (buck circuit)以及一个同步升压电路112 (boost circuit)。在图1中，外部的输入电压通过电源供应装置1的充电端120对电源供应装置1 内的储能单元模块13充电，由于外部的输入电压较高，对电源供应装置1充电时需先降压 才能对储能单元模块13 (通常由多个电池芯所组成)进行充电，因此在充电端120以及储能 单元模块13之间加上了同步降压电路110。而常规的输出电压值通常会大于电源供应装置 1的储能单元模块13所输出的电压。换言之，电源供应装置1的放电端122需要配合常规 输出电压值，而在储能单元模块13以及放电端122之间也需要加上同步升压电路112。此 夕卜，整个充放电的控制均由控制单元15来进行控制。
[0003] 举例来说，假设在电源供应装置1中，储能单元模块13由两颗电池芯（附图未显 示）组成，而单颗电池芯的输出电压是3?4. 2伏特，电源供应装置1的同步降压电路110 以及同步升压电路112均以常规的输出电压/电流值5V/2A的定功率输出。若储能单元模 块13内的两颗电池芯以并联排列时，则如前所述，在放电端122与储能单元模块13间使用 同步升压电路112,此时输入同步升压电路112的电压即为单颗电池芯的3?4. 2伏特；若 储能单元模块13内的两颗电池芯以串联排列时，则在放电端122与储能单元模块13间使 用同步降压电路110,此时输入同步降压电路110的电压即为两颗电池芯的串联电压6? 8. 4伏特，但充电端120与储能单元模块13间则需使用同步升压电路112,使得充电端120 的电压通过同步升压电路112从5V升压成8. 4V才能对储能单元模块13充电。从电源供应 装置1的系统转换效率的观点来看，由于电源供应装置1的定功率输出，可知同步升压电路 112是一个高电流电路，而同步降压电路110是一个低电流电路且较同步升压电路112的 电流来得低。在这样的设定条件下，当电源线的阻抗固定，且同步升压电路112或同步降压 电路110内的M0S损耗固定时，由于同步降压电路110是低电流系统，因此损耗的功率也较 小，所以对电源供应装置1来说，同步降压电路110较同步升压电路112的电路效率较高。
[0004] 然而不论在储能单元模块13中的多个电池芯是采用了固定式串联设计或是固定 式并联设计，电源供应装置1都必须采用一个同步升压电路112来进行升压，这样一来将大 大降低整体系统的转换效率。
【发明内容】
[0005] 为了改善上述缺陷，本发明提出一种设计合理且可以有效增进充/放电端效率， 并且仅需使用转换效率高的同步降压电路以简化结构的电源供应装置。
[0006] 依据本发明的
【发明内容】
，本发明的一个实施例中公开了一种电源供应装置，其包 括充电端、放电端、储能单元模块、切换电路、降压电路以及控制单元。所述储能单元模块包 含第一储能单元以及第二储能单元。所述切换电路并联在所述第一储能单元以及所述第二 储能单元之间，所述降压电路电性连接在所述充电端、所述放电端与储能单元模块之间，所 述控制单元电性连接在所述降压电路、所述储能单元模块以及所述切换电路。其中所述控 制单元用来在所述电源供应装置存在充电回路时，控制所述切换电路使所述第一储能单元 以及所述第二储能单元彼此并联连接，以及用来在所述电源供应装置存在放电回路时，控 制所述切换电路使所述第一储能单元以及所述第二储能单元彼此串联连接。
[0007] 依据本发明的
【发明内容】
，本发明实施例中电源供应装置的所述降压电路包括第一 降压电路及第二降压电路，其中所述第一降压电路电性连接在所述充电端与所述储能单元 模块之间，所述第二降压电路电性连接在所述放电端与所述储能单元模块之间。
[0008] 依据本发明的
【发明内容】
，本发明实施例中电源供应装置的所述切换电路包含第一 开关组以及第二开关组。所述第一开关组包含两个第一开关，所述第一开关组与所述第一 储能单元以及所述第二储能单元电性连接以形成并联线路。所述第二开关组包含第二开 关，所述第二开关组与所述第一储能单元以及所述第二储能单元电性连接以形成串联线 路。
[0009] 依据本发明的
【发明内容】
，其中当所述电源供应装置存在所述充电回路时，所述控 制单元用来导通所述第一开关组以及断开所述第二开关组，使所述第一储能单元以及所述 第二储能单元彼此并联连接；当所述电源供应装置存在所述放电回路时，所述控制单元用 来导通所述第二开关组以及断开所述第一开关组，使所述第一储能单元以及所述第二储能 单元彼此串联连接。
[0010] 依据本发明的
【发明内容】
，其中所述第一开关组的其中一个第一开关电性连接在所 述第一储能单元以及所述第二储能单元的正极之间，另一个第一开关电性连接在所述第一 储能单元以及所述第二储能单元的负极之间，所述第二开关电性连接在所述第一储能单元 的负极以及所述第二储能单元的正极之间。
[0011] 依据本发明的
【发明内容】
，其中在所述充电回路转换为所述放电回路，或在所述放 电回路转换为所述充电回路的过程中，所述控制单元另用来同时断开所述第一开关组以及 所述第二开关组，使所述电源供应装置进入静置状态。
[0012] 依据本发明的
【发明内容】
，其中当所述电源供应装置由所述放电回路切换至所述充 电回路时，所述控制单元用来先控制所述第一开关组以及所述第二开关组断开，再控制所 述第一开关组导通以及所述第二开关组断开，以使所述第一储能单元以及所述第二储能单 元形成并联线路；当所述电源供应装置由所述充电回路切换至所述放电回路时，所述控制 单元用来先控制所述第一开关组以及所述第二开关组断开，再控制所述第二开关组导通以 及所述第一开关组断开，以使所述第一储能单元以及所述第二储能单元形成串联线路。
[0013] 依据本发明的
【发明内容】
，其中所述电源供应装置进一步包括保护电路，电性连接 在所述第一开关组与所述储能单元模块之间，在所述电源供应装置由所述放电回路切换至 所述充电回路时，所述保护电路用来防止所述第一储能单元以及所述第二储能单元并联， 以防止所述第一储能单元以及所述第二储能单元在电压不平衡时产生瞬间大电流（Inrush current)。其中所述保护电路包括电阻以及与所述电阻并联的开关，且所述保护电路是缓 启动电路。
[0014] 依据本发明的
【发明内容】
，其中当所述电源供应装置存在所述放电回路时，所述降 压电路用来将串联排列的所述第一储能单元以及所述第二储能单元的输出电压，转换为默 认电压值。
[0015] 依据本发明的
【发明内容】
，其中所述第一储能单元以及所述第二储能单元是电池芯 或电池模块。
[0016] 本发明所公开的电源供应装置，由控制单元控制切换电路，在进行充电时将储能 单元模块切换为并联线路，在进行放电时则切换为串联线路，使得电源供应装置在充电端 以及放电端均使用降压电路。利用切换电路配合降压电路所输出的充电电压以及放电电 压，让电源供应装置具有稳定、效率高、低损耗的表现。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是传统式电源供应装置的架构示意图。
[0018] 图2是本发明的电源供应装置一个实施例的示意图。
[0019] 图3是图2的电源供应装置另一个实施态样的示意图。
[0020] 图4、5、6是本发明实施例中，切换电路的运作示意图。
[0021] 图7是本发明的电源供应装置中，保护电路的设置示意图。
[0022] 图8是本发明的电源供应装置中利用多组储能单元加上切换电路进行串并联切 换的示意图。
[0023] 其中，附图标记说明如下：
[0024] 1、2 电源供应装置
[0025] 13,23 储能单元模块
[0026] 15,25 控制单元
[0027] 21 降压电路
[0028] 24 切换电路
[0029] 26 第一开关组
[0030] 27 第二开关组
[0031] 29 保护电路
[0032] 110 同步降压电路
[0033] 112 同步升压电路
[0034] 120、220 充电端
[0035] 122、222 放电端
[0036] 210 第一降压电路
[0037] 212 第二降压电路
[0038] 231 第一储能单元
[0039] 232 第二储能单元
[0040] 233 第三储能单元
[0041] 234 第四储能单元
[0042] 261、262 第一开关
[0043] 271 第二开关
[0044] 291 电阻
[0045] 292 开关
【具体实施方式】
[0046] 在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领 域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书 及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的 差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为一开放 式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」或「连接」一词在此包含任何直接 及间接的电气或结构连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接/连接一第二装置，则代 表所述第一装置可直接电气/结构连接所述第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地 电气/结构连接至所述第二装置。
[0047] 请参考图2,图2是本发明所公开的电源供应装置一个实施例的示意图。如图2所 示，电源供应装置2仅需使用同步降压电路，配合在多个储能单元中，利用切换电路将多个 储能单元进行串并联切换的方式，达到高效率、低损耗的充放电表现。电源供应装置2包含 了一个充电端220、一个放电端222、一个储能单元模块23(包含了多个储能单元，在本实施 例中，则包含了至少一个第一储能单元231以及一个第二储能单元232,且可以是电池芯或 电池组)、一个切换电路24、一个降压电路21以及一个控制单元25。储能单元模块23电性 连接降压电路21，同时降压电路21电性连接充电端220以及放电端222。控制单元25电 性连接降压电路21、储能单元模块23以及切换电路24,用来侦测目前的电源供应装置2存 在充电回路或处于放电回路，以及用来控制切换电路24切换为串联线路或并联线路，其中 切换电路24是一个串并联切换装置，在本实施例中，切换电路24并联在第一储能单元231 以及第二储能单元232之间。
[0048] 当电源供应装置2存在充电回路时，控制单元25控制切换电路24,使得储能单元 模块23的第一储能单元231以及第二储能单元232以并联线路连接；当电源供应装置2 存在放电回路时，控制单元25控制切换电路24,使得第一储能单元231以及第二储能单元 232以串联线路连接。特别要说明的是，在放电回路中，第一储能单元231以及第二储能单 元232彼此串联，使得储能单元模块23的放电电压值会大于一个默认电压值，因此通过降 压电路21降压至所述默认电压值，再通过放电端222输出至外部载体（附图并未绘出）。
[0049] 上述切换电路24的具体作法如下：在图2的实施例中，切换电路24包含了一个第 一开关组26以及一个第二开关组27。第一储能单元231以及第二储能单元232电性连接 第一开关组26以及第二开关组27,以分别形成一个并联线路以及一个串联线路。更具体来 说，第一开关组26包含了两个第一开关261、262,其中第一开关261电性连接在第一储能单 元231以及第二储能单元232的正极之间，第二开关262则电性连接在第一储能单元231 以及第二储能单元232的负极之间。第二开关组27则包含了一个第二开关271，电性连接 在第一储能单元231的负极以及第二储能单元232的正极之间。当电源供应装置2存在充 电回路时，控制单元25控制第一开关组26导通，第二开关组27断开，使第一储能单元231 以及第二储能单元232并联排列；在放电回路时，控制单元25控制第二开关组27导通，第 一开关组26断开，使第一储能单元231以及第二储能单元232串联排列。
[0050] 本发明的电源供应装置2使用了同一个降压电路21，以作为充电端220与储能单 元模块23之间，以及储能单元模块23与放电端222之间的电压转换电路，加上不需使用升 压电路，因此可以显着地提升电源供应装置2的转换效率，以及达成电路设计的一致性与 简易性。下面表1以及表2分别列出了多个储能单元串联而使用降压电路降压后输出至输 出端的转换效率，以及多个储能单元并联而使用升压电路升压后输出至输出端的转换效率 的数据。由表2可知，当电源供应装置使用并联线路连接多个储能单元，并且使用升压电路 (如图1公知的同步升压电路112)将多个储能单元的电压转换为默认输出电压(例如5伏 特)时，其转换效率会随着储能单元的储存电力下降而降低，且转换效率会由84%降至79%。 由表1可知，当电源供应装置使用串联线路连接多个储能单元，并且使用降压电路(例如图 2的降压电路21)将多个储能单元的电压转换为默认输出电压（例如5伏特）时，其转换效 率则可维持在87%至88%之间。相较之下，使用降压电路可以比使用升压电路提升约3%至 9%的转换效率。特别说明的是，在针对输出电压较小的电源供应装置时，即使提升1%的转 换效率，对于整个电源供应装置都具有很大的效益。
[0051]
【权利要求】
1. 一种电源供应装置，其包括： 充电端； 放电端； 储能单元模块，包含第一储能单元以及第二储能单元； 切换电路，并联在所述第一储能单元以及所述第二储能单元之间； 降压电路，电性连接在所述充电端、所述放电端与储能单元模块之间；以及 控制单元，电性连接在所述降压电路、所述储能单元模块以及所述切换电路； 其中所述控制单元用来在所述电源供应装置存在充电回路时，控制所述切换电路使 所述第一储能单元以及所述第二储能单元彼此并联连接，以及用来在所述电源供应装置存 在放电回路时，控制所述切换电路使所述第一储能单元以及所述第二储能单元彼此串联连 接。
2. 如权利要求1所述的电源供应装置，其中所述降压电路包括第一降压电路及第二降 压电路，其中所述第一降压电路电性连接在所述充电端与所述储能单元模块之间，所述第 二降压电路电性连接在所述放电端与所述储能单元模块之间。
3. 如权利要求1所述的电源供应装置，其中所述切换电路包含： 第一开关组，包含两个第一开关，所述第一开关组与所述第一储能单元以及所述第二 储能单元电性连接以形成并联线路；以及 第二开关组，包含第二开关，所述第二开关组与所述第一储能单元以及所述第二储能 单元电性连接以形成串联线路。
4. 如权利要求3所述的电源供应装置，其中当所述电源供应装置存在所述充电回路 时，所述控制单元用来导通所述第一开关组以及断开所述第二开关组，使所述第一储能单 元以及所述第二储能单元彼此并联连接；当所述电源供应装置存在所述放电回路时，所述 控制单元用来导通所述第二开关组以及断开所述第一开关组，使所述第一储能单元以及所 述第二储能单元彼此串联连接。
5. 如权利要求3所述的电源供应装置，其中所述第一开关组的其中一个第一开关电性 连接在所述第一储能单元以及所述第二储能单元的正极之间，另一个第一开关电性连接在 所述第一储能单元以及所述第二储能单元的负极之间，所述第二开关电性连接在所述第一 储能单元的负极以及所述第二储能单元的正极之间。
6. 如权利要求3、4或5所述的电源供应装置，其中在所述充电回路转换为所述放电回 路，或在所述放电回路转换为所述充电回路的过程中，所述控制单元另用来同时断开所述 第一开关组以及所述第二开关组，使所述电源供应装置进入静置状态。
7. 如权利要求3所述的电源供应装置，其中当所述电源供应装置由所述放电回路切换 至所述充电回路时，所述控制单元用来先控制所述第一开关组以及所述第二开关组断开， 再控制所述第一开关组导通以及所述第二开关组断开，以使所述第一储能单元以及所述第 二储能单元形成并联线路；当所述电源供应装置由所述充电回路切换至所述放电回路时， 所述控制单元用来先控制所述第一开关组以及所述第二开关组断开，再控制所述第二开关 组导通以及所述第一开关组断开，以使所述第一储能单元以及所述第二储能单元形成串联 线路。
8. 如权利要求3所述的电源供应装置，另包含保护电路，电性连接在所述第一开关组 与所述储能单元模块之间，在所述电源供应装置由所述放电回路切换至所述充电回路时， 所述保护电路用来防止所述第一储能单元以及所述第二储能单元并联，以防止所述第一储 能单元以及所述第二储能单元在电压不平衡时产生瞬间大电流。
9. 如权利要求8所述的电源供应装置，其中所述保护电路包括电阻以及与所述电阻并 联的开关。
10. 如权利要求8或9所述的电源供应装置，其中所述保护电路是缓启动电路。
11. 如权利要求1、2、3、4或5所述的电源供应装置，其中所述第一储能单元以及所述第 二储能单元是电池芯或电池模块。
12. 如权利要求1所述的电源供应装置，其中当所述电源供应装置存在所述放电回路 时，所述降压电路用来将串联排列的所述第一储能单元以及所述第二储能单元的输出电 压，转换为默认电压值。
【文档编号】H02J7/00GK104218632SQ201310286592
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】李宗融, 陈泰宏, 林佑儒, 黄国彰, 陈明达 申请人:新普科技股份有限公司