TWI364128B - Power supply system and curcuit control method thereof - Google Patents

Description

1364128 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種供電系統，且特別是關於—種燃料電 池之供電系統及其迴路控制方法的改良。 【先前技術】 能源是人類為了追求更高生活品_受觸發盘應用。

Cel_來產生能源具有_ :低噪 曰、無π封優點’是符合時代趨勢的能源技術。 然❿，燃料電池是屬於一種緩啟動的能源裝置，崎電 +可此需要㈣-段啟動時間後’才能對外部負載進行供 :’因此欲使燃料電池達到—定程度的輸 ==及溫度達到-定的程度。此外，習= 瞬間大功率的能力，因此，若有瞬間大功 率的品求’則可能需要額外增加—個二次電池，來輔 供ί電3果^電池的電源容量可能需要受到監控，因為 —人電池如果電力不足，將會影響燃料電池的使用壽命。 觸包括燃料電池⑴、内部二次m力’/、中供電糸統 ==電_;=:= 0充私早兀U7及内部負載118。 外負載供電電路113適於將嫩^ 轉換為特定的電壓，並傳輸此特定的==之電力 内部_電電_通過選擇單元心;= 之電力或内部二次電池112之電力轉換為狀的電壓，’並傳 =定的電壓至微處理單元116、内物118或充電單 n微處理單元116適於控制充電單元m ’使得充—_ 117選擇是否將燃料電池丨 电早兀 電池m。電力供給至内部二次 或内部負载118時，充電單元m、二电力至微處理單元116 系_可並聯一外部1=會:止運作。另外，供電 出電力不足時，提供負載‘需:， 然而’在習知的供電系統漏 無法提供電力給外部的負載1〇 /·'，，、;'电池111 對外部供電，需要由外部===統應本身無法 習知的供電系統卿不具有提供期的供電來源。 力，需要靠外部二次電池功率給負载⑺的能 屬於特定電壓輸^且内池20均是 的電二次電池2G均_池，且鐘電池 转若負载10所需之電壓不是3 7伏 ^ 口數’則内部二次電池112的電壓與外部- _欠恭池 =可能會對負载1G造成損的 設計供電系謂時會被内部二 ^载^因此’ 與外部二次電池20的特定電愿輸出所限制。、、疋^輸出 力、:==:】.?=無法立即地供應電 定雷心a ㈣出及文到内部二次電池112之特 疋電[及外部二次電池2G之特定電__，是本技術領域寺 1364128 亟欲解決之問題。 【發明内容】 本發贿供-種供m可立即祕應電力 有提供瞬間大功率輸出之能力。 亚且八

之-之—或部份或全部目的或是其他目的，本發明 供額定電功率給負载， 提供第-電功率。 燃料電池。充電裝置電性連接燃料二：二接 料電池、二次電池及_;第:= 小於額定電辨時，控制單极能二錢功率 且於二次電池供電於負載之期間 致並 使燃料電池透過充餘置充電二次^早喊4電裝置， 單元功率大於額定電功率時，控制 之如Ρ… 負載’亚且於燃料電池供你㈣ 在-貫施例中，供電系統更包括第 =3=路’第—負載供電電路電性連=二Γϊ 電池之穩定輸出’第二負載供電電路電性連接=燃 1364128 適於接受第二電功率而輸⑽二特定電壓 二次電池之穩定輸出。 一特疋電壓為 在，、施例巾’第二負载供電電路為變壓哭 由,第二特定電壓的升降達“ί -堡。在另一實施例中，當第二特定電壓等=額疋 壓時，第二負载供電電路為開關器。、、、载之額定電 在-實施例中，供電系統更包括 性連接第-負载供電電路及第二負載，電路電 ::極體、電_制器。二=二= 电路’適於開關第-特定電壓之輸出。電晶 負^供電 負载供電電路，適於開關第二特定電壓之一妾第二 連接第-負載供電電路、第二負載供電性 於比較第-狀及第二特 ;=辦適 開關。 八』木控制電晶體之 簡=:====:=值電._ 二上=====值-接 用於提供額定電功率及額定電。“制電系統適 =二次電池、充電裝置及控料 出弟—特疋襲，充電裝置電性連接燃料電池及二次電=輪 7 1364128 ===率二;，充電裝置，迴路控 定電功率;於第一電功率未達到額 ::::功率是否達到額 ，特定輕；判斷第二特定電塵是間，偵測第 第-特定f縣翻額定電麗之 疋4 ;以及於 電裝置，賴料電池透過充電裝置來充Ϊ二致能充 在-實施辦，於第二特 〜。 藉由控制單元禁能充電裝置。 lJ額定電壓之期間， 二負載供電電路，第—_供電電路及第 :接受第一電功率而輪出第；定電ί性電池，適 皁:;Γ供電電路電== 二次電出第二狀電壓，第二特定電壓為 禁能率之期間’藉由控制單元 一電功率達到額定電功率之期間，藉由路。制苐 控制單元_第：軸ί。於之期間，藉由 屢之朗，藉_脱禁能充錄=讀未達到額定電 統能二=明之Γί例卜二次電池使得供電系 大功率之==:=間 藉由第二貞載供電電路調整第二特定電壓的升降來匹配 所需之額定電壓i得供電系統不受二次電池的特定電壓輸 出所限制，以提向二次電池的選擇彈性。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以 下配合參相式之-較佳實關的詳細說日种， 呈現。以下實施例中所提到的方向用言吾，例如：上、下、左 右、前或後等’僅是參相加圖式的方向。因此，使用的方 向用語是用來說明並非用來限制本發明。 =參照第2圖’係為本發明實施例之供電系统施之方 塊不思圖。-種供電系統·，適用於提供負載1〇所需 3功率ϋ歡電壓V，其中供電系統糊包括燃料電池 、一人電池220、充電裝置211以及控制單元23〇。 一 池210提供第一電功㈣。二次電池22〇提供第 一 ' P2。充電裝置211電性連接燃料電池210及二-欠電 =’燃料電池210可透過充钱置扣來充電二次電池 第-例之供電系統200更包括第-偵測㈣及 二:，:二第—侦測器215電性連接燃料電池210及 225Ϊ=Γ貞測第—電功率P1之數值；第二偵測界 電性連接一次電池22G及控制 功率P2之數值。 彳貝判弟一電 225控Γ早兀230電性連接第一偵測器215及第二偵測哭 竭之於，另1 判斷燃料電池210之第一電功率P1及^次i 池220之弟二電功率p2的數值大小。 ㈣及第之供電系統200更包括第1戴供電電路 接靖ί:3 Γ路250,第一負載爾物電性連 受第—電功率ρι，㈣一特定t 負载供電電燃，2W之穩定輸出，第二 〕U电性連接二次電池220 ,適於|+ 功率Ρ2而輪出第二特定電㈣，第二特定;=4 電池220之穩定輸出。 #打疋电昼V2為二次 貝例中’第-負載供電電路25G可Α一㈣懕哭 藉由調_二狀謂v 了 電壓v，解決了执呼徂^降末達到負载10所需之額定 定電錢時會被二次電池220之特 出1 斤限制的問題，以方便二次電池220的挑選。铁 貫施例中’ #第二特定電壓V2等於負載1()之額 二特定電壓V2與負載1G兩者可匹配時，第 I.- ；Γ!Γ ^ ^ ^^i^t^220 2 。本發明實_之供衫統勘 電路遍之示意圖。選擇電路^ ^本發明實施例之選擇 戰卿㈣電路包括二極體261、電晶體 ^極體261電性連接第—負載供電電路，適於藉由 =體B之特性以開關第—特定電壓％之輸出，當第一 電f Γ大於第二特定電壓V2時，二極體261呈現順向 ^第―特咖νι _;當第一特定電壓 壓V2時，二極體261呈現逆向偏壓之狀 態而關閉弟一特定電壓Vl2輸出。 第二 _ 弟-特定電壓V2 H 軟開關 ㈣6,接職·連料：^：m，例如具有接腳 及G3用以接地，接腳 接第、电=’接腳G2 接腳G5電性連接電晶體加—負載供電電路’ 以分別接收第-特^體懕t控制器263藉由接腳⑺及 較第-V2衫—特_ V1，並且比 衩弟特疋電壓VI及第二特定泰 ^ 仍來控制電晶體262之開關 =、之=由接腳 LTC4412。 ” &制°° 263之型號例如為 262 特定電壓V1大於第二特定電厂堅V2時，電晶體 率p之功率時，第需要—瞬間大於額定電功 下降。备第將因供應負載1G之所需而 電曰體田262 pVg下降至等於第二特定電壓V2時， Γϋ 特定電壓V2之輪出，由第—特定電壓 I載^ ί電壓V2共同地作為㈣ig之輸人，以提# ;=之_大功率的需求。當第-特定電㈣小於it 由二'】:2日:,，電晶體262開通第二特定電壓v2之輪出， 由第-特疋電壓V2作為負載1()之輸入。 如图3=2圖-，當第—電功率P1大於額定電功㈣時， 210供所不之方向，藉由控制單元230致能燃料電池 210供電於弟一負載供雷雷败' Λμ 來接受第一電:=:4°，藉由第-負載供電電路 f;路260選擇第-特定電壓川乍為負載Π)之輸入透: 時，第一特定電壓V1U供應負載U)之舣電壓V，並且 ^之^ _V1大於第二特定電壓V2。如圖中虛線S2所 D ’於燃料電池210供應第一特定電壓VI作& # 軸間，控制單元现致能充^置扣 電池210精由充電裝置叫來充電二次電池別。，·，、 當第-電功率P1相等於額定電 禁能充電如使 所干ί5ΐίΡΐ*_η_Ρ8γ’如圖中虛㈣ =電路25。’藉由第二負載供電電路25。來接 特輪㈣二電壓V2，並透過選擇電路選擇第二 二电差V2作為負載10之輸入。於二次電池⑽供應 亍=ΐ負載1〇之輸入的期間，如圖中虛線：戶; 藉由充電=燃料電池別 額定電功軒之功率時，如圖中虛線sf及= 方向，控制單元230致能燃料電池21〇及二

地供電於貞载1G。 U22U 制方圖，係為本發明實施例之供電系統之迴路控 制方法之心®。-種翻於上述供電魏2⑻之迴 方法，供電系統200適用於提供額定雷 —工 載10。供電系統2〇〇具有燃料電池21〇、二:足電壓給負 電裝置二及控制單元23G ’轉電池21G提供功J 並輸出第-特定電壓，二次電池22q提供第 ^ ·山、 第二特定電壓，充電裝置211電性連接 ;=輸 電池22〇,控制單元现電性連接燃料電池⑽ ί S1 12 1364128 220及充電裝置211。 =電系統2〇〇更包括第—負载 供電電路250，第一負載供嘗雷炊二屯路240及弟一負載 ^ ；i 特定 V!為燃料電池21〇之-定1電壓V1，第- 路250電性連接二次電池220,適於接i’ t—負載供電電 出第二特定電壓V2 m「、又弟一电功率P2而輪 定輸出。 弟一特疋電壓V2為二次電池挪之穩

供電系統之迴路控制方法的步驟如下. 測第===，單， 額定電功率Ρ_3)。 _弟—電功㈣是否達到 若控制單元230判斷第一電功率 p(挪），藉由控制單元未f額定電功率

使燃料電池21。停止提供第1==路 =供电電路24。，並且藉由控制單元2 電電路250(S305)，使二次電池22〇提 ^^一負載供 二負载供電電路250，且第二貞載供電魏-^ 4^至第 功率P2而輸出第二特定電廢％，藉由-妾文弟二電 二特定電麗V2 (S306)，並且判斷第二特;二2,第 額定電壓(S307)。 包壓V2疋否達到 若控制單元230判斷第一電功率p 聯)3)，控制單元23〇致能第一負载達到額定電功率 使燃料電池230提供第-電功率ρι $路24()咖〇)， 1弟〜負载供電㈣ I S3 13 1364128 特定4 A t: 接受第一電功率^輪出第- 特疋祕ν卜接者，藉由控制單元23 = ν1(咖）’並且判斷第—特 電屢 V(S322)，。 疋古運到額定電壓 右第-較賴V1未翻敏賴 電厂堅V_22)，藉由控二 此充電裝置211(S323)，使燃料電池2 = 220 =束供妹_之迴路控制方法(SL)充—電池 it第、^電麗Vl達到額定電壓V(S322)’藉由控制罝 70制第二特定電壓V2(S306)，並且判斷第 二是否達到額定電壓V(叫若)第二特 額定電壓V，藉由批击丨。 亏疋电&V2未達到 料電池21〇透過輕^ 電裝置_，使燃 特定雷懕w來充電二次電池220 ;若第二 f置(_^ 電1 V，藉由控制單元23G禁能充電 二(刈’使燃料電池停止充電二 供電系統100之迴路控制方法(S309)。 束 、’T、上所述’上述實施例具有下列優點： 地蝴脱㈣綱可以立即 一 罨1决連啟動供電系統200的功能。 次電池22^^擇電路的配置，使得燃料電池210及二 突然需要大供概辨增，以應付負載10 的升;二;祕250調整第二特娜V2 、 斤品之額定電壓V，使得供電系統200 1364128 ==電池220的特顧輸出所限制’以方便 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，每 Μ此限林發明實施之侧’即大凡依本發日料請專 及發明說_容所作之鮮鱗效變化與修飾1仍 二專利涵蓋之範圍内。另外本發_任—實施例或中續專二 =園不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此

卜，摘要部分和標題僅是时漏糊文件搜尋之用 用來限制本發明之權利範圍。 、_ 【圖式簡單說明】 第1圖，係為f知的供電系統之方塊示意圖。 第2圖，係為本發明實施例之供«統之方塊示意圖。 第3圖，係為本發明實施例之選擇電路之示意圖。 第4圖，係為本發明實施例 之流程圖。 蝴之“系統之迴路控制方法

【主要元件符號說明】 100、200:供電系統 1〇 :負載 20 :外部二次電池 111、210 :燃料電池 112 :内部二次電池 113 :外部負載供電電路 114:内部負載供電電路 15 1364128 115 :選擇單元 116 :微處理單元 117 :充電單元 118 :内部負載 220 :二次電池 230 :控制單元 211 :充電裝置 215 :第一偵測器 225 :第二偵測器 240 :第一負載供電電路 250 :第二負載供電電路 260 :選擇電路 261 :二極體 262 :電晶體 263 :控制器 P:額定電功率 P1 :第一電功率 P2 :第二電功率 V :額定電壓 VI :第一特定電壓 V2 :第二特定電壓 IS] 16 1364128 G1〜G6 :接腳 S1〜S3 :虛線

Claims (1)

1. 申晴專利範 額定電功率給一負載， 戰於提供一 一燃料電池，提供_ 一二次電池，提#一 電池； 第一電功率； 第-電功率’並且電性連接該燃料 充電裝置’電性連接 電裝置， 控制單元，電性連接該 料電池及該二次電池；以及 燃料電池、該二次電池及該充 :及第電功率小於該額定 池供電於該負載，並且於該二次電二:：: 充電裳置充電該二次電池。職使德科電池透過该 —费2.如申Μ專利姻第1項所述之供電系統，其中當該第 供=較奶纖定電功料，該控鮮元致能該燃料電池 二」该負載’並且於該燃料電池供電於該負載之期間，該 逻制早元致能該充電裝置。 。3·如申凊專利範圍第1項所述之供電系統，其中當該第 電功率等於s亥額定電功率時’該控制單元致能該燃料電池 供電於該負載並且禁能該充電裝置。 、4.如申請專利範圍第1項所述之供電系統，其中當該負 载需要一瞬間大於該額定電功率之功率時，該控制單元致能 該燃料電池及該二次電池共同地供電於該負載。 5.如申請專利範圍第1項所述之供電系統，更包括一第 1364128 一負載供電電路及1 :㈡接該燃料電池:適:c-負載供電電 特疋祕，該第— 功率而輪出 =二負载供電電路電性連“為=料電池之穩定輸出，該 二二 統，〜 格，該選擇電路包括_貞载供電電路及該第二負载供電^ 第;接該第—負載供電電路，、_ 特疋電壓之輸出； 电路適於開關該 電日日體，電性連接今·笛-& 靖二特定電屋之輸出；以及一、’、電電路，適於開闕該 -控制器’電性連接該第一 電路《及該電晶體，適於藉由比較。二負载 糸二特定㈣之大小來控制該電晶體之^。特定麵及該 λ如t請專補辟5撕狀供電 、截供電電路係為一變_， 二’其t該第二 •該第二特定電壓的升降達ς則载所需=路輪藉由 二2如申請專利範圍第5項所述之供電系鈍：:!虔。 二、疋電1等於該負载之一額定電麗時，該第：當該第 略係為一開關器。 弟一負載供電電 9.如申請專利細第丨項所述之供電㈣ 、•’電性連接該燃料電池及該控制單元，‘= Χ^Ό4128 第一電功率之數值。 10. 如申請專利範圍第1項所述之供電系统， — 二偵測器，電性連接該二次電池及該控制 L括一第 第二電功率之數I 以’適於_該 11. 一種供電系統之迴路控制方法，該供 供一敏電辨及-額定電壓給-負載，該供t適用於提 燃料電池、—二次電池、-充電裝置及-控^統具有—

   電池提供-L力率並輸出—第—特定電壞，:5亥燃料 提供—第二電功率並輸出-第二特找壓池 連接該燃料電池及該二次電池，該控制單、=置电性 雷廿、兮-w Α 早兀电性連接該燃料 電池5亥一次電池及該充電裝置，該迴路控制方法包括： 偵測該第一電功率； 判斷該第一電功率是否達到該額定電功率； 偵測該第 於該第一電功率未達到該額定電功率之期間， 二特定電壓； / s ’

   以及 判斷該第二特定電壓是否達到該額定電壓； 制單電壓未達到該額找壓之_，藉由該控 電該二次=置，使賴料電池透過觀電裝置來充 申請專利細第11項所述之迴路控制方法，Μ 元壓達到該額糊之期間’藉由該控制單 13.如ΐ請專利範圍第η項所述之迴路控 該供電系統更包括-第-負載健電路及_第二負載供= ί Si 20 第;-而該燃料電池，適於接受該 :電池之穩定輪出定電壓為該燃 ，也’適於接受該第二 丄、电电路电性連接該二次電 轉定電壓為該二次電池之穩定^該第二待定電壓，該第二 ，二如二=二3?:，制方法，更包 單元禁能該第—負载供電‘：;功率„間， 藉由該控制 路。 、祕”路並且致辟第二貞載供電電 15.如中請專利範圍第13項 括於該第-電卿達_^财法，更包 元致能該第-負載供魏路，並_該控制單 該第-特定顏是否達_較賴。肖Μ壓且判斷 括』之迴路控制方法’更包 元綱二特=峨電壓之期間’藉由靖 17·如申請專利範圍第㈣所述之迴路控 ==r到該額定電壓之期間，藉由二