專(zhuān)利名稱(chēng)：電源平衡模塊及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種平衡模塊，特別是關(guān)于一種對(duì)數(shù)個(gè)儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位進(jìn)行平
衡的電源平衡模塊及其方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今儲(chǔ)能元件廣泛運(yùn)用于電子設(shè)備中，以滿(mǎn)足人們對(duì)獨(dú)立能源系統(tǒng)的需求。 一般來(lái)說(shuō)為了給電子設(shè)備提供足夠的電壓，例如是需要大電能的交通工具，通常由多個(gè)電池串聯(lián)而成一電池組。而由于電池組內(nèi)每個(gè)電池之間的性質(zhì)不可能完全相同，用久了自然就會(huì)有某些特性較差的電池先老化，而影響了整體內(nèi)各個(gè)電池充放電曲線(xiàn)，致使每個(gè)電池內(nèi)的電量不相同。因此當(dāng)電池組中的電池發(fā)生不平衡時(shí)，電池組的可用容量將減少，且由串聯(lián)電池組中容量最低的電池來(lái)決定此電池組的總?cè)萘?。因此在不平衡電池組中，其在充電時(shí)，一個(gè)或幾個(gè)電池會(huì)在其它電池尚需充電時(shí)便已達(dá)到最大容量；而在放電時(shí)，未完全充電的電池又會(huì)比其它電池先放完電，使電池組因電壓不足而提前停止供電。 因此為了解決電池組中的每個(gè)電池內(nèi)電量不平衡的問(wèn)題，有必要對(duì)電池組中的電池進(jìn)行均壓的處理。如第一圖所示，其中的電池組由數(shù)個(gè)電池B1、 B2、 B3、 B4組成，且每一個(gè)電池分別并聯(lián)有一個(gè)限流電阻及一開(kāi)關(guān)元件(通常為功率晶體管)。而當(dāng)充電模塊90對(duì)此電池組進(jìn)行充電時(shí)，此電路所提供的均壓處理是通過(guò)分流需要均壓的電池(如電壓最高的電池)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)于電壓最高的電池而言其在充電過(guò)程中將導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的功率晶體管，使該電池的電流部份分流，因而使它的充電速度比其它電池慢，而在放電過(guò)程中同樣對(duì)于電壓最高的電池導(dǎo)通其相對(duì)應(yīng)功率晶體管，增加該電池的有效負(fù)載，使它的放電速度比其它電池快，因而在充/放電模式下對(duì)電池進(jìn)行平衡。 而前述均壓電路設(shè)計(jì)時(shí)必須注意功率晶體管和限流電阻的選擇，以使電流保持在合理的范圍內(nèi)。如果平衡電流過(guò)高，功耗會(huì)很大，引起電池組及排線(xiàn)升溫或增加元件負(fù)擔(dān)；相反，如果平衡電流過(guò)低，就需要較長(zhǎng)的時(shí)間或多個(gè)周期才能起到平衡作用，因而降低電池平衡效率。此外對(duì)于圖l所示的電路而言，其中的限流電阻于作用時(shí)會(huì)消耗電池的能量，而導(dǎo)致電源的浪費(fèi)。 而除了圖1所示對(duì)電池電壓進(jìn)行均壓的處理架構(gòu)之外，目前也有以非消耗式的方式，將電壓較高的電池以升壓方式回充到其它電壓較低的電池，但此過(guò)程中的升壓處理仍免不了會(huì)消耗電池中的能量。除此之外，目前對(duì)于電池均壓的處理技術(shù)亦已揭露于美國(guó)專(zhuān)利第6150795號(hào)、第6222344號(hào)等專(zhuān)利中。 然而前述揭露各種電池均壓處理技術(shù)，其處理過(guò)程或多或少均會(huì)對(duì)電池的能量產(chǎn)生消耗，且電路控制方式亦較為復(fù)雜，因此如何解決目前電池組均壓處理方式所衍生的問(wèn)題，已是一個(gè)有待克服的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種電源平衡模塊及其方法，提供一種架
4構(gòu)簡(jiǎn)單且以無(wú)消耗能量的方式來(lái)對(duì)一電源模塊中各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位進(jìn)行平衡，以解決 現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的問(wèn)題。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一種方案，提供一種電源平衡模塊，包括一 電源模塊、一第一開(kāi)關(guān)模塊、一第二開(kāi)關(guān)模塊、一開(kāi)關(guān)控制模塊及一控制單元。其中電源 模塊是具有多個(gè)儲(chǔ)能元件；第一開(kāi)關(guān)模塊用來(lái)使該些儲(chǔ)能元件之間可以通過(guò)串聯(lián)方式耦 接；第二開(kāi)關(guān)模塊用來(lái)使該些儲(chǔ)能元件之間可以通過(guò)并聯(lián)方式耦接；開(kāi)關(guān)控制模塊耦接于 第一開(kāi)關(guān)模塊與第二開(kāi)關(guān)模塊，且根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)分別輸出一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給第一 開(kāi)關(guān)模塊及輸出一第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給第二開(kāi)關(guān)模塊?？刂茊卧罱佑陂_(kāi)關(guān)控制模塊，并 用來(lái)輸出切換信號(hào)給該開(kāi)關(guān)控制模塊，以使開(kāi)關(guān)控制模塊可以根據(jù)此切換信號(hào)來(lái)使該些儲(chǔ) 能元件之間以串聯(lián)或并聯(lián)的方式來(lái)耦接。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的再一種方案，提供一種電源平衡方法，包
括提供一第一開(kāi)關(guān)模塊來(lái)控制一電源模塊中的多個(gè)儲(chǔ)能元件之間可以通過(guò)串聯(lián)方式耦
接；提供一第二開(kāi)關(guān)模塊來(lái)控制電源模塊中的該些儲(chǔ)能元件之間可以通過(guò)并聯(lián)方式耦接；
以及根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)輸出一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給第一開(kāi)關(guān)模塊及輸出一第二開(kāi)關(guān)控制
信號(hào)給第二開(kāi)關(guān)模塊，而使得該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)或并聯(lián)的方式來(lái)耦接。 因此本發(fā)明通過(guò)上述的技術(shù)方案，使得各儲(chǔ)能元件之間的連接關(guān)系可以經(jīng)由第一
開(kāi)關(guān)模塊及第二開(kāi)關(guān)模塊的開(kāi)關(guān)控制，而來(lái)決定出是使用串聯(lián)或并聯(lián)進(jìn)行連接。而當(dāng)各儲(chǔ)
能元件以串聯(lián)連接時(shí)即可輸出高電壓準(zhǔn)位來(lái)供一負(fù)載使用；以及當(dāng)各儲(chǔ)能元件以并聯(lián)連接
時(shí)即可通過(guò)無(wú)消耗能量的方式，使得各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位可以經(jīng)由彼此之間的充放電動(dòng)
作而自動(dòng)取得相等，而達(dá)到讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位具有平衡效果。 本發(fā)明具有的功效具有控制方式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，即可讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位可 以快速達(dá)到平衡，且并不會(huì)對(duì)各儲(chǔ)能元件的能量產(chǎn)生任何的消耗，而達(dá)到節(jié)省電源的效果。
以上的概述與接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明及附圖，皆是為了能進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明為達(dá)成預(yù) 定目的所采取的方式、手段及功效。而有關(guān)本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn)，將在后續(xù)的說(shuō)明及圖 式中加以闡述。


圖1為現(xiàn)有電池電壓準(zhǔn)位的平衡電路示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一電源平衡模塊的示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一磁性電容的示意圖； 圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的一磁性電容的示意圖； 圖5為將磁性電容與其它能量?jī)?chǔ)存媒介作比較的示意圖；以及 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一電源平衡方法的流程圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
1電源平衡模塊 10電源模土央 B1、B2、B3、B4電池 12第一開(kāi)關(guān)模塊 Sl第一開(kāi)關(guān)元件
14第二開(kāi)關(guān)模塊S2第二開(kāi)關(guān)元件16開(kāi)關(guān)控制模塊18控制單元19負(fù)載2磁性電容20介電層22第一磁性電極24第二磁性電極26、28磁偶極3磁性電容30介電層31、33磁偶極32第一磁性電極320第一隔離層322第一磁性層324第二磁性層34第二磁性電極340第二隔離層342第三磁性層344第四磁性層35、36磁偶極90充電模塊S601 S607流程圖步驟說(shuō)明
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種電源平衡模塊及其方法，主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制的簡(jiǎn)易方式，而以 無(wú)消耗能量方式來(lái)讓各儲(chǔ)能元件之間的電壓準(zhǔn)位可以取得平衡。 接下來(lái)請(qǐng)參閱圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例的一電源平衡模塊的示意圖。本實(shí)施例所述 的電源平衡模塊1包括有一電源模塊10、一第一開(kāi)關(guān)模塊12、一第二開(kāi)關(guān)模塊14、一開(kāi)關(guān)控 制模塊16及一控制單元18。 其中電源模塊10由多個(gè)儲(chǔ)能元件組成，且各儲(chǔ)能元件之間可以通過(guò)開(kāi)關(guān)的控制 而以串聯(lián)或并聯(lián)方式來(lái)相互耦接，而本實(shí)施例的儲(chǔ)能元件以充電電池Bl 、 B2、 B3、 B4作為以 下的舉例說(shuō)明。而當(dāng)各儲(chǔ)能元件以串聯(lián)方式耦接一起時(shí)同時(shí)是與一負(fù)載19耦接以形成一 回路，并由電源模塊10對(duì)負(fù)載19進(jìn)行放電，以提供此負(fù)載19運(yùn)作時(shí)所需的電源。另外，當(dāng) 各儲(chǔ)能元件以并聯(lián)方式耦接時(shí)，若各儲(chǔ)能元件之間出現(xiàn)電壓準(zhǔn)位不相等狀況，則將由電壓 準(zhǔn)位高的儲(chǔ)能元件向電壓準(zhǔn)位低的儲(chǔ)能元件進(jìn)行充電，并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的后各儲(chǔ)能元件的 電壓準(zhǔn)位將可自動(dòng)取得平衡。 第一開(kāi)關(guān)模塊12耦接于電源模塊10，并用來(lái)控制此電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件 以串聯(lián)方式互相耦接。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例的第一開(kāi)關(guān)模塊12由多個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件S1組 成，且在每?jī)蓚€(gè)儲(chǔ)能元件之間的串聯(lián)路徑上是耦接一個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件Sl，以及電源模塊10 與負(fù)載19之間也耦接有一個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件Sl。而第一開(kāi)關(guān)模塊12中的各第一開(kāi)關(guān)元件 Sl的導(dǎo)通(turn on)或關(guān)斷(turn off)是同時(shí)受一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。
第二開(kāi)關(guān)模塊14耦接于電源模塊10，并用來(lái)控制此電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件
6以并聯(lián)方式互相耦接。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例的第二開(kāi)關(guān)模塊14由多個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件S2組成，且各儲(chǔ)能元件的第一端(如正端)分別通過(guò)耦接一個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件S2來(lái)與其它儲(chǔ)能元件的第一端耦接，同樣的各儲(chǔ)能元件的第二端(如負(fù)端)分別通過(guò)耦接一個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件S2來(lái)與其它儲(chǔ)能元件的第二端耦接。而第二開(kāi)關(guān)模塊14中的各第二開(kāi)關(guān)元件S2的導(dǎo)通或關(guān)斷是同時(shí)受一第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。 因此當(dāng)所有第一開(kāi)關(guān)元件Sl均導(dǎo)通以及所有第二開(kāi)關(guān)元件S2關(guān)斷時(shí)，電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件形成一串聯(lián)路徑，且電源模塊10可直接對(duì)負(fù)載19進(jìn)行供電。另外當(dāng)所有第一開(kāi)關(guān)元件Sl關(guān)斷以及所有第二開(kāi)關(guān)元件S2均導(dǎo)通時(shí)，電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件形成一并聯(lián)回路，而使各儲(chǔ)能元件之間的電壓準(zhǔn)位可以通過(guò)并聯(lián)關(guān)系而自動(dòng)取得平衡。
開(kāi)關(guān)控制模塊16耦接于第一開(kāi)關(guān)模塊12及第二開(kāi)關(guān)模塊14，并分別對(duì)第一開(kāi)關(guān)模塊12輸出第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)及對(duì)第二開(kāi)關(guān)模塊14輸出第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，以使得同一時(shí)間電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件僅能通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的其中一種方式來(lái)進(jìn)行耦接。前述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)及第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)均可分別用來(lái)對(duì)第一開(kāi)關(guān)元件Sl及第二開(kāi)關(guān)元件S2的導(dǎo)通或關(guān)斷進(jìn)行控制，且開(kāi)關(guān)控制模塊16所輸出的第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)及第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)主要是根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)決定。 控制單元18耦接于開(kāi)關(guān)控制模塊16，其主要根據(jù)負(fù)載19的使用狀態(tài)(如啟動(dòng)使用或停止使用)而來(lái)輸出相對(duì)的切換信號(hào)給開(kāi)關(guān)控制模塊16。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)負(fù)載19被操作在使用狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的切換信號(hào)使得開(kāi)關(guān)控制模塊16輸出使第一開(kāi)關(guān)元件Sl導(dǎo)通的第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)及輸出使第二開(kāi)關(guān)元件S2關(guān)斷的第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；反之當(dāng)負(fù)載19被操作在停止使用狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的切換信號(hào)使得開(kāi)關(guān)控制模塊16輸出使第一開(kāi)關(guān)元件Sl關(guān)斷的第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)及輸出使第二開(kāi)關(guān)元件S2導(dǎo)通的第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
因此對(duì)于本實(shí)施例所揭露的電源平衡模塊1而言，其在對(duì)各儲(chǔ)能元件執(zhí)行電壓準(zhǔn)位平衡是通過(guò)并聯(lián)方式來(lái)讓各儲(chǔ)能元件可以自動(dòng)取得平衡，此種方式并不會(huì)對(duì)電源模塊10產(chǎn)生電能的消耗，且此過(guò)程是在負(fù)載19停止使用時(shí)才會(huì)啟動(dòng)執(zhí)行，因此并不會(huì)影響到各儲(chǔ)能元件之間所進(jìn)行電壓準(zhǔn)位平衡的操作。 前述提及的儲(chǔ)能元件除了可以是充電電池B1 、 B2、 B3、 B4之外，對(duì)此本發(fā)明又提供一種通過(guò)磁性技術(shù)來(lái)儲(chǔ)存電量的磁性電容(magnetic c即acitor)來(lái)當(dāng)成本實(shí)施例中儲(chǔ)能元件的另一種實(shí)施態(tài)樣。接下來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)施例所述的磁性電容的構(gòu)成，并請(qǐng)參閱圖3，其為本發(fā)明實(shí)施例的一磁性電容示意圖。如圖3所示磁性電容2 (magnetic c即acitor)包括一介電層20、一第一磁性電極22及一第二磁性電極24，其中介電層20設(shè)置于第一磁性電極22與第二磁性電極24之間，以于在第一磁性電極22與第二磁性電極24處累積電荷以?xún)?chǔ)存電壓準(zhǔn)位能，且第一磁性電極22與第二磁性電極24由具有磁性導(dǎo)電材料所構(gòu)成，并可藉由對(duì)第一磁性電極22與第二磁性電極24外加電場(chǎng)進(jìn)行磁化，而使第一磁性電極22與第二磁性電極24內(nèi)分別形成磁偶極(magnetic dipole) 26、28，如此可以在磁性電容2中構(gòu)成一磁場(chǎng)而來(lái)對(duì)帶電粒子的移動(dòng)造成影響，因此使得磁性電容2中的介電層20可以用來(lái)儲(chǔ)存電能及藉由磁偶極26、28形成的磁場(chǎng)來(lái)避免電能漏電。 前述第一磁性電極22與第二磁性電極24的材質(zhì)可以為稀土元素，介電層20由氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或一半導(dǎo)體層，例如氧化硅(silicon oxide)所構(gòu)成，然而本發(fā)明并不限于此，第一磁性電極22、第二磁性電極24與介電層20均可視產(chǎn)品的需求而選用適當(dāng)?shù)钠渌牧?。另外圖3中第一磁性電極22與第二磁性電極24中的箭頭用來(lái)表示磁偶極26、28，磁偶極26、28實(shí)際上由多個(gè)整齊排列的微小磁偶極所迭加成，然而對(duì)于熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人而言，本實(shí)施例對(duì)于磁偶極26、28的形成方向并無(wú)限定，如可以指向同一方向或不同方向。 根據(jù)前述說(shuō)明，前述圖3所示的磁性電容2，其原理主要是利用第一磁性電極22與第二磁性電極24中整齊排列的磁偶極26、28來(lái)形成磁場(chǎng)，以使得介電層20中儲(chǔ)存的電荷朝同一 自旋方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而進(jìn)行整齊且緊密的排列，因此在介電層20中即可以容納更多的電荷，進(jìn)而增加磁性電容2的電能儲(chǔ)存密度。由于習(xí)知電容中，電容值C由電容的面積A、介電層的介質(zhì)常數(shù)e。、及厚度d決定，如下公式(一)，因此模擬于現(xiàn)有電容，本實(shí)施例的磁性電容2相當(dāng)于藉由磁場(chǎng)的作用來(lái)改變介電層的介電常數(shù)，故而造成電容值的大幅提升。 C =" 公式(一 ) 在此要特別強(qiáng)調(diào)，本實(shí)施例的磁性電容2儲(chǔ)存的能量全部以電位能的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，相較于主要以化學(xué)能儲(chǔ)存的其它能量?jī)?chǔ)存媒介(例如傳統(tǒng)電池或超級(jí)電容)，本實(shí)施例所述的磁性電容2除了具有可匹配的能量?jī)?chǔ)存密度外，更因充分保有電容的特性，而具有壽命長(zhǎng)(高充放電次數(shù))、無(wú)記憶效應(yīng)、可進(jìn)行高功率輸出、快速充放電等特點(diǎn)，故可有效解決當(dāng)前電池所遇到的各種問(wèn)題。且由于現(xiàn)有儲(chǔ)能元件多半以化學(xué)能的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，因此都需要有一定的尺寸，否則往往會(huì)造成效率的大幅下降。相較于此，本實(shí)施例的磁性電容2以電位能的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，且因所使用的材料可適用于半導(dǎo)體工藝，故可藉由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體工藝來(lái)形成磁性電容2以及周邊電路連接，進(jìn)而縮小磁性電容2的體積與重量，由于此制作方法可使用一般半導(dǎo)體工藝，其應(yīng)為熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人所熟知，故在此不予贅述。
請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明另一實(shí)施例的一磁性電容的示意圖。磁性電容3包括一介電層30、一第一磁性電極32與一第二磁性電極34，其中介電層30設(shè)置于第一磁性電極32與第二磁性電極34之間。第一磁性電極32更包括有一第一隔離層320、一第一磁性層322及一第二磁性層324，第一隔離層320是設(shè)置于第一磁性層322與第二磁性層324之間。第二磁性電極34更包括一第二隔離層340、一第三磁性層342及一第四磁性層344，第二隔離層340是設(shè)置于第三磁性層342與第四磁性層344之間。第一隔離層320與第二隔離層340均是由非磁性材料所構(gòu)成。 圖4所示的磁性電容3的操作原理與圖3所示的磁性電容2相同，一樣是通過(guò)外加電場(chǎng)于第一磁性層322、第二磁性層324、第三磁性層342與第四磁性層344，而使第一磁性層322、第二磁性層324、第三磁性層342與第四磁性層344中分別形成磁偶極(magneticdipole)31、33、35、36。因此磁性電容3在磁化過(guò)程中，可以藉由不同的外加電場(chǎng)，例如使第一磁性層322與第二磁性層324中的磁偶極31、33分別具有不同的方向，以及使第三磁性層342與第四磁性層344中的磁偶極35、36分別具有不同的方向，如此能進(jìn)一步抑制磁性電容3的漏電流。同樣本實(shí)施例對(duì)于磁偶極31、33、35、36的形成方向并無(wú)限定，如可以指向同一方向或不同方向。 在此特別強(qiáng)調(diào)，前述的第一磁性電極32及第二磁性電極34的結(jié)構(gòu)并不限于前述的三層結(jié)構(gòu)，而可以類(lèi)似的方式，以多個(gè)磁性層與非磁性層不斷交錯(cuò)堆棧，再藉由各磁性層內(nèi)磁偶極方向的調(diào)整來(lái)進(jìn)一步抑制磁性電容3的漏電流，以達(dá)到幾乎無(wú)漏電流的效果。
再者為了更突顯本發(fā)明所述的磁性電容具有高能量?jī)?chǔ)存密度的技術(shù)特點(diǎn)，請(qǐng) 參閱圖5所示，其主要是將磁性電容與其它能量?jī)?chǔ)存媒介的作比較，從圖5中可以清 楚得知磁性電容相對(duì)于一般電容(Capacitors)、電化學(xué)超級(jí)電容(electrochemical superc即acitors)、電池(Batteries)、燃料電池(fuel cells)是具有較佳的能量?jī)?chǔ)存密 度，并藉由此磁性電容的技術(shù)特點(diǎn)，而得以讓磁性電容可以具有高功率輸出、快速充放電、 不具充放電次數(shù)限制、體積小、重量輕的技術(shù)效果。 故當(dāng)本實(shí)施例所述的儲(chǔ)能元件通過(guò)前述磁性電容實(shí)施時(shí)，將可使電源平衡模塊10 整體電路空間縮小，且也能儲(chǔ)存較多的電能，更值得一提的是當(dāng)各磁性電容之間通過(guò)并聯(lián) 耦接時(shí)，由于磁性電容具有快速充放電的特性，因此將使各磁性電容之間的電壓準(zhǔn)位快速 達(dá)到平衡，使得電源模塊10可以在極短時(shí)間中就可讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位相等。
接下來(lái)請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D6所示，其為本發(fā)明電源平衡方法的流程圖，相關(guān)的說(shuō)明并請(qǐng) 一并配合圖2，圖6所示的方法步驟如下 首先提供一第一開(kāi)關(guān)模塊12及一第二開(kāi)關(guān)模塊14來(lái)控制電源模塊10中各儲(chǔ)能 元件之間的連接方式(如步驟S601)，其中第一開(kāi)關(guān)模塊12及第二開(kāi)關(guān)模塊14中是個(gè)別包 括有多個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件Sl及第二開(kāi)關(guān)元件S2，且第一開(kāi)關(guān)元件Sl提供讓各儲(chǔ)能元件之間 以串聯(lián)耦接的方式進(jìn)行連接，第二開(kāi)關(guān)元件S2提供讓各儲(chǔ)能元件之間以并聯(lián)耦接的方式 進(jìn)行連接。 判斷一負(fù)載19的使用狀況(如步驟S603)，此步驟是判斷負(fù)載19是否為啟動(dòng)使用 或是停止使用。 當(dāng)步驟S603的判斷結(jié)果為負(fù)載19啟動(dòng)使用時(shí)，則控制第一開(kāi)關(guān)模塊12中的第一
開(kāi)關(guān)元件Sl導(dǎo)通及第二開(kāi)關(guān)模塊14中的第二開(kāi)關(guān)元件S2關(guān)斷，以使各儲(chǔ)能元件之間以串
聯(lián)耦接方式來(lái)對(duì)負(fù)載19進(jìn)行供電(如步驟S605)，之后回到步驟S603繼續(xù)執(zhí)行。 當(dāng)步驟S603的判斷結(jié)果為負(fù)載19停止使用時(shí)，則控制第一開(kāi)關(guān)模塊12中的第一
開(kāi)關(guān)元件Sl關(guān)斷及第二開(kāi)關(guān)模塊14中的第二開(kāi)關(guān)元件S2導(dǎo)通，以使各儲(chǔ)能元件之間以
并聯(lián)耦接方式來(lái)讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位能自動(dòng)取得平衡(如步驟S607)，之后回到步驟
S603繼續(xù)執(zhí)行。 前述說(shuō)明已揭露本發(fā)明的實(shí)施方式，而為了更清楚說(shuō)明本發(fā)明實(shí)際運(yùn)作方式，在 此以舉例方式說(shuō)明本發(fā)明可能的使用情形。其中前述的負(fù)載19可以是當(dāng)成電動(dòng)車(chē)，因此當(dāng) 電動(dòng)車(chē)啟動(dòng)行駛時(shí)，由于需要足夠的電源供應(yīng)量，故本發(fā)明電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件之 間將以互相串聯(lián)的方式來(lái)提供高電壓輸出的電源供此電動(dòng)車(chē)使用；反之當(dāng)電動(dòng)車(chē)停止行駛 時(shí)，本發(fā)明電源模塊10停止供電給電動(dòng)車(chē)使用，且電源模塊10中的各儲(chǔ)能元件之間將以互 相并聯(lián)的方式來(lái)讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位可以自動(dòng)取得平衡。此外前述負(fù)載19并不局限 于電動(dòng)車(chē)，亦可以是其它通過(guò)儲(chǔ)能元件作為電源供應(yīng)且需對(duì)儲(chǔ)能元件充電的電子裝置，如 電動(dòng)手工具。 故通過(guò)前述實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明是提供一種簡(jiǎn)易的控制方式來(lái)讓各儲(chǔ)能元件的 電壓準(zhǔn)位可以自動(dòng)取得平衡，且在此過(guò)程的中并不會(huì)對(duì)各儲(chǔ)能元件的能量產(chǎn)生消耗，如此 可以讓各儲(chǔ)能元件的特性可以被充份發(fā)揮及使用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中以多個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成 的電池組，若其中各電池因電壓準(zhǔn)位不相等將造成后續(xù)各電池充放電控制的困擾。且本發(fā)
9明是在負(fù)載不需使用電源時(shí)，才會(huì)對(duì)各儲(chǔ)能元件以并聯(lián)方式進(jìn)行電池電壓準(zhǔn)位的平衡操 作，并不會(huì)對(duì)負(fù)載的正常供電造成影響。 另，本發(fā)明為了讓各儲(chǔ)能元件在并聯(lián)使用時(shí)，而讓各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位快速達(dá) 到平衡，可以使用前述磁性電容來(lái)替代一般的充電電池，而讓負(fù)載可以在短時(shí)間內(nèi)即可快 速使用此電源模塊，同時(shí)此時(shí)電源模塊中各儲(chǔ)能元件的電壓準(zhǔn)位已呈現(xiàn)相等的電壓準(zhǔn)位輸 出。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在不背離本發(fā) 明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和 變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種電源平衡模塊，其特征在于，包括一電源模塊，具有多個(gè)儲(chǔ)能元件；一第一開(kāi)關(guān)模塊，提供該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)方式耦接；一第二開(kāi)關(guān)模塊，提供該些儲(chǔ)能元件之間以并聯(lián)方式耦接；一開(kāi)關(guān)控制模塊，耦接于該第一開(kāi)關(guān)模塊與該第二開(kāi)關(guān)模塊，并根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)輸出一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給該第一開(kāi)關(guān)模塊及輸出一第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給該第二開(kāi)關(guān)模塊；以及一控制單元，耦接于該開(kāi)關(guān)控制模塊，并輸出該切換信號(hào)給該開(kāi)關(guān)控制模塊；其中該開(kāi)關(guān)控制模塊根據(jù)該切換信號(hào)來(lái)使該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)及并聯(lián)的其中一種方式來(lái)耦接。
2. 如權(quán)利要求1所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中該儲(chǔ)能元件為充電電池。
3. 如權(quán)利要求1所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中該儲(chǔ)能元件為磁性電容，而該磁性電容包括一第一磁性電極；一第二磁性電極；以及一介電層，設(shè)置于該第一磁性電極與該第二磁性電極之間；其中該介電層用以?xún)?chǔ)存電能，以及該第一磁性電極與該第二磁性電極分別具有多個(gè)磁偶極以避免儲(chǔ)存于該介電層中的電能漏電。
4. 如權(quán)利要求3所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中該第一磁性電極包括一第一磁性層；一第二磁性層；以及一第一隔離層，包含有非磁性材料，設(shè)置于該第一磁性層與該第二磁性層之間；以及其中該第二磁性電極包括一第三磁性層；一第四磁性層；以及一第二隔離層，包含有非磁性材料，設(shè)置于該第三磁性層與該第四磁性層之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中該第一開(kāi)關(guān)模塊包括多個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件，且在每?jī)蓚€(gè)該等儲(chǔ)能元件之間的串聯(lián)路徑上以及該電源模塊與一負(fù)載之間分別耦接有一個(gè)該第一開(kāi)關(guān)元件，以使該些儲(chǔ)能元件之間通過(guò)該些第一開(kāi)關(guān)元件來(lái)互相串聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中該第二開(kāi)關(guān)模塊包括多個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件，且每一個(gè)該儲(chǔ)能元件的第一端與第二端分別通過(guò)耦接一個(gè)該第二開(kāi)關(guān)元件來(lái)與其它該些儲(chǔ)能元件的第一端與第二端耦接，以使該些儲(chǔ)能元件之間通過(guò)該些第二開(kāi)關(guān)元件來(lái)互相并聯(lián)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中當(dāng)該負(fù)載的使用狀態(tài)為啟動(dòng)使用時(shí)，該開(kāi)關(guān)控制模塊所輸出的該第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第一開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，而該開(kāi)關(guān)控制模塊所輸出的該第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第二開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷，以使該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)方式耦接，并使該電源模塊提供電源輸出供該負(fù)載使用。
8. 如權(quán)利要求6所述的電源平衡模塊，其特征在于，其中當(dāng)該負(fù)載的使用狀態(tài)為停止使用時(shí)，該開(kāi)關(guān)控制模塊所輸出的該第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第一開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷，而該開(kāi)關(guān)控制模塊所輸出的該第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第二開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，以使該些儲(chǔ)能元件之間以并聯(lián)方式耦接，而讓該些儲(chǔ)能元件之間的電壓進(jìn)行平衡。
9. 一種電源平衡方法，其特征在于，包括提供一第一開(kāi)關(guān)模塊以控制一電源模塊中的多個(gè)儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)方式耦接；提供一第二開(kāi)關(guān)模塊以控制該電源模塊中的該些儲(chǔ)能元件之間以并聯(lián)方式耦接；以及根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)輸出一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給該第一開(kāi)關(guān)模塊及輸出一第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給該第二開(kāi)關(guān)模塊，以使該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)及并聯(lián)的其中一種方式來(lái)耦接。
10. 如權(quán)利要求9所述的電源平衡方法，其特征在于，其中該儲(chǔ)能元件為充電電池。
11. 如權(quán)利要求9所述的電源平衡方法，其特征在于，其中該第一開(kāi)關(guān)模塊使用多個(gè)第一開(kāi)關(guān)元件，且在每?jī)蓚€(gè)該等儲(chǔ)能元件之間的串聯(lián)路徑上以及該電源模塊與一負(fù)載之間分別耦接有一個(gè)該第一開(kāi)關(guān)元件，以使該些儲(chǔ)能元件之間通過(guò)該些第一開(kāi)關(guān)元件來(lái)互相串聯(lián)。
12. 如權(quán)利要求11所述的電源平衡方法，其特征在于，其中該第二開(kāi)關(guān)模塊使用多個(gè)第二開(kāi)關(guān)元件，且每一個(gè)該儲(chǔ)能元件的第一端與第二端分別通過(guò)耦接一個(gè)該第二開(kāi)關(guān)元件來(lái)與其它該些儲(chǔ)能元件的第一端與第二端耦接，以使該些儲(chǔ)能元件通過(guò)該些第二開(kāi)關(guān)元件來(lái)互相并聯(lián)。
13. 如權(quán)利要求12所述的電源平衡方法，其特征在于，其中當(dāng)該負(fù)載的使用狀態(tài)為啟動(dòng)使用時(shí)，該第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第一開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，而該第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第二開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷，以使該些儲(chǔ)能元件之間以串聯(lián)方式耦接，并使該電源模塊提供電源輸出供該負(fù)載使用。
14. 如權(quán)利要求12所述的電源平衡方法，其特征在于，其中當(dāng)該負(fù)載的使用狀態(tài)為停止使用時(shí)，該第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第一開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷，而該第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使該些第二開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，以使該些儲(chǔ)能元件之間以并聯(lián)方式耦接，而讓該些儲(chǔ)能元件之間的電壓進(jìn)行平衡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電源平衡模塊及其方法，該電源平衡模塊包括有一電源模塊、一第一開(kāi)關(guān)模塊、一第二開(kāi)關(guān)模塊、一開(kāi)關(guān)控制模塊及一控制單元。電源模塊具有多個(gè)儲(chǔ)能元件，且這些儲(chǔ)能元件之間通過(guò)第一開(kāi)關(guān)模塊及第二開(kāi)關(guān)模塊的控制而進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)的連接。開(kāi)關(guān)控制模塊則是根據(jù)一切換信號(hào)來(lái)個(gè)別輸出一第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給第一開(kāi)關(guān)模塊及輸出一第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給第二開(kāi)關(guān)模塊?？刂茊卧鶕?jù)一負(fù)載的使用狀態(tài)輸出此切換信號(hào)給開(kāi)關(guān)控制模塊。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101741106SQ20081017450
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
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