TW202207577A - 多重模組之可攜式電力站 - Google Patents

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馬茲 斯特爾納特
彼得 沃茲恩
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Abstract

一種操作可攜式電力站之方法，所述可攜式電力站包含複數個電池模組以及一可操作地連接至所述複數個電池模組的電池管理系統，所述方法包含利用所述電池管理系統來供應所述複數個電池模組的至少一第一電池模組一充電電流，該充電電流是產生自可操作地連接至所述可攜式電力站的一AC輸入連接的市電，以及所述方法包含利用所述電池管理系統來電連接所述複數個電池模組的至少一第二電池模組至一負載以供應所述負載一操作電流。所述方法進一步包含利用所述電池管理系統以從所述充電電流以及所述負載電性斷連所述複數個電池模組的至少一第三電池模組，以熱管理所述至少一第三電池模組。

Description

多重模組之可攜式電力站
此揭露內容是有關於電源供應器的領域，並且尤其是有關於從電化電池供應電能的可攜式電力站。
可攜式電力站是供應能量給例如是電動工具、電腦裝置的電性裝置、以及任何其它的電性裝置。可攜式電力站是包含儲存電能的可再充電的電化電池(亦即電池)。所述電能是根據所述電力站的功能而用任意所要的規格來提供的，例如低電壓的DC、高電壓的DC、以及線間電壓的AC(亦即120V或240V)。
通常，在無法獲得連接至市電提供的電力來源時，例如是在建築物或住家的最初建造階段期間、或是在連接至市電提供的電能是昂貴或不便的遙遠區域，可攜式電力站是被使用的。再者，在由於噪音及污染的限制而禁止由可攜式的內燃機所供能的發電機的運作的區域，可攜式電力站亦用在這些區域。電池供電的可攜式電力站則在實質安靜且不排放有害的燃燒產物下運作。
已知的可攜式電力站包含電池單元以及對應的充電裝置。所述充電裝置限制所述電力站在充電期間的操作，而且通常並不考量使用者對於快速充電所述電力站以滿足緊急的電力需求的渴望。於是，針對於可攜式電力站的進一步研發是所要的。
根據本揭露內容的一範例實施例，一種操作可攜式電力站之方法，所述可攜式電力站是包含複數個電池模組以及一可操作地連接至所述複數個電池模組的電池管理系統，所述方法包含利用所述電池管理系統來供應所述複數個電池模組的至少一第一電池模組從市電產生的一充電電流，所述市電是可操作地連接至所述可攜式電力站的一AC輸入連接、以及利用所述電池管理系統來電連接所述複數個電池模組的至少一第二電池模組至一負載，以供應所述負載一操作電流。所述方法進一步包含利用所述電池管理系統以從所述充電電流以及所述負載電性斷連所述複數個電池模組的至少一第三電池模組，以熱管理所述至少一第三電池模組。所述至少一第一電池模組、所述至少一第二電池模組、以及所述至少一第三電池模組是位在所述可攜式電力站的一殼體中。
根據本揭露內容的另一範例實施例，一種用於供應電能至負載之可攜式電力站是包括一殼體、複數個電池模組、以及一電池管理系統。所述殼體包含一AC輸入連接。所述複數個電池模組是位在所述殼體之內。所述電池管理系統是可操作地連接至所述複數個電池模組。所述電池管理系統是被配置以(i)電連接所述複數個電池模組的至少一第一電池模組至藉由所述電池管理系統從耦接至所述AC輸入連接的市電產生的充電電流、(ii)電連接所述複數個電池模組的至少一第二電池模組至所述負載以供應所述負載操作電流、以及(iii)從所述市電以及所述負載電性斷連所述複數個電池模組的至少一第三電池模組，以熱管理所述至少一第三電池模組。
為了促進對於本揭露內容的原理的理解之目的，現在將會參考到在圖式中所描繪並且在以下的文字說明書中所敘述的實施例。所了解的是，並不欲藉此來限制本揭露內容的範疇。進一步理解的是，此揭露內容包含對於所舉例說明的實施例的任何改變及修改，並且進一步包含與此揭露內容有關的熟習此項技術者通常會思及的本揭露內容的原理的應用。
本揭露內容的特點是被揭示在所附的說明中。本揭露內容的替代實施例以及其等同者可被設計出，而不脫離本揭露內容的精神或範疇。應注意到的是，任何在此有關 「一個實施例」、「一實施例」、「一範例實施例」與類似者的討論都是指所述實施例可包含一特定的特點、結構或特徵，並且此種特定的特點、結構或特徵可以不一定內含在每一個實施例中。此外，對於前述的參照並不一定包括對於相同的實施例的參照。最後，不論是否被明確地敘述，具有此項技術的通常知識者將會輕易地體認到所給定的實施例的特定的特點、結構或特徵的每一個都可以關連或結合在此論述的任何其它實施例的那些特點、結構或特徵而被利用。
為了本揭露內容之目的，所述措辭「A及/或B」是表示(A)、(B)或是(A及B)。為了本揭露內容之目的，所述措辭「A、B及/或C」是表示(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)或(A、B及C)。
如同相關本揭露內容的實施例所用的，所述術語「包括」、「包含」、「具有」與類似者是同義的。
如同在圖1中所示，一種工具系統100包含一可攜式電力站104，以用於供應電能至一電性負載108。所述範例的電性負載108包含一AC電動工具112、一DC電動工具116、以及一電池充電器120。所述AC電動工具112例如是包含AC馬達的電動工具，其使用具有60Hz頻率的120V或240V的AC電力(亦即，市電124、市電電力、線間電壓、或是市電電壓)。在一實施例中，所述AC電動工具112是一可攜式的圓鋸(亦即可攜式的電動工具)，而在另一實施例中，所述AC電動工具112是一桌鋸。所述AC電動工具112可以從所述可攜式電力站104的一AC輸出連接128、或是直接從所述市電124而被供應AC電力。
所述負載108的DC電動工具116例如是一可攜式的電動工具，其包含一有刷或無刷馬達，其利用在12V到60V的電壓的DC電源。在一實施例中，所述DC電動工具116是從一對應的連接的電池組(未顯示)、或是透過一有線的連接至所述可攜式電力站104的DC輸出連接132來接收DC電力。
所述負載108的電池充電器120例如是用於充電其它的DC電動工具以及所述DC電動工具116的電池(亦即電池組136)的裝置。在一實施例中，所述電池充電器120是被供應來自所述AC輸出連接128或是直接來自所述市電124的AC電力，以充電可操作地連接至所述電池充電器120的電池組136。額外或替代地，所述電池充電器120是被供應來自所述DC輸出連接132的DC電力，以充電所述電池組136。所述負載108的電動工具112、116、120中的任一或多個都可同時連接至所述可攜式電力站104，並且同時從所述可攜式電力站104被供應電能，因而所述工具112、116、120是同時可利用的。
所述可攜式電力站104是一電能儲存裝置，並且亦被稱為無線發電機以及行動電源。如同在圖1中所示，所述可攜式電力站104包含一殼體140，所述殼體140包含一AC輸入連接144、複數個電池模組148、一電池管理系統152、所述AC輸出連接128、所述DC輸出連接132、以及一主動冷卻系統156。所述電池管理系統152(「BMS」)是一常見的控制電子單元，其智能地充電所述電池模組148、智能地選擇所述電池模組148中的一預設的數量以用於供應電力至所述負載108、以及智能地判斷所述電池模組148中之一個何時應該為了修理或替換而使其離線的。所述BMS 152包含一切換系統160、一能量輸出單元164、一充電單元168、以及一電流感測器172，每個分別在操作上連接至一控制器176。所述可攜式電力站104的每一個元件是在此被描述。
如同在圖1中所示，所述AC輸入連接144是被配置以電性且實體地連接至AC電力的一來源，例如是來自對應的牆壁插座(未顯示)的市電124。所述AC輸入連接144接收AC電力的一輸入至所述可攜式電力站104。在一實施例中，所述AC輸入連接144例如是用於北美市場的3插腳的NEMA(美國電氣製造商協會)連接器。額外或替代地，所述AC輸入連接144可以具有如同在對應的市場或區域中通常使用的任何其它的連接器格式。
所述AC輸出連接128是被配置以電性且實體地連接至一被AC供電的裝置，例如是所述AC電動工具112以及所述電池充電器120。所述AC輸出連接128通常具有和標準的牆壁插座相同的連接格式，例如是在北美的3插孔的NEMA連接器。額外或替代地，所述AC輸出連接128可以具有如同在對應的市場或區域中通常使用的任何其它連接器格式。再者，所述AC輸出連接128可包含複數個連接器，因而超過一被AC供電的裝置是可直接連接至所述可攜式電力站104。
所述DC輸出連接132是被配置以電性且實體地連接至一被DC供電的裝置，例如所述DC電動工具116。在一實施例中，所述DC輸出連接132具有至少一如同常見於汽車內的母「點菸器插座」。額外或替代地，所述DC輸出連接132可以具有如同在對應的市場或區域中通常使用的任何其它的連接器格式。再者，所述DC輸出連接132可包含複數個連接器，因而超過一被DC供電的裝置可直接連接至所述可攜式電力站104。
如同在圖2中所示，所述電池模組148的每一個是包含位在一殼體184之內的複數個電池單元180、以及一介面188。在圖2中的橢圓是指出所述電池模組148可包含任意數目的電池單元180，並且所述可攜式電力站104可包含任意數目的電池模組148。在一範例實施例中，每一個電池模組148包含十個電池單元180，並且所述可攜式電力站104包含六個電池模組148。
所述電池單元180是電連接至彼此以及所述介面188。在一實施例中，每一個電池模組148包含從四個到四十個的相同數目的電池單元180。所述電池模組148可包含串聯及並聯連接的電池單元180的任意組合。例如，在一實施例中，每一個電池模組148包含十個串聯連接的電池單元180。在另一實施例中，每一個電池模組148包含兩個群組的十個串聯連接的電池單元180，而所述兩個群組是並聯連接的。所述電池模組148包含任何其它電性配置的電池單元180。
在一實施例中，每一個電池單元180是一可再充電的鋰離子聚合物(Li離子聚合物或LiPo)電池單元，其具有一約3.7V的標稱電壓。在其它實施例中，所述電池單元180是鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)、鉛酸、鋰離子(Li離子)、或是任何其它所要的可再充電的電池架構。通常，所述電池單元180具有一高功率密度的電池架構，但也是輕量的以便於使得所述可攜式電力站104容易搬運。在一實施例中，所述可攜式電力站104可包含第一架構的電池單元180、以及第二不同的架構的電池單元180。例如，所述可攜式電力站可包含一些具有LiPo架構的電池單元180的電池模組148、以及其它具有鉛酸架構的電池單元180的電池模組148。
每一個電池模組148亦包含一電壓/溫度感測器192，其可操作地連接至每一個電池單元180以及所述介面188。所述電壓/溫度感測器192偵測一對應的電池單元180的電壓及溫度，並且產生一電性輸出。每一個電壓/溫度感測器192的電性輸出是可操作地至少透過所述切換系統160來連接至所述BMS 152。所述電壓/溫度感測器192是配置所述可攜式電力站104，以個別地監視在所述可攜式電力站104中的每一個電池單元180的溫度及電壓。所述電壓/溫度感測器192是電連接至所述介面188。
每一個電池模組148是個別可從所述可攜式電力站104的殼體140拆卸且可替換的。當所述電池模組148連接至所述可攜式電力站104時，所述介面188是實體且電性連接至所述BMS 152的切換系統160的一對應的介面196。從所述可攜式電力站104移除所述電池模組148是包含從所述介面196斷連所述介面188，並且從所述殼體140移除所述斷連的電池模組148。將所述電池模組148連接至所述可攜式電力站104是包含將所述電池模組148設置在所述殼體140之內，並且將所述介面188連接至所述介面196。
如同在圖1中所示，所述BMS 152的切換系統160是電連接到至少每一個電池模組148、所述能量輸出單元164、以及所述充電單元168。在一實施例中，所述切換系統160是利用一專用的電連線來直接電連接至每一個電池模組148，並且被配置以連接或是斷開所述電池模組148的任意組合至所述能量輸出單元164以及所述充電單元168。透過所述切換系統160，在任何給定的時間可以有一或多個供電所述負載108的主動電池模組148。
再次參考圖2，所述切換系統160在一實施例中是包含複數個充電場效電晶體204(亦即充電FET)、複數個工作FET 208、以及複數個所述介面196。所述充電FET 204是電連接及斷開所述電池模組148至所述充電單元168所輸出的一充電電流。所述工作FET 208是電連接及斷開所述個別的電池模組148透過所述能量輸出單元164至所述負載108。所述充電FET 204以及所述工作FET 208是藉由所述控制器176而被電子式控制為在一「閉路」配置、或是一「開路」配置中，所述「閉路」配置用於電連接所述電池模組148的，所述「開路」配置用於中斷電連接所述電池模組148的。在其它實施例中，所述切換單元160是包含任何其它類型的電子式控制的開關。
所述切換系統160的介面196是被配置以電性且實體地連接至所述電池模組148的對應的介面188。所述介面196是被設置為任何所要的介面類型及結構。所述切換系統160至少包含和所述電池模組148的數目一樣多的介面196。
再次參考圖1，所述BMS 152的能量輸出單元164是包含一AC供應212以及一DC供應216。所述AC供應212在此亦被稱為「逆變器」或是「電源逆變器」，其被配置以轉換所述電池模組148的一或多個的DC電力成為AC電力，以用於透過所述AC輸出連接128來供應所述負載108 AC電能。所述BMS 152是被配置以操作所述切換系統160以及所述能量輸出單元164，以將所述電池模組148中的任一或多個連接至所述AC供應212。在一實施例中，從所述AC供應212輸出的AC電能是匹配所述市電124的電壓及頻率，使得所述AC電動工具112是可從所述可攜式電力站104，利用來自所述電池模組148的能量來運作的。再者，在某些實施例中，所述能量輸出單元164是被配置以將所述市電124直接連接至所述AC輸出連接128，因而連接至所述AC輸出連接128的AC電動工具112是直接從所述市電124被供應AC電能，而不是所述電池模組148。
所述DC供應216是電連接至所述DC輸出連接132，並且被配置以從所述電池模組148，透過所述DC輸出連接132來供應DC電力至所述負載108。所述BMS 152是被配置以操作所述切換系統160以及所述能量輸出單元164，以將所述電池模組148中的任一或多個連接至所述DC供應216。在一實施例中，從所述DC供應216透過所述DC輸出連接132輸出的DC電力是匹配所述DC電動工具116所用的電壓，使得所述DC電動工具116是可從所述可攜式電力站104利用來自所述電池模組148的能量操作的。
如同在圖1中所示，所述BMS 152的充電單元168是被配置以利用至少一對應的充電電流來智能地充電所述電池模組148。明確地說，所述充電單元168是被配置以轉換所述市電124成為一用於充電所述電池模組148的DC充電電流。再者，在某些實施例中，所述充電單元168是藉由從一第一電池模組148傳輸電能至一第二電池模組148來產生所述充電電流，以便於用放電所述第一電池模組148作為代價地充電所述第二電池模組148。
所述BMS 152的電流感測器172是被配置以監視複數個電流。例如，所述電流感測器172是被配置以監視(i)由所述電池模組148的每一個所汲取或供應的一電流、(ii)由所述可攜式電力站104透過所述AC輸入連接144所汲取的一電流、(iii)透過所述AC輸出連接128所輸出的一電流、以及(iv)透過所述DC輸出連接132所輸出的一電流。所述電流感測器172是耦接至所述控制器176以提供感測到的電流資料至所述控制器176以用於處理。
所述BMS 152的控制器176是被配置以執行程式指令(亦即軟體)，以用於操作所述可攜式電力站104來供應電能至所述負載108、充電所述電池模組148、以及監視所述電池模組148的健全、及其它功能。所述控制器176是可操作地連接至所述切換系統160、所述能量輸出單元164、所述充電單元168、以及所述電流感測器172。所述控制器176是被設置為至少一微控制器及/或微處理器。
如同在圖1中所示，所述主動冷卻系統156是可操作地連接至所述BMS 152，並且包含至少一電扇224以及至少一可控制的排氣口228。所述BMS 152是實施一熱管理策略，以判斷所述電池模組148的充電或放電是否導致所述電池模組148的熱應力。熱應力是發生在所述電池模組148中的一或多個***作(亦即被充電或放電)在所述電池模組148的溫度超出一正常的操作溫度範圍(在一實施例中，亦即從約20°C到約50°C)時。響應於偵測到一熱問題，所述BMS 152被配置以將所述充電或放電轉移到一不同的電池模組148。明確地說，所述BMS 152是被配置以利用所述電壓/溫度感測器192來監視每一個電池模組148的每一個電池單元180的溫度，並且藉由控制通過所述可攜式電力站104的殼體140的氣流來調節所述電池單元180以及所述電池模組148的溫度。在一實施例中，每一個電池模組148是包含所述風扇224中對應的一個，其被設置以導引氣流橫跨所述電池模組148。在其它實施例中，一或多個電池模組148共用一風扇224。所述BMS 152啟動所述主動冷卻系統156的一或多個風扇224以冷卻所述電池模組148，並且停用所述一或多個風扇224以增高所述電池模組148的溫度，例如是在所述可攜式電力站104***作在冷的環境時，因而所述電池模組148被加熱達到所述正常的操作溫度範圍的一下限。
所述主動冷卻系統156的至少一排氣口228是被形成在所述可攜式電力站104的殼體140中。所述排氣口228是一穿過所述殼體140的電子式可控制的開口。明確地說，每一個排氣口228是可配置在一完全閉合的狀態、一完全開啟的狀態、以及介於所述完全開啟的以及完全閉合的狀態之間的中間的位置。所述BMS 152是被配置以控制所述排氣口228的狀態，以便於調節所述電池單元148的溫度。例如，所述BMS 152通常會配置所述排氣口228在所述完全開啟的狀態或是部分開啟的狀態以增加通過所述殼體140的氣流，以便於冷卻所述電池模組148中的一或多個。若所述電池模組148中的一或多個應該被保暖時，則所述BMS 152配置所述排氣口228在所述閉合狀態，以捕陷由所述電池模組148以及所述BMS 152產生的熱。在一實施例中，當所述電池模組148中的一或多個的溫度低於約20°C時，所述電池模組148被保暖。
在操作上，所述可攜式電力站104是被配置以執行一種方法300，其被展示在圖3的流程圖中。在區塊304並且額外參考圖4，所述可攜式電力站104被配置以充電被指出為模組#1、#2及#5的電池模組148。每一個電池模組148在所述電池模組148的備妥之後，從所述充電單元168接收一根據充電位準及溫度而定的個別控制的充電電流。明確地說，在區塊304，所述可攜式電力站104是在所述AC輸入連接144電連接至所述市電124。所述BMS 152配置所述充電單元168以從所述市電124產生所述充電電流。再者，所述切換系統160電連接被指出為模組#1、#2及#5的電池模組148至所述充電單元168以接收所述充電電流。所述電池模組148接收所述充電電流，並且被充電直到所述電池模組148被完全充電、或是直到所述連接至所述市電124被中斷為止。
在區塊308，所述可攜式電力站104是藉由將所述電池模組148連接至所述負載108來放電在圖4中被指出為模組#6的電池模組148。明確地說，所述BMS 152的切換系統160電連接被指出為模組#6的電池模組148至所述DC輸出連接132，以供應所述負載108(亦即所述DC電動工具116)一操作電流。所述可攜式電力站104產生被供應至所述負載108的操作電流，同時所述可攜式電力站104產生被供應至被指出為模組#1、#2及#5的電池模組148的充電電流。於是，所述BMS 152充電所述電池模組148的某些個時，其它電池模組148正被放電。
接著，在區塊312，所述可攜式電力站104是被配置以熱管理在圖4中被指出為模組#3及#4的電池模組148。尤其，所述BMS 152從所述充電單元168的充電電流以及所述負載108電性斷連被指出為模組#3及#4的電池模組148，因而所述電池模組148冷卻至在所述可攜式電力站104的殼體140之內的一內部空間的環境溫度。再者，所述BMS 152可以啟動所述主動冷卻系統156以藉由開啟所述排氣口228及/或啟動所述風扇224來進一步冷卻所述被熱管理的電池模組148。區塊304的充電、區塊308的放電、以及區塊312的熱管理是同時發生的。
在區塊312，為了熱管理所述電池模組148，所述BMS 152利用和所述電池單元180相關的電壓/溫度感測器192來監視所述電池模組148的每一個的溫度。在一實施例中，所述電池模組148具有從約20°C到約50°C的一正常的操作溫度範圍，並且所述電池模組148不應該***作在高於約70°C的溫度下。當所述BMS 152判斷一被監測的電池模組148具有超出一預設溫度的溫度時，所述BMS 152從所述充電電流以及所述負載108電性斷連具有超過所述預設溫度的溫度的所述被監測的電池模組148，以冷卻所述被監測的電池模組148。一範例的預設溫度是45°C，而所述預設溫度在其它實施例中是從約40°C到約55°C。所述預設溫度是被選擇成對應於所述電池模組148的所述正常的操作溫度範圍的一上限。所述被監測的電池模組148是利用所述切換系統160而被斷連。
當所述BMS 152從所述負載108斷連所述電池模組148中之一個以便於熱管理所述被斷連的電池模組148時，所述BMS 152可以將一不同的電池模組148連接至所述負載108，因而被供應至所述負載108的操作電流是不中斷的。所述BMS 152是連接具有量測到的溫度是低於所述預設溫度的一不同的電池模組148至所述負載108。再者，當所述被斷連及熱管理的電池模組148的溫度下降到低於所述預設溫度時，所述BMS 152可以將所述被冷卻的電池模組148重新連接至所述負載108，並且從所述負載108斷連所述不同的電池模組148。
在另一實施例中，所述BMS 152是被配置以只維持在一預設的時間期間連接所述電池模組148中之一個至所述負載108，並且接著從所述負載108斷連所述電池模組148。此方法是防護所述電池單元180的深度放電，藉此維持電池壽命。例如，在圖4中，所述BMS 152在所述預設的時間期間連接被指出為模組#6的電池模組148至所述負載108。在所述預設的時間期間的期滿時，所述BMS 152從所述負載108電性斷連被指出為模組#6的電池模組148，並且接著電連接被指出為模組#3的電池模組148至所述負載108。相較於在切換到所述電池模組148中的另一個之前完全地放電所述電池模組148中之一個，以此種方式，所述電池模組148是在所述可攜式電力站104的使用期間更均勻地耗盡。
例如，在一實施例中，在放電所述電池模組148的任一個低於80%之前，所述BMS 152先放電每一個電池模組148至80%。接著，在放電所述電池模組148的任一個低於60%之前，所述BMS 152先放電每一個電池模組148至60%。接著，在放電所述電池模組148的任一個低於40%之前，所述BMS 152先放電每一個電池模組148至40%。接著，在放電所述電池模組148的任一個低於20%之前，所述BMS 152先放電每一個電池模組148至20%。
參考圖5，所述可攜式電力站104是可運作以旁路所述電池模組148，並且利用來自所述市電124的電能的操作電流來供應所述負載108。以此種方式，所述BMS 152直接轉換來自所述市電124的線間電壓成為所述AC電動工具112所需的工具電壓，並且旁路所述電池模組148。例如，某些使用者可能連接所述可攜式電力站104至所述市電124以充電所述電池模組148，並且同時連接一負載108至所述AC輸出128以及所述DC輸出132中的一或多個。在此種配置中，所述BMS 152是可運作以感測所述市電124是已連接並且可利用的，並且接著直接從所述市電124產生用於所述負載108的操作電流，而不是從所述電池模組148汲取電能。在圖5的例子中，所述可攜式電力站104是連接至所述市電124。所述BMS 152正在充電被指出為模組#1、#2、#5及#6的電池模組148，並且被指出為模組#3及#4的電池模組148正被熱管理及/或完全被充電並且正在冷卻。在圖5中，所述BMS 152已經從所述負載108斷連所有的電池模組148，並且所述BMS 152從所述市電124產生用於所述負載108的操作電流。例如，所述BMS 152利用所述能量輸出單元164的AC供應212，以耦接從所述市電124產生的至少一AC操作電流至所述AC輸出連接128，且/或所述BMS 152轉換所述市電124成為包含至少一DC操作電流的一DC格式，其是利用所述能量輸出單元164的DC供應216來連接至所述DC輸出連接132。在圖5的例子中，所述電池模組148並未被利用以產生所述AC操作電流或是所述DC操作電流，而是所述可攜式電力站104利用來自所述市電124的能量以提供未受限的運行時間給所述負載108。
參考圖6的例子，所述BMS 152已經利用所述電池模組中的並聯連接的兩個來產生用於所述負載108的操作電流。例如，在某些實施例中，所述BMS 152判斷每一個電池模組148的最大功率輸出位準、以及所述負載108的功率需求。接著，所述BMS 152判斷符合或超過所述負載108的功率需求所需的電池模組148的一預設的數量。以此種方式，所述BMS 152配置所述電池模組148的每一個以傳遞比最大功率輸出位準低的功率，而所述電池模組148的總功率輸出位準是大於所述負載108的功率需求。在圖6的例子中，被指出為模組#2及#6的電池模組148是並聯連接，並且透過所述能量輸出單元164來耦接至所述負載108，以傳遞所述操作電流至所述負載108。所述BMS 152可以並聯連接任意數目的電池模組148，以滿足所述負載108的功率需求。此外，所述BMS 152可以串聯連接任意數目的電池模組148，以滿足所述負載108的功率需求。因此，所述BMS 152可以形成串聯及並聯連接的電池模組148的任意組合，以滿足所述負載108的功率需求。
圖6亦展示被指出為模組#3的電池模組148已經被帶離線的。若所述電池模組148中之一個不再於所要的參數之內執行時，所述BMS 152是被配置以將所述電池模組148排除操作，並且向使用者指出建議維修所述電池模組148。其餘的電池模組148則繼續運作，而無問題。例如，所述BMS 152是被配置以判斷每一個電池模組148的健全狀態，並且根據所判斷的健全狀態相較於預設的健全狀態來識別電池模組148的不健全。所述電池模組148的健全狀態是藉由所述BMS 152，根據包含一量測到的內部電阻、電量、電壓、接受充電的能力、充放電週期數目、年齡、溫度、以及被充電及放電的總能量中的至少一個的因素來加以判斷。被用來判斷健全狀態的因素是藉由所述控制器176來評估，並且可被儲存在所述BMS 152的記憶體(未顯示)中。
當所述控制器176識別所述電池模組148中之一個具有一健全狀態是小於所述預設的健全狀態時，所述可攜式電力站104將所述電池模組148帶成離線，並且向使用者指出所述電池模組148中之特定的一個需要維修及/或替換。當所述電池模組148中之一個是離線的，則所述切換系統160已經從所述AC輸入144、所述AC輸出128、所述DC輸出132、所述能量輸出單元164、以及所述充電單元168斷連所述電池模組148，因而沒有電流會從所述電池模組148汲取、或是被供應至所述電池模組148。在一實施例中，當使用者例如是在所述可攜式電力站104的對應的顯示器(未顯示)上看見有關所述離線的電池模組148的指示時，使用者是藉由從所述介面196斷連所述介面188來從所述殼體140移除所述離線的電池模組148。接著，使用者藉由連接所述對應的介面188、196來***一健全的電池模組148到所述殼體140中。就此而論，當被適當維修時，所述可攜式電力站104是合用的，並且被配置以傳遞可靠的電力來源至所述負載108。額外或替代地，當使用者看見有關所述離線的電池模組148的指示時，使用者是將所述可攜式電力站104帶到服務中心，以用於所述離線的電池模組148的修理或替換。所述服務中心能夠修理或替換所述可攜式電力站104的任何構件；而在一實施例中，使用者可被限制來交換電池模組148。
所述可攜式電力站104是被配置以實施所述電池模組148的快速充電的過程，以將所述可攜式電力站104備妥供快速的利用。在所述快速充電過程期間，在所述電池模組148的任一個被完全充電之前，所有的電池模組148都至少接受一些充電。此種過程是遠快於例如順序排列地充電每一個電池模組148到完全充電來將所述可攜式電力站104備妥以供利用。一範例的快速充電過程是在以下闡述。首先，所述BMS 152利用所述切換系統160以從所述負載108斷連所述電池模組148。接著，利用所述充電單元168，所述BMS 152是利用所述充電電流來充電所述電池模組148的每一個至50%電量。在具有六個電池模組148的可攜式電力站104中，所有的電池模組148都可以同時接收所述充電電流。藉由所述BMS 152充電的電池模組148的數量是依據所述BMS 152的電流容量而定，並且可以是小於所述電池模組148的總數。在一實施例中，所述電池模組148是在約二十二分鐘內被充電至50%。在所述電池模組148被充電至50%電量之後，假設使用者判斷所述可攜式電力站104具有充分的電量，則所述可攜式電力站104是備妥以供利用。接著，假設在所述電池模組148的每一個被充電至50%電量之後繼續充電，則所述BMS 152是利用所述充電電流來充電所述電池模組148的每一個至80%電量。在一實施例中，所述電池模組148是在約三十六分鐘內，從50%被充電至80%。在所述電池模組148被充電至80%電量之後，假設使用者判斷所述可攜式電力站104具有充分的電量，則所述可攜式電力站104是備妥以供利用。接著，假設在所述電池模組148的每一個被充電至80%電量之後繼續充電，則所述BMS 152是利用所述充電電流來充電所述電池模組的每一個至100%電量。在一實施例中，所述電池模組148是在約十九分鐘內，從80%被充電至100%。就此而論，所述快速充電的過程提供使用者利用所述可攜式電力站104的機會，而不須等待所述電池模組148的每一個都被充電至100%電量。
在某些實施例中，所述可攜式電力站104是被配置以透過一多階段的電壓升壓過程來升壓在所述DC輸出連接132的輸出電壓。明確地說，所述BMS 152利用所述能量輸出單元164以及所述DC供應216來轉換所述電池模組148中之一個的DC電壓位準，從一最初的電壓位準轉換成一第一增高的DC電壓位準。在一實施例中，所述BMS 152包含一升壓型穩壓器以增高所述DC電壓位準。接著，所述BMS 152利用所述能量輸出單元164以及所述DC供應216，以轉換所述第一增高的DC電壓位準成為一第二增高的DC電壓位準。所述第一增高的DC電壓位準是大於所述最初的電壓位準，並且所述第二增高的DC電壓位準是大於所述第一增高的DC電壓位準。所述第二增高的DC電壓位準是以所述電池模組148的一降低的電流容量作為代價的。所述第二增高的DC電壓透過所述DC輸出連接132而被供應至所述負載108。
在另一實施例中，所述可攜式電力站104包含個別可控制且可連接的電池單元180，以作為個別可控制且可連接的電池模組148的替代或是額外的。在一範例實施例中，所述可攜式電力站104包含二十五個電池單元180，其為了最佳化的熱管理以及其它因素而被個別地控制。所述電池單元180是可個別連接至所述負載108以及所述充電單元168。在操作上，十個具有最高的充電位準以及最低的溫度(在所述正常的操作溫度範圍之內)的電池單元180被所述BMS 152選出，以供應電能至所述負載108。根據所述電池單元180是在用於充電的適當溫度的判斷，並未可操作地連接至所述負載108的電池單元180可被供應一個別控制的充電電流。所述BMS 152從所述負載108連接及斷連所述電池單元180，因而所述二十五個可利用的電池單元180中的十個「最備妥的」電池單元180是在所述負載108的使用期間可操作地連接至所述負載108。
儘管本揭露內容已經在圖式以及先前的說明中被詳細地描繪及敘述，但是其在性質上應該被視為舉例說明而非限制性的。所了解的是，只有較佳實施例已經被提出，並且所有在本揭露內容的精神之內的改變、修改以及進一步的應用都欲受到保護。
100:工具系統 104:可攜式電力站 108:電性負載 112:AC電動工具 116:DC電動工具 120:電池充電器 124:市電 128:AC輸出連接 132:DC輸出連接 136:電池組 140:殼體 144:AC輸入連接 148:電池模組 152:電池管理系統 156:主動冷卻系統 160:切換系統 164:能量輸出單元 168:充電單元 172:電流感測器 176:控制器 180:電池單元 184:殼體 188:介面 192:電壓/溫度感測器 196:介面 204:充電FET 208:工作FET 212:AC供應 216:DC供應 224:風扇 228:排氣口 300:方法 304:區塊 308:區塊 312:區塊
對於所述技術中具有通常技能者而言，上述及其它的特點及優點藉由參考以下的詳細說明以及所附的圖式應該變得更加明顯，其中：
[圖1]是如同在此所揭露的一種工具系統的方塊圖，其包含可操作地連接至市電以及電性負載的可攜式電力站；
[圖2]是圖1的可攜式電力站的切換系統以及電池模組的方塊圖；
[圖3]是描繪一種操作圖1的可攜式電力站的範例的方法的流程圖；
[圖4]是圖1的可攜式電力站的六個電池模組的方塊圖，其展示在充電狀態、冷卻狀態以及放電狀態的電池模組；
[圖5]是圖1的可攜式電力站的六個電池模組的方塊圖，其展示在所述充電狀態以及所述冷卻狀態中的電池模組；以及
[圖6]是圖1的可攜式電力站的六個電池模組的方塊圖，其展示在所述充電狀態、所述冷卻狀態、所述放電狀態、以及離線的狀態的電池模組。
100:工具系統
104:可攜式電力站
108:電性負載
112:AC電動工具
116:DC電動工具
120:電池充電器
124:市電
128:AC輸出、AC輸出連接
132:DC輸出、DC輸出連接
136:電池組
140:殼體
144:AC輸入連接
148:電池模組
152:電池管理系統
156:主動冷卻系統
160:切換系統
164:能量輸出單元
168:充電單元
172:電流感測器
176:控制器
212:AC供應
216:DC供應
224:風扇
228:排氣口

Claims (20)

  1. 一種操作可攜式電力站之方法，所述可攜式電力站包含複數個電池模組以及一可操作地連接至所述複數個電池模組的電池管理系統，所述方法包括： 利用所述電池管理系統來供應所述複數個電池模組的至少一第一電池模組從市電產生的充電電流，所述市電是可操作地連接至所述可攜式電力站的AC輸入連接； 利用所述電池管理系統來電連接所述複數個電池模組的至少一第二電池模組至負載，以供應所述負載操作電流；以及 利用所述電池管理系統以從所述充電電流以及所述負載電性斷連所述複數個電池模組的至少一第三電池模組，以熱管理所述至少一第三電池模組， 其中所述至少一第一電池模組、所述至少一第二電池模組、以及所述至少一第三電池模組是位在所述可攜式電力站的殼體中。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括： 利用所述電池管理系統來監視所述複數個電池模組的溫度； 判斷何時一被監測的電池模組具有超出預設溫度的溫度；以及 利用所述電池管理系統來從所述充電電流以及所述負載電性斷連具有所述溫度超過所述預設溫度的所述被監測的電池模組，以冷卻所述被監測的電池模組。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括： 監視所述至少一第二電池模組的所述溫度； 判斷所述至少一第二電池模組的所述溫度超出所述預設溫度； 從所述負載電性斷連所述至少一第二電池模組，以冷卻所述至少一第二電池模組； 電連接所述複數個電池模組的至少一第四電池模組至所述負載以供應所述負載所述操作電流， 其中所述至少一第四電池模組具有低於所述預設溫度的溫度。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包括： 判斷所述至少一第二電池模組的溫度已經下降到低於所述預設溫度； 從所述負載電性斷連所述至少一第四電池模組；以及 電連接所述被冷卻的至少一第二電池模組至所述負載以供應所述負載所述操作電流。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括： 從所述負載電性斷連所述複數個電池模組；以及 利用所述充電電流來充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至50%電量。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括： 在所述複數個電池模組的每一個電池模組被充電至50%電量之後，利用所述充電電流來充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至80%電量。
  7. 如請求項第6項之方法，其進一步包括： 在所述複數個電池模組的每一個電池模組被充電至80%電量之後，利用所述充電電流來充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至100%電量。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包括： 判斷所述複數個電池模組的健全狀態；以及 識別所述複數個模組中的一不健全的電池模組，其是根據所述不健全的電池模組的健全狀態與預設的健全狀態相比較； 從所述可攜式電力站移除所述不健全的電池模組；以及 ***一健全的電池模組到所述可攜式電力站中，以取代所述被移除的不健全的電池模組。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包括： 從所述負載電性斷連所述複數個電池模組的所述至少一第二電池模組；以及 供應所述負載從所述市電產生的另一操作電流。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括： 利用所述電池管理系統以轉換所述市電成為適合用於產生所述另一操作電流的格式。
  11. 如請求項1之方法，其進一步包括： 利用所述電池管理系統來判斷每一個電池模組的最大功率輸出位準； 利用所述電池管理系統來判斷所述負載的功率需求；以及 利用所述電池管理系統來決定一預設數目的所述電池模組以連接至所述負載，使得(i)連接至所述負載的每一個電池模組的功率需求是小於所述最大功率輸出位準，並且(ii)連接至所述負載的所述電池模組的總功率輸出位準是大於所述負載的所述功率需求。
  12. 如請求項11之方法，其中所述預設數目的電池模組是並聯電連接至所述負載。
  13. 如請求項1之方法，其進一步包括： 電連接所述至少一第二電池模組至所述負載持續一預設的時間期間； 在所述預設的時間期間的期滿時，從所述負載電性斷連所述至少一第二電池模組；以及 在所述預設的時間期間的所述期滿時，電連接所述複數個電池模組的至少一其它電池模組至所述負載。
  14. 如請求項1之方法，其進一步包括： 利用所述電池管理系統來轉換所述至少一第二電池模組的DC電壓位準至第一增高的DC電壓位準； 利用所述電池管理系統來轉換所述增高的DC電壓位準至第二增高的DC電壓位準；以及 供應所述負載所述第二增高的DC電壓位準， 其中所述第一增高的DC電壓位準是大於所述DC電壓位準，以及 其中所述第二增高的DC電壓位準是大於所述第一增高的DC電壓位準。
  15. 一種用於供應電能至負載之可攜式電力站，其包括： 殼體，其具有AC輸入連接； 複數個電池模組，其位在所述殼體之內；以及 電池管理系統，其是可操作地連接至所述複數個電池模組，所述電池管理系統是被配置以(i)電連接所述複數個電池模組的至少一第一電池模組至藉由所述電池管理系統從耦接至所述AC輸入連接的市電產生的充電電流、(ii)電連接所述複數個電池模組的至少一第二電池模組至所述負載以供應所述負載操作電流、以及(iii)從所述市電以及所述負載電性斷連所述複數個電池模組的至少一第三電池模組，以熱管理所述至少一第三電池模組。
  16. 如請求項15之可攜式電力站，其中所述電池管理系統是進一步被配置以(i)從所述負載電性斷連所述複數個電池模組、(ii)電連接所述複數個電池模組至所述充電電流以充電所述電池模組、以及(iii)充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至50%電量。
  17. 如請求項16之可攜式電力站，其中所述電池管理系統是進一步被配置以在所述複數個電池模組的每一個電池模組被充電至50%電量之後，充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至80%電量。
  18. 如請求項17之可攜式電力站，其中所述電池管理系統是進一步被配置以在所述複數個電池模組的每一個電池模組被充電至80%電量之後，充電所述複數個電池模組的每一個電池模組至100%電量。
  19. 如請求項15之可攜式電力站，其中所述電池管理系統是進一步被配置以(i)利用所述電池管理系統來監視所述複數個電池模組的溫度、(ii)判斷何時一被監測的電池模組具有超出預設溫度的溫度、以及(iii)利用所述電池管理系統來從所述充電電流以及所述負載電性斷連具有所述溫度超過所述預設溫度的所述被監測的電池模組，以冷卻所述被監測的電池模組。
  20. 如請求項19之可攜式電力站，其中：所述電池管理系統是進一步被配置以(i)監視所述至少一第二電池模組的所述溫度、(ii)判斷所述至少一第二電池模組的所述溫度超出所述預設溫度、(iii)從所述負載電性斷連所述至少一第二電池模組，以冷卻所述至少一第二電池模組、以及(iv)電連接所述複數個電池模組的至少一第四電池模組至所述負載以供應所述負載所述操作電流，以及 所述至少一第四電池模組具有低於所述預設溫度的溫度。
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