TWI633735B - 可攜式電力系統及用以對電池進行充電之方法 - Google Patents

可攜式電力系統及用以對電池進行充電之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種電力管理系統及方法。該系統可係一高可用性電力遞送系統。該系統可係GPS追蹤的。該系統可具有多個電池、多個輸入電源及多個負載。該系統可在該多個電池與該電源之間切換以將電力遞送至該負載。該系統可確保將始終存在用以給該負載供電之一輸入電源。

Description

可攜式電力系統及用以對電池進行充電之方法 相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2013年10月28日提出申請之第61/896,587號及於2014年9月24日提出申請之第62/054,858號美國臨時申請案之優先權，該等美國臨時申請案之內容以全文引用的方式併入本文中。
本發明揭示一種電力管理系統及方法。該系統可係一高可用性電力遞送系統。該系統可係GPS追蹤的。
電力管理系統係用於將電力遞送至負載之電組件之網路。電力系統意欲調整電力，意即調節遞送至負載之電壓及電流以確保電力遞送之一致性。電力管理系統通常在遞送至負載之前調整電源供應器，從而調節所遞送電流及電壓以便適合負載。
某些電力管理系統具有自電力輸入接收電之電池。於是，電池可補充電力輸入，與電力輸入同時，或在電力輸入關斷或不可用時，將電力提供至負載，諸如一標準不斷電(或不中斷)電源供應器(UPS)。
電池可以一有限額定僅儲存傳入電力。因此，電力管理系統內之充電子系統可比電力管理系統中之電池可吸收電荷快地自諸如太陽能板或一固定120V線路(例如，自連接至一都市或其他政府公用設施電源供應器之一壁式插座)之電源接收電力，且(舉例而言)諸如熱之某 些可用能源將損失。
電力管理系統亦可不具有或具有一個電池。一電池之使用至少有助於在一通常可靠之電力輸入(諸如一電力線路)出故障時增加電源可用時間，但不計及電力線路及電池。因此，此等系統之電力遞送故障仍發生。
此外，電力管理系統通常具有一單個類型之電力輸出。意即，電力管理系統可經設計來以一個固定電壓及一個固定電流輸出電。
因此，期望可將高額定之電力儲存至一備用電池中之一電力管理系統。期望比一典型單個電池系統具有更高可用性(例如，更多可用時間)之一電力管理系統。此外，期望具有不同輸出電壓及電流以給不同類型之負載電流及負載電壓需求供電之一電力管理系統。
本發明揭示一電力管理系統。該電力管理系統可具有具有一第一電池電壓之一第一電池、具有一第二電池電壓之一第二電池、附接至該第一電池之一第一電容器組，及附接至該第二電池之一第二電容器組。該電力管理系統可具有經組態以在該第一電池電壓小於一第一滿電池電壓時將電流自該第一電容器組路由至該第一電池之一電力管理元件。當來自該第一電容器組之該電流經路由至該第一電池時且當該第二電池電壓小於一第二滿電池電壓時，該電力管理元件可經組態以將電流自該第二電容器組路由至該第二電池。
該電力管理系統可具有附接至該系統之一衛星導航接收器。該電力管理系統可具有一電力調整電路。該電力調整電路可具有經組態以輸出一恆定負載輸入電流及一恆定負載輸入電壓之一DC至DC轉換器。該電力管理系統可經組態以感測該第一電池電壓、該第二電池電壓、來自該第一電容器組之該電流及來自該第二電容器組之該電流。該電力管理系統可具有一第一電源及一第三電容器組。該第一電源可 經組態以將能量遞送至該第三電容器組。該電力管理系統可具有經組態以將能量遞送至該第一電容器組或該第二電容器組之一第一電源。
該第一電容器組可具有具有一第一滿電容器電壓之一第一電容器、具有一第二滿電容器電壓之一第二電容器、具有一第三滿電容器電壓之一第三電容器、具有一第四滿電容器電壓之一第四電容器及具有一第五滿電容器電壓之一第五電容器。該第一滿電容器電壓、該第二滿電容器電壓、該第三滿電容器電壓、該第四滿電容器電壓及該第五滿電容器電壓可具有相同電壓。
該電力管理元件可具有一微處理器。該電力管理元件可具有一比較器。該電力管理系統可具有經組態以將該電流以2.7V增量自該第一電容器組發送至該第一電池之一分壓器。該電力管理系統可具有經組態以將電流以2.7V增量自該第二電容器組發送至該第二電池之一分壓器。該電力管理系統可具有一溫度管理元件及一溫度感測器，其中該系統經組態以在該系統偵測來自該溫度感測器之一溫度大於一最佳溫度時冷卻。該溫度管理元件可具有一帕爾帖(peltier)接面或一壓電板中之至少一者。
該電力管理系統可具有一第一電容器組、一第二電容器組、經組態以將能量遞送至該第一電容器組之一第一電源及一電池。該第二電容器組經組態以將電流放電至該電池。
該電力管理系統可具有一第二電源及一第三電容器組。該第三電容器組可經組態以自該第一電源或該第二電源中之至少一者接收能量。該第一電源可具有一太陽能板、一風力渦輪機或一固定線路中之至少一者。該第一電容器組係小於或等於13.5V。該電力管理系統可具有附接至該系統之一衛星導航接收器。
該電力管理系統可具有一種用於對一第一電池及一第二電池進行充電之方法。該方法可判定來自該第一電池之一第一電壓；判定來 自該第二電池之一第二電壓；在該第一電壓小於一第一滿電池電壓時路由來自耦合至該第一電池之一第一電容器組之一第一電流；及在該第二電壓小於一第二滿電池電壓時路由來自耦合至該第二電池之一第二電容器組之一第二電流。該方法可自一第一電源對一第三電容器組進行充電。
該電力管理系統可具有一種用於對一第一電池及一第二電池進行充電之方法。該方法可用一第一電容器組對一第一電池進行充電；用一第二電容器組對一第二電池進行充電；接收自一電源至一第三電容器組之電流；及當該第一電容器組小於一最佳電容器電壓時切換該第三電容器組與該第一電容器組以使得該第一電容器可自該電源接收電流且該第三電容器組可對該第一電池進行充電。該最佳電容器電壓可係自約0V至約2V。
該電力管理系統可具有一種用於對一第一電池及一第二電池進行充電之方法。該方法可量測來自一第一電源之一第一電壓；量測來自一第二電源之一第二電壓；選擇該第一電源或該第二電源；藉由一第一電容器組接收來自該第一電源或該第二電源之一第一電流；及將該電流自該第一電容器組放電至該第一電池或該第二電池。該接收可以2.7V之增量發生。該系統可在該第一電壓大於該第二電壓時選擇該第一電源。該系統可由一使用者手動地選擇該第一電源或該第二電源。
101‧‧‧電源/輸入電源
101a‧‧‧第一電源/電源
101b‧‧‧第二電源/電源
101c‧‧‧電源
103‧‧‧第一超充電電路/超充電電路
105‧‧‧第一電流平衡管理電路/電流管理電路/電流平衡管理電路
109‧‧‧第二超充電電路/超充電電路
110‧‧‧第二電流平衡管理電路/電流平衡管理電路/電流管理電路
200‧‧‧裝置
201‧‧‧第一自動電力管理電路/自動電力管理電路/自動管理電路
202‧‧‧第一超電容器充電電路/超電容器充電電路/第一超充電電容器電路
203‧‧‧第一鋰離子充電電路/鋰離子充電電路
204‧‧‧第一繼電器元件
205‧‧‧第二繼電器元件
206‧‧‧第一電池/電池
207‧‧‧第一電壓偵測器
208‧‧‧第一電流平衡控制繼電器/電流平衡控制繼電器
209‧‧‧第四繼電器元件
210‧‧‧第五繼電器元件
211‧‧‧第十一繼電器元件
212‧‧‧第十二繼電器元件
213‧‧‧第二電池/電池
214‧‧‧第十繼電器元件
215‧‧‧第九繼電器元件
216‧‧‧第二電壓偵測器
217‧‧‧第七繼電器元件
218‧‧‧第六繼電器元件
219‧‧‧鋰離子充電電路
220‧‧‧超電容器充電電路
221‧‧‧第二自動電力管理電路/自動電力管理電路/自動管理電路
222‧‧‧第一電池充電區塊/第一充電器區塊
223‧‧‧第二電池充電區塊/第二充電器區塊
224‧‧‧電力開關區塊/電力開關
225‧‧‧熱控制件
226‧‧‧冷卻元件
227‧‧‧衛星導航接收器/全球定位系統傳輸器/使用者
228‧‧‧圖形使用者介面
229‧‧‧應用程式設計介面
300‧‧‧電容器組
300a‧‧‧第一電容器組
300b‧‧‧第二電容器組
300c‧‧‧第三電容器組
302‧‧‧電容器/2.7V電容器
304‧‧‧閘
306‧‧‧電壓調節器/電壓調節器輸出
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
圖1圖解說明一可攜式電力管理系統中之組件之一變化。
圖2a圖解說明闡述對可攜式電力管理系統進行充電且儲存該可攜式電力管理系統之能量之方法之一流程圖之一變化。
圖2b及圖2c圖解說明旋轉電容器組以對電池進行充電之一變化。
圖3a圖解說明其中手動地選擇電源之方法之一變化。
圖3b圖解說明其中在第一電池充電區塊上自動選擇電源之方法之一變化。
圖3c圖解說明其中在第二電池充電區塊上自動選擇電源之方法之一變化。
圖4圖解說明對電池進行充電之電源之一變化。
圖5圖解說明電容器組之實體連接之一變化。
圖6a圖解說明其中第一電池可充分充電且第二電池可具有一低電荷之一邏輯表之一變化。
圖6b及圖6c圖解說明用於在第一電池未在充電時對第二電池進行充電之一方法之一變化。
圖7a圖解說明其中第一電池可具有一低電荷且第二電池可充分充電之一邏輯表之一變化。
圖7b及圖7c圖解說明用於在第二電池未在充電時對第一電池進行充電之一方法之一變化。
圖8a圖解說明其中第一電池可具有一低電荷且第二電池可具有一低電荷之一邏輯表之一變化。
圖8b圖解說明用於對第一電池及第二電池進行充電之一方法之一變化。
圖9a圖解說明其中第一電池可充分充電且第二電池可充分充電之一邏輯表之一變化。
圖9b圖解說明用於未對第一電池及第二電池進行充電之一方法之一變化。
圖10a及圖10b圖解說明自動溫度管理電路之流程圖及方塊圖之一變化。
圖11圖解說明衛星導航接收器之方塊圖之一變化。
圖1圖解說明電力管理系統100可係一高可用性(例如，至少兩個或兩個以上電池)、GPS追蹤的電力管理系統。細線可表示組件之間的連接。粗箭頭可表示電流流動。電力管理系統100可係可攜式。電力管理系統100可具有一電源101、一衛星導航接收器227、一熱控制件225、一冷卻元件226、一電力開關區塊224、一第一電池206、一第二電池213、一第一電池充電區塊222、一第二電池充電區塊223或其任何組合。
電力管理系統100可具有至少一第一電源101a、一第二電源101b、一第三電源、一第四電源及/或一第五電源。第一電源101a及第二電源101b可彼此連接(例如，電連接、電連接以使得電流沿一個方向流動、電連接以使得電流沿兩個方向流動、實體連接)。電源輸入可係1.5V DC、2.7V DC、3V DC、3.3V DC、5V DC、6V DC、7.5V DC、9V DC、12V DC或其任何組合。用於電源101之所組合輸入電力可介於約70瓦特與約100瓦特之間。第一電源101a及第二電源101b可具有不同電壓。第一電源101a及第二電源101b可具有相同電壓。電源101可包含汽車交流發電機、AC電源、太陽能板、風力渦輪機、其他DC電源、固定線路、自固定線路之AC至DC轉換器、發電機、其他替代能量源或其任何組合。
衛星導航接收器可係一全球定位系統晶片、一全球定位系統接收器、一全球定位系統傳輸器(舉例而言，全球定位系統(GPS)傳輸器227)。GPS傳輸器227可連接至一裝置200(例如，一負載、一可攜式視訊安全性單元)。GPS傳輸器可連接至第一電池充電區塊222及/或第二電池充電區塊223。GPS傳輸器可處於第一電池充電區塊222與第二電池充電區塊223之間。GPS傳輸器227可追蹤電力管理系統100及/或裝置200之位置。GPS傳輸器227之位置可顯示於由GPS傳輸器227支援之任何電腦、瀏覽器、行動裝置、應用程式、圖形使用者介面或其任 何組合上。GPS傳輸器227可由電源101、一第一電池206、一第二電池213或其任何組合供電。
熱控制件225可由電源101、第一電池206、第二電池213或其任何組合供電。熱控制件225可具有感測器。感測器可偵測電力管理系統100及/或裝置200之溫度。
冷卻元件226可連接至熱控制件225。冷卻元件226可係熱電帕爾帖冷卻模組、壓電板、風扇、液體、凝膠或其任何組合。可基於熱控制件225之設定而啟動冷卻元件226。
電力開關區塊224可具有一第十一繼電器元件211及/或一第四繼電器元件209。電力開關區塊224可連接至裝置200。電力開關區塊224可控制第一電池206至裝置200中之電流流動及/或第二電池213至裝置200中之電流流動。
電力管理系統100可具有至少一個、兩個、三個、四個、五個或五個以上電池。第一電池206及第二電池213可連接至電力開關區塊224及/或繼電器元件。電池電壓可係約1.5V、約2.7V、約3V、約3.3V、約5V、約6V、約7.5V、約9V、約12V或其任何組合。第一電池206可具有一第一電池電壓。第二電池213可具有一第二電池電壓。第一電池電壓可與第二電池電壓相同。第一電池電壓可不同於第二電池電壓。舉例而言，第一電池可係12V而第二電池可係2.7V。第一電池206可係12V且第二電池213可係12V。電池可係一12V鋰離子電池。
第一電池充電區塊222可具有一第一自動電力管理電路201。第一自動電力管理電路201可連接至電源101。第一自動電力管理電路201可管理多個輸入電源101。第一自動電力管理電路201可具有一邏輯表控制方法。邏輯表控制方法可選擇至少一或多個電源101。第一自動電力管理電路201可不斷地對電池206、213及/或電容器組300進 行充電。舉例而言，第一自動電力管理電路201可組合多個電源101以對電池206、213及/或電容器組300進行充電。第一自動電力管理電路201可調節至裝置200之電力。
第一電池充電區塊222可具有一第一超充電電路103。第一超充電電路103可具有一第一超電容器充電電路202及/或一第一鋰離子充電電路203。超電容器充電電路202之輸出可連接至鋰離子充電電路203之輸入。第一超充電電路103、第一超充電電容器電路202、第一鋰離子充電電路203或其任何組合可連接至自動電力管理電路201、GPS傳輸器227、熱控制件225、第一電池206或其任何組合。
第一超充電電路103可立即將電流自電源101儲存至電容器302(例如，經設計用於電流之迅速充電及放電之電容器、超電容器、超級電容器)。第一超充電電路103可將來自電容器302之電流迅速充電及放電。第一超充電電路103可以1V DC、2V DC、2.7V DC、3V DC或其任何組合之增量將電流充電及/或放電。第一超充電電路103可提供電流至第一電池206之恆定放電。舉例而言，超充電電路103可將輸出電力同時儲存至12V DC鋰離子電池中及2.7V DC電容器中。超充電電路103可用自約70瓦特至約100瓦特之經組合輸入電力進行充電及/或儲存能量。
第一超充電電路103、第一超充電電容器電路202、第一鋰離子充電電路203或其任何組合可將電流(例如，輸出電流)(在將電流同時發送至電容器302及/或電池206時)發送至GPS傳輸器227及/或熱控制件225。
第一電池充電區塊222可具有一第一電流平衡管理電路105。第一電流平衡管理電路105可連接至第一超充電電路103及/或電力開關區塊224。第一電流平衡管理電路105可具有一第一繼電器元件204、一第二繼電器元件205、一第三繼電器元件(例如，一第一電壓偵測器 207)、一第四繼電器元件209、一第五繼電器元件210或其任何組合。繼電器元件可彼此連接。繼電器元件可連接至第一超充電電路103或電力管理系統100之任何其他組件。
第一電池充電區塊222可具有一第一電壓偵測器207。第一電壓偵測器207可係一低電壓偵測器。第一電壓偵測器207可連接至第一電流平衡管理電路105、第一電池206、任何繼電器元件，或其任何組合。第一電壓偵測器207可連接於第一電流平衡管理電路105之前或之後。第一電壓偵測器207可連接於第一超充電電路103之前或之後。第一電壓偵測器207可連接於第一自動電力管理電路201之前或之後。第一電壓偵測器207可連接於電源101之後。第一電壓偵測器107可偵測電壓。第一電壓偵測器207可偵測來自第一電池206之電壓。第一電壓偵測器207可具有一經設定參考電壓(下文所闡述)。第一電壓偵測器207可將電壓及/或電流顯示於一顯示螢幕上。
第一電池充電區塊222可具有一第一輸出開關。電壓偵測器可具有第一輸出開關。電力開關可具有第一輸出開關。第一輸出開關可啟用或停用對電池之充電。輸出開關可具有一經設定參考電壓。
電力管理系統100可具有電流感測器。電流感測器可偵測電流。電流感測器可處於自動電力管理電路201之前。電流感測器可處於電流管理電路105之前或之後。
第二電池充電區塊223可具有一第二自動電力管理電路221、一第二超充電電路109、一第二電流平衡管理電路110，或其任何組合。第二自動電力管理電路221可具有一第六繼電器元件218、一第七繼電器元件217、一第八繼電器元件(例如，一第二電壓偵測器216)、一第九繼電器元件215、一第十繼電器元件214、一第二輸出開關，或其任何組合。第二電池充電區塊223之組件可類似於第一電池充電區塊222之組件。
第一電池充電區塊222可係初級充電區塊。第一電池充電區塊222可係次級充電區塊。第二電池充電區塊223可係初級充電區塊。第二電池充電區塊223可係次級充電區塊。第一電池充電區塊222及第二電池充電區塊223可在相同電子板上。第一電池充電區塊222及第二電池充電區塊223可在不同電子板上。舉例而言，第一自動電力管理電路201、第一超充電電路103、第一電流平衡管理電路105、第一電壓偵測器207，或其任何組合可在一第一電子板上。第二自動電力管理電路221、第二超充電電路109、第二電流平衡管理電路110、第二電壓偵測器216，或其任何組合可在一第二電子板上。電源101、冷卻元件226、熱控制件225、GPS傳輸器227、電力開關區塊224、第一電池206、第二電池213、裝置200，或其任何組合可在第一電子板、第二電子板、一第三電子板或其任何組合上。電源101、冷卻元件226、熱控制件225、GPS傳輸器227、電力開關區塊224、第一電池206、第二電池213、裝置200，或其任何組合可連接至第一電池充電區塊222及/或第二電池充電區塊223。
電流平衡管理電路105、110可控制電流。電流平衡管理電路105、110可產生用以匹配邏輯表條件之電流及電壓位準。電流平衡管理電路105、110可平衡第一電池206與第二電池213之間的電流放電。當電源101不可用且第一電池206及第二電池213兩者低於經設定參考電壓(例如，滿電池電壓、最佳電池電壓)時，電流平衡管理電路105、110可級聯及/或組合電池電流以給裝置200供電。舉例而言，若來自電源101之能量不充足，則電流平衡管理電路105、110可切換至第一電池206以給裝置200供電。若第一電池206低於經設定參考電壓，則電流平衡管理電路105、110可切換至第二電池213以給裝置200供電。若然後第二電池213降至低於經設定參考電壓，則來自第一電池206及第二電池213之剩餘電流可經組合以為裝置200提供電力。
經設定參考電壓可係自約0V至約12V，舉例而言，約1V、約2V、約3V、約4V、約5V、約6V、約7V、約8V、約9V、約10V、約11V或約11.5V。經設定參考電壓針對第一電池206及第二電池213可係不同的。經設定參考電壓針對第一電池206及第二電池213可係相同的。
圖2a圖解說明在電力管理系統100啟動時，電力管理系統100可基於哪一電源具有最高輸入電流(例如，最佳輸入電流)而在電源101a、101b之間選擇。電源101可直接給裝置200供電。同時，電力管理系統100可將能量自電源101發送至一第一電容器組300a。在將能量自電源101發送至一第一電容器組300a之相同時間處或一不同時間處，電力管理系統100可在第一電池206電壓降至低於經設定參考電壓時將電流自一第二電容器組300b放電至第一電池206，如在圖2a及圖2b中所展示。在相同時間處或在一不同時間處，電力管理系統100可在第二電池213下降低於經設定參考電壓時將電流自一第三電容器組300c放電至第二電池213，如在圖2a及圖2b中所展示。若第二電容器組300b不再將電流放電至第一電池206或降至低於一電容器組臨限值(例如，最佳電容器電壓)，則電力管理系統100可切換第一電容器組300a與第二電容器組300b以使得第一電容器組300a將電流放電至第一電池206且電源101將能量發送至第二電容器組300b，如圖2c中所展示。若電源101中之任何者皆不具有一輸入電流，則電力管理系統100可基於哪一電池具有最高電壓而在第一電池206與/或第二電池213之間選擇以便給裝置200供電。電力管理系統100可不斷地(例如，連續地、不中斷的)對電池及電容器進行充電。電力管理系統100可不斷地給裝置200供電。電容器組臨限值可介於0V至約3V之間，舉例而言，約1V、約2V、約2.5V或約3V。
任何一個組件或組件之一組合可達成此一結果。舉例而言，自 動電力管理電路201、221可選擇具有最高輸入之電源101。超充電電路103、109可將能量自電源101發送至電容器組300。電流管理電路105、110可管理至裝置200之電力。
圖3a圖解說明電力管理系統100可具有一手動地更動控制電路(MOC)。MOC可處於自動電力管理電路201、221內。電力管理系統100可允許一使用者227手動地選擇電源101。使用者227可使用一圖形使用者介面(GUI)228來選擇電源101。GUI 228可將一軟體命令發送至一應用程式設計介面(API)229。API 229可形成一低位準I/O控制信號。API 229可將低位準I/O控制信號發送至自動管理電路201、221。自動管理電路201、221可啟動手動地更動控制電路以選擇電源101。MOC可停用(例如，更動控制)自動電力管理電路201、221之自動選擇。
圖3b及圖3c圖解說明電力管理系統100可選擇具有最高輸入電流之電源。自動電力管理電路201、221可連續判定每一電源101a、101b之輸入電流。自動電力管理電路201、221可週期性地判定每一電源101a、101b之輸入電流。舉例而言，自動電力管理電路201、221可約每1分鐘、2分鐘、30分鐘、45分鐘、或1小時判定電源101a、101b之輸入電流。由自動電力管理電路201、221選擇之電源101可對第一電池206、第二電池213、裝置200，或其任何組合進行充電。
圖3b圖解說明電源101a、101b可連接至自動電力管理電路201之一輸入。電源101可將電流發送至自動電力管理電路201。可將來自自動電力管理電路201之電流發送至超電容器充電電路202。超電容器充電電路202可儲存來自電源101之電流。超電容器充電電路202可將電流放電至鋰離子充電電路203。鋰離子充電電路203可觸發第一繼電器元件204。第一繼電器元件204可將電流切換至第四繼電器元件209。第一繼電器元件204可將電流發送至第一電池206。第一電池206可將 電流發送至電力開關224。電力開關224可將電力發送至裝置200。電源101可給GPS傳輸器227供電。
圖3c圖解說明電源101a、101b可連接至自動電力管理電路221之一輸入。電源101可將電流發送至自動電力管理電路221。可將來自自動電力管理電路221之電流發送至超電容器充電電路220。超電容器充電電路220可儲存來自電源101之輸入電流。超電容器充電電路220可將電流放電至鋰離子充電電路219。鋰離子充電電路219可觸發第六繼電器元件218。第六繼電器元件218可經由第九繼電器元件215切換電流。第六繼電器元件218可將電流發送至第二電池213。第二電池213可將電流發送至電力開關224。電力開關224可將電力發送至裝置200。
圖4圖解說明電源101a、101b、101c、閘304、電容器302、電容器組300、電池206、213，或其任何組合。電源101可係太陽能板、風力渦輪機或一固定線路。
電源101可將電流發送至閘304。閘304可將電流自電源101發送至電容器組300。閘304可係一微處理器。閘304可係一開關。閘304可係邏輯閘，諸如如下文所闡述之比較器。閘304可具有繼電器元件。閘304可比較電源101之電流。閘304可選擇具有最高電流之電源101。
電力管理系統100可具有至少一個、兩個、三個、四個、五個或五個以上電容器組300。電容器組300可具有至少一個、兩個、三個、四個、五個、六個或六個以上電容器302。電容器組300可具有介於約1V與16.2V之間(舉例而言，約2.7V、約5.4V、約8.1V、約13.5V或約16.2V)的一總電壓。電容器組300可具有相同電壓或不同電壓。電容器302可具有介於約0.5V與約6V之間(舉例而言，約1V、約2.7V、約3V或約6V)的一電壓。電容器302可具有相同電壓或不同電壓。舉例而言，電力管理系統100可具有一第一電容器組300a、一第 二電容器組300b及一第三電容器組300c。每一電容器組300可具有五個2.7V電容器302。電容器可串聯連接。電容器可並聯連接。電容器組300可將電流放電至電池206、213。電容器組300可將電流發送至一分壓器及/或一電壓限制器。分壓器及/或電壓限制器可將電流發送至電池206、213。
圖5圖解說明電力管理系統100可具有一電壓調節器306。電容器302可連接至電壓調節器306之輸出。電容器組300中之每一者中之電容器302可串聯連接。電容器組300中之每一者中之電容器302可並聯連接。電壓調節器輸出306可以2.7V dc增量堆疊輸出電壓位準。可以2.7V DC增量接收及/或放電電容器組300中之電壓。
圖6a至圖9b圖解說明一電力切換方法可基於邏輯表中之指令。邏輯表中之指令可指示系統自多個輸入電源101自動選擇最高輸入電流源且同時指示系統將恆定及不間斷電力遞送至裝置200。邏輯表可展示第一電池206、第二電池213、第一開關S1、第二開關S2、第一電池充電區塊222及第二電池充電區塊223之狀態(例如，讀取系統狀態)。邏輯表可係由系統中之一微處理器執行之記憶體中之軟體命令。邏輯表可代表硬體架構，諸如系統(諸如一主機板)之電子器件之呈固態之開關(例如，諸如邏輯閘(舉例而言，「及」閘、「或」閘、「反」閘、「非及」閘、「非或」閘、「互斥或」閘、「互斥非或」閘或其組合)之比較器)。可在一個一般用途I/O(GIPO)電路上執行邏輯表。GIPO可將信號發送至電力管理系統100且自電力管理系統100接收信號。邏輯表軟體命令及/或邏輯表硬體可處於自動電力管理電路201、221、電流管理電路105、110，或電力管理系統100之任何其他組件上及/或在其上執行。邏輯表可控制開關以將電流自電容器路由至電池。舉例而言，邏輯表可引導系統之組件、路由電流、控制系統之元件，或其任何組合。當電池電壓大於或等於經設定參考電壓時，電池 206、213可係充分充電的。當電池電壓小於或等於經設定參考電壓時，電池206、213可具有一低電荷。
圖6a圖解說明在第一電池206電荷為滿時，可關斷第一開關S1。當第二電池213電荷為低時，可接通第二開關S2。關斷第一開關S1可關斷對第一電池充電區塊222之充電。接通第二開關S2可接通對第二電池充電區塊223之充電。
圖6b圖解說明第一電池206可將一電壓發送至第一電壓偵測器207。當第一電壓偵測器207偵測高於經設定參考電壓之一電壓時，於是可關斷第一輸出開關。當關斷第一輸出開關時，第四繼電器元件209可經停用(例如，經觸發)而不對第一電池206進行充電。第四繼電器元件209可停用第五繼電器元件210。第五繼電器元件210可停用第一繼電器元件204。第一繼電器元件204可停用第二繼電器元件205。當停用第二繼電器元件205時，超電容器充電電路202可將電流發送至第一電流平衡控制繼電器208。電流平衡控制繼電器208可將電流發送至第十一繼電器元件211。第十一繼電器元件211可發送電流以給裝置200供電。停用可意指停止電流流動。
圖6c圖解說明第二電池213可將一電壓發送至第二電壓偵測器216。當第二電壓偵測器216偵測小於經設定參考電壓之一電壓時，於是可啟用第十繼電器元件214。當啟用第十繼電器元件214時，第十繼電器元件214可啟用第九繼電器元件215。第九繼電器元件215可啟用第六繼電器元件218以對第二電池213進行充電。第六繼電器元件218可將電流發送至第七繼電器元件217。第七繼電器元件217可將電流發送至第二電池213。啟用可意指允許電流流動。
圖7a圖解說明在第二電池213電荷為滿時，可關斷第二開關S2。當第一電池206電荷為低時，可接通第一開關S1。接通第一開關S1可接通對第一電池充電區塊222之充電。關斷第二開關S2可關斷對第二 電池充電區塊223之充電。
圖7b圖解說明第一電池206可將一電壓發送至第一電壓偵測器207。當第一電壓偵測器207偵測到小於經設定參考電壓之一電壓時，於是可啟用第四繼電器元件209。當第四繼電器元件209經啟用時，第四繼電器元件209可啟用第五繼電器元件210。第五繼電器元件210可啟用第一繼電器元件204以對第一電池206進行充電。第一繼電器元件204可將電流發送至第二繼電器元件205。第二繼電器元件205可將電流發送至第一電池206。
圖7c圖解說明第二電池213可將一電壓發送至第二電壓偵測器216。當第二電壓偵測器216偵測到高於經設定參考電壓之一電壓時，於是可關斷第二輸出開關。當第二輸出開關經關斷時，第十繼電器元件214可經停用而不對第二電池213進行充電。第十繼電器元件214可停用第六繼電器元件218。第六繼電器元件218可停用第七繼電器元件217。第七繼電器元件217可停用第十二繼電器元件212。第十二繼電器元件212可使電流不能傳遞至第二電池213。第十一繼電器元件211可發送來自第二電池213之電流以給裝置200供電。
圖8a圖解說明在第一電池206電荷為低時，可接通第一開關S1。當第二電池213電荷為低時，可接通第二開關S2。接通第一開關S1可接通對第一電池充電區塊222之充電。接通第二開關S2可接通對第二電池充電區塊223之充電。
圖8b圖解說明第一電池206可將一電壓發送至第一電壓偵測器207。當第一電壓偵測器207偵測到小於經設定參考電壓之一電壓時，於是可啟用第四繼電器元件209。當第四繼電器元件209經啟用時，第四繼電器元件209可啟用第五繼電器元件210。第五繼電器元件210可啟用第一繼電器元件204以對第一電池206進行充電。第一繼電器元件204可將電流發送至第二繼電器元件205。第二繼電器元件205可將電 流發送至第一電池206。
第二電池213可將一電壓發送至第二電壓偵測器216。當第二電壓偵測器216偵測到小於經設定參考電壓之一電壓時，於是可啟用第十繼電器元件214。當啟用第十繼電器元件214時，第十繼電器元件214可啟用第九繼電器元件215。第九繼電器元件215可啟用第六繼電器元件218以對第二電池213進行充電。第六繼電器元件218可將電流發送至第七繼電器元件217。第七繼電器元件217可將電流發送至第二電池213。
第一電池206及第二電池213可同時充電。第一電池206及第二電池213可在一不同時間處充電。
圖9a圖解說明在第一電池206電荷為滿時，可關斷第一開關S1。當第二電池213電荷為滿時，可關斷第二開關S2。關斷第一開關S1可關斷對第一電池充電區塊222之充電。關斷第二開關S2可關斷對第二電池充電區塊223之充電。
圖9b圖解說明第一電池206可將一電壓發送至第一電壓偵測器207。當第一電壓偵測器207偵測到高於經設定參考電壓之一電壓時，於是可關斷輸出開關。當關斷輸出開關時，第四繼電器元件209可經停用而不對第一電池206進行充電。第四繼電器元件209可停用第五繼電器元件210。第五繼電器元件210可停用第一繼電器元件204。第一繼電器元件204可停用第二繼電器元件205。當第二繼電器元件205經停用時，超電容器充電電路202可將電流發送至第一電流平衡控制繼電器208。電流平衡控制繼電器208可將電流發送至第十一繼電器元件211。第十一繼電器元件211可發送電流以給裝置200供電。
在相同時間處或在一不同時間處，第二電池213可將一電壓發送至第二電壓偵測器216。當第二電壓偵測器216偵測到高於經設定參考電壓之一電壓時，於是可關斷第二輸出開關。當關斷第二輸出開關 時，第十繼電器元件214可經停用而不對第二電池213進行充電。第十繼電器元件214可停用第九繼電器元件215。第九繼電器元件215可停用第六繼電器元件218。第六繼電器元件218可停用第七繼電器元件217。第七繼電器元件217可使電流停用而不傳遞至第二電池213。當第七繼電器元件217經停用時，超電容器充電電路220可將電流發送至第十繼電器元件214。第十繼電器元件214可將電流發送至第十一繼電器元件211。第十一繼電器元件211可發送電流以給裝置200供電。
圖10a圖解說明在啟動電力管理系統100時，熱控制件225可檢查裝置200及/或電力管理系統100之溫度。熱控制件225可用溫度感測器檢查溫度。若裝置200及/或電力管理系統100之溫度大於一最佳溫度，則熱控制件225可啟動冷卻元件226。熱控制件225可連續地或週期性地檢查溫度。若溫度已改變且溫度小於最佳溫度，則熱控制件225可撤銷啟動冷卻元件226。若溫度仍未改變或溫度大於最佳溫度，則冷卻元件226可保持啟動。最佳溫度可介於約50℉與約350℉之間，更精確地，介於約60℉與約300℉之間、介於約70℉與約200℉之間、介於約80℉與約150℉之間、介於約100℉與約125℉之間，舉例而言，約100℉或約205℉。若裝置200及/或電力管理系統100之溫度小於最佳溫度，則熱控制件225可啟動一加熱元件。加熱元件可係一加熱器、一加熱液體、一加熱凝膠、一加熱棒，或其任何組合。
圖10b圖解說明電力管理系統100可係熱感測器控制的。第一電池206、第二電池213、電源101或其任何組合可給熱控制件225供電。
圖11圖解說明GPS傳輸器227可啟用對裝置200及/或電力管理系統100之追蹤。第一電池206、第二電池213、電源101或其任何組合可給GPS傳輸器227供電。
繼電器元件可係(但不限於)一繼電器、一開關、一電流平衡控制件、銲錫橋、跨接線、SPDT繼電器、SPST繼電器、SPST繼電器、 DIP開關、按鈕開關、SPDT雙態切換開關，或其任何組合。繼電器元件可連接至第一充電器區塊222、第二充電器區塊223、電力管理系統100之任何其他組件、此應用中所提及之任何組件，或其任何組合中之任何組件。

Claims (20)

  1. 一種電力管理系統，其包括：一第一電池，其具有一第一電池電壓；一第二電池，其具有一第二電池電壓；一第一電容器組，其附接至該第一電池；一第二電容器組，其附接至該第二電池；一電力管理元件，其經組態以在該第一電池電壓小於一第一滿電池電壓時將電流自該第一電容器組路由至該第一電池，且其中當來自該第一電容器組之該電流經路由至該第一電池時且當該第二電池電壓小於一第二滿電池電壓時，該電力管理元件經組態以將電流自該第二電容器組路由至該第二電池；及一第一電源及一第二電源，其連接至該電力管理元件，其中該電力管理元件經組態以基於該第一電源及該第二電源中之至少一者的一輸入電流而選擇該第一電源及該第二電源中之至少一者以充電該第一電容器組、該第二電容器組、該第一電池及該第二電池中之至少一者，其中該第一電源及該第二電源初始送出電流至一閘，其中該閘係一微處理器、一開關、及一邏輯閘中之至少一者，及其中邏輯表中之指令係指示自該第一電源及該第二電源中之一者自動選擇一最高輸入電流源。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包括附接至該系統之一衛星導航接收器。
  3. 如請求項1之系統，其進一步包括一電力調整電路，其中該電力調整電路包括經組態以輸出一恆定負載輸入電流及一恆定負載輸入電壓之一DC至DC轉換器。
  4. 如請求項1之系統，其中該系統經組態以感測該第一電池電壓、該第二電池電壓、來自該第一電容器組之該電流及來自該第二電容器組之該電流。
  5. 如請求項1之系統，其進一步包括一第三電容器組，其中該第一電源經組態以將能量遞送至該第三電容器組。
  6. 如請求項1之系統，其中該第一電源經組態以將能量遞送至該第一電容器組或該第二電容器組。
  7. 如請求項1之系統，其中該第一電容器組包括具有一第一滿電容器電壓之一第一電容器、具有一第二滿電容器電壓之一第二電容器、具有一第三滿電容器電壓之一第三電容器、具有一第四滿電容器電壓之一第四電容器及具有一第五滿電容器電壓之一第五電容器，其中該第一滿電容器電壓、該第二滿電容器電壓、該第三滿電容器電壓、該第四滿電容器電壓及該第五滿電容器電壓具有相同電壓。
  8. 如請求項1之系統，其中該電力管理元件包括一微處理器。
  9. 如請求項1之系統，其中該電力管理元件包括一比較器。
  10. 如請求項1之系統，其進一步包括經組態以將該電流以2.7伏特增量自該第一電容器組發送至該第一電池之一分壓器。
  11. 如請求項1之系統，其進一步包括經組態以將電流以2.7伏特增量自該第二電容器組發送至該第二電池之一分壓器。
  12. 如請求項1之系統，其進一步包括一溫度管理元件及一溫度感測器，其中該系統經組態以在該系統偵測來自該溫度感測器之一溫度大於一最佳溫度時冷卻。
  13. 如請求項12之系統，其中該溫度管理元件包括一帕爾帖接面或一壓電板中之至少一者。
  14. 一種電力管理系統，其包括：一第一電容器組；一第二電容器組；一電池，其連接至該第一電容器組及該第二電容器組中之至少一者；一第一電源，其經組態以將能量遞送至該第一電容器組、該第二電容器組、及該電池中之至少一者；一第二電源，其經組態以將能量遞送至該第二電容器組、該第一電容器組、及該電池中之至少一者；及一電力管理元件，其連接至該第一電壓源及該第二電壓源中之至少一者，其中該電力管理元件經組態以基於該第一電源及該第二電源中之至少一者的一輸入電流而選擇該第一電源及該第二電源中之至少一者來遞送能量至該第一電容器組、該第二電容器組、及該電池中之至少一者，其中該第一電源及該第二電源初始送出電流至一閘，其中該閘係一微處理器、一開關、及一邏輯閘中之至少一者，及其中邏輯表中之指令係指示自該第一電源及該第二電源中之一者自動選擇一最高輸入電流源。
  15. 如請求項14之系統，其進一步包括一第三電容器組，其中該第三電容器組經組態以自該第一電源或該第二電源中之至少一者接收能量。
  16. 如請求項14之系統，其中該第一電源包括一太陽能板、一風力渦輪機或一固定線路中之至少一者。
  17. 如請求項14之系統，其中該第一電容器組係小於或等於13.5V。
  18. 如請求項14之系統，其進一步包括附接至該系統之一衛星導航接收器。
  19. 一種用於對一第一電池及一第二電池進行充電之方法：用一第一電容器組對一第一電池進行充電；用一第二電容器組對一第二電池進行充電；接收自一電源至一第三電容器組之電流；及當該第一電容器組小於一最佳電容器電壓時切換該第三電容器組與該第一電容器組以使得該第一電容器自該電源接收電流且該第三電容器組對該第一電池進行充電，其中該電源初始送出電流至一閘，其中該閘係一微處理器、一開關、及一邏輯閘中之至少一者，及其中邏輯表中之指令係指示自該第一電源及該第二電源中之一者自動選擇一最高輸入電流源。
  20. 如請求項19之方法，其中該最佳電容器電壓係自0V至2V。
TW103137276A 2013-10-28 2014-10-28 可攜式電力系統及用以對電池進行充電之方法 TWI633735B (zh)

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