TWI788165B

TWI788165B - 電源傳輸系統及方法

Info

Publication number: TWI788165B
Application number: TW110149143A
Authority: TW
Inventors: 盧廷昀; 林政毅
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-12-21
Also published as: US20230208154A1; JP7445707B2; JP2023098563A; TW202327223A; JP2024046700A; EP4207541A1; US12027894B2

Abstract

本揭示內容提供一種電源傳輸系統及方法。電源傳輸方法包括：根據透過電源傳輸模組所執行之交握程序，決定電池模組與供/受電模組進行充或放電操作。該電池模組進行充電操作的步驟包括：調整該供/受電模組所輸出之供電電壓；以及將該供電電壓轉換為該電池模組所接收之充電電壓，以對該電池模組進行充電。該電池模組進行放電操作的步驟包括：將該電池模組所輸出之放電電壓轉換為該供/受電模組所需之需求電壓，以對該供/受電模組進行供電。該電池模組與該供/受電模組在最大功率模式、最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。

Description

電源傳輸系統及方法

本揭示內容係有關於一種電源傳輸系統及方法，且特別是指一種可彈性調整其操作模式的電源傳輸系統及方法。

現行之電源傳輸模組在與供電端與受電端完成交握程序後，即會以固定的電壓轉換來進行充放電之操作。然而，這樣的限制時常產生一些問題，例如：不適用於有不同電壓轉換需求之系統、電源傳輸模組兩端之電壓差過大導致轉換效率不佳。

本揭示內容的一態樣為一電源傳輸系統。電源傳輸系統包括一電源傳輸模組、一供/受電模組以及一電池模組。該供/受電模組耦接於該電源傳輸模組。該電池模組包括至少一電池單元，耦接於該電源傳輸模組，並用以透過該電源傳輸模組與該供/受電模組進行充或放電操作。當該電池模組進行充電操作時，該電源傳輸模組用以根據一交握資訊調整該供/受電模組所輸出之一供電電壓，並用以將該供電電壓轉換為該電池模組所接收之一充電電壓，以對該至少一電池單元進行充電。當該電池模組進行放電操作時，該電源傳輸模組用以將該電池模組所輸出之一放電電壓轉換為該供/受電模組所需之一需求電壓，以對該供/受電模組進行供電。該電池模組與該供/受電模組在一最大功率模式、一最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。

本揭示內容的另一態樣為一電源傳輸方法。電源傳輸方法應用於一電源傳輸模組，且包括：根據透過該電源傳輸模組所執行之一交握程序，決定一電池模組與一供/受電模組進行充或放電操作。該電池模組進行充電操作的步驟包括：調整該供/受電模組所輸出之一供電電壓；以及將該供電電壓轉換為該電池模組所接收之一充電電壓，以對該電池模組之至少一電池單元進行充電。該電池模組進行放電操作的步驟包括：將該電池模組所輸出之一放電電壓轉換為該供/受電模組所需之一需求電壓，以對該供/受電模組進行供電。該電池模組與該供/受電模組在一最大功率模式、一最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。

綜上，本揭示內容的電源傳輸系統藉由電源傳輸模組來協調電池模組與供/受電模組之間的電源傳輸，具有提高電源之轉換效率、提高電池之充電效率、提高電池之放電續航力以及適用於大多數系統的優勢。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。

關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參閱第1圖，第1圖描述根據本揭示內容的一些實施例所繪示的一電源傳輸系統100。於一些實施例中，電源傳輸系統100包括一電源傳輸模組10、一供/受電模組20以及一電池模組30。具體而言，電源傳輸模組10耦接於供/受電模組20與電池模組30之間，並用以作為供/受電模組20與電池模組30之間的轉接裝置，以利供/受電模組20與電池模組30之間的電源傳輸。

於一些實施例中，電源傳輸模組10包括一電壓轉換電路101以及一處理電路102。電壓轉換電路101用以進行電壓轉換。處理電路102耦接於電壓轉換電路101、供/受電模組20與電池模組30，並用以和電池模組30與供/受電模組20進行一交握（handshake）程序來得到一交握資訊（例如：電源傳輸模組10、供/受電模組20與電池模組30三者各自可操作之功率範圍、電壓範圍以及電流範圍），並用以根據交握資訊來控制電壓轉換電路101及傳輸一控制需求（未繪示）至供/受電模組20與電池模組30。

應當理解，電壓轉換電路101可藉由降壓式轉換器、升壓式轉換器、升降壓式轉換器、返馳式轉換器、其組合等來實現，且處理電路102可藉由一或多個中央處理單元（CPU）、特殊應用積體電路（ASIC）、微處理器、系統單晶片（SoC）或其他合適的處理單元來實現。

於一些實施例中，電池模組30包括一電池管理單元301、至少一開關電路302、複數個電池單元303以及一控制開關304。如第1圖所示，電池管理單元301耦接於處理電路102、開關電路302、多個電池單元303與控制開關304。開關電路302耦接於多個電池單元303，且控制開關304耦接於多個電池單元303與電壓轉換電路101之間。應當理解，第1圖中的開關電路302與多個電池單元303的連接結構經省略，以方便及簡化說明。雖然未直接繪示於第1圖，但電池管理單元301亦可直接耦接於多個電池單元303與開關電路302。此外，多個電池單元303的數量並不以第1圖所示的數量（亦即，2個）為限。

電池管理單元301可用以根據處理電路102輸出的控制需求控制開關電路302來改變多個電池單元303的串並聯結構，以調整一電池電壓Vbat。具體而言，多個電池單元303可全部串聯連接或全部並聯連接，亦可部份串聯連接且部份並聯連接。應當理解，電池電壓Vbat是根據多個電池單元303的串並聯結構而產生的。換句話說，多個電池單元303的不同串並聯結構將對應於不同的電池電壓Vbat。舉例來說，多個電池單元303的串並聯結構至少包括五串四並、十串二並以及二十串一並，其中與五串四並之結構對應之電池電壓Vbat可為20V（伏特），與十串二並之結構對應之電池電壓Vbat可為40V，而與二十串一並之結構對應之電池電壓Vbat可為80V。應當理解，五串四並之結構代表，電池模組30包括並聯連接的四組電池串，且每組電池串包括串聯連接的五個電池單元303。其餘串並聯結構之組成可依此類推，故不在此贅述。

進一步地說，電池管理單元301還可用以從多個電池單元303接收多個電池單元303各自的一電池資訊。具體來說，電池資訊可以包括電池電壓、電池溫度等訊息。此外，電池管理單元301還可用以藉由控制開關304，來導通或斷開多個電池單元303與電壓轉換電路101之間的連接線路。處理電路102可透過電池管理單元301控制控制開關304，以在決定要進行電壓轉換後才導通多個電池單元303與電壓轉換電路101之間的連接線路。亦即，在未進行電壓轉換時，處理電路102可透過控制開關304斷開多個電池單元303與電壓轉換電路101之間的連接線路。應當理解，於另一些實施例中，可省略電池模組30中之控制開關304。

於一些實施例中，供/受電模組20可為電源供應器，可用以提供一供電電壓Vsup至電源傳輸模組10，並可用以根據處理電路102輸出的控制需求調整供電電壓Vsup的大小。如第1圖所示，電源傳輸模組10可根據電池模組30之電池電壓Vbat的大小，將供電電壓Vsup轉換為一充電電壓Vcha，以對多個電池單元303進行充電。

於另一些實施例中，供/受電模組20可為電子裝置（例如：家用電器、電動運輸工具等），並可要求一需求電壓Vreq。如第1圖所示，電池模組30可藉由電池電壓Vbat來輸出一放電電壓Vdis至電源傳輸模組10。電源傳輸模組10可將放電電壓Vdis轉換為需求電壓Vreq，以利供/受電模組20正常運作。

以下將搭配第2圖來詳細說明電源傳輸系統100的操作。請參閱第2圖，第2圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電源傳輸方法200的流程圖。電源傳輸方法200可以通過第1圖中的電源傳輸模組10來執行。然而，本揭示內容並不限於此。如第2圖所示，電源傳輸方法200包括步驟S201~S206。

於步驟S201中，電源傳輸模組10和電池模組30與供/受電模組20進行交握程序，來得到交握資訊。舉例而言，電源傳輸模組10中之處理電路102可和電池模組30中之電池管理單元301與供/受電模組20中之一控制電路（圖中未示）交換資訊。

於步驟S202中，電源傳輸模組10根據交握資訊，決定電池模組30與供/受電模組20在一最大功率模式、一最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。

於一些實施例中，電源傳輸模組10決定電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式下進行充電操作，從而執行步驟S203。於步驟S203中，電源傳輸模組10控制電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式下進行充電操作。應當理解，本文所述之「電源傳輸模組控制供/受電模組及/或電池模組」，代表電源傳輸模組可藉由其內部之處理電路傳輸控制需求至供/受電模組及/或電池模組，來間接地控制供/受電模組及/或電池模組。實務上，供/受電模組係藉由其內部之控制電路接收控制需求，並根據控制需求來進行相關操作，而電池模組係藉由電池管理單元接收控制需求，並根據控制需求來進行相關操作。以下將搭配第3圖來詳細說明電池模組30在最大功率模式下之充電操作。

請參閱第3圖，第3圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電池模組30在最大功率模式下之充電操作的流程圖。如第3圖所示，步驟S203包括子步驟S301~S303。於子步驟S301中，電源傳輸模組10根據供/受電模組20、電源傳輸模組10與電池模組30三者皆可操作之一最大功率值，決定供/受電模組20所輸出之供電電壓Vsup。舉例來說，耦接於電源傳輸模組10與供/受電模組20之間的一傳輸纜線（例如：USB Type-C（通用序列匯流排C型））可傳輸之最大電流值為5A（安培），而供/受電模組20可輸出之電壓範圍為5~48V。在此情況下，供/受電模組20之最大功率值為240W（瓦）。若判斷電源傳輸模組10與電池模組30二者亦可負荷240W之功率值，則電源傳輸模組10可藉由處理電路102控制供/受電模組20輸出48V之供電電壓Vsup，使得供/受電模組20能以最大功率值（例如：240W）進行輸出。

於子步驟S302中，電源傳輸模組10根據供電電壓Vsup決定電池模組30之多個電池單元303的串並聯結構，使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。舉例來說，預設電壓差值為2V。在多個電池單元303為十串二並的結構（對應之電池電壓Vbat為40V）時，電池模組30所接收之充電電壓Vcha（例如：30~42V）與供電電壓Vsup（例如：48V）之電壓差可盡可能地接近2V。據此，電源傳輸模組10通知電池管理單元301將多個電池單元303的串並聯結構調整為十串二並。

於子步驟S303中，電源傳輸模組10將供電電壓Vsup轉換為充電電壓Vcha，以對多個電池單元303進行充電。舉例來說，電源傳輸模組10藉由第1圖中的電壓轉換電路101將供電電壓Vsup（例如：48V）轉換為充電電壓Vcha。應當理解，充電電壓Vcha可為根據多個電池單元303在充電過程中之電量變化而改變的非恆定電壓（例如：30~42V）。值得注意的是，電壓轉換電路101在輸入電壓與輸出電壓之電壓差為預設電壓差值（例如：輸入電壓比輸出電壓高2V）時具有最佳轉換效率。由於供/受電模組20能以最大功率值進行輸出（即，步驟S301）且充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差可盡可能地接近預設電壓差值（即，步驟S302），電源傳輸模組10之轉換效率與電池模組30之充電效率得以提高。

於一些實施例中，電源傳輸模組10決定電池模組30與供/受電模組20在最佳效率模式下進行充電操作，從而執行步驟S204。如第2圖所示，於步驟S204中，電源傳輸模組10控制電池模組30與供/受電模組20在最佳效率模式下進行充電操作。以下將搭配第4圖來詳細說明電池模組30在最佳效率模式下之充電操作。

請參閱第4圖，第4圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電池模組30在最佳效率模式下之充電操作的流程圖。如第4圖所示，步驟S204包括子步驟S401~S403。於子步驟S401中，電源傳輸模組10根據供/受電模組20、電源傳輸模組10與電池模組30三者各自可操作之功率範圍、電壓範圍以及電流範圍，決定電池模組30之多個電池單元303的串並聯結構。舉例來說，供/受電模組20所輸出之供電電壓Vsup範圍為5~48V，且多個電池單元303產生之電池電壓Vbat可為20、40或80V。據此，電源傳輸模組10可通知電池管理單元301將多個電池單元303的串並聯結構調整為十串二並（對應之電池電壓Vbat為40V），以執行子步驟S402。

於子步驟S402中，電源傳輸模組10動態地調整供/受電模組20所輸出之供電電壓Vsup，使電池模組30所接收之充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持於預設電壓差值。舉例來說，在多個電池單元303為十串二並的結構時，充電電壓Vcha在充電過程中之變化範圍約為30~42V。據此，電源傳輸模組10會在充電過程中根據充電電壓Vcha之大小持續調整供電電壓Vsup之大小，使供電電壓Vsup與充電電壓Vcha之電壓差維持於2V（即，預設電壓差值）。於一些實務應用中，供電電壓Vsup（例如：32~44V）經持續地調整以維持在比充電電壓Vcha高2V。

於子步驟S403中，電源傳輸模組10將供電電壓Vsup轉換為充電電壓Vcha，以對多個電池單元303進行充電。應當理解，當充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持於預設電壓差值，電壓轉換電路101持續操作於最佳工作點（即，其輸入電壓與輸出電壓之電壓差為預設電壓差值）。如此一來，電源傳輸模組10之轉換效率能一直維持在最佳轉換效率，且電池模組30之充電效率亦得以提高。

於一些實施例中，電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式與最佳效率模式之組合下進行充電操作（將以後述多個實務應用為例進行詳細說明）。於一實務應用中，預設電壓差值為2V（例如：供電電壓Vsup需比充電電壓Vcha高2V），充電電壓Vcha之變化範圍為30~42V，但供電電壓Vsup之最大值為36V。在此情況下，當充電電壓Vcha低於34V時，電源傳輸模組10可控制供/受電模組20，使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持於預設電壓差值。但當充電電壓Vcha超過34V時，充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差無法再維持於預設電壓差值。據此，電源傳輸模組10將控制供/受電模組20以最大供電電壓Vsup進行輸出（相當於以最大功率值進行輸出），使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差盡可能地接近預設電壓差值。

於另一實務應用中，預設電壓差值為2V（例如：供電電壓Vsup需比充電電壓Vcha高2V），充電電壓Vcha之變化範圍為15~21V，但供電電壓Vsup之範圍為20~36V。在此情況下，當充電電壓Vcha低於18V時，充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差無法維持於2V（即，預設電壓差值）。據此，電源傳輸模組10控制供/受電模組20以最小供電電壓Vsup（即，20V）進行輸出，使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差盡可能地接近預設電壓差值。當充電電壓Vcha超過18V時，電源傳輸模組10即可控制供/受電模組20，使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持於預設電壓差值。

於又另一實務應用中，預設電壓差值為2V（例如：供電電壓Vsup需比充電電壓Vcha高2V），傳輸纜線可耐受之最大電流值為5A，供電電壓Vsup之範圍為5~36V，但電壓轉換電路101可轉換之最大功率值為150W。在此情況下，電源傳輸模組10根據上述資訊決定將多個電池單元303調整為十串二並之結構（對應之電池電壓Vbat為40V），因為多個電池單元303在其為五串四並之結構時無法在最大功率模式下進行充電操作，且在其為二十串一並之結構時則無法在最佳效率模式下進行充電操作。當多個電池單元303的串並聯結構為十串二並時，充電電壓Vcha之變化範圍可能為24~42V。於電池模組30的充電過程中，當充電電壓Vcha低於28V時，電源傳輸模組10控制供/受電模組20輸出30V之供電電壓Vsup。再者，當充電電壓Vcha超過28V時，電源傳輸模組10控制供/受電模組20由30V開始逐漸增加供電電壓Vsup，使供電電壓Vsup與充電電壓Vcha之電壓差維持於預設電壓差值，直到供電電壓Vsup增加為36V為止。應當理解，當供電電壓Vsup為30V時，供/受電模組20以5A之電流進行輸出，使其輸出功率維持於150W（相當於以電壓轉換電路101可轉換之最大功率值進行輸出，亦即，提高充電效率）。當供電電壓Vsup超過30V時，供/受電模組20會對應地減少輸出之電流值，使其輸出功率仍維持於150W（亦即，維持充電速度並提高轉換效率）。

由上述多個實務應用可知，在電池模組30之充電過程中，電源傳輸模組10之轉換效率可能無法一直維持在最佳轉換效率。據此，在電池模組30之充電過程中，電源傳輸模組10視情況可在不同的操作模式下進行切換（亦即，操作於最大功率模式與最佳效率模式之組合下），以盡可能地提高電源傳輸模組10之轉換效率與電池模組30之充電效率。

於一些實施例中，電源傳輸模組10決定電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式下進行放電操作，從而執行步驟S205。如第2圖所示，於步驟S205中，電源傳輸模組10控制電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式下進行放電操作。以下將搭配第5圖來詳細說明電池模組30在最大功率模式下之放電操作。

請參閱第5圖，第5圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電池模組30在最大功率模式下之放電操作的流程圖。如第5圖所示，步驟S205包括子步驟S501~S502。於子步驟S501中，電源傳輸模組10根據電池模組30、電源傳輸模組10與供/受電模組20三者皆可操作之一最大功率值，決定電池模組30的多個電池單元303的串並聯結構，使電池模組30輸出放電電壓Vdis。舉例來說，耦接於電源傳輸模組10與電池模組30之間的一傳輸纜線（例如：USB Type-C）可傳輸之最大電流值為5A，且多個電池單元303產生之電池電壓Vbat可為20、40或80V。在此情況下，電池模組30之最大功率值為400W。若判斷電源傳輸模組10與供/受電模組20亦可負荷400W之功率值，則電源傳輸模組10可藉由處理電路102通知電池管理單元301將多個電池單元303的串並聯結構調整為二十串一並，使得電池模組30能將80V之電池電壓Vbat作為放電電壓Vdis輸出。於另一例子中，電源傳輸模組10可負荷之最大功率值（例如：240W）小於電池模組30之最大功率值（例如：400W）。據此，電源傳輸模組10根據電源傳輸模組10可負荷之最大功率值決定多個電池單元303的串並聯結構，使電池模組30之輸出功率值接近且不超過電源傳輸模組10可負荷之最大功率值。

於子步驟S502中，電源傳輸模組10將放電電壓Vdis轉換為供/受電模組20所需之需求電壓Vreq，以對供/受電模組20進行供電。舉例來說，需求電壓Vreq為48V。相較於電池電壓Vbat無法改變的系統，電源傳輸系統100可大幅提高電池模組30之輸出功率，以滿足供/受電模組20之需求。

於一些實施例中，電源傳輸模組10決定電池模組30與供/受電模組20在最佳效率模式下進行放電操作，從而執行步驟S206。如第2圖所示，於步驟S206中，電源傳輸模組10控制電池模組30與供/受電模組20在最佳效率模式下進行放電操作。以下將搭配第6圖來詳細說明電池模組30在最佳效率模式下之放電操作。

請參閱第6圖，第6圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的電池模組30在最佳效率模式下之放電操作的流程圖。如第6圖所示，步驟S206包括子步驟S601~S602。於子步驟S601中，電源傳輸模組10根據供/受電模組20、電源傳輸模組10與電池模組30各自可操作之功率範圍、電壓範圍以及電流範圍決定電池模組30的多個電池單元303的串並聯結構，使電池模組30所輸出之放電電壓Vdis與供/受電模組20所需之需求電壓Vreq之電壓差維持或盡可能地接近預設電壓差值。舉例來說，需求電壓Vreq為48V，且預設電壓差值為2V（即放電電壓Vdis比需求電壓Vreq高2V）。在多個電池單元303為十串二並的結構（對應之電池電壓Vbat為40V）時，電池模組30可將40V之電池電壓Vbat作為放電電壓Vdis進行輸出。據此，電源傳輸模組10可藉由處理電路102通知電池管理單元301將多個電池單元303的串並聯結構調整為十串二並，使得放電電壓Vdis與需求電壓Vreq之電壓差（即，-8V）得以盡可能地接近2V。

於子步驟S602中，電源傳輸模組10將放電電壓Vdis轉換為需求電壓Vreq，以對供/受電模組20進行供電。應當理解，由於放電電壓Vdis與需求電壓Vreq（即，電壓轉換電路101之輸入電壓與輸出電壓）之電壓差維持或盡可能地接近預設電壓差值，電源傳輸模組10之轉換效率以及電池模組30之放電續航力得以提高。

於一些實施例中，電池模組30與供/受電模組20在最大功率模式與最佳效率模式之組合下進行放電操作。於一些實務應用中，在決定多個電池單元303的串並聯結構時，電源傳輸模組10除了考慮電池模組30、電源傳輸模組10與供/受電模組20三者皆可操作之最大功率值以外，還讓電池模組30所輸出之放電電壓Vdis與供/受電模組20所需之需求電壓Vreq之電壓差維持或盡可能地接近預設電壓差值。如此一來，除了可讓電池模組30保有一定的輸出功率，還可盡可能地提高電源傳輸模組10之轉換效率。

於前述實施例中，在決定多個電池單元303的串並聯結構後，電源傳輸模組10在後續充或放電操作中便沒有再次調整多個電池單元303的串並聯結構。然而，本揭示內容並不限於此。於其他實施例中，即使已經決定過多個電池單元303的串並聯結構，電源傳輸模組10在電池模組30的充或放電操作中仍可視情況調整多個電池單元303的串並聯結構，使電壓轉換電路101之輸入電壓與輸出電壓的電壓差維持或盡可能地接近預設電壓差值。以下將以多個實務應用為例進行詳細說明。

於一實務應用中，電池模組30將進行充電操作。預設電壓差值為2V（例如：供電電壓Vsup比充電電壓Vcha高2V），傳輸纜線可耐受之最大電流值為5A，供電電壓Vsup之範圍為5~36V，且供/受電模組20之最大功率值為80W。電池模組30的多個電池單元303可於三種串並聯結構（包含三串四並、六串二並及十二串一並）中進行切換，其中三串四並之結構所對應之充電電壓Vcha範圍為7.2~12.6V，六串二並之結構所對應之充電電壓Vcha範圍為14.4~25.2V，而十二串一並之結構所對應之充電電壓Vcha範圍為28.8~50.4V。電源傳輸模組10根據上述資訊首先決定將多個電池單元303調整為十二串一並之結構。於電池模組30的充電過程中，充電電壓Vcha將從28.8V逐漸增加，且供電電壓Vsup經控制將對應地從30.8V逐漸增加，使供電電壓Vsup維持在比充電電壓Vcha高2V。當充電電壓Vcha達到34V時，電源傳輸模組10控制電池模組30將多個電池單元303調整為六串二並之結構，使供電電壓Vsup與充電電壓Vcha之電壓差維持於2V。在多個電池單元303被調整為六串二並之結構後，充電電壓Vcha對應地減少至17V。電源傳輸模組10接著繼續對電池模組30充電，充電電壓Vcha將從17V逐漸增加至25.2V（亦即，多個電池單元303將充滿），而供電電壓Vsup將對應地從19V逐漸增加27.2V。由此可知，藉由在電池模組30的充電過程中調整多個電池單元303的串並聯結構，供電電壓Vsup能一直維持在比充電電壓Vcha高2V，且供/受電模組20可持續以最大功率值進行輸出。如此一來，電源傳輸模組10之轉換效率以及電池模組30之充電速度得以提高。

於另一實務應用中，電池模組30將進行放電操作。預設電壓差值為2V（例如：放電電壓Vdis比需求電壓Vreq高2V），供/受電模組20要求9V之電壓（即，需求電壓Vreq）以及27W的功率，且連接於電池模組30與電源傳輸模組10之間的傳輸纜線可耐受之最大電流值為3A。電池模組30的多個電池單元303可於三種串並聯結構（包含三串四並、六串二並及十二串一並）中進行切換。電源傳輸模組10根據上述資訊首先決定將多個電池單元303調整為三串四並之結構（對應之充電電壓Vcha範圍為7.2~12.6V）。於電池模組30的放電過程中，放電電壓Vdis將從12.6V逐漸減少。應當理解，假設電源傳輸模組10的轉換效率為95%，當放電電壓Vdis低於9.47V時，電池模組30（或電源傳輸模組10）會因為傳輸纜線之限制而無法以27W之功率值進行輸出。據此，當放電電壓Vdis減少至9.47V時，電源傳輸模組10將要求電池模組30將多個電池單元303調整為六串二並的結構。在多個電池單元303被調整為六串二並之結構後，放電電壓Vdis對應地增加至18.94V，使電池模組30（或電源傳輸模組10）能以27W之功率值進行輸出。由此可知，藉由在電池模組30的放電過程中調整多個電池單元303的串並聯結構，電源傳輸模組10能以最佳轉換效率持續操作，且能持續滿足供/受電模組20的要求。

於前述實施例中，如第3及4圖所示，電源傳輸模組10藉由電壓轉換電路101輸出充電電壓Vcha來對電池模組30進行充電，但本揭示內容並不以此為限。於另一些實施例中，電源傳輸模組10還包括一電壓電流轉換電路（圖中未示），且電源傳輸模組10可藉由電壓電流轉換電路將供電電壓Vsup轉換為一充電電流（圖中未示）輸出，來對電池模組30進行充電。

於前述實施例中，如第1~6圖所示，電池管理單元301可藉由開關電路302調整多個電池單元303的串並聯結構，但本揭示內容並不以此為限。於另一些實施例中，多個電池單元303的串並聯結構不可調整，則電池模組30中之開關電路302可省略。應當理解，在多個電池單元303的串並聯結構不可調整的實施例中，前述有關於調整多個電池單元303的串並聯結構之操作被省略。舉例來說，多個電池單元303的串並聯結構固定為五串四並（對應之電池電壓Vbat為20V），此時充電電壓Vcha之變化範圍為12~21V。當在最大功率模式下進行充電操作時，電源傳輸模組10仍會根據供/受電模組20、電源傳輸模組10與電池模組30三者皆可操作之最大功率值決定供電電壓Vsup。當在最佳效率模式下進行充電操作時，電源傳輸模組10仍會控制供電電壓Vsup，使充電電壓Vcha與供電電壓Vsup之電壓差維持於預設電壓差值。其餘操作可依此類推，故不在此贅述。

於前述實施例中，電源傳輸模組10中的處理電路102在決定充電電壓Vcha、放電電壓Vdis及/或供電電壓Vsup時，會考慮三個模組（亦即，電源傳輸模組10、供/受電模組20與電池模組30）皆可操作之最大功率值及/或各自可操作之電壓、電流及功率範圍，但本揭示內容並不限於此。應當理解，在一些實務應用中，處理電路102考慮三個模組可操作之電壓、電流及功率範圍的操作，包括考慮連接於三個模組之間的多條傳輸纜線可耐受之電壓、電流及功率範圍。此外，於前述實施例中，預設電壓差值在充放電的過程中為一固定數值，但本揭示內容並不限於此。於其他實施例中，預設電壓差值在充放電的過程中是可以變動的數值。

於第1圖的實施例中，電源傳輸模組10、供/受電模組20及電池模組30三者為獨立設置，但本揭示內容並不以此為限。於另一些實施例中，電源傳輸模組10的設置可依需求變更。以下將搭配第7及8圖說明電源傳輸模組10的不同設置。

請參閱第7圖，第7圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的一電源傳輸系統700的結構示意圖。如第7圖所示，電源傳輸模組10設置於供/受電模組20內（或與供/受電模組20整合在一起）。電源傳輸系統700的其餘設置與操作與前述實施例相同或相似，故不在此贅述。

請參閱第8圖，第8圖為根據本揭示內容的一些實施例所繪示的一電源傳輸系統800的結構示意圖。如第8圖所示，電源傳輸模組10設置於電池模組30內（或與電池模組30整合在一起）。雖然於第8圖中電源傳輸模組10與電池管理單元301為獨立設置，但應當理解，電源傳輸模組10亦可與電池管理單元301整合在一起。電源傳輸系統800的其餘設置與操作與前述實施例相同或相似，故不在此贅述。

由上述本揭示內容之實施方式可知，本揭示內容的電源傳輸系統100藉由電源傳輸模組10來協調電池模組30與供/受電模組20之間的電源傳輸，具有提高電源之轉換效率、提高電池之充電效率、提高電池之放電續航力以及適用於大多數系統的優勢。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:電源傳輸模組 20:供/受電模組 30:電池模組 100,700,800:電源傳輸系統 101:電壓轉換電路 102:處理電路 200:電源傳輸方法 301:電池管理單元 302:開關電路 303:電池單元 304:控制開關 Vsup:供電電壓 Vreq:需求電壓 Vcha:充電電壓 Vdis:放電電壓 Vbat:電池電壓 S201~S206,S301~S303,S401~S403,S501~S502,S601~S602:步驟

第1圖係根據本揭示內容的一些實施例繪示一種電源傳輸系統的結構示意圖。第2圖係根據本揭示內容的一些實施例繪示一種電源傳輸方法的流程圖。第3圖係第2圖中的電源傳輸方法的其中一操作的流程圖。第4圖係第2圖中的電源傳輸方法的其中一操作的流程圖。第5圖係第2圖中的電源傳輸方法的其中一操作的流程圖。第6圖係第2圖中的電源傳輸方法的其中一操作的流程圖。第7圖係根據本揭示內容的另一些實施例繪示一種電源傳輸系統的結構示意圖。第8圖係根據本揭示內容的另一些實施例繪示一種電源傳輸系統的結構示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

200:電源傳輸方法

S201~S206:步驟

Claims

一種電源傳輸系統，包括：一電源傳輸模組；一供/受電模組，耦接於該電源傳輸模組；以及；一電池模組，包括至少一電池單元，耦接於該電源傳輸模組，並用以透過該電源傳輸模組與該供/受電模組進行充或放電操作；其中當該電池模組進行充電操作時，該電源傳輸模組用以根據一交握資訊調整該供/受電模組所輸出之一供電電壓，並用以將該供電電壓轉換為該電池模組所接收之一充電電壓，以對該至少一電池單元進行充電；其中當該電池模組進行放電操作時，該電源傳輸模組用以將該電池模組所輸出之一放電電壓轉換為該供/受電模組所需之一需求電壓，以對該供/受電模組進行供電；其中該電池模組與該供/受電模組在一最大功率模式、一最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。
如請求項1所述之電源傳輸系統，其中該電源傳輸模組還用以根據該交握資訊調整該至少一電池單元的串並聯結構。
如請求項2所述之電源傳輸系統，其中當該電池模組在該最大功率模式下進行充電操作時，該電源傳輸模組用以根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者皆可操作之一最大功率值決定該供電電壓，並用以根據該供電電壓決定該至少一電池單元的串並聯結構，使該充電電壓與該供電電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。
如請求項2所述之電源傳輸系統，其中當該電池模組在該最佳效率模式下進行充電操作時，該電源傳輸模組用以根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者各自可操作之一功率範圍、一電壓範圍以及一電流範圍決定該至少一電池單元的串並聯結構，並用以動態地調整該供/受電模組所輸出之該供電電壓，使該供電電壓與該充電電壓之電壓差維持於一預設電壓差值。
如請求項4所述之電源傳輸系統，其中當該供電電壓與該充電電壓之電壓差無法維持於該預設電壓差值時，該電源傳輸模組用以控制該供/受電模組所輸出之該供電電壓或/及該至少一電池單元的串並聯結構，使該供電電壓與該充電電壓之電壓差盡可能地接近該預設電壓差值。
如請求項2所述之電源傳輸系統，其中當該電池模組在該最大功率模式下進行放電操作時，該電源傳輸模組用以根據該電池模組、該電源傳輸模組與該供/受電模組三者皆可操作之一最大功率值決定該至少一電池單元的串並聯結構，並使該放電電壓與該需求電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。
如請求項2所述之電源傳輸系統，其中當該電池模組在該最佳效率模式下進行放電操作時，該電源傳輸模組用以根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者各自可操作之一功率範圍、一電壓範圍以及一電流範圍決定該至少一電池單元的串並聯結構，使該放電電壓與該需求電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。
如請求項1所述之電源傳輸系統，其中該電源傳輸模組包括一電壓轉換電路以及一處理電路，該電壓轉換電路用以進行電壓轉換，且該處理電路用以和該電池模組與該供/受電模組進行一交握程序來得到該交握資訊，並用以根據該交握資訊控制該電壓轉換電路及傳輸一控制需求至該供/受電模組與該電池模組。
如請求項1所述之電源傳輸系統，其中該電源傳輸模組為獨立設置或是設置於該電池模組或該供/受電模組內。
一種電源傳輸方法，應用於一電源傳輸模組，且包括：根據透過該電源傳輸模組所執行之一交握程序，決定一電池模組與一供/受電模組進行充或放電操作；其中該電池模組進行充電操作的步驟包括：調整該供/受電模組所輸出之一供電電壓；以及將該供電電壓轉換為該電池模組所接收之一充電電壓，以對該電池模組之至少一電池單元進行充電；其中該電池模組進行放電操作的步驟包括：將該電池模組所輸出之一放電電壓轉換為該供/受電模組所需之一需求電壓，以對該供/受電模組進行供電；其中該電池模組與該供/受電模組在一最大功率模式、一最佳效率模式或其組合下進行充或放電操作。
如請求項10所述之電源傳輸方法，其中該電池模組進行充或放電操作的步驟還包括：根據該交握資訊調整該至少一電池單元的串並聯結構。
如請求項11所述之電源傳輸方法，其中該電池模組在該最大功率模式下進行充電操作的步驟包括：根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者皆可操作之一最大功率值決定該供電電壓；以及根據該供電電壓決定該至少一電池單元的串並聯結構，使該充電電壓與該供電電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。
如請求項11所述之電源傳輸方法，其中該電池模組在該最佳效率模式下進行充電操作的步驟包括：根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者各自可操作之一功率範圍、一電壓範圍以及一電流範圍決定該至少一電池單元的串並聯結構；以及動態地調整該供/受電模組所輸出之該供電電壓，使該供電電壓與該充電電壓之電壓差維持於一預設電壓差值。
如請求項13所述之電源傳輸方法，其更包括：當該供電電壓與該充電電壓之電壓差無法維持於該預設電壓差值時，控制該供/受電模組所輸出之該供電電壓或/及該至少一電池單元的串並聯結構，使該供電電壓與該充電電壓之電壓差盡可能地接近該預設電壓差值。
如請求項11所述之電源傳輸方法，其中該電池模組在該最大功率模式下進行放電操作的步驟包括：根據該電池模組、該電源傳輸模組與該供/受電模組三者皆可操作之一最大功率值決定該至少一電池單元的串並聯結構，使該放電電壓與該需求電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。
如請求項11所述之電源傳輸方法，其中該電池模組在該最佳效率模式下進行放電操作的步驟包括：根據該供/受電模組、該電源傳輸模組與該電池模組三者各自可操作之一功率範圍、一電壓範圍以及一電流範圍決定該至少一電池單元的串並聯結構，使該放電電壓與該需求電壓之電壓差維持或盡可能地接近一預設電壓差值。