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TW201539935A - 行動電源 - Google Patents

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TW201539935A TW103112439A TW103112439A TW201539935A TW 201539935 A TW201539935 A TW 201539935A TW 103112439 A TW103112439 A TW 103112439A TW 103112439 A TW103112439 A TW 103112439A TW 201539935 A TW201539935 A TW 201539935A
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Chun-Liang Yang
Wen-Hsiang Chang
Jung Kuo
Meng-Kwei Hsu
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Abstract

一種行動電源，其包含至少二充電電池、一第一電壓調整模組及一第二電壓調整模組；該至少二充電電池相互頭尾串聯於一第一電池端及一第二電池端間；該第一電壓調整模組與該第二電壓調整模組連接該第一電池端及該第二電池端，該第一電壓調整模組可以一第一預設電壓範圍調整一直流充電電壓，為該至少二充電電池充電；該第二電壓調整模組接收該第一電池端及該第二電池端間的電壓差，並以一第二預設電壓範圍調整為該直流輸出電壓後，提供外部裝置充電。

Description

行動電源
本發明係為一種行動電源，尤指一種能快速藉由預設電壓範圍調整輸入直流電壓並對其中電池充電，且亦能快速藉由另一預設電壓範圍調整輸出直流電壓對其他外部裝置充電的行動電源。
隨著時代的進步，電子產品內建電池的電量已開始不足以提供人們長時間的使用，且許多電子產品，特別是智慧型手機，除了本身具有較大的耗電量之外，亦漸漸發展為無法拆卸替換電池的一體成型設計，為解決此問題，行動電源便因應而生。
現有的行動電源，為增加其蓄電的容量，往往採用多個充電電池並用的形式，而其連接形式多以並聯的方式連接為主，會導致當行動電源中的充電電池需要蓄積電力時，來自外部充電電源所需的電流數值較為龐大，係因當數個充電電池並聯時，等同於數個電容並聯，根據克希荷夫電流定律(Kirchhoff Circuit Laws)，從電源(直流電(DC)或交流電(AC))輸出的電流等於通過每一個電容的電流的代數和，因此當越多個充電電池並聯起來時，會造成由直流(DC)或交流(AC)充電電源通往數個充電電池的電路中其負載的電流量倍化，而在導體中的電流量越大則會導致電流的熱效應急遽增加，造成電路燒毀的危險產生。
另外，現有行動電源中的充電電池為了節省成本，採用較為 廉價的各類充電電池，如鎳氫電池(NiMH)或是鎳鎘電池(NiCd)，這類的充電電池除了具有嚴重的記憶效應(Memory effect)之外，其材質亦較為不環保，而且充放電的次數也沒有現有的鋰離子電池來的優秀。
再者，採用並聯設計的複數充電電池，其電容兩端的電壓差 相同，等於是數個電池的電壓等於僅擁有單一個電池的電壓，單就對任意的外部裝置充電而言，較低的電壓形同較低的電流，當充電電池對外部裝置充電的電流量不能提升時，充電速度便受到了很大的限制。
此外，現有的行動電源在充電電源輸送電力到充電電池之 前，會先感測充電電壓的數值，才經過升壓或降壓的動作，替充電電池充電，相同的，在輸出電力給其他外部裝置時，亦採用先偵測外部裝置所需的充電電壓，再進行充電；此方法雖有利於增進對充電電池充電或是對外部裝置充電的效率，卻也容易受到外在條件的影響，如充電電池之電量少時，電壓會下降，或是當溫度降低時亦會使電池的電壓突然大幅提高，若不以一電壓調整範圍做升壓或降壓的限制，則會導致其偵測完電壓後升降壓的準確度下降，造成對充電電池或外部裝置無法以正確電壓充電，甚至誤測為過高的電壓而將充電電池或外部裝置燒毀。
因此，本發明提供了一種創新設計的行動電源，用以改善或解決上述電流迴路負載過大、充電速度不足及充放電電壓容易失準的問題。
本發明提供了一種行動電源，該行動電源包含：至少二鋰離子充電電池，以首尾相接之方式串聯於一第一電池端及一第二電池端間，一 第一電壓調整模組及一第二電壓調整模組。
通常行動電源中充電電池的電力來源需透過一些額外的電 源提供，最常用的便是民生用電以及工業用電兩類的電源，但此兩類的電源幾乎為交流電源(AC)，而在替行動電源充電時，會以直流電(DC)執行，以防止交流電傷害到該行動電源內部的電子零件，甚至燃燒起火造成安全上的問題；因此，透過整流器將交流電轉換為一直流充電電壓之後，傳輸至該第一電壓調整模組，該第一電壓調整模組中包含了一第一電壓微控制器，該第一電壓微控制器中預設有一第一電壓預設範圍，當有外來的電流輸入時，該第一電壓微控制器得以依據該第一電壓預設範圍快速決定輸出給該至少二鋰離子充電電池一直流輸入電壓數值，進行充電；倘若輸入到該第一電壓調整模組的該直流充電電壓高於該第一電壓預設範圍時，該第一電壓調整模組中設置有一第一降壓控制單元，得以透過來自該第一電壓微控制器的命令，將該直流充電電壓降低至該第一電壓預設範圍內；反之，若輸入該第一電壓調整模組的該直流充電電壓低於該第一電壓預設範圍時，該第一電壓調整模組中亦設置有一第一升壓控制單元，得以透過來自該第一電壓微控制器的命令，將該直流充電電壓提升至該第一電壓預設範圍內，以供給該至少二鋰離子電池充電。
該至少二鋰離子充電電池之種類可為磷酸鋰鐵充電電池 (LiFePO4)、鎳鋰充電電池(LiNiO2)、鋰鈷鎳錳三元充電電池(Li(NiMnCo)O2)或鈷酸鋰充電電池(LiCoO2)四者擇一使用，且此連續串聯的複數充電電池種類必須相同；該至少二鋰離子充電電池之所以採用首尾相銜的串聯方式，除了能共用來自該直流充電電壓產生的電流之外，亦具有增加該至少二鋰離 子充電電池整組電池組本身一第一電池端(正極)及一第二電池端(負極)間的一直流電壓差，進而達到放電時能輸出較大電流的優點，提升該行動電源對任意該外部裝置的充電速度及效率，且相較於並聯的低壓，高壓的輸電方式亦具有減少電能在傳輸時的損耗等附加優點。
之後，由該第一電池端及該第二電池端所間的該直流電壓差 所產生的電流會被該第二電壓調整模組所接收，該第二電壓調整模組中包含了一第二電微壓控制器，該第二電壓微控制器中預設有一第二電壓預設範圍，當該外部裝置接上該行動電源形成通路時，該第二電微壓控制器得以依據該第二電壓預設範圍快速決定輸出給該外部裝置的一直流輸出電壓數值。
此外，有鑑於任意種類該外部裝置所需的充電電壓不盡相 同，需要電壓較小的外部裝置如手機或平板電腦；而需要電壓較大的外部裝置如筆記型電腦或電動腳踏車，基於本發明得以依據該第二電壓預設範圍調變電壓的特性，具有相當大的可充電範圍，上述外部裝置皆可為本發明所充電。
倘若輸出到該外部裝置的該直流輸出電壓高於該第二電壓 預設範圍時，該第二電壓調整模組中設置有一第二降壓控制單元，得以透過來自該第二電壓微控制器的命令，將該直流輸出電壓降低至該第二電壓預設範圍內；反之，若輸出到該外部裝置的該直流輸出電壓低於該第二電壓預設範圍時，該第二電壓調整模組中亦設置有一第二升壓控制單元，得以透過來自該第二電壓微控制器的命令，將該直流輸出電壓提升至該第二電壓預設範圍內，以供給外部裝置進行一恆流充電。
因此，本發明透過串聯該至少二鋰離子充電電池的方式，解 決了先前技術中所述給予該至少二鋰離子充電電池電流負載過大的問題，此外，在一定電壓範圍內產生的大電流恆流充電亦解決了充電速度不足及充放電電壓容易因外在條件的影響而失準等問題。
1‧‧‧行動電源
2‧‧‧至少二鋰離子充電電池
21‧‧‧第一電池端
22‧‧‧第二電池端
3‧‧‧交流電源
4‧‧‧整流器
5‧‧‧第一電壓調整模組
51‧‧‧第一電壓微控制器
52‧‧‧第一升壓控制單元
53‧‧‧第一降壓控制單元
6‧‧‧第二電壓調整模組
61‧‧‧第二電壓微控制器
62‧‧‧第二升壓控制單元
63‧‧‧第二降壓控制單元
7‧‧‧USB接頭
圖1係本發明之結構示意圖。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：請參照圖1，圖1係本發明之結構示意圖。如圖1所示，交流電源3所輸出的電流，經過整流器4，將交流電流(AC)轉換成直流電流(DC)之後，輸送到行動電源1中。
行動電源1中具有第一電壓調整模組5，負責接收來自整流器4電壓所產生的電流，首先第一電壓調整模組5中的第一電壓微控制器51會感測來自整流器4的電壓，以其中事先設定好的第一預設電壓範圍作為依據，將電壓調整為12伏特(V)~19伏特(V)再輸出給至少二鋰離子充電電池2，該鋰離子充電電池2之種類可為磷酸鋰鐵充電電池(LiFePO4)、鎳鋰充電電池(LiNiO2)、鋰鈷鎳錳三元充電電池(Li(NiMnCo)O2)或鈷酸鋰充電電池(LiCoO2)，其電壓升降的原理係透過第一電壓微控制器51感測到的電壓值是否小於12伏特(V)或大於19伏特(V)，若來自整流器4的電壓小於12伏特(V)，則第一電壓微控制器51會透過MOSFET晶片啟動第一升壓控制單元52，將電壓提升至12伏特(V)~19伏特(V)之間，且提升的電壓數值需高於至少二鋰離 子充電電池2之電壓；反之，若電壓大於19伏特(V)，則會透過MOSFET晶片啟動第一降壓控制單元53，將電壓降低至12伏特(V)~19伏特(V)之間，同理，降低的電壓數值仍須高於至少二鋰離子充電電池2之電壓。
經調整過後電壓，會輸送到至少二鋰離子充電電池2的第一 電池端21和第二電池端22間進行對電池組充電，而至少二鋰離子充電電池2之電池種類必須皆相同，可選自磷酸鋰鐵充電電池(LiFePO4)、鎳鋰充電電池(LiNiO2)、鋰鈷鎳錳三元充電電池(Li(NiMnCo)O2)或鈷酸鋰充電電池(LiCoO2)，且為串聯的方式首尾相銜，係因磷酸鋰鐵充電電池之充放電次數可高達約2000次，相較於鎳鋰充電電池(LiNiO2)或鈷酸鋰充電電池約為500次，因此，磷酸鋰鐵充電電池為充電電池之最佳選擇。
此外，至少二鋰離子充電電池2的第一電池端21和第二電池端22間的電壓差係由串聯充電電池的數目決定，單個鋰離子聚合物電池之電壓範圍為3.2伏特(V)~4.3伏特(V)。
當行動電源1要替其他外部裝置充電的時候，會透過USB接頭7形成通路，USB接頭7可與行動電源1拆卸，並非固定於其上；當行動電源1透過USB接頭7和外部裝置形成通路時，第二電壓調整模組6中的第二電壓微控制器61會以第二預設電壓範圍為基準，偵測外部裝置充電所需之最佳直流輸出電壓，第二預設電壓範圍為3伏特(V)以上，而直流輸出電壓的範圍則為5伏特(V)~19伏特(V)；其電壓升降的原理係透過第二電壓微控制器61感測到的電壓值是否小於5伏特(V)或大於19伏特(V)，若來自第一電池端21和第二電池端22間的電壓小於5伏特(V)，則第二電壓微控制器61會透過MOSFET晶片啟動第二升壓控制單元62，將電壓提升至5伏特(V)~19伏特(V) 之間；反之，若電壓大於19伏特(V)，則會透過MOSFET晶片啟動第一降壓控制單元63，將電壓降低至5伏特(V)~19伏特(V)之間，得以順利對外部裝置進行充電。
在對外部裝置充電時，本發明所採取的策略為大電流恆流充電的方式進行，其中恆流充電的電流控制在3~5安培(A)之間，以達到快速充電的功效。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。
1‧‧‧行動電源
2‧‧‧至少二鋰離子充電電池
21‧‧‧第一電池端
22‧‧‧第二電池端
3‧‧‧交流電源
4‧‧‧整流器
5‧‧‧第一電壓調整模組
51‧‧‧第一電壓微控制器
52‧‧‧第一升壓控制單元
53‧‧‧第一降壓控制單元
6‧‧‧第二電壓調整模組
61‧‧‧第二電壓微控制器
62‧‧‧第二升壓控制單元
63‧‧‧第二降壓控制單元

Claims (8)

  1. 一種行動電源，其包含：至少二鋰離子充電電池，以首尾相接之方式串聯於一第一電池端及一第二電池端間；一第一電壓調整模組，包含一第一電壓微控制器、一第一升壓控制單元與一第一降壓控制單元，該第一升壓控制單元與該第一降壓控制單元分別與該第一電壓微控制器電性連接，該第一電壓調整模組與該第一電池端及該第二電池端做電性連接，接收一直流充電電壓，並以一第一預設電壓範圍調整並轉換成一直流輸入電壓，對該至少二鋰離子充電電池進行充電；以及一第二電壓調整模組，包含一第二電壓微控制器、一第二升壓控制單元與一第二降壓控制單元，該第二升壓控制單元與該第二降壓控制單元分別與該第二電壓微控制器電性連接，該第二電壓調整模組與該第一電池端及一第二電池端做電性連接，接收該第一電池端及該第二電池端間的一直流電壓差，並以一第二預設電壓範圍調整並轉換成一直流輸出電壓，對外部裝置進行一恆流充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該至少二鋰離子充電電池之種類可為磷酸鋰鐵充電電池(LiFePO4)、鎳鋰充電電池(LiNiO2)、鋰鈷鎳錳三元充電電池(Li(NiMnCo)O2)或鈷酸鋰充電電池(LiCoO2)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該至少二鋰離子充電電池之單個鋰離子充電電池之電壓為3.2伏特(V)~4.3伏特(V)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該第一預設電壓範圍為12 伏特(V)~19伏特(V)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該直流輸入電壓為12伏特(V)~19伏特(V)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該第二預設電壓範圍為至少3伏特(V)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該直流輸出電壓為5伏特(V)~19伏特(V)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動電源，其中該恆流充電之電流為3~5安培(A)。
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