TWI679829B - 多節電池組之穩定供電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含一多節電池組、一電池選擇單元、一開關控制單元、一微控制單元以及一電壓變化偵測單元。該電壓變化偵測單元於該多節電池組之一第一電池及一第二電池的切換過程中可立即偵測到該多節電池組之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元執行、或先提供予該微控制單元，再由該微控制單元提供予該開關控制單元執行。據此，該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。

Description

多節電池組之穩定供電裝置

本發明係有關於一種電池組之供電裝置，尤其是有關於一種多節電池組之穩定供電裝置。

電池被廣泛應用於各式電子產品，且通常採用多節的電池結構，也就是串聯或並聯連接多個電池，以供應電子產品運作所需要的電力。多節電池組的充電/放電迴路的形成是透過控制器控制其切換電路。舉例來說，當將充電/放電迴路中的電池切換成新離線電池，且將原離線電池加入充電/放電迴路中時，控制器可將連接新離線電池的切換電路的串聯開關斷開，且旁路開關導通，這樣新離線電池就不會被充電或放電，並將連接原離線電池之切換電路的旁路開關斷開，再將串聯開關導通，以讓原離線電池加入充電/放電迴路中進行充電或放電。

由於多節電池組在進行上述離線或加入切換時的電壓輸出通常會上升或下降一個電池的電壓量，甚至發生短暫失去電壓的情況，導致多節電池組因無法穩定輸出電壓而影響供電的品質，致使電子產品必須額外使用較大之電容來儲存電荷，亦或是須於多節電池組中額外增加穩壓電路或平衡電路，如此才能使多節電池組輸出電壓穩定，然此法通常會使多節電池組或電子產品之成本增加、電路複雜。

有鑑於上述現有技術之缺點，本發明之目的在於提供一種可節省成本、簡化電路且同時能使輸出電壓穩定之多節電池組之穩定供電裝置。本發明多節電池組之穩定供電裝置利用開關控制單元根據微控制單元及電壓變化偵測單元所立即產生之訊號，控制電池開關之斷開或導通，以便對多節電池組之供電迴路中的電池進行切換，使多節電池組於切換過程中能穩定供電予負載或電子產品。

為達成上述目的，本發明提供一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：
一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含:
一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；
一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及
一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；
一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；
一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關以及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；
一微控制單元(Microcontroller Unit ，MCU)，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路；以及
一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該微控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該微控制單元，再由該微控制單元提供予該開關控制單元；
其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號及該開關狀態實現訊號分別被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該微控制單元之該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該電壓變化偵測單元之該開關狀態實現訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關。此時該開關控制單元係依序執行該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該微控制單元之該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該電壓變化偵測單元之該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關。此時該開關控制單元係依序執行該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置更包含一時序產生單元，分別與該微控制單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該微控制單元中之該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號、該開關狀態實現訊號產生一訊號執行時序予該開關控制單元。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該電壓變化偵測單元係一PNP型電晶體，該電壓變化偵測單元所偵測到該瞬間電壓變化為該PNP型電晶體之一切入電壓(cut-in voltage)。該瞬間電壓變化係小於該第一電池之該第一旁路開關或該第二電池之該第二旁路開關中之一二極體順向電壓(Voltage Forward，Vf)的二倍。

又，為達成上述目的，本發明更提供一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：
一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含:
一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；
一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及
一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；
一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；
一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；
一微控制單元，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號、一開關狀態預設訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路；以及
一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該開關控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元；
其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號、該開關狀態預設訊號及該開關狀態實現訊號分別被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該微控制單元之該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第二電池之該第二串聯開關為即將導通、該電壓變化偵測單元之該開關狀態實現訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關。此時該開關控制單元係依序執行該第一切換訊號、該開關狀態預設訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該微控制單元之該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第一電池之該第一串聯開關為即將斷開、該電壓變化偵測單元之該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關。此時該開關控制單元係依序執行該第一切換訊號、該開關狀態預設訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置之該開關控制單元係依序執行該開關狀態預設訊號、該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。又或者是該開關控制單元係先同時執行該第一切換訊號與該開關狀態預設訊號，接著再依序執行該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號。

又，為達成上述目的，本發明穩定供電裝置更包含一時序產生單元，分別與該微控制單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該微控制單元中之該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號、該開關狀態預設訊號產生一訊號執行時序予該開關控制單元。

藉由本發明多節電池組之穩定供電裝置，使用者可採用較簡單之硬體元件組成，包括但不限於多節電池組、電池選擇單元、開關控制單元、電壓變化偵測單元以及微控制單元等，故所需之成本較低、偵測反應及切換速度較快，同時能縮減多節電池組之瞬間電壓變化的幅度。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下，配合圖式列舉各根據本發明而成之較佳實施例，來對本發明所揭示的組成構件及達成功效作說明。然各圖式中所示選單設定裝置的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

首先，請參考第1圖，其係依據本發明第一實施例之多節電池組的穩定供電裝置1之組成方塊及其切換前之供電迴路之示意圖。本發明多節電池組的穩定供電裝置1係用以穩定供電予一負載3，負載3包括但不限於是可攜式電腦、手機、電動車、電動機車或可攜式小家電等各種需要透過電池供電來運作的電子產品設備。本發明穩定供電裝置1包含一多節電池組5、一開關控制單元7、一電壓變化偵測單元9、一微控制單元11以及一電池選擇單元25。本發明穩定供電裝置1之多節電池組5藉由一正極(+)及一負極(-)與負載3電性連接，並包含有一第一電池13以及一第二電池15。多節電池組5可例示為一由四個電池所組成之串聯電池組，並利用其所形成之一供電迴路L1提供一迴路電壓(圖未示)予負載3。第一電池13具有一第一串聯開關17及一第一旁路開關19，其係利用第一串聯開關17與供電迴路L1電性連接；第二電池15具有一第二串聯開關21及一第二旁路開關23，其係利用第二旁路開關23與供電迴路L1電性連接。第一電池13之第一串聯開關17及第一旁路開關19、第二電池15之第二串聯開關21及第二旁路開關23例如可以是電晶體、二極體或二者之組成。

請繼續參考第1圖，本發明之穩定供電裝置1更包括與多節電池組5及微控制單元11電性連接之一電池選擇單元25及一電流量測單元27。電池選擇單元25利用一電池選擇器29及一電壓量測器31可實時分別量測四個電池的各別電壓，電流量測單元27則實時偵測多節電池組5之負載電流。微控制單元11即根據電池選擇單元25及電流量測單元27所提供之電壓及電流狀況，從多節電池組5的四個電池中選擇三個電池形成供電迴路L1，其中，未被分配作為供電迴路L1的第二電池15被定義為離線電池，離線電池可休息等待被分配。再者，供電過程中四個電池中的任一者若發生狀況，例如低電壓時，可藉由電池選擇單元25量測到異常電池的狀態，並讓其成為離線電池，以提高多節電池組5的安全性。雖然，本發明第一實施例中離線電池的數量是一個，但實務中，離線電池的數量也可以是兩個或兩個以上。當離線電池設計為兩個或兩個以上時，本領域之人仍可透過本發明的說明理解多節電池組5之電池總數量會增加。

同樣繼續參考第1圖，本發明穩定供電裝置1之開關控制單元7與多節電池組5電性連接，用以控制第一電池13之第一串聯開關17及第一旁路開關19、第二電池15之第二串聯開關21及第二旁路開關23之斷開或導通，並由一切換邏輯電路33及一開關驅動電路35所組成。此乃因第一、第二串聯開關17、21或第一、第二旁路開關19、23之電壓較高，無法單獨利用切換邏輯電路33直接控制其斷開或導通，故需利用開關驅動電路35將切換邏輯電路33的電壓準位轉換為較高之電壓，以順利控制第一、第二串聯開關17、21或第一、第二旁路開關19、23之斷開或導通。

請參考第2圖，其係依據第1圖切換後之供電迴路之示意圖。當本發明穩定供電裝置1之電池選擇單元25之電壓量測器31量測到第一實施例之多節電池組5之供電迴路L1(第1圖)的三個電池(例如其中之一為第一電池13)的各別電壓分別與離線電池(例如是第二電池15)的電壓相比較的結果符合一切換條件時，例如第一電池13之一第一電池電壓(最小電壓，圖未示)小於第二電池15之一第二電池電壓(圖未示)，且最小電壓與第二電池15之第二電池電壓的差值達到一預定值時，與電池選擇單元25及開關控制單元7電性連接之微控制單元11即根據電池選擇單元25之第一電池電壓與第二電池電壓產生如下表1之一第一切換訊號S1、一第二切換訊號S2、一第三切換訊號S3予開關控制單元7，以形成如第2圖所示之多節電池組5之供電迴路L2，表1係顯示依據本發明第一實施例之訊號種類、來源及動作。







表1

請同時參考第1、2圖，本發明穩定供電裝置1之電壓變化偵測單元9係分別與多節電池組5及微控制單元11電性連接，用以偵測多節電池組5之迴路電壓之一瞬間電壓變化(如第3圖之V1)。電壓變化偵測單元9可以是一PNP型電晶體、一電源啟動重置(Power On Reset，POR)電路、一差動電路、一比較器或一運算放大器 (Operational Amplifier，OPA)，當電壓變化偵測單元9採用PNP型電晶體時，所偵測到的瞬間電壓變化V1可以是該PNP型電晶體之一切入電壓(cut-in voltage)，此時電壓變化偵測單元9可縮減多節電池組5之瞬間電壓變化之幅度。電壓變化偵測單元9可立即偵測到多節電池組5之瞬間電壓變化V1並根據瞬間電壓變化V1立即產生一開關狀態實現訊號S _ACH(如表1)予微控制單元11，再由微控制單元11提供予開關控制單元7，控制第一、第二串聯開關17、21或第一、第二旁路開關19、23的斷開或導通。本發明穩定供電裝置1之開關控制單元7即根據微控制單元11之第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、第三切換訊號S3、來自於電壓變化偵測單元9之開關狀態實現訊號S _ACH，選擇將供電迴路L1之三個電池中的其中一者，例如是第一電池13，自供電迴路L1中切除，並將離線電池，例如是第二電池15，加入供電迴路L2(如第2圖所示)，被斷開的第一電池13成為新離線電池。供電迴路L1、L2的形成即是透過開關控制單元7控制第一、第二串聯開關17、21或第一、第二旁路開關19、23之斷開或導通，以將供電迴路L1中的電池切換成新離線電池(例如是第一電池13)，使原離線電池(例如是第二電池15)加入供電迴路L2中進行供電。

本發明第一實施例之第一電池13、第二電池15的切換動作與電壓時序變化將詳述如後。請同時參考第1~3圖及表1，第3圖係依據本發明第一實施例之多節電池組切換過程之電壓時序變化示意圖。本發明穩定供電裝置1之開關控制單元7根據微控制單元11依序執行第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _{A CH}、第三切換訊號S3。請參考第3圖，當第一切換訊號S1被執行時，多節電池組5的電壓下降至約為第二旁路開關23之二極體的順向電壓(Voltage Forward，Vf)；當第二切換訊號S2被執行時，分別與多節電池組5及微控制單元11電性連接之電壓變化偵測單元9偵測到多節電池組5之瞬間電壓變化V1(例如是瞬間電壓下降)，約為電壓變化偵測單元9(例如是PNP型電晶體時)之切入電壓；此時電壓變化偵測單元9提供予微控制單元11之開關狀態實現訊號S _ACH立即被開關控制單元7執行，多節電池組5的電壓上升；接著第三切換訊號S3被執行，此時多節電池組5的電壓上升，維持多節電池組5在切換前之迴路電壓狀況。

當第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3依序被開關控制單元7執行完成後，第一電池13將切換為利用第一電池13之第一旁路開關19與供電迴路L2電性連接、第二電池15將切換為利用第二電池15之第二串聯開關21與供電迴路L2電性連接，如此可將多節電池組5中之第一電池13自供電迴路L2中切除，而將第二電池15切入供電迴路L2中，並能維持供電迴路L1、L2之迴路電壓，使多節電池組5於第一電池13及第二電池15之切換過程中能穩定供電予負載3。

由於本發明第一實施例開關控制單元7執行第二切換訊號S2與開關狀態實現訊號S _ACH所需之時間T1小於數微秒(μs)，故可迅速將多節電池組5之供電迴路L1中的離線電池由第二電池15切換為第一電池13。且因開關控制單元7執行第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3的過程中，多節電池組5之供電迴路L1、L2的電壓能被維持，且電壓變化偵測單元9所偵測到之瞬間電壓變化V1的幅度甚微，例如是小於第二電池15之第二旁路開關23中之二極體順向電壓Vf的二倍，故能穩定供電予負載3或電子產品。

當多節電池組5之供電迴路L2之三個電池的各別電壓分別與離線電池(例如是第一電池13)的電壓相比較的結果再次符合切換條件時，微控制單元11將產生第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、第三切換訊號S3；電壓變化偵測單元9將產生開關狀態實現訊號S _ACH予開關控制單元7，以再次選擇將三個電池中的其中一者自供電迴路L2中斷開，並將離線電池(例如是第一電池13)加入供電迴路L2，如此重覆上述電性量測及偵測及動作，直至供電迴路中各個電池之電壓小於或等於該電池之允許輸出電壓。

請參考第4圖，其係依據本發明第一實施例之旁路開關電性並聯一旁路二極體之示意圖。此乃為避免本發明穩定供電裝置1之多節電池組5的第一、第二旁路開關19、23內之二極體37於執行第一電池13、第二電池15之切換過程中無法承受負載電流，因此在第一電池13之第一旁路開關19以及第二電池15之第二旁路開關23分別電性並聯一旁路二極體39。

請參考第5圖，其係依據本發明第一實施例之多節電池組的穩定供電裝置更包含一時序產生單元之組成方塊示意圖。由於本發明穩定供電裝置1之微控制單元11需同時進行負載3或電子產品(圖未示)之其它多項運算及控制，而為減少微控制單元11之運算負擔並確保開關控制單元7能據以立即進行第一、第二串聯開關17、21或第一、第二旁路開關19、23之斷開或導通，本發明穩定供電裝置1更包含一時序產生單元41，其分別與微控制單元11及開關控制單元7電性連接，用以根據微控制單元11中之第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、第三切換訊號S3、開關狀態實現訊號S _ACH產生一訊號執行時序(圖未示，例如是第3圖所示之時序)予開關控制單元7執行。

請繼續參考第1~3圖及表1，當本發明穩定供電裝置1之微控制單元11根據電池選擇單元25之第一電池電壓(圖未示)與第二電池電壓(圖未示)另產生一開關狀態預設訊號S _PRE予開關控制單元7時，電壓變化偵測單元9則將其所產生之開關狀態實現訊號S _ACH直接提供予開關控制單元11。本發明第一實施例之開關狀態預設訊號S _PRE係用以預設第二電池15之第二串聯開關21為即將導通(如表1)，開關控制單元7係依序執行第一切換訊號S1、開關狀態預設訊號S _PRE、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3。此時多節電池組5於切換過程中之電壓時序變化同樣可參照第3圖。由第3圖可知，當開關狀態預設訊號S _PRE被執行時，多節電池組5的電壓下降量維持不變，因其餘內容與第3圖相同，於此不再贅述。此外，由於本發明第一實施例之電壓變化偵測單元9係偵測瞬間電壓下降，故開關控制單元7執行開關狀態預設訊號S _PRE之順序無法變更，以免因開關狀態實現訊號S _ACH提早被執行而使多節電池組5之迴路電壓變化過大，無法穩定供電予負載3。而此時之時序產生單元41係根據微控制單元11中之第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、第三切換訊號S3、開關狀態預設訊號S _PRE產生一訊號執行時序(圖未示，例如是第3圖所示之時序)予開關控制單元7。

請參考表2，表2係依據本發明第二實施例之訊號種類、來源及動作。根據本發明穩定供電裝置1之第二實施例，當電壓變化偵測單元9係先將其所產生之開關狀態實現訊號S _ACH提供予微控制單元11，再由微控制單元11提供予開關控制單元7執行時，開關控制單元7係依序執行第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3。而當本發明第二實施例之微控制單元11另產生有一用以預設第一電池13之第一串聯開關17為即將斷開(如表2)之開關狀態預設訊號S _PRE時，電壓變化偵測單元9則將其對應所產生之開關狀態實現訊號S _ACH直接提供予開關控制單元7，開關控制單元7係依序執行第一切換訊號S1、開關狀態預設訊號S _PRE、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3。

表2

請參考第6~8圖，第6~8圖係依據本發明第二實施例之多節電池組切換過程之電壓時序變化示意圖，在此僅就其與第一實施例之多節電池組切換過程之電壓時序變化相異處進行說明，其餘內容可類推第一實施例，於此不再贅述。

請同時參考第1、2、6圖，當第一切換訊號S1被執行時，多節電池組5的電壓下降至約為第二旁路開關23之二極體的順向電壓Vf；當有開關狀態預設訊號S _PRE須被執行時(即微控制單元11另產生有一用以預設第一電池13之第一串聯開關17為即將斷開之開關狀態預設訊號S _PRE時)，多節電池組5的電壓下降量維持不變；當第二切換訊號S2被執行時，分別與多節電池組5、微控制單元11及開關控制單元7電性連接之電壓變化偵測單元9偵測到瞬間電壓變化V2(例如是瞬間電壓上升)，約為電壓變化偵測器9(例如是PNP型電晶體時)之切入電壓；此時開關狀態實現訊號S _ACH立即被執行，多節電池組5的電壓下降；接著第三切換訊號S3被執行，此時多節電池組5的電壓上升，維持多節電池組5在切換前之迴路電壓狀況。

由於本發明第二實施例開關控制單元7執行第二切換訊號S2與開關狀態實現訊號S _ACH所需之時間T2小於數微秒(μs)，故可迅速將多節電池組5之供電迴路L1中的離線電池由第二電池15切換為第一電池13。且因開關控制單元7執行第一切換訊號S1、開關狀態預設訊號S _PRE、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3的過程中，多節電池組5之供電迴路L1、L2的電壓能被維持，電壓變化偵測單元9所偵測到之瞬間電壓變化V2的幅度甚微(例如是小於旁路開關23之二極體順向電壓的二倍)，故能穩定供電予負載3或電子產品。

由於本發明第二實施例之電壓變化偵測單元9係偵測瞬間電壓上升，故開關控制單元7執行開關狀態預設訊號S _PRE之順序變更不會導致開關狀態實現訊號S _ACH因提早被執行而使多節電池組5之迴路電壓變化過大致無法穩定供電予負載3。此時，開關控制單元7執行開關狀態預設訊號S _PRE之順序可視實際需求變更，例如開關控制單元7可依序執行開關狀態預設訊號S _PRE、第一切換訊號S1、第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3；又或者是開關控制單元7先同時執行第一切換訊號S1與開關狀態預設訊號S _PRE，接著再依序執行第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3。

請繼續參考第7、8圖，其係分別例示開關狀態預設訊號S _PRE可先於第一切換訊號S1被開關控制單元7執行以及第一切換訊號S1與開關狀態預設訊號S _PRE可同時被開關控制單元7執行之多節電池組5切換過程之電壓時序變化示意圖。請參考第7圖，當開關狀態預設訊號S _PRE先於第一切換訊號S1被執行時，多節電池組5的電壓維持不變；當第一切換訊號S1接著被執行時，多節電池組5的電壓下降至約為旁路開關23之二極體的順向電壓Vf；接著再依序執行第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3，其電壓時序變化與第6圖所述之內容相同，於此不再贅述。請再參考第8圖，當第一切換訊號S1及開關狀態預設訊號S _PRE同時被開關控制單元7執行時，多節電池組5的電壓下降至約為旁路開關23之二極體的順向電壓Vf；接著再依序執行第二切換訊號S2、開關狀態實現訊號S _ACH、第三切換訊號S3，其電壓時序變化與第6圖所述之內容相同，於此不再贅述。

綜合上述，本發明所揭之多節電池組的穩定供電裝置係採用簡單的硬體元件，例如開關控制單元、電壓變化偵測單元、微控制單元等，於電壓變化偵測單元偵測到多節電池組之一瞬間電壓變化後，開關控制單元立即控制第一電池與第二電池之串聯開關或旁路開關之斷開或導通。由於本發明利用硬體元件能於數微秒內迅速完成前述瞬間電壓變化偵測及電池開關切換之特性，且能維持供電迴路之電壓，故能使多節電池組於第一電池及第二電池之切換過程中穩定供電予負載或電子產品，不會有輸出電壓異常之現象發生。

最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本發明之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本發明之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧穩定供電裝置

33‧‧‧切換邏輯電路

3‧‧‧負載

35‧‧‧開關驅動電路

5‧‧‧多節電池組

37‧‧‧二極體

7‧‧‧開關控制單元

39‧‧‧旁路二極體

9‧‧‧電壓變化偵測單元

41‧‧‧時序產生單元

11‧‧‧微控制單元

L1、L2‧‧‧供電迴路

13‧‧‧第一電池

S1‧‧‧第一切換訊號

15‧‧‧第二電池

S2‧‧‧第二切換訊號

17、21‧‧‧第一、第二串聯開關

S3‧‧‧第三切換訊號

19、23‧‧‧第一、第二旁路開關

S _PRE‧‧‧開關狀態預設訊號

25‧‧‧電池選擇單元

S _ACH‧‧‧開關狀態實現訊號

27‧‧‧電流量測單元

Vf‧‧‧二極體順向電壓

29‧‧‧電池選擇器

V1、V2‧‧‧瞬間電壓變化

31‧‧‧電壓量測器

T1、T2‧‧‧時間

第1圖顯示依據本發明第一實施例之多節電池組的穩定供電裝置之組成方塊及其切換前之供電迴路之示意圖。

第2圖顯示依據本發明第一實施例切換後之供電迴路之示意圖。

第3圖顯示依據本發明第一實施例之多節電池組切換過程之電壓時序變化示意圖。

第4圖顯示依據本發明第一實施例之旁路開關電性並聯一旁路二極體之示意圖。

第5圖顯示依據本發明第一實施例更包含一時序產生單元之組成方塊示意圖。

第6~8圖顯示依據本發明第二實施例之多節電池組切換過程之電壓時序變化示意圖。

Claims (12)

1. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該微控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該微控制單元，再由該微控制單元提供予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號分別依序被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。
2. 如請求項1之裝置，更包含一時序產生單元，分別與該微控制單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該微控制單元中之該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號、該開關狀態實現訊號產生一訊號執行時序予該開關控制單元。
3. 如請求項1之裝置，其中該電壓變化偵測單元係一PNP型電晶體，該電壓變化偵測單元所偵測到該瞬間電壓變化為該PNP型電晶體之一切入電壓(cut-in voltage)。
4. 如請求項3之裝置，其中該電壓變化偵測單元所偵測到該瞬間電壓變化係小於該第一電池之該第一旁路開關或該第二電池之該第二旁路開關中之一二極體順向電壓(Voltage Forward，Vf)的二倍。
5. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該微控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該微控制單元，再由該微控制單元提供予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號分別依序被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。
6. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號、一開關狀態預設訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第二電池之該第二串聯開關為即將導通；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該開關控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該開關狀態預設訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號分別依序被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。
7. 如請求項6之裝置，更包含一時序產生單元，分別與該微控制單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該微控制單元中之該第一切換訊號、該第二切換訊號、該第三切換訊號、該開關狀態預設訊號產生一訊號執行時序予該開關控制單元。
8. 如請求項6之裝置，其中該電壓變化偵測單元係一PNP型電晶體，該電壓變化偵測單元所偵測到該瞬間電壓變化為該PNP型電晶體之一切入電壓。
9. 如請求項8之裝置，其中該電壓變化偵測單元所偵測到該瞬間電壓變化係小於該第一電池之該第一旁路開關或該第二電池之該第二旁路開關中之一二極體順向電壓的二倍。
10. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號、一開關狀態預設訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第一電池之該第一串聯開關為即將斷開；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該開關控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該第一切換訊號、該開關狀態預設訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號分別依序被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。
11. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號、一開關狀態預設訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第一電池之該第一串聯開關為即將斷開；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該開關控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該開關狀態預設訊號、該第一切換訊號、該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號分別依序被該開關控制單元執行完成後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。
12. 一種多節電池組之穩定供電裝置，用以穩定供電予一負載，其包含：一多節電池組，與該負載電性連接，該多節電池組包含：一供電迴路，用以提供一迴路電壓予該負載；一第一電池，具有一第一串聯開關及一第一旁路開關，並利用該第一串聯開關與該供電迴路電性連接；以及一第二電池，具有一第二串聯開關及一第二旁路開關，並利用該第二旁路開關與該供電迴路電性連接；一電池選擇單元，與該多節電池組電性連接，並具有一電壓量測器，用以量測該第一電池之一第一電池電壓與該第二電池之一第二電池電壓；一開關控制單元，與該多節電池組電性連接，用以控制該第一電池之該第一串聯開關、該第一旁路開關及該第二電池之該第二串聯開關、該第二旁路開關之斷開或導通；一微控制單元，分別與該電池選擇單元及該開關控制單元電性連接，用以根據該電池選擇單元之該第一電池電壓與該第二電池電壓產生一第一切換訊號、一第二切換訊號、一第三切換訊號、一開關狀態預設訊號予該開關控制單元，以形成該多節電池組之該供電迴路，該第一切換訊號係用以斷開該第二電池之該第二旁路開關、該第二切換訊號係用以導通該第二電池之該第二串聯開關、該第三切換訊號係用以導通該第一電池之該第一旁路開關、該開關狀態預設訊號係用以預設該第一電池之該第一串聯開關為即將斷開；以及一電壓變化偵測單元，分別與該多節電池組及該開關控制單元電性連接，用以偵測該多節電池組之該迴路電壓之一瞬間電壓變化，並根據該瞬間電壓變化立即產生一開關狀態實現訊號予該開關控制單元，該開關狀態實現訊號係用以斷開該第一電池之該第一串聯開關；其中，該電壓變化偵測單元於該第二切換訊號被該開關控制單元執行後，即偵測到該多節電池組產生之該瞬間電壓變化，此時該電壓變化偵測單元產生之該開關狀態實現訊號立即被該開關控制單元執行，當該開關控制單元係先同時執行該第一切換訊號與該開關狀態預設訊號，接著再分別依序執行該第二切換訊號、該開關狀態實現訊號、該第三切換訊號後，該第一電池將切換為利用該第一電池之該第一旁路開關與該供電迴路電性連接、該第二電池將切換為利用該第二電池之該第二串聯開關與該供電迴路電性連接，如此可將該多節電池組中之該第一電池自該供電迴路中切除，而將該第二電池切入該供電迴路中，並能維持該供電迴路之該迴路電壓，使該多節電池組於該第一電池及該第二電池之切換過程中能穩定供電予該負載。