專利名稱：輸出功率追蹤控制方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸出功率追蹤控制方法與裝置，尤指一種電源端與負(fù)載端之間功 率傳輸?shù)目刂品椒ㄅc控制裝置。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D1與圖2。圖1為傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備的輸出電壓Vout與輸出電流Iload的 關(guān)系曲線示意圖。圖2為傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備與負(fù)載之間的阻抗關(guān)系示意圖。
一般來(lái)說(shuō)，具有內(nèi)部電池10的能量輸出設(shè)備1，例如，不斷電系統(tǒng)(UPS)，有其固有 設(shè)計(jì)的最大輸出功率P-max(自電池10端看過(guò)去)。最大輸出功率P-max與輸出電壓Vout、 輸出電流Iload的關(guān)系為公式(1)。
P-max = VoutX I load. . . (1)
根據(jù)公式(1)，當(dāng)最大輸出功率P-max為常數(shù)時(shí)，輸出電壓Vout與輸出電流Iload 為反比關(guān)系，如圖1所示。
然而，在現(xiàn)實(shí)狀況下，能量輸出設(shè)備1中的電池10不是理想直流(DC)電源，其存 在有一個(gè)電池內(nèi)阻Rbat，同時(shí)，能量輸出設(shè)備1本身亦存在一設(shè)備內(nèi)阻Runit。因此，隨著 負(fù)載Rload的變化，能量輸出設(shè)備1的輸出電流Iload將會(huì)增大，進(jìn)而電池電流rtat也會(huì) 相應(yīng)增大。此時(shí)，電池10自身的電池內(nèi)阻I^bat所消耗的能量O^bat = RbatXIbatXIbat) 也相應(yīng)隨之增加。
再參考圖2，根據(jù)歐姆定理的推算，可以根據(jù)公式⑵推算輸出電流Iload。
Vbat = (Runit+Rload) X Iload+Rbat X Ibat. . . (2)
再參照?qǐng)D2，由電路關(guān)系，可知Iload與Ibat成正比關(guān)系，可假設(shè)系數(shù)為α，而電 池電流Bat與輸出電流Iload之間的關(guān)系為rtat = α XIload0
整理公式⑵后，可以得到公式(3)，根據(jù)公式(3)可以推算出總負(fù)載阻抗 (Runit+Rload)。
(Runit+Rload) = Vbat/Iload-α X Rbat. . . (3)
根據(jù)歐姆定理，總負(fù)載阻抗(Rimit+IUoad)實(shí)際所接收到的輸出功率Pout與輸出 電流Iload之間的關(guān)系如公式
Pout = (Runit+Rload) XIload2. · · (4)
整理公式(3)與(4)可以得知公式(5)
Pout = (Vbat/Iload-α X Rbat) XIload2. . . (5)
并且，整理公式(5)后，可以得知公式(6)
Pout = Vbat X Iload- α X Rbat X I load2· · · (6)
根據(jù)前述公式(6)，假設(shè)Rbat = 4μ Ω，的情況下，可繪制出輸出電流Iload與總 負(fù)載阻抗(Runit+IUoad)實(shí)際所接收到的輸出功率Pout的關(guān)系波形示意圖，如圖3所示。
參考圖3可以得知，在波形示意圖的前期，總負(fù)載阻抗實(shí)際所接收到的輸出功率 Pout會(huì)隨著輸出電流Iload的增加而增大，在P-max點(diǎn)，總負(fù)載阻抗實(shí)際所接收到的輸出功率Pout達(dá)到最大值。隨后，輸出電流Iload越大，總負(fù)載阻抗實(shí)際所接收到的輸出功率 Pout反而越小。因此，根據(jù)前述波形示意圖，可以得知，當(dāng)輸出電流Iload過(guò)大時(shí)，電池10 本身所消耗的能量將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過(guò)對(duì)總負(fù)載阻抗所提供的能量，因而造成總負(fù)載阻抗實(shí)際所 接收到的輸出功率Pout降低，而進(jìn)入輸出效率降低狀態(tài)的情況。
在現(xiàn)實(shí)生活中，不同特性的負(fù)載，對(duì)前端能量輸出設(shè)備的能力要求及影響都不同。 部分特殊的負(fù)載，在其運(yùn)作的初期，需要較大的啟動(dòng)能量，如馬達(dá)性負(fù)載，若前端能量輸出 設(shè)備無(wú)法提供馬達(dá)性負(fù)載所需的啟動(dòng)能量，則此馬達(dá)性負(fù)載將長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常工作。
傳統(tǒng)的電源產(chǎn)品，如果負(fù)載實(shí)際所接收的功率在其超載能力(overload)的范圍 內(nèi)時(shí)，常規(guī)采取超過(guò)額定輸出(over rating output)的方式，直至其系統(tǒng)無(wú)法支持，而進(jìn)入 當(dāng)機(jī)(shutdown)。因?yàn)椴扇〕^(guò)額定輸出的方式，所以，當(dāng)能量輸出設(shè)備輸出電流為正常狀 態(tài)的數(shù)倍時(shí)，將會(huì)進(jìn)入輸出效率降低狀態(tài)，自身?yè)p耗遠(yuǎn)大于對(duì)負(fù)載的輸出功率。
如此，能量輸出設(shè)備內(nèi)部的電池所提供的能量大部分會(huì)在內(nèi)部變成熱量，引起能 量輸出設(shè)備內(nèi)部溫升過(guò)高，而不是提供給負(fù)載作有用的功。所以，傳統(tǒng)的做法，將會(huì)降低能 量的有效使用，并且不利于環(huán)保節(jié)能。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種輸出功率追蹤控制方法及其裝置，本發(fā)明的輸出功率 追蹤控制裝置判斷一設(shè)備內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗的總和是否小于一電池內(nèi)阻，并且，當(dāng)設(shè)備內(nèi) 阻與負(fù)載阻抗的總和小于電池內(nèi)阻時(shí)，加以調(diào)整設(shè)備電阻的大小，以使設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻 抗的總和大于或等于電池內(nèi)阻，進(jìn)而讓電池提供最大輸出功率給一設(shè)備與負(fù)載使用。
本發(fā)明較佳實(shí)施例的輸出功率追蹤控制方法步驟為，首先，偵測(cè)一電池的電池電 壓、輸出電壓及輸出電流。接著，根據(jù)電池電壓、輸出電壓及輸出電流計(jì)算出電池內(nèi)阻與設(shè) 備內(nèi)阻和負(fù)載阻抗的總和。然后，判斷設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和是否大于或等于電池內(nèi) 阻，當(dāng)設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和等于電池內(nèi)阻時(shí)，電池對(duì)外提供最大輸出功率。
判斷中，如果設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和小于電池內(nèi)阻，則進(jìn)行增加設(shè)備內(nèi)阻，使 設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和大于或等于電池內(nèi)阻。
換句話說(shuō)，本發(fā)明提供一種輸出功率追蹤控制方法，適用于一電池、一能量輸出設(shè) 備及一負(fù)載之間的功率傳輸，步驟包括偵測(cè)取得該電池內(nèi)部的一電池電壓，以及該電池輸 出的一輸出電壓與一輸出電流；運(yùn)算該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，以取得一電池 內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗和一設(shè)備內(nèi)阻的總和；判斷該負(fù)載阻抗和該設(shè)備內(nèi)阻的總和是否小于電 池內(nèi)阻；及如果是，則調(diào)整該設(shè)備內(nèi)阻，使該負(fù)載阻抗與該設(shè)備內(nèi)阻的總和大于或等于電池 內(nèi)阻，讓該電池提供一最大輸出功率給該能量輸出設(shè)備與該負(fù)載。
另外，本發(fā)明較佳實(shí)施例的輸出功率追蹤控制裝置耦接于一電池與一負(fù)載，是從 電池接收一輸出電壓與一輸出電流，并且將輸出電流轉(zhuǎn)送給負(fù)載。輸出功率追蹤控制裝置 包括有一電源轉(zhuǎn)換模塊、一檢測(cè)單元及一運(yùn)算單元，其中，電源轉(zhuǎn)換模塊具有一設(shè)備內(nèi)阻。 設(shè)備內(nèi)阻耦接于電池與負(fù)載，并從電池接收輸出電流與輸出電壓，以及轉(zhuǎn)送出輸出電流給 負(fù)載。同時(shí)，檢測(cè)單元耦接于電池與負(fù)載，用來(lái)檢測(cè)該輸出電流、輸出電壓及電池電壓，以及 輸出一檢測(cè)信號(hào)。
運(yùn)算單元耦接于電源轉(zhuǎn)換模塊中的設(shè)備內(nèi)阻與檢測(cè)單元，系接收檢測(cè)信號(hào)，并且根據(jù)檢測(cè)信號(hào)加以判斷設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗之總和是否小于電池內(nèi)阻。然后，運(yùn)算單元再 根據(jù)判斷為是的結(jié)果，加以調(diào)升電源轉(zhuǎn)換模塊中的設(shè)備內(nèi)阻的大小，以讓電池對(duì)外提供最 大輸出功率。
其中，設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗之總和小于電池內(nèi)阻時(shí)，運(yùn)算單元將調(diào)整設(shè)備內(nèi)阻，以 增加設(shè)備內(nèi)阻，使設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗之總和大于或等于電池內(nèi)阻。
換句話說(shuō)，本發(fā)明還一種輸出功率追蹤控制裝置，耦接于一電池與一負(fù)載，包括 一電源轉(zhuǎn)換模塊，耦接于該電池與該負(fù)載，從該電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一電池 電壓，并轉(zhuǎn)送該輸出電流給該負(fù)載；一檢測(cè)單元，耦接于該電源轉(zhuǎn)換模塊、該電池及該負(fù)載， 檢測(cè)取得該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，并且輸出一檢測(cè)信號(hào)；及一運(yùn)算單元，耦 接于該電源轉(zhuǎn)換模塊與該檢測(cè)單元，接收該檢測(cè)信號(hào)，該運(yùn)算單元根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)運(yùn)算出 一電池內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗和一設(shè)備內(nèi)阻的總和，并且調(diào)整該設(shè)備內(nèi)阻，使該負(fù)載阻抗與該 設(shè)備內(nèi)阻的總和大于或等于電池內(nèi)阻。
綜上所述，本發(fā)明的輸出功率追蹤控制方法借助檢測(cè)一電池的輸出電壓、電池的 輸出電流及電池電壓，加以判斷電源轉(zhuǎn)換模塊中的設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和是否小于電 池內(nèi)阻。然后，再根據(jù)判斷為是的結(jié)果加以調(diào)升設(shè)備內(nèi)阻的大小，以讓電池對(duì)外提供最大輸 出功率。
如此，本發(fā)明的方法與裝置可以有效的改善傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備內(nèi)部的電池，因?yàn)?大部分的能量在內(nèi)部變成熱量所引起內(nèi)部溫度過(guò)高的問(wèn)題，以及內(nèi)部的電池?zé)o法有效使用 能量所造成能量浪費(fèi)的問(wèn)題。
以上的概述與接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明皆為示范性質(zhì)，是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的權(quán)利 要求。而有關(guān)本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點(diǎn)，將在后續(xù)的說(shuō)明與附圖加以闡述。



圖1為傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備的輸出電壓與輸出電流的關(guān)系曲線示意圖； 圖2為傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備與負(fù)載之間的阻抗關(guān)系示意圖； 圖3為傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備的輸出電流與輸出功率的關(guān)系波形示意圖； 圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的輸出功率追蹤控制裝置功能方塊示意圖；及 圖5為本發(fā)明的電池輸出功率與輸出電流的關(guān)系曲線示意圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明 公知輸出電壓Vout 輸出電流Iload 能量輸出設(shè)備1 設(shè)備內(nèi)阻Runit 內(nèi)部電池10 電池電壓Vbat 電池電流rtat 電池內(nèi)阻Rbat 輸出功率Pout
最大輸出功率P-max
負(fù)載IUoad
本發(fā)明
輸出功率追蹤控制裝置2
負(fù)載3
電池4
運(yùn)算單元22
檢測(cè)單元24
電源轉(zhuǎn)換模塊26
輸出電流Iload
輸出電壓Vout
電池電壓Vbat
檢測(cè)信號(hào)Sl
輸出功率Pout
最大輸出功率P-max具體實(shí)施方式
參考圖4，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的輸出功率追蹤控制裝置功能方塊示意圖。輸出 功率追蹤控制裝置2耦接于一負(fù)載3與一電池4，從電池接收一輸出電壓Vout、一輸出電流 Iload及一電池電壓Vbat，并且，將輸出電流Iload轉(zhuǎn)送給負(fù)載3使用。輸出功率追蹤控制 裝置2包括有一運(yùn)算單元22、一檢測(cè)單元M及一電源轉(zhuǎn)換模塊沈。
本發(fā)明的輸出功率追蹤控制裝置2可以被裝設(shè)在一個(gè)能量輸出設(shè)備中，例如不斷 電系統(tǒng)(UPQ，用來(lái)追蹤電池4送出的輸出功率Pout (VoutXIload)，以使電池4可以提供 有效的輸出功率Pout給電源轉(zhuǎn)換模塊沈與負(fù)載3使用，而不至于發(fā)生內(nèi)部溫度過(guò)高與能 量浪費(fèi)等問(wèn)題。前述中的電源轉(zhuǎn)換模塊26具有一設(shè)備內(nèi)阻Rimit。
再參考圖4。在本發(fā)明的輸出功率追蹤控制裝置2中的電源轉(zhuǎn)換模塊沈耦接在電 池4與負(fù)載3之間，其從電池4接收輸出電壓Vout與輸出電流Iload，并且轉(zhuǎn)送輸出電流 Iload給負(fù)載3使用。
再參考圖4，檢測(cè)單元M耦接于電池4與負(fù)載3，其用來(lái)檢測(cè)該電池4內(nèi)部的電池 電壓Vbat、電池4送出的輸出電壓Vout與輸出電流Iload。如此，檢測(cè)單元M根據(jù)偵測(cè)結(jié) 果，送出包含電池電壓Vbat、輸出電壓Vout及輸出電流Iout等信息的一檢測(cè)信號(hào)Sl給運(yùn) 算單元22。前述的檢測(cè)單元M包含有一比流器(CT)與一比壓器(PT)。
同時(shí)，運(yùn)算單元22耦接于電源轉(zhuǎn)換模塊沈與檢測(cè)單元對(duì)，并且從檢測(cè)單元M接 收檢測(cè)信號(hào)Si。運(yùn)算單元22根據(jù)檢測(cè)信號(hào)Sl參照公式(7)運(yùn)算出電池4的電池內(nèi)阻Rbat。 以及，參照公式(8)運(yùn)算出電源轉(zhuǎn)換模塊沈的設(shè)備內(nèi)阻Runit與負(fù)載3的阻抗IUoad的總 和(Runit+Rload)。
權(quán)利要求
1.一種輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，適用于一電池、一能量輸出設(shè)備及一負(fù)載 之間的功率傳輸，步驟包括偵測(cè)取得該電池內(nèi)部的一電池電壓，以及該電池輸出的一輸出電壓與一輸出電流；運(yùn)算該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，以取得一電池內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗和一設(shè) 備內(nèi)阻的總和；判斷該負(fù)載阻抗和該設(shè)備內(nèi)阻的總和是否小于電池內(nèi)阻；及如果是，則調(diào)整該設(shè)備內(nèi)阻，使該負(fù)載阻抗與該設(shè)備內(nèi)阻的總和大于或等于電池內(nèi)阻， 讓該電池提供一最大輸出功率給該能量輸出設(shè)備與該負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該設(shè)備內(nèi)阻為該能量輸 出設(shè)備的內(nèi)阻，并且，該能量輸出設(shè)備是一電源轉(zhuǎn)換模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該電池內(nèi)阻由該電池電 壓減去該輸出電壓后，再除以該輸出電流運(yùn)算取得。
4.如權(quán)利要求3所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該負(fù)載阻抗和該設(shè)備內(nèi) 阻的總和由該電池電壓與該輸出電流的乘積減去該輸出電流平方與該電池內(nèi)阻的乘積，再 除以該輸出電流平方運(yùn)算取得。
5.如權(quán)利要求2所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，如果設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻 抗的總和小于電池內(nèi)阻時(shí)，則調(diào)升設(shè)備內(nèi)阻，以使設(shè)備內(nèi)阻與負(fù)載阻抗的總和大于或等于 電池內(nèi)阻。
6.一種輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，耦接于一電池與一負(fù)載，包括一電源轉(zhuǎn)換模塊，耦接于該電池與該負(fù)載，從該電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一 電池電壓，并轉(zhuǎn)送該輸出電流給該負(fù)載；一檢測(cè)單元，耦接于該電源轉(zhuǎn)換模塊、該電池及該負(fù)載，檢測(cè)取得該輸出電壓、該輸出 電流及該電池電壓，并且輸出一檢測(cè)信號(hào)；及一運(yùn)算單元，耦接于該電源轉(zhuǎn)換模塊與該檢測(cè)單元，接收該檢測(cè)信號(hào)，該運(yùn)算單元根據(jù) 該檢測(cè)信號(hào)運(yùn)算出一電池內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗和一設(shè)備內(nèi)阻的總和，并且調(diào)整該設(shè)備內(nèi)阻， 使該負(fù)載阻抗與該設(shè)備內(nèi)阻的總和大于或等于電池內(nèi)阻。
7.如權(quán)利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該檢測(cè)單元為一比流器 與一比壓器。
8.如權(quán)利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該設(shè)備內(nèi)阻為該電源轉(zhuǎn) 換模塊的內(nèi)阻。
9.如權(quán)利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該運(yùn)算單元在設(shè)備內(nèi)阻 與負(fù)載阻抗的總和小于電池內(nèi)阻時(shí)，調(diào)升設(shè)備內(nèi)阻。
全文摘要
一種輸出功率追蹤控制方法與裝置，該裝置包括有一電源轉(zhuǎn)換模塊、一檢測(cè)單元及一運(yùn)算單元，電源轉(zhuǎn)換模塊耦接于電池與負(fù)載，從電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一電池電壓，并轉(zhuǎn)送輸出電流給該負(fù)載；檢測(cè)單元耦接于電源轉(zhuǎn)換模塊、電池及負(fù)載，檢測(cè)取得輸出電壓、輸出電流及電池電壓，并且輸出一檢測(cè)信號(hào)；運(yùn)算單元耦接于電源轉(zhuǎn)換模塊與檢測(cè)單元，接收檢測(cè)信號(hào)，運(yùn)算單元根據(jù)檢測(cè)信號(hào)運(yùn)算出一電池內(nèi)阻與一負(fù)載阻抗和一設(shè)備內(nèi)阻的總和，并且調(diào)整設(shè)備內(nèi)阻，使負(fù)載阻抗與設(shè)備內(nèi)阻的總和大于或等于電池內(nèi)阻。本發(fā)明可以有效的改善傳統(tǒng)能量輸出設(shè)備內(nèi)部電池的能量變成熱量所引起內(nèi)部溫度過(guò)高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102035223SQ20091018011
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者謝卓明 申請(qǐng)人:旭隼科技股份有限公司