專利名稱：輸出功率追蹤控制方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發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載端之間功 率傳輸的控制方法與控制裝置。
背景技術：
參照圖1與圖2。圖1為傳統能量輸出設備的輸出電壓Vout與輸出電流Iload的 關系曲線示意圖。圖2為傳統能量輸出設備與負載之間的阻抗關系示意圖。
一般來說，具有內部電池10的能量輸出設備1，例如，不斷電系統(UPS)，有其固有 設計的最大輸出功率P-max(自電池10端看過去)。最大輸出功率P-max與輸出電壓Vout、 輸出電流Iload的關系為公式(1)。
P-max = VoutX I load. . . (1)
根據公式(1)，當最大輸出功率P-max為常數時，輸出電壓Vout與輸出電流Iload 為反比關系，如圖1所示。
然而，在現實狀況下，能量輸出設備1中的電池10不是理想直流(DC)電源，其存 在有一個電池內阻Rbat，同時，能量輸出設備1本身亦存在一設備內阻Runit。因此，隨著 負載Rload的變化，能量輸出設備1的輸出電流Iload將會增大，進而電池電流rtat也會 相應增大。此時，電池10自身的電池內阻I^bat所消耗的能量O^bat = RbatXIbatXIbat) 也相應隨之增加。
再參考圖2，根據歐姆定理的推算，可以根據公式⑵推算輸出電流Iload。
Vbat = (Runit+Rload) X Iload+Rbat X Ibat. . . (2)
再參照圖2，由電路關系，可知Iload與Ibat成正比關系，可假設系數為α，而電 池電流Bat與輸出電流Iload之間的關系為rtat = α XIload0
整理公式⑵后，可以得到公式(3)，根據公式(3)可以推算出總負載阻抗 (Runit+Rload)。
(Runit+Rload) = Vbat/Iload-α X Rbat. . . (3)
根據歐姆定理，總負載阻抗(Rimit+IUoad)實際所接收到的輸出功率Pout與輸出 電流Iload之間的關系如公式
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)
根據前述公式(6)，假設Rbat = 4μ Ω，的情況下，可繪制出輸出電流Iload與總 負載阻抗(Runit+IUoad)實際所接收到的輸出功率Pout的關系波形示意圖，如圖3所示。
參考圖3可以得知，在波形示意圖的前期，總負載阻抗實際所接收到的輸出功率 Pout會隨著輸出電流Iload的增加而增大，在P-max點，總負載阻抗實際所接收到的輸出功率Pout達到最大值。隨后，輸出電流Iload越大，總負載阻抗實際所接收到的輸出功率 Pout反而越小。因此，根據前述波形示意圖，可以得知，當輸出電流Iload過大時，電池10 本身所消耗的能量將會遠遠大過對總負載阻抗所提供的能量，因而造成總負載阻抗實際所 接收到的輸出功率Pout降低，而進入輸出效率降低狀態的情況。
在現實生活中，不同特性的負載，對前端能量輸出設備的能力要求及影響都不同。 部分特殊的負載，在其運作的初期，需要較大的啟動能量，如馬達性負載，若前端能量輸出 設備無法提供馬達性負載所需的啟動能量，則此馬達性負載將長時間無法正常工作。
傳統的電源產品，如果負載實際所接收的功率在其超載能力(overload)的范圍 內時，常規采取超過額定輸出(over rating output)的方式，直至其系統無法支持，而進入 當機(shutdown)。因為采取超過額定輸出的方式，所以，當能量輸出設備輸出電流為正常狀 態的數倍時，將會進入輸出效率降低狀態，自身損耗遠大于對負載的輸出功率。
如此，能量輸出設備內部的電池所提供的能量大部分會在內部變成熱量，引起能 量輸出設備內部溫升過高，而不是提供給負載作有用的功。所以，傳統的做法，將會降低能 量的有效使用，并且不利于環保節能。發明內容
有鑒于此，本發明提供一種輸出功率追蹤控制方法及其裝置，本發明的輸出功率 追蹤控制裝置判斷一設備內阻與一負載阻抗的總和是否小于一電池內阻，并且，當設備內 阻與負載阻抗的總和小于電池內阻時，加以調整設備電阻的大小，以使設備內阻與負載阻 抗的總和大于或等于電池內阻，進而讓電池提供最大輸出功率給一設備與負載使用。
本發明較佳實施例的輸出功率追蹤控制方法步驟為，首先，偵測一電池的電池電 壓、輸出電壓及輸出電流。接著，根據電池電壓、輸出電壓及輸出電流計算出電池內阻與設 備內阻和負載阻抗的總和。然后，判斷設備內阻與負載阻抗的總和是否大于或等于電池內 阻，當設備內阻與負載阻抗的總和等于電池內阻時，電池對外提供最大輸出功率。
判斷中，如果設備內阻與負載阻抗的總和小于電池內阻，則進行增加設備內阻，使 設備內阻與負載阻抗的總和大于或等于電池內阻。
換句話說，本發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 備及一負載之間的功率傳輸，步驟包括偵測取得該電池內部的一電池電壓，以及該電池輸 出的一輸出電壓與一輸出電流；運算該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，以取得一電池 內阻與一負載阻抗和一設備內阻的總和；判斷該負載阻抗和該設備內阻的總和是否小于電 池內阻；及如果是，則調整該設備內阻，使該負載阻抗與該設備內阻的總和大于或等于電池 內阻，讓該電池提供一最大輸出功率給該能量輸出設備與該負載。
另外，本發明較佳實施例的輸出功率追蹤控制裝置耦接于一電池與一負載，是從 電池接收一輸出電壓與一輸出電流，并且將輸出電流轉送給負載。輸出功率追蹤控制裝置 包括有一電源轉換模塊、一檢測單元及一運算單元，其中，電源轉換模塊具有一設備內阻。 設備內阻耦接于電池與負載，并從電池接收輸出電流與輸出電壓，以及轉送出輸出電流給 負載。同時，檢測單元耦接于電池與負載，用來檢測該輸出電流、輸出電壓及電池電壓，以及 輸出一檢測信號。
運算單元耦接于電源轉換模塊中的設備內阻與檢測單元，系接收檢測信號，并且根據檢測信號加以判斷設備內阻與負載阻抗之總和是否小于電池內阻。然后，運算單元再 根據判斷為是的結果，加以調升電源轉換模塊中的設備內阻的大小，以讓電池對外提供最 大輸出功率。
其中，設備內阻與負載阻抗之總和小于電池內阻時，運算單元將調整設備內阻，以 增加設備內阻，使設備內阻與負載阻抗之總和大于或等于電池內阻。
換句話說，本發明還一種輸出功率追蹤控制裝置，耦接于一電池與一負載，包括 一電源轉換模塊，耦接于該電池與該負載，從該電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一電池 電壓，并轉送該輸出電流給該負載；一檢測單元，耦接于該電源轉換模塊、該電池及該負載， 檢測取得該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，并且輸出一檢測信號；及一運算單元，耦 接于該電源轉換模塊與該檢測單元，接收該檢測信號，該運算單元根據該檢測信號運算出 一電池內阻與一負載阻抗和一設備內阻的總和，并且調整該設備內阻，使該負載阻抗與該 設備內阻的總和大于或等于電池內阻。
綜上所述，本發明的輸出功率追蹤控制方法借助檢測一電池的輸出電壓、電池的 輸出電流及電池電壓，加以判斷電源轉換模塊中的設備內阻與負載阻抗的總和是否小于電 池內阻。然后，再根據判斷為是的結果加以調升設備內阻的大小，以讓電池對外提供最大輸 出功率。
如此，本發明的方法與裝置可以有效的改善傳統能量輸出設備內部的電池，因為 大部分的能量在內部變成熱量所引起內部溫度過高的問題，以及內部的電池無法有效使用 能量所造成能量浪費的問題。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示范性質，是為了進一步說明本發明的權利 要求。而有關本發明的其他目的與優點，將在后續的說明與附圖加以闡述。
圖1為傳統能量輸出設備的輸出電壓與輸出電流的關系曲線示意圖； 圖2為傳統能量輸出設備與負載之間的阻抗關系示意圖； 圖3為傳統能量輸出設備的輸出電流與輸出功率的關系波形示意圖； 圖4為本發明較佳實施例的輸出功率追蹤控制裝置功能方塊示意圖；及 圖5為本發明的電池輸出功率與輸出電流的關系曲線示意圖。 附圖標記說明 公知輸出電壓Vout 輸出電流Iload 能量輸出設備1 設備內阻Runit 內部電池10 電池電壓Vbat 電池電流rtat 電池內阻Rbat 輸出功率Pout
最大輸出功率P-max
負載IUoad
本發明
輸出功率追蹤控制裝置2
負載3
電池4
運算單元22
檢測單元24
電源轉換模塊26
輸出電流Iload
輸出電壓Vout
電池電壓Vbat
檢測信號Sl
輸出功率Pout
最大輸出功率P-max具體實施方式
參考圖4，為本發明較佳實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轉送給負載3使用。輸出功率追蹤控制 裝置2包括有一運算單元22、一檢測單元M及一電源轉換模塊沈。
本發明的輸出功率追蹤控制裝置2可以被裝設在一個能量輸出設備中，例如不斷 電系統(UPQ，用來追蹤電池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給電源轉換模塊沈與負載3使用，而不至于發生內部溫度過高與能 量浪費等問題。前述中的電源轉換模塊26具有一設備內阻Rimit。
再參考圖4。在本發明的輸出功率追蹤控制裝置2中的電源轉換模塊沈耦接在電 池4與負載3之間，其從電池4接收輸出電壓Vout與輸出電流Iload，并且轉送輸出電流 Iload給負載3使用。
再參考圖4，檢測單元M耦接于電池4與負載3，其用來檢測該電池4內部的電池 電壓Vbat、電池4送出的輸出電壓Vout與輸出電流Iload。如此，檢測單元M根據偵測結 果，送出包含電池電壓Vbat、輸出電壓Vout及輸出電流Iout等信息的一檢測信號Sl給運 算單元22。前述的檢測單元M包含有一比流器(CT)與一比壓器(PT)。
同時，運算單元22耦接于電源轉換模塊沈與檢測單元對，并且從檢測單元M接 收檢測信號Si。運算單元22根據檢測信號Sl參照公式(7)運算出電池4的電池內阻Rbat。 以及，參照公式(8)運算出電源轉換模塊沈的設備內阻Runit與負載3的阻抗IUoad的總 和(Runit+Rload)。
權利要求
1.一種輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，適用于一電池、一能量輸出設備及一負載 之間的功率傳輸，步驟包括偵測取得該電池內部的一電池電壓，以及該電池輸出的一輸出電壓與一輸出電流；運算該輸出電壓、該輸出電流及該電池電壓，以取得一電池內阻與一負載阻抗和一設 備內阻的總和；判斷該負載阻抗和該設備內阻的總和是否小于電池內阻；及如果是，則調整該設備內阻，使該負載阻抗與該設備內阻的總和大于或等于電池內阻， 讓該電池提供一最大輸出功率給該能量輸出設備與該負載。
2.如權利要求1所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該設備內阻為該能量輸 出設備的內阻，并且，該能量輸出設備是一電源轉換模塊。
3.如權利要求1所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該電池內阻由該電池電 壓減去該輸出電壓后，再除以該輸出電流運算取得。
4.如權利要求3所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，該負載阻抗和該設備內 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阻的乘積，再 除以該輸出電流平方運算取得。
5.如權利要求2所述的輸出功率追蹤控制方法，其特征在于，如果設備內阻與負載阻 抗的總和小于電池內阻時，則調升設備內阻，以使設備內阻與負載阻抗的總和大于或等于 電池內阻。
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載，包括一電源轉換模塊，耦接于該電池與該負載，從該電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一 電池電壓，并轉送該輸出電流給該負載；一檢測單元，耦接于該電源轉換模塊、該電池及該負載，檢測取得該輸出電壓、該輸出 電流及該電池電壓，并且輸出一檢測信號；及一運算單元，耦接于該電源轉換模塊與該檢測單元，接收該檢測信號，該運算單元根據 該檢測信號運算出一電池內阻與一負載阻抗和一設備內阻的總和，并且調整該設備內阻， 使該負載阻抗與該設備內阻的總和大于或等于電池內阻。
7.如權利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該檢測單元為一比流器 與一比壓器。
8.如權利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該設備內阻為該電源轉 換模塊的內阻。
9.如權利要求6所述的輸出功率追蹤控制裝置，其特征在于，該運算單元在設備內阻 與負載阻抗的總和小于電池內阻時，調升設備內阻。
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換模塊、一檢測單元及一運算單元，電源轉換模塊耦接于電池與負載，從電池接收一輸出電壓、一輸出電流及一電池電壓，并轉送輸出電流給該負載；檢測單元耦接于電源轉換模塊、電池及負載，檢測取得輸出電壓、輸出電流及電池電壓，并且輸出一檢測信號；運算單元耦接于電源轉換模塊與檢測單元，接收檢測信號，運算單元根據檢測信號運算出一電池內阻與一負載阻抗和一設備內阻的總和，并且調整設備內阻，使負載阻抗與設備內阻的總和大于或等于電池內阻。本發明可以有效的改善傳統能量輸出設備內部電池的能量變成熱量所引起內部溫度過高的問題。
文檔編號G01R31/36GK102035223SQ20091018011
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者謝卓明 申請人:旭隼科技股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
