CN102841317A - 电池模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池模拟装置，其包括：一交直流转换单元、一可调式直流转换单元、一可编程负载及一控制及通信单元；其中该控制及通信单元电连接至该可调式直流转换单元的控制器的脉宽调变输入端，并通过一电脑通信接口以与外部电脑连线；因此，当使用者依据待试机的电源供应器所需充电电池，选择对应的电池充放电模拟后，该控制及通信单元自动控制可调式直流转换单元及可编程负载模式电池充电及放电状态，让外部电源供应器进行试机程序；再者，由于本案的直流转换单元的电源是由交直流转换单元提供，故不必另设电池加以供电，而能有效减化整体架构。

Description

电池模拟装置

技术领域

本发明是关于一种电池模拟装置，尤指一种架构简单的电池模拟装置。

背景技术

许多以充电电池作为主要电源或备用电源的大瓦数电源供应器(如不断电系统、内建备用电池的电源供应器)，于出货之前必须实际配合电池进行长时间试机，确实电源供应器能否对充电电池顺利进行充电及放电控制。

如图4A及图4B所示为一般见的电池充放电特性测试，当电池放电时，电池电压会逐渐下降，直到达到截止电压，并停止放电；当池进行充电时，电池电压会逐渐上升直到达到浮充电压，并稳定维持于此电位直到电池充饱；因此，电池的充放电时间取决于浮充电压和截止电压的高低，过高的浮充电压易造成电池过热及过充，减短电池寿命；反之，过低的截止电压会造成下次充电时间大量延长，甚至于截止电压低于0V时，而因逆充现象减缩电池寿命；因此，以实际电池进行充放电测试，仍必须避免产生高浮充电压及低截止电压，以免电池于测试中损坏。

以上采用实体电池进行充放电特性测试，会有以下几项缺点：

1.充放电时间过长。

2.过充电或过放电易损及电池。

3.电池体积大，若因试测损坏则不易更换。

基于以上诸多问题，目前已有业者研发一款电池充放电模拟器50，请参阅图5所示，其包括一直流电源单元51、一电子模拟负载52及一主控装置53；其中该直流电源单元51进一步包括一小容量电池511，以提供直流电源单元51的工作电源，而电子模拟负载52则与直流电源单元51输出端共同连接至电源供应器30的电源输入端，而该主控制装置53则分别与直流电源单元51及电子模拟负载52电连接，依据目前连接的电源供应器搭配所需特定充电电池状态，设定该直流电源单元51及电子模拟负载52，模拟该电源供应器30所需的充电电池511的放电及充电状态。

虽然上述电池充放电模拟器可模拟电源供应器用的充电电池的充放电特性，取代实体充电电池进行试测，但由于使用者必须通过主控装置执行特殊软件才能完成设定及模拟，对一般使用者而言，其使用弹性差及建置成本昂贵，无法广为使用，有必要进一步改良之。

发明内容

有鉴于上述缺点，本发明主要目的是提供不必内建电池且架构简单的电池模拟装置。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该电池模拟装置包括：

一交直流转换单元，连接至一交流电源，将交流电转为直流电；

一可调式直流转换单元，连接至该交直流转换单元，并包括一直流转换器、一输出电容及一控制器；其中该直流转换器连接至该交直流转换单元的输出端，经由该控制器的控制，改变该交直流转换单元输出直流电电压后储存于输出电容；

一可编程负载，与该可调式直流转换单元的输出电容共同连接至一直流电源总线，该直流电源总线是供外部电源供应器的直流电源端连接；

一控制及通信单元，电连接至该可调式直流转换单元的控制器的脉宽调变输入端，并通过一开关连接至该可编程负载，再连接该直流电总线，以取得目前的电压值及电流值；又，该控制及通信单元包括一供电源供应器连接的状态接口，以及一供外部电脑连线的电脑通信接口；

上述本发明主要由控制及通信单元直接与外部电脑连线，故使用者可直接依据待试机的电源供应器所需充电电池，选择对应的电池充放电模拟，选定后通过外部电脑将充放电模拟命令传送至该控制及通信单元，由该控制及通信单元控制可调式直流转换单元及可编程负载模式电池充电及放电状态，让外部电源供应器进行试机程序；再者，由于本案的直流转换单元的电源是由交直流转换单元提供，故不必另设电池加以供电，而能有效减化整体架构；因此，使用者不必因不同的电源供应器购置昂贵的软件，只要配合外部电脑与本发明连线后，选择适当的电池充放电模拟程序即可自动完成试机程序。

本发明次一目的是提供一种电能反馈而达到节能功效的电池模拟装置，是主要令上述可编程负载为一直流对交流转换器，并进一步连接至该交直流转换单元的输入端；如此一来，当可编程负载于充电模拟期间被启动时，可将自流电源总线抽取的直流电的电流转换为交流电的电流后，再反馈回交直流转换单元的输入端，作为交流电，而有效达到节能功效。

本发明所提供的电池模拟装不必内建电池且架构简单。

附图说明

图1是本发明电池模拟装置一较佳实施例的功能方块图。

图2A及图2B是本发明电池模拟装置模拟充电及放电波形图。

图3是本发明电池模拟装置另一较佳实施例的功能方块图。

图4A及图4B是一般见的电池充放电特性波形图。

图5是现有电池模拟装置一较佳实施例的功能方块图。

附图标号：

10电池模拟器                11交直流转换单元

12可调式直流转换单元        12a直流对交流转换器

121直流转换器               122输出电容

123控制器                   13可编程负载

131开关                     14控制及通信单元

141状态接口                 142电脑通信接口

20电脑                      30电源供应器

31充电器                    32控制器

33直流电源转换电路          50电池充放电模拟器

51直流电源单元              511电池

52电子模拟负载              53主控装置

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明电池模拟器的一较佳实施例，其包括：

一交直流转换单元11，连接至一交流电源，将交流电转为直流电；

一可调式直流转换单元12，连接至该交直流转换单元11，并包括一直流转换器121、一输出电容122及一控制器123；其中该直流转换器121连接至该交直流转换单元11的输出端，经由该控制器123的控制，改变该交直流转换单元11输出直流电电压后储存于输出电容122；

一可编程负载13，与该可调式直流转换单元12的输出电容122共同连接至一直流电源总线DC BUS，该直流电源总线DC BUS是供外部电源供应器的直流电源端连接；

一控制及通信单元14，电连接至该可调式直流转换单元12的控制器123的脉宽调变输入端，并通过一开关131连接至该可编程负载13，再连接该直流电总线DC BUS，以取得目前的电压值及电流值；又，该控制及通信单元14包括一供电源供应器连接的状态接口141，以及一供外部电脑20连线的电脑通信接口142。

使用者直接依据待试机的电源供应器30所需充电电池，选择对应的电池充放电模拟，选定后通过外部电脑20将充放电模拟命令传送至该控制及通信单元14，由该控制及通信单元14控制可调式直流转换单元12及可编程负载13模式电池充电及放电状态，让外部电源供应器30进行试机程序；请配合参阅图2A及图2B所示，为上述电池模拟装置10模拟充电及放电波形图，以下谨进一步说明之。

当通过电脑通信接口142接收外部电源供应器30的充电器31传来的电池充电命令，以及接收外部电脑20充电模拟控制参数时，输出脉宽调变信号至直流转换单元12的控制器123，并再控制开关131导通以启动该可编程负载13，将可程化负载13连接至该直流电源总线DC BUS上，并控制该可编程负载13等效一固定负载，再随时间控制该直流转换单元输出电压渐渐上升，藉以模拟电源供应器30对充电电池充电；当电压上升到浮充电压后，该外部电源供应器的充电器于检知后即停止输出电池充电命令；之后，再控制可编程负载13的负载变小，使得直流电源总线DC BUS的充电电流下降，输出电压维持稳定。因此，于充电模拟过程中，亦得检知直流电源总线DC BUS的电压及电流，计算总充电电量。

当通过电脑通信接口142接收电源供应器30充电器31传入的电池放电命令，以及该外部电脑20输入的放电模拟控制参数时，首先控制开关131不导通，使该可编程负载13自该直流电源总线DC BUS断开，并依时间增长调整输出至该直流转换单元12的控制器123的脉宽调变信号宽度，使该直流转换单元12输出电压渐渐下降，藉以模拟交流电源中断后，由充电电池对该电源供应器30放电，此时该电源供应器内部控制器32会控制电源供应器的直流电源转换电路33将充电电池的电压转换后输出作供电用；同时，亦通过检知直流电源总线DC BUS的电压及电流，计算总放电电量及目前所设放电电池应剩余的电量，以判断是否到达截止电压，而于到达截止电压后，即输出截止信号予状态接口141，令试机的电源供应器30取得目前电池模拟装置10已低于截止电压；此时，如果再由状态接口141获得电源供应器30的充电器31回传持续放电命令，则会模拟过放现象，直到计算放电电量已达最低电量为止。

请参阅图3所示，为本发明电池模拟装置的另一较佳实施例，其大多结构与第一较佳实施例大致相同，本实施例的可编程负载为一直流对交流转换器13a，并进一步连接至该交直流转换单元11的输入端；如此一来，当可编程负载于放电模拟被启用时，可将自直流电源总线DC BUS抽取的直流电的电流转换为交流电的电流后，再反馈回交直流转换单元12的输入端，作为电源供应器进行充电模拟时的交流电源，相较图1或现有模拟负载于模拟充电时，将直流电源总线DC BUS抽取的直流电转换为热能消耗掉，具有更佳的节能功效。

综上所述，本发明是主要由控制及通信单元直接与外部电脑连线，故使用者可直接依据待试机的电源供应器所需充电电池，选择对应的电池充放电模拟程序及参数(浮充电压、截止电压、电压上升斜率、电压下降斜率等等)，选定后通过外部电脑将充放电模拟命令传送至该控制及通信单元，自动进行电池模拟，供该电电设备进行试机程序；因此，对使用者而言不必因不同的电源供应器购置昂贵的软件，只要配合外部电脑与本发明连线后，选择适当的电池充放电模拟程序即可自动完成试机程序；再者，由于本案的直流转换单元的电源是由交直流转换单元提供，故不必另设电池加以供电，而能有效减化整体架构，并且相当合适电源供应器进行过充及过放测试，完全不会有损及实体电池的疑虑。

Claims (4)

1.一种电池模拟装置，其特征在于，所述电池模拟装置包括：

一交直流转换单元，连接至一交流电源，将交流电转为直流电；

一可调式直流转换单元，连接至所述交直流转换单元，并包括一直流转换器、一输出电容及一控制器；其中所述直流转换器连接至所述交直流转换单元的输出端，经由所述控制器的控制，改变所述交直流转换单元输出直流电电压后储存于输出电容；

一可编程负载，与所述可调式直流转换单元的输出电容共同连接至一直流电源总线，所述直流电源总线是供外部电源供应器的直流电源端连接；

一控制及通信单元，电连接至所述可调式直流转换单元的控制器的脉宽调变输入端，并通过一开关连接至所述可编程负载，再连接所述直流电总线，以取得目前的电压值及电流值；又，所述控制及通信单元包括一供电源供应器连接的状态接口，以及所述控制及通信单元包括一供外部电脑连线的电脑通信接口。

2.如权利要求1所述的电池模拟装置，其特征在于，所述可编程负载为一直流对交流转换器，并进一步连接至所述交直流转换单元的输入端。

3.如权利要求1或2所述的电池模拟装置，其特征在于，所述控制及通信单元内建充电及放电模拟程序，其中：

于接收外部电脑传入的电池充电模拟命令时，输出脉宽调变信号至直流转换单元的控制器，并再控制开关导通以启动所述可编程负载，将负载连接至所述直流电源总线上，并控制所述可编程负载等效一固定负载，再随时间控制所述直流转换单元输出电压渐渐上升，直到电压上升到浮充电压；之后，再控制可编程负载的负载变小，使得直流电源总线的充电电流下降，输出电压维持稳定；又在此期间，亦得检知直流电源总线的电压及电流，计算总充电电量；

于接收外部电脑传入的电池放电模拟命令时，控制开关不导通，使所述可编程负载自所述直流电源总线断开，并依时间增长调整输出至所述直流转换单元的控制器的脉宽调变信号宽度，使所述直流转换单元输出电压渐渐下降；同时，亦通过检知直流电源总线的电压及电流，计算总放电电量及目前所设放电电池应剩余的电量，以判断是否到达截止电压，而于到达截止电压后，即输出截止信号予状态接口，令试机的电源供应器取得目前电池模拟装置已低于截止电压。

4.如权利要求3所述的电池模拟装置，其特征在于，所述控制及通信单元于执行放电模拟程序中，会同时接收所述状态接口回传命令，并于判断到达截止电压后，仍接收持续放电命令，则会模拟过放现象，直到计算放电电量已达最低电量为止，结束放电模拟程序。

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