CN110233517B - 不断电系统及其电池活化操作方法 - Google Patents

不断电系统及其电池活化操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不断电系统，其包括有第一开关单元、充电电路、第一电压转换电路、第二电压转换电路、第二开关单元与控制电路。当不断电系统执行电池活化操作时，控制电路控制第一开关单元将不断电系统所接收到的交流电源提供至旁路路径的其中一端、控制第一开关单元将电池的输出提供至第一电压转换电路、控制第二开关单元将不断电系统的输出端电性耦接至旁路路径的另一端、控制充电电路停止对电池充电、控制第一电压转换电路执行直流‑直流电压转换操作。此外，一种对应的电池活化操作方法亦被提供。

Description

不断电系统及其电池活化操作方法
技术领域
本发明涉及电源供应的技术领域，特别是涉及一种不断电系统及其电池活化操作方法。
背景技术
不断电系统(uninterruptible power supply，UPS)用以在交流电源(AC mains)失效时，提供备援电源给所需设备(例如计算机、服务器或医疗设备)，以使这些设备在此情况下仍然能够正常运作。
然而，当不断电系统中的电池因老化而导致其蓄电量下降时，不断电系统便无法提供稳定、可靠的备援电源，造成后端设备可能会受到影响而无法正常运作。因此，如何解决不断电系统的电池老化问题，便成了一个重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不断电系统，其可执行一电池活化操作。
本发明的另一目的在于提供一种适用于不断电系统的电池活化操作方法。
为达上述目的，本发明提供一种不断电系统，其包括有第一开关单元、充电电路、第一电压转换电路、第二电压转换电路、第二开关单元与控制电路。第一开关单元电性耦接交流电源、电池与旁路路径的其中一端。充电电路电性耦接交流电源与电池。第一电压转换电路电性耦接第一开关单元。第二电压转换电路电性耦接第一电压转换电路。第二开关单元电性耦接第二电压转换电路与旁路路径的另一端。控制电路电性耦接第一开关单元、第二开关单元、充电电路与第一电压转换电路。当不断电系统执行电池活化操作时，控制电路控制第一开关单元将交流电源提供至旁路路径、控制第一开关单元将电池的输出提供至第一电压转换电路、控制第二开关单元将不断电系统的输出端电性耦接至旁路路径的另一端、控制充电电路停止对电池充电、控制第一电压转换电路执行直流-直流电压转换操作。
为达上述目的，本发明另提供一种不断电系统的电池活化操作方法，其包括有下列步骤：使不断电系统将其所接收的交流电源提供至不断电系统的旁路路径的其中一端，并使不断电系统将其输出端电性耦接至旁路路径的另一端；使不断电系统控制不断电系统的充电电路停止对电池充电；使不断电系统将电池的输出提供至不断电系统的第一电压转换电路；以及使不断电系统控制第一电压转换电路执行直流-直流电压转换操作。
为了让上述目的、技术特征以及实际实施后的增益性更为明显易懂，于下文中将系以较佳的实施范例辅佐对应相关的图式来进行更详细的说明。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为依照本发明一实施例的不断电系统。
图2为依照本发明一实施例的不断电系统的电池活化操作方法。
图3为依照本发明另一实施例的不断电系统。
具体实施方式
为更清楚了解本发明的特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。
本发明的优点、特征以及达到的技术方法将参照例示性实施例及所附图式进行更详细地描述而更容易理解，且本发明或可以不同形式来实现，故不应被理解仅限于此处所陈述的实施例，相反地，对所属技术领域具有通常知识者而言，所提供的实施例将使本揭露更加透彻与全面且完整地传达本发明的范畴，且本发明将仅为所附加的申请专利范围所定义。
图1为依照本发明一实施例的不断电系统。如图1所示，不断电系统100包括有开关单元104、第一电压转换电路106、第二电压转换电路108、开关单元110、充电电路114、电池116、感测电路118、控制电路120与旁路路径122。开关单元104电性耦接交流电源、电池116与旁路路径122的其中一端122-1。充电电路114电性耦接交流电源与电池116，用以对电池116充电。第一电压转换电路106的输入端电性耦接开关单元104。第二电压转换电路108的输入端电性耦接第一电压转换电路106的输出端。开关单元110电性耦接第二电压转换电路108的输出端、旁路路径122的另一端122-2与不断电系统100的输出端180，其中不断电系统100的输出端180用以电性耦接后端设备(未绘示)。感测电路118电性耦接交流电源、电池116与不断电系统100的输出端180。至于控制电路120，其电性耦接开关单元104、第一电压转换电路106、第二电压转换电路108、开关单元110、充电电路114与感测电路118。
在此例中，第一电压转换电路106可采一功率因子校正电路(power factorcorrection circuit)来实现，此功率因子校正电路可执行直流-直流电压转换操作与交流-直流电压转换操作。另外，第二电压转换电路108则可采一直流-交流转换电路(DC-ACconversion circuit)来实现，此直流-交流转换电路可执行直流-交流电压转换操作。
图2为依照本发明一实施例的不断电系统的电池活化操作方法。请同时参照图1与图2，当不断电系统100执行电池活化操作时，控制电路120控制开关单元104将交流电源提供至旁路路径122的其中一端122-1，并控制开关单元110将不断电系统100的输出端180电性耦接至旁路路径122的另一端122-2(如步骤S202所示)，以便透过旁路路径122将交流电源提供至后端设备，让后端设备可以正常运作。同时，控制电路120还会控制充电电路114停止对电池116充电(如步骤S204所示)，并控制开关单元104将电池116的输出提供至第一电压转换电路106的输入端(如步骤S206所示)。此外，控制电路120还会控制第一电压转换电路106执行直流-直流电压转换操作，并控制第二电压转换电路108执行直流-交流电压转换操作(如步骤S208所示)，据以让第一电压转换电路106与第二电压转换电路108形成一轻载(light load)。如此，便能使电池116透过此轻载进行放电。
当然，基于不同的实际设计需求，控制电路120亦可控制第一电压转换电路106执行直流-直流电压转换操作，并关闭(disable)第二电压转换电路108，因而仅让第一电压转换电路106形成一轻载。
在电池活化操作的执行过程中，控制电路120更用以透过感测电路118感测电池116的电量(如步骤S210所示)，并据以判断电池116是否放电到一预定程度(如步骤S212所示)。举例来说，控制电路120可依据感测到的电量来判断电池116是否已完全放电。当判断为是时，即表示电池116已完成深度放电。这意味着电池116已活化完成，因而其蓄电量得以回升，甚至是回复至原本的蓄电量。此时，控制电路120便控制开关单元104将交流电源改为提供至第一电压转换第一电压转换电路106的输入端、控制开关单元104停止将电池116的输出提供至第一电压转换电路106的输入端、控制充电电路114对电池116充电、控制第一电压转换电路106执行交流-直流电压转换操作、控制第二电压转换电路108执行直流-交流电压转换操作(如步骤S214所示)。此外，控制电路120还会控制开关单元110将不断电系统100的输出端180改为电性耦接至第二电压转换电路108的输出端(如步骤S216所示)。如此，便会使得不断电系统100操作在市电模式(line mode)。
反之，在步骤S212中，当控制电路120判断电池116的放电未达前述的预定程度时，则控制电路120会进一步透过感测电路118感测交流电源与不断电系统100的输出端180的至少其中之一的电力是否发生异常(如步骤S218所示)。换句话说，在电池活化操作的执行过程中，控制电路120会随时监控供应给后端设备的电力是否发生异常，以确保后端设备不会因电力异常而受损。
当然，感测电路118亦可仅电性耦接至交流电源，或是仅电性耦接至不断电系统100的输出端180，亦或是仅电性耦接至旁路路径122，又或是电性耦接至上述三者中的至少其中二者，以在电池活化操作的执行过程中随时监控供应给后端设备的电力是否发生异常。如此，控制电路120便可透过感测电路118感测交流电源、旁路路径122与不断电系统100的输出端180的至少其中之一的电力是否发生异常。
在步骤S218中，当控制电路120判断上述电力未发生异常时，那么控制电路120会返回去执行步骤S208。反之，当控制电路120判断有电力发生异常时，则控制电路120更进一步依据交流电源的电力范围来判断不断电系统100是否能进入市电模式(如步骤S220所示)。所述的电力范围包括是电压范围与频率范围的至少其中之一。换句话说，控制电路120会依据交流电源的电压范围与频率范围的至少其中之一来判断不断电系统100是否能进入市电模式。
在步骤S220中，当控制电路120判断不断电系统100可进入市电模式时，那么控制电路120会执行步骤S214与S216的操作，以使不断电系统100操作在市电模式。反之，当控制电路120判断不断电系统100不可进入市电模式时，则控制电路120会控制开关单元110将不断电系统100的输出端180改为电性耦接至第二电压转换电路108的输出端(如步骤S216所示)，以使不断电系统100进入电池模式(battery mode)，进而能继续供电给后端设备。
尽管在图2所示流程中，所有操作步骤乃是依一预定顺序来执行，然此并非用以限制本发明。举例来说，步骤S202与S204的执行顺序可以对调，甚至是同时执行。此外，控制电路120更可依据后述条件的至少其中之一来判断不断电系统100是否执行电池活化操作：电池116的使用是否已达预定年限(例如已使用2年)、电池116的放电次数是否已达预定次数(例如已放电500次)、电池116的放电时间是否已减少预设比例(例如已减少30％)。
图3为依照本发明另一实施例的不断电系统。请同时参照图3与图1，相较于图1所示的不断电系统100，图3所示的不断电系统200更包括有滤波单元102、滤波单元112、用户接口130与通讯界面140。如图3所示，开关单元104与充电电路114皆透过滤波单元102电性耦接交流电源，而开关单元110则是透过滤波单元112电性耦接不断电系统200的输出端180。此外，控制电路120亦电性耦接用户接口130与通讯界面140，其中用户接口130可包括输入接口与显示接口的至少其中之一。若用户接口130具有输入接口，那么用户便可对其输入接口进行操作而让用户接口130产生电池活化操作的触发讯号，进而让控制电路120据以强制执行电池活化操作。当然，控制电路120亦可是透过通讯界面140来接收电池活化操作的触发讯号，以强制执行电池活化操作。
藉由上述教示，本领域的通常知识者应知图3中的控制电路120系可依据后述条件的至少其中之一来判断不断电系统200是否执行电池活化操作：电池116的使用是否已达预定年限、电池116的放电次数是否已达预定次数、电池116的放电时间是否已减少预设比例、是否已接收到电池活化操作的触发讯号。此外，尽管不断电系统200额外配置有滤波单元102、滤波单元112、用户接口130与通讯界面140，然这四个构件系可依实际的设计需要来决定是否采用。
值得一提的是，尽管在一般情况中，电池116与旁路路径122皆会配置在不断电系统的机箱的内部，然此并非用以限制本发明。本领域的通常知识者应知，电池116与旁路路径122亦可配置在不断电系统的机箱的外部。此外，尽管在上述各实施例中，第一电压转换电路106系采一功率因子校正电路来实现，然此并非用以限制本发明。举例立此功例来说，第一电压转换电路106亦可采用一功率因子校正电路与一直流-直流转换电路(DC-DCconversion circuit)来实现，此功率因子校正电路用以执行交流-直流电压转换操作，而此直流-直流转换电路则用以执行直流-直流电压转换操作。
综上所述，由于本发明的不断电系统系可执行前述的电池活化操作，因此其可对老化的电池进行深度放电而达到活化电池的效果。此外，由于在电池活化操作的执行过程中，本发明的不断电系统亦透过旁路路径将交流电源提供给后端设备，因此不会影响后端设备的正常供电。换句话说，本发明的不断电系统不需要卸除任何的后端设备即可进行电池活化操作。
以上所述的实施例仅系为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (37)

1.一种不断电系统，其特征在于，该不断电系统包括：
一第一开关单元，电性耦接一交流电源、一电池与一旁路路径的其中一端；
一充电电路，电性耦接该交流电源与该电池；
一第一电压转换电路，电性耦接该第一开关单元；
一第二电压转换电路，电性耦接该第一电压转换电路；
一第二开关单元，电性耦接该第二电压转换电路与该旁路路径的另一端；以及
一控制电路，电性耦接该第一开关单元、该第二开关单元、该充电电路与该第一电压转换电路，当该不断电系统执行一电池活化操作时，该控制电路控制该第一开关单元将该交流电源提供至该旁路路径、控制该第一开关单元将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端电性耦接至该旁路路径的另一端、控制该充电电路停止对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一直流-直流电压转换操作，据以让该第一电压转换电路形成一轻载，进而使该电池透过该轻载进行放电。
2.根据权利要求1所述的不断电系统，其更包括一感测电路，且该控制电路更用以透过该感测电路感测该电池的电量，并据以判断该电池是否放电到一预定程度。
3.根据权利要求2所述的不断电系统，其中当判断结果为是时，该控制电路控制该第一开关单元将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、控制该第一开关单元停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作。
4.根据权利要求2所述的不断电系统，其中该感测电路更电性耦接该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一，且当该控制电路判断该电池的放电未达该预定程度时，该控制电路进一步透过该感测电路感测该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一的电力是否发生异常。
5.根据权利要求4所述的不断电系统，其中当该控制电路判断有电力发生异常时，该控制电路更进一步依据该交流电源的电力范围来判断该不断电系统是否能进入一市电模式。
6.根据权利要求5所述的不断电系统，其中当该控制电路判断该不断电系统可进入该市电模式时，该控制电路控制该第一开关单元将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、控制该第一开关单元停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作。
7.根据权利要求5所述的不断电系统，其中当该控制电路判断该不断电系统不可进入该市电模式时，该控制电路控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端。
8.根据权利要求5所述的不断电系统，其中该交流电源的电力范围包括是一电压范围与一频率范围的至少其中之一。
9.根据权利要求1所述的不断电系统，其中当该不断电系统执行该电池活化操作时，该控制电路更控制该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作，据以让该第一电压转换电路与该第二电压转换电路形成该轻载，进而使该电池透过该轻载进行放电。
10.根据权利要求9所述的不断电系统，其更包括一感测电路，且该控制电路更用以透过该感测电路感测该电池的电量，并据以判断该电池是否放电到一预定程度。
11.根据权利要求10所述的不断电系统，其中当判断结果为是时，该控制电路控制该第一开关单元将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、控制该第一开关单元停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行该直流-交流电压转换操作。
12.根据权利要求10所述的不断电系统，其中该感测电路更电性耦接该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一，且当该控制电路判断该电池的放电未达该预定程度时，该控制电路进一步透过该感测电路感测该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一的电力是否发生异常。
13.根据权利要求12所述的不断电系统，其中当该控制电路判断有电力发生异常时，该控制电路更进一步依据该交流电源的电力范围来判断该不断电系统是否能进入一市电模式。
14.根据权利要求13所述的不断电系统，其中当该控制电路判断该不断电系统可进入该市电模式时，该控制电路控制该第一开关单元将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、控制该第一开关单元停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行该直流-交流电压转换操作。
15.根据权利要求13所述的不断电系统，其中当该控制电路判断该不断电系统不可进入该市电模式时，该控制电路控制该第二开关单元将该不断电系统的输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端。
16.根据权利要求13所述的不断电系统，其中该交流电源的电力范围包括是一电压范围与一频率范围的至少其中之一。
17.根据权利要求1所述的不断电系统，其中该控制电路更依据后述条件的至少其中之一来判断该不断电系统是否执行该电池活化操作：该电池的使用是否已达一预定年限、该电池的放电次数是否已达一预定次数、该电池的放电时间是否已减少一预设比例、是否已接收到该电池活化操作的一触发讯号。
18.根据权利要求1所述的不断电系统，其中该第一电压转换电路包括一功率因子校正电路。
19.根据权利要求1所述的不断电系统，其中该第一电压转换电路包括一功率因子校正电路与一直流-直流转换电路。
20.根据权利要求1所述的不断电系统，其中该第二电压转换电路包括一直流-交流转换电路。
21.一种不断电系统的电池活化操作方法，该不断电系统包括一第一开关单元、一充电电路、一第一电压转换电路、一第二电压转换电路与一第二开关单元，该第一开关单元电性耦接一交流电源、一电池与一旁路路径的其中一端，该充电电路电性耦接该交流电源与该电池，该第一电压转换电路电性耦接该第一开关单元，该第二电压转换电路的输入端电性耦接该第一电压转换电路的输出端，该第二开关单元电性耦接该第二电压转换电路与该旁路路径的另一端，其特征在于，该电池活化操作方法包括下列步骤：
控制该第一开关单元与该第二开关单元的操作，以使该不断电系统将其所接收的该交流电源提供至该不断电系统的该旁路路径的其中一端，并使该不断电系统将其输出端电性耦接至该旁路路径的另一端；
使该不断电系统控制该不断电系统的该充电电路停止对该电池充电；
使该不断电系统将该电池的输出提供至该不断电系统的该第一电压转换电路；以及
使该不断电系统控制该第一电压转换电路执行一直流-直流电压转换操作，据以让该第一电压转换电路形成一轻载，进而使该电池透过该轻载进行放电。
22.根据权利要求21所述的电池活化操作方法，其更包括：
使该不断电系统透过一感测电路量测该电池的电量，并据以判断该电池是否放电到一预定程度。
23.根据权利要求22所述的电池活化操作方法，其中当判断结果为是时，使该不断电系统执行下列操作：将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、将其输出端改为电性耦接至该不断电系统的一第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作，其中该第二电压转换电路的输入端电性耦接该第一电压转换电路的输出端。
24.根据权利要求22所述的电池活化操作方法，其中该感测电路更电性耦接该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一，且当该电池的放电未达该预定程度时，使该不断电系统进一步透过该感测电路感测该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一的电力是否发生异常。
25.根据权利要求24所述的电池活化操作方法，其中当判断为有电力发生异常时，使该不断电系统更进一步依据该交流电源的电力范围来判断是否能进入一市电模式。
26.根据权利要求25所述的电池活化操作方法，其中当判断为可进入该市电模式时，使该不断电系统执行下列操作：将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、将其输出端改为电性耦接至该不断电系统的一第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作，其中该第二电压转换电路的输入端电性耦接该第一电压转换电路的输出端。
27.根据权利要求25所述的电池活化操作方法，其中当判断为不可进入该市电模式时，使该不断电系统将其输出端改为电性耦接至该不断电系统的一第二电压转换电路的输出端。
28.根据权利要求25所述的电池活化操作方法，其中该交流电源的电力范围包括是一电压范围与一频率范围的至少其中之一。
29.根据权利要求21所述的电池活化操作方法，其更包括：
使该不断电系统控制该不断电系统的该第二电压转换电路执行一直流-交流电压转换操作，据以让该第一电压转换电路与该第二电压转换电路形成该轻载，进而使该电池透过该轻载进行放电。
30.根据权利要求29所述的电池活化操作方法，其更包括：
使该不断电系统透过一感测电路量测该电池的电量，并据以判断该电池是否放电到一预定程度。
31.根据权利要求30所述的电池活化操作方法，其中当判断结果为是时，使该不断电系统执行下列操作：将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、将其输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行该直流-交流电压转换操作。
32.根据权利要求30所述的电池活化操作方法，其中该感测电路更电性耦接该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一，且当该电池的放电未达该预定程度时，使该不断电系统进一步透过该感测电路感测该交流电源、该旁路路径与该不断电系统的输出端的至少其中之一的电力是否发生异常。
33.根据权利要求32所述的电池活化操作方法，其中当判断为有电力发生异常时，使该不断电系统更进一步依据该交流电源的电力范围来判断是否能进入一市电模式。
34.根据权利要求33所述的电池活化操作方法，其中当判断为可进入该市电模式时，使该不断电系统执行下列操作：将该交流电源改为提供至该第一电压转换电路、停止将该电池的输出提供至该第一电压转换电路、将其输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端、控制该充电电路对该电池充电、控制该第一电压转换电路执行一交流-直流电压转换操作、控制该第二电压转换电路执行该直流-交流电压转换操作。
35.根据权利要求33所述的电池活化操作方法，其中当判断为不可进入该市电模式时，使该不断电系统将其输出端改为电性耦接至该第二电压转换电路的输出端。
36.根据权利要求33所述的电池活化操作方法，其中该交流电源的电力范围包括是一电压范围与一频率范围的至少其中之一。
37.根据权利要求21所述的电池活化操作方法，其中该不断电系统更依据后述条件的至少其中之一来判断是否执行该电池活化操作：该电池的使用是否已达一预定年限、该电池的放电次数是否已达一预定次数、该电池的放电时间是否已减少一预设比例、是否已接收到该电池活化操作的一触发讯号。
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