TW202139561A - 電源供應系統及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應系統包含複數個電源供應單元與複數個電池單元。各電源供應單元透過第一開關耦接至共用匯流排。各電池單元對應各電源供應單元，且各電池單元透過第二開關耦接至共用匯流排。任一電源供應單元藉由導通對應的第一開關，及導通其他電池單元對應的第二開關，以透過共用匯流排從其他電池單元獲得電能。

Description

電源供應系統及其操作方法
本發明係有關一種電源供應系統及其操作方法，尤指一種共用電池之電源供應系統及其操作方法。
近年來隨著網際網路的發展，人類生活與網路技術已密不可分，愈來愈仰賴網路提供的資訊及服務，例如：視訊會議、遠距工作、社群、交友網站及影音平台等諸多功能，以提供使用者各式各樣的網際網路服務。
企業為提供這些服務，需架設雲端伺服器、邊緣伺服器或是使用資料中心以儲存數據及使用者資料。在伺服器的實際應用上，為保障使用者可以隨時地享有網路服務以及確保資料完整性，必須提高系統的可靠度及考慮故障排除的及時性等問題。因此，伺服器的電源架構通常使用冗餘式電源供應器(redundant PSU)且支援熱插拔(hot plug)的功能，例如採用N+1台電源供應單元(或稱電源供應器，power supply unit, PSU)的備援模式，即使在有任一台PSU發生失效的情況時，仍然可以保持系統持續正常工作並且在更換故障的PSU時不會造成系統中斷，藉此提高穩定度、可靠度。
另一方面，為了防止前端供電系統失效，通常亦會在前端配置備援方案，例如集中式的不斷電系統(UPS)、電池備援模組(backup battery unit, BBU)及備用發電機。然而相比於集中式UPS及BBU bank備援的應用，分散式BBU架構能提高配置靈活度，還能提升系統的電源效率，優化整體的可靠度。
如圖1所示，習知的分散式PSU與BBU架構，亦或是圖2內置式BBU之PSU，每台電源供應器會相對應配置一台BBU，當供電系統正常時，輸入端的交流電經由PSU提供一直流電壓供給系統之外，並額外對BBU進行充電。而當供電系統失效時，BBU端將提供電能輸入至PSU，使PSU仍然能提供穩定的直流電壓以保持系統持續工作不中斷，並藉由BBU提供電能的時間直到供電系統回復至正常。而傳統架構下，由於一台PSU只相對應一台BBU，因此PSU僅能限制在本機電池固有的容量及規格下，提供額定且有限度的放電時間及電能。這也意味著電源框需要有多樣化、多功能的電源管理策略來達成電池組的最大利用率。
為此，如何設計出一種電源供應系統及其操作方法，透過複數電池單元配合共用匯流排所提供的電能共享，使得電源供應單元不再侷限於本機電池固有的容量及規格下，而能夠充分地提供足夠的放電時間及能量，有效地提高電池組的利用率，並且提高配置靈活度、提升系統的電源效率以及優化整體的穩定度與可靠度，乃為本案發明人所研究的重要課題。
本發明之目的在於提供一種電源供應系統，解決現有技術之問題。
為達成前揭目的，本發明所提出的電源供應系統，包含複數個電源供應單元與複數個電池單元。各電源供應單元透過第一開關耦接至共用匯流排。各電池單元對應各電源供應單元，且各電池單元透過第二開關耦接至共用匯流排。任一電源供應單元藉由導通對應的第一開關，及導通其他電池單元對應的第二開關，以透過共用匯流排從其他電池單元獲得電能。
藉由所提出的電源供應系統，可透過複數電池單元配合共用匯流排所提供的電能共享，使得電源供應單元不再侷限於本機電池固有的容量及規格下，而能夠充分地提供足夠的放電時間及能量，有效地提高電池組的利用率，並且提高配置靈活度、提升系統的電源效率以及優化整體的穩定度與可靠度。
本發明之另一目的在於提供一種共用電池之電源供應系統的操作方法，解決現有技術之問題。
為達成前揭目的，本發明所提出的電源供應系統的操作方法，所述共用電池之電源供應系統包含複數個電源供應單元與複數個電池單元，且各電池單元對應各電源供應單元。所述操作方法包含：判斷任一電源供應單元是否需要從其他電池單元獲得電能；若任一電源供應單元需要從其他電池單元獲得電能時，電源供應單元導通與共用匯流排之間的第一開關；電源供應單元通知其他的電源供應單元導通對應的其他電池單元與共用匯流排之間的第二開關，以從其他電池單元獲得電能。
藉由所提出的電源供應系統的操作方法，可透過複數電池單元配合共用匯流排所提供的電能共享，使得電源供應單元不再侷限於本機電池固有的容量及規格下，而能夠充分地提供足夠的放電時間及能量，有效地提高電池組的利用率，並且提高配置靈活度、提升系統的電源效率以及優化整體的穩定度與可靠度。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
本發明提出一種具備共用電池的電源框架，該框架能經由共享(share)或交換(exchange)的方式提高電池組應用的彈性及利用率，可以解決單一PSU放電時間受限於本機電池的容量限制，甚至能支援相應的PSU提供更大的輸出功率。
請參見圖3所示，其係為本發明電源管理系統第一實施例的方塊圖。本發明之電源框架的一個特殊性是能夠將電池視為本機電池或共用電池，其中共用電池可以是實體的，或者是透過本機電池上的軟體層定義以虛擬方式實現。儘管電池可以是分散式的，並且可能在實體上是連接到各個不同位置的電源供應器，藉由此電源框之配置方式和作業系統，能使電池組形同一組電池一起工作。
電源管理目的旨在提供一個易於取得連結的本機電池以及提高共用電池的靈活性和電池利用率的方法。請參見圖4所示，其係為本發明電源管理系統第二實施例的方塊圖。電源管理可藉由外部統籌單元，透過通訊界面或是硬體I/O的訊號做溝通，以此蒐集各個BBU當下的輸出電流或功率進行統一管理，判斷各個BBU是否有額外的能力提供電能至共用電池組上。
請參見圖5所示，其係為本發明電源管理系統第三實施例的方塊圖。又或者，電源管理亦可由各自的PSU獨立完成，藉由PSU監控本機電池的輸出電流及功率，並以此判斷該本機電池是否能夠提供電能至共用電池組上使用。在此電源管理的應用下，透過共用電池管理將有能力的BBU提供電能共享，這已經不侷限於本機電池及PSU之間一對一的供給關係，而是由共用電池提供給有需求之PSU使用。如此一來本發明具有三大技術特徵：
特徵一：在額定功率內，由本機電池提供電能，直至本機電池示警前，再由共用電池來接手電力供應，可達到延長備援時間。
特徵二：當大於額定功率，除了本機電池提供本身的額定功率，超額部分係由共用電池補足供電，以此滿足更大的功率輸出。
特徵三：當本機電池其相對電荷狀態(Relative State-Of-Charge, RSOC，或稱相對充電狀態)較低時，可以將本機電池與其他組電池進行交換輪替使用，由新指定的電池搭配提供該PSU所需的電能，達成智能調整目的，將電池的利用率極大化。
藉由前述的調配和控制，有效地將所有的BBU在放電過程中，達到最有效且最大化的電能源利用，因此，這是以最低成本提供高性能電源框設計的有效解決方案。本發明的詳細運作原理將配合圖6、圖7A~圖7G加以詳述說明。
請參見圖6所示，其係為本發明電源供應系統中的單一電源供應單元與對應的電池單元的示意圖。單一電源供應單元PSU包含充電電路11、放電電路12以及控制電路13。電源供應單元PSU透過第一開關SWREQ 耦接至共用匯流排PB 。電池單元BBU透過第二開關SWSUP 耦接至共用匯流排PB 。充電電路11提供電源供應單元PSU對所對應的電池單元BBU充電操作之用。放電電路12提供電池單元BBU對所對應的電源供應單元PSU放電操作之用。
控制電路13包含控制單元131與開關單元132。控制單元131提供第一控制信號SREQ 控制第一開關SWREQ 的導通與關斷。控制單元131提供第二控制信號SSUP 控制第二開關SWSUP 的導通與關斷，容後詳細說明。開關單元132耦接控制單元131與信號總線SB 。控制單元131可經由開關單元132從其他的電源供應單元所接收到的總線準位信號(request I/O)SREQI/O 得知信號總線SB 的電位電壓，以判斷是否有其他的電源供應單元提出支援請求。再者，當電源供應單元PSU無法從對應的電池單元獲得足夠的電能而需要請求其他電池單元供電支援時，控制單元131係提供請求命令信號(request command)SREQCMD 控制開關單元132。
舉例來說，當電源供應單元PSU能夠從對應的電池單元獲得足夠的電能而無需請求其他電池單元供電支援時，控制單元131提供低電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，使得開關Q1為關斷的狀態，因此，信號總線SB 為電源電壓VDD透過第一電阻R1與第二電阻R2分壓的高電位電壓(例如5伏特，然不以此為限制本發明)。在其他實施例中，僅使用第一電阻R1(不需使用第二電阻R2)而同樣能夠獲得高電位電壓時，亦為可行的方案。反之，當電源供應單元PSU無法從對應的電池單元獲得足夠的電能而需要請求其他電池單元供電支援時，控制單元131提供高電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，使得開關Q1為導通的狀態，因此，信號總線SB 因開關Q1導通而被拉低至接近接地電壓的低電位電壓(例如0伏特，然不以此為限制本發明)。
值得一提，用以實現總線準位偵測以及請求命令信號提供的開關單元132非以上述的電路為限，舉凡可實現總線準位偵測以及請求命令信號提供的功能皆可作為開關單元132之用。並且，控制開關Q1的請求命令信號SREQCMD 的電壓準位非以上述舉例為限制，亦可配合開關Q1的形態以相反電壓準位進行對開關Q1的控制。
再者，電源供應系統更包含電池控制單元21，其中電池控制單元21係可設置於背板上，然不以此為限制本發明。電池控制單元21透過通訊總線CB ，例如但不限於積體通訊匯流排(I2C bus)與控制單元131以及電池單元BBU通訊(溝通)，以進行電池單元BBU的RSOC檢測與控制，容後詳細說明。
因此，本發明所提供的共用電池之電源供應系統，可配合參見圖7A所示，係包含複數個電源供應單元PSU1 ~PSUN 與複數個對應電源供應單元PSU1 ~PSUN 的電池單元BBU1 ~BBUN 。各電源供應單元PSU1 ~PSUN 透過第一開關SWREQ1 ~SWREQN 耦接至共用匯流排PB 。各電池單元BBU1 ~BBUN 透過第二開關SWSUP1 ~SWSUPN 耦接至共用匯流排PB 。當任一電源供應單元PSU1 ~PSUN 無法從對應的電池單元BBU1 ~BBUN 獲得足夠的電能時，電源供應單元PSU1 ~PSUN 導通第一開關SWREQ1 ~SWREQN ，且通知其他的電源供應單元PSU1 ~PSUN 導通對應的其他電池單元BBU1 ~BBUN 與共用匯流排PB 之間的第二開關SWSUP1 ~SWSUPN ，使電源供應單元PSU1 ~PSUN 透過共用匯流排PB 從其他電池單元BBU1 ~BBUN 獲得電能。藉此實現電能協調、共享，以達到最有效且最大化的電源應用。
以下，針對本發明所提供的共用電池之電源供應系統的不同操作模式(或稱操作情境)加以詳細說明。
請參見圖7A所示，其係為本發明電源供應系統的第一操作模式的示意圖。在第一操作模式下，該些電源供應單元PSU1 ~PSUN 為正常操作，因此除了可正常地提供系統所需電源之外，亦可對相對應的該些電池單元BBU1 ~BBUN 進行充電。如圖7A所示，該些電源供應單元PSU1 ~PSUN 透過各自的充電路徑PC1 ~PCN 對該些電池單元BBU1 ~BBUN 進行充電。在此操作模式下，由於各電源供應單元PSU1 ~PSUN 無需請求其他電池單元供電支援，因此各自的控制單元131提供低電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，使得信號總線SB 為高電位電壓(詳細說明參見前述，在此不再贅述)。此時，所有的第一開關SWREQ1 ~SWREQN 與第二開關SWSUP1 ~SWSUPN 皆為關斷的狀態。
請參見圖7B所示，其係為本發明電源供應系統的第二操作模式的示意圖。在第二操作模式下，當電源供應單元PSU1 ~PSUN 的至少一者需要電池單元BBU1 ~BBUN 提供備援時，如果在額定功率內，優先從電源供應單元PSU1 ~PSUN 所對應的電池單元BBU1 ~BBUN 提供電能，其餘的電池單元BBU1 ~BBUN 則繼續保持充電狀態，並且等待通訊或硬體信號的命令。舉例來說，當第一台電源供應單元PSU1 需要電池單元提供備援時，若是第一台電池單元BBU1 能夠提供足夠的電能時，則優先由第一台電池單元BBU1 對第一台電源供應單元PSU1 進行備援供電。其中，電源供應單元PSU1 ~PSUN 可知悉所對應的電池單元BBU1 ~BBUN 是否能夠提供足夠的電能。因此，如圖7B所示，第一台電池單元BBU1 透過放電路徑PD1 對第一台電源供應單元PSU1 進行放電。其餘的電源供應單元PSU2 ~PSUN 則透過各自的充電路徑PC2 ~PCN 繼續對所對應的電池單元BBU2 ~BBUN 進行充電。在此操作模式下，由於第一台電源供應單元PSU1 能夠從第一台電池單元BBU1 獲得足夠的電能而無需請求其他電池單元供電支援，因此各自的控制單元131提供低電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，使得信號總線SB 為高電位電壓。此時，所有的第一開關SWREQ1 ~SWREQN 與第二開關SWSUP1 ~SWSUPN 皆為關斷的狀態。
請參見圖7C所示，其係為本發明電源供應系統的第三操作模式的示意圖。第三操作模式與第二操作模式主要的差異在於：第一台電源供應單元PSU1 需要電池單元提供備援，然而第一台電池單元BBU1 無法提供足夠的電能。此時，第一台電源供應單元PSU1 則需要請求其他電池單元BBU2 ~BBUN 支援備援。舉例來說，第一台電源供應單元PSU1 需要提供3.5千瓦(kW)的電能，然而，第一台電池單元BBU1 僅能夠提供3千瓦的電能給第一台電源供應單元PSU1 。因此，第一台電源供應單元PSU1 則需要透過其他BBU2 ~BBUN 提供0.5千瓦的電能支援。
此時，第一台電源供應單元PSU1 透過自己的控制單元131提供高電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，使得信號總線SB 為低電位電壓。並且，控制單元131透過第一控制信號SREQ1 控制第一開關SWREQ1 導通。再者，由於信號總線SB 為低電位電壓，其他的電源供應單元PSU2 ~PSUN 透過各自所接收到的總線準位信號SREQI/O 得知信號總線SB 為低電位電壓，並且因為判斷本身並無提出支援請求，因此可知悉有其他的電源供應單元提出支援請求。此時，其他的電源供應單元PSU2 ~PSUN 進一步判斷所對應的電池單元BBU2 ~BBUN 的電能(電池容量)狀態，若有足夠電能的，電源供應單元PSU2 ~PSUN 則對所對應的電池單元BBU2 ~BBUN 停止充電，並且透過第二控制信號SSUP2 ~SSUPN 控制第二開關SWSUP2 ~SWSUPN 導通，使得電池單元BBU2 ~BBUN 耦接至共用匯流排PB ，並且提供電能至共用匯流排PB 供第一台電源供應單元PSU1 使用。因此，在此狀況下，第一台電源供應單元PSU1 除了有第一台電池單元BBU1 對其放電供電外，亦有其他的電池單元BBU2 ~BBUN 所提供至共用匯流排PB 的電能供其使用。
在一實施方式中，假設其他的電池單元BBU2 ~BBUN 皆有能力(有足夠的電能)支援第一台電源供應單元PSU1 備援，而透過導通第二開關SWSUP2 ~SWSUPN 耦接至共用匯流排PB ，該些電池單元BBU2 ~BBUN 中具有最高電壓者，則優先提供電能至共用匯流排PB 。舉例來說，若第二台電池單元BBU2 具有最高電壓，則由第二台電池單元BBU2 優先提供電能至共用匯流排PB 。然而，若當第二台電池單元BBU2 在提供電能至共用匯流排PB 的過程中使其電壓下降而低於第三台電池單元BBU3 的電壓時，則由第三台電池單元BBU3 取代第二台電池單元BBU2 提供電能至共用匯流排PB 。若兩者電壓相同時，則由兩台電池單元BBU2 ,BBU3 共同提供電能至共用匯流排PB 。
在另一實施方式中，假設第二台電池單元BBU2 沒有能力支援備援，而再其他的電池單元BBU3 ~BBUN 有能力支援第一台電源供應單元PSU1 備援時，則第二台電池單元BBU2 對應的第二開關SWSUP2 為關斷的狀態，使得第二台電源供應單元PSU2 持續地對第二台電池單元BBU2 充電，而再其他的電池單元BBU3 ~BBUN 所提供支援備援的方式則如前揭，在此不再贅述。
請參見圖7D所示，其係為本發明電源供應系統的第四操作模式的示意圖。第四操作模式與第三操作模式主要的差異在於：在第一台電源供應單元PSU1 需要備援支援，且有能力支援第一台電源供應單元PSU1 備援的其他電池單元BBU2 ~BBUN 透過各自的第二開關SWSUP2 ~SWSUPN 耦接至共用匯流排PB 的狀況下，若此時第二台電源供應單元PSU2 也需要備援支援且第二台電池單元BBU2 能夠提供足夠的電能給第二台電源供應單元PSU2 時，則第二台電源供應單元PSU2 透過第二控制信號SSUP2 控制第二開關SWSUP2 關斷，使得電池單元BBU2 與共用匯流排PB 切離，並且第二台電池單元BBU2 透過放電路徑PD2 對第二台電源供應單元PSU2 進行放電。其他的電池單元BBU3 ~BBUN 仍持續耦接共用匯流排PB ，提供電能或者待命提供電能至共用匯流排PB 。在此操作模式下，由於第一台電源供應單元PSU1 無法從第一台電池單元BBU1 獲得足夠的電能而需要請求其他電池單元供電支援(然而第二台電源供應單元PSU2 能夠從第二台電池單元BBU2 獲得足夠的電能而無需請求其他電池單元供電支援)，因此第一台電源供應單元PSU1 透過自己的控制單元131提供高電位電壓的請求命令信號SREQCMD (而其他的電源供應單元PSU2 ~PSUN ，包括第二台電源供應單元PSU2 皆提供低電位電壓的請求命令信號SREQCMD )，使得信號總線SB 為低電位電壓。
請參見圖7E所示，其係為本發明電源供應系統的第五操作模式的示意圖。第五操作模式與第四操作模式主要的差異在於：第二台電源供應單元PSU2 需要電池單元提供備援，然而第二台電池單元BBU2 無法提供足夠的電能。此時，第二台電源供應單元PSU2 則需要請求其他電池單元BBU3 ~BBUN 支援備援。舉例來說，第二台電源供應單元PSU2 需要提供3.5千瓦(kW)的電能，然而，第二台電池單元BBU2 僅能夠提供2.5千瓦的電能給第二台電源供應單元PSU2 。因此，除了第一台電源供應單元PSU1 需要透過其他BBU3 ~BBUN 提供0.5千瓦的電能支援之外，第二台電源供應單元PSU2 亦需要透過其他BBU3 ~BBUN 提供1.0千瓦的電能支援。
此時，第二台電源供應單元PSU2 透過自己的控制單元131提供高電位電壓的請求命令信號SREQCMD ，並且，控制單元131透過第一控制信號SREQ2 控制第一開關SWREQ2 導通。再者，由於信號總線SB 為低電位電壓，其他的電源供應單元PSU3 ~PSUN 透過各自所接收到的總線準位信號SREQI/O 得知信號總線SB 為低電位電壓，並且因為判斷本身並無提出支援請求，因此可知悉有其他的電源供應單元提出支援請求。此時，其他的電源供應單元PSU3 ~PSUN 進一步判斷所對應的電池單元BBU3 ~BBUN 的電能(電池容量)狀態，若有足夠電能的，則控制所對應的電池單元BBU3 ~BBUN 持續地提供電能至共用匯流排PB 供第一台電源供應單元PSU1 與第二台電源供應單元PSU2 使用。因此，在此狀況下，第一台電源供應單元PSU1 除了有第一台電池單元BBU1 對其放電供電以及第二台電源供應單元PSU2 除了有第二台電池單元BBU2 對其放電供電外，亦有其他的電池單元BBU3 ~BBUN 所提供至共用匯流排PB 的電能供其使用。
請參見圖7F與圖7G所示，其係分別為本發明電源供應系統的第六操作模式與第七操作模式的示意圖。在此操作模式將更具體地說明RSOC的檢測與控制。如圖7F所示，電池控制單元21係透過通訊總線CB 連接至所有電源供應單元PSU1 ~PSUN (的控制單元131)與所有電池單元BBU1 ~BBUN 。電池控制單元21可透過檢測的方式獲知(得)各電池單元BBU1 ~BBUN 的RSOC狀態。
如圖7F所示，當第一台電源供應單元PSU1 尚不需要電池單元提供備援，然而第一台電池單元BBU1 的RSOC異常或不足(以下以不足作為說明)，例如但不限制為低於20%(即臨界狀態值)。由於電池控制單元21得知第一台電池單元BBU1 的RSOC不足，因此透過通訊總線CB 告知第一電源供應單元PSU1 以導通第一開關SWREQ1 ，並且由於第二台電池單元BBU2 的RSOC是足夠的，因此透過通訊總線CB 告知第二電源供應單元PSU2 以導通第二開關SWSUP2 。此時，PSU1 的備援電力路徑，除了連接至自身第一台電池單元BBU1 之外，也透過共用匯流排PB 連接至第二台電池單元BBU2 ，以藉由電池控制單元21的監測，事先建立RSOC足夠的第二台電池單元BBU2 與第一台電源供應單元PSU1 的供電路徑。此時，第一台電源供應單元PSU1 處於正常操作，尚無需電池單元供電備援，故第二電源供應單元PSU2 仍持續對第二台電池單元BBU2 充電。
如圖7G所示，當第一台電源供應單元PSU1 需要電池單元提供備援，由於電池控制單元21已建立第二台電池單元BBU2 與第一台電源供應單元PSU1 的供電路徑，故直接由第二台電池單元BBU2 對第一台電源供應單元PSU1 供電，此時第二台電源供應單元PSU2 停止對第二台電池單元BBU2 充電。再者，由於第一台電池單元BBU1 的RSOC不足，無法參與對第一台電源供應單元PSU1 供電，因此第一台電源供應單元PSU1 仍維持對第一台電池單元BBU1 充電。
附帶一提，上述說明雖以第二台電池單元BBU2 支援供電為例，然實際應用上，亦可透過多台電池單元BBU2 ~BBUN 取代第一台電池單元BBU1 對第一台電源供應單元PSU1 供電。具體地，RSOC足夠的電池單元BBU2 ~BBUN 皆可耦接至共用匯流排PB 對第一台電源供應單元PSU1 提供電能共享，而RSOC不夠的電池單元BBU2 ~BBUN 則不參與供電支援。
再者，若僅以一台電池單元作為供電支援的話，可選擇RSOC足夠且為最高的一者。舉例來說，若第二台電池單元BBU2 的RSOC為80%，而其他的電池單元BBU3 ~BBUN 為30%~70%(皆大於可支援供電的20%)，則可選擇第二台電池單元BBU2 取代第一台電池單元BBU1 對第一台電源供應單元PSU1 供電。
再者，除了前述的考量外，亦可以放電次數作為評估。舉例來說，假設第二台電池單元BBU2 的RSOC為80%，第三台電池單元BBU3 的RSOC為75%(為RSOC的第二高者)，然而由於第三台電池單元BBU3 的放電次數較第二台電池單元BBU2 的放電次數少，因此可由第三台電池單元BBU3 取代第一台電池單元BBU1 對第一台電源供應單元PSU1 供電。其中，放電次數可由電池控制單元21所得知。同樣地，本發明不以單一台電池單元作為供電支援，可透過綜合評估RSOC與放電次數，選擇多台電池單元參與供電支援。藉此，透過選擇較高RSOC的電池單元和／或較低放電次數的電池單元作為供電支援，以延長電池使用壽命、容錯率，並且提高電源供應系統的可靠度與穩定度。
附帶一提，透過選擇較高RSOC的電池單元和／或較低放電次數的電池單元作為供電支援的策略，亦同樣適用前述圖7A~圖7E的操作模式。由於技術本質與精神與圖7F、圖7G相近甚至相同，因此不再多加贅述。
請參見圖8所示，其係為本發明電源供應系統的操作方法的流程圖。共用電池之電源供應系統包含複數個電源供應單元PSU1 ~PSUN 與複數個對應該電源供應單元PSU1 ~PSUN 的電池單元BBU1 ~BBUN 。各電源供應單元PSU1 ~PSUN 透過第一開關SWREQ1 ~SWREQN 耦接至共用匯流排PB 。各電池單元BBU1 ~BBUN 透過第二開關SWSUP1 ~SWSUPN 耦接至共用匯流排PB 。所述操作方法包含步驟如下。
首先，判斷任一電源供應單元PSU1 ~PSUN 是否需要從其他電池單元BBU1 ~BBUN 獲得電能(S11)。若任一電源供應單元PSU1 ~PSUN 能夠從對應的電池單元BBU1 ~BBUN 獲得足夠的電能，表示各電源供應單元PSU1 ~PSUN 無需請求其他電池單元供電支援。在此狀況下，該些電源供應單元PSU1 ~PSUN 為正常操作，因此除了可正常地提供系統所需電源之外，亦可對相對應的該些電池單元BBU1 ~BBUN 進行充電。
若步驟(S11)的判斷結果為"是"，即至少有一台電源供應單元PSU1 ~PSUN 需要從其他電池單元BBU1 ~BBUN 獲得電能，因此，需要從其他電池單元BBU1 ~BBUN 獲得電能的該台電源供應單元PSU1 ~PSUN 則導通所對應的第一開關SWREQ1 ~SWREQN (S12)，以請求其他電池單元BBU1 ~BBUN 支援備援。
然後，該台電源供應單元PSU1 ~PSUN 通知其他的電源供應單元PSU1 ~PSUN 導通對應的其他電池單元BBU1 ~BBUN 與共用匯流排PB 之間的第二開關SWSUP1 ~SWSUPN ，以從其他電池單元BBU1 ~BBUN 獲得電能(S13)。舉例來說，若第一台電源供應單元PSU1 需要電池單元提供備援，然而第一台電池單元BBU1 無法提供足夠的電能。此時，第一台電源供應單元PSU1 則需要請求其他電池單元BBU2 ~BBUN 支援備援。藉此，其他電池單元BBU2 ~BBUN 提供電能至共用匯流排PB 供第一台電源供應單元PSU1 使用，使得第一台電源供應單元PSU1 能夠對其所供電的負載或後端受電裝置提供足夠的電能。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：透過複數電池單元(BBU)配合共用匯流排所提供的電能共享，使得PSU不再侷限於本機電池固有的容量及規格下，而能夠充分地提供足夠的放電時間及能量，有效地提高電池組的利用率，並且提高配置靈活度、提升系統的電源效率以及優化整體的穩定度與可靠度。
以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
PSU1 ~PSUN :電源供應單元
BBU1 ~BBUN :電池單元
11:充電電路
12:放電電路
13:控制電路
131:控制單元
132:開關單元
21:電池控制單元
PB :共用匯流排
SB :信號總線
CB :通訊總線
SWREQ1 ~SWREQN :第一開關
SWSUP1 ~SWSUPN :第二開關
SREQ1 ~SREQN :第一控制信號
SSUP1 ~SSUPN :第二控制信號
PC1 ~PCN :充電路徑
PD1 ~PDN :放電路徑
Q1:開關
R1:第一電阻
R2:第二電阻
SREQI/O :總線準位信號
SREQCMD :請求命令信號
S11~S13:步驟
圖1：係為現有分散式電源供應單元(PSU)與電池備援模組(BBU)的架構圖。
圖2：係為現有內置BBU之PSU的架構圖。
圖3：係為本發明電源管理系統第一實施例的方塊圖。
圖4：係為本發明電源管理系統第二實施例的方塊圖。
圖5：係為本發明電源管理系統第三實施例的方塊圖。
圖6：係為本發明電源供應系統中的單一電源供應單元與對應的電池單元的示意圖。
圖7A：係為本發明電源供應系統的第一操作模式的示意圖。
圖7B：係為本發明電源供應系統的第二操作模式的示意圖。
圖7C：係為本發明電源供應系統的第三操作模式的示意圖。
圖7D：係為本發明電源供應系統的第四操作模式的示意圖。
圖7E：係為本發明電源供應系統的第五操作模式的示意圖。
圖7F：係為本發明電源供應系統的第六操作模式的示意圖。
圖7G：係為本發明電源供應系統的第七操作模式的示意圖。
圖8：係為本發明電源供應系統的操作方法的流程圖。
PSU1 ~PSUN :電源供應單元
BBU1 ~BBUN :電池單元
PB :共用匯流排
SB :信號總線
SWREQ1 ~SWREQN :第一開關
SWSUP1 ~SWSUPN :第二開關
PC1 ~PCN :充電路徑
PD1 ~PDN :放電路徑

Claims (20)

  1. 一種電源供應系統，包含： 複數個電源供應單元，各該電源供應單元透過一第一開關耦接至一共用匯流排；及 複數個電池單元，各該電池單元對應各該電源供應單元，且各該電池單元透過一第二開關耦接至該共用匯流排； 其中，任一該電源供應單元藉由導通對應的該第一開關，及導通其他電池單元對應的該第二開關，以透過該共用匯流排從其他電池單元獲得電能。
  2. 如請求項1所述之電源供應系統，其中各該電源供應單元與對應的各該電池單元具有一放電路徑。
  3. 如請求項1所述之電源供應系統，其中各該電源供應單元與對應的各該電池單元具有一充電路徑。
  4. 如請求項1所述之電源供應系統，其中各該電源供應單元包含： 一開關單元；及 一控制單元，耦接該開關單元，並提供一第一控制信號控制該第一開關、提供一第二控制信號控制該第二開關以及提供一請求命令信號控制該開關單元。
  5. 如請求項4所述之電源供應系統，其中任一該電源供應單元的該控制單元從耦接該開關單元的一信號總線接收一總線準位信號，以判斷其他的電源供應單元是否提出支援請求。
  6. 如請求項5所述之電源供應系統，其中當任一該電源供應單元需要從對應其他電源供應單元的電池單元獲得電能時，該電源供應單元提供一第一電位電壓的該請求命令信號控制該開關單元，使得該總線準位信號的電位電壓為與該第一電位電壓相反的一第二電位電壓，並提供該第一控制信號導通該第一開關。
  7. 如請求項5所述之電源供應系統，其中當任一該電源供應單元的該請求命令信號的電位維持，而該總線準位信號的電位改變時，導通對應的該第二開關。
  8. 如請求項5所述之電源供應系統，其中該開關單元包含： 一開關，耦接該控制單元及該信號總線；及 一第一電阻，耦接該信號總線及一電源電壓。
  9. 如請求項1所述之電源供應系統，更包含： 一電池控制單元，透過一通訊總線耦接該等電源供應單元與該等電池單元，以獲得任一該等電池單元的一相對電荷狀態和／或一放電次數。
  10. 如請求項9所述之電源供應系統，其中所述其他電池的任一者的該相對電荷狀態大於或者等於一臨界狀態值和／或所述其他電池的任一者的該放電次數為最少。
  11. 一種電源供應系統的操作方法，所述電源供應系統包含複數個電源供應單元與複數個電池單元，且各該電池單元對應各該電源供應單元；所述操作方法包含： 判斷任一該電源供應單元是否需要從其他電池單元獲得電能； 若任一該電源供應單元需要從其他電池單元獲得電能時，該電源供應單元導通與一共用匯流排之間的一第一開關；及 該電源供應單元通知其他的電源供應單元導通對應的其他電池單元與該共用匯流排之間的一第二開關。
  12. 如請求項11所述之電源供應系統的操作方法，其中各該電源供應單元與對應的各該電池單元具有一放電路徑，且該電池單元透過該放電路徑對該電源供應單元放電。
  13. 如請求項11所述之電源供應系統的操作方法，各該電源供應單元與對應的各該電池單元具有一充電路徑，且該電源供應單元透過該充電路徑對該電池單元充電。
  14. 如請求項11所述之電源供應系統的操作方法，其中各該電源供應單元包含： 一開關單元；及 一控制單元，耦接該開關單元，並提供一第一控制信號控制該第一開關、提供一第二控制信號控制該第二開關以及提供一請求命令信號控制該開關單元。
  15. 如請求項14所述之電源供應系統的操作方法，其中任一該電源供應單元的該控制單元從耦接該開關單元的一信號總線接收一總線準位信號，以判斷其他的電源供應單元是否提出支援請求。
  16. 如請求項15所述之電源供應系統的操作方法，其中當任一該電源供應單元需要從對應其他電源供應單元的電池單元獲得電能時，該電源供應單元對應的該控制單元提供該請求命令信號控制該開關單元，使得該總線準位信號的電位改變，並提供該第一控制信號導通該第一開關。
  17. 如請求項15所述之電源供應系統的操作方法，其中當任一該電源供應單元的該請求命令信號的電位沒改變，而該總線準位信號的電位改變時，導通對應的該第二開關。
  18. 如請求項15所述之電源供應系統的操作方法，其中該開關單元包含： 一開關，耦接該控制單元及該信號總線；及 一第一電阻，耦接該信號總線及一電源電壓。
  19. 如請求項11所述之電源供應系統的操作方法，其中所述電源供應系統包含： 一電池控制單元，透過一通訊總線耦接該等電源供應單元與該等電池單元，以獲得任一該等電池單元的一相對電荷狀態和／或一放電次數。
  20. 如請求項19所述之電源供應系統的操作方法，其中所述其他電池的任一者的該相對電荷狀態大於或者等於一臨界狀態值和／或所述其他電池的任一者的該放電次數為最少。
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