TWI531137B - Alternative battery backup module and battery recovery system - Google Patents

Description

交替式電池備援模組與電池備援系統

本創作是關於一種電池備援模組與電池備援系統，特別是指交替式電池備援模組及具有該交替式電池備援模組的電池備援系統。

電子設備係具有一電源供應器(Power Supply)，該電源供應器是一種將交流電源轉換為直流電源的電壓轉換裝置，其輸入端連接市電電網以接收一交流電源，而輸出端用以輸出一直流電源以作為該電子設備的工作電源。

諸如網路伺服器、雲端硬碟的電子設備因操作時係處於與網路連線的狀態，常有重要數據資料的傳輸，故該些電子設備有高度的電力需求。然而，市電電網是否能穩定供電存在不確定性，若電力公司因發電設備維修、無預警停電或意外停電時，該些電子設備將面臨無電可用的情況。

為了避免因市電電網無法供電而使電子設備無電可用的情況，一般直接的作法是設置一切換開關(Automatic Transfer Switch,ATS)與一電池模組，該切換開關具有一第一電源輸入端、一第二電源輸入端與一電源輸出端，該第一電源輸入端連接該市電電網，該第二電源輸入端連接該電池模組，該電源輸出端連接該電子設備中該電源供應器的輸入端。當市電電網穩定供電時，該切換開關的電源輸出端連接該第一電源輸入端，使該市電電源輸出的交流電源可通過該切換開關而傳送到該電源供應器；當市電電網供電異常時，該切換開關的電源輸出端係切換連接到該第二電源輸入端，以由該電池模組產生的直流電供應給該電源供應器。

然而，該電源供應器的輸入端係包含有一全橋式整流器，請參考圖21，該全橋式整流器係由四個整流二極體D1~D4構成，其中第一與第四整 流二極體D1、D4形成一第一整流路徑，第二與第三整流二極體D2、D3形成一第二整流路徑。由於電池模組70產生的電源為直流電源，假設該電池模組70的正極連接該第一與第二整流二極體D1、D2的連接節點，該電池模組70的負極連接該第三與第四整流二極體D3、D4的連接節點。如此一來，當由該電池模組70供電時，僅有位在該第一整流路徑中的第一、第四整流二極體D1、D4為順偏偏壓(forward bias)而導通。

故每當市電電網無法穩定供電而由該電池模組70供電時，該電池模組70輸出的直流電只會通過該第一整流路徑而不會通過第二整流路徑，導致該第一、第四整流二極體D1、D4的使用頻率較第三、第四整流二極體D3、D4的使用頻率高，相對縮短該第一、第四整流二極體D1、D4的使用壽命。

因此本創作的主要目的是提供一種交替式電池備援模組，可於啟動時導通整流單元中不同的整流路徑，使該整流單元的整流二極體可平均使用，避免集中使用兩個整流二極體。

本創作之交替式電池備援模組，供連接一電網供電單元與一交/直流轉換器的一整流單元的交流輸入端，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑，該電池備援模組包含有：一電池裝置，用以提供一直流電；一雙向電源轉換裝置，包含有一第一電源埠與一第二電源埠，該第一電源埠供連接該交/直流轉換器的交流輸入端與該電網供電單元，該第二電源埠連接該電池裝置，該雙向電源轉換裝置係於每次檢知該電網供電單元供電異常時執行一第一操作模式或一第二操作模式，以控制該電池裝置的直流電通過該整流單元的第一或第二整流路徑；當該雙向電源轉換裝置判斷出該第一操作模式的累積執行次數達到M次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行 該第二操作模式，而在判斷出該第二操作模式的累積執行次數達到N次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第一操作模式，其中M與N為正整數。

本創作還提供一電池備援系統，供連接一電網供電單元與至少一交/直流轉換器的一整流單元的交流輸入端，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑，該電池備援系統包含有：至少一用戶端自動切換開關元件，包含有一第一電源輸入端、一第二電源輸入端與一電源輸出端，該第一電源輸入端連接該電網供電單元，該電源輸出端供連接該至少一交/直流轉換器的交流輸入端，當該電網供電單元供電異常時，該電源輸出端係切換連接到該第二電源輸入端；至少一交替式電池備援模組，包含有：一電池裝置，用以提供一直流電；一雙向電源轉換裝置，包含有一第一電源埠與一第二電源埠，該第一電源埠供連接該至少一用戶端自動切換開關元件的第一與第二電源輸入端，該第二電源埠連接該電池裝置，該雙向電源轉換裝置係於每次檢知該電網供電單元供電異常時執行一第一操作模式或一第二操作模式，以控制該電池裝置的直流電通過該整流單元的第一或第二整流路徑；當該雙向電源轉換裝置判斷出該第一操作模式的累積執行次數達到M次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第二操作模式，而在判斷出該第二操作模式的累積執行次數達到N次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第一操作模式，其中M與N為正整數。

以M=N=1為例，根據本創作之交替式電池備援模組的功能，當該電網供電單元供電異常，且該雙向電源轉換裝置判斷出上一次已執行該第一操作模式，代表上一次該電網供電單元供電異常時已經通過該第一整流路徑提 供直流電，故本次執行該第二操作模式以通過該第二整流路徑提供直流電，而不使用和上一次一樣的第一整流路徑。同樣地，當該雙向電源轉換裝置判斷出上一次已執行該第二操作模式，代表上一次該電網供電單元供電異常時已經通過該第二整流路徑提供直流電，故本次執行該第一操作模式以通過該第一整流路徑提供直流電，而不使用和上一次一樣的第二整流路徑。如此一來，每當電網供電單元供電異常時都使用不同的整流路徑，供該兩整流路徑內的整流元件(例如整流二極體)可交替、平均地被使用，避免集中使用其中一個整流路徑而降低該被集中使用整流元件的壽命。相較於先前技術，本創作可提升整流單元的使用壽命。

10‧‧‧交替式電池備援模組

11‧‧‧雙向電源轉換裝置

110‧‧‧開關電路

111‧‧‧微控制器

112‧‧‧濾波電路

12‧‧‧電池裝置

120‧‧‧電池串

121‧‧‧電池

20‧‧‧電網供電單元

21‧‧‧發電機

22‧‧‧電網自動切換開關元件

220‧‧‧開關單元

221‧‧‧第一電源檢測器

222‧‧‧第二電源檢測器

223‧‧‧切換控制器

23‧‧‧市電電網

30‧‧‧交/直流轉換器

301‧‧‧全橋式整流器

302‧‧‧升壓轉換器

303‧‧‧直流-直流轉換器

304‧‧‧無橋式整流器

305‧‧‧直流-直流轉換器

306‧‧‧控制器

31‧‧‧電子設備

40‧‧‧輔助直流電供電單元

41‧‧‧綠能裝置

42‧‧‧電源轉換裝置

51‧‧‧第一自動切換開關元件

510‧‧‧開關單元

511‧‧‧第一電源檢測器

512‧‧‧第二電源檢測器

513‧‧‧切換控制器

52‧‧‧第二自動切換開關元件

520‧‧‧開關單元

521‧‧‧第一電源檢測器

522‧‧‧第二電源檢測器

523‧‧‧切換控制器

60‧‧‧交流匯流排

61‧‧‧用戶端自動切換開關元件

62‧‧‧電池供電匯流排

63‧‧‧負載匯流排

64‧‧‧均流控制線路

65‧‧‧均流補償單元

66‧‧‧用戶端自動切換開關元件

70‧‧‧電池模組

圖1：本創作電池備援系統第一較佳實施例的電路方塊示意圖。

圖2：本創作中該電網自動切換開關元件的電路方塊示意圖。

圖3：本創作中該雙向電源轉換裝置與該電網供電單元、交/直流轉換器與電池裝置的連接示意圖。

圖4：本創作中該電池裝置的示意圖。

圖5：本創作中該開關電路較佳實施例的電路示意圖。

圖6：本創作中該開關電路對電池裝置進行充電的參考圖(一)。

圖7：本創作中該開關電路對電池裝置進行充電的參考圖(二)。

圖8：本創作中該電池裝置通過該開關電路放電的參考圖(一)。

圖9：本創作中該控制器的控制信號示意圖(一)。

圖10：本創作中該電池裝置通過該開關電路放電的參考圖(二)。

圖11：本創作中該控制器的控制信號示意圖(二)。

圖12：本創作交替式電池備援模組導通全橋式整流單元之第一整流路徑的參考圖。

圖13：本創作交替式電池備援模組導通全橋式整流單元之第二整流路徑的參考圖。

圖14：本創作交替式電池備援模組導通無橋式整流單元之第一整流路徑的參考圖。

圖15：本創作交替式電池備援模組導通無橋式整流單元之第二整流路徑的參考圖。

圖16：本創作電池備援系統的電路方塊示意圖。

圖17：圖16中第一、第二自動切換開關元件的連接示意圖。

圖18：本創作交替式電池備援系統另一較佳實施例的電路方塊示意圖。

圖19：本創作之均流控制流程示意圖。

圖20：本創作交替式電池備援系統再一較佳實施例的電路方塊示意圖。

圖21：習知電池模組與全橋式整流器的電路示意圖。

請參考圖1所示，本創作之交替式電池備援模組10供連接一電網供電單元20與一交/直流轉換器30。該交/直流轉換器30包含有一交流輸入端與一直流輸出端，其直流輸出端供連接一電子設備31，該電子設備31為直流負載，該交/直流轉換器30可為電源供應器(power supply)。該交/直流轉換器30於其交流輸入端所接收的一電源需大於該交/直流轉換器30的一最低工作電壓(至少為90伏特)，使該交/直流轉換器30能工作而產生一直流驅動電壓給電子設備31；否則，當該交/直流轉換器30所接收的電源低於其最低工作電壓時，該交/直流轉換器30無法受到足夠電源的驅動而無法工作。

本創作之交替式電池備援模組10包含有一雙向電源轉換裝置11與一電池裝置12，該雙向電源轉換裝置11包含有一第一電源埠A與一第二電源埠B，該第一電源埠A分別連接到該電網供電單元20的輸出端與該交/直流轉換器30的交流輸入端，該第二電源埠B連接該電池裝置12。

該電網供電單元20的輸出端係連接該交/直流轉換器30的交流輸入端，該電網供電單元20包含有一發電機21與一電網自動切換開關元件(Automatic Transfer Switch,ATS)22。請配合參考圖2所示，該電網自動切換開關元件22包含有一開關單元220、一第一電源檢測器221、一第二電源檢測器222與一切換控制器223。該開關單元220包含有一第一電源輸入端C1、一第二電源輸入端C2與一電源輸出端C3，該第一電源輸入端C1供連接到市電電網23，該第二電源輸入端C2連接該發電機21，該電源輸出端C3作為該電網供電單元20的輸出端而連接該交/直流轉換器30的交流輸入端與該雙向電源轉換裝置11的第一電源埠A。該第一與第二電源檢測器221、222分別連接該第一與第二電源輸入端C1、C2以分別檢測該市電電網23與發電機21的供電狀況。該切換控制器223連接該第一電源檢測器221、第二電源檢測器222與開關單元220，以根據該第一與第二電源檢測器221、222之檢測結果控制該開關單元220的電源輸出端C3連接到第一電源輸入端C1或第二電源輸入端C2。

當該市電電網23穩定供電時，該發電機21處於待機狀態而未運轉，該開關單元220的電源輸出端C3連接該第一電源輸入端C1，使該交/直流轉換器30可從市電電網23接收大於其最低工作電壓的交流電源，以將該交流電源轉換為直流驅動電壓後提供給該電子設備31。

當市電電網23停止供電或無法穩定供電時，該發電機21啟動以產生交流電源。此時，因為該切換控制器223可經由該第一電源檢測器221的檢測結果判斷出該市電電網23供電異常，例如檢測出的電壓低於一門檻值(該門檻 值係例如該交/直流轉換器30的最低工作電壓)時，進而自動控制該開關單元220的電源輸出端C3切換連接到該第二電源輸入端C2，使該發電機21所產生的交流電源傳送到該交/直流轉換器30，則該交/直流轉換器30利用該發電機21所輸出的交流電源轉換成直流驅動電壓後，供應給電子設備31。

請參考圖3所示，本創作之雙向電源轉換裝置11包含有一開關電路110與一微控制器111，該開關電路110具有所述的第一電源埠A與第二電源埠B。於較佳實施例中，該第一電源埠A可通過一濾波電路112而連接該電網供電單元20的輸出端與交/直流轉換器30的交流輸入端，該第二電源埠B可通過另一濾波電路112而連接該電池裝置12，所述濾波電路112可為濾波電路。請參考圖4所示，本創作之電池裝置12可包含有複數電池串120，每個電池串120包含有複數串聯連接的電池121，該些電池串120彼此並聯連接後，連接到該開關電路110的第二電源埠B。並聯之電池串120數量或每個電池串120中串聯的電池121數量係依電子設備31的需求而定。舉例而言，各電池串120的輸出電壓應達到該交/直流轉換器30所需的最低工作電壓，則各電池串120應串聯對應的數量的電池121以達到該交/直流轉換器30的最低工作電壓，另一方面，並聯較多數量的電池串120可提供較大的電量給該交/直流轉換器30。

請參考圖5所示，於本較佳實施例中，該開關電路110包含有一第一電子開關S1、一第二電子開關S2、一第三電子開關S3與一第四電子開關S4。該些電子開關S1~S4可為金氧半場效電晶體(MOSFET)，分別具有一第一端、一第二端與一控制端，該第一端可為汲極(Drain)，該第二端可為源極(Source)，該控制端為閘極(Gate)。該第一電子開關S1的第一端、該第三電子開關S3的第一端與該電池裝置12的一正極電性連接，該第二電子開關S2的第二端、第四電子開關S4的第二端與該電池裝置12的一負極電性連接，該第一電子開關S1的第二端連接該第二電子開關S2的第一端，該第三電子開關S3的第二端 連接該第四電子開關S4的第一端。該第一、第二電子開關S1、S2的連接節點和該第三、第四電子開關S3、S4的連接節點形成該第一電源埠A，該第一電子開關S1的第一端與第二電子開關S2的第二端形成該第二電源埠B。該微控制器111連接該第一電源埠A、第二電源埠B、第一~第四電子開關S1~S4的控制端G1~G4、該電池裝置12以及該電網自動切換開關元件22。

當該市電電網23穩定供電時，該雙向電源轉換裝置11係將該市電電網23所提供的交流電源轉換為一直流的充電電源後，對該電池裝置12進行充電。該微控制器111可判斷該電池裝置12是否應進行充電，例如該微控制器111從第二電源埠B判斷出該電池裝置12的輸出電壓Vb低於一門檻值時，代表該電池裝置12電力不足而應進行充電，並啟動如下所述的充電動作。

該微控制器111係從該第一電源埠A偵測目前交流電源處於正半週或負半週狀態，請參考圖6所示，於該交流電源的正半週時，該微控制器111係導通該第二與第三電子開關S2、S3，供正半週的交流電源通過該第二與第三電子開關S2、S3對該電池裝置12充電，又該控制器111透過脈寬寬度調變(PWM)手段控制該第一與第四電子開關S1、S4中的至少一個交替的導通與截止以達到穩壓功能。請參考圖7所示，於該交流電源的負半週時，該微控制器111係導通該第一與第四電子開關S1、S4，供負半週的交流電源通過該第一與第四電子開關S1、S4對該電池裝置12充電，又該控制器111透過脈寬寬度調變(PWM)手段控制該第二與第三電子開關S2、S3中的至少一個交替的導通與截止以達到穩壓功能。

如前所述，當該市電電網23供電異常時，該切換控制器223將該開關單元220的電源輸出端C3切換連接到第二電源輸入端C2，由該發電機21提供交流電源；此時，本創作之雙向電源轉換裝置11亦接收該發電機21所輸出的交流電源並轉換為充電電源後，對該電池裝置12進行充電。因為該發電機21所 產生的電源亦為交流電源，故該電池裝置12在正半週與負半週的充電動作如前所述，在此不贅述。是以，於本創作第一較佳實施例中，當該電網供電單元20穩定供電時(例如所提供的交流電源大於一門檻值，該門檻值係例如該交/直流轉換器30的最低工作電壓)，則該電池裝置12的充電來源可為市電電網23或發電機21。

雖然當該市電電網23供電異常時可由該發電機21發電，但該發電機21從啟動到穩定運轉需經過一啟動期間，在該啟動期間中，該發電機21所提供的電源尚不穩定或不足以供交/直流轉換器30使用，故在該啟動期間中，由本創作的交替式電池備援模組10提供一備援電源給該交/直流轉換器30，該備援電源係大於其最低工作電壓而足以供交/直流轉換器30使用，補償該啟動期間中該發電機21無法穩定供電的不足。當該發電機21穩定運轉後，該微控制器111可根據該第一電源埠A偵測出一穩定的交流電源，穩定的交流電源係達到該交/直流轉換器30的最低工作電壓，而可控制所有的電子開關S1~S4為開路，從而停止該備援電源的供應。

該微控制器111包含有一第一操作模式與一第二操作模式，分別用以控制該第一~第四電子開關S1~S4是否導通以及其責任週期D1~D4，本較佳實施例中，可透過脈寬寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)手段控制該第一~第四電子開關S1~S4是否導通以及其責任週期D1~D4。請參考圖8與圖9所示，於該第一操作模式中，該第一電子開關S1的責任週期D1為零而為截止狀態，該第二電子開關S2的責任週期D2為1而為導通狀態，該第三電子開關S3的責任週期為D3，該第四電子開關S4的責任週期為D4，D4=1-D3，如此一來，該開關電路110從該第一電源埠A所輸出的備援電壓為Va，Va=D3×Vb，Vb為電池裝置12的輸出電壓，其中圖8所示的放電路徑P1係對應於圖9中該第三電子開關S3的責任週期D3期間。

請參考圖10與圖11所示，於該第二操作模式中，該第一電子開關S1的責任週期為D1，該第二電子開關S2的責任週期為D2，D2=1-D1，該第三電子開關S3的責任週期D3為零而為截止狀態，該第四電子開關S4的責任週期D4為1而為導通狀態，如此一來，該開關電路110從該第一電源埠A所輸出的備援電壓為Va，Va=D1×(-Vb)，其中圖10所示的放電路徑P2係對應於圖11中該第一電子開關S1的責任週期D1期間。

該微控制器111係於每次檢知該電網供電單元20供電異常時執行一第一操作模式或一第二操作模式，並記錄每次該電網供電單元20供電異常時所執行的該第一或第二操作模式以儲存成一歷史資料。由於該微控制器111係持續偵測該電網供電單元20是否供電異常，當該微控制器111偵測出該電網供電單元20供電異常時，係根據該歷史資料判斷上一次該電網供電單元20供電異常時所執行過的該第一或第二操作模式。當該微控制器111判斷出該第一操作模式的累積執行次數達到M次，則於再次檢知該電網供電單元20供電異常時轉換為執行該第二操作模式，而在判斷出該第二操作模式的累積執行次數達到N次，則於再次檢知該電網供電單元20供電異常時轉換為執行該第一操作模式，達到交替執行該第一操作模式與第二操作模式的效果，其中M與N為正整數，且M=N或M≠N。舉例而言，當M=N=1，該微控制器111係於每次檢知該電網供電單元20供電異常時執行與前次不同之第一或第二操作模式；或者當M>1且N>1，代表該微控制器111可連續執行該第一操作模式後，改為連續執行該第二操作模式。

請配合參考圖12所示，本創作電池備援模組所連接到的交/直流轉換器30包含有一整流單元、一升壓轉換器(Boost converter)302與一直流-直流轉換器303，該整流單元可為一全橋式整流器301且具有所述的交流輸入端，該全橋式整流器301是由四個整流二極體D1~D4所構成，其中該第一整流二極體 D1與第三整流二極體D3的陰極連接該升壓轉換器302，該第二整流二極體D2與第四整流二極體D4的陽極連接該升壓轉換器302，該第一整流二極體D1的陽極連接該第二整流二極體D2的陰極與該第三、第四電子開關S3、S4的連接節點，該第三整流二極體D3的陽極連接該第四整流二極體D4的陰極與該第一、第二電子開關S1、S2的連接節點。該第一、第四整流二極體D1、D4形成一第一整流路徑，該第二、第三整流二極體D2、D3形成一第二整流路徑。

當該微控制器111執行第一操作模式時，請參考圖12所示，僅有第一整流二極體D1與第四整流二極體D4(即第一整流路徑)導通，第二與第三整流二極體D2、D3為截止狀態。當該微控制器111執行第二操作模式時，請參考圖13所示，僅有該第二與第三整流二極體D2、D3(即第二整流路徑)導通，第一與第四整流二極體D1、D4為截止狀態。由此可見，因為該微控制器111交替執行該第一操作模式與第二操作模式，使該全橋式整流器301的第一、第二整流路徑可交替、平均地被使用，而不是集中在該第一或第二整流路徑，故本創作能延長該全橋式整流器301中該些整流二極體D1~D4的使用壽命。

同樣地，請配合參考圖14所示，本創作所連接到的交/直流轉換器30包含有一整流單元、一直流-直流轉換器305與一控制器306，該整流單元可為一無橋式整流器304且具有所述的交流輸入端，該無橋式整流器304是由兩個整流二極體Da、Db與兩個整流開關Sa、Sb所構成，該控制器306連接該兩整流開關Sa、Sb與該無橋式整流器304的輸出端，其中該第一整流二極體Da與第二整流二極體Db的陰極連接該直流-直流轉換器305，該第一與第二整流二極體Da、Db的陽極分別通過第一與第二整流開關Sa、Sb而連接該直流-直流轉換器305，該第一整流二極體Da與第一整流開關Sa的連接節點連接到該第三、第四電子開關S3、S4的連接節點，該第二整流二極體Db與第二整流開關Sb的連接節點連接到該第一、第二電子開關S1、S2的連接節點。該第一整流二極體Da與第 二整流開關Sb形成一第一整流路徑，該第二整流二極體Db與第一整流開關Sa形成一第二整流路徑。

當該微控制器111執行第一操作模式時，請參考圖14所示，該控制器306導通該第一整流二極體Da與第二整流開關Sb(即第一整流路徑)，以及透過脈寬寬度調變(PWM)手段驅動該第一整流開關Sa交替的導通與截止以進行穩壓，該第二整流二極體Db為截止。當該微控制器111執行第二操作模式時，請參考圖15所示，該控制器306導通該第二整流二極體Db與第一整流開關Sa(即第二整流路徑)導通，以及透過脈寬寬度調變(PWM)手段驅動該第二整流開關Sb交替的導通與截止以進行穩壓，該第一整流二極體Da為截止。由此可見，因為該微控制器111交替執行該第一操作模式與第二操作模式，使該無橋式整流器304的第一、第二整流路徑可交替且平均地被導通，而不是集中操作在第一或第二整流路徑，故本創作能延長該無橋式整流器304中各整流二極體Da、Db與整流開關Sa、Sb的使用壽命。

請參考圖16所示，於本創作交替式電池備援系統包含有至少一交替式電池備援模組10、至少一輔助直流電供電單元40、一第一自動切換開關元件51與一第二自動切換開關元件52。

該輔助直流電供電單元40包含有一綠能裝置41與一電源轉換裝置42，該綠能裝置41係指由綠色能源(太陽能或燃料電池)產生電源的裝置，該電源轉換裝置42的輸入端連接該綠能裝置41的輸出端，以將該綠能裝置41所產生的直流電源進行穩壓與升壓，該電源轉換裝置42的輸出端連接該電池裝置12。

請參考圖17所示，該第一與第二自動切換開關元件51、52的電路架構相同，以第一自動切換開關元件51為例，其包含有一開關單元510、一第一電源檢測器511、一第二電源檢測器512與一切換控制器513。該開關單元 510包含有一第一端X1、一第二端X2與一第三端X3，該第一端X1供連接到該電網自動切換開關元件22中開關單元222的電源輸出端C3，該第二端X2連接該交/直流轉換器30的交流輸入端與該雙向電源轉換裝置11的第一電源埠A，該第一與第二電源檢測器511、512分別連接該第一與第三端X1、X3以分別檢測供電狀況，該切換控制器513電性連接該第一電源檢測器511、第二電源檢測器512與開關單元510，以根據該第一與第二電源檢測器511、512之檢測結果控制該開關單元510的第二端X2連接到第一端X1或第三端X3。

該第二自動切換開關元件52中該開關單元520的第一端Y1連接該輔助直流電供電單元40的輸出端，第二端Y2連接該第一自動切換開關元件51中該開關單元510的第三端X3，該第二自動切換開關元件52的第三端Y3連接該電池裝置12，該第一與第二電源檢測器521、522分別連接該第二與第三端Y2、Y3以分別檢測供電狀況。其中該第二自動切換開關元件52係執行手動模式，需由使用者自行操作以將該第一端Y1切換連接到第二端Y2或第三端Y3，在一般情況下，該第一端Y1是連接該第二端Y2。

如圖16所示，當該電網供電單元20穩定供電時，該第一自動切換開關元件51中開關單元510的第二端X2係連接到第一端X1，故該輔助直流電供電單元40未與該市電電網23併聯，此時使用者可手動將該第二自動切換開關元件52中該開關單元520的第一端Y1切換連接到第三端Y3，使該輔助直流電供電單元40所輸出的直流電可作為該電池裝置12的充電電源，並於充電完成後，將該開關單元520的第一端Y1切換連接到第二端Y2。

當該電網供電單元20無法供電時，例如在市電電網23停電或發電機21處於啟動期間或發生故障時，該第一自動切換開關元件51的切換控制器513從該第一電源檢測器511檢知供電異常，係自動將開關單元510的第二端X2切換連接到第三端X3，又該第二自動切換開關元件52中該開關單元520的第一 端Y1已連接到第二端Y2，如此一來，該輔助直流電供電單元40所輸出的直流電即可通過該第一與第二自動切換開關元件51、52而輸出到該交/直流轉換器30，同時本創作之雙向電源轉換裝置11的第一電源埠A亦可接收該輔助直流電供電單元40所輸出的直流電，該直流電類似於正半週的情況，該微控制器111導通該開關電路110的第二與第三電子開關S2、S3，以及控制該第一與第四電子開關S1、S4截止而開路，以供該電池裝置12接收該直流電以進行充電。

請參考圖18所示本創作交替式電池備援系統的另一實施例，係包含可設於一機櫃中的一交流匯流排60、一用戶端自動切換開關元件61、一電池供電匯流排62、一負載匯流排63與複數前述的交替式電池備援模組10，或進一步包含一均流控制線路64，該些交替式電池備援模組10可通過該均流控制線路64彼此電性連接。

該用戶端自動切換開關元件61的電路架構與前述的電網自動切換開關元件22、第一自動切換開關元件51或第二自動切換開關元件52相同，在此不贅述，其主要包含有一第一電源輸入端Z1、一第二電源輸入端Z2與一電源輸出端Z3，該第一電源輸入端Z1連接該電網供電單元20的輸出端以及該交流匯流排60，該第二電源輸入端Z2連接該電池供電匯流排62，該電源輸出端Z3連接該負載匯流排63。請配合參考圖1，各交替式電池備援模組10是以其雙向電源轉換裝置11的第一電源埠A連接該交流匯流排60以及電池供電匯流排62，而與該用戶端自動切換開關元件61的第一與第二電源輸入端Z1、Z2形成連接。各交/直流轉換器30的交流輸入端係連接該負載匯流排63而與該用戶端自動切換開關元件61的電源輸出端Z3形成連接，其中該交/直流轉換器30包含有一整流單元，如前述，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑。各交替式電池備援模組10的微控制器111連接該用戶端自動切換開關元件61，以根據該用戶端自動切換開關元件61的開關狀況判斷該電網供電單元20是否供電異常。

在一般情況下，該用戶端自動切換開關元件61的電源輸出端Z3係連接該第一電源輸入端Z1，以使該電網供電單元20通過該用戶端自動切換開關元件61與負載匯流排63提供交流電源給交/直流轉換器30。當該電網供電單元20供電異常時，則該用戶端自動切換開關元件61將其電源輸出端Z3自動切換連接到該第二電源輸入端Z2，且各交替式電池備援模組10的微控制器111可判斷出該電網供電單元20供電異常，使該些交替式電池備援模組10根據前述的第一或第二操作模式通過該電池供電匯流排62、用戶端自動切換開關元件61與負載匯流排63而提供備援電源給各交/直流轉換器30，藉此達到備援功效。

該些交替式電池備援模組10可實施均流控制，請參考圖19所示，各交替式電池備援模組10的微控制器111已設有預設電壓參數，故能根據預設電壓參數控制其開關電路110中每個電子開關S1~S4的導通週期D1~D4，以產生該輸出電壓Va。在實施均流控制時，該開關電路110的輸出端串接一超極二極體Ds、一電阻器R與一均流補償單元65，該均流補償單元65連接該微控制器111，該超極二極體Ds回授一輸出電流信號I1，以及由該電阻器R產生一均流信號Ishare，該均流信號Ishare是在該均流控制線路64中傳遞，又該均流控制線路64連接到每個交替式電池備援模組10，故每個交替式電池備援模組10可視該均流信號Ishare為一基準值，以將開關電路110的輸出電流I根據該均流信號Ishare進行調整。該均流補償單元65根據該輸出電流信號I1與該均流信號Ishare的差值產升一均流補償參數，並將該均流補償參數傳送給該微控制器111，則該微控制器111進一步根據該預設電壓參數與均流補償參數控制該開關電路110中電子開關S1~S4的導通週期D1~D4，使每個交替式電池備援模組10所輸出的電流能平均化，避免部分交替式電池備援模組10的輸出電流較高而部分交替式電池備援模組10的輸出電流較低，故均流控制可提升該些交替式電池備援模組10電源供應效率。

請參考圖20所示本創作交替式電池備援系統的再一實施例，其包含有複數用戶端自動切換開關元件66、一電池供電匯流排62、一負載匯流排63與複數個前述的交替式電池備援模組10，或進一步包含一如前所述的均流控制線路64。該電網供電單元20的輸出端係連接該負載匯流排63，各用戶端自動切換開關元件66的電路架構與前述的電網自動切換開關元件22、第一自動切換開關元件51或第二自動切換開關元件52相同，在此不贅述，其主要包含有一第一電源輸入端Z1、一第二電源輸入端Z2與一電源輸出端Z3。該些用戶端自動切換開關元件66的第一電源輸入端Z1連接該負載匯流排63，第二電源輸入端Z2連接該電池供電匯流排62，電源輸出端Z3分別供連接交/直流轉換器30的交流輸入端，同樣地，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑。請配合參考圖1，各交替式電池備援模組10是以其雙向電源轉換裝置11的第一電源埠A連接該負載匯流排63與電池供電匯流排62，而與該複數用戶端自動切換開關元件66的第一與第二電源輸入端Z1、Z2形成連接。該些交替式電池備援模組10的微控制器111連接該些用戶端自動切換開關元件66，以根據該些用戶端自動切換開關元件66的開關狀況判斷該電網供電單元20是否供電異常。

在一般情況下，每個用戶端自動切換開關元件66的電源輸出端Z3係連接該第一電源輸入端Z1，以使該電網供電單元20通過該負載匯流排63與用戶端自動切換開關元件66分別提供交流電源給每個交/直流轉換器30。當該電網供電單元20供電異常時，則每個用戶端自動切換開關元件66將其電源輸出端Z3係連接該第二電源輸入端Z2，且各交替式電池備援模組10的微控制器111可判斷出該電網供電單元20供電異常，使該些交替式電池備援模組10根據前述的第一或第二操作模式通過該電池供電匯流排62、負載匯流排63與用戶端自動切換開關元件66而提供備援電源給各交/直流轉換器30，藉此達到備援的功效。

10 交替式電池備援模組                 11 雙向電源轉換裝置 12 電池裝置                                    20 電網供電單元 21 發電機                                        22 電網自動切換開關元件 23 市電電網                                    30 交/直流轉換器 31 電子設備

Claims (13)

1. 一種交替式電池備援模組，供連接一電網供電單元與一交/直流轉換器的一整流單元的交流輸入端，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑，該交替式電池備援模組包含有：一電池裝置，用以提供一直流電；一雙向電源轉換裝置，包含有一第一電源埠與一第二電源埠，該第一電源埠供連接該交/直流轉換器的交流輸入端與該電網供電單元，該第二電源埠連接該電池裝置，該雙向電源轉換裝置係於每次檢知該電網供電單元供電異常時執行一第一操作模式或一第二操作模式，以控制該電池裝置的直流電通過該整流單元的第一或第二整流路徑；當該雙向電源轉換裝置判斷出該第一操作模式的累積執行次數達到M次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第二操作模式，而在判斷出該第二操作模式的累積執行次數達到N次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第一操作模式，其中M與N為正整數。
2. 如請求項1所述之交替式電池備援模組，其中M=N。
3. 如請求項1所述之交替式電池備援模組，其中M=N=1。
4. 如請求項1所述之交替式電池備援模組，其中M>1且N>1。
5. 如請求項1至4中任一項所述之交替式電池備援模組，該雙向電源轉換裝置包含有：一開關電路，包含一第一電子開關、一第二電子開關、一第三電子開關與一第四電子開關，該第一~第四電子開關分別具有一第一端、一第二端與一控制端；該第一電子開關的第一端、該第三電子開關的第一端與該電池裝置的一正極電性連接，該第二電子開關的第二端、該第四電子開關的第二端與該電池裝置的一負極電性連接，該第一電子開關的第二端連接該第二電子開關的第一 端，該第三電子開關的第二端連接該第四電子開關的第一端；該第一、第二電子開關的連接節點和該第三、第四電子開關的連接節點形成該第一電源埠，該第一電子開關的第一端與該第二電子開關的第二端形成該第二電源埠；一微控制器，連接該第一電源埠、該第二電源埠、該第一~第四電子開關的控制端、該電池裝置以及該電網供電單元，負責所述該電網供電單元是否供電異常的偵測以及該第一或第二操作模式的執行。
6. 如請求項5所述之交替式電池備援模組，其中：在該第一操作模式下，該微控制器控制該第一電子開關的責任週期為零，控制該第二電子開關的責任週期為1、控制該第三電子開關的責任週期為D3以及控制該第四電子開關的責任週期為1-D3，使該開關電路從該第一電源埠所輸出的電壓為D3×Vb，Vb為該電池裝置所提供的直流電；在該第二操作模式下，該微控制器控制該第一電子開關的責任週期為D1、控制該第二電子開關的責任週期為1-D1、控制該第三電子開關的責任週期D3為零以及控制該第四電子開關的責任週期D4為1，使該開關電路從該第一電源埠所輸出的電壓為D1×(-Vb)，Vb為該電池裝置所提供的直流電。
7. 如請求項6所述之交替式電池備援模組，當該微控制器判斷該電網供電單元穩定供電時，係從該第一電源埠偵測該電網供電單元所提供交流電源處於正半週或負半週；於該交流電源的正半週時，該微控制器係導通該第二與第三電子開關，以及控制該第一與第四電子開關為截止；於該交流電源的負半週時，該微控制器係導通該第一與第四電子開關，以及控制該第二與第三電子開關為截止。
8. 一種電池備援系統，供連接一電網供電單元與至少一交/直流轉換器的一整流單元的交流輸入端，該整流單元包含有一第一整流路徑與一第二整流路徑，該電池備援系統包含有： 至少一用戶端自動切換開關元件，包含有一第一電源輸入端、一第二電源輸入端與一電源輸出端，該第一電源輸入端連接該電網供電單元，該電源輸出端供連接該至少一交/直流轉換器的交流輸入端，當該電網供電單元供電異常時，該電源輸出端係切換連接到該第二電源輸入端；至少一交替式電池備援模組，包含有：一電池裝置，用以提供一直流電；一雙向電源轉換裝置，包含有一第一電源埠與一第二電源埠，該第一電源埠供連接該至少一用戶端自動切換開關元件的第一與第二電源輸入端，該第二電源埠連接該電池裝置，該雙向電源轉換裝置係於每次檢知該電網供電單元供電異常時執行一第一操作模式或一第二操作模式，以控制該電池裝置的直流電通過該整流單元的第一或第二整流路徑；當該雙向電源轉換裝置判斷出該第一操作模式的累積執行次數達到M次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第二操作模式，而在判斷出該第二操作模式的累積執行次數達到N次，則於再次檢知該電網供電單元供電異常時轉換為執行該第一操作模式，其中M與N為正整數。
9. 如請求項8所述之電池備援系統，該雙向電源轉換裝置包含有：一開關電路，包含一第一電子開關、一第二電子開關、一第三電子開關與一第四電子開關，該第一~第四電子開關分別具有一第一端、一第二端與一控制端；該第一電子開關的第一端、該第三電子開關的第一端與該電池裝置的一正極電性連接，該第二電子開關的第二端、該第四電子開關的第二端與該電池裝置的一負極電性連接，該第一電子開關的第二端連接該第二電子開關的第一端，該第三電子開關的第二端連接該第四電子開關的第一端；該第一、第二電子開關的連接節點和該第三、第四電子開關的連接節點形成該第一電源埠，該第一電子開關的第一端與該第二電子開關的第二端形成該第二電源埠； 一微控制器，連接該第一電源埠、該第二電源埠、該第一~第四電子開關的控制端、該電池裝置以及該電網供電單元，負責所述該電網供電單元是否供電異常的偵測以及該第一或第二操作模式的執行。
10. 如請求項9所述之電池備援系統，該至少一交替式電池備援模組的第一電源埠通過一交流匯流排與一電池供電匯流排分別連接該用戶端自動切換開關元件的第一與第二電源輸入端；該至少一用戶端自動切換開關元件的電源輸出端通過一負載匯流排連接該至少一交/直流轉換器的交流輸入端。
11. 如請求項9所述之電池備援系統，該至少一交替式電池備援模組的第一電源埠通過一負載匯流排與一電池供電匯流排分別連接該用戶端自動切換開關元件的第一與第二電源輸入端。
12. 如請求項9至11中任一項所述之電池備援系統，進一步包含一均流控制線路，該均流控制線路連接該些交替式電池備援模組，使該些交替式電池備援模組根據該均流控制線路產生的均流信號調整該第一~第四電子開關的責任週期。
13. 如請求項8所述之電池備援系統，進一步包含有：一輔助直流電供電單元，包含有一綠能裝置與一電源轉換裝置，該綠能裝置為由綠色能源產生電源的裝置，該電源轉換裝置的輸入端連接該綠能裝置的輸出端，該電源轉換裝置的輸出端連接該電池裝置；一第一自動切換開關元件，包含有一第一端、一第二端與一第三端，該第一端連接到該電網供電單元，該第二端連接該交/直流轉換器與該雙向電源轉換裝置的第一電源埠； 一第二自動切換開關元件，包含有一第一端、一第二端與一第三端，該第一端連接該輔助直流電供電單元的輸出端，該第二端連接該第一自動切換開關元件的第三端，該第三端連接該電池裝置；當該第二自動切換開關元件的第一端連接到其第三端，該輔助直流電供電單元通過該第二自動開關元件對該電池裝置充電；當該第二自動切換開關元件的第一端連接到其第二端，且該第一自動切換開關元件的第二端連接到其第三端，該輔助直流電供電單元通過該第一、第二自動開關元件與該雙向電源轉換裝置而對該電池裝置充電。