TWI662768B - 不斷電系統及其電池管理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種不斷電系統，其包括一電池管理電路與一控制電路。電池管理電路電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓。當該些電池串放電時，控制電路便透過電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。當判斷為是時，控制電路控制不斷電系統停止至少一電池串之放電，所停止放電之電池串中至少有一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。此外，一種對應的電池管理裝置亦被提供。

Description

不斷電系統及其電池管理裝置
本發明涉及電池管理之技術領域，特別是涉及一種不斷電系統及其電池管理裝置。
一般來說，不斷電系統(uninterruptible power supply，UPS)內部會採用多個電池串，並將這些電池串並聯使用。由於每一電池串中的每顆電池能提供例如是6V或12V的電壓，因此這樣的作法可以增加處於電池模式(battery mode)下之不斷電系統的放電時間。
然而，由於製程變異等因素，不斷電系統中的這些電池的特性(例如蓄電能力)並無法完全一致，因此這些電池在使用一段時間後，特性最差的電池在放電時往往容易放電到低於電池可允許的放電電壓(即所謂的放電終止電壓，其英文為end-of-discharge voltage，簡稱EOD voltage)，導致最先崩壞，進而讓同一電池串的電池都異常無法使用，甚至是影響到其他的電池串，因而讓受影響之電池的壽命下降不少。
本發明的目的在於提供一種不斷電系統，其可判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓，且當判斷為是時，此不斷電系統便停止至少一電池串之放電，所停止放電之電池串中至少有一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。
本發明的另一目的在於提供一種對應的電池管理裝置，其適於應用在不斷電系統中。
為達上述目的，本發明提供一種不斷電系統，用以提供交流電壓。此不斷電系統包括有一電池管理電路與一控制電路。電池管理電路電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓。至於控制電路，其電性耦接電池管理電路。當上述電池串放電時，控制電路便透過電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。當判斷為是時，控制電路便控制不斷電系統停止至少一電池串之放電，所停止放電之電池串中至少有一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。
為達上述目的，本發明另提供一種電池管理裝置，其包括有一電池管理電路與一控制電路。電池管理電路電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓。至於控制電路，其電性耦接電池管理電路。當上述電池串放電時，控制電路便透過電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。當判斷為是時，控制電路便輸出控制訊號。
為了讓上述目的、技術特徵以及實際實施後的增益性更為明顯易懂，於下文中將係以較佳的實施範例輔佐對應相關的圖式來進行更詳細的說明。
100、200、300、400‧‧‧不斷電系統
110‧‧‧充電電路
120、320‧‧‧電池串
120-1‧‧‧電池
130‧‧‧直流-交流轉換電路
140、340‧‧‧電池管理裝置
142‧‧‧電池管理電路
144、344‧‧‧控制電路
150‧‧‧記憶單元
160‧‧‧警示單元
320-2‧‧‧開關
CS、CS1~CSn‧‧‧控制訊號
圖1為依照本發明一實施例之不斷電系統。
圖2為依照本發明另一實施例之不斷電系統。
圖3為依照本發明又另一實施例之不斷電系統。
圖4為依照本發明又再一實施例之不斷電系統。
為更清楚了解本發明的特徵、內容與優點及其所能達成的功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例的表達形式詳細說明如下，而其中所使用的圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後的真實比例與精準配置，故不應就所附的圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。
本發明的優點、特徵以及達到的技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明或可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
圖1為依照本發明一實施例之不斷電系統。如圖1所示，此不斷電系統100用以提供交流電壓。不斷電系統100包括有充電電路110、至少一電池串120、直流-交流轉換電路130與電池管理裝置140。每一電池串120由多個電池120-1串接而成。此外，電池管理裝置140又包括有電池管理電路142與控制電路144。充電電路110電性耦接各電池串120，以對每一電池120-1充電。直流-交流轉換電路130亦電性耦接各電池串120，以將這些電池串120所提供的直流電壓轉換為交流電壓，進而將此交流電壓提供給負載(未繪示)。也就是說，這些電池串120可透過直流-交流轉換電路130來供應上述負載所需之電力。
電池管理電路142電性耦接每一電池120-1，用以量測每一電池120-1的電壓，也就是量測每一電池120-1的跨壓。至於控制電路144，其電性耦接電池管理電路142與直流-交流轉換電路130。當上述電池串120透過直流-交流轉換電路130對負載放電時，控制電路144便透過電池管理電路142取得每一電池120-1的電壓，據以計算每一電池120-1的放電電流，並判斷是否有任一電池120-1的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。在一實施例中，控制電路144紀錄有上述電池於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓，以便進行查找，下述表1即為其中一種紀錄方式：
承上述，當上述的判斷結果為是時，控制電路144便輸出控制訊號CS來關閉(disable)直流-交流轉換電路130，以便使所有電池120-1停止放電。如此一來，便可避免有任何一個電池120-1因過度放電而導致崩壞，進而達到保護這些電池120-1並延長這些電池120-1的壽命的目的。
另外，在其中一設計方式中，控制電路144係依據上述負載之消耗功率、直流-交流轉換電路130之轉換效率、上述電池120-1的總數與所取得之電壓來計算每一電池120-1的放電電流。每一電池120-1的放電電流可依序以下列式1至式3來進行計算：
承上述，假設上述負載的消耗功率為500W，直流-交流轉換電路130的轉換效率為0.8，且不斷電系統100中僅採用了四個電池120-1，那麼當其中一個電池120-1被量測到的電壓為12V時，則這個電池120-1的放電電流為13A。因此，控制電路144可以自上述表1中去查找這個放電電流的大小所對應的放電終止電壓，進而判斷這個電池120-1目前的電壓是否已下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。
另外，在一實施例中，電池管理電路142還可對該些電池120-1執行電壓平衡操作(voltage balancing)。而當充電電路110對各電池串120充電時，控制電路144亦可透過電池管理電路142取得每一電池120-1的電壓，並判斷是否有任一電池120-1的電壓上升至過充臨界電壓，此過充臨界電壓即電池120-1可允許的最大充電電壓。每當判斷為是時，控制電路144便控制充電電路110暫停對這些電池串120充電，直到電池管理電路142將各電池120-1的電壓重新平衡後，才又控制充電電路110繼續對這些電池串120充電。
圖2為依照本發明另一實施例之不斷電系統。相較於圖1所示之不斷電系統100，圖2所示之不斷電系統200更包括有記憶單元150與警示單元160。記憶單元150電性耦接控制電路144，並用以紀錄上述電池120-1於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓。如此，控制電路144便不需再紀錄這些資訊，而只需對記憶單元150存取這些資訊即可。另外，在配置有警示單元160的情況下，控制電路144更可計算每一電池串120中之該些電池120-1的平均電壓。當有任一電池120-1的電壓與 其對應之平均電壓的壓差達一預設值時，控制電路144便可控制警示單元160發出警示訊號。當然，記憶單元150與警示單元160皆可視實際的設計需求來決定是否採用。
圖3為依照本發明又另一實施例之不斷電系統。相較於圖1所示之不斷電系統100，在圖3所示之不斷電系統300中，每一電池串320中更串接一開關320-2。每一開關320-2可串接於其所屬電池串320中的任意位置，例如是串接於電池串320的其中一端，或是串接於電池串320中之任二電池120-1之間。此外，控制電路344用以輸出控制訊號CS1~CSn，其中n為自然數。當控制電路344判斷有任一電池120-1的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓時，控制電路344便輸出控制訊號來關閉(turned off)該電池120-1所屬之電池串320中的開關320-2。舉例來說，控制電路344可以輸出控制訊號CS1來關閉對應的開關320-2，或是輸出控制訊號CS1與CS3來關閉對應的二個開關320-2。如此，便可使有問題的電池串停止放電，並使其脫離其他電池串。當然，在所停止放電的每一電池串中，都會有至少一電池120-1的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。
圖4為依照本發明又再一實施例之不斷電系統。相較於圖3所示之不斷電系統300，圖4所示之不斷電系統400更包括有記憶單元150與警示單元160。當然，記憶單元150與警示單元160皆可視實際的設計需求來決定是否採用。
在上述各實施例中，每一電池120-1包括是以一鉛酸電池來實現，然此並非用以限制本發明。值得一提的是，儘管在前述各實施例中，所有 電池串120皆配置在不斷電系統之機箱的內部，然此並非用以限制本發明，本領域之通常知識者應知，所有電池串120亦可皆採用外接的方式而配置在機箱的外部，或是將部分電池串120配置在機箱的內部，而其他電池串120則配置在機箱的外部。
而根據上述各實施例之教示，本領域之通常知識者可了解在本發明之不斷電系統中，當控制電路判斷有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓時，控制電路便控制不斷電系統停止至少一電池串之放電，所停止放電之電池串中至少有一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。
此外，根據上述各實施例之教示，本領域之通常知識者亦可了解本發明亦同時提供一種對應的電池管理裝置，其適於應用在不斷電系統中。所述之電池管理裝置包括有一電池管理電路與一控制電路。電池管理電路電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓。至於控制電路，其電性耦接電池管理電路。當上述電池串放電時，控制電路便透過電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。當判斷為是時，控制電路便輸出控制訊號。據此，控制電路的後端電路便可依據此控制訊號執行一對應的電池保護操作。舉例來說，直流-交流轉換電路便可依據此控制訊號而關機或休眠，進而讓所有電池停止放電。或者，有問題之電池串中的開關可依據此控制訊號而關閉，進而讓該電池串停止放電。
綜上所述，本發明之不斷電系統及其電池管理裝置由於在電池串放電 時，控制電路便透過電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓。當判斷為是時，控制電路便透過一些控制手段來使發生問題的電池串停止放電，進而達到保護這些電池並延長這些電池的壽命的目的。
以上所述的實施例僅係為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝的人士能夠瞭解本創作的內容並據以實施，當不能以之限定本發明的專利範圍，即凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的專利範圍內。

Claims (20)

  1. 一種不斷電系統，用以提供一交流電壓，其包括：一電池管理電路，電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓；以及一控制電路，電性耦接該電池管理電路，當該些電池串放電時，該控制電路透過該電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的一放電終止電壓，當判斷為是時，該控制電路便控制該不斷電系統停止至少一電池串之放電，所停止放電之電池串中至少有一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其更包括一直流-交流轉換電路，該直流-交流轉換電路電性耦接該些電池串，且當該控制電路判斷有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的放電終止電壓時，該控制電路便輸出一控制訊號來關閉該直流-交流轉換電路，以停止所有電池串之放電。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之不斷電系統，其中該直流-交流轉換電路用以提供該交流電壓至一負載，且該控制電路係依據該負載之消耗功率、該直流-交流轉換電路之轉換效率、該些電池的總數與所取得之該些電壓來計算每一電池的放電電流。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中該電池管理電路更包括對該些電池執行一電壓平衡操作。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之不斷電系統，其更包括一充電電路，且當該充電電路對該些電池串充電時，該控制電路便透過該電池管理電路取得每一電池的電壓，並判斷是否有任一電池的電壓上升至一過充臨界電壓，每當判斷為是時，該控制電路便控制該充電電路暫停對該些電池串充電。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其更包括一警示單元，該警示單元電性耦接該控制電路，其中該控制電路更計算每一電池串中之該些電池的平均電壓，且當有任一電池的電壓與其對應之平均電壓的壓差達一預設值時，該控制電路便控制該警示單元發出一警示訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中每一電池串中更串接一開關，且當該控制電路判斷有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓時，該控制電路便輸出一控制訊號來關閉該電池所屬之電池串中的開關。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之不斷電系統，其中每一電池包括是一鉛酸電池。
  9. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7或8項所述之不斷電系統，其中該控制電路紀錄有該些電池於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓。
  10. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7或8項所述之不斷電系統，其中該不斷電系統更包括一記憶單元，該記憶單元電性耦接該控制電路，並用以紀錄該些電池於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓。
  11. 一種電池管理裝置，其包括：一電池管理電路，電性耦接至少一電池串中之每一電池，用以量測每一電池的電壓；以及一控制電路，電性耦接該電池管理電路，當該些電池串放電時，該控制電路透過該電池管理電路取得每一電池的電壓，據以計算每一電池的放電電流，並判斷是否有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應的一放電終止電壓，當判斷為是時，該控制電路便輸出一控制訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理裝置，其中該控制訊號用以關閉一直流-交流轉換電路，該直流-交流轉換電路係電性耦接該些電池串。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電池管理裝置，其中該些電池串用以透過該直流-交流轉換電路來供應一負載所需之電力，且該控制電路係依據該負載之消耗功率、該直流-交流轉換電路之轉換效率、該些電池的總數與所取得之該些電壓來計算每一電池的放電電流。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理裝置，其中該電池管理電路更包括對該些電池執行一電壓平衡操作。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電池管理裝置，其中當一充電電路對該些電池串充電時，該控制電路便透過該電池管理電路取得每一電池的電壓，並判斷是否有任一電池的電壓上升至一過充臨界電壓，每當判斷為是時，該控制電路便控制該充電電路暫停對該些電池串充電。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理裝置，其中該控制電路更計算每一電池串中之該些電池的平均電壓，且當有任一電池的電壓與其對應之平均電壓的壓差達一預設值時，該控制電路便控制一警示單元發出一警示訊號。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理裝置，其中每一電池串中更串接一開關，且當該控制電路判斷有任一電池的電壓下降至其放電電流所對應之放電終止電壓時，該控制電路便輸出該控制訊號來關閉該電池所屬之電池串中的開關。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理裝置，其中每一電池包括是一鉛酸電池。
  19. 如申請專利範圍第11、12、13、14、15、16、17或18項所述之電池管理裝置，其中該控制電路紀錄有該些電池於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓。
  20. 如申請專利範圍第11、12、13、14、15、16、17或18項所述之電池管理裝置，其中該控制電路更電性耦接一記憶單元，該記憶單元用以紀錄該些電池於不同放電電流下所對應的多個放電終止電壓。
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