專利名稱：在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統的制作方法
技術領域：
本發明系有關一種在線互動式(Line-Interactive)直流轉直流長效型備援電力系統，尤指一種能外接多種不同種類的直流電源，可對外接元件供電與對蓄電池進行充放電控制管理，以提高蓄電池使用效率與壽命及控制并保護蓄電池，并可增加備援電力系統使用時間，進而維持電子設備運作機制的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統。
背景技術：
由于許多電子設備都采用直流電源為其驅動電子元件的電力來源，但目前傳統電力備援系統大部分是采用交流電源轉換為直流電源，然后再由直流電源轉換成交流電源， 最后再透過設備端的變壓器，再將交流電源轉換為直流電源，以對電子設備提供運作的電力。舉例說明，假設第一次交流電源轉換直流電源的電力效率約剩85 90%，第二次直流電源轉換成交流電源的電力效率約剩80 90%，最后第三次交流電源轉換直流電源的電力效率約剩85 90%，故后端電子設備實際得到的電源約為最初電源的57. 8% (85% *85% *85%= 57. 8% )。另外，傳統電力備援系統，若非大系統設備或專屬特殊應用設計，大都無法提供較有效的電源管理機制，無法針對蓄電池與設備的使用狀況，進行各別有效的充電或放電或負載運作的控制管理，造成蓄電池的循環使用的壽命因此降低、或因蓄電池長時間處于過低電壓狀態下造成永久損壞，間接提高使用者的使用成本負擔。
發明內容因此，為了解決上述問題，本發明的目的之一，是在提供一種直流電源轉直流電源的在線互動式(Line-Interactive)直流轉直流長效型備援電力系統，可直接采用直流電源作為電力來源。本發明的目的之一，是在提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統， 可遠端遙控管理，并采用多種電力來源及分散式系統進行充放電的備援電力系統。本發明的目的之一，是在提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統， 可直接對電子設備提供直流電源，并減少不必要的多次交流或直流轉換的電能耗損。本發明的目的之一，是在提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統， 可透過綠色能源所提供的直流電源，來進行備援電力的充電并持續對直流電子設備提供長效電力。本發明的目的之一是在提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，可透過微控制器對多種不同類別的輸入電源進行電力檢測、電壓判斷及切換控制等運作機制，達到對備援電力多元輸入以充電、以及穩定充放電的效益，并延長電子設備使用時間與增加備援電力系統的蓄電容量，進而穩定提供電源及有效應用輸入電源。本發明的目的之一，是在提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，透過微控制器進行蓄電池電壓與外接元件負載電流判斷，以對蓄電池進行不同電壓充電、 對蓄電池不進行充電、對蓄電池的電壓高低判斷以決定充電優先排序、充電截止電壓保護、 過低壓停止充電保護及放電截止電壓保護、最低終止放電電壓保護等運作模式，以提高蓄電池使用效率與對蓄電池運作的保護。本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，搭配電壓判斷、放電截止電壓保護與最低終止放電電壓保護等運作模式，以增加蓄電池使用壽命與對蓄電池運作保護本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，透過獨立電源轉換、獨立充電、及并聯方式整合放電機制，可依使用需求搭配至少一蓄電池，發揮系統規劃效益，以節省能源成本。本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，可依據不同蓄電池的放電與充電特性，以判斷不同種類蓄電池，再進行充放電模式控制切換，達到對不同充電模式的蓄電池最佳充電方法與效益。本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，可同時接收多種以不同端口形式的直流電源輸入，當做其一備援輸入電源，以對蓄電池充電或外接元件端供電。本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，可利用接收多種以不同端口形式的直流電源輸入，當做不同系統設備間的互相備援輸入電源， 以對蓄電池充電或外接元件供電。本發明的目的之一，是在提供在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，可提供安全長效備援電力系統，透過防爆耐高低溫蓄電池技術以及未來蓄電池的耐高低溫、高容量、及高循環電池壽命特性，并結合綠色能源便利的直流電源系統的架設特性，可供應給電子設備具安全且長效的備援電力系統。本發明的一實施例提供一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，包含至少一電源轉換器、復數個充放電轉換控制器、至少一外接元件轉換控制單元、至少一電力來源切換控制單元、以及一微控制器。電源轉換器將至少一輸入直流電源進行轉換，以輸出至少一轉換直流電壓；充放電轉換控制器，耦接至電源轉換器，依據一第一蓄電池的規格，決定是否對轉換直流電壓進行升壓或降壓，并控制轉換直流電壓對第一蓄電池進行充電；夕卜接元件轉換控制單元，耦接至電源轉換器，依據一外接元件的規格，決定是否對轉換直流電壓進行升壓或降壓，并控制轉換電壓對外接元件進行供電；電力來源切換控制單元，耦接至電源轉換器，以切換電源轉換器的該輸入電源的來源，并選擇對外接元件轉換控制單元、夕卜接元件、充放電轉換控制器、以及蓄電池提供直流電源；微控制器，檢測在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統的狀態，并控制輸入直流電源的來源與一優先順序，以進行輸入直流電源切換與電壓轉換；微控器控制充放電轉換控制器，以調整第一蓄電池對外接元件轉換控制單元的一供電機制。其中，供電機制為微控制器檢測電源轉換器及電力來源切換控制單元的狀態，并對外接元件、第一蓄電池進行充放電與啟動/中斷電力的控制。
圖1系本發明直流轉直流長效型備援電力系統一實施例的示意圖。[0019]圖2A系本發明一實施例的鉛酸蓄電池于室溫下進行放電的運作模式。圖2B系本發明一實施例的鋰類蓄電池于室溫下進行放電的運作模式。
圖3系本發明直流轉直流長效型備援電力系統一實施例的示意圖。主要元件符號說明100、300 直流轉直流長效型備援電力系統101、102電源轉換器103、104、105充放電轉換控制器20、21、22 外接元件106、107、108外接元件轉換控制單元109電力來源切換控制單元110微控制器10、11、12 蓄電池201、202、203 虛框51遠端控制端口61溫度檢測單元IVl直流電源IV2以太網絡供直流電源OVU 0V2 轉換直流電壓
具體實施方式
請參閱圖1，圖1系本發明在線互動式(Line-Interactive)直流轉直流長效型備援電力系統100 —實施例的示意圖。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100包含電源轉換器101與102、充放電轉換控制器103、104、以及105、外接元件轉換控制單元106、 107、以及108、一電力來源切換控制單元109、以及一微控制器110。其中，充放電轉換控制器103、104、以及105分別耦接至蓄電池10、11、以及12 ；外接元件轉換控制單元106、107、 以及108分別與外接元件20、21、以及22耦接。在此請注意，外接元件20 22可為現有或未來發展使用直流電源的電子設備，本發明不應以為限，且蓄電池與外接元件的數目可視使用者需求自行增減。110透過在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100，使用者可依據現地環境所能取得的直流電源IV1、或/及互以太網絡供直流電源(Power over Ethernet, POE) IV2,以作為至少一輸入直流電源的來源。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100利用各自獨立的充放電轉換控制器103 105的設計，透過微控制器110進行多樣的檢測、判斷、及選擇性的充電與放電機制，可依據至少一輸入直流電源轉換電力狀況，對外接元件20 22與蓄電池10 12，進行多種模式充電與放電管理與控制，并對蓄電池10 12進行充放電保護，使蓄電池10 12的使用壽命與充放電效率大幅提升，亦可使在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統 100具有危機管理與防災應變的能力。另外，由于蓄電池10 12可為多種不同規格或相同規格的電池所實現，故使用者可依電子設備使用電力特性需求，采用不同種類或相同種類的蓄電池，而得到其蓄電電壓及放電特性，換言之，蓄電池10 12不需同一種規格，再透過使用者自行調整微控制器110 或由微控制器110透過充放電轉換控制器103 105檢測蓄電池10 12的特性，以調整其所使用的充電模式與充電電路切換方向，讓蓄電池10 12得到最佳充電模式與最佳充電保護方式，達到不同充電電壓及電流的充放電高效益。在本實施例中，電源轉換器101與102分別耦接輸入直流電源，依據輸入直流電源進行轉換以輸出轉換直流電壓OVl與0V2。其中，輸入直流電源可為一般直流電源IVl所實現，透過電源轉換器101轉換出轉換直流電壓OVl另外，輸入直流電源可為一以太網絡供直流電源IV2所實現，透過電源轉換器102轉換出轉換直流電壓0V2。 因電源轉換器101與102所搭配的輸入電源模式與電壓高低有所不同，故所產生的直流電源的電壓與電流會有差異，故在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100可透過微控制器110對電壓特性、電流特性、波形、頻率及其他電源特性至少其一，進行檢測判斷。又電力來源切換控制單元109分別耦接至電源轉換器101、102與微控制器110，故透過微控制器110控制電力來源切換控制單元109進行電力切換，使在線互動式電源控制系統在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統得以將轉換后的轉換直流電壓OVl與0V2、 進行切換的程序。另外，電源轉換器101與102的電力來源可為同一種直流電源，但本發明不應以此為限，亦可為多種直流電源同時輸入。再者，如轉換直流電壓OVl的電壓為17. 8V 18. 2V, 而透過太陽能電池的直流電源IVl轉換成轉換直流電壓OVl后的電壓為18V，但在實際運作時，會因太陽能電池隨日照強度隨時不同的變化狀況，故電壓雖不穩定但仍在額定電壓范圍內，但具有頻繁的高低電壓起伏特性，例如直流電壓OVl的電壓為15. 5V 18. 5V ；透過以太網絡供電端口所輸入的直流電源轉換直流電壓0V2后的電壓為18V，因屬備援電力來源，但實際電壓范圍約為17V 17. 8V，但卻是相對于太陽能電池直流電壓穩定許多，因此微處理器110可透過上述的特性檢測判斷電力來源。在此請注意，針對不同輸入直流電源，于本實施例中為直流電源IV1、以太網絡供直流電源IV2，其電源轉換器101與102可分別具有至少一升壓、或/且至少一降壓的轉換電壓電路(圖未示)，以提供升壓或降壓的需求。在本實施例中，以太網絡供直流電源IV2可透過一以太網絡電源端口進行供電， 亦可反方向的由直流電壓0V2直接供電至其他以太網絡電源端口或以太網絡電源外接單元，舉例說明，當直流電源IVl無法供電時，可透過以太網絡供直流電源IV2將轉換直流電壓0V2供電給在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100 ；以太網絡供直流電源IV2 無法進行供電時，可透過直流電源IVl所轉換的轉換直流電壓0V1，透過微控制器110利用電力來源切換控制單元109將轉換直流電壓OVl轉換成轉換直流電壓0V2供應給電源轉換器102，再由電源轉換器102將轉換直流電壓0V2透過以太網絡供直流電源IV2的路徑，供電至其他以太網絡電源端口或以太網絡電源外接單元。透過以太網絡進行電力傳輸，可分為兩類端口，其一為供電端端口，其二為受電端端口 ；本實施例中，以太網絡供直流電源IV2，相當于一以太網絡受電端端口，可透過外部一以太網絡電源供電端端口接入電源；本實施例中，另一以太網絡電源端口則扮演供電端端口，依據電力來源切換控制單元109及電源轉換控制器102，轉換出電力輸出，為以太網絡供電端端口。[0048]在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的外接元件20 22，在本實施例中，分別耦接于外接元件轉換控制單元106 108，并由外接元件轉換控制單元106 108 所控制，包括電壓、電流、負載保護、開啟/中斷開關等，故，外接元件轉換控制單元106 108依據微控制器110的檢測結果，以決定外接元件20 22的供電開啟/中斷。在此請注意，外接元件轉換控制單元106 108為各自獨立，可避免任一外接元件 20、或21或22故障或短路狀況發生時，產生對其他外接元件的正常運作。外接元件轉換控制單元106 108分別耦接至電源轉換器101及102，將轉換后的直流電壓0V1、或0V2或蓄電池10、或/及12所提供的電力，對外接元件20 22進行供電，使外接 元件轉換控制單元106 108得以控制外接元件20 22。換言之，在外接的輸入直流電源處于未斷電狀態時，外接元件轉換控制單元 106 108，可接收轉換后的轉換直流電壓OVl或0V2所提供的直流電源，并且依據微控制器110內建軟件程序的設定或使用者的操作，透過外接元件轉換控制單元106、107、以及 108來控制外接元件20 22的供電。相對應地，在輸入的、直流電源IV1、以太網絡供直流電源IV2若處于中斷供電狀態時，則自動改由蓄電池20、或/及21、或/及22進行單獨供電或并聯共享方式供電，以確保外接元件轉換控制單元106 108能夠有足夠的電力提供給外接元件20 22，并加以控制。另外，當輸入的直流電源IVl處于中斷供電狀態時，由以太網絡供直流電源IV3進行供電。若輸入的直流電源IVl所供應電流無法同時負荷外接元件20 22及蓄電池10 12的充電需求，微控制器110將啟動維護運作保護程序，中斷對蓄電池10 12進行充電， 如此一來，電力可保留給外接元件轉換控制單元106并對外接元件20 22提供電力，待直流電源IVl恢復供電時，再繼續對蓄電池10 12進行充電。當輸入的直流電源IVl處于中斷供電狀態時，其輸入電源系由以太網絡供直流電源IV2為主要輸入直流電源，換言之，直流電源IVl或以太網絡供直流電源IV2為備援輸入的直流電源。當輸入直流電源IVl所供應電流無法同時應付外接元件20 22及蓄電池 10 12的充電需求，微控制器110將啟動維護運作保護程序，將輸入直流電源由直流電源 IVl切換為以太網絡供直流電源IV2方式運作，若仍無法同時應付外接元件20 22及蓄電池10 12的充電需求，微控制器110將再次啟動維護運作保護程序，中斷對蓄電池10 12進行充電，只將電力提供給外接元件轉換控制單元106 108，使外接元件轉換控制單元 106 108能對外接元件20 22進行供電，待直流電源IVl供電時，再恢復對蓄電池10 12進行充電。舉例說明，透過架設太陽能系統與以太網絡供電所形成的互相備援電力系統，當連續陰雨天時間超過太陽能供電系統所設計的供電容量時間，若無切換至以太網絡互相備援的供電系統，在連續白天陰雨情況下因無電源或電壓過低造成無法運作；若切換到以太網絡互相備援供電系統，便可解決這類特殊天候及特殊緊急狀況下的供電問題。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的蓄電池10 12，在本實施例中，分別由充放電轉換控制器41c、42c、43c所控制，針對蓄電池Bi、B2、以及B3的充電電壓、充電電流、放電電壓、放電電流、充電截止電壓、放電截止電壓保護及最低終止放電電壓保護等相關保護機制，依據微控制器110內建軟件程序的運作指令，采取應有的應對的程序。相對應地，各自獨立的充放電轉換控制器106 108，系依據微控制器110內建的軟件程序，以對蓄電池10 12進行不同電壓充電、充電排除、高低壓充電優先排序、過低壓停止充電保護及最低終止放電電壓保護等運作模式，以提高蓄電池使用效率與對蓄電池運作的保護。充放電轉換控制器106 108，系采取獨立充放電控制系統模式并分別耦接于蓄電池10 12，由于充放電轉換控制器106 108之間存在獨立充電與獨立放電或并聯方式共同放電特性，不會因蓄電池10 12規格不同或特性差異造成故障或短路，使充放電轉換控制器106 108故障，故可以達到蓄電池10 12的保護與增加充放電效益。
在此請注意，由于放電截止電壓保護與最低終止放電電壓保護的運作，其運作時機為蓄電池10 12都因并聯方向式放電，并滿足微控制器110所設定的放電截止電壓值， 此時微控制器110將自動控制外接元件轉換控制單元106 108，使外接元件轉換控制單元 106 108分別控制對外接元件20 22中斷供電，但蓄電池10 12仍對微控制器110持續供電。當蓄電池10 12并聯方向式持續供電給微控制器110，在所有并聯的蓄電10 12的電池電壓降到微控制器110所設定的最低終止放電電壓值，微控制器110將自動關閉在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的所有運作，以保護蓄電池10 12因電壓過低但仍持續放電所產生的永久損害的狀況發生。微控制器110分別耦接至電源轉換器101、102與充放電轉換控制器103 105以及外接元件轉換控制單元106 108。微控制器110可檢測在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的狀態，以控制充放電轉換控制器103 105，調整轉換后的轉換直流電壓OVl與0V2，或檢測/控制蓄電池10 12，以對外接元件轉換控制單元106 108其中
之一進行供電。在此請注意，本發明的蓄電池10 12系可為鉛酸蓄電池、鋰類蓄電池、以及鎳鎘蓄電池等，但本發明不應以此為限，亦可由未來所發展的各種蓄電池所實現。故充放電轉換控制器103、104、以及105可經由微控制器110檢測蓄電池10 12在室溫時進行放電的特性、或/及高低溫下進行放電的特性、或/及室溫下進行充電的特性、或/及高低溫下進行充電的特性、或/及其他不同規格蓄電池的特性，以判斷蓄電池 10 12種類，并透過充放電轉換控制器103、104、以及105調整對蓄電池10 12的充電模式(例如脈沖方式進行充電或線性方式進行充電)、充電電壓、充電電流、充電方法、充電速度、充電時間...等。須注意者，不同種類的蓄電池需要有不同的充電模式，本發明即可針對不同蓄電池作出相對應的充電控制。一實施例中，假設蓄電池10可為12V的鉛酸蓄電池，蓄電池11 可為12V鋰類蓄電池，請同時參閱圖2A與圖2B，圖2A顯示鉛酸蓄電池于室溫下進行放電的運作模式，圖2B顯示鋰類蓄電池于室溫下進行放電的運作模式，其中，橫座標顯示負載運作時間(T)，縱座標顯示負載電壓(V)。由于鉛酸電池于放電時，其負載電壓的電壓值下降非常平均現象，故于鉛酸電池放電末期(此時蓄電量約剩5 10%電量時)前，電壓值下降速度與負載使用時間，呈現相同對等比例的下降幅度(如虛框201所示)；而鋰類電池則在放電初期時，負載電壓的電壓值下降非常緩慢現象(如虛框202所示)，但于負載放電末期(此時蓄電量約剩5 10% 電量時)，電壓值卻下降速度非常快(如虛框203所示)，故鋰類電池的放電末期與初期的電壓值下降速度差異相當大，電壓下降速度可達約10倍以上。[0063]另外，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100包含溫度檢測單元61，在本實施例中，溫度檢測單元61分別針對蓄電池10 12的放置空間，及在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的主機板上方空間或其他會產生熱能的元件，以進行溫度檢測。當溫度檢測單元61所取得的溫度資料傳輸至微控制器110，此時由微控制器110內建的軟件程序進行判斷，若溫度過高時，微控制器110決定中斷充放電轉換控制器103、104、 以及105對蓄電池10 12充電或放電、或中斷外接元件轉換控制單元106 108對外接元件20 22的供電控制…等程序；當溫度降低至在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100所定義可安全運作溫度時，再恢復進行在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100應有的設備功能運作。如此一來，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100 透過微控制器110的溫度檢測管理控制，能有效的保護本身電源控制系統的正常運作，進一步保護蓄電池在特殊環境使用及外接元件的供電運作。故微控制器110可將所測得的溫度資訊，依據蓄電池10 12在室溫時進行放電的特性、或/及高低溫下進行放電的特性、或/及室溫下進行充電的特性、或/及高低溫下進行充電的特性，例如對蓄電池10與11預先進行短時間充放電檢測后，決定充放電轉換控制器103與104的對蓄電池10與11的充電模式(例如脈沖方式進行充電或線性方式進行充電)。在未斷電狀態時，電源轉換器101、或/及102將輸入電源的直流電源IV1、或/ 及以太網絡供直流電源IV3轉換成轉換直流電壓0V1、或0V2，以對外接元件轉換控制單元 106 108進行電力提供，蓄電池10 12則透過充放電轉換控制器103 105進行充電。請回復參閱圖1，充放電轉換控制器103、104、以及105，依據微控制器110的內建軟件程序，對蓄電池10、11、以及12進行相關模式的充電運作，以進行對蓄電池的不同電壓充電、蓄電池充電排除、蓄電池的蓄電量高低決定充電優先順序、蓄電池充電截止電壓保護、蓄電池因電壓過低而停止充電保護。舉例說明，例如蓄電池充電排除為蓄電池10的負載電壓為12. 9V，超過預設的截止充電負載電壓值，故此蓄電池Bl時屬飽滿狀態，排除蓄電池10進行充電；若蓄電池12的負載電壓為6. 8V，低于預設的故障蓄電池負載電壓值，蓄電池12屬故障狀態，排除蓄電池12進行充電。另外，于一實施例中，先對蓄電量較低的蓄電池進行充電，蓄電池10與11先進行蓄電量比較，若蓄電池11相對于蓄電池10為處于低電壓狀態，則蓄電池11優先進行充電。 舉例說明，當停電狀態終止(市電恢復供電)，蓄電池12此時的負載電壓為10. 6V，在蓄電池10、11、以及12其電壓為最低，為避免蓄電池12因電壓過低造成永久損壞，微控制器110 系控制充放電轉換控制器105，優先對蓄電池12進行充電，待其蓄電池12的負載電壓回復至充電截止電壓后，再進行第二次蓄電池10、11、以及12的負載電壓比較，以決定新的充電順序。如此一來，上述的方法皆可提高蓄電池使用效率與對蓄電池10、11、以及12運作的保護。 在斷電狀態時，蓄電池10、11、以及12則透過充放電轉換控制器103、104、以及105 進行蓄電池單獨或并聯方向式放電，輸出轉換直流電壓OVl 0V2對外接元件轉換控制單元106、107、以及108進行供電。充放電轉換控制器103、104、以及105，依據微控制器110的軟件程序，對蓄電池10、11、以及12進行相關模式的放電保護，包括放電截止電壓保護、最低終止放電電壓保護、終止對外接元件20 22放電…等。其中，微控制器110的放電保護包含放電截止電壓保護與最低終止放電電壓保護，舉例說明，當使用者預設的放電截止電壓保護的電壓為
11.5V，最低終止放電的電壓為11V，若蓄電池12的負載電壓為11. 4V，已低于截止保護電壓，但尚未達最低終止放電的電壓11V，因此不再對外接元件20 22進行供電；若蓄電池 12的負載電壓為10. 9V，已低于最低終止放電的電壓，故此時蓄電池12系被設定為不再放電，避免蓄電池12因電壓過低永久損壞。在此請注意，在斷電狀態時，蓄電池10、11、以及12采取并聯共同放電運作模式， 透過在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的獨特運作放電模式，可延長在停電狀態下在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的供電時間，延長備援電力供電時間。—般而言，電源轉換器101、102與電力來源切換控制單元109分別依據微控制器 110的訊號，調整轉換直流電壓OVl 0V3與選擇輸入直流電源IVl IV2，以提供穩定及符合外接元件轉換控制單元106 108與充放電轉換控制器103 105的電壓與電流，使外接元件20 22及蓄電池10 12獲得最佳負載電壓、充電電壓與充電電流。但因為電路損耗、或供電電壓不穩、或突發大電流負載發生等特殊狀況下，造成在供給給充放電轉換控制器103或/及104、或/及105的電壓過低或不穩，導致充電電壓低于蓄電池10、或/ 及、11、或/及12，或充電電壓不穩定情形發生，則在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100會關閉充放電轉換控制器103、或/及、104、或/及105。換言之，此狀況下微控制器110可控制充放電轉換控制器103 105不進行充電，以避免因突發電流過大或電壓不穩或電壓過低，造成蓄電池過熱而損壞的情況。因此，本發明具有危機管理與防災應變的能力。當電源轉換器101與102都無法提供轉換直流電壓OVl 0V2時，蓄電池10、或/ 及、11或/及12會透過充放電轉換控制器103 105自動供電給微控制器110，微控制器 110依據檢測判斷蓄電池10 12電壓狀況，先采取放電截止電壓保護與最低終止放電電壓保護機制的程序，再依據處于可使用狀態下的蓄電池數量，決定對外接元件轉換控制單元 106、107、以及108進行單獨或并聯方式對外接元件轉換控制單元106 108進行供電，如此可確保外接元件20 22的正常運作，直到所有蓄電池都放電至截止電壓保護的電壓值， 此時微控制器110與外接元件20 22將自動失去電力而無法運作，如此一來，可維持在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的最長運作時間，同時避免蓄電池10 12在失去充電電源時，因高低電壓差而互相充放電特性產生，導致蓄電池10 12因化學作用而產生熱能引起電池永久損壞或爆炸等風險。在此請注意，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的電路設計采用各自獨立模組充電，在未斷電狀態時并聯方式放電，在斷電狀態時可各自獨立模組來控制放電，或可單獨或并聯方式整合放電，以對外接元件轉換控制單元106、107、以及108進行供電，確保外接元件20 22的正常運作。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的遠端控制端口 51，在本實施例中，除了透過一般的RS-232或RS-485的規格來進行遠端控制，同時透過以太網絡供直流電源的RJ-45端口進行遠距離網絡連結，達到遠端遙控目的。除此之外，電源系統管理者或使用者，可透過電腦執行遠端控制，舉凡微控制器110所檢測、判斷、控制、執行的狀況，皆可由遠端控制端口 51所取得資料，并由使用者于遠端控制器51遙控在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的運作。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的電力來源切換控制單元109， 在本實施例中，電力來源切換控制單元109、電源轉換器101、102、外接元件轉換控制單元 106 108、及充放電轉換控制器103 105耦接，分別由電力來源切換控制單元109對輸入電源(直流電源IV1、及以太網絡供直流電源IV2至少其一)進行轉換，再透過微控制器 110對輸入電壓、輸入電流、轉換電壓、負載電流、波形、頻率及其他電源特性至少其一，進行至少一種檢測與判斷，以決定輸入電源所轉換出的轉換直流電壓0V1、或0V2進入在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100透過微控制器110對蓄電池 10 12的充電電壓、充電電流、負載電壓、負載電流、放電電壓、放電電流、波形、頻率及其他蓄電池特性至少其一，進行至少一種檢測判斷，以決定對蓄電池10 12采取微控制器 110所設定的不同充電模式，包括脈沖方式進行充電、線性方式進行充電、不同電壓值充電、 不同電流充電及不同充放電截止電壓值等管理控制，因在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100采用獨立充放電轉換控制器103、104、以及105充放電轉換控制器設計，所以可同時對至少一種或一種以上的不同類型的蓄電池10 12進行充放電模式切換。在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100的微控制器110，在本實施例中， 負責所有檢測、判斷、控制、執行、管理、回應等程序，并透過內建所設計的軟件程序，對電源轉換器101 102、外接元件轉換控制單元106 108、充放電轉換控制器103 105、以及電力來源切換控制單元109，進行檢測、執行、管理、控制，其詳細運作說明已于上文論述，在此不再另行贅述。在此請注意，本發明一實施例的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100， 所揭示的是獨特軟硬體運作設計與特殊保護電路模式及各種實務應用所遇到問題，提出可行的解決方法，對于各種耦接的電源轉換器、外接元件轉換控制單元、外接元件、充放電轉換控制器、蓄電池、電源轉換切換控制單元、充電模式切換控制單元、溫度檢測元件、遠端控制端口等，并沒有限制僅可為單一數目，設計者與使用者可依實務使用需要，增減數量，以達到本發明解決問題目的。換言之，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100可依使用者需求，耦接至任意外接于各種使用直流電電子設備，并在停電狀況下由在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100進行直流電供電，以確保該些電子設備能正常運作。請參閱圖3，圖3系 本發明在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100—實施例的示意圖，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統100，可耦接至綠色能源的直流電源系統，例如太陽能電源、風力電源、水利電源等，于本實施例為太陽能的直流電源當作其輸入電源，故在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統300可設置于人煙稀少處，但本發明不應以此為限，其余原理與上述相同，為求簡潔在此不另行贅述。綜上所述，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統利用微控制器監控各轉換器、控制器、控制單元、切換單元及蓄電池的情況，以調整其充電或放電的方式，并利用復數種外接直流電源(例如風力電源、太陽能電源、及以太網絡供電…等)的組合，避免由單一電源進行供電與充電，達到增加備援電力系統使用時間與落實發明可使用性，并提高綠色能源被利用性與蓄電池使用效率的提 升。
權利要求1.一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統包含至少一電源轉換器，將至少一輸入直流電源進行轉換，以輸出至少一轉換直流電壓；復數個充放電轉換控制器，耦接至該電源轉換器，依據一第一蓄電池的規格，決定是否對所述的轉換直流電壓進行升壓或降壓，并控制所述的轉換直流電壓對所述的第一蓄電池進行充電；至少一外接元件轉換控制單元，耦接至所述的電源轉換器，依據一外接元件的規格，決定是否對所述的轉換直流電壓進行升壓或降壓，并控制所述的轉換電壓對所述的外接元件進行供電；至少一電力來源切換控制單元，耦接至所述的電源轉換器，以切換所述的電源轉換器的所述的輸入直流電源的來源，并選擇對所述的外接元件轉換控制單元、所述的外接元件、 所述的充放電轉換控制器、以及所述的蓄電池提供所述的轉換直流電壓；以及一微控制器，檢測所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統中的狀態，并控制所述的輸入直流電源的來源與一優先順序，以進行所述的輸入直流電源切換與電壓轉換；所述的微控器控制所述的充放電轉換控制器，以調整所述的第一蓄電池對所述的外接元件轉換控制單元的一供電機制；其中，所述的供電機制為所述的微控制器檢測所述的電源轉換器及所述的電力來源切換控制單元的狀態，并對所述的外接元件、以及所述的第一蓄電池進行充放電與啟動/中斷電力的控制。
2.如權利要求1所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的輸入直流電源包括一直流電源、或/及一以太網絡供直流電源。
3.如權利要求2所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的電源轉換器包含至少一升壓、或/及至少一降壓的轉換電壓電路，以提供所述的轉換直流電壓至少一升壓或/及至少一降壓的功能。
4.如權利要求2所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的直流電源為第一優先，所述的以太網絡供直流電源為第二優先。
5.如權利要求3所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的轉換直流電壓可對所述的第一蓄電池充電、或對所述的外接元件供電。
6.如權利要求1所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，所述的充放電轉換控制器為各自獨立或并聯方式進行放電。
7.如權利要求1所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統包含至少一溫度偵側單元，耦接至所述的微控制器，所述的溫度偵側單元偵側所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統的一環境溫度；其中，所述的環境溫度包含一蓄電池溫度、或一主機板溫度、或空間環境溫度，當所述的檢測環境溫度超過微控制器一危險預設溫度時，所述的微控制器將禁止所述的充放電轉換控制器與外接元件轉換控制單元，進行充電或放電運作，待所述的環境溫度提升或降低至一安全預設溫度時，再恢復充所述的放電轉換控制器與所述的外接元件轉換控制單元正常運作。
8.如權利要求7所述的在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，其特征在于，在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統包含一遠端控制器，所述的遠端控制器耦接至所述的微控制器，且一使用者可透過所述的遠端控制器，控制所述的微控制器的程序軟件以調整所述的電源 轉換器、所述的充放電轉換控制器、所述的外接元件轉換控制單元、以及所述的溫度檢測單元的參數運作。
專利摘要本實用新型公開了一種在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統，包含電源轉換器輸出轉換直流電壓；充放電轉換控制器，耦接電源轉換器，決定是否對轉換直流電壓進行升壓或降壓，對第一蓄電池進行充電；外接元件轉換控制單元，耦接電源轉換器，決定是否對轉換直流電壓進行升壓或降壓，對外接元件進行供電；電力來源切換控制單元，耦接電源轉換器，切換電源轉換器輸入電源的來源，選擇對外接元件轉換控制單元、外接元件、充放電轉換控制器、以及蓄電池提供直流電源；微控制器，檢測在線互動式直流轉直流長效型備援電力系統的狀態，以進行輸入直流電源切換與電壓轉換；微控器控制充放電轉換控制器，調整第一蓄電池對外接元件轉換控制單元的一供電機制。
文檔編號H02J7/00GK202142875SQ201120136049
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月3日 優先權日2011年5月3日
發明者鄭茂振 申請人:鄭茂振