CN113890165B - 电池备用*** - Google Patents

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Abstract

一种电池备用***，包括电池组、充电器、放电器、电压检测及控制电路、第一保护开关、第二保护开关以及第三保护开关。电池组用以对一直流总线提供一备用电源。充电器连接电池组，充电器用以接收外部电源。放电器具有一输入端以及一输出端，输入端连接电池组与充电器，输出端连接直流总线。电压检测及控制电路用以检测直流总线的电压是否小于一第一压降点或一第二压降点。第一保护开关连接于电池组与放电器的输入端之间，第二保护开关连接于直流总线与放电器的输出端之间，第三保护开关连接于充电器与放电器的输入端之间，其中，当直流总线的电压大于第一压降点时，第一保护开关不导通；当直流总线的电压小于等于第一压降点时，第一保护开关导通。

Description

电池备用***
技术领域
本发明是有关于一种电池备用***，且特别是有关于一种电池备用***及其电压检测及控制电路。
背景技术
数据中心或服务站通常运用大量的服务器，以处理各式各样应用服务的处理需求。每一个服务器处理各种操作需要一定的功率消耗，故数据中心通常具有备用电源，用以支持在AC电源中断期间，使用备用电源以维持正常操作。如果数据中心在发生AC电源中断时，备用电源能快速提供电能给负载，可避免直流总线电压下降幅度过大，以防止突然关机。然而，如何改善电池备用***的误动作及延长电池组的寿命仍然是一个挑战。
发明内容
本发明有关于一种电池备用***及其控制电路，用以检测直流总线的电压状态，以确保直流总线上的负载能正常运作及避免电池组误动作。
根据本发明的一方面，提出一种电池备用***，包括一电池组、一充电器、一放电器、一电压检测及控制电路、一第一保护开关、第二保护开关以及第三保护开关。电池组用以对一直流总线提供一备用电源。充电器连接电池组，充电器用以接收一外部电源。放电器具有一输入端以及一输出端，输入端连接电池组与充电器，输出端连接直流总线。电压检测及控制电路用以检测直流总线的电压是否小于一第一压降点或一第二压降点。第一保护开关连接于电池组与放电器的输入端之间，第二保护开关连接于直流总线与放电器的输出端之间，第三保护开关连接于充电器与放电器的输入端之间，其中，当直流总线的电压大于第一压降点时，第一保护开关不导通于电池组与放电器之间；当直流总线的电压小于等于第一压降点时，第一保护开关导通于电池组与放电器之间。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。
附图说明
图1分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***处于待机状态及其直流总线的电压的示意图；
图2分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***处于电池导通状态及其直流总线的电压的示意图；
图3分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***处于放电导通状态及其直流总线的电压的示意图；
图4分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***处于放电导通状态及其直流总线的电压的示意图；
图5分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***处于充电导通状态及其直流总线的电压的示意图；及
图6分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***的电路示意图。
其中，附图标记：
100:电池备用***
102:外部电源
104:电源供应器
106:直流总线
110:电池组
112:第一保护开关
120:充电器
122:第二保护开关
130:放电器
130a:输入端
130b:输出端
132:第三保护开关
140:电压检测及控制电路
141:微处理器单元
142:电压检测器
143:感测端
144:输出端
145:接地端
146:控制逻辑
R1-R4:电阻
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参照图1至5，其分别绘示依照本发明一实施例的电池备用***100(图中(a)部分)处于待机状态、电池导通状态、放电导通状态、充电导通状态及上述各状态对应的直流总线的电压(图中(b)部分)的示意图。
请参照图1至5，电池备用***100可包括一电池组110、一充电器120、一放电器130、一电压检测及控制电路140、一第一保护开关112、一第二保护开关122以及一第三保护开关132。在本实施例中，外部电源102例如为AC电源，其经由电源供应器104连接至一直流总线106，用以提供足够的直流电源，例如是48V，给直流总线106上的负载，一旦外部电源102中断时，电池备用***100可于外部电源102中断期间，提供一备用电源至直流总线106，以确保直流总线106上的负载能正常运作。于此是以直流电源为48V为例，本发明并不以此为限，在其他的实施态样中，将可依据实际的需求而有不同的电压值，例如是12V、24V、36V、50V或是其他电压值。
在一实施例中，电池组110例如由多个可充电电池并联和/或串联而成，用以对直流总线106提供一备用电源。当外部电源102恢复供电时，电源供应器104正常输出后，直流总线106的电压恢复正常，则电池组110不需再对直流总线106供电。
此外，充电器120可经由第一保护开关112以及第三保护开关132连接电池组110，且充电器120可经由直流总线106接收外部电源102，以使充电器120处于启动状态，并可提供电能至电池组110和/或放电器130。一旦外部电源102中断时，充电器120关闭，且不再提供电能至电池组110和/或放电器130。
另外，放电器130具有一输入端130a以及一输出端130b，输入端130a可经由第一保护开关112连接电池组110并经由第三保护开关132连接充电器120，输出端130b经由第二保护开关122连接直流总线106。一旦外部电源102中断时，充电器120关闭，电池组110将提供电能至放电器130，且放电器130可对直流总线106放电，直到外部电源102恢复供电，且电源供应器104恢复正常输出为止或直到电池组110的能量耗尽为止。
此外，第一保护开关112连接于电池组110与放电器130的输入端130a之间，第二保护开关122连接于直流总线106与放电器130的输出端130b之间，第三保护开关132连接于充电器120与放电器130的输入端130a之间。电压检测及控制电路140用以检测直流总线106的电压，以决定是否导通或关闭(截止)第一保护开关112、第二保护开关122以及第三保护开关132。
第一保护开关112例如为一电子熔断器或晶体管开关元件，用以保护电池组110，在正常供电模式(省电)下，第一保护开关112关闭，将可避免电池组110对放电器130供电而造成电池组110的能量耗损，并可在放电器130故障时保护电池组110。
第二保护开关122例如为一O型环场效晶体管，其具有高精确度、速度快及低电压误差(例如小于10mv)的特性，而第三保护开关132例如为一晶体管开关元件。
另外，电压检测及控制电路140用以检测直流总线106的电压是否小于一压降点。请参照图6，其绘示依照本发明一实施例的电池备用***100的电路示意图。电压检测及控制电路140可包括一微处理器单元141、一电压检测器142以及一控制逻辑146，电压检测器142具有一感测端143、一输出端144以及一接地端145，感测端143电性连接直流总线106，输出端144电性连接微处理器单元141与控制逻辑146，接地端145则连接至地端。
在一实施例中，多个电阻R1-R4构成一分压电路，并电性连接电压检测器142与直流总线106，于此，电阻R4可选用一数字电位器，以减少电压检测及控制电路140的电压误差范围(例如±0.027V)。在本实施例中，藉由电阻R1-R4所构成的分压电路测量直流总线106的电压并传送至电压检测器142的感测端143，电压检测器142将依据所接收的电压进行判断与处理，并自输出端144输出至少一电压电平至控制逻辑146，以控制第一保护开关112与第三保护开关132的导通或截止。也就是说，电压检测器142将可依据直流总线106的电压状态，即时的控制第一保护开关112与第三保护开关132。于此，电压检测器142例如是一集成电路(Integrated Circuit，IC)。
此外，于本实施例中，微处理器单元141一方面可用于确认直流总线106的电压状态，并依据电压状态，输出相应的控制模块至控制逻辑146，以控制第一保护开关112与第三保护开关132的导通或截止，另一方面，微处理器单元141也可自输出端144接收来自电压检测器142的模块或参数，藉此判断电压检测器142是否正常运作，若发现电压检测器142产生异常，将会发出警示模块。也就是说，在本实施例中，电压检测器142及微处理器单元141可分别为各自独立判断直流总线106的电压状态，并做出相应的控制。
在本实施例中，为了确保直流总线106的电压稳定输出，电压检测及控制电路140用以检测直流总线106的电压是否小于一第一压降点或一第二压降点。第一压降点为外部电源102正常供电时的直流总线106的电压的95％。第二压降点低于第一压降点，第二压降点例如低于第一压降点0.2V～0.3V左右，但不以此为限。在一实施例中，第一压降点为直流总线106上的负载所需最大功率时电源供应器104能提供的最大功率电压点，而第二压降点为维持直流总线106的电压在最靠近第一压降点的电压点，以避免电池备用***100误动作。
请参照图1，当直流总线106的电压大于第一压降点时，表示外部电源102正常供电，因此，第一保护开关112不导通于电池组110与放电器130之间，第二保护开关122不导通于直流总线106与放电器130之间，仅有第三保护开关132导通于充电器120与放电器130的输入端130a之间，充电器120正常启动，并由充电器120提供电能至放电器130。同时，微处理器单元141检测感测端143及输出端144的电压，并控制控制逻辑146输出一低电压电平(例如0)至第一保护开关112，以关闭(截止)第一保护开关112。
请参照图2，当直流总线106的电压小于等于第一压降点时，第一保护开关112导通于电池组110与放电器130之间，由电池组110负责提供电能至放电器130，此时，由于直流总线106的电压仍大于第二压降点，第二保护开关122不导通于直流总线106与放电器130之间。此外，由于外部电源102中断供电，充电器120关闭，第三保护开关132也不导通于充电器120与放电器130的输入端130a之间。同时，微处理器单元141检测感测端143及输出端144的电压，并控制控制逻辑146输出一高电压电平(例如1)至第一保护开关112，以导通第一保护开关112。
请参照图3，当直流总线106的电压持续降低而小于等于第二压降点时，第二保护开关122导通于直流总线106与放电器130之间，放电器130开始提供直流总线106的电压。
请参照图4，当第二保护开关122导通于直流总线106与放电器130之间时，电压检测及控制电路140持续检测直流总线106的电压，并维持直流总线106的电压在第二压降点，直到外部电源102恢复供电或电池组110的能量耗尽为止。也就是说，当外部电源102中断供电时，微处理器单元141控制控制逻辑146输出高电压电平至第一保护开关112，以使用备用电源，以及输出低电压电平至第三保护开关132，以关闭(截止)第三保护开关132。
请参照图5，当外部电源102恢复供电时，充电器120重新启动，直流总线106的电压将大于放电器130的输出端130b的电压，此时，第二保护开关122不导通于直流总线106与放电器130之间，第三保护开关132导通于充电器120与放电器130的输入端130a之间，并且充电器120开始对电池组110充电，同时充电器120也提供电能至放电器130，使其维持在启动状态。同时，微处理器单元141控制控制逻辑146输出高电压电平至第三保护开关132及第一保护开关112，以使充电器120对电池组110充电。
本发明上述实施例所述的电池备用***及其电压检测及控制电路，可用于数据中心或服务站中，当数据中心发生AC电源中断时，备用电源能快速提供电能给负载，可避免直流总线的电压下降幅度过大，以防止突然关机。同时，电池备用***设有防止电池组误动作的第一压降点与第二压降点，以达到节能省电的功效及减少电池组反复充/放电以延长电池组的寿命。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电池备用***，其特征在于，包括：
一电池组，用以对一直流总线提供一备用电源；
一充电器，连接该电池组，该充电器用以接收一外部电源；
一放电器，具有一输入端以及一输出端，该输入端连接该电池组与该充电器，该输出端连接该直流总线；
一电压检测及控制电路，用以检测该直流总线的电压是否小于一第一压降点或一第二压降点；
一第一保护开关，连接于该电池组与该放电器的该输入端之间；
一第二保护开关，连接于该直流总线与该放电器的该输出端之间；以及
一第三保护开关，连接于该充电器与该放电器的该输入端之间，
其中，当该直流总线的电压大于该第一压降点时，该第一保护开关不导通于该电池组与该放电器之间；当该直流总线的电压小于等于该第一压降点时，该第一保护开关导通于该电池组与该放电器之间；
当该直流总线的电压大于该第二压降点时，该第二保护开关不导通于该直流总线与该放电器之间；当该直流总线的电压小于等于该第二压降点时，该第二保护开关导通于该直流总线与该放电器之间，且该第二压降点低于该第一压降点。
2.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，该第一压降点为该外部电源正常供电时的该直流总线的电压的95％。
3.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，该第二压降点小于该第一压降点的0.2V～0.3V。
4.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，当该外部电源正常供电时，该充电器正常启动，且该第三保护开关导通于该充电器与该放电器的该输入端之间；当该外部电源中断供电时，该充电器关闭，且该第三保护开关不导通于该充电器与该放电器的该输入端之间。
5.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，当该外部电源恢复供电时，该充电器重新启动，该第三保护开关导通于该充电器与该放电器的该输入端之间，且该第二保护开关不导通于该直流总线与该放电器之间，并且该充电器开始对该电池组充电。
6.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，该电压检测及控制电路包括一微处理器单元、一电压检测器以及一控制逻辑，该电压检测器电性连接该直流总线与该控制逻辑，该微处理器单元电性连接该电压检测器与该控制逻辑。
7.如权利要求6所述的电池备用***，其特征在于，当该直流总线的电压大于该第一压降点时，该控制逻辑输出一低电压电平至该第一保护开关；当该直流总线的电压小于等于该第一压降点时，该控制逻辑输出一高电压电平至该第一保护开关。
8.如权利要求6所述的电池备用***，其特征在于，当该外部电源正常供电时，该控制逻辑输出一低电压电平至该第一保护开关，以及输出一高电压电平至该第三保护开关，当该外部电源中断供电时，该控制逻辑输出该高电压电平至该第一保护开关，以及输出该低电压电平至该第三保护开关。
9.如权利要求6所述的电池备用***，其特征在于，当该外部电源恢复供电时，该控制逻辑输出一高电压电平至该第三保护开关及该第一保护开关，并且该充电器对该电池组充电。
10.如权利要求1所述的电池备用***，其特征在于，该第一保护开关为一电子熔断器或一晶体管开关元件，该第二保护开关为一O型环场效晶体管，且该第三保护开关为一晶体管开关元件。
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