TWI568133B - 電池系統、ups系統及其相關操作方法 - Google Patents

電池系統、ups系統及其相關操作方法 Download PDF

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麥可Ａ 翰斯
桑安 魁克 雷
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開端科技公司
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Description

電池系統、UPS系統及其相關操作方法 相關申請案
本申請案主張2011年1月22日提出申請之序號61/435,298美國臨時專利申請案之權益。
上述相關申請案的內容在此以引用的方式併入。
本發明係關於在串聯連接電池串中的電池充電，且更尤其係關於在不斷電系統中所使用之電池充電。
不斷電(UPS)已經長期被使用來將至少暫時輔助電力提供到電子裝置。基本上，UPS可被架構，以視需要在主要電源與備用電源之間切換，以維持到一負載的固定功率。
例如，主要電源係為市用電源，且備用電源可採取電池系統的形式。UPS正常下可呈線模式來操作，其中當市用功率訊號在預定參數內時，市用功率訊號會通到該負載。在該線模式中，UPS基本上同樣地會將該電池系統充電。當市用功率落到預定參數以外時，UPS將切換到備用模式，其中AC訊號則會依據被儲存在電池系統中的能量來產生。
使用於UPS的電池系統基本上由UPS系統的特性、該負載之適當操作所需要的負載電壓位準以及呈備用模式所操作UPS的時間長度來明確規定。一般而言，許多電池可 被串聯連接在一串，以提供用來產生負載電壓位準所必要的希望電池電壓位準，且許多串會被並聯連接，以增加電池系統的儲存容量。於是，要UPS系統提供具有兩至四串(每串包含三或四個電池)並非罕見。
在線模式中，UPS系統包括一充電系統，其係用來產生被供應到電池系統的一充電訊號，以維持在電池上的全充電，以致於該電池系統能夠操作達到當呈備用模式時的規格。
本發明之目的係為提供一般而言用於串聯連接電池串的改善電池充電系統與方法，以及特別設計用於一般在以上所說明之在電池充電器上所使用的改善電池充電系統。
本發明可被實施當作一電池系統，其係包含至少一電池串，該至少一電池串包含超過兩個串聯連接電池、一電荷等化電路、一中繼矩陣、以及一平衡控制器。該電荷等化電路能夠將在至少一電池串中之任何對串聯連接電池上的電荷等化。該中繼矩陣可有效地連接於該電荷等化電路與該至少一電池串之間。該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於至少一電池的至少一電池特徵能夠被感應。依據至少一感應電池特徵，該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路能夠被連接經過在至少一電池串中的至少一對串聯連接電池。
本發明亦可以UPS系統來實施，以依據電源所提供之 功率訊號而供應功率到負載，其係包含至少一電池串，該至少一電池串包含超過兩個串聯連接電池、一換能器/充電器電路、一電荷等化電路、一中繼矩陣、以及一平衡控制器。該換能器/充電器電路有效地連接於電源與至少一電池串之間以及至少一電池串與負載之間。該電荷等化電路能夠將在至少一電池串中的任何對串聯連接電池上的電荷等化。該中繼矩陣有效地連接於該電荷等化電路與至少一電池串之間。該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於至少一電池的至少一特徵能夠被感應。依據至少一感應電池特徵，該平衡控制器會控制中聚矩陣，以致於該電荷等化電路能夠被連接經過在至少一電池串中的至少一對串聯連接電池。
本發明進一步可以包含複數電池串、至少一電荷等化電路、一中繼矩陣、與一平衡控制器的電池系統來實施。每一電池串包含超過兩個串聯連接電池，且該電池串可並聯連接。該至少一電荷等化電路能夠將在任何對串聯連接電池上的電荷等化。該中繼矩陣有效地連接於該電荷等化電路與複數個電池串之間。該平衡控制器用於控制該中繼矩陣，以致於複數個電池的電池特徵能夠被感應。依據至少一感應電池特徵，該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於至少一電荷等化電路能夠被連接經過在複數電池串中的至少一對串聯連接電池。
本發明可以UPS系統來實施，以依據電源所提供之功率訊號而供應功率到負載，其係包含複數電池串、一換能 器/充電器電路、至少一電荷等化電路以及一中繼矩陣。每一電池串包含超過兩個串聯連接的電池且該電池串會並聯連接。該換能器/充電器電路有效地連接於電源與至少一電池串之間以及至少一電池串與負載之間。該至少一電荷等化電路能夠將在任何對串聯連接電池上之電荷等化。該中繼矩陣有效地連接於該電荷等化電路與至少一電池串之間。該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該等電池的電池特徵能夠被感應。依據該感應電池特徵，該平衡控制器會控制中繼矩陣，以致於至少一電荷等化電路能夠被連接經過在複數電池串中的成對串聯連接電池，以將在電池上的電荷等化。
本發明可以UPS系統來實施，以依據電源所提供之功率訊號而供應功率到負載，其係包含複數電池串、一換能器/充電器電路、至少一電荷等化電路、一中繼矩陣與一平衡控制器。每一電池串包含超過兩個串聯連接的電池且該電池串會並聯連接。該換能器/充電器電路有效地連接於電源與至少一電池串之間以及至少一電池串與負載之間。該至少一電荷等化電路能夠將在任何對串聯連接電池上的電荷等化。該中繼矩陣有效地連接於該電荷等化電路與至少一電池串之間。該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該等電池的電池特徵能夠被感應。依據該感應電池特徵，該平衡控制器會控制中繼矩陣，以致於至少一電荷等化電路能夠被連接經過在複數電池串中的成對串聯連接電池，以將在電池上的電荷等化。
最初參考圖式的圖1，在此所描述的係為根據並且實施本發明原理而架構之實例供電系統20的第一實例。該實例供電系統20係為不斷電(UPS)系統，但是本發明原理卻可被其他種類的供電系統使用。
在線模式中，實例UPS系統20會產生主要AC功率訊號，以依據在AC線24上所呈現的市用AC功率訊號將負載22充電。該實例UPS系統20包含功率模組30與電池系統32。在備用模式中，UPS系統20的功率模組30會依據電池系統32所儲存的功率而產生次要的AC功率訊號。實例UPS系統20可進一步合併額外的電源，譬如發電機、燃料電池、太陽能電池與類似物。
實例UPS模組20包含變壓器模組40、換能器/充電器電路42、平衡模組44與系統控制器46。AC功率線24會被連接到變壓器模組40。變壓器模組40接著會被連接到負載22與換能器/充電器電路42。換能器充電器電路42會被連接到電池系統32。該平衡模組44會被連接到電池系統32。該系統控制器46會被連接到換能器/充電器電路42與平衡模組44。
在線模式中，變壓器40會依據流經AC線24的市用AC功率訊號而產生主要AC功率訊號。變壓器模組40進一步產生被輸入到換能器/充電器電路42的充電AC功率訊號。依據充電AC功率訊號，該實例換能器/充電器電路42 能夠產生複數個充電DC功率訊號的一或更多個。
在備用模式中，電池系統32產生會流到換能器/充電器電路42的DC備用電池訊號。換能器/充電器電路42會依據DC備用電池訊號而產生一切換功率訊號，且變壓器模組40會依據切換功率訊號產生次要AC功率訊號。
考慮到本發明原理的先前一般理解，第一實例UPS系統20的細節現將會被說明。
該實例變壓器模組40包含鐵磁共振變壓器與相關電路，其係能夠將負載22與AC線24絕緣並且調整在線模式中的主要AC功率訊號。當將換能器/充電器電路42所產生的切換功率訊號轉換成備用AC功率訊號時，鐵磁共振變壓器同樣會提供特定優點。可被使用當作變壓器模組40之適當鐵磁共振變壓器與相關電路的實例係例如揭露於美國專利申請案第5,760,495號以及美國專利申請案序號第60/305,926號與第12/803,787號。’495專利與’926與’787申請案在此以引用的方式併入本文。不過，本發明原理可被應用到不使用鐵磁共振變壓器的UPS系統。而且如以上所說明，本發明原理可被應用到不是部份習知UPS系統的電池系統。
該實例換能器/充電器電路42可被實施當作任何換能器，其係能夠在換能器模式中操作以當UPS系統呈備用模式時且當UPS系統呈線模式時產生切換功率訊號、在充電模式中操作以產生複數個充電DC功率訊號的其中一個或更多個。或者，本發明原理可使用能夠進行換能器模式功 能的換能器電路以及能夠進行充電模式功能的個別充電電路來實施。
在其充電模式中，實例換能器/充電器電路42可呈一形式來實施，該形式會同時地產生複數個充電DC功率訊號。或者，換能器/充電器電路42可被實施，以當在其充電模式時產生複數個充電DC功率訊號的任一個。
現在參考本發明的圖2，該實例電池系統32與平衡模組44現將進一步詳細說明。
實例電池系統32包含第一電池串50、第二電池串52、第三電池串54與第四電池串56。將進一步詳細解釋如下的，這些實例電池串50、52、54與56的每一個係為36伏特電池串，其係包含3個串聯連接的12伏特電池。
圖2進一步顯示該實例平衡模組44包含中繼矩陣60、電池電線束連接器62、平衡控制器64、模組控制器界面66與電荷等化電路68。中繼矩陣60包含複數個中繼，其係被架構以允許該平衡控制器64決定如何將該電荷等化電路68連接到在電池串50、52、54與56之電池中的一或更多個。該電池電線束連接器62會將該中繼矩陣60互連到在電池串50、52、54與56中的電池。該電池電線束連接器62同樣將平衡控制器64實體地連接到在電池串50、52、54與56中的任一或更多個電池。
該平衡控制器64會控制該中繼矩陣60與電荷等化電路68，以測量經過在電池串50、52、54與56中任一或更多個電池的電壓，並且施加任一或更多個充電DC功率訊號 經過在電池串50、52、54與56中的任一或更多個電池。
該實例平衡模組44因此可被程式化，以測量經過各別電池、在電池串內各別電池組、與/或經過總電池串的電壓，並且施加充電DC功率訊號經過任一單一電池或電池組，以維持在電池串50、52、54與/或56任一個內各別電池的適當充電。
現在參考圖3，該實例中繼矩陣60與電池電線束連接器62可被進一步詳細說明。該實例中繼矩陣60包含輸入連接器70、十個中繼72a-j、以及輸出連接器74。中繼72a-j的每一個皆具有相關的中繼線圈；與該中繼72a-j有關的十個中繼線圈係概略地由圖3中的單一方塊76所代表。平衡控制器64會被連接到該中繼線圈76，以致於該平衡控制器64能夠操作中繼72a-j的任一個；特別地，該平衡控制器64可視需要操作任何各別中繼或任何組中繼，以根據需要將任何單一電池或電池組充電。該實例輸出連接器74定義第一至第十輸出插座S1-S10，如圖3所描述。
該實例電池電線束連接器62係描述於圖3-5中。特別是，該實例電線束連接器62包含被連接到中繼矩陣60的主連接器80，以及被連接在電池串50、52、54與/56內之節點上的複數個次要連接器82a-j，如圖5所示。該實例主要連接器80定義第一至第十主要接腳P1-P10，如圖3-5所描述。如傳統一般，輸出插座S1-S10係被架構以嚙合主要接腳P1-P10，以形成適當的電性連接。
圖5顯示電池串50、52、54與56的每一個均包含三 個串聯連接的電池：第一電池串50包含電池50a、50b與50c，第二電池串52包含電池52a、52b與52c，第三電池串54包含電池54a、54b與54c，且第四電池串56包含電池56a、56b與56c。
圖5進一步顯示次要連接器82a-j被連接到電池系統32內的每一節點。於是，在圖3所描述的測量模式中，藉由安排中繼72a-j於適當架構中，在該輸入連接器70上，該平衡控制器64可測量經過電池50a-c、52a-c、54a-c與56a-c之每一個、與/或經過或從這些串聯連接電池之組合的電壓與/或自其起源的電流。在充電模式中，各別電池50a-c、52a-c、54a-c與56a-c以及/或者經過這些串聯連接電池之組合的每一個，其係可藉由安排中繼72a-j於適當架構並且操作電荷等化電路68來充電，以施加適當DC功率訊號於輸入連接器70上。
特別是，在實例平衡模組44中，實例輸入連接器70包含被各別連接到第一(0V)、第二(12V)、第三(24V)與第四(36V)電壓的第一、第二、第三與第四輸入端70a、70b、70c與70d。第一輸入端70a被連接到第二中繼72b，第二輸入端70b被連接到第七、第八、第九與第十中繼72g、72h、72i與72j，第三輸入端70c被連接到第三、第四、第五與第六中繼72c、72d、72e與72f，且第四輸入被連接到第一中繼72a。
依次，第一切換器72a會連接到第九主接腳P9，第二切換器72b會連接到第五主接腳P5，第三切換器72c會連 接到第四主接腳P4，第四切換器72d會連接到第八主接腳P8，第五切換器72e會連接到第七主接腳P7，第六切換器72f會連接到第六主接腳P6，第七切換器72g會連接到第十主接腳P10，第八切換器72h會連接到第三主接腳P3，第九切換器72i會連接到第二主接腳P2且第十切換器72j會連接到第一主接腳P1。
依次，第一主接腳P1連接到第一次要連接器82a、第二主接腳P2連接到第二次要連接器82b、第三主接腳P3連接到第三次要連接器82c、第四主接腳P4連接到第四次要連接器82d、第五主接腳P5連接到第五次要連接器82e、第六主接腳P6連接到第六次要連接器82f、第七主接腳P7連接到第七次要連接器82g、第八主接腳P8連接到第八次要連接器82h、第九主接腳P9連接到第九次要連接器82i、且第十主接腳P10連接到第十次要連接器82j。
平衡模組44的平衡控制器64可提供具有邏輯，以決定何時以及如何將各別電池與/或這些電池組合充電。使用平衡模組44來實施的精確充電邏輯並非本發明的一部份，其係並且可根據UPS系統20之特定操作者的必要條件來實施。平衡模組44提供增強的診斷資訊與充電控制，從而可將總UPS系統20的操作最佳化。
現在參考圖式之圖6，其中在120所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第二實例平衡模組。該實例平衡模組120有效地連接電荷等化電路122到一電池系統124。除了電荷等化電路122以外，該平衡模組120還包含 中繼矩陣130與電池電線束連接器132。
在圖7所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第三實例平衡模組140。該實例平衡模組140有效地連接電荷等化電路142到一電池系統144。除了電荷等化電路142以外，該平衡模組140還包含中繼矩陣150、電池電線束連接器152與平衡控制器154。在第三實例平衡模組140中，測量在電池系統144中電池的電壓與/或電流並且平衡電荷的功能，其係可在平衡控制器154內的軟體中實施。
在圖8所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第四實例平衡模組160。該實例平衡模組160有效地連接電荷等化電路162到一電池系統164。該平衡模組160包含中繼矩陣170與電池電線束連接器172。在第四實例平衡模組160中，電荷等化電路162與平衡模組160可被結合以形成功率模組174。在第四實例平衡模組160中，測量在電池系統164中電池的電壓與/或電流並且平衡電荷的功能，其係可在平衡控制器160內的硬體中實施。
在圖9所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第五實例平衡模組180。該實例平衡模組180有效地連接電荷等化電路182到一電池系統184。該平衡模組180進一步包含中繼矩陣190、電池電線束連接器192與平衡控制器194。在第五實例平衡模組180中，電荷等化電路182與平衡模組180可被結合以形成功率模組196。測量在電池系統184中電池的電壓與/或平衡電荷的功能，其係可在平衡控制器194所執行的軟體中實施。
在圖10所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第六實例平衡模組220。該實例平衡模組220有效地連接電荷等化電路222到一電池系統224。該平衡模組220進一步包含中繼矩陣190、電池電線束連接器232、平衡控制器234與模組控制器界面236。在第六實例平衡模組220中，電荷等化電路222與平衡模組220可被結合以形成功率模組240。此外，功率模組240會經由模組控制器界面236而與更大UPS系統244的系統控制器242溝通。測量在電池系統224中電池之電壓與/或電流並且平衡該電荷的功能，其係可在平衡控制器234所執行的軟體中實施。
在圖11所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第七實例平衡模組250。該實例平衡模組250有效地連接電荷等化電路252到一電池系統254。該平衡模組250進一步包含中繼矩陣260、電池電線束連接器262、平衡控制器264、模組控制器界面266與電池感應連接器268。電荷等化電路252與平衡模組250可被結合以形成功率模組270。此外，功率模組270會與更大UPS系統274的系統控制器272溝通。測量在電池系統254中電池之電壓與/或電流並且平衡電荷的功能，其係可在平衡控制器264所執行的軟體中實施。電池感應連接器268允許平衡控制器264測量與電池診斷相關的其他因素，譬如周圍溫度，並且當將電池系統254中的電池充電時，將這些其他因素考慮在內。
在圖12所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第八實例平衡模組320。該實例平衡模組320有效地連接 電荷等化電路322到一電池系統324。該平衡模組320進一步包含中繼矩陣330、電池電線束連接器332、平衡控制器334與模組控制器界面336。電荷等化電路322與平衡模組320可被結合以形成功率模組340。此外，功率模組340會與更大UPS系統344的系統控制器342溝通。測量在電池系統324中電池之電壓與/或電流並且平衡電荷的功能，其係可在藉由經過電荷等化電路322之平衡控制器334所執行的軟體中實施。系統控制器342進一步與電池系統324直接溝通；系統控制器342因此可測量與電池診斷相關的其他因素，譬如周圍溫度，並且將這些因素溝通到平衡控制器334。
在圖13所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第九實例平衡模組350。該實例平衡模組350有效地連接電荷等化電路352到一電池系統354。該平衡模組350進一步包含中繼矩陣360、電池電線束連接器362、平衡控制器364與模組控制器界面366。電荷等化電路352與平衡模組350可被結合以形成充電模組370，但是平衡模組350則不會控制該電荷等化電路352。此外，充電模組370會與更大UPS系統374的系統控制器372溝通。測量在電池系統354中電池之電壓與/或電流並且平衡該電荷的功能，其係可在藉由平衡控制器364所執行的軟體中實施。
在圖14所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第十實例平衡模組420。該實例平衡模組420有效地連接電荷等化電路422到一電池系統424。該平衡模組420進一 步包含中繼矩陣430、電池電線束連接器432、平衡控制器434與模組控制器界面436。充電模組440會與更大UPS系統444的系統控制器442溝通。測量在電池系統424中電池之電壓與/或電流並且平衡電壓的功能，其係可藉由在平衡控制器434所執行的軟體中實施。
在圖15所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第十一實例充電系統450。該實例充電系統450包含第一與第二平衡模組452與454。第一與第二平衡模組452與454各別有效地將電荷等化電路456連接到第一與第二電池系統460與462。該實例平衡模組452與454係相等，且模組452與454每一個均包含中繼矩陣470、電池電線束連接器472、平衡控制器474與模組控制器界面476。測量在第一與第二電池系統460與462中電池之電壓與/或電流並且平衡該電荷的功能，其係可在各別藉由第一與第二平衡模組452與454之平衡控制器474所執行的軟體中實施。在第十一實例充電系統450中，單一電荷等化電路456可被提供用於第一與第二平衡模組452與454兩者。此外，平衡模組452與454會與包括電荷等化電路456之更大UPS系統482的系統控制器480溝通。
在圖16所描述的係為根據並且實施本發明原理來架構的第十二實例充電系統520。該實例充電系統520包含平衡模組522，其係包含各別有效連接到第一與第二電池系統530與532的電荷等化電路526。特別是，該實例平衡模組522包含第一與第二中繼矩陣540與542、第一與第二電池 電線束連接器544與546、平衡控制器550與模組控制器界面552。測量經過第一與第二電池系統530與532中之電池之電壓與/或電流並且平衡該電荷的功能，其係可在藉由平衡控制器550所執行的軟體中實施。在第十二實例充電系統520中，單一平衡控制器550可被提供用於第一與第二中繼矩陣540與542以及第一與第二電池電線束連接器544與546兩者。同樣地，單一電荷等化電路526可被提供用於第一與第二中繼矩陣540與542以及第一與第二電池電線束連接器544與546兩者。充電系統520則會經由模組控制器界面552而與更大UPS系統562的系統控制器560溝通。
在圖17所描述的係為第二實例中繼陣列620與第二實例電池電線束連接器622，其係可替代在以上所說明之第一實例功率模組30的第一實例中繼矩陣60與第一實例電池電線束連接器62。
該實例中繼矩陣620包含一輸入連接器630以及十六個中繼632a-p。中繼632a-p的每一個會具有相關的中繼線圈；與十六個中繼632a-p相關的十六個中繼線圈則可由在圖17中的單一方塊634所概略代表。該平衡控制器64係連接到中繼線圈634，以致於該平衡控制器64能夠操作中繼632a-p的任一個；特別地，該平衡控制器64可視必要操作任一個別中繼或任一中繼組，以如希望地將任一單一電池或電池組充電。
該實例電線束連接器622包含被連接到中繼陣列620 的主要連接器640以及被連接在電池串50、52、54與56內之節點上的十六個次要連接器642a-p。
在測量模式中，藉由安排中繼632a-p於適當架構中，在該輸入連接器630上，該平衡控制器64可測量經過電池50a-c、52a-c、54a-c與56a-c(圖5)之每一個，與/或經過或從這些串聯連接電池組合的電壓與/或自其起源的電流。再者，十六個中繼632a-p與十六個次要連接器642a-p的使用會允許經過各別電池串的電壓被測量。
在充電模式中，藉由安排中繼632a-p於適當架構中並且操作電荷等化電路68(圖3)，個別電池50a-c、52a-c、54a-c與56a-c的每一個，以及/或者這些串聯連接電池的交叉組合則可被充電，以施加適當DC功率訊號於輸入連接器630上。再者，各別電池串的每一個則可使用中繼矩陣620與電池電線束連接器622而被各別充電。
第二實例中繼矩陣620之額外中繼以及電池電線束連接器622之連接器的使用，其係可允許對第一實例功率模組30所進行之測量與充電功能的較精細控制。
現在回到圖18，在此所描述的係為第三實例電池電線束連接器650，該連接器可由適用於將包含各包含三串聯連接電池之第一與第二串654與656之電池系統625充電的本發明功率模組所使用。第三實例電線束連接器650包含適用於連接到中繼矩陣的主要連接器660，以及會被連接在電池串654與656內之節點上的六個次要連接器662a-f。
第三實例電線束連接器650顯示本發明原理可被規模 化，以容納不同數目的電池串。本發明原理亦可被放大或縮小規模，以容納具有比三電池更小或更多的電池串。
現在參考圖式的圖19，在此所描述的係為可被以上所說明之任一充電系統使用的實例電池等化電路720。該實例電池等化電路720定義第一、第二、第三與第四連接點722a、722b、722c與722d，以用來連接到該充電系統的中繼矩陣。該實例電池等化電路720包含變壓器730、脈波寬度調變電路732、切換部份734、過濾器部份736以及傳送部份738。
該實例變壓器730包含第一與第二輸入繞組740與742、複數個第一輸出繞組744a、744b與744c以及複數個第二輸出繞組746a、746b與746c。第一與第二輸入繞組740與742有效地連接到脈波寬度調變電路732，且輸出繞組744與746有效地連接到切換部份734。切換部份734包含各包含電阻器754與電晶體756(半導體場效電晶體)的複數個第一與第二切換電路750與752。該實例過濾器部份736包含第一、第二與第三過濾器電容器760a、760b與760c，且實例傳送部份738包含第一與第二飛行電容器770a與770b。
脈波寬度調變控制訊號允許脈波寬度調變電路732在空轉狀態與關閉狀態中操作。在空轉狀態中，該實例脈波寬度調變電路732會產生具有頻率800kHz與工作週期50%的脈波寬度調變控制訊號。在此空轉狀態中，脈波寬度調變控制訊號會經由變壓器730而傳送到切換部份734，以 致於第一切換電路750會開啟，同時第二切換電路752會關閉，而且以致於第一切換電路750會關閉，同時第二切換電路752會開啟。在該週期的第一半部，脈波寬度調變控制訊號會經由變壓器730被傳送到切換部份734，以致於第一切換電路能夠關閉且第二切換電路752能夠開啟。在該週期的第二半部，脈波寬度調變控制訊號會經由變壓器730被傳送到切換部份734，以致於第一切換電路750能夠開啟且第二切換電路752能夠關閉。
在使用時，該實例電池等化電路720操作，以如中繼矩陣所定義地，連接兩相鄰或連接電池於任何電池串中，以將在相鄰電池上的電壓等化。被架構以用與實例電池等化電路720之相同方式來操作的替代性電池等化電路，其係會被說明於以下美國專利案5,710,504以及6,841,971，其係在此以引用的方式併入本文。
已知上述，應該明瞭的是，本發明原理可用除了以上所說明的形式來實施。本發明範圍因此可由所附加的申請專利範圍來決定，而非本發明的以上詳細說明。
20‧‧‧不斷電(UPS)系統
22‧‧‧負載
24‧‧‧交流線
30‧‧‧功率模組
32‧‧‧電池系統
40‧‧‧變壓器模組
42‧‧‧換能器/充電器電路
44‧‧‧平衡模組
46‧‧‧系統控制器
50‧‧‧第一電池串
50a‧‧‧電池
50b‧‧‧電池
50c‧‧‧電池
52‧‧‧第二電池串
52a‧‧‧電池
52b‧‧‧電池
52c‧‧‧電池
54a‧‧‧電池
54b‧‧‧電池
54c‧‧‧電池
56a‧‧‧電池
56b‧‧‧電池
56c‧‧‧電池
54‧‧‧第三電池串
56‧‧‧第四電池串
60‧‧‧中繼矩陣
62‧‧‧電池電線束連接器
64‧‧‧平衡控制器
66‧‧‧模組控制器界面
68‧‧‧電荷等化電路
70‧‧‧輸入連接器
70a‧‧‧第一輸入端
70b‧‧‧第二輸入端
70c‧‧‧第三輸入端
70d‧‧‧第四輸入端
72a-j‧‧‧中繼
74‧‧‧輸出連接器
76‧‧‧中繼線圈
80‧‧‧主連接器
82a-j‧‧‧次要連接器
120‧‧‧實例平衡模組
122‧‧‧電荷等化電路
130‧‧‧中繼矩陣
132‧‧‧電池電線束連接器
140‧‧‧實例平衡模組
142‧‧‧電荷等化電路
144‧‧‧電池系統
150‧‧‧中繼矩陣
152‧‧‧電池電線束連接器
154‧‧‧平衡控制器
160‧‧‧實例平衡模組
162‧‧‧電荷等化電路
164‧‧‧電池系統
170‧‧‧中繼矩陣
172‧‧‧電池電線束連接器
174‧‧‧功率模組
180‧‧‧實例平衡模組
182‧‧‧電荷等化電路
184‧‧‧電池系統
190‧‧‧中繼矩陣
192‧‧‧電池電線束連接器
194‧‧‧平衡控制器
196‧‧‧功率模組
220‧‧‧實例平衡模組
222‧‧‧電荷等化電路
224‧‧‧電池系統
232‧‧‧電池電線束連接器
234‧‧‧平衡控制器
236‧‧‧模組控制器界面
240‧‧‧功率模組
242‧‧‧系統控制器
244‧‧‧不斷電(UPS)系統
250‧‧‧實例平衡模組
252‧‧‧電荷等化電路
254‧‧‧電池系統
260‧‧‧中繼矩陣
262‧‧‧電池電線束連接器
264‧‧‧平衡控制器
266‧‧‧模組控制器界面
268‧‧‧電池感應連接器
270‧‧‧功率模組
272‧‧‧系統控制器
274‧‧‧不斷電(UPS)系統
320‧‧‧實例平衡模組
322‧‧‧電荷等化電路
324‧‧‧電池系統
330‧‧‧中繼矩陣
332‧‧‧電池電線束連接器
334‧‧‧平衡控制器
336‧‧‧模組控制器界面
340‧‧‧功率模組
344‧‧‧不斷電(UPS)系統
350‧‧‧實例平衡模組
352‧‧‧電荷等化電路
354‧‧‧電池系統
360‧‧‧中繼矩陣
362‧‧‧電池電線束連接器
364‧‧‧平衡控制器
366‧‧‧模組控制器界面
370‧‧‧充電模組
372‧‧‧系統控制器
374‧‧‧不斷電(UPS)系統
420‧‧‧實例平衡模組
422‧‧‧電荷等化電路
424‧‧‧電池系統
430‧‧‧中繼矩陣
432‧‧‧電池電線束連接器
434‧‧‧平衡控制器
436‧‧‧模組控制器界面
440‧‧‧充電模組
442‧‧‧系統控制器
444‧‧‧不斷電(UPS)系統
450‧‧‧實例充電系統
452‧‧‧第一平衡模組
454‧‧‧第二平衡模組
456‧‧‧電荷等化電路
460‧‧‧第一電池系統
462‧‧‧第二電池系統
470‧‧‧中繼矩陣
472‧‧‧電池電線束連接器
474‧‧‧平衡控制器
476‧‧‧模組控制器界面
480‧‧‧系統控制器
482‧‧‧不斷電(UPS)系統
520‧‧‧充電系統
522‧‧‧平衡模組
526‧‧‧電荷等化電路
530‧‧‧第一電池系統
532‧‧‧第二電池系統
540‧‧‧第一中繼矩陣
542‧‧‧第二中繼矩陣
544‧‧‧第一電池電線束連接器
546‧‧‧第二電池電線束連接器
550‧‧‧平衡控制器
552‧‧‧模組控制器界面
560‧‧‧系統控制器
562‧‧‧不斷電(UPS)系統
620‧‧‧中繼陣列
622‧‧‧電池電線束連接器
625‧‧‧電池系統
630‧‧‧輸入連接器
632a-p‧‧‧中繼
634‧‧‧中繼線圈
640‧‧‧主要連接器
642a-p‧‧‧次要連接器
650‧‧‧電線束連接器
654‧‧‧電池串
656‧‧‧電池串
660‧‧‧主要連接器
662a-f‧‧‧次要連接器
720‧‧‧實例電池等化電路
722a‧‧‧第一連接點
722b‧‧‧第二連接點
722c‧‧‧第三連接點
722d‧‧‧第四連接點
730‧‧‧變壓器
732‧‧‧脈波寬度調變電路
734‧‧‧切換部份
736‧‧‧過濾器部份
738‧‧‧移轉部份
740與742‧‧‧第一與第二輸入繞組
744a、744b與744c‧‧‧第一輸出繞組
746a、746b與746c‧‧‧第二輸出繞組
750與752‧‧‧切換電路
754‧‧‧電阻器
756‧‧‧電晶體
760a‧‧‧第一過濾器電容器
760b‧‧‧第二過濾器電容器
760c‧‧‧第三過濾器電容器
770a‧‧‧第一飛行電容器
770b‧‧‧第二飛行電容器
P1-P10‧‧‧主要接腳
S1-S10‧‧‧輸出插座
圖1係為根據並且實施本發明原理來架構之使用電池平衡模組之不斷電系統之第一實施例的簡要方塊圖；圖2係為在圖1所描述之形成部份UPS系統之實例電池系統的第一實例電池平衡模組的概略圖；圖3係為由圖1之實例電池平衡模組所使用之第一實 例電池電線束連接器與第一實例中繼矩陣的一些概略圖；圖4係為由圖1之電池平衡模組所使用之第一實例電池電線束連接器的一些概略圖；圖5係為由圖1之第一實例電池電線束連接器與電池模組之間連接的一些概略圖；圖6係為本發明第二實例電池平衡模組的概略圖；圖7係為本發明第三實例電池平衡模組的概略圖；圖8係為本發明第四實例電池平衡模組的概略圖；圖9係為本發明第五實例電池平衡模組的概略圖；圖10係為本發明第六實例電池平衡模組的概略圖；圖11係為本發明第七實例電池平衡模組的概略圖；圖12係為本發明第八實例電池平衡模組的概略圖；圖13係為本發明第九實例電池平衡模組的概略圖；圖14係為本發明第十實例電池平衡模組的概略圖；圖15係為本發明第十一實例電池平衡模組的概略圖；圖16係為本發明第十二實例電池平衡模組的概略圖；圖17係為本發明另一實例電池平衡模組之第二實例電池電線束連接器與第二實例中繼矩陣的一些概略圖；圖18係為第三實例電池電線束連接器與第二實例電池模組之間連接的一些概略圖；以及圖19係為由本發明供電系統所使用之實例電荷等化電路的一些概略圖。
20‧‧‧不斷電(UPS)系統
22‧‧‧負載
24‧‧‧交流線
30‧‧‧功率模組
32‧‧‧電池系統
40‧‧‧變壓器模組
42‧‧‧換能器/充電器電路
44‧‧‧平衡模組
46‧‧‧系統控制器

Claims (16)

  1. 一種電池系統，包含：複數個電池串，其係包含超過兩個串聯連接的電池，其中該等複數個電池串係以並聯方式相連接；一電荷等化電路，其係能夠將在該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池上的電荷等化；一中繼矩陣，有效地連接於該電荷等化電路與該等複數個電池串之間；以及一平衡控制器，用來控制該中繼矩陣；其中：依據該等電池之被感應出的電壓和被感應出的電流中的至少一者，該平衡控制器控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路會被連接經過在該等複數個電池串中的複數對串聯連接電池。
  3. 如申請專利範圍第1項之電池系統，進一步包含連接於該中繼矩陣與該等複數個電池串之間的電線束。
  4. 一種依據電源所提供之功率訊號而供應功率到負載的UPS系統，包含：複數個電池串，其係包含超過兩個串聯連接的電池，其中該等複數個電池串係以並聯方式相連接；一換能器及充電器電路，其係有效地連接於該電源與該等複數個電池串之間、以及該等複數個電池串與該負載 之間；一電荷等化電路，其係能夠將在該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池上的電荷等化；一中繼矩陣，其係有效地連接於該電荷等化電路與該等複數個電池串之間；以及一平衡控制器，用來控制該中繼矩陣；其中：依據該等電池之被感應出的電壓和被感應出的電流中的至少一者，該平衡控制器控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池。
  5. 如申請專利範圍第4項之UPS系統，其中該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串的任一電池串中的複數對串聯連接的電池。
  6. 如申請專利範圍第4項之UPS系統，進一步包含連接於該中繼矩陣與該等複數個電池串之間的電線束。
  7. 如申請專利範圍第4項之UPS系統，進一步包含一變壓器模組，其係有效地連接於：該電源與該負載；以及該換能器及充電器電路與該負載之間。
  8. 一種電池系統，包含：複數個電池串，其中：每一電池串包含超過兩個的串聯連接的電池，以及 該等電池串係並聯連接；至少一電荷等化電路，其係能夠將在任一對串聯連接的電池上的電荷等化；一中繼矩陣，其係有效地連接於該電荷等化電路與該等複數個電池串之間；以及一平衡控制器，用來控制該中繼矩陣；其中：依據該等電池之被感應出的電壓和被感應出的電流中的至少一者，該平衡控制器控制該中繼矩陣，以致於至少一電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池。
  9. 如申請專利範圍第8項之電池系統，其中該平衡控制器會控制該中繼矩陣，以致於該電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串中的複數對串聯連接電池。
  10. 如申請專利範圍第9項之電池系統，進一步包含連接於該中繼矩陣與該等複數個電池串之間的電線束。
  11. 一種依據電源所提供之功率訊號而供應功率到負載的UPS系統，包含：複數個電池串，在此每一電池串包含超過兩個的串聯連接的電池，以及該等電池串係並聯連接；一換能器及充電器電路，其係有效地連接於該電源與該等複數個電池串之間、以及該等複數個電池串與該負載之間；至少一電荷等化電路，其係能夠將在該等複數個電池 串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池上的電荷等化；一中繼矩陣，其係有效地連接於該電荷等化電路與該等複數個電池串之間；一平衡控制器，用來控制該中繼矩陣；其中依據該等電池之被感應出的電壓和被感應出的電流中的至少一者，該平衡控制器控制該中繼矩陣，以致於該至少一電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串中之複數對串聯連接的電池，以將在該等電池上的電荷等化。
  12. 如申請專利範圍第11項之UPS系統，進一步包含連接於該中繼矩陣與該等複數個電池串之間的電線束。
  13. 如申請專利範圍第11項之UPS系統，進一步包含一變壓器模組，其係有效地連接於：該電源與該負載；以及該換能器及充電器電路與該負載之間。
  14. 一種依據電源所提供之功率訊號而供應功率到負載的方法，其包括：提供複數個電池串，其每一個電池串包含超過兩個的串聯連接的電池；將該等電池串並聯連接；有效地將一換能器及充電器電路連接於該電源與該等複數個電池串之間、以及該等複數個電池串與該負載之間；提供至少一電荷等化電路，其係能夠將在該等複數個電池串的任一電池串中的任一對串聯連接的電池上的電荷 等化；有效地連接一中繼矩陣於該電荷等化電路與該等複數個電池串之間；提供一平衡控制器，用來控制該中繼矩陣；以及依據該等複數個電池串中的電池之被感應出的電壓和被感應出的電流中的至少一者而操作該平衡控制器以控制該中繼矩陣，以致於該中繼矩陣係被控制，使得該至少一電荷等化電路被連接經過該等複數個電池串中之複數對串聯連接的電池，以將在該等電池上的電荷等化。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含以下步驟：將電線束連接於該中繼矩陣與該等複數個電池串之間。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含以下步驟：將一變壓器模組有效地連接於：該電源與該負載；以及該換能器及充電器電路與該負載之間。
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