专利名称：在线互动式电源控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线互动式(Line-Interactive)电源控制系统,尤指一种能外接多种不同输入电源进行转换，并经充放电控制器对外接元件供电及对蓄电池进行充放电控制管理，以提高蓄电池使用效率与寿命及控制并保护蓄电池，并可增加备援电力系统使用时间，进而维持电子设备运作机制的在线互动式电源控制系统。
背景技术：
由于许多电子设备都采用直流电源为其驱动电子元件的电力来源，但目前传统电力备援系统大部分是采用交流电源转换为直流电源，然后再由直流电源转换成交流电源，最后再通过设备端的变压器，再将交流电源转换为直流电源，以对电子设备提供运作的电力。同时，目前传统电力备援系统大都以室内使用为主，室外电子设备的电力备援系统，付之闕如。 由于经过了多次交流与直流电源的转换，造成蓄电池的备援电力资源在反复多次交流与直流转换后的耗损，浪费了备援电力高成本的电力资源。举例说明，假设第一次交流电源转换直流电源的电力效率约剩85 90%，第二次直流电源转换成交流电源的电力效率约剩80 90%，最后第三次交流电源转换直流电源的电力效率约剩85 90%，故后端电子设备实际得到的电源约为最初电源的57. 8% (85% *85% *85%= 57.8% ) 再者，传统电力备援系统以集中式的供电架构为主，所能供应的电力受限于所搭配的蓄电池容量及空间限制，又其所耦接运作的电子设备又过度集中，但同一时间一起启动运作时需大量耗电，故造成需以大电流放电方式设计，明显影响供电效益并造成供电时间因此急速缩短，遇到主要电源中断后，往往只能提供数分钟或几小时的备用电力，让电子设备可以正常运作。当地震、台风风灾、水灾、雷击等天然因素造成停电、或电厂故障停电、或其他不同因素所造成停电等，往往停电时间会超过3小时以上，此时正是传统电力备援系统发挥功效的时候，但传统电力备援系统由于供电时间过短，无法发挥应有不中断提供电子设备电力运作功效。就实际室外系统使用方面而言，举凡路口监控系统、道路红绿灯系统、高速公路检测系统、紧急广播系统...等公共服务系统，在市电供电中断时，这些分散式架设电子设备，更需要紧急备援电力的供应，以发挥其运作的效益与持续公共服务的功能。就实际室内系统应用方面而言，一般商家或银楼或百货商场，甚或是住家与公司行号，在停电时其相关营业设备及监视录影设备也一并停止运转，但在紧急情况下，却无有效的配套措施系统或技术。另外，传统电力备援系统，若非大系统设备或专属特殊应用设计，大都无法提供较有效的电源管理机制，无法针对蓄电池与设备的使用状况，进行各别有效的充电或放电或负载运作的控制管理，造成蓄电池的循环使用的寿命因此降低、或因蓄电池长时间处于过低电压状态下造成永久损坏，间接提高使用者的使用成本负担。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明的目的之一，是在提供一种直流电源转直流电源的在线互动式(Line-Interactive)电源控制系统,可直接采用直流电源作为电力来源。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可分散式架设并远端遥控管理，并采用多种电力来源及分散式系统的电流放电的备援电力系统。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可将交流电源经一次转换为直流电源，达到备援供电控制系统只需进行一次电源转换，既可直接对电子设备提供直流电源，并减少不必要的多次交流或直流转换的电能耗损。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可通过绿色能源所提供的直流电源，来进行备援电力的充电并持续对直流电子设备提供长效电力。 本发明的目的之一是在提供一种在线互动式电源控制系统，可通过微控制器对多种不同类别的输入电源进行电力检测、电压判断及切换控制等运作机制，达到对备援电力多元输入以充电、以及稳定充放电的效益，并延长电子设备使用时间与增加备援电力系统的蓄电容量，进而稳定提供电源及有效应用输入电源。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，通过微控制器进行蓄电池电压与外接元件负载电流判断，以对蓄电池进行不同电压充电、对蓄电池不进行充电、对蓄电池的电压高低判断以决定充电优先排序、充电截止电压保护、过低压停止充电保护及放电截止电压保护、最低终止放电电压保护等运作模式，以提高蓄电池使用效率与对蓄电池运作的保护。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，搭配电压判断、放电截止电压保护与最低终止放电电压保护等运作模式，以增加蓄电池使用寿命与对蓄电池运作保护。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，通过独立电源转换、独立充电、及并联方式整合放电机制，可依使用需求搭配至少一蓄电池，发挥系统规划效益，以节省能源成本。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可依据不同蓄电池的放电与充电特性，以判断不同种类蓄电池，再进行充放电模式控制切换，达到对不同充电模式的蓄电池最佳充电方法与效益。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可外接一路灯的市电、或其他一般市电、或绿色能源的直流电源等，当做其一输入电源。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可同时接收多种以不同埠端口形式的直流电源输入，当做其一备援输入电源，以对蓄电池充电或外接元件端供电，例如以太网络供电端口。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可利用接收多种以不同埠端口形式的直流电源输入，当做不同系统设备间的互相备援输入电源，以对蓄电池充电或外接元件供电，例如以太网络供电端口。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可适用于至少一外接元件，通过微控制器、充放电控制器、及蓄电池耦接放电，达到对外接元件的供电电压，并具稳压与防突波作用。
本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可依据路灯市电的供电模式，提供一种不中断电子设备运作与长效备援电力系统，并通过未来蓄电池的耐高低温、高容量、及高循环电池寿命特性，加上绿色能源的直流电源转直流电源的应用、及通过架设于路灯的分散式长效备援电力系统，解决室外电子设备取得电源困难的问题。本发明的目的之一，是在提供一种在线互动式电源控制系统，可提供安全长效备援电力系统，通过防爆耐高低温蓄电池技术，结合绿色能源便利的直流电源系统的架设特性，可供应给电子设备具安全且长效的备援电力系统。
本发明的一实施例提供一种适用于至少一外接元件的一在线互动式电源控制系统，包含至少一电源转换器、多个充放电控制器、至少一外接元件控制单元、至少一电力来源切换控制单元、一微控制器、以及至少一充电模式切换控制单元。一电源转换器将至少一输入电源进行转换，以输出至少一转换电压；充放电控制器，耦接至电源转换器，并依据转换电压对一第一蓄电池与一第二蓄电池进行充放电；外接元件控制单元，耦接至电源转换器，并依据转换电压或第一、或/及该第二蓄电池所提供的电力对外接元件供电与控制；电力来源切换控制单元，耦接至电源转换器，以切换电源转换器的输入电源的来源，并选择对外接元件控制单元、外接元件、充放电控制器、以及蓄电池提供电源；微控制器，检测在线互动式电源控制系统中的状态，并控制输入电源的来源、电源类别与一优先顺序，以进行输入电源切换与电压转换；微控器控制该多个充放电控制器，以调整该第一与该第二对该外接元件控制单元的一供电机制；充电模式切换控制单元，耦接至电源转换器与充放电控制器，依据微控制器对该些蓄电池的放电检测、充电检测、及其他电力特性进行检测的结果，选择一充放电模式；其中，供电机制依据微控制器检测电源转换器及切换控制单元的状态，对外接元件、该第一蓄电池与该第二蓄电池进行充放电与启动/中断电力的控制。本发明实施例的在线互动式电源控制系统，避免由单一电源进行供电与充电，达到增加备援电力系统使用时间与落实发明可使用性，并提高绿色能源被利用性与蓄电池使用效率的提升。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图I为本发明在线互动式电源控制系统一实施例的示意图；图2A为本发明一实施例的铅酸蓄电池于室温下进行放电的运作模式；图2B为本发明一实施例的锂类蓄电池于室温下进行放电的运作模式；图3为本发明在线互动式电源控制系统一实施例的示意图；图4为本发明在线互动式电源控制系统一实施例的示意图；图5为本发明在线互动式电源控制系统一实施例的示意图；图6为本发明在线互动式电源控制系统一实施例的示意图。附图标号100、300 600在线互动式电源控制系统11、12、13电源转换器21、22外接元件
31,32外接元件控制单元41c、42c、43c充放电控制器51远端控制端口61温度检测单元71电力来源切换控制单元72充电模式切换控制单元88蓄电池充放电保护电路89转换电源切换电路99微控制器B1、B2、B3蓄电池IVl交流电源IV2直流电源 IV3以太网络供直流电源0V1、0V2、0V3直流电压201 203虚框302市电电表401路灯电源控制箱
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。请参阅图I,图I为本发明在线互动式(Line-Interactive)电源控制系统100 —实施例的示意图。在线互动式电源控制系统100包含电源转换器11、12、13、外接元件21、22、外接元件控制单元31、32、充放电控制器41c、42c、43c、远端控制端口 51、温度检测单元61、电力来源切换控制单元71、充电模式切换控制单元72、蓄电池充放电电路88、电源转换切换电路89、以及一微控制器99，且在线互动式电源控制系统100的充放电控制器41c、42c、及43c，分别与微控制器99、电源转换器11、12、13、外接元件控制单元31、32、及蓄电池B1、B2、B3 耦接。通过在线互动式电源控制系统100，使用者可依据现地环境所能取得的电源，采取交流电源IV1、或/及直流电源IV2、或/及互以太网络供直流电源(Powerover Ethernet,P0E)IV3，以作为至少一输入电力的来源。在线互动式电源控制系统100利用各自独立的充放电控制器41c 43c设计，通过微控制器99检测、判断、及选择性的充电与放电机制，可依据至少一输入电源转换电力状况，对外接元件21、22与蓄电池BI B3，进行多种模式充电与放电管理与控制，并对蓄电池BI B3进行充放电保护，不仅可以增加蓄电池BI B3寿命与充放电效率，亦可使在线互动式电源控制系统100具有危机管理与防灾应变的能力。对于储存备援电力的蓄电池BI B3，使用者可依电子设备使用电力特性需求，采用不同种类的蓄电池、不同种类蓄电池的电压及放电特性，换言之，蓄电池BI B3不需同一种规格，再通过手动调整微控制器99或由微控制器99依检测蓄电池BI B3特性来调整其所使用的充电模式与充电电路切换方向，让蓄电池BI B3得到最佳充电模式与最佳充电保护方式，达到不同充电电压及电流的充放电高效益。在本实施例中，电源转换器11、12、13分别耦接至少一输入电源，依据输入电源进行转换以输出至少一转换电压。其中，电源转换器11耦接至一交流电源IV1，通过电源转换器11转换出直流电压OVl ；电源转换器12耦接至一直流电源IV2，通过电源转换器12转换出直流电压0V2 ;电源转换器13耦接至一以太网络供直流电源IV3，通过电源转换器13转换出直流电压0V3。因电源转换器11、12与13所搭配的输入电源模式与电压高低有所不同，故所产生的直流电源的电压与电流会有差异，故在线互动式电源控制系统100可通过微控制器99对电压特性、电流特性、波形、频率及其他电源特性至少其一，进行检测判断。又电力来源切换控制单元71分别耦接至电源转换器11、12、13与微控制器99，故通过微控制器99控制电力来源切换控制单元71进行电力切换，使在线互动式电源控制系统得以将转换后的直流电压0V1、0V2、及0V3进行切换的程序。 另外，电源转换器11 13的电力来源可为同一种电源，但本发明不应以此为限，亦可为多种电源同时输入。举例说明，交流电源IVl转换为直流电源OVl后的电压18V，此时转换后的直流电压OVl会有较稳定的特性，例如直流电压OVl的电压为17. 8V 18. 2V ；又绿色能源，例如通过太阳能电池的直流电源IV2转换成直流电压0V2后的电压为18V，但在实际运作时，会因太阳能电池随日照强度随时不同的变化状况，故电压虽不稳定但仍在额定电压范围内，但具有频繁的高低电压起伏特性，例如直流电压0V2的电压为15. 5V
18.5V ;通过以太网络供电端口所输入的直流电源转换直流电压0V3后的电压为18V，因属备援电力来源，但实际电压范围约为17V 17. 8V，但却是相对于太阳能电池直流电压稳定许多，因此微处理器99可通过上述的特性检测判断电力来源。在此请注意，针对不同输入电压，在本实施例中为交流电源IV1、直流电源IV2、以太网络供直流电源IV3，其电源转换器11 13可分别具有至少一升压、或/且至少一降压的转换电压电路(图未示)，以提供升压或降压的需求。在本实施例中，以太网络供直流电源IV3可通过一以太网络电源端口进行供电，亦可反方向的由直流电压0V3直接供电至其他以太网络电源端口或以太网络电源外接单元，举例说明，当交流电源IVl与直流电源IV2无法供电时，可通过以太网络供直流电源IV3将直流电压0V3供电给在线互动式电源控制系统100 ;当交流电源IVl与以太网络供直流电源IV3无法进行供电时，可通过直流电源IV2所转换的直流电压0V2，通过微控制器99利用电力来源切换控制单元71将直流电压0V2转换成直流电压0V3供应给电源转换器13，再由电源转换器13将直流电压0V3通过以太网络供直流电源IV3的路径，供电至其他以太网络电源端口或以太网络电源外接单元。通过以太网络进行电力传输，可分为两类端口，其一为供电端端口，其二为受电端端口 ；本实施例中，以太网络供直流电源IV3，相当于一以太网络受电端端口，可通过外部一以太网络电源供电端端口接入电源；本实施例中，另一以太网络电源端口则扮演供电端端口，依据电力来源切换控制单元71及电源转换控制器13，转换出电力输出，为以太网络供电端端口。
在线互动式电源控制系统100的外接元件21、22，在本实施例中，分别耦接于外接元件控制单元31、32，并由外接元件控制单元31、32所控制，包括电压、电流、负载保护、开启/中断开关等，故，外接元件控制单元31与32依据微控制器99的检测结果，以决定外接元件21与22的供电开启/中断。在此请注意，外接元件控制单元31或32为各自独立，可避免任一外接元件21或22故障或短路状况发生时，产生对其他外接元件的正常运作。外接元件控制单元31与32分别耦接至电源转换器11、12、及13，将转换后的直流电压0V1、或0V2、或0V3、或蓄电池BI、或/及B2、或/及B3所提供的电力，对外接元件21、22进行供电，使外接元件控制单元31、32得以控制外接元件21、22。
换言之，在外接输入电源处于未断电状态时，外接元件控制单元31、32，可接收转换后的直流电压OVl或0V2或0V3所提供的直流电源，并且依据微控制器99内建软件程序的设定或使用者的操作，来控制外接元件21、22的供电。相对应地，在输入的交流电源IV1、直流电源IV2、以太网络供直流电源IV3若处于中断供电状态时，则自动改由蓄电池BI、或/及B2、或/及B3进行单独供电或并联共享方式供电，以确保外接元件控制单元31、32能够有足够的电力提供给外接元件21、22，并加以控制。另外，当输入的交流电源IVl处于中断供电状态时(例如路灯市电处于停电状态)，由直流电源IV2或以太网络供直流电源IV3进行供电。若输入的直流电源所供应电流无法同时负荷外接元件21、22及蓄电池B1、B2、B3的充电需求，微控制器99将启动维护运作保护程序，中断对蓄电池BI、B2、B3进行充电，如此一来，电力可保留给外接元件控制单元31并对外接元件21、22提供电力，待路灯市电或市电交流电恢复供电时，再继续对蓄电池B1、B2、B3进行充电。当输入的交流电源IVl处于中断供电状态时，其输入电源由直流电源IV2或以太网络供直流电源IV3为主要输入电源，换言之，直流电源IV2或以太网络供直流电源IV3为备援输入的直流电源。当输入直流电源IV2所供应电流无法同时应付外接元件21、22及蓄电池BI、B2、B3的充电需求，微控制器99将启动维护运作保护程序，将输入电源由直流电源IV2切换为以太网络供直流电源IV3方式运作，若仍无法同时应付外接元件21、22及蓄电池B1、B2、B3的充电需求，微控制器99将再次启动维护运作保护程序，中断对蓄电池BI、B2、B3进行充电，只将电力提供给外接元件控制单元31与对外接元件21、22，待路灯市电或恢复市电交流电供电时，再恢复对蓄电池BI、B2、B3进行充电。举例说明，通过路灯与架设太阳能系统，并搭配以太网络供电所形成的互相备援电力系统，当连续阴雨天时间超过太阳能供电系统所设计的供电容量时间，若无切换至以太网络互相备援的供电系统，在连续白天阴雨情况下，架于路灯电子设备将因无电源或电压过低造成无法运作；若切换到以太网络互相备援供电系统，便可解决这类特殊天候及特殊紧急状况下的供电问题。在线互动式电源控制系统100的蓄电池BI、B2、以及B3，在本实施例中，分别由充放电控制器41c、42c、43c所控制，针对蓄电池BI、B2、以及B3的充电电压、充电电流、放电电压、放电电流、充电截止电压、放电截止电压保护及最低终止放电电压保护等相关保护机制，依据微控制器99内建软件程序的运作指令，采取应有的应对的程序。相对应地，各自独立的充放电控制器41c、42c、以及43c，依据微控制器99内建的软件程序，以对蓄电池BI、B2、以及B3进行不同电压充电、充电排除、高低压充电优先排序、过低压停止充电保护及最低终止放电电压保护等运作模式，以提高蓄电池使用效率与对蓄电池运作的保护。充放电控制器41c 43c，采取独立充放电控制系统模式并分别耦接于蓄电池BI B3，由于充放电控制器41c 43c之间存在独立充电与独立放电或并联方式共同放电特性，不会因蓄电池BI B3规格不同或特性差异造成故障或短路，使充放电控制器41c 43c故障，故可以达到蓄电池BI B3的保护与增加充放电效益。在此请注意，由于放电截止电压保护与最低终止放电电压保护的运作，其运作时机为蓄电池B1、B2、B3都因并联方向式放电，并满足微控制器99所设定的放电截止电压值，此时微控制器99将自动控制外接元件控制单元31与32对外接元件21与22中断供电，但蓄电池B1、B2、及B3仍对微控制器99持续供电。当蓄电池B1、B2、及B3并联方向式持续供电给微控制器99，在所有并联的蓄电池B1、B2、及B3的电池电压降到微控制器99所设定的最低终止放电电压值，微控制器99将自动关闭在线互动式电源控制系统100的所有运作，以保护蓄电池BI、B2、及B3因电压过低但仍持续放电所产生的永久损害的状况发生。 微控制器99分别耦接至电源转换器11 13与充放电控制器41c 43c以及外接元件控制单元31、32。微控制器99可检测在线互动式电源控制系统100的状态，以控制充放电控制器41c、42c、及43c，调整转换后的直流电压0V1、0V2、及0V3或检测/控制蓄电池B1、B2、及B3，以对外接元件控制单元31与32其中之一进行供电。在此请注意，本发明的蓄电池BI、B2、B3可为铅酸蓄电池、锂类蓄电池、以及镍镉蓄电池等，但本发明不应以此为限，亦可由未来所发展的各种蓄电池所实现。故充放电控制器41c、42c、及43c可经由微控制器99检测蓄电池BI、B2与B3在室温时进行放电的特性、或/及高低温下进行放电的特性、或/及室温下进行充电的特性、或/及高低温下进行充电的特性、或/及其他不同规格蓄电池的特性，以判断蓄电池B1、B2与B3种类，并通过充电模式切换控制单元72调整充放电控制器41c、42c、及43c对蓄电池B1、B2、及B3的充电模式(例如脉冲方式进行充电或线性方式进行充电)、充电电压、充电电流、充电方法、充电速度、充电时间、...等。须注意者，不同种类的蓄电池需要有不同的充电模式，本发明即可针对不同蓄电池作出相对应的充电控制。一实施例中，假设蓄电池BI可为12V的铅酸蓄电池，蓄电池B2可为12V锂类蓄电池，请同时参阅图2A与图2B，图2A显示铅酸蓄电池于室温下进行放电的运作模式，图2B显示锂类蓄电池于室温下进行放电的运作模式，其中，横坐标显示负载运作时间(T)，纵坐标显示负载电压(V)。由于铅酸电池于放电时，其负载电压的电压值下降非常平均现象，故在铅酸电池放电末期(此时蓄电量约剩5 10%电量时)前，电压值下降速度与负载使用时间，呈现相同对等比例的下降幅度(如虚框201所示)；而锂类电池则在放电初期时，负载电压的电压值下降非常缓慢现象(如虚框202所示)，但在负载放电末期(此时蓄电量约剩5 10%电量时)，电压值却下降速度非常快(如虚框203所示)，故锂类电池的放电末期与初期的电压值下降速度差异相当大，电压下降速度可达约10倍以上。另外，在线互动式电源控制系统100包含温度检测单元61，在本实施例中，温度检测单元61分别针对蓄电池BI B3的放置空间，及在线互动式电源控制系统100的主机板上方空间或其他会产生热能的元件，以进行温度检测。当温度检测单元61所取得的温度数据传输至微控制器99，此时由微控制器99内建的软件程序进行判断，若温度过高时，微控制器99决定中断充放电控制器41c、42c、43c、或外接元件控制单元31、32、或对外接元件2U22的放电控制...等程序；当温度降低至在线互动式电源控制系统100所定义可安全运作温度时，再恢复进行在线互动式电源控制系统100应有的设备功能运作。如此一来，在线互动式电源控制系统100通过微控制器99的温度检测管理控制，能有效的保护本身电源控制系统的正常运作，进一步保护蓄电池在特殊环境使用及外接元件的供电运作。故微控制器99可将所测得的温度信息，依据蓄电池BI B3在室温时进行放电的特性、或/及高低温下进行放电的特性、或/及室温下进行充电的特性、或/及高低温下进行充电的特性，例如对蓄电池BI与B2预先进行短时间充放电检测后，决定充放电控制器41c与42c的对蓄电池BI与B2的充电模式(例如脉冲方式进行充电或线性方式进行充电)。在未断电状态时，电源转换器11、或/及12、或/及13将输入电源的交流电源IV1、或/及直流电源IV2、或/及以太网络供直流电源IV3转换成直流电压0V1、或0V2、或0V3， 以对外接元件控制单元31、32进行电力提供，蓄电池BI、B2、B3则通过充放电控制器41c、42c、43c进行蓄电池充电。请回复参阅图1，充放电控制器41c、42c、及43c，依据微控制器99的内建软件程序，对蓄电池B1、B2、及B3进行相关模式的充电运作，以进行对蓄电池的不同电压充电、蓄电池充电排除、蓄电池的蓄电量高低决定充电优先顺序、蓄电池充电截止电压保护、蓄电池因电压过低而停止充电保护，举例说明，例如蓄电池充电排除为蓄电池BI的负载电压为
12.9V，超过预设的截止充电负载电压值，故此蓄电池BI时属饱满状态，排除蓄电池BI进行充电；若蓄电池B3的负载电压为6. 8V,低于预设的故障蓄电池负载电压值,蓄电池B3属故障状态，排除蓄电池B3进行充电。另外，在一实施例中，先对蓄电量较低的蓄电池进行充电，蓄电池BI与B2先进行蓄电量比较，若蓄电池B2相对于蓄电池BI为处于低电压状态，则蓄电池B2优先进行充电。举例说明，当停电状态终止(市电恢复供电)，蓄电池B3此时的负载电压为10. 6V，在蓄电池B1、B2、及B3其电压为最低，为避免蓄电池B3因电压过低造成永久损坏，微控制器99控制充放电控制器43c，优先对蓄电池B3进行充电，待其蓄电池B3的负载电压回复至充电截止电压后，再进行第二次蓄电池BI、B2及B3的负载电压比较，以决定新的充电顺序。如此一来，上述的方法皆可提高蓄电池使用效率与对蓄电池BI B3运作的保护。在此请注意，恢复电力高低压充电优先排序与不同电压充电运作模式，是特别针对当输入电源由路灯电源供应所设计，通过在线互动式电源控制系统100的独特运作充电模式。在断电状态时，蓄电池BI、B2、及B3则通过充放电控制器41c、42c、及43c进行蓄电池单独或并联方向式放电，输出直流电压OVl 0V3对外接元件控制单元31、及32进行供电。充放电控制器41c、42c、及43c，依据微控制器99的软件程序，对蓄电池B1、B2、及B3进行相关模式的放电保护，包括放电截止电压保护、最低终止放电电压保护、终止对外接元件21、22放电...等。其中，微控制器99的放电保护包含放电截止电压保护与最低终止放电电压保护，举例说明，当使用者预设的放电截止电压保护的电压为11. 5V，最低终止放电的电压为11V,若蓄电池B3的负载电压为11. 4V,已低于截止保护电压,但尚未达最低终止放电的电压11V，因此不再对外接元件21或22进行供电；若蓄电池B3的负载电压为
10.9V,已低于最低终止放电的电压，故此时蓄电池B3被设定为不再放电，避免蓄电池B3因电压过低永久损坏。在此请注意，在断电状态时，蓄电池BI B3采取并联共同放电运作模式，是特别针对设备电源由路灯电源供应所设计，通过在线互动式电源控制系统100的独特运作放电模式，可延长电子设备在路灯日间中断供电时，延长备援电力供电时间。一般而言，电源转换器11、12、及13与电力来源切换控制单元71分别依据微控制器99的信号，调整转换电压与选择输入电源，以提供稳定及符合外接元件控制单元31、32与充放电控制器41c、42c、43c的电压与电流，使外接元件21、22及蓄电池B1、B2、B3获得最佳负载电压、充电电压与充电电流。但因为电路损耗、或供电电压不稳、或突发大电流负载发生等特殊状况下，造成在供给给充放电控制器41c、或/及42c、或/及43c的电压过低或不稳，导致充电电压低于蓄电池BI、或/及、B2、或/及B3，或充电电压不稳定情形发生，则 在线互动式电源控制系统100会关闭充放电控制器41c、或/及、42c、或/及43c。换言之，此状况下微控制器99可控制充放电控制器41c、42c、43c不进行充电，以避免因突发电流过大或电压不稳或电压过低，造成蓄电池过热而损坏的情况。因此，本发明具有危机管理与防灾应变的能力。当电源转换器11 13都无法提供转换电压时，蓄电池BI、或/及、B2或/及B3会通过充放电控制器41c 43c自动供电给微控制器99，微控制器99依据检测判断蓄电池B1、B2、B3电压状况，先采取放电截止电压保护与最低终止放电电压保护机制的程序，再依据处于可使用状态下的蓄电池数量，决定对外接元件21 22进行单独或并联方式对外接元件控制单元31、32进行供电，如此可确保外接元件21、22的正常运作，直到所有蓄电池都放电至截止电压保护的电压值，此时微控制器99与外接元件21、22将自动失去电力而无法运作，如此一来，可维持在线互动式电源控制系统100的最长运作时间，同时避免蓄电池B1、B2、及B3在失去充电电源时，因高低电压差而互相充放电特性产生，导致蓄电池B1、B2、B3因化学作用而产生热能引起电池永久损坏或爆炸等风险。在此请注意，在线互动式电源控制系统100的电路设计采用各自独立模块充电，在未断电状态时并联方式放电，在断电状态时可各自独立模块来控制放电，或可单独或并联方式整合放电，以对外接元件控制单元31、32进行供电，确保外接元件21、22的正常运作，由于输入电源由一般市电电源供电及路灯电源所供应，故可发挥最大运作效益的应用设计。在线互动式电源控制系统100的远端控制端口 51，在本实施例中，除了通过一般的RS-232或RS-485的规格来进行远端控制，同时通过以太网络供直流电源的RJ-45端口进行远距离网络连结，达到远端遥控目的。除此之外，电源系统管理者或使用者，可通过电脑执行远端控制，举凡微控制器99所检测、判断、控制、执行的状况，皆可由远端控制端口51所取得数据，并由使用者在远端控制器51遥控在线互动式电源控制系统100的运作。在线互动式电源控制系统100的电力来源切换控制单元71，在本实施例中，电力来源切换控制单元71、电源转换器11、12、13、外接元件控制单元31、32、及充放电控制器41c 43c耦接，分别由电力来源切换控制单元71对输入电源(交流电源IVl、直流电源IV2、及以太网络供直流电源IV3至少其一)进行转换，再通过微控制器99对输入电压、输入电流、转换电压、负载电流、波形、频率及其他电源特性至少其一，进行至少一种检测与判断，以决定输入电源所转换出的直流电压OVl、或0V2、或0V3进入在线互动式电源控制系统100。在线互动式电源控制系统100的充电模式切换控制单元72，在本实施例中，充电模式切换控制单元72，则通过微控制器99对蓄电池B1、B2、B3的充电电压、充电电流、负载电压、负载电流、放电电压、放电电流、波形、频率及其他蓄电池特性至少其一，进行至少一种检测判断，以决定对蓄电池B1、B2、B3采取微控制器99所设定的不同充电模式，包括脉冲方式进行充电、线性方式进行充电、不同电压值充电、不同电流充电及不同充放电截止电压值等管理控制，因在线互动式电源控制系统100采用充放电控制器41c、42c、43c独立充放电控制器设计，所以充电模式切换控制单元72可同时对至少一种或一种以上的不同类型的蓄电池B1、B2、B3进行充放电模式切换。在线互动式电源控制系统100的蓄电池充放电保护电路88，在本实施例中，分别耦接至充放电控制器41c、42c、43c与微控制器99、电力来源切换控制单元71、充电模式切换控制单元72。蓄电池充放电保护电路88用以保护放电电流过大，造成蓄电池BI B3因电流过大受损，更进一步地,蓄电池放电保护电路88对独立的充放电控制器41c、42c、43c，具有方向性充电、独立充电与并联整合电流放电，避免因充放电控制器41c、42c、43c与蓄电池B1、B2、B3任一故障或短路，造成在线互动式电源控制系统100无法正常运作。在线互动式电源控制系统100的电源转换切换电路89，在本实施例中，分别耦接至电力来源切换控制单元71、电源转换器11、12、13与充放电控制器41c、42c、43c及微控制器99。电源转换切换电路89用以切换转换后的直流电压OVl或0V2或0V3的供电方向，举例来说，当输入电源(例如交流电源IVl)中断，电力来源切换控制单元71可以决定由直流电压0V2或0V3来对外接元件控制单元31、32、及充放电控制器41c、42c、43c进行供电。在线互动式电源控制系统100的微控制器99，在本实施例中，负责所有检测、判断、控制、执行、管理、回应等程序，并通过内建所设计的软件程序，对电源转换器11、12、13、外接元件控制单元31、32、充放电控制器41c、42c、43c、电力来源切换控制单元71、充电模式切换控制单元72等，进行检测、执行、管理、控制，其详细运作说明已于上文论述，在此不再另行赘述。在此请注意，本发明一实施例的在线互动式电源控制系统100，所揭示的是独特软硬件运作设计与特殊保护电路模式及各种实务应用所遇到问题，提出可行的解决方法，对于各种耦接的电源转换器、外接元件控制单元、外接元件、充放电控制器、蓄电池、电源转换切换控制单元、充电模式切换控制单元、温度检测元件、远端控制端口等，并没有限制仅可为单一数目，设计者与使用者可依实务使用需要，增减数量，以达到本发明解决问题目的。举例来说，其中外接元件21可为网路交换机、红外线投射灯、刷卡系统、检测系统、无线设备、监视器、防盗设备、消防设备、交通号志、防灾设备、医疗仪器设备...等。换言之，在线互动式电源控制系统100可依使用者需求，耦接至任意外接于各种使用直流电电子设备，并在停电状况下由在线互动式电源控制系统100进行直流电供电，以确保该些电子设备能正常运作。请参阅图3，图3为本发明在线互动式电源控制系统300 —实施例的示意图。其、中，输入电源可耦接至一路灯的一市电电表302后的电源，换言之，输入电源可耦接至电线杆电路的交流电源，使用者不需额外提供输入电源，其余原理与上述相同，为求简洁在此不另行赘述。请参阅图4，图4为本发明在线互动式电源控制系统400 —实施例的示意图，其中，输入电源可耦接至一路灯电源控制箱401的一市电电表后的电源，图3与图4的差异，主要是就实务性分散式使用架设的应用可行性。其余原理与上述相同，为求简洁在此不另行赘述。请参阅图5，图5为本发明在线互动式电源控制系统500 —实施例的示意图，在线互动式电源控制系统500可稱接至一般建筑物市电配电盘或任一电源插座，以取得较稳定且不易中断的交流电源，其余原理与上述相同，为求简洁在此不另行赘述。请参阅图6，图6为本发明在线互动式电源控制系统100 —实施例的示意图，在线互动式电源控制系统100，可耦接至绿色能源的直流电源系统，例如太阳能电源、风力电源、水利电源等，在本实施例为太阳能的直流电源当作其输入电源，故在线互动式电源控制 系统600可设置于人烟稀少处，但本发明不应以此为限，其余原理与上述相同，为求简洁在此不另行赘述。综上所述，在线互动式电源控制系统利用微控制器监控各转换器、控制器、控制单元、切换单元及蓄电池的情况，以调整其充电或放电的方式，并利用多种外接直流电源(例如风力电源、太阳能电源、及以太网络供电...等)或交流电源的组合，避免由单一电源进行供电与充电，达到增加备援电力系统使用时间与落实发明可使用性，并提高绿色能源被利用性与蓄电池使用效率的提升。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种适用于至少一外接元件的一在线互动式电源控制系统，其特征在于，包含 至少一电源转换器，将至少一输入电源进行转换，以输出至少一转换电压； 多个充放电控制器，耦接至所述电源转换器，并依据所述转换电压对一第一蓄电池与一第二蓄电池进行充放电； 至少一外接元件控制单元，耦接至所述电源转换器，并依据所述转换电压或所述第一、或/及所述第二蓄电池所提供的电力对所述外接元件供电与控制； 至少一电力来源切换控制单元，耦接至所述电源转换器，以切换所述电源转换器的所述输入电源的来源，并选择对所述外接元件控制单元、所述外接元件、所述充放电控制器、以及所述蓄电池提供电源； 一微控制器，检测所述在线互动式电源控制系统中的状态，并控制所述输入电源的来源、电源类别与一优先顺序，以进行所述输入电源切换与电压转换；所述微控器控制所述多个充放电控制器，以调整所述第一与所述第二蓄电池对所述外接元件控制单元的一供电机 制；以及 至少一充电模式切换控制单元，耦接至所述电源转换器与所述充放电控制器，依据所述微控制器对所述蓄电池的放电检测、充电检测、及其他电力特性进行检测的结果，选择一充放电模式； 其中，所述供电机制依据微控制器检测所述电源转换器及所述切换控制单元的状态，对所述外接元件、所述第一蓄电池与所述第二蓄电池进行充放电与启动/中断电力的控制。
2.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述输入电源可包括一交流电源、或/及一直流电源、或/及一以太网络供直流电源。
3.如权利要求2所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述电源转换器包含至少一升压、或/及至少一降压的转换电压电路，以提供所述转换电压至少一升压或/及至少一降压的功能。
4.如权利要求3所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述电力来源切换控制单元依据所述转换电压的电压特性、电流特性、波形、频率至少其一，通过所述微控制器控制所述转换电源切换电路，来决定所述转换电压的一供电方向。
5.如权利要求4所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述交流电源或所述直流电源经所述电源转换器所转换出的转换电压具有至少一差异，所述微控制器检测所述转换电压的电压、电流、波形、频率至少其一，使所述电力来源切换控制单元决定所述输入电源的一顺序。
6.如权利要求4所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述顺序为交流电源为第一优先，所述直流电源为第二优先，所述以太网络供直流电源为第三优先。
7.如权利要求4所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，在线互动式电源控制系统包含一以太网络供电端口，且所述以太网络供电端口可接收所述输入电源或传送所述转换电压。
8.如权利要求7所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述转换电压可对所述第一与第二蓄电池充电、或对所述外接元件供电。
9.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述充放电控制器为各自独立或并联方式进行放电。
10.如权利要求9所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，当所述输入电源未断电时，所述微控制器依据所述第一与所述第二蓄电池的一电压高低，通过充放电控制器进行不同电压充电、充电排除、高低压充电优先排序、充电截止电压保护、过低压停止充电保护及放电截止电压保护、及最低终止放电电压保护至少其一的程序。
11.如权利要求2所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，当所述交流电源中断时，所述电力来源切换控制单元切换为所述直流电源或所述以太网络供直流电源进行供电，以避免所述输入电源中断。
12.如权利要求2所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，当所述直流电源输入的电流量不足以供电给所述外接元件使用时，所述微控制器控制所述充放电控制器对所述第一与所述第二蓄电池以并联方式，进行供电，对所述微控制器、所述外接元件控制单元、及所述外接元件进行供电。
13.如权利要求12所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述第一与所述第二蓄电池的放电电压降至一截止电压保护电压的电压值时，停止对所述微控制器及所述外接兀件控制单兀供电。
14.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述微控制器在一预设周期对所述第一与所述第二蓄电池进行检测，所述微控制器依据检测结果对所述第一与所述第二蓄电池进行一放电截止电压保护与一最低终止放电电压保护的程序。
15.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，当所述输入电源恢复供电时，经所述电源转换器转换电压后，会直接供电给微控制器、所述外接元件控制单元及所述充放电控制器，以对所述第一与所述第二蓄电池进行充电。
16.如权利要求2所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，所述交流电源可耦接至一路灯的一市电电源、或一室内外配电盘的市电、或一插座市电、或通过一绿色能源转换成交流电电力。
17.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，在线互动式电源控制系统包含至少一温度检测单元，耦接至所述微控制器，所述温度检测单元检测所述在线互动式电源控制系统的一环境温度。其中，所述环境温度包含一蓄电池温度、或一主机板温度、或空间环境温度，当所述检测环境温度超过微控制器一危险预设温度时，所述微控制器将禁止所述充放电控制器与外接元件控制单元，进行充电或放电运作，待所述环境温度提升或降低至一安全预设温度时，再恢复充所述放电控制器与所述外接元件控制单元正常运作。
18.如权利要求I所述的在线互动式电源控制系统，其特征在于，在线互动式电源控制系统包含一远端控制器，所述远端控制器耦接至所述微控制器，且一使用者可通过所述远端控制器，控制所述微控制器程序软件以调整所述电源转换器、所述充放电控制器、所述外接元件控制单元、所述电力来源切换控制单元、所述充电模式切换单元、所述温度检测控制参数的运作。
全文摘要
本发明公开了一种适用于一外接元件的一在线互动式电源控制系统，在线互动式电源控制系统包含至少一电源转换器、多个充放电控制器、一外接元件控制单元、以及一微控制器。电源转换器，将一输入电源进行转换，以输出至少一转换电压；多个充放电控制器，依据转换电压以对一第一蓄电池与对一第二蓄电池进行充电；外接元件控制单元，依据转换电压或第一、第二电池控制外接元件；微控制器，检测在线互动式电源控制系统中的一状态，控制多个充放电控制器，以调整第一及该第二电池对外接元件控制单元的供电。
文档编号H02J9/04GK102738844SQ20111009523
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者郑茂振 申请人:郑茂振