TWI874922B - Power backup system, electrical infrastructure and power backup method - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關一種電力備援系統、電子基礎設施及電力備援方法,特別是一種在電網異常期間持續供電的電力備援系統、電子基礎設施及電力備援方法。 The present invention relates to a power backup system, electronic infrastructure and power backup method, in particular to a power backup system, electronic infrastructure and power backup method that continuously supply power during power grid abnormalities.
交通號誌燈、行人與自行車專用號誌燈、車道管制號誌燈、路燈、監控器及智慧停車柱等電子基礎設施都是由電網供電。如果電網遭到天災人禍而部分或全部發生故障,則部分或全部電子基礎設施會失去電力而關閉,導致部分區域乃至整個城鎮的交通大亂或陷入黑暗之中。 Traffic lights, pedestrian and bicycle lights, lane control lights, street lights, surveillance cameras, smart parking posts and other electronic infrastructure are all powered by the power grid. If the power grid is partially or completely damaged by natural disasters or man-made disasters, some or all of the electronic infrastructure will lose power and shut down, causing traffic chaos or darkness in some areas or even the entire town.
市場上已經發展出提供電子基礎設施的電力備援系統,在電網故障期間,電力備援系統能夠持續供電給電子基礎設施。 Power backup systems for electronic infrastructure have been developed in the market. During power grid failures, power backup systems can continue to supply power to electronic infrastructure.
然而,習知的電力備援系統使用的是內建電池,因電池容量決定備援的時間,導致內建電池的電力受限且不可更換。在電網修復以前,一旦內建電池的電力耗盡,則電子基礎設施將面臨失去電力而關閉的風險。 However, the conventional power backup system uses a built-in battery. Since the backup time is determined by the battery capacity, the power of the built-in battery is limited and cannot be replaced. Before the power grid is repaired, once the power of the built-in battery is exhausted, the electronic infrastructure will face the risk of losing power and shutting down.
本發明的主要目的在於提供一種電力備援系統、電子基礎設施及電力備援方法,在電網異常期間能夠持續將電力提供給電子基礎設施。 The main purpose of the present invention is to provide a power backup system, electronic infrastructure and power backup method, which can continuously provide power to the electronic infrastructure during power grid abnormalities.
本發明的另一目的在於提供一種電力備援系統、電子基礎設施及電力備援方法,可透過更換電池來延長供電時間。 Another purpose of the present invention is to provide a power backup system, electronic infrastructure and power backup method, which can extend the power supply time by replacing batteries.
為了達成前述的目的,本發明提供一種用於電子基礎設施的電力備援系統,包括一不斷電裝置以及一電池連接座。該不斷電裝置配置以接收一電網的電力,並且將電力提供給一電子基礎設施。該電池連接座電性連接該不斷電裝置,配置以容納至少一可交換電池,並且與該可交換電池進行驗證。其中,在通過驗證以後,該電池連接座允許該可交換電池進行充電或放電。其中,當該電網異常時,該可交換電池進行放電,該電池連接座接收該可交換電池的電力,該不斷電裝置切換成自該電池連接座接收電力並且將電力提供給該電子基礎設施。 In order to achieve the above-mentioned purpose, the present invention provides a power backup system for electronic infrastructure, including an uninterruptible power device and a battery connector. The uninterruptible power device is configured to receive power from a power grid and provide power to an electronic infrastructure. The battery connector is electrically connected to the uninterruptible power device, configured to accommodate at least one exchangeable battery, and authenticate with the exchangeable battery. After authentication, the battery connector allows the exchangeable battery to be charged or discharged. When the power grid is abnormal, the exchangeable battery is discharged, the battery connector receives power from the exchangeable battery, and the uninterruptible power device switches to receive power from the battery connector and provide power to the electronic infrastructure.
為了達成前述的目的,本發明提供一種具有電力備援功能的電子基礎設施,包括一本體、一控制裝置、一電力備援系統以及至少一可交換電池。該控制裝置設置於該本體的外部,電性連接該本體,並且控制該本體的運作。電力備援系統設置於該控制裝置的外部或該本體的外部,其中,該不斷電裝置電性連接該控制裝置並且將電力提供給該控制裝置。該可交換電池設置於該電池連接座。其中,當該電網異常時,該不斷電裝置切換成自該電池連接座接收電力並且將電力提供給該控制裝置。 In order to achieve the above-mentioned purpose, the present invention provides an electronic infrastructure with power backup function, including a body, a control device, a power backup system and at least one exchangeable battery. The control device is arranged outside the body, electrically connected to the body, and controls the operation of the body. The power backup system is arranged outside the control device or outside the body, wherein the uninterruptible power supply device is electrically connected to the control device and provides power to the control device. The exchangeable battery is arranged in the battery connector. Wherein, when the power grid is abnormal, the uninterruptible power supply device switches to receive power from the battery connector and provides power to the control device.
為了達成前述的目的,本發明提供一種電子基礎設施的電力備援方法,包括下列步驟:一不斷電裝置接收一電網的電力,並且將電力提供給一電子基礎設施;當至少一可交換電池被插入一電池連接座後,於該電池連接座與該可交換電池進行驗證;在通過驗證以後,該電池連接座允許該可交換電池進行充電或放電;以及當該電網異常時,該可交換電池進行放電,該電池連接 座接收該可交換電池的電力,該不斷電裝置切換成自該電池連接座接收電力並且將電力提供給該電子基礎設施。 In order to achieve the above-mentioned purpose, the present invention provides a power backup method for electronic infrastructure, comprising the following steps: an uninterruptible power device receives power from a power grid and provides power to an electronic infrastructure; when at least one exchangeable battery is inserted into a battery connector, the battery connector and the exchangeable battery are authenticated; after passing the authentication, the battery connector allows the exchangeable battery to be charged or discharged; and when the power grid is abnormal, the exchangeable battery is discharged, the battery connector receives power from the exchangeable battery, and the uninterruptible power device switches to receive power from the battery connector and provides power to the electronic infrastructure.
本發明的功效在於,當電網發生異常時,能夠自動切換至以可交換電池進行供電,來維持電子基礎設施的運作。 The effect of the present invention is that when an abnormality occurs in the power grid, it can automatically switch to power supply by interchangeable batteries to maintain the operation of electronic infrastructure.
本發明的另一功效在於,在電網異常期間,藉由不斷地更換可交換電池,使得不斷電裝置能夠持續接收電池連接座的電力並將電力提供給電子基礎設施,以維持電子基礎設施的運作,直至電網修復為止。 Another effect of the present invention is that during power grid abnormalities, by continuously replacing interchangeable batteries, the uninterruptible power supply device can continue to receive power from the battery connector and provide power to the electronic infrastructure to maintain the operation of the electronic infrastructure until the power grid is repaired.
100:電力備援系統 100: Power backup system
10:不斷電裝置 10: Uninterruptible power supply device
11:電源模組 11: Power module
12:通訊模組 12: Communication module
20:電池連接座 20: Battery connector
21,21A:容置槽 21,21A: Receiving groove
22,22A:電連接部 22,22A: Electrical connection part
23,23A:通訊模組 23,23A: Communication module
30:物聯網閘道器 30: Internet of Things Gateway
31:天線 31: Antenna
40:交流-直流轉換器 40: AC-DC converter
50,50A:外部控制單元 50,50A: External control unit
60,60A:第一直流-直流轉換器 60,60A: The first DC-DC converter
70,70A:第二直流-直流轉換器 70,70A: Second DC-DC converter
80:太陽能板 80: Solar panels
90:保護箱體 90: Protective box
91:維修門 91:Maintenance door
92:斜坡 92: Slope
200:電網 200: Power grid
300:電子基礎設施 300:Electronic infrastructure
301:本體 301:Entity
302:控制裝置 302: Control device
400,400A,410,410A:可交換電池 400,400A,410,410A: Interchangeable batteries
401:電連接部 401: Electrical connection part
402:通訊模組 402: Communication module
500,510,520,530:伺服器 500,510,520,530:Server
S100~S600:步驟 S100~S600: Steps
S110,S120:步驟 S110, S120: Steps
S410~S480:步驟 S410~S480: Steps
S610,S620:步驟 S610, S620: Steps
圖1是本發明的電力備援系統的示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of the power backup system of the present invention.
圖2A至圖2C是本發明的電力備援系統的電池更換程序的示意圖。 Figures 2A to 2C are schematic diagrams of the battery replacement process of the power backup system of the present invention.
圖3是本發明的電力備援系統的另一套驗證機制的示意圖。 Figure 3 is a schematic diagram of another verification mechanism of the power backup system of the present invention.
圖4是本發明的電子基礎設施的立體圖。 Figure 4 is a three-dimensional diagram of the electronic infrastructure of the present invention.
圖5A是本發明的電力備援系統的保護箱體的內部配置的示意圖。 Figure 5A is a schematic diagram of the internal configuration of the protection box of the power backup system of the present invention.
圖5B是可交換電池從本發明的電力備援系統的保護箱體被取出的示意圖。 FIG5B is a schematic diagram showing the replaceable battery being taken out of the protective box of the power backup system of the present invention.
圖6是本發明的電力備援方法的流程圖。 Figure 6 is a flow chart of the power backup method of the present invention.
圖7是本發明的電力備援方法的步驟S100的流程圖。 FIG7 is a flow chart of step S100 of the power backup method of the present invention.
圖8是本發明的電力備援方法的步驟S200的流程圖。 FIG8 is a flow chart of step S200 of the power backup method of the present invention.
圖9是本發明的電力備援方法的步驟S300的流程圖。 FIG9 is a flow chart of step S300 of the power backup method of the present invention.
圖10A至圖10D是本發明的電力備援方法的步驟S400的流程圖。 Figures 10A to 10D are flow charts of step S400 of the power backup method of the present invention.
圖11是本發明的電力備援方法的步驟S600的流程圖。 FIG11 is a flow chart of step S600 of the power backup method of the present invention.
以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明,俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。 The following is a more detailed description of the implementation of the present invention with the help of diagrams and component symbols, so that those who are familiar with the technology can implement it accordingly after reading this manual.
圖1是本發明的電力備援系統100的示意圖。如圖1所示,本發明提供一種用於電力基礎設施的電力備援系統100,包括一不斷電裝置10以及一電池連接座20。不斷電裝置10配置以接收一電網200的電力,並且將電力提供給一電子基礎設施300。電池連接座20電性連接不斷電裝置10,配置以容納一或多個可交換電池(於後續說明中,將以二可交換電池400、410(swappable battery)為例進行說明,但不應以此限定本發明所適用的可交換電池的數量),並且與該等可交換電池400、410進行驗證。在通過驗證以後,電池連接座20允許該等可交換電池400、410進行充電或放電。當電網200異常時,該等可交換電池400、410進行放電,電池連接座20接收該等可交換電池400、410的電力,不斷電裝置10切換成自電池連接座20接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300。
FIG1 is a schematic diagram of a
進一步地說,該等可交換電池400、410是指平時存放在電池交換站的電池槽中的可攜式電能儲存裝置,具有充電和放電的能力,並可至電池交換站進行交換高電量的可交換電池400、410。由於目前各地區已廣設電池交換站,故該等可交換電池400、410的取得相當便利。除了用於電力備援系統100外,該等可交換電池400、410還可用於其他設置有電池連接座20的負載之供電,例如電動載具、智慧停車柱、電力輔助服務等。因此,該等可交換電池400、410具有容易取得、容易更換、可充放電、用途廣泛等優點。在電網正常期間,電池連接座20接收不斷電裝置10的電力對該等可交換電池400、410充電,以確保該等可交換電池400、410的電量狀態(State of Charge,簡稱SOC)維持在充飽狀態。
Furthermore, the
如圖2A至圖2C所示,在電網200異常期間,只要在電池連接座20中的電量低於一電量閾值(例如為20%、10%或5%)的該等可交換電池400、410的電量耗盡以前,從電池交換站取得電量高於一電量閾值的可交換電池400A、410A(該等可交換電池400A、410A的電量通常會符合或超過比電量閾值更高的一滿電閾值,例如為70%、80%或95%),再將電量低於電量閾值的可交換電池400、410從電池連接座20取出,最後將電量高於電量閾值的可交換電池400A、410A插入電池連接座20,即可完成電池更換程序。
As shown in FIG. 2A to FIG. 2C , during an abnormal period of the
藉此,當電網200發生異常時,電力備援系統100能夠自動切換至以可交換電池400、410進行供電,來維持電子基礎設施300的運作。
Thus, when an abnormality occurs in the
再者,在電網200異常期間,電力備援系統100能夠藉由不斷地更換高電量閾值的可交換電池400A、410A,使得不斷電裝置10能夠持續自電池連接座20接收電力並將電力提供給電子基礎設施300,以維持電子基礎設施300的運作,直至電網200修復為止。
Furthermore, during an abnormality of the
又,該等可交換電池400、410可能因為電量低於電量閾值或其他因素而無法通過驗證,未通過驗證的該等可交換電池400、410可能會導致不斷電裝置10無法從電池連接座20接收電力,導致不斷電裝置10無電力可提供給電子基礎設施300,因而必須被排除使用。
Furthermore, the
此外,電池連接座20容納該等可交換電池400、410的數量可以為二個,確保更換該等可交換電池400、410期間,至少有一個可交換電池400、410仍維持提供電力給電池連接座20,使得不斷電裝置10仍可持續自電池連接座20接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300。在一些實施例中,電池連接座20容納該等可交換電池400、410的數量可以超過二個。然而,電力備援系統100的
體積有限,且在電網200正常期間沒有任何作用,因此電池連接座20容納該等可交換電池400、410的數量不宜過多,以二個為較佳,避免過多該等可交換電池400、410閒置而增加營運成本。
In addition, the
值得一提的是,目前的換電機制通常是採取先還再取,即必須先將該等可交換電池400、410歸還至電池交換站,電池交換站透過該等可交換電池400、410辨識載具(如電動機車或電力備援系統100)身份與租約,才會吐出電量較高的該等可交換電池400A、410A。於此情況下,維運人員必須具有特殊權限,才可事先取得可用於電力備援系統100的可交換電池400A、410A(即可交換電池400A、410A插入電力備援系統100後可通過驗證並進行充電或放電)。
It is worth mentioning that the current battery exchange mechanism usually adopts the return-before-receive mechanism, that is, the
對此,維運人員可先將該等可交換電池400、410的其中之一(例如為可交換電池400)從電池連接座20取出(此時由可交換電池410供電),並歸還至電池交換站來獲得電量較高的可交換電池400A。於將可交換電池400A插入至電力備援系統100後(改由可交換電池400A供電),再以相同方式將可交換電池410更換為電量較高的可交換電池410A。藉此,任何人皆可對電力備援系統100進行換電作業,而不需要特殊權限。
In this regard, the maintenance personnel can first remove one of the
在較佳實施例中,不斷電裝置10包括一電源模組11及一通訊模組12,電源模組11配置以接收電網200的電力並且將電力提供給電子基礎設施300,電力備援系統100包括一物聯網閘道器30(IoT gateway),物聯網閘道器30作為中介裝置,可使電力備援系統100連接至網際網路,並可與伺服器500、510、520、530進行資料傳輸。物聯網閘道器30可為蜂巢網路物聯網閘道器,例如為4G/5G物聯網閘道器,而可於插入與設定SIM或設定eSIM後,透過指定的電信服務商連接至網際網路。物聯網閘道器30還可為衛星網路物聯網閘道器,可
透過天線31(如衛星天線)來與低軌道衛星群進行通訊,進而連接至網際網路。不斷電裝置10的通訊模組12可以藉由通訊界面與傳輸線(例如可採用RS-232或其他序列資料通訊標準、USB標準、Ethernet標準、CAN Bus標準等)配置與一物聯網閘道器30連線,然而本發明不以此為限。電池連接座20包括二容置槽21、21A、二電連接部22、22A及二通訊模組23、23A,電池連接座20的該等容置槽21、21A分別配置以完全地或部分地容納該等可交換電池400、410,電池連接座20的該等電連接部22、22A分別設置於電池連接座20的該等容置槽21、21A的內側,電性連接電源模組11,並且配置以可卸式電性連接被插入該等容置槽21、21A的該等可交換電池400、410的一電連接部401以傳輸電力,電池連接座20的該等通訊模組23、23A分別設置於電池連接座20的該等容置槽21、21A的內側,並且可以藉由近場通訊(Near-filed communication,簡稱NFC)配置與被插入該等容置槽21、21A的該等可交換電池400、410的一通訊模組402連線,藉以與該等可交換電池400、410進行驗證。在通過驗證以後,電池連接座20分別允許該等可交換電池400、410進行充電或放電。不斷電裝置10的通訊模組12可以藉由通訊界面與傳輸線(例如可採用RS-232或其他序列資料通訊標準、USB標準、Ethernet標準、CAN Bus標準等)與電池連接座20的該等通訊模組23、23A連線,然而本發明不限於此。電力備援系統100進一步包括一交流-直流轉換器40,交流-直流轉換器40電性連接不斷電裝置10的電源模組11、電池連接座20與物聯網閘道器30。
In a preferred embodiment, the
在較佳實施例中,本發明的物聯網閘道器30進一步包括一天線31,天線31可設置於電力備援系統100的上方或其他無遮蔽或部分遮蔽處,電性
連接物聯網閘道器30的一控制器。天線31可用來收發電磁波,即將電子訊號轉換為電磁波(載波),或者將電磁波(載波)轉換為電子訊號。
In a preferred embodiment, the IoT gateway 30 of the present invention further includes an antenna 31, which can be installed above the
當物聯網閘道器30具有連接蜂巢網路的功能時,天線31可以與基地台進行無線傳輸。當物聯網閘道器30具有連接衛星網路的功能時,天線31可以與低軌道衛星進行無線傳輸。 When the IoT gateway 30 has the function of connecting to a cellular network, the antenna 31 can perform wireless transmission with a base station. When the IoT gateway 30 has the function of connecting to a satellite network, the antenna 31 can perform wireless transmission with a low-orbit satellite.
此外,當物聯網閘道器30具有衛星定位功能時,物聯網閘道器30的衛星定位系統能夠透過天線31取得多個衛星的衛星定位資料,並計算物聯網閘道器30的正確位置,回報電網200異常的區域範圍,進而派遣維修工程師維修電網200,縮短調查時間,並可及早搶修電網200。或者,物聯網閘道器30可以回報需要更換電池的電力備援系統100的位置,可交換電池的維運人員能夠迅速前往電力備援系統100的正確位置更換電池,縮短等待更換電池的時間,以防該等可交換電池400、410的電量耗盡而損壞。
In addition, when the IoT gateway 30 has a satellite positioning function, the satellite positioning system of the IoT gateway 30 can obtain satellite positioning data of multiple satellites through the antenna 31, calculate the correct position of the IoT gateway 30, report the abnormal area of the
當電網200正常時,不斷電裝置10的電源模組11接收電網200的交流電並且將交流電提供給交流-直流轉換器40,交流-直流轉換器40將交流電轉換成直流電並且將直流電提供給電池連接座20的該等電連接部22、22A與物聯網閘道器30,藉以啟動電池連接座20與物聯網閘道器30。在通過驗證以後,電池連接座20的該等電連接部22、22A利用直流電對該等可交換電池400、410充電。
When the
當電網200異常時,不斷電裝置10的電源模組11切換成自電池連接座20接收電力並且提供給電子基礎設施300,同時不斷電裝置10的通訊模組12通過物聯網閘道器30將一電網異常的訊息發送給一伺服器500(第二伺服器)。所述第二伺服器可為電子基礎設施管控單位的伺服器,第二伺服器接收到電網
異常的訊息以後,電子基礎管控單位得知電網異常並且派遣維修工程師維修電網200。
When the
此外,當電網異常時,不斷電裝置10可基於可交換電池400、410的當前電量與用電量計算一預估可用時間(即在沒有其他電源的情況下,電子基礎設施可維持運轉的預估時間),並透過通訊模組12與物聯網閘道器30將一預估可用時間的訊息發送給一伺服器510(第一伺服器)。
In addition, when the power grid is abnormal, the
前述預估可用時間的訊息的發送時機可為偵測到電網異常的當下,電網異常經過指定時間(例如十分鐘、半小時或一小時),或預估可用時間少於指定時間(例如三小時或二小時),不加以限定。 The timing of sending the aforementioned estimated available time message can be when a power grid anomaly is detected, when the power grid anomaly lasts for a specified time (e.g., ten minutes, half an hour, or one hour), or when the estimated available time is less than a specified time (e.g., three hours or two hours), without limitation.
當電網200異常,且該等可交換電池400、410的電量低於一電量閾值或預估可用時間少於一可用時間閾值時,電池連接座20的該等通訊模組23、23A分別接收該等可交換電池400、410發出的一低電量訊號,不斷電裝置10的通訊模組12接收低電量訊號並且通過物聯網閘道器30將一低電量訊息發送給一伺服器520(第三伺服器)。所述第三伺服器可為可交換電池的管理單位的伺服器,第三伺服器接收到低電量訊息以後,得讓可交換電池的管理單位得知該等可交換電池400、410的電量低於電量閾值,並立刻派遣維運人員攜帶兩顆電量高於電量閾值的可交換電池400A、410A前往電力備援系統100的所在地進行電池更換程序。
When the
在一些實施例中,電力備援系統100可透過物聯網閘道器30進行無線韌體更新(Firmware Over-The-Air,FOTA),以獲得新功能或解決運作問題。具體而言,物聯網閘道器30可連接一或多個伺服器530(第四伺服器),自
第四伺服器取得一更新,並安裝更新。更進一步地,前述更新可包括但不限於不斷電裝置10、電池連接座20或可交換電池400、410的韌體更新。
In some embodiments, the
前述第一伺服器、第二伺服器、第三伺服器與第四伺服器,可以為相同、部分相同、部分不同或不同之伺服器。舉例來說,第一伺服器、第三伺服器與第四伺服器為可交換電池的管理單位的伺服器,第二伺服器為電子基礎設施管控單位的伺服器。另一個例子中,第一伺服器與第三伺服器為可交換電池的管理單位的伺服器,第二伺服器為電子基礎設施管控單位的伺服器,第四伺服器為電力備援系統的管理單位的伺服器。 The aforementioned first server, second server, third server and fourth server may be the same, partially the same, partially different or different servers. For example, the first server, third server and fourth server are servers of a management unit of exchangeable batteries, and the second server is a server of an electronic infrastructure control unit. In another example, the first server and third server are servers of a management unit of exchangeable batteries, the second server is a server of an electronic infrastructure control unit, and the fourth server is a server of a management unit of a power backup system.
於一些實施例中,伺服器500與伺服器510可以為相同伺服器,或者可以為由同一管理單位(如電子基礎管控單位)負責管理的不同伺服器。藉此,管理單位可依據收到的訊息類型進行不同內容的派工,如維修電網200或更換可交換電池。
In some embodiments, server 500 and
以下將進一步說明電力備援系統100的電池更換程序。
The following will further describe the battery replacement procedure of the
圖2A至圖2C是本發明的電力備援系統100的電池更換程序的示意圖。如圖2A所示,並請參考圖1,當電網200異常且可交換電池400從電池連接座20的容置槽21被取出時,可交換電池410持續放電,使得不斷電裝置10的電源模組11持續自電池連接座20的電連接部22A接收電力並將電力提供給電子基礎設施300,以維持電子基礎設施300的運作。如圖2B所示,並請參考圖1,當電量高於電量閾值的一可交換電池400A被插入至電池連接座20的容置槽21時進行驗證,通過驗證且電量高於電量閾值的可交換電池400A進行放電,使得不斷電裝置10的電源模組11持續自電池連接座20的電連接部22接收電力並將電力提供給電子基礎設施300,以維持電子基礎設施300的運作,同時電量低於電量閾值的
可交換電池410停止放電並且從電池連接座20的容置槽21A被取出,以防可交換電池410持續放電至電量耗盡而損壞。如圖2C所示,並請參考圖1,當電量高於電量閾值的一可交換電池410A被插入至電池連接座20的容置槽21A時進行驗證,通過驗證且電量高於電量閾值的可交換電池410A進行放電,使得不斷電裝置10的電源模組11持續自電池連接座20的電連接部22A接收電力並將電力提供給電子基礎設施300,以維持電子基礎設施300的運作。
2A to 2C are schematic diagrams of the battery replacement process of the
在電網200異常期間,不斷電裝置10無法接收電網200的電力的狀況之下啟動電池連接座20,因此電力備援系統100提供另一套驗證機制以解決上述問題。圖3是本發明的電力備援系統100的另一套驗證機制的示意圖。如圖3所示,具體來說,電力備援系統100進一步包括二外部控制單元50、50A,該等外部控制單元50、50A分別電性連接電池連接座20的該等電連接部22、22A。當電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A被插入電池連接座20的該等容置槽21、21A時,電池連接座20的該等電連接部22、22A與該等外部控制單元50、50A同時配置以接收電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A的電力,藉以啟動電池連接座20與該等外部控制單元50、50A,同時電池連接座20的該等通訊模組23、23A與該等外部控制單元50、50A連線,藉以與電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A進行驗證。
During an abnormality of the
如圖3所示,在較佳實施例中,電力備援系統100進一步包括二第一直流-直流轉換器60、60A及二第二直流-直流轉換器70、70A,該等第一直流-直流轉換器60、60A分別電性連接電池連接座20的該等電連接部22、22A與該等外部控制單元50、50A,該等第二直流-直流轉換器70、70A電性連接電池連接座20的該等電連接部22、22A。當電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A
分別被插入電池連接座20的該等容置槽21、21A時,該等第一直流-直流轉換器60、60A分別將電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A提供的直流電(例如電壓為48V的直流電)轉換成不同電壓的直流電(例如電壓為NV的直流電),並且將不同電壓的直流電提供給該等外部控制單元50、50A,藉以啟動該等外部控制單元50、50A,同時該等第二直流-直流轉換器70、70A將電量高於電量閾值的該等可交換電池400A、410A提供的直流電(例如電壓為48V的直流電)轉換成不同電壓的直流電(例如電壓為12V的直流電),並且將不同電壓的直流電提供給電池連接座20的該等電連接部22、22A,藉以啟動電池連接座20。
As shown in FIG. 3 , in a preferred embodiment, the
值得一提的是,該等外部控制單元50、50A、該等第一直流-直流轉換器60、60A及該等第二直流-直流轉換器70、70A的數量取決於電池連接座20容納該等可交換電池400、410的數量。舉例來說,若電池連接座20僅能容納一組可交換電池400,則可僅配置一組外部控制單元50、一組第一直流-直流轉換器60及一組第二直流-直流轉換器70。
It is worth mentioning that the number of the external control units 50, 50A, the first DC-DC converters 60, 60A and the second DC-DC converters 70, 70A depends on the number of the
如圖1所示,在較佳實施例中,電力備援系統100進一步包括一太陽能板80,太陽能板80電性連接不斷電裝置10的電源模組11。不斷電裝置10的通訊模組12接收低電量訊號,使得不斷電裝置10的電源模組11切換成自太陽能板80接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300或透過電池連接座20對該等可交換電池400、410進行充電。萬一在該等可交換電池400、410的電量耗盡以前,可交換電池的維運人員來不及更換電池,太陽能板80能夠作為輔助電力來源,使得不斷電裝置10能夠持續接收太陽能板80的電力並且將電力提供給電子基礎設施300,以維持電子基礎設施300的運作,直至完成電池更換程序為止。
As shown in FIG1 , in a preferred embodiment, the
值得一提的是,由於太陽能板80能夠作為輔助電力來源,因此電池連接座可以只配置以容納一個可交換電池,不會影響到電力備援系統的功能。
It is worth mentioning that, since the
此外,於電網正常供電且日照充足時,不斷電裝置10亦可全部或部份地切換成自太陽能板80接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300或透過電池連接座20對該等可交換電池400、410進行充電,以降低電網200的負載。舉例來說,不斷電裝置10可使用供電相對穩定的電網200對電子基礎設施300進行供電,並使用供電較相對不穩定的太陽能板80的電力對該等可交換電池400、410進行充電。
In addition, when the power grid is supplying electricity normally and there is sufficient sunshine, the
圖4是本發明的電子基礎設施300的立體圖,圖5A是本發明的電力備援系統100的保護箱體90的內部配置的示意圖,圖5B是可交換電池400從本發明的電力備援系統的保護箱體90被取出的示意圖。如圖4及圖5A及圖5B所示,並請參考圖1,本發明提供一種具有電力備援功能的電子基礎設施300,包括一本體301、一控制裝置302、一電力備援系統100以及二可交換電池400、410(電池數量可以更少或更多)。控制裝置302設置於本體301的外部,電性連接本體301,並且控制本體301的運作。電力備援系統100設置於控制裝置302的外部或本體301的外部,不斷電裝置10的電源模組11電性連接控制裝置302並且將電力提供給控制裝置302。該等可交換電池400、410分別設置於電池連接座20的該等容置槽21、21A。
FIG. 4 is a three-dimensional diagram of the
此外,如圖5A及圖5B所示電力備援系統100可具有一保護箱體90,保護箱體90設置有一維修門91。電池連接座20可設置於遠離維修門91之處,且其容置槽21、21A是朝向維修門91。藉此,維運人員可方便地從維修門91插入或取出該等可交換電池400、410。更進一步地,保護箱體90具有一斜坡92(斜
坡92高度從維修門91朝保護箱體90內部逐漸降低),而使得該等可交換電池400、410插入容置槽21、21A後,該等可交換電池400、410的提把的高度會高於容置槽21、21A的電連接部22、22A的高度。藉此,可避免該等可交換電池400、410因水平方向的振動而跳脫電池連接座20導致斷路,並方便更換該等可交換電池400、410。
In addition, as shown in FIG. 5A and FIG. 5B , the
所述電子基礎設施300是指政府單位在其管轄範圍內建造的各種電子控制基礎設施,例如交通號誌燈、行人與自行車專用號誌燈、車道管制號誌燈、路燈、監視器、智慧停車柱,然而本發明不限於此。本體301具有電子基礎設施300的基本功能;舉例來說,交通號誌燈的本體301包括桿體及設置在桿體上的紅燈、黃燈和綠燈;舉例來說,行人與自行車專用號誌燈的本體301包括桿體及設置在桿體上的小綠人或自行車圖形燈;舉例來說,車道管制號誌燈的本體301包括桿體及設置在桿體上的綠色箭頭燈或紅色叉號燈;舉例來說,路燈的本體301包括桿體及光源;舉例來說,監視器的本體301包括殼體及其內部元件;舉例來說,智慧停車柱的本體301包括殼體及其內部元件。
The
在較佳實施例中,電力備援系統100可透過外掛方式設置於控制裝置302的頂部。在一些實施例中,電力備援系統100也可以設置在本體301的外部,例如本體301的桿體的一側。
In a preferred embodiment, the
值得一提的是,當電力備援系統100加掛於控制裝置302或本體301上時,天線31與前述之太陽能板80可以設置在電力備援系統100的保護箱體90的上方,以減少訊號遮蔽與獲得較多日照。更進一步地,天線31可全部或部分露出保護箱體90外,以避免金屬材質的保護箱體90干擾電磁波而造成收訊不佳或斷訊。
It is worth mentioning that when the
圖6是本發明的電力備援方法的流程圖。如圖6所示,並請參考圖1,本發明提供一種電子基礎設施的電力備援方法,包括下列步驟: FIG6 is a flow chart of the power backup method of the present invention. As shown in FIG6 and referring to FIG1, the present invention provides a power backup method for electronic infrastructure, comprising the following steps:
步驟S100,一不斷電裝置10接收一電網200的電力,並且將電力提供給一電子基礎設施300。
In step S100, an
步驟S200,當二可交換電池400、410插入一電池連接座20後,於電池連接座20與該等可交換電池400、410進行驗證。
Step S200, after two
步驟S300,在通過驗證以後,電池連接座20允許該等可交換電池400、410進行充電或放電。
Step S300, after verification, the
步驟S400,當電網200異常時,該等可交換電池400、410進行放電,電池連接座20接收該等可交換電池400、410的電力,不斷電裝置10切換成自電池連接座20接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300。
Step S400, when the
步驟S500,當電網200修復後,即可恢復供電;接著,不斷電裝置10可切換至接收電網200的電力,並且將電力提供給電子基礎設施300,並可對該等可交換電池400、410進行充電(步驟S100)。
Step S500, when the
圖7是本發明的電力備援方法的步驟S100的流程圖。如圖7所示,並請參考圖1,步驟S100進一步包括: FIG7 is a flow chart of step S100 of the power backup method of the present invention. As shown in FIG7 and referring to FIG1 , step S100 further includes:
步驟S110,不斷電裝置10的一電源模組11接收電網200的交流電,並且將交流電提供給一交流-直流轉換器40。
In step S110, a
步驟S120,交流-直流轉換器40將交流電轉換成直流電,並且將直流電提供給電池連接座20的二電連接部22、22A與一物聯網閘道器30,藉以啟動電池連接座20與物聯網閘道器30。
In step S120, the AC-
圖8是本發明的電力備援方法的步驟S200的流程圖。如圖8所示,並請參考圖1,步驟S200進一步包括:當該等可交換電池400、410分別被插入電池連接座20的二容置槽21、21A後,設置於電池連接座20的該等容置槽21、21A的內側的該等電連接部22、22A分別可卸式電性連接被插入該等容置槽21、21A的該等可交換電池400、410的一電連接部401以傳輸電力,且同時設置於電池連接座20的該等容置槽21、21A的內側的二通訊模組23、23A分別與被插入至該等容置槽21、21A的該等可交換電池400、410的一通訊模組402連線,藉以與該等可交換電池400、410進行驗證。
FIG8 is a flow chart of step S200 of the power backup method of the present invention. As shown in FIG8 and referring to FIG1, step S200 further includes: after the
圖9是本發明的電力備援方法的步驟S300的流程圖。如圖10所示,並請參考圖1,步驟S300進一步包括:電池連接座20利用直流電對該等可交換電池400、410充電。
FIG9 is a flow chart of step S300 of the power backup method of the present invention. As shown in FIG10 , and referring to FIG1 , step S300 further includes: the
圖10A至圖10D是本發明的電力備援方法的步驟S400的流程圖。步驟S400進一步包括: Figures 10A to 10D are flow charts of step S400 of the power backup method of the present invention. Step S400 further includes:
步驟S410,如圖10A所示,並請參考圖1,不斷電裝置10的電源模組11切換成自電池連接座20接收電力並且提供給電子基礎設施300;以及不斷電裝置10的一通訊模組12通過物聯網閘道器30將該等可交換電池的一預估可用時間的訊息發送給一第一伺服器,例如為伺服器510。
In step S410, as shown in FIG10A and referring to FIG1, the
步驟S420,如圖10A所示,並請參考圖1,當該等可交換電池400、410的電量低於一電量閾值或預估可用時間少於一可用時間閾值時,電池連接座20的該等通訊模組23、23A分別接收該等可交換電池400、410發出的一低電量訊號;以及不斷電裝置10的通訊模組12接收低電量訊號並且通過物聯網閘道器30將一低電量訊息發送給一第三伺服器,例如為伺服器520。
Step S420, as shown in FIG10A, and referring to FIG1, when the power of the
步驟S430,如圖10A所示,並請參考圖2A,可交換電池400停止放電並且從電池連接座20的容置槽21被取出,可交換電池410持續放電。
In step S430, as shown in FIG. 10A and referring to FIG. 2A , the
步驟S440,如圖10B所示,並請參考圖2B及圖3,將電量高於電量閾值的一可交換電池400A插入電池連接座20的容置槽21;一第一直流-直流轉換器60將電量高於電量閾值的可交換電池400A提供的直流電轉換成不同電壓的直流電,並且將不同電壓的直流電提供給外部控制單元50,藉以啟動外部控制單元50;一第二直流-直流轉換器70將電量高於電量閾值的可交換電池400A提供的直流電轉換成不同電壓的直流電,並且將不同電壓的直流電提供給電池連接座20的電連接部22,藉以啟動電池連接座20;以及電池連接座20的通訊模組23與外部控制單元50連線,藉以與電量高於電量閾值的可交換電池400A進行驗證。
In step S440, as shown in FIG. 10B and referring to FIG. 2B and FIG. 3, a
步驟S450,如圖10B所示,並請參考圖2B,通過驗證且電量高於電量閾值的可交換電池400A進行放電,同時電量低於電量閾值的可交換電池410停止放電並且從電池連接座20的容置槽21A被取出。
In step S450, as shown in FIG10B and referring to FIG2B, the
步驟S460,如圖10C所示,並請參考圖2C及圖3,將電量高於電量閾值的一可交換電池410A插入電池連接座20的容置槽21A;一第一直流-直流轉換器60A將電量高於電量閾值的可交換電池410A提供的直流電轉換成不同電壓的直流電,並且將不同電壓的直流電提供給外部控制單元50A,藉以啟動外部控制單元50A;一第二直流-直流轉換器70A將電量高於電量閾值的可交換電池410A提供的直流電轉換成不同電壓的直流電並且將不同電壓的直流電提供給電池連接座20的電連接部22A,藉以啟動電池連接座20;以及電池連接座20的通訊模組23A與外部控制單元50A連線,藉以與電量高於電量閾值的可交換電池410A進行驗證。
In step S460, as shown in FIG. 10C and referring to FIG. 2C and FIG. 3, a
步驟S470,如圖10C所示,並請參考圖2C,通過驗證且電量高於電量閾值的可交換電池410A進行放電。
In step S470, as shown in FIG. 10C and referring to FIG. 2C , the
萬一在該等可交換電池400、410的電量耗盡以前,可交換電池的維運人員來不及更換電池,在步驟S420與步驟S430之間進一步包括:步驟S480,如圖10D所示,並請參考圖1,不斷電裝置10的電源模組11切換成自一太陽能板80接收電力並且將電力提供給電子基礎設施300或透過電池連接座20對該等可交換電池400、410進行充電。
In case the maintenance personnel of the interchangeable batteries do not have time to replace the batteries before the power of the
在一些實施例中,請一併參考圖6與圖11,圖11是本發明的電力備援方法的步驟S600的流程圖。本發明的電力備援方法進一步包括下列步驟:步驟S600,電力備援系統100可透過物聯網閘道器30進行無線韌體更新(Firmware Over-The-Air,FOTA),以獲得新功能或解決運作問題。具體而言,步驟S600進一步包括:步驟S610,物聯網閘道器30可連接一或多個伺服器530(第四伺服器);以及步驟S620,自第四伺服器取得一更新程式,並安裝更新程式。更進一步地,前述更新程式可包括但不限於不斷電裝置10、電池連接座20或可交換電池400、410的韌體更新程式。步驟S600可以是在步驟S100之前執行,或在步驟S100與步驟S200之間執行,或在步驟S200與步驟S300之間執行,或在步驟S300與步驟S400之間執行,或在步驟S400與步驟S500之間執行,或在步驟S500之後執行,然而本發明不限於此。
In some embodiments, please refer to FIG. 6 and FIG. 11 together. FIG. 11 is a flow chart of step S600 of the power backup method of the present invention. The power backup method of the present invention further includes the following steps: Step S600, the
以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例,並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制,是以,凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更,皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。 The above is only used to explain the preferred embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention in any form. Therefore, any modification or change of the present invention made under the same spirit of the invention should still be included in the scope of protection intended by the present invention.
100:電力備援系統 100: Power backup system
10:不斷電裝置 10: Uninterruptible power supply device
11:電源模組 11: Power module
12:通訊模組 12: Communication module
20:電池連接座 20: Battery connector
21,21A:容置槽 21,21A: Receiving groove
22,22A:電連接部 22,22A: Electrical connection part
23,23A:通訊模組 23,23A: Communication module
30:物聯網閘道器 30: Internet of Things Gateway
31:天線 31: Antenna
40:交流-直流轉換器 40: AC-DC converter
80:太陽能板 80: Solar panels
200:電網 200: Power grid
300:電子基礎設施 300:Electronic infrastructure
301:本體 301:Entity
302:控制裝置 302: Control device
400,410:可交換電池 400,410: Interchangeable batteries
401:電連接部 401: Electrical connection part
402:通訊模組 402: Communication module
500,510,520,530:伺服器 500,510,520,530:Server
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