專利名稱：用于有后備電池的電源和電池充電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及用于驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載的直流電源，并且更具體 地涉及包括可以充電的后備電池的電源。
背景技術(shù)：
自動(dòng)門以多種多樣的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，諸如推拉門、旋轉(zhuǎn)格板門、折疊 門和十字形旋轉(zhuǎn)門。為了安全和防火的目的經(jīng)常需要自動(dòng)門。例如， 包括一個(gè)或多個(gè)折疊型門的自動(dòng)門系統(tǒng)可以用作安全和/或防火門。這 些自動(dòng)門配置成基于觸發(fā)器諸如安全或防火指示器自動(dòng)地打開或關(guān) 閉。結(jié)果，自動(dòng)門包括控制電子器件和一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)以控制門的 移動(dòng)。該電動(dòng)機(jī)和附帶的控制電子器件必須由電源驅(qū)動(dòng)。許多自動(dòng)門 包括耦合到傳統(tǒng)交流(AC)電源的常規(guī)電源，所述傳統(tǒng)交流電源將 AC電源轉(zhuǎn)換成適合電動(dòng)機(jī)和控制電子器件使用的直流(DC)電源。
但是，在許多緊急情況下可能得不到可靠的AC電源。為了提供 可靠的電力，許多自動(dòng)門包括與后備電池連接的常規(guī)AC/DC轉(zhuǎn)換器 電源，當(dāng)AC電源被損害時(shí)就切換到后備電池。此外，在有些情況下， 用于自動(dòng)門的電源可以包括用于通過AC/DC轉(zhuǎn)換器電源使電池保持 在充滿狀態(tài)的電池充電器。
為了向自動(dòng)門的電動(dòng)機(jī)和附帶的控制電子器件提供電力，需要提供一種可以從常規(guī)AC電源和后備電池提供電力的、更可靠和效率更 高的電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供在控制和推動(dòng)自動(dòng)門時(shí)有用的、用于提供電池充電且 同時(shí)提供以電池為后備的電力的裝置和方法。本發(fā)明還提供用于提供 電池的高效率現(xiàn)場充電以及AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的高效率現(xiàn)場測試的 裝置和方法。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種提供以電池為后備的電力的方法。該 方法包括提供用于從交流(AC)輸入產(chǎn)生直流(DC)輸出的電力變 換器(power converter),可以選擇性地使DC輸出與啟用的(enabled) DC輸出去耦合從而可以為了可接受的現(xiàn)場操作而監(jiān)測DC輸出。可以 選擇性地把啟用的DC輸出耦合到電池的電池輸出端。該方法還包括 通過控制啟用的DC輸出與電池輸出的選擇性耦合，檢測啟用的DC
在邏輯或構(gòu)造中把啟用的DC輸出與電池輸出耦合以產(chǎn)生電源輸出， 其提供在啟用的DC輸出啟用時(shí)來自該啟用的DC輸出以及來自電池 的電力t。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，有后備電池的電源包括具有交流 (AC)輸入和直流(DC)輸出的電力變換器。第一二極管以正向偏 置構(gòu)造可操作地耦合在DC輸出和偏置DC輸出之間。電源開關(guān)配置 成用于選擇性地把偏置DC輸出耦合到電源輸出使得可以為了可接受 的電力變換器現(xiàn)場操作而監(jiān)測DC輸出。電池開關(guān)配置成用于選擇性 地把電源輸出耦合到電池充電信號(hào)，且電池可操作地耦合在地和電池 輸出之間。電流傳感器可操作地串聯(lián)耦合在電池充電信號(hào)和電池輸出 之間。第二二極管可操作地耦合在電池輸出和電源輸出之間?？刂破?br> 配置成用于通過用脈寬調(diào)制操作控制電池開關(guān)來對(duì)電池充電，并用于 控制電源開關(guān)以引起在偏置DC輸出與電源輸出之間選擇性的耦合。 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施電源、以及可操作地耦合到電源輸出且包括配置用于打開和關(guān)閉可移 動(dòng)隔斷的電動(dòng)機(jī)的可移動(dòng)隔斷控制器。取決于例如電動(dòng)機(jī)的所期望的 應(yīng)用，可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)可以包括其它部件。例如，在一個(gè)實(shí)施例中電 動(dòng)機(jī)可以可操作地耦合到可移動(dòng)隔斷的一部分以便展開和縮回或者移 動(dòng)隔斷。這樣的隔斷可以包括例如具有多個(gè)鉸鏈連接的格板的折疊型 門。在一個(gè)具體例子中，該隔斷可以配置成防火屏障。當(dāng)然，正像本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣，該系統(tǒng)可以包括其它部件和構(gòu) 造用于其它應(yīng)用。


在說明本發(fā)明的實(shí)施例的附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可移動(dòng)隔斷的正視圖2是圖1所示的可移動(dòng)隔斷的平面圖3是圖l和2所示的可移動(dòng)隔斷的立體圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的有后備電池的電源的框圖5是說明用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)電池充電的脈寬調(diào)制操作 的流程圖；以及
圖6是說明用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)有后備電池的電源的不同 方面進(jìn)行操作的整體流程的例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供在控制和推動(dòng)自動(dòng)門時(shí)有用的、用于提供電池充電且 同時(shí)提供以電池為后備的電力的裝置和方法。本發(fā)明還提供用于提供 電池的高效率現(xiàn)場充電以及AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的高效率現(xiàn)場測試的 裝置和方法。
在下面的描述中，電路和功能可能以框圖形式示出以避免因不必 要的細(xì)節(jié)而曲解本發(fā)明。反過來講，在此除非特別指出，示出和描述 的具體電路方案僅是例子，并不應(yīng)理解為是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的唯一方式。 對(duì)于多數(shù)部分，有關(guān)定時(shí)考慮等的細(xì)節(jié)被省略，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)對(duì)于完整地理解本發(fā)明不是必需的，而且它們也在相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的 能力范圍之內(nèi)。
為了更清楚地展示和描述，有些附圖可能把信號(hào)說明成是單個(gè)信 號(hào)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，該信號(hào)可能代表總線上的所有信號(hào)， 其中該總線可能具有各種位寬度，并且本發(fā)明可以基于任意數(shù)目的數(shù) 據(jù)信號(hào)(包括單個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào))進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
參照?qǐng)D1 3，分別示出了可移動(dòng)隔斷100的正視圖、平面圖和立 體圖。應(yīng)當(dāng)注意，為了更清楚和簡單地示出所述實(shí)施例的各個(gè)方面， 把某些結(jié)構(gòu)或部件的各個(gè)部分進(jìn)行部分地分割。在圖l-3所示的例子 中，可移動(dòng)隔斷100可以是折疊門的形式。在某些實(shí)施例中，隔斷100 可以用作例如安全門、防火門或兼作二者。在另一些實(shí)施例中，該隔 斷不必用作防火門或安全門，而是可以用于簡單地把較大的空間劃分 成較小房間或區(qū)域。
隔斷100可以形成為具有多個(gè)格板102，這些格板102通過鉸鏈 或其它類似鉸鏈的結(jié)構(gòu)104以格板102和鉸鏈結(jié)構(gòu)104相交替的方式 相互連接起來。各單個(gè)格板102的鉸鏈連接使得格板能相對(duì)于彼此以 折疊或折扇方式折疊起來，使得當(dāng)隔斷處于縮回或折疊狀態(tài)時(shí)隔斷100 可以被緊湊地貯存到諸如在建筑物的第一壁108A中形成的匣腔106 中。
當(dāng)在展開狀態(tài)下時(shí)，隔斷100可以從第一壁108A延伸到第二壁 108B以用作屏障(例如，防火或安全屏障)或把一個(gè)區(qū)域或房間分割 成多個(gè)房間IIOA和IIOB。當(dāng)需要把隔斷IOO從收藏狀態(tài)展開到延伸 位置時(shí)，例如為了在火突中保護(hù)一片區(qū)域，隔斷100可以沿跨過該空 間的懸架軌道(overhead track) 112 (見圖3)被推動(dòng)以提供適當(dāng)?shù)?屏障。當(dāng)在展開或延伸狀態(tài)下時(shí)，隔斷100的前緣(圖示為凸導(dǎo)柱114) 可以與側(cè)柱或門柱116互補(bǔ)或匹配地接合起來，該側(cè)柱或門柱116可 以形成在建筑物的第二壁108B內(nèi)。
在圖2中可以最清楚地看出，隔斷IOO可以包括第一屏障或結(jié)構(gòu) 118A和第二屏障或結(jié)構(gòu)118B，它們都包括多個(gè)格板102，這些格板102通過鉸鏈或類似鉸鏈的結(jié)構(gòu)104相互耦合。第二結(jié)構(gòu)118B在橫向 上與第一結(jié)構(gòu)118A分隔開來。這樣的構(gòu)造可以用作防火門，其中一 個(gè)結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)構(gòu)118A)用作主要防火防煙屏障，兩個(gè)結(jié)構(gòu)118A 和118B之間的空間120用作絕緣或緩沖區(qū)，且另一個(gè)結(jié)構(gòu)(例如， 結(jié)構(gòu)118B)用作次要防火防煙屏障。為了在隔斷用于把一個(gè)較大空間 劃分成多個(gè)較小房間時(shí)提供聲屏障，這樣的構(gòu)造也是有用的。
可以用各種手段把隔斷100從收藏狀態(tài)移動(dòng)到展開狀態(tài)以及從展 開狀態(tài)移動(dòng)到收藏狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)器移動(dòng) 隔斷100。例如，驅(qū)動(dòng)器可以包括與皮帶輪或齒輪123耦合的電動(dòng)機(jī) 122，皮帶輪或齒輪123配置成驅(qū)動(dòng)傳送構(gòu)件如皮帶或鏈條124。
皮帶或鏈條124的一部分可以耦合到配置成沿軌道112行進(jìn)的滑 接輪125上?；虞?25可以耦合到隔斷100的一個(gè)部件諸如導(dǎo)柱114 上。由此，電動(dòng)機(jī)122和皮帶或鏈條124在第一方向上的致動(dòng)導(dǎo)致滑 接輪125和導(dǎo)柱114的移動(dòng)，從而可以展開隔斷。電動(dòng)機(jī)122和皮帶 或鏈條124在第二方向上的致動(dòng)導(dǎo)致滑接輪125和導(dǎo)柱114的移動(dòng)， 從而可以縮回隔斷。
另外，可以與這樣的驅(qū)動(dòng)器一起使用各種各樣的傳感器、開關(guān)和 控制電子器件以參與隔斷100的控制。這些電子部件可以泛稱和總稱 為可移動(dòng)隔斷控制器140。雖然圖示為第一壁108A上的盒子，但本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，傳感器、開關(guān)和其它控制電子部件可以分 布在可移動(dòng)隔斷100內(nèi)和周圍的各個(gè)位置。作為控制電子器件的例子， 如圖1所示，當(dāng)用作防火門時(shí)，隔斷100可以包括開關(guān)或致動(dòng)器128， 通常稱為"太平門閂"。致動(dòng)器128的致動(dòng)允許位于隔斷100 —側(cè)(例 如在房間110A內(nèi))的人打開隔斷100 (如果它是關(guān)閉的)，或者停止 隔斷100 (如果它正在關(guān)閉)，以在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)提供出入由隔斷100 形成的屏障的通道。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管上述描述已經(jīng)更多地針對(duì)包括從第一壁108A延 伸到第二壁108B的單個(gè)隔斷100的實(shí)施例，但也可以使用其它的可 移動(dòng)隔斷。例如，正像本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣，可以使用雙門的或兩個(gè)部分的隔斷構(gòu)造，其中兩個(gè)類似構(gòu)造的隔斷延伸跨過 空間并結(jié)合在一起以形成適當(dāng)?shù)钠琳稀?br> 電動(dòng)機(jī)122和可移動(dòng)隔斷控制器140需要電力來操作，該電力由 電源提供，電源可以放置在本地，例如，可能在匣腔106內(nèi)的某位置 上。作為替代方案，電源也可以遠(yuǎn)離可移動(dòng)隔斷100放置，電源線從 有后備電池的電源連到電動(dòng)機(jī)122和可移動(dòng)隔斷控制器140。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的有后備電池的電源200的框圖。有 后備電池的電源200包括具有交流(AC)輸入205和直流(DC)輸 出212的電力變換器210。包括電池260，其連接在地和電池輸出264 之間。電池配置成用于在電力變換器210被去除、不能操作或不能提 供足夠的電壓電平時(shí)向電源輸出296提供電流。
電力變換器210可以是任何合適的AC到DC電源，諸如常規(guī)的 開關(guān)式電源。AC輸入205通?？梢允浅Ｒ?guī)的60Hz標(biāo)稱115伏AC電 力信號(hào)。僅舉例來說而不是限制，DC輸出212可以是適合向可移動(dòng) 隔斷系統(tǒng)中的12伏或24伏DC電動(dòng)機(jī)提供電力的、電壓為諸如約15 伏或約28伏的相對(duì)高的電流輸出。
電池260可以是適合輸送適于驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)的電動(dòng)4幾122 的相對(duì)高的電流的任何電池。舉例來說而不是限制，合適的電池可以 包括鉛酸電池和閥調(diào)節(jié)的鉛酸電池，諸如凝膠電池和可溶性玻璃墊電 池。當(dāng)然，雖然表示為單個(gè)電池，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到， 為了產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏麟娖?，電?60可以配置為串聯(lián)、并聯(lián)或 串并聯(lián)組合地連接的多個(gè)電池。
第一二極管Dl連接在DC輸出212和偏置DC輸出214之間， 且以正向偏置方向連接到DC輸出212。類似地，第二二極管D2連接 在電池輸出264和偏置電池輸出266之間，且以正向偏置方向連接到 電池輸出264。電源開關(guān)Sl串聯(lián)連接在偏置DC輸出214和啟用的 DC輸出216之間。結(jié)果，當(dāng)電源開關(guān)S1閉合時(shí)，偏置DC輸出214 和偏置電池輸出266耦合在一起，以便以邏輯或構(gòu)造驅(qū)動(dòng)電源輸出 296。與許多常規(guī)的有后備電池的電源不同，這種構(gòu)造無需用來在電源
13輸出和電池輸出之間進(jìn)行選擇的轉(zhuǎn)接開關(guān)。通過該有線"或"構(gòu)造，
二極管(Dl和D2 )防止反向偏置電流流向電池260或電力變換器210, 并使電流能夠從電池260和電力變換器210的組合輸送出來。當(dāng)然， 如果電池260的充電量低，則電池電壓可能低，使得由電力變換器210 向電源輸出296提供大部分或全部電流。類似地，如果電力變換器故 障、或者提供的電壓不足、或者電源開關(guān)S1斷開，則由電池260向電 源輸出296提供大部分或全部電流。另外，該構(gòu)造導(dǎo)致在高負(fù)載狀態(tài) 下從其牽引電流的雙源。
可以通過對(duì)電流傳感器250進(jìn)行采樣和控制電池開關(guān)S2的控制 器220的組合對(duì)電池260進(jìn)行充電。電流傳感器250和電池開關(guān)S2 串聯(lián)連接在啟用的DC輸出216和電池輸出264之間。在電池開關(guān)S2 閉合時(shí)，產(chǎn)生具有用于對(duì)電池260充電的適合電壓和電流電平的電池 充電信號(hào)255。下面將結(jié)合圖5的討論更詳細(xì)地解釋電池充電過程的 操作。
控制器220可以是任何合適的處理器、微控制器、現(xiàn)場可編程門 陣列(FPGA)或配置用于對(duì)與它們連接的各種信號(hào)進(jìn)行控制和采樣 并總體控制有后備電池的電源200的操作和電池充電過程的其它合適 的可編程器件。舉例來說而不是限制，可以使用來自微芯片技術(shù)公司 (Microchip Technology Inc.)的PIC 18F2220微控制器?？刂破?20 在此可以被稱為控制器、處理器或微控制器。
電流傳感器250可以是霍爾效應(yīng)電流傳感器、電流表或其它適合 產(chǎn)生模擬或數(shù)字信號(hào)的電流傳感器，其中該信號(hào)與流過電流傳感器250 的電流量成比例。在一些實(shí)施例中，可以使用霍爾效應(yīng)電流傳感器來 最小化或基本消除可能在電流傳感器250上產(chǎn)生的電壓降。配置用于 產(chǎn)生模擬信號(hào)的電流傳感器250可以與微控制器220的模擬到數(shù)字輸 入耦合，以對(duì)該輸入進(jìn)行采樣并把它轉(zhuǎn)變成適合于在微控制器220上 的軟件使用的數(shù)字值。產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的電流傳感器250可以直接與微 控制器220上的串行或并行端口接口連接，以表示適合于在微控制器 220上的軟件使用的數(shù)字值。還可以在該串聯(lián)路徑中連接限流器257以限制在啟用的DC輸出 216和電池輸出之間流動(dòng)的電流量。限流器257可以是例如正溫度系 數(shù)(PTC)器件。該P(yáng)TC器件操作使得隨著流過它的電流量增加它變 熱。在預(yù)先設(shè)定的溫度閾值處，PTC器件的阻抗增加以限制流過它的 電流量。當(dāng)PTC器件冷卻下來時(shí)，它又回到較低阻抗?fàn)顟B(tài)，允許更多 的電流從其流過。由此，限流器257可以保護(hù)電流傳感器250使其避 免高電流，并保護(hù)電池使其避免可能在充電過程中產(chǎn)生問題的過大電 流。
本發(fā)明的實(shí)施例包括用于確定電力變換器210的存在和操作的機(jī) 構(gòu)。可以使用輸入監(jiān)測器230來確定在電力變換器210上正施加足夠 的AC輸入205?？梢允褂秒娫幢O(jiān)測器240來確定由電力變換器210 正產(chǎn)生可接受的DC輸出212。以簡單的形式，輸入監(jiān)測器230和電 源監(jiān)測器240可以配置成分壓器，該分壓器配置成產(chǎn)生與輸入電壓成 比例的模擬輸出電壓的一對(duì)串聯(lián)的電阻器。該分壓器可以把其輸入信 號(hào)的電壓降到適合與微控制器220上的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入連接的 電壓。由此，；微控制器220可以對(duì)來自輸入監(jiān)測器230的輸入電壓信 號(hào)232周期性地采樣以確定正提供適當(dāng)?shù)腁C輸入205。類似地，微 控制器220可以對(duì)來自電源監(jiān)測器240的電源電壓信號(hào)242采樣以確 定正產(chǎn)生可接受的DC輸出212。下面將結(jié)合圖6的討論更詳細(xì)地描 述DC輸出212檢測的操作。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到， 可以對(duì)輸入監(jiān)測器230和電源監(jiān)測器240使用其它的電壓監(jiān)測器。舉 例來說而不是限制， 一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測器可以配置為模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 該模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并把輸入電壓信號(hào)232和電 源電壓信號(hào)242作為代表電壓電平的數(shù)字輸入來提供。
電池監(jiān)測器270與電池輸出264連接以監(jiān)測電池輸出264的電壓。 與輸入監(jiān)測器230和電源監(jiān)測器240類似，電池監(jiān)測器270可以是把 電池電壓信號(hào)272作為模擬電壓向微控制器220提供的簡單的分壓器。 作為替代方案，電池監(jiān)測器270可以是把電池電壓信號(hào)272作為與電 池輸出264的電壓成比例的并行或串行數(shù)字信號(hào)向微控制器220提供的另一合適的器件。
有后備電池的電源200還可以包括溫度傳感器280、風(fēng)扇290和 通知元件292。溫度傳感器280可以基本上靠近電力變換器210定位 以監(jiān)測電力變換器210的溫度。由此，正^^下面結(jié)合圖6的討論中更 詳細(xì)地描述的那樣，如果溫度升得太高，微控制器220可以控制風(fēng)扇 290的操作，或使其它合適的事件發(fā)生?？梢杂晌⒖刂破?20操作通 知元件292以把在有后備電池的電源200的操作期間可能發(fā)生的某些 應(yīng)關(guān)注的事件通知給使用者。舉例來說而不是限制，通知元件292可 以是諸如揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管(LED)、液晶顯示器的元件或其它用 于把系統(tǒng)的狀態(tài)通知給使用者的合適的元件。
為了便于說明，把開關(guān)S1和S2說明為簡單的控制開關(guān)。舉例來 說而不是限制，這些開關(guān)可以用雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管、繼電器、 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)繼電器或其它合適的元件實(shí)現(xiàn)。
圖5和6示出可以作為在微控制器220上操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指 令被執(zhí)行的過程。除非有特別說明，描述過程的順序不應(yīng)該被理解為 是限制。此外，可以用任何合適的硬件、軟件、固件(firmware)或 其組合實(shí)現(xiàn)這些過程。舉例來說，用于執(zhí)行軟件過程的指令可以存儲(chǔ) 到存儲(chǔ)器件(未圖示)中并被傳送到與微控制器220耦合的存儲(chǔ)器， 或可以作為固件以易失或非易失方式存儲(chǔ)到微控制器220上的存儲(chǔ)器 中。
當(dāng)作為固件或軟件執(zhí)行時(shí)，用于執(zhí)行過程的指令可以存儲(chǔ)到計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)上。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括但不限于，磁存儲(chǔ)器件和光存儲(chǔ) 器件諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶、CD (壓縮盤)、DVD (數(shù)字多用途盤或 數(shù)字視頻盤)以及半導(dǎo)體元件諸如RAM、 DRAM、 ROM、 EPROM 和閃存。
圖5是說明用于根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例對(duì)電池充電的脈寬調(diào)制 操作的流程圖。電池充電使用智能控制，以通過監(jiān)測電池將接受的充 電電流和限制向電池施加的充電電流的時(shí)間長短來實(shí)現(xiàn)理想的充電條 件。通過使用脈寬調(diào)制電流，電池充電操作產(chǎn)生與電池將接受的充電電流 一 樣高的充電電流，但把隨時(shí)間累積的平均充電電流限制到不高 于對(duì)正被充電的電池推薦的充電電流。
將參考圖4和5描述電池充電操作300。 一般而言，圖4中的元 件編號(hào)是2XX形式，而圖5中的元件編號(hào)是3XX形式。通過把DC 輸出212設(shè)置在這樣的電壓來實(shí)現(xiàn)電池充電，該電壓足以向電池輸出 264輸送至少與電池的浮充電電壓一樣高的電壓。浮充電電壓通常指 高到足以維持通過電池的內(nèi)電阻的充電電流的電壓。由此，當(dāng)考慮到 可能在第一二極管Dl、電源開關(guān)Sl、電池開關(guān)S2、電流傳感器250 以及限流器257 (如果有限流器257的話)上產(chǎn)生的電壓降時(shí)，DC輸 出212應(yīng)當(dāng)處于足夠高的電壓。
此外，本發(fā)明的實(shí)施例利用脈寬調(diào)制(PWM)對(duì)電池充電。通 過PWM，電力變換器210可以在充電時(shí)段的一部分時(shí)間內(nèi)提供電池 260將接受的盡可能多的電流，然后在該充電時(shí)段的剩余時(shí)間內(nèi)不向 電池提供電流。結(jié)果，通過確定該充電時(shí)段內(nèi)的平均電流且確保該平 均電流基本上接近電池正被充電的推薦的最大充電電流，系統(tǒng)可以以 非常高效但依然安全的方式對(duì)電池充電。
電池充電操作300可以作為周期性(諸如在定時(shí)軟件循環(huán)內(nèi))進(jìn) 行的與時(shí)間有關(guān)的事件被實(shí)現(xiàn)，或在發(fā)生定時(shí)事件時(shí)被實(shí)現(xiàn)。為了開 始操作，過程框302指示測量電池電壓，其通過微控制器220讀出由 電池監(jiān)測器270產(chǎn)生的電池電壓信號(hào)272進(jìn)行，電池電壓信號(hào)272代 表電池輸出264的電壓。
判定框304進(jìn)行測試以查看電池260是否需要充電。該測試包括 確定電池輸出264的電壓是否低于要被充電的電池的浮充電電壓。如 果結(jié)果為否，則控制前進(jìn)至判定框316。
如果電池需要充電，則操作框306啟用充電電流，這是通過控制 信號(hào)來閉合電池開關(guān)S2來完成的。在啟用充電電流后的一個(gè)小的延時(shí) 后，操作框308測量充電電流。通過控制器220對(duì)來自電流傳感器250 的信號(hào)采樣來測量充電電流，該信號(hào)給出電池260正接受的電流的大 小的指示。
17操作框310計(jì)算應(yīng)向電池施加的充電脈沖占空比。換言之，確定 充電時(shí)段的循環(huán)時(shí)間。舉例來說而不是限制，該充電時(shí)段可以定義為 6.6毫秒?；谙到y(tǒng)中的電池，電池會(huì)有一個(gè)推薦的最大充電速率，其 通常用安培-小時(shí)表示。 一般地，該推薦的最大充電速率表示為電池額 定值的百分比，諸如0.2*<:，其中C是以安培-小時(shí)為單位的電池額定 值。由此，如果電池額定值為18安培-小時(shí)，則平均充電速率應(yīng)當(dāng)維 持在3.6安培-小時(shí)附近或以下。通過使用脈寬調(diào)制，對(duì)于充電時(shí)段的 一部分時(shí)間內(nèi)施加大的電流，然后對(duì)于該充電時(shí)段的剩余時(shí)間不施加 電流，使得按時(shí)間平均的電流在電池的最大充電電流額定值附近或以 下。
通過確定的充電脈寬占空比，確定充電脈沖持續(xù)時(shí)間，判定框312 等待充電脈沖持續(xù)時(shí)間結(jié)束。該持續(xù)時(shí)間可以以例如軟件循環(huán)或定時(shí) 器的方式實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)充電脈沖持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，操作框314禁用充電電流，這是通 過控制信號(hào)來打開電池開關(guān)S2來完成的。
判定框316進(jìn)行測試以查看在系統(tǒng)中是否實(shí)際存在電池，這是通 過由控制器220對(duì)電池電壓信號(hào)272采樣來完成的，在沒有電池存在 時(shí)該信號(hào)應(yīng)該指示基本上接近零的電壓。如果沒有電池存在，則操作 框318設(shè)定指示無電池的標(biāo)志。在微控制器上運(yùn)行的其它軟件例程可 以使用該標(biāo)志。當(dāng)然，測試電池存在與否的操作可以在充電操作之前 或之后進(jìn)行。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這些操作可以 被配置成使得可以在有電池存在時(shí)或沒有電池存在時(shí)進(jìn)行包括框306 、 308、 310、 312、 314的充電操作。
判定框320指示等待充電時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(即，當(dāng)充電電流截止 時(shí)充電時(shí)段的那一部分)完成的循環(huán)。用判定框320表示的該循環(huán)的 操作可以用多種方式完成。例如，如果微控制器220在接近充電時(shí)段 的總定時(shí)循環(huán)上操作，則判定框320要等待的周期接近于總循環(huán)時(shí)間 減去充電脈沖持續(xù)時(shí)間并減去執(zhí)行總循環(huán)內(nèi)的其它操作的時(shí)間。另一 方面，如果電池充電操作300配置成以規(guī)則安排的時(shí)間間隔(即充電時(shí)段)來執(zhí)行，則不需要判定框320，并且電池充電操作300會(huì)很簡 單地退出，因?yàn)樗鼘⒁韵乱粋€(gè)規(guī)則安排的時(shí)間間隔再次執(zhí)行。
圖6示出可以用于操作有后備電池的電源200的各個(gè)方面的總循 環(huán)。將參考圖4和6描述總循環(huán)400。 一般而言，圖4中的元件編號(hào) 是2XX格式，而圖6中的元件編號(hào)是4XX格式。總循環(huán)從電池充電 操作300開始，電池充電操作300的細(xì)節(jié)在圖5中示出。已經(jīng)說過， 如果總循環(huán)包括特定的定時(shí)循環(huán)，則在循環(huán)中每次執(zhí)行一次電池充電 例程。在循環(huán)的何處執(zhí)行電池充電例程并不十分重要。另一方面，如 果基于周期性定時(shí)器執(zhí)行電池充電例程，則它在周期性定時(shí)器期滿時(shí) (例如，作為中斷例程)就執(zhí)行，不管在定時(shí)器期滿時(shí)位于總循環(huán)的 哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)。
操作框404指示可以作為總循環(huán)的一部分被執(zhí)行的其它操作。在 此無須描述這些操作，因?yàn)樗鼈兣c本發(fā)明的各方面并不相關(guān)。此外， 這些操作在總循環(huán)的何處發(fā)生并不十分重要。
判定框406測試可能已經(jīng)在電池充電例程中設(shè)置的無電池標(biāo)志。 如果設(shè)置了無電池標(biāo)志，則操作在操作框424處繼續(xù)。如果沒有設(shè)置 無電池標(biāo)志，則判定框412進(jìn)行測試以查看是否存在AC電壓。該動(dòng) 作通過微控制器220讀出由輸入監(jiān)測器230產(chǎn)生的輸入電壓信號(hào)232 執(zhí)行，輸入電壓信號(hào)232代表AC輸入205的電壓。如果沒有AC電 壓存在，則控制轉(zhuǎn)到操作框420。
如果存在AC電壓，則操作框414斷開電源，這是通過微控制器 220控制信號(hào)來斷開電源開關(guān)Sl來完成的。通過斷開電源開關(guān)Sl，可 以不受其它電路干擾甚至可能會(huì)改變DC輸出212狀態(tài)地適當(dāng)?shù)販y試 輸出電壓。
操作框416測量電源，這是通過微控制器220讀出由電源監(jiān)測器 240產(chǎn)生的電源電壓信號(hào)242來完成的，電源電壓信號(hào)242代表DC 輸出212的電壓。
判定框418進(jìn)行測試以查看電源是否適當(dāng)?shù)毓ぷ?，例如，其可?是一測試以查看采樣的電源電壓信號(hào)242是否位于在所用的電力變換
19器210的設(shè)置和類型的預(yù)定界限內(nèi)。如果電源沒有適當(dāng)?shù)毓ぷ?，則操 作框420設(shè)置一個(gè)或多個(gè)電源問題標(biāo)志。例如，這些標(biāo)志可以指示缺 少AC輸入205、缺少DC輸出212或它們的組合。如果電源適當(dāng)?shù)毓?作，則操作框422通過微控制器220控制信號(hào)來閉合電源開關(guān)Sl而重 新連接電源。
通過微控制器220對(duì)來自溫度傳感器280的信號(hào)采樣，操作框424 測量電源內(nèi)的溫度?；谂卸?26,如果溫度太高，則操作框428 打開風(fēng)扇。如果溫度不是太高，則操作框430關(guān)掉風(fēng)扇。該檢測溫度 的操作可以包括一些滯后。換言之，可以在溫度超過第一溫度閾值時(shí) 打開電扇，而在溫度降到第二溫度闊值以下時(shí)關(guān)掉電扇。
在通過操作框428或430控制風(fēng)扇之后，總循環(huán)返回到電池充電 操作300并重復(fù)進(jìn)行。
雖然結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施 例。相反，本發(fā)明只由所附權(quán)利要求限定，它們?cè)谄浞秶鷥?nèi)包括按照 在此描述的本發(fā)明的原理操作的等同器件和方法。
權(quán)利要求
1.一種提供以電池為后備的電力的方法，包括提供用于從交流(AC)輸入產(chǎn)生直流(DC)輸出的電力變換器；選擇性地使DC輸出與啟用的DC輸出解耦合使得能夠?yàn)榱丝山邮艿默F(xiàn)場操作而監(jiān)測DC輸出；選擇性地使啟用的DC輸出耦合到電池的電池輸出；通過控制啟用的DC輸出與電池輸出的選擇性耦合，檢測啟用的DC輸出與電池輸出之間的充電電流以用脈寬調(diào)制操作控制電池的充電；以及在邏輯或構(gòu)造中使啟用的DC輸出與電池輸出耦合以產(chǎn)生電源輸出，其提供來自電池和在啟用的DC輸出啟用時(shí)來自該啟用的DC輸出的電流。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括 在基本上接近電力變換器的位置處檢測溫度；如果檢測到的溫度高于預(yù)定的溫度閾值就啟用基本上接近電力 變換器定位的風(fēng)扇；以及如果檢測到的溫度低于預(yù)定的溫度閾值就禁用風(fēng)扇。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括產(chǎn)生與DC輸出的電壓對(duì)應(yīng)的電源電壓信號(hào)；以及 其中，選擇性地使DC輸出與啟用的DC輸出解耦合還包括使 啟用的DC輸出與電源輸出解耦合，在解耦合之后對(duì)電源電壓信號(hào)采 樣，以及在采樣之后使啟用的DC輸出與電源輸出耦合。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括產(chǎn)生與AC輸入的電壓對(duì)應(yīng)的輸入電壓信號(hào)；以及 如果輸入電壓信號(hào)指示AC輸入是非活動(dòng)的，則繞開解耦合、釆 樣以及耦合的動(dòng)作。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括 產(chǎn)生與電池輸出處的電壓對(duì)應(yīng)的電池電壓信號(hào)；以及如果電池電壓信號(hào)低于預(yù)定的電池閾值則執(zhí)行脈寬調(diào)制操作。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中脈寬調(diào)制操作包括使啟用的DC輸出與電池輸出耦合；檢測啟用的DC輸出與電池輸出之間的充電電流；計(jì)算與該充電電流有關(guān)的充電脈沖持續(xù)時(shí)間；在充電脈沖持續(xù)時(shí)間之后，使啟用的DC輸出與電源輸出解耦合；等待充電循環(huán)持續(xù)時(shí)間完成；以及重復(fù)耦合、檢測、計(jì)算、解耦合以及等待的動(dòng)作。
7. —種有后備電池的電源，包括具有交流(AC)輸入和直流(DC)輸出的電力變換器；以正向偏置構(gòu)造可操作地耦合在DC輸出和偏置DC輸出之間的第一二極管；配置成用于選擇性地使偏置DC輸出耦合到電源輸出使得DC輸出能被監(jiān)測的電源開關(guān)；配置成用于選擇性地使電源輸出耦合到電池充電信號(hào)的電池開關(guān)；可操作地耦合在地和電池輸出之間的電池；可操作地串聯(lián)耦合在電池充電信號(hào)和電池輸出之間的電流傳感器；可操作地耦合在電池輸出和電源輸出之間的第二二極管；以及配置成用于通過用脈寬調(diào)制操作控制電池開關(guān)來對(duì)電池充電、并用于控制電源開關(guān)以引起在偏置DC輸出與電源輸出之間選擇性的耦合的控制器。
8. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，還包括可操作地耦合到控制器的溫度傳感器；可操作地耦合到控制器的風(fēng)扇，以及其中控制器還配置成，對(duì)來自溫度傳感器的與基本上接近電力變換器的位置處的溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行采樣；如果被采樣的信號(hào)高于預(yù)定的溫度閾值就啟用風(fēng)扇；而如果被采樣的信號(hào)低于第二預(yù)定的溫度閾值就禁用風(fēng)扇。
9. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，還包括可操作地耦合在DC輸出和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與DC輸出的電壓對(duì)應(yīng)的電源電壓信號(hào)的電源監(jiān)測器，以及其中控制器還配置成，使偏置的DC輸出與電源輸出解耦合；在解耦合之后對(duì)電源電壓信號(hào)采樣；以及在采樣之后使偏置DC輸出與電源輸出耦合。
10. 如權(quán)利要求9所述的有后備電池的電源，還包括可操作地耦合在AC輸入和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與AC輸入的電壓對(duì)應(yīng)的輸入電壓信號(hào)的輸入監(jiān)測器，以及其中控制器還配置成，如果輸入電壓信號(hào)指示AC輸入是非活動(dòng)的，則繞開解耦合、采樣以及耦合的操作。
11. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，還包括可操作地耦合在電池輸出和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與電池輸出處的電壓對(duì)應(yīng)的電池電壓信號(hào)的電池監(jiān)測器，以及其中控制器還配置成，對(duì)電池電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并且如果電池電壓信號(hào)低于預(yù)定的電池閾值則啟用脈寬調(diào)制操作。
12. 如權(quán)利要求ll所述的有后備電池的電源，其中控制器還配置成通過以下步驟控制脈寬調(diào)制操作操作電池開關(guān)以使電源輸出與電池輸出耦合；檢測來自電流傳感器的充電電流；計(jì)算與該充電電流有關(guān)的充電脈沖持續(xù)時(shí)間；在充電脈沖持續(xù)時(shí)間之后，操作電池開關(guān)以使電源輸出與電池輸出解耦合；等待充電循環(huán)持續(xù)時(shí)間完成；以及重復(fù)上述操作電池開關(guān)以耦合、檢測、計(jì)算、操作電池開關(guān)以解耦合以及等待的操作。
13. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，其中電源開關(guān)和電池開關(guān)都包括從由場效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、繼電器或MEMS繼電器構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)元件。
14. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，其中電流傳感器包括從由霍爾效應(yīng)電流傳感器和電流表構(gòu)成的組中選擇的元件。
15. 如權(quán)利要求7所述的有后備電池的電源，其中電池從由鉛酸電池、閥調(diào)節(jié)的鉛酸電池，凝膠電池和可溶性玻璃墊電池構(gòu)成的組中選擇。
16. —種可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，包括至少一個(gè)可移動(dòng)隔斷；有后備電池的電源，其包括具有交流(AC)輸入和直流(DC)輸出的電力變換器；以正向偏置構(gòu)造可操作地耦合在DC輸出和偏置DC輸出之間的第一二極管；配置成用于選擇性地使偏置DC輸出耦合到電源輸出的電源開關(guān)；可操作地耦合在地和電池輸出之間的電池；配置成用于選擇性地使電源輸出耦合到電池充電信號(hào)的電池開關(guān)；可操作地串聯(lián)耦合在電池充電信號(hào)和電池輸出之間的電流傳感器；可操作地耦合在電池輸出和電源輸出之間的第二二極管；以及配置成用于通過用脈寬調(diào)制操作控制電池開關(guān)來對(duì)電池充電、并用于控制電源開關(guān)以引起在偏置DC輸出與電源輸出之間選擇性的耦合的控制器；以及可操作地耦合到電源輸出、且包括配置成用于移動(dòng)所述至少 一個(gè)可移動(dòng)隔斷的電動(dòng)機(jī)的可移動(dòng)隔斷控制器。
17. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，還包括可操作地耦合到控制器的溫度傳感器；可操作地耦合到控制器的風(fēng)扇；以及其中控制器還配置成，對(duì)來自溫度傳感器的與基本上接近電力變換器的位置處的溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行采樣；如果被采樣的信號(hào)高于預(yù)定的溫度閾值就啟用風(fēng)扇；而如果被采樣的信號(hào)低于所述預(yù)定的溫度閾值就禁用風(fēng)扇。
18. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，還包括可操作地耦合在DC輸出和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與DC輸出的電壓對(duì)應(yīng)的電源電壓信號(hào)的電源監(jiān)測器；以及其中控制器還配置成，使偏置DC輸出與電源輸出解耦合；在解耦合之后對(duì)電源電壓信號(hào)采樣；以及在采樣之后使偏置的DC輸出與電源輸出耦合。
19. 如權(quán)利要求18所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，還包括可操作地耦合在AC輸入和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與AC輸入的電壓對(duì)應(yīng)的輸入電壓信號(hào)的輸入監(jiān)測器；以及其中控制器還配置成，如果輸入電壓信號(hào)指示AC輸入是非活動(dòng)的，則繞開解耦合、采樣以及耦合的操作。
20. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，還包括可操作地耦合在電池輸出和控制器之間、并配置成產(chǎn)生與電池輸出處的電壓對(duì)應(yīng)的電池電壓信號(hào)的電池監(jiān)測器；以及其中控制器還配置成，對(duì)電池電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，如果電池電壓信號(hào)低于預(yù)定的電池閣值則啟用脈寬調(diào)制操作。
21. 如權(quán)利要求20所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，其中控制器還配置成通過以下步驟控制脈寬調(diào)制操作操作電池開關(guān)以使電源輸出耦合到電池輸出；檢測來自電流傳感器的充電電流；計(jì)算與該充電電流有關(guān)的充電脈沖持續(xù)時(shí)間；在充電脈沖持續(xù)時(shí)間之后，操作電池開關(guān)以使電源輸出與電池輸出解耦合；等待充電循環(huán)周期持續(xù)時(shí)間完成；以及重復(fù)上述操作電池開關(guān)以耦合、檢測、計(jì)算、操作電池開關(guān)以解耦合以及等待的操作。
22. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，其中電源開關(guān)和電池開關(guān)都包括從由場效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、繼電器、或MEMS繼電器構(gòu)成的組中選擇的元件。
23. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，其中電流傳感器包括從由霍爾效應(yīng)電流傳感器和電流表構(gòu)成的組中選擇的元件。
24. 如權(quán)利要求16所述的可移動(dòng)隔斷系統(tǒng)，其中電池從由鉛酸電池、閥調(diào)節(jié)的鉛酸電池，凝膠電池和可溶性玻璃墊電池構(gòu)成的組中選擇。
全文摘要
公開了用于向可移動(dòng)隔斷提供以電池為后備的電力的裝置、系統(tǒng)和方法。電力變換器(210)從交流(AC)輸入(205)產(chǎn)生直流(DC)輸出(212)。DC輸出(212)可以被選擇性地與啟用的DC輸出(216)解耦合使得為了可接受的現(xiàn)場操作能夠監(jiān)測DC輸出(212)。啟用的DC輸出(216)可以選擇性地耦合到電池輸出端(264)。通過控制啟用的DC輸出(216)與電池輸出(264)的選擇性耦合，可以檢測啟用的DC輸出(216)與電池輸出(264)之間的充電電流以用脈寬調(diào)制操作控制電池(260)的充電。在邏輯或構(gòu)造中使啟用的DC輸出(216)與電池輸出(264)耦合以產(chǎn)生電源輸出(296)，該電源輸出從提供來自啟用的DC輸出(216)和電池(260)的電流。電源輸出(296)可以驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)隔斷控制器和配置用于打開和關(guān)閉可移動(dòng)隔斷的電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02J7/34GK101595621SQ200880003502
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者D·G·費(fèi)爾德, E·C·古德曼, K·D·班塔 申請(qǐng)人:望門公司