專(zhuān)利名稱(chēng)：備用電源系統(tǒng)和方法
備用電源系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
備用電源或不間斷電源(UPS)設(shè)備通?？捎糜谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)和其中不間斷功率被要求(例如在功率故障期間繼續(xù)提供功率)的其他電子設(shè)備。UPS設(shè)備用來(lái)自UPS設(shè)備中的電池(或多個(gè)電池)的電功率來(lái)替換或補(bǔ)充來(lái)自公用事業(yè)公司的電功率。電池能夠提供功率至少達(dá)有限的時(shí)間，直到來(lái)自公用事業(yè)供應(yīng)商的電功率可以被恢復(fù)。一旦電功率被恢復(fù)，則該電功率用于對(duì)UPS設(shè)備中的電池進(jìn)行再充電，使得在下次有功率故障時(shí)電池被充滿電。UPS設(shè)備通常用于大的數(shù)據(jù)中心。然而，UPS設(shè)備是不可縮放來(lái)適應(yīng)不斷增加的功率要求的。數(shù)據(jù)中心功率要求的改變常常轉(zhuǎn)化成用于增加UPS設(shè)備的資金的重大投資。相反，針對(duì)數(shù)據(jù)中心的總期待功率需求而對(duì)UPS設(shè)備典型地設(shè)計(jì)尺寸。但是，該途徑增加用于可以適應(yīng)離被購(gòu)買(mǎi)仍然可能有很多年的數(shù)據(jù)中心裝備的UPS設(shè)備的初始資金花費(fèi)。此外，過(guò)大的UPS設(shè)備可能不高效地進(jìn)行操作，直到將數(shù)據(jù)中心增到全容量，由此在早期強(qiáng)加不必要的操作費(fèi)用。過(guò)大的UPS設(shè)備還消耗在數(shù)據(jù)中心處的“不動(dòng)產(chǎn)”，其之后不能被用于其他目的。


圖1是如其可以在托架系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)的示例備用功率系統(tǒng)的平面圖。圖2a是用于備用功率系統(tǒng)的功率圖的不例。圖2b是用于備用功率系統(tǒng)的通/[目圖的示例。圖3是示出其可以被實(shí)現(xiàn)以用于控制備用功率系統(tǒng)的示例操作的流程圖。圖4a_b是示出智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC)的示例操作的流程圖。圖5a_b是示出接口和管理(頂)的示例操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式公開(kāi)了備用電源系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，備用電源系統(tǒng)是模塊化的并且因而隨著數(shù)據(jù)中心被填充有電子設(shè)備，該備用電源系統(tǒng)可以隨著時(shí)間被在線購(gòu)買(mǎi)和出售(bring),由此減少預(yù)付的資金花費(fèi)。此外，備用電源系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)尺寸成更接近于負(fù)載，為產(chǎn)品的壽命增加操作效率。備用電源系統(tǒng)的分布式性質(zhì)還騰出數(shù)據(jù)中心中的“不動(dòng)產(chǎn)”用于更多的電子設(shè)備。在本文中公開(kāi)的備用電源系統(tǒng)的實(shí)施例還實(shí)現(xiàn)定制化。也就是說(shuō)，傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)不根據(jù)負(fù)載在設(shè)備之間進(jìn)行區(qū)分。也就是說(shuō)，當(dāng)功率故障時(shí)，UPS系統(tǒng)向連接到該UPS系統(tǒng)的任何設(shè)備提供備用功率。這甚至包括最不重要的電子設(shè)備，并且為了保證在功率故障期間電子設(shè)備中的全部都被提供有充足的備用功率，因而可能導(dǎo)致UPS系統(tǒng)過(guò)大。當(dāng)然，電子設(shè)備中的一些(例如，一些顯示設(shè)備和備用系統(tǒng))不需要在功率故障期間被操作，并且因此不需要被提供有來(lái)自UPS系統(tǒng)的功率。在本文中公開(kāi)的備用電源系統(tǒng)為不同的電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)定制的貫穿時(shí)間和功率水平的跨度(ride)?？梢栽试S較不重要的電子設(shè)備在功率故障期間斷電，使得備用電源系統(tǒng)僅必須向更重要的電子設(shè)備提供功率。
在本文中公開(kāi)的備用電源系統(tǒng)的實(shí)施例還包括更高的效率。也就是說(shuō)，傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)也進(jìn)行操作來(lái)提供AC功率。從DC向AC的功率轉(zhuǎn)換導(dǎo)致?lián)p失，其通過(guò)為UPS系統(tǒng)提供附加的能量?jī)?chǔ)存而被補(bǔ)償。此外，以AC進(jìn)行操作引入諧波、功率因數(shù)、峰值電流和可能掠奪備用容量的系統(tǒng)其他問(wèn)題。在本文中公開(kāi)的備用電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DC母線(rail)。這會(huì)除去針對(duì)AC到DC轉(zhuǎn)換損失的所需能量?jī)?chǔ)存的10%到20%。因此，在本文中公開(kāi)的備用電源系統(tǒng)更加高效地進(jìn)行操作。示例待機(jī)效率可以超過(guò)99.75%，備用或放電效率可以超過(guò)95%，以及充電效率可以超過(guò)97%。備用電源系統(tǒng)也使用更小、更廉價(jià)的部件，這減少成本并增加余裕。此外，如果一個(gè)部件(例如，電池模塊)的故障發(fā)生，則僅失去所選擇的區(qū)域，并且對(duì)于數(shù)據(jù)中心處的操作容量的全部損失而言有更少的機(jī)會(huì)(如與中央U(xiǎn)PS設(shè)備相反的)。也更廉價(jià)來(lái)保證備用電源系統(tǒng)，因?yàn)榭商鎿Q部分(例如，電池模塊)僅是整個(gè)解決方案的一小部分。圖1是如其可以在托架系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)的示例備用功率系統(tǒng)100的平面圖。該備用功率系統(tǒng)100在本文中還可以被稱(chēng)為不間斷電源(UPS)設(shè)備，雖然該備用功率系統(tǒng)100 (甚至當(dāng)被稱(chēng)為UPS設(shè)備時(shí))因?yàn)橐恍┰蚨煌趥鹘y(tǒng)的UPS設(shè)備，這些原因根據(jù)以下各種實(shí)施例的描述而變得顯而易見(jiàn)。該UPS設(shè)備100可以包括初級(jí)單元110，其容納輔助功率源，諸如電池或電池模塊120a-d。雖然在圖1中示出四個(gè)電池模塊120a_d，但是需要注意的是，可以提供任何數(shù)量的電池模塊。此外，每一個(gè)電池模塊120a_d可以包括一個(gè)或多個(gè)電池組。初級(jí)單元110還可以包括多個(gè)智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC) 130a_d。在一個(gè)實(shí)施例中，為每一個(gè)對(duì)應(yīng)的電池模塊120a_d提供一個(gè)IIC130a_d，雖然在其他實(shí)施例中不需要1:1相關(guān)。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，可以為相同類(lèi)型的兩個(gè)或更多電池模塊提供單個(gè)IIC。該IIC130a-d各自連接到互連和管理(頂)板140。該M140將電池模塊與功率系統(tǒng)對(duì)接，如參考圖2a_b在以下所描述的那樣。備用功率系統(tǒng)100可以用于對(duì)單個(gè)IT外殼、IT外殼的一個(gè)托架或IT外殼的多個(gè)托架進(jìn)行供電。在一個(gè)示例中，每一個(gè)初級(jí)單元110被設(shè)計(jì)尺寸以適合在托架環(huán)境內(nèi)，并且多個(gè)分布式的初級(jí)單元(未示出)可以被提供在單個(gè)IT外殼中(針對(duì)IT外殼的整個(gè)托架)，或者被提供在IT外殼的單獨(dú)托架中。在圖1中示出的示例中，初級(jí)單元110被設(shè)計(jì)尺寸成IU高。然而，還設(shè)想針對(duì)初級(jí)單元110的尺寸的其他實(shí)施例，并且該備用電源系統(tǒng)100不限于任何特定尺寸。設(shè)計(jì)尺寸可以根據(jù)各種設(shè)計(jì)考慮，諸如正在被使用的電池模塊的尺寸、所需的備用功率、和/或備用電源系統(tǒng)的整個(gè)尺寸(僅列舉設(shè)計(jì)考慮中的幾個(gè)示例)。圖2a是用于備用電源系統(tǒng)(例如，圖1中示出的100)的功率圖200的示例。如以上所提到的，備用電源系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)IIC210和一個(gè)或多個(gè)頂220。(一個(gè)或多個(gè))電池模塊230與IIC210對(duì)接，并且該IIC210將電池模塊230對(duì)接到負(fù)載240。在一個(gè)實(shí)施例中，在IIC210和電池模塊230之間提供公用接口。該公用接口能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同電池技術(shù)(例如，不同單元(cell)化學(xué)組成)以及任何數(shù)量的單元的使用。該IIC210還通過(guò)功率接口連接到公用DC母線242。該DC母線242還可以經(jīng)由AC/DC轉(zhuǎn)換器(諸如從公用事業(yè)公司提供AC電功率的壁裝插座)被連接到初級(jí)電功率源。該DC母線242用來(lái)向負(fù)載240提供穩(wěn)定的功率源，除了將備用電源系統(tǒng)與AC功率源電隔離(使備用電源系統(tǒng)“離網(wǎng)”)以外，還提供諸如已經(jīng)在以上討論了的那些那樣的優(yōu)勢(shì)。
需要注意的是，可以為不同的電壓水平(例如，不同的DC母線)提供不同的IIC。在一個(gè)示例中，可以提供兩個(gè)單獨(dú)的但高杠桿作用的IIC。第一 IIC被提供用于與低電壓(例如，12V)母線對(duì)接，而第二 IIC被提供用于與高電壓母線對(duì)接。該DC母線242被電連接到備用電源系統(tǒng)的初級(jí)單元并且還可以包括一個(gè)或多個(gè)連接，該一個(gè)或多個(gè)連接用于將各種電子設(shè)備(負(fù)載240)中的任一個(gè)電連接到由備用電源系統(tǒng)供給的功率。該DC母線242也經(jīng)由AC/DC轉(zhuǎn)換器244提供到初級(jí)電功率源(例如，公用事業(yè)供應(yīng)商)的連接。在操作期間，電流在IIC和電池模塊之間沿兩個(gè)方向流動(dòng)。當(dāng)電流從電池模塊流過(guò)時(shí)，備用電源系統(tǒng)處在放電模式中。當(dāng)電流從IIC流到電池時(shí)，備用電源系統(tǒng)處在充電模式中。在放電模式期間，備用電源系統(tǒng)向功率源和負(fù)載之間的公用DC功率節(jié)點(diǎn)提供功率。在充電模式(或在線模式)期間，備用電源系統(tǒng)從公用DC節(jié)點(diǎn)獲取功率來(lái)對(duì)電池模塊進(jìn)行充電。該公用DC節(jié)點(diǎn)可以被實(shí)現(xiàn)為其中全部功率是到特定負(fù)載的節(jié)點(diǎn)。 因此，例如，通過(guò)在“穿過(guò)(pass-through) ”模式中進(jìn)行操作，從初級(jí)功率源向一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備(負(fù)載240)提供電功率。如果初級(jí)功率源被破壞(例如，在功率故障期間)或被退降(degraded)，則備用電源系統(tǒng)可以開(kāi)始上線來(lái)從輔助功率源(例如，電池模塊230)向負(fù)載240中的一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備提供電功率。在繼續(xù)之前，需要注意的是，備用電源系統(tǒng)可以與各種計(jì)算系統(tǒng)或其他電子設(shè)備中的任一個(gè)一起使用，并且不限于在托架環(huán)境中使用。例如，備用電源系統(tǒng)還可以與獨(dú)立的個(gè)人桌上型或膝上型計(jì)算機(jī)(PC)、工作站、消費(fèi)電子(CE)設(shè)備或家電(僅列舉幾個(gè)示例)一起利用。除了當(dāng)初級(jí)功率源不可用時(shí)(例如，在功率中斷期間)提供備用功率源以外，備用電源系統(tǒng)還提供用于報(bào)告和管理的通信。圖2b是用于備用功率系統(tǒng)的通信圖250的示例?？梢栽陔姵啬K230和IIC210之間以及在IIC210和頂220之間提供公用接口。該管理器260用作備用電源系統(tǒng)的接口并且使備用電源系統(tǒng)的多個(gè)IU底盤(pán)能并聯(lián)地使用。該管理器260也與該數(shù)據(jù)中心管理(例如，經(jīng)由軟件)通信任何監(jiān)控、警報(bào)和其他消息。在一個(gè)實(shí)施例中，該管理器260可以顯不或以其他方式生成針對(duì)用戶的輸出(并且也可以接收來(lái)自用戶的輸入)。出于說(shuō)明的目的，可以提供用戶接口，其包括發(fā)光二極管(LED)狀態(tài)指示器。該狀態(tài)指示器可以被點(diǎn)亮來(lái)指示是由初級(jí)功率源還是由輔助源(或它們的組合)供給功率，或者來(lái)指示性能問(wèn)題等。當(dāng)然，該用戶接口不限于LED狀態(tài)指示器，并且可以包括各種輸入/輸出(I/O)中的任一個(gè)。用戶接口也可以用于各種輸入和/或輸出中的任一個(gè)。其他示例包括，但不限于，復(fù)位功能、測(cè)試特征、通電/斷電等。在任何情況下，可以在備用電源系統(tǒng)的初級(jí)單元的部件(例如，IM220.1IC210和電池模塊230)和用戶之間經(jīng)由管理器260通過(guò)信號(hào)有線或無(wú)線通信來(lái)中繼該輸入/輸出。該通信電路可以包括操作性地與計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存器或存儲(chǔ)器相關(guān)聯(lián)的處理器(或處理單元)。在操作期間，計(jì)算機(jī)可讀程序代碼(例如，固件和/或軟件)可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并由處理器執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)由備用電源系統(tǒng)提供的能力中的一個(gè)或多個(gè)。該程序代碼還可以與一個(gè)或多個(gè)感測(cè)模塊或監(jiān)控器通信地耦合。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，感測(cè)模塊可以監(jiān)控各種不同的電池參數(shù)中的任一個(gè)。示例電池參數(shù)可以被寫(xiě)入到與電池模塊230和/或IIC210相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)的寄存器和/或從其讀取。電池參數(shù)的示例被總結(jié)在表I (其是電池模塊寄存器的示例)和表格2 (其是IIC寄存器的示例)中。表權(quán)利要求
1.一種備用電源系統(tǒng)，包括: 電池模塊，具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第一寄存器； 智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC)，通信地耦合到所述電池模塊，所述IIC具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第二寄存器；以及 其中所述Iic經(jīng)由互連和管理(頂)連接到電負(fù)載，所述頂基于第一和第二寄存器中的至少一個(gè)電池參數(shù)來(lái)傳送報(bào)告和管理參數(shù)，其中當(dāng)所述備用電源系統(tǒng)正在提供功率時(shí)所述寄存器提供定制的功率配置。
2.權(quán)利要求1的備用電源系統(tǒng)，其中定制的功率配置僅為高優(yōu)先權(quán)電子設(shè)備提供來(lái)自電池模塊的功率，并且其中低優(yōu)先權(quán)電子設(shè)備斷電。
3.權(quán)利要求1或2的備用電源系統(tǒng)，其中定制的功率配置提供來(lái)自電池模塊的功率僅達(dá)預(yù)定的輸出水平。
4.權(quán)利要求1、2或3的 備用電源系統(tǒng)，其中定制的功率配置提供來(lái)自電池模塊的功率以延長(zhǎng)貫穿時(shí)間的跨度。
5.權(quán)利要求1、2、3或4的備用電源系統(tǒng)，還包括在IIC和電池模塊之間的公用接口，該公用接口用于與相同的IIC交換具有不同單元化學(xué)組成和單元數(shù)量的電池模塊。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5的備用電源系統(tǒng)，其中所述IIC通過(guò)頂連接到DC母線，使得所述電池模塊離網(wǎng)，所述DC母線包括低壓母線或高壓母線。
7.權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的備用電源系統(tǒng)，其中所述電池模塊被設(shè)計(jì)尺寸來(lái)適合在IU托架底盤(pán)中并且與托架系統(tǒng)中的其它電池模塊并聯(lián)地電連接。
8.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的備用電源系統(tǒng)，其中針對(duì)所述IIC指示至少兩個(gè)中斷，其中所述至少兩個(gè)中斷之一是早期停止放電警告，以及其中所述至少兩個(gè)中斷之一是最終停止放電警告。
9.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8的備用電源系統(tǒng)，其中所述IIC接收來(lái)自所述第一寄存器的電池參數(shù)來(lái)與所述電池模塊對(duì)接。
10.權(quán)利要求9的備用電源系統(tǒng)，其中與所述電池模塊對(duì)接包括以下中的至少一個(gè):充電、電池健康監(jiān)控、溫度報(bào)告、控制的放電、電池兼容性、設(shè)計(jì)尺寸。
11.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8的備用電源系統(tǒng)，其中所述頂接收來(lái)自所述第一和第二寄存器的電池參數(shù)來(lái)控制針對(duì)電負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)功能。
12.權(quán)利要求11的備用電源系統(tǒng)，其中針對(duì)電負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)功能是以下中的至少一個(gè):風(fēng)扇控制、控制的放電、預(yù)算充電功率、預(yù)算放電功率、監(jiān)控和報(bào)告以及系統(tǒng)對(duì)接。
13.一種備用電源，包括: 至少一個(gè)電池模塊，具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第一寄存器； 智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC)，通信地耦合在所述至少一個(gè)電池模塊和電負(fù)載之間，所述IIC具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第二寄存器；以及 其中所述至少一個(gè)電池參數(shù)被傳送給用戶用于報(bào)告和管理操作，其中當(dāng)所述備用電源系統(tǒng)正在提供功率時(shí)所述寄存器提供定制的功率配置。
14.權(quán)利要求13的備用電源系統(tǒng),其中相同IIC被配置成與至少一個(gè)或多個(gè)電池模塊耦合以用于可擴(kuò)展性。
15.權(quán)利要求13或14的備用電源系統(tǒng)，還包括在IIC和電池模塊之間的公用接口，該公用接口用于與相同的Iic交換具有不同單元化學(xué)組成和單元數(shù)量的電池模塊。
16.權(quán)利要求13、14或15的備用電源系統(tǒng)，其中所述IIC接收來(lái)自所述第一寄存器的電池參數(shù)來(lái)與所述電池模塊對(duì)接。
17.權(quán)利要求13、14、15或16的備用電源系統(tǒng)，還包括互連和管理(頂)，其被配置成基于第一和第二寄存器中的電池參數(shù)來(lái)控制針對(duì)電負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)功能。
18.—種控制備用電源的方法，包括: 提供至少一個(gè)電池模塊，所述電池模塊具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第一寄存器； 在所述至少一個(gè)電池模塊和電負(fù)載之間耦合智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC)，所述IIC具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第二寄存器；以及 將所述至少一個(gè)電池參數(shù)傳送給用戶用于報(bào)告和管理操作，其中當(dāng)所述備用電源系統(tǒng)正在提供功率時(shí)所述寄存器提供定制的功率配置。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括基于第一寄存器中的電池參數(shù)來(lái)將IIC與電池模塊對(duì)接，并且基于第一和第二寄存器中的電池參數(shù)來(lái)控制針對(duì)電負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)功能。
20.權(quán)利要求18或19的方法，還包括繼續(xù)向其它區(qū)域中的電子設(shè)備提供功率，即使一個(gè)區(qū)域由于多個(gè)電池模塊中的一 個(gè)的故障而失去。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了備用電源系統(tǒng)和方法。一種示例性方法包括提供至少一個(gè)電池模塊，所述電池模塊具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第一寄存器。該方法還包括在所述至少一個(gè)電池模塊和電負(fù)載之間耦合智能接口轉(zhuǎn)換器(IIC)，所述IIC具有帶有至少一個(gè)電池參數(shù)的第二寄存器。該方法還包括將所述至少一個(gè)電池參數(shù)傳送給用戶用于報(bào)告和管理操作。
文檔編號(hào)H02J7/02GK103155350SQ201080069805
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者D.P.莫爾, D.漢弗萊, Z.J.格爾博茲 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)