用于电池管理的系统和方法
【技术领域】
[0001] 不间断电源（UPS)系统可包括在并行配置中的多个电池。本文所述的方法和系统 确保多个电池在UPS系统内安全地操作。
【背景技术】
[0002] 不间断电源（UPS)用于在主电源或干线出故障时向电气设备或负载提供备用功 率。一般负载包括计算机系统，但其它负载例如加热/冷却/通风系统、照明系统、网络交 换机和路由器以及安全和数据中心管理系统也可由UPS供电。为数据中心或工业使用设计 的UPS可为在IkVA和20kVA之间的负载提供几个小时的备用功率。
[0003] UPS单元一般包括一个或多个电池作为当AC主电源不可用时的电源。由电池提供 的DC功率由功率转换器电路转换成AC功率，其又被提供到负载。将AC功率转换成DC功 率的电池充电器可包括在UPS中以当AC干线可用时给电池充电，以确保备用功率将在需要 时是可用的。UPS还可包括用于自动管理UPS的操作和功率转换功能的控制单元。
【发明内容】
[0004] 根据至少一个实施方式，提供了不间断电源（UPS)。UPS包括配置成耦合到主电 源以接收主功率的第一输入端；耦合到多个电池模块以接收备用功率的电力总线；操作地 耦合到第一输入端和电力总线以选择性地从主电源和多个电池模块中的至少一个向负载 提供不间断功率的输出端；以及耦合到多个电池模块以向多个电池模块提供功率的充电总 线。UPS配置成检测多个电池模块中的至少一个电池模块已达到充电阈值并响应于检测到 至少一个电池模块已达到充电阈值而中断至少一个电池模块的充电。
[0005] UPS可配置成通过断开与至少一个电池模块相关的继电器来中断至少一个电池模 块的充电。UPS可配置成检测至少一个电池模块已达到放电阈值并响应于检测到至少一个 电池模块已达到放电阈值而中断至少一个电池模块的放电。UPS可配置成通过断开开关来 中断至少一个电池模块的放电。UPS可配置成检测部分地放电的电池模块到UPS的耦合； 防止高于阈值的功率到部分地放电的电池模块的提供；以及响应于检测到耦合而调节在充 电总线上提供的功率。
[0006] UPS还可包括配置成从多个电池模块接收通信的通信总线和耦合到充电总线和通 信总线的充电器。充电器可配置成经由通信总线接收指示向充电总线供应的功率的量的至 少一个通信，并响应于接收到至少一个通信而向充电总线供应该量的功率。
[0007] 在UPS中，至少一个通信可包括来自多个电池模块中的每个的多个通信，且充电 器可配置成至少部分地通过识别在多个通信内指示的最大量的功率来确定要供应到充电 总线的功率的量。多个通信可包括多个模拟信号，且充电器可包括二极管逻辑或电路以通 过多个模拟信号识别功率的最大量。多个电池模块可包括锂离子电池。多个电池模块可包 括配置成传输至少一个模拟信号的至少一个电池模块。至少一个电池模块可包括耦合到充 电总线以从充电总线连接和断开至少一个电池模块的继电器。
[0008] 根据另一实施方式，提供了第一电池模块。第一电池模块包括锂离子单体电池的 电池串；包括耦合到电池串的电力总线触头和耦合到电池串的充电总线触头的电池模块连 接器，充电总线触头与电力总线触头不同；包括耦合到电池串的电力总线触头和耦合到电 池串的充电总线触头的菊花链连接器，充电总线触头与电力总线触头不同；以及包括用于 数据通信、功率和模拟信号的触头的连接器。第一电池模块可耦合到第二电池模块。
[0009] 根据另一实施方式，提供了管理在包括耦合到充电总线的多个电池模块的不间断 电源（UPS)中的电池充电的方法。该方法包括检测多个电池模块的至少一个电池模块已达 到充电阈值并响应于检测到至少一个电池模块已达到充电阈值而中断至少一个电池模块 的充电的行动。
[0010] 该方法还可包括检测至少一个电池模块已达到放电阈值并响应于检测到至少一 个电池模块已达到放电阈值而中断至少一个电池模块的放电的行动。该方法还可包括下列 行动：检测部分地放电的电池模块到UPS的耦合；防止高于阈值的功率到部分地放电的电 池模块的提供；以及响应于检测到耦合而调节在充电总线上提供的功率。
[0011] 在该方法中，检测耦合的行动可包括从耦合到充电总线的电池模块接收模拟信号 的行动，且调节功率的行动可包括与模拟信号的特性成比例地调节在充电总线上提供的功 率的行动。
[0012] 该方法还可包括从耦合到充电总线的至少一个额外的电池模块接收至少一个额 外的模拟信号以及与模拟信号的特性或至少一个额外的模拟信号的至少一个特性成比例 地重新调节在充电总线上提供的功率的行动。该方法还可包括通过至少一个电池模块传输 至少一个模拟信号的行动。
[0013] 在该方法中，中断至少一个电池模块的充电的行动可包括中断锂离子电池的充电 的行动。
[0014] 下面详细讨论这些示例方面和实施方式的又一些其它方面、实施方式和优点。而 且，应理解，前述信息和后面的详细描述都仅仅是各种方面和实施方式的例证性例子，且旨 在提供用于理解所主张的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。本文公开的任何实 施方式可与任何其它实施方式组合。对"实施方式"、"例子"、"一些实施方式"、"一些例子"、 "可选的实施方式"、"各种实施方式"、"一个实施方式"、"至少一个实施方式"、"这个和其它 实施方式"等的提及并不一定是相互排他的，且意欲指示关于实施方式描述的特定特征、结 构或特性可包括在至少一个实施方式中。在本文的这样的术语的出现并不一定都指同一实 施方式。
【附图说明】
[0015] 下面参考附图讨论至少一个实施方式的各种方面，附图并没有被规定为按比例绘 制。附图被包括以提供各种方面和实施方式的说明和进一步理解，且合并在这个说明书中 并构成这个说明书的一部分，但并不意欲作为任何特定的实施方式的限制的限定。附图连 同说明书的其余部分一起用于解释所描述和所主张的方面和实施方式的原理和操作。在附 图中，在各种附图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚的目 的，不是每个部件都可在每个附图中都被标出。在附图中：
[0016] 图1是根据一个实施方式的不间断电源（UPS)系统的方框图；
[0017] 图2是根据一个实施方式的UPS系统的一部分的不意性电路图；
[0018] 图3是根据一个实施方式的UPS系统的一部分的不意图；
[0019] 图4是根据一个实施方式的UPS系统的一部分的不意图；
[0020] 图5A是根据一个实施方式的电池组的一部分的示意图；
[0021] 图5B是根据一个实施方式的电池组的一部分的示意图；
[0022] 图5C是根据一个实施方式的电池组的一部分的示意图；以及
[0023] 图6是根据一个实施方式的用于将UPS耦合到电池组的连接器和信号的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本文讨论的方法和系统的例子在其应用中并不限于在下面的描述中阐述或在附 图中示出的部件的构造和布置的细节。方法和系统能够在其它实施方式中体现且能够以各 种方式被实施或执行。特定实现的例子在本文仅为了例证性目的而提供且并没有被规定为 限制性的。特别地是，关于任一个或多个例子讨论的行动、部件、元件和特征并没有被规定 为从在任何其它例子中的类似作用中被排除。
[0025] 此外，在本文使用的用语和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性的。对在 本文以单数形式提到的系统和方法的例子、实施方式、部件、元件或行动的任何提及也可包 括包含多个的实施方式，且对以复数形式对本文的任何实施方式、部件、元件或行动的任何 提及也可包括只包含单个的实施方式。以单数或复数形式的提及并不意欲限制目前公开的 系统或方法、它们的部件、行动或元件。"包括（including) "、"包括（comprising) "、"具有"、 "包含"、"涉及"及其衍生词在本文的使用意欲包括在其后列出的项目及其等效形式以及额 外的项目。对"或"的提及可被解释为包括界限的，使得使用"或"描述的任何项目可指示 下列任一情况：所描述的术语的单个、多于一个或全部。此外，在这个文档和通过引用合并 在本文中的文档之间的术语的不一致使用的情况下，在合并的参考资料中的术语用法补充 本文档的术语用法；对于不可调和的不一致性，以在本文档中的术语用法为准。
[0026] 在各种应用例如风力涡轮机和太阳能光电池中可使用单相UPS。这些UPS可能需 要电池来在宽温度范围（例如-20摄氏度到+60摄氏度）内和在电池更换之间的延长的时 期（例如5-7年）内操作。常规电池例如阀控式铅酸（VRLA)电池可能不适合于某些应用， 因为在高温下，VRLA电池遭受降解，而在低温下，在VRLA内的化学反应减慢，这影响电池输 送电流的能力且也可能影响电池的运行时间。
[0027] 在其它实施方式中，使用高级化学电池例如锂离子（Li离子）电池。可在多个应 用一一包括但不限于移动设备、动力工具、电动车辆等一一中使用Li离子电池。Li离子一 般可在宽范围的温度中操作并具有长操作寿命。
[0028] 此外，与VRLA电池比较，Li电池具有有利的体积和重量特性。例如，对于所存储 的能量的给定值，与VRLA电池比较，Li离子电池可实现三到十倍的重量减小。此外，Li离 子电池通常具有比VRLA电池更长的操作寿命。
[0029] 存在当使用Li离子电池技术要考虑的某些条件。例如，Li离子电池可能对过度充 电敏感。为了监控过度充电，控制电路确定在形成电池的一串单体电池中的每个单体电池 的电压并如果一个或多个单体电