专利名称：用于监控能量存储设备的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明所属的领域是关于能量存储装置，更具体的说，是关于应用于不间断供电电源(UPS)系统中的能量存储装置。
背景技术：
有众多类型的不间断供电电源(UPS)系统用于为电力负载提供备用的交流(AC) 或直流(DC)电能。这些UPS系统通常使用电池或其它类型的能量存储装置在当主电源(例如，线性电源)失效的时候提供所述的电能。举例来说，当来自交流电源的电能执行超出可接受的限度或全部失效时，备用电能被提供。这些UPS系统通常使用多个并行或串行配置的能量存储装置提供备用电能。在这样的系统中，能够准确地推断出UPS系统能够提供备用电能的剩余时间周期是很重要的。 传统上的，连接到能量存储装置上的UPS系统通过模拟系统中的多个装置中的每一个并且进行推断剩余时间的计算来推断剩余时间。举例来说，UPS系统通常根据被安装在UPS系统中的电池的类型模拟诸如电池的装置。使用大量的方法可以使不同类型的电池得以被确定。确定电池类型的一种方式包括手动地(例如，通过系统管理者)确定每一个电池类型， 以及使用UPS接口将电池类型编入剩余时间计算的程序中。在另一个实例中，每个电池都包括电阻器，所述的电阻器具有与电池的特定类型相关的阻抗值。UPS被配置可以测量电池中电阻器的阻抗，并且因此确定在UPS系统内部所安装的电池类型。然而，所提供的每一个新型的电池，就需要新的电阻器的阻抗以唯一地确定新类型的电池，并且因此UPS系统需要识别新的阻抗和电池类型。由于这种方法，非常有限量的不同的电池类型能够得到特定的UPS的支持。所需要的就是更灵活和更精确的方式用于识别和模拟电池以推定UPS系统中的剩余时间。同样，因为电池有时会失效，或者是由于过度使用(例如，充电和放电循环)或者是由于被置于能够导致电池不能存储能量的其它环境中(例如，温度过高的环境)，所以通过UPS系统监控电池以识别可能影响UPS系统性能的失效电池是很有益处的。多个传统的系统为每个电池监控诸如电池温度、浮充电压等参量，并且提供指示特定的电池已经失效的警报。在这样的系统中，或者由安装在每个电池内的监控子系统或者由分配给每个电池模块的UPS监控器来提供所述的监控。
发明内容
本发明的各个方面是涉及用于监控电池(具体的是在UPS系统中)的改进的方法和装置。当前使用在UPS系统中的现有的电池监控技术具有很多的缺点。具体的说，被安装在每个电池上的分配的监控电路通常是很昂贵的并且包括复杂的电路，所述的复杂电路成为UPS系统中的另一个故障点。传统的电池监控系统的一种类型在Gottleib et al.的美国专利号为6，274，950中被示出并加以描述，所述的专利描述了具有与每个电池模块集成的监控器的UPS系统。在UPS系统中，其中电池模块内部不包括监控器，当电池模块从UPS 系统中被移出时，电池没有保留其本身的性能信息。因为电池没有保留其自身的性能信息， 因此检修失效电池所存在的问题就会很困难。进一步，不适当的电池模块可能随后被错误地安装在有问题的UPS或其它的UPS系统中。成为电池模块的一部分的监控电路或者像传统那样非常简单而不提供合适的监控能力，或者是非常复杂但是同样被证明是系统中另一个故障点。举例来说，在一个这样的系统中，在一定的条件下只提供当前的温度输出电压和电流的读数。举例来说，只有当电池模块的传感器中的开关被操作并被UPS系统所监控时才能够提供温度读数。同样，电池模块内的更复杂的电路包括很多易受故障影响的部分，并且增加了电池和整个UPS系统的成本。安装在电池内部传统的监控电路在处于运行和在存储时使用电池电能。因此，当在存储时或在UPS系统的正常的操作期间，具有一种可以不消耗电池的电池监控系统是很有益处的。同样也需要廉价的电池监控电路。然而，还期待一种可以提供具有增强的监控性能的监控器。因此，在提供电池的低成本电池监控的同时还具有增强的性能成为一种挑战。 根据本发明的一个方面，所提供的电池监控器允许具有高水平的监控性能同时还将监控电池部件的成本降到最低。进一步，对于电池监控系统还需要不用消耗电池，超过存储周期以持久稳固的方式将数据存储在模块中。在一个实施方案中，电池监控器包括非易失性存储器，所述的非易失性存储器可以存储与电池相关的信息。在另一个实施方案中，电池能够报告制造数据，例如序列号，制造日期等等，所述的数据可以用来排除故障并且进行UPS系统的管理(例如， 识别故障电池以确保它们不会被再次导入系统中的其它地方，被用于目录控制和管理)。在另一个实施方案中，电池能够为所附着的UPS系统报告电池特性，以致电池能够被更精确的模拟，并借此UPS根据所述的模型更准确地预测剩余时间。根据本发明的另一个方面，可以意识到拥有包括可以与现存的电池和新的电池监控器电路两者同时工作的接口(不需要附加的接口连接)是很有益处的。在一个实施方案中，UPS能够使用相同的电接口与当前的不具有监控能力的电池相连，也可以与具有监控能力的新的电池相连。在另一个实施方案中，接口是单线，所述的单线典型地用于检测电池存在于UPS系统中。当与较旧类型的电池相结合使用的时候，接口性能处于传统的方式，所述的较旧类型的电池使用接口用于电池的检测。当安装较新类型的电池的时候，UPS系统和电池能够通过所述的接口彼此通信。根据本发明的一个方面，所提供的电池带有用于监控电池的孔。所述的电池包括一个或多个为至少一个输出提供电能的电池单元，还包括监控器，所述的监控器适于监控和存储关于所述的一个或多个电池单元操作的性能信息，并且适于与外部系统进行相互通信，这样就适于从外部系统中接收监控信号，其中所述的监控器被连接到所述的一个或多个电池单元上并且因此适于从外部系统中接收用于监控器的电能。根据本发明的一个实施方案，电池与不间断供电电源(UPS)系统结合。根据另一个实施方案，如果所接收的电能不足，则监控器适于执行复位。
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根据另一个实施方案，监控器包括相关联的存储器，在所述的存储器中，监控器适于将性能信息存储在所述的存储器中。根据另一个实施方案，所述的存储器是非易失性型的存储器。根据另一个实施方案，非易失性型的存储器是电可擦除只读存储器(EEPROM)。根据本发明的另一个实施方案，监控器适于通过中断由外部系统所提供的接收的电能的电流与外部系统相通信。根据另一个实施方案，监控器适于从外部系统中接收监控器信号，并且其中所述的监控器经过所述的监控器信号适于从外部系统中接收电能。根据另一个实施方案，监控器适于以异步的方式与外部系统相互通信。根据另一个实施方案，外部系统通过中断供电电源的电流以初始化与电池通信的开始。根据另一个实施方案，监控器适于检测通信的开始，并且在通信的开始被检测后，适于接收来自外部系统的请求信息。根据另一个实施方案，监控器适于传送响应信息用以响应所接收到的请求 fn息ο根据另一个实施方案，监控器包括LC型振荡器，所述的振荡器提供用于监控器的时钟。根据另一个实施方案，监控器包括提供用于监控器的时钟的晶体振荡器。根据另一个实施方案，监控器适于存储与电池相关的制造信息。根据另一个实施方案，所述的制造信息包括电池的样式类型，并且其中监控器适于将所述样式类型传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的制造信息包括电池的序列号，并且其中监控器适于将所述的序列号传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的制造信息包括电池的额定信息，并且其中监控器适于将所述的额定信息传输给外部系统。根据本发明的另一个实施方案，所述的制造信息包括电池的制造日期，并且其中监控器适于将所述的制造日期传输给外部系统。根据本发明的另一个实施方案，所述的制造信息包括一个或多个电池常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个电池常量传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的制造信息包括涉及电池期待的性能的一个或多个电池常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个电池常量传输给外部系统。根据另一个实施方案，电池进一步包括温度传感器，并且其中所述的制造信息包括涉及温度传感器的一个或多个常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个常量传输给外部系统。根据另一个实施方案，电池模块含有分离开关，辅助触头以感应分离开关的位置并且能够将所述的位置传输给外部系统。根据另一个实施方案，电池进一步包括用于检测由电池所提供的电流的电阻器，并且其中所述的制造信息包括与电阻器相关的参量，并且其中监控器适于将与电阻器相关的参量传输给外部系统。根据另一个实施方案，监控器适于存储指示电池性能的性能信息。根据另一个实施方案，监控器适于周期性地存储性能 fn息ο根据另一个实施方案，所述的性能信息包括电池放电次数的计数，并且其中监控器适于将所述的电池放电次数传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的性能信息包括监控器的软件标识符，并且其中监控器适于将所述的监控器软件标识符传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的性能信息包括电池温度，并且其中监控器适于将所述的电池温度传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的性能信息包括电池处于充电状态所积累的时间，并且监控器适于将所述的积累的时间传输给外部系统。根据另一个实施方案， 所述的性能信息包括电池处于浮充状态所累计的时间，并且监控器适于将所述的累计的时间传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的性能信息包括电池处于放电状态所累计的时间，并且监控器适于将累计的时间传输给外部系统。根据另一个实施方案，所述的性能信息包括电池所经历过的最大温度，并且监控器适于将所述的最大温度传输给外部系统。根据本发明的一个方面，提供一种与电池通信的方法，包括的动作有，提供单线接口到电池模块，在电池处通过单线接口接收来自外部系统的对信息的请求，以及依靠电池通过单线接口将对请求的响应传递到外部系统。根据另一个实施方案，电池模块通过单线接口接收电能，并且其中动作传递包括的动作有，依靠中断电流通过单线接口传递数据。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将电池模块类型数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将序列号数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将与电池相关的额定信息传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将制造信息传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将电池常量数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将温度数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将涉及电池的温度传感器的数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有将制造数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，电池包括用于检测电流的电阻器，并且其中动作传递包括的动作有将涉及电阻器的一个或多个参量传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有将电池的序列号传递到外部系统。根据另一个实施方案，电池包括执行软件的处理器，并且其中动作传递包括的动作有将软件的软件指示符传递到外部系统。根据另一个实施方案，动作传递包括的动作有，将指示电池类型的电池类型数据传递到外部系统。根据另一个实施方案，所述的方法进一步包括的动作有将涉及电池性能的性能数据存储在电池的存储器中。根据另一个实施方案，动作存储进一步包括的动作有， 将性能数据存储在与电池相连的非易失性存储器中。根据另一个实施方案，所述的外部系统是UPS。根据另一个实施方案，所述的方法进一步包括的动作有，由电池的监控器电路通过单线接口接收电能。根据另一个实施方案，所述的方法进一步包括的动作有，通过单线接口提供到电池的通信，所述的接口被用于为电池的监控电路提供电能。接下来将结合附图详细地说明本发明的进一步特征和优势以及本发明各种实施方案的结构和操作。在附图中，相同的参考数字代表相同的或功能上相近似的元件。另外， 参考数字最左边的一个或两个阿拉伯数字指示参考数字第一次出现的附图。在此引用的全部参考都用于参考被特别的引入。
本发明由权利要求书中的特性被示出。当结合附图，参考下面的描述时，可以更好地理解本发明上面的以及进一步的优势，在所述的附图中，相似的参考数字代表相同的或相似的元件。在附图中图1示出一种系统的方框图，在所述的系统中，可能实践本发明的各种实施方案。图2是根据本发明的一个实施方案的电池和监控器的方框图。图3是根据本发明的另一个实施方案的电池和监控器的方框图。图4是根据本发明的一个实施方案的外部监控系统的方框图。
图5是根据本发明的另一个实施方案的外部监控系统的方框图。图6是根据本发明的一个实施方案，用于监控电池程序的流程图。图7是根据本发明的一个实施方案，在电池和外部系统之间数据传递的图表。图8A是根据本发明的一个实施方案的请求信息的方框图。图8B是根据本发明的一个实施方案的响应信息的方框图。图9是根据本发明的各种不同的实施方案的指令信息格式和有效指令字节的图表。图10是根据本发明的一个实施方案的通信实施例的方框图。图11是根据本发明的各种实施方案，可能与UPS系统结合操作的传统的电池模块。
具体实施例方式图1示出系统101，在其中，可能实施本发明的各种实施方案。举例来说，系统101 可能是UPS系统，所述的UPS系统带有系统监控器102和一个或多个电池103A-103B。系统监控器102可能执行整个UPS系统101的监控，并且可能通过通信接口 104监控所述的一个或多个电池103A-103B。接口 104可能是任何用于传输数据的接口，然而，在下面更详细的本发明的各个方面中描述了一种改进的电池监控器和相连的通信接口，所述的通信接口用于与电池或者UPS的其它的能量存储装置进行通信。举例来说，UPS系统101可能是交流-交流(AC-AC)或者交流-直流(AC-DC)类 UPS系统。UPS系统及其电路在技术领域内是已知的，并且可以从包括在Wfest Kingston, RI的American Power Conversion Corporation的多个公司商业的获得。系统101可能也包括电路，当系统101检测到正在为系统101提供电能的电源105中出现退化或发生故障时，所述的电路使用电池电能为相连接的负载106提供合适的电能输出。电池103A-103B， 举例来说，可能是120V的电池模块，所述的电池模块包括并列排列在每个电池模块内部的多个分开的电池单元(例如，并列排列的10个12V电池单元用以形成120V电池模块)。可以理解的是，本发明没有限定任何特定的UPS系统、电池类型、电压或配置，而是本发明的各种不同的方面可能与任何类型的UPS系统和任何电池结合使用。根据本发明的一个方面，提供改进的接口用于在UPS系统和电池之间的通信连接。根据本发明的一个方面，人们希望可以使用与用于传输数据的传统电池相同的电接口应用在改进的电池上，所述的改进的电池具有增强的数据存储能力、监控和通信能力。使用相同的电接口的优点在于与传统电池的向后兼容，并且无论使用改进的还是传统的电池， UPS系统都是很容易被配置的。然而，使用改进电池的改进的监控能力，UPS系统在推定剩余电池时间方面变得更加的精确，并且电池的管理也得到改进。图11示出一种用于监控电池操作的传统的方法。电池1101包括并列排列的一个或多个电池单元用以形成带有正极接线端(+电压1103)和负极接线端(基准电压1107)的电池模块。在耦合到电池1101上的UPS中，通过UPS将外部电压应用到电池的中间点(电池存在信号1102)以确定电池1101的存在。通过在接线端1+(1105)和Γ(1106)上读出小值电阻&的电压降，测量流经电池的电流。在传统的UPS系统中，电阻器队被安装在UPS的底板上。同样，通过测量由电池存在信号1102所提供的电流，监控电池的温度。更特别地，将温度敏感电阻(开关温度调节装置1105)与已知的电阻IM1104)(例如，100ΚΩ)并列， 因此可以使用被测量的电流测量温度调节装置的阻抗，并且在被测量阻抗加入当前的温度值。使用在电池1101中的部件(例如电阻R)需要经过精心地选择，这样可以通过外部系统得到精确的测量(例如，电流、温度)。进一步，这种传统的电池1101不具有用于存储操作数据的智能和电路。图2示出改进的电池模块201。电池模块201 (同样也指更简单的电池201)包括一个或多个电池部件206A-206D (全体的，206)用以为UPS (例如，系统101)系统提供电能。 举例来说，可能安装一个或多个电池模块(例如，电池模块201)作为UPS系统的一部分用以为一个或多个负载提供电能。电池201可能与任何UPS系统相结合使用。举例来说，在此被整体并入本发明作为参考的Attorney Docket的申请日为2004年1月23日，申请号为 A2000/700119,^^^"Methods and Apparatus for Providing Uninterruptible Power" 的美国专利申请中描述了电池201与UPS系统相结合使用。然而，人们应该理解的是，电池 201和/或通信方法可以与任何类型的UPS系统相结合使用，并且本发明并没有限定任何特定的UPS类型或系统。部件206A-206D可能是以各种不同结构排列的单独的电池单元。在一个实施方案中，部件206包括十个(10)电池，每个电池含有六个(6)电池单元并产生12V的直流电能。 这些电池以串行结构电排列用以提供共计120V的输出。当然，人们应该理解的是本发明的各种不同的方面可能以任何其它的电池类型、电压或结构而执行，并且本发明没有限定到任何特定的电池类型、电压或结构。通过处理器子系统205执行电池模块201的管理和监控，所述的处理器子系统可能是，举 列来说，由 Microchip Technology Corporation, Chandler, Arizona 出产白勺基于 PICmicro PIC 16C72的微控制器处理器。然而，人们可以理解的是，可以使用任何廉价的处理器(例如，微控制器)。处理器子系统205执行存储在非易失性存储器中的代码，将工作变量存储在RAM存储器中，以及将数据值存储在非易失性存储器中(例如，EEPR0M)。举例来说，PICmicro PIC 16C72处理器含有I字的EEPROM用于程序代码和另一个1 字节的 RAM存储器。同样，使用512字节的外部电可擦除的EEPROM用于持续稳固的数据存储。正如所讨论的，这种存储器可能用于存储与电池210相关的性能数据和/或制造数据。根据本发明的一个实施方案，处理器205将电池性能数据存储在非易失性存储器中，这样，在电池在UPS内或在其它UPS系统中移动的时候，所述的性能数据能够被保留在电池中。根据另一个实施方案，处理器205能够从存储器中读取制造数据，并且将所述的数据提供给外部系统(例如，UPS系统)。外部系统能够使用这些制造数据确认或追踪电池201，或以更精确的方式执行在电池上的测量(例如，温度、剩余时间等)。处理器205包括一个或多个数据输入/输出端口，至少一个所述的端口被用于在 UPS系统和处理器205之间通信数据。举例来说，处理器205包括输出串行端口和输入串行端口，所述的输入串行端口被耦合到通信电路204上，所述的通信电路204用于将数据传递给UPS系统或者从UPS系统中获得数据。在下面具体地结合图6所讨论地本发明的一个实施方案中，数据以异步的方式在电池201和UPS系统之间进行传递。电池201进一步包括电能稳压器203，所述的电能稳压器203用于接收来自通信电路204中的电能，并且接着为电池201的元件提供稳压的电能，所述的元件包括，举例来
10说，处理器205和通信电路204。值得注意的是，电能稳压器203通过通信电路204接收来自外部监控器的电能，并且借此，执行在电池201上的监控功能不再需要消耗电池电能。在一个实施方案中，电池201也包括接口 202，其被应用于代替应用于传统的电池中的连接到 UPS系统(例如，系统101)的现有的电池。在201中的全部部件都被涉及系统电源的回路， VMID.图3根据本发明的一个实施方案的电池模块301的另一个实施方案。电池模块 301在功能上相似于电池201，并且电池模块301包括很多的部件。类似于电池201，电池包括很多的电池元件，所述的元件当被排列时形成单个电源。在电池201中，电池部件是串行排列的12V电池用以形成120V电源。电池部件301在电池的壳体内包括监控电池性能的电池监控器304。监控器304使用经过VMID(其是电池回路)的回路(例如，系统101)接收来自 UPS系统的电源/监控接口 303。接口 303在电学上类似于上面所讨论的图11中所示的传统接口 1102。更具体地，接口 303示12V电压并且由UPS系统所提供的通信信号被用来检测电池模块的存在和操作温度，并使用作为回路的VMID检测其它的功能。在一个实施方案中，接口 303允许在电池模块301和UPS系统之间进行信息的传递，电池模块301与所述的 UPS系统相连。电池模块301包括通信电路305，所述的通信电路305接收12V电源信号， 并且能够通过相同的接口接收并传递数据。在一个实施方案中，数据通过单线接口被接收并且被传递到UPS系统中-相同的单线接口向电池监控器304提供电能。部件电能稳压器306具有足够的容量以保持住电压，这样5V稳压器在处理器309 上维持合适的电压，用以在通信进程中在电源/监控接口出现脱落时允许处理器309继续操作。数据传输速率和信息长度可以被调整用以允许处理器309接收并传递数据而不失去电能。处理器309的负载和电池监控器的其余部分将电流设置成符合电源/监控接口 303 接通的状况。监控器可能包括到电池单元部件302的中央点的连接。所述的中央可能是部件 302的电中心，但是可以理解的是，可以监控其它的电压。这个电压信号经过电阻R1 (313) 到晶体管1\(310)。T1经过电阻1(311)被耦合到电池监控器304的电能输入端。当电能被移动到通信电路305时，电能从T1中移开，T1断开，因此，当电池模块301没有经过接口 303接收电能时，在部件302上没有负载。也就是，当电池模块301从其相连的UPS中移开时(例如，在存储期间)，监控器304没有为电池提供负载。处理器309在功能上与上面在图2中所描述的处理器205相似，并且可能包括相关联的存储器307。所述的存储器307可能置于与处理器309同一个集成电路内，或者也可能是分开的存储器元件。同样，存储器307能够以持久的方式存储数据。在一个实施方案中，存储器307是非易失性存储器，能够存储关于电池301的一个或多个性能数据项目和/ 或制造数据项目。在另一个实施方案中，存储器307可能是EEPR0M.然而，人们可以理解的是，也可以使用其它类型的存储器，并且本发明没有限定到任何特定类型或结构的存储器。处理器309通过通信电路305将数据传输给电池模块301或从其中接收数据。电路305接收一个或多个数据输出并且将一个或多个数据输入提供给处理器309。在一个实施方案中，电路305接收来自处理器309的串行输出(异步输出)并为处理器309提供串行输入(异步输入)。在一个实施方案中，数据以异步的方式传递给UPS系统。即在发送方(电池)和接收方(UPS系统)之间时钟并未保持一致，数据并不通过特殊的指定点进行传送，而消息是在时间的任何点上进行传送，计时(时钟)从接收信号中重新获得。通常，通过检测限定每个异步信息的开始和停止位从异步信息中获取定时信息。 在一个实施方案中，使用一个开始和停止位以8位字传递数据。尽管信息是被异步传递的， 但是人们应该理解的是，也可以使用其它的通信方法。处理器309也接收来自时钟电路314的时钟信号，时钟电路314可能包括RC振荡器以减少成本。以这种方式操作，处理器309在每一个接收的指令开始位上重新校准定时。 举例来说，如果在接收开始位后，重新校准是可能的，逻辑1必须被接收并被用来作为一个波特周期用以为其余的数据解码(如同结合图7所进一步讨论的一样)。处理器309接收来自一个或多个传感器308中的输入，所述的传感器308用来提供有关电池301性能的指示。传感器308可能包括，举例来说，温度传感器(例如，热敏电阻)用以检测电池301壳内的温度。举例来说，热敏电阻被置于与电池模块301的一个或多个部分(例如，一个或多个电池单元)热接触的位置上用以检测电池单元的操作状况。其它的传感器也可能被包括在电池301内。电池模块301也可能包括开关315，所述的开关被用来使电能与UPS断开。开关 315包括感应接触，所述的感应接触被连接到监控器304上并由处理器309测量。R4316被连接到稳压器306的输出上并且其功能作为牵引电阻用于断开开关感应315。根据本发明的一个实施方案，UPS系统包括附加电路用于与电池模块(例如，电池 201、301)通信。图4示出监控电路406，所述的监控电路能够与改进的电池相通信。在本发明的一个实施方案中，监控电路通过中断电流将数据传输给模式中每一个电池。在这种方式中，在监控电路(例如，监控器406)能够将数据传输给改进的电池或从传输来自改进的电池中的信息时，其可以使用与传统的电池相同的电接口。更具体的，监控器406通过标准接口接收来自电池的性能和/或制造数据。举例来说，监控器406可能通过所述的接口接收来自电池的电池序列号、制造数据、放电次数、 当前的健康状况、电池的操作温度、和其它信息。在这种方式中，提供集成系统用于通过使用单个接口读取电池存在、电池的操作状况和运行时间。在一个实施方案中，因为使用单根线用于与电池的连接，因此和电池的连接数量就会降到最小。重新从电池得到的性能信息这时被传递给UPS系统处理器，所述的UPS系统处理器是图4中所示的处理器401，或者监控器406依次被耦合到另一个处理器上(例如，与UPS系统相连的整个监控器处理器)。如图4中所示，监控器406经过单独的接线(接口 407A-407N)连接每个电池，所述的单独的接线的每一个用于接收来自每个电池的信息或将信息传递到每个电池。与每个电池模块301的单独连接允许模块之间的故障绝缘。如参考图3前面的描述，电源/监控接口 303被耦合到每个电池模块的通信电路305上。每个电池模块(例如，电池40 的这样的接口 303被耦合到接口 407A-407N上。在一个实施方案中，接口 407(A)可能是来自每个电池模块的单线。正如所述，监控器406被配置用以监控多于一个的电池模块。在一个实施方案中， 监控器406包括处理器401，所述的处理器401用于监控每个附着其上的电池。处理器401 向一个或多个电池发送一个或多个请求信息，并且接收相关的响应。处理器401包括相关的存储器，所述的存储器适于存储来自电池(例如，电池201、301)的数据。同样，处理器401能够执行先进的监控功能，诸如基于电池的测量数值测定是否应该设置警报，基于被配置用于电路的电池测定用于UPS电源电路的剩余时间，等等。进一步，处理器401可能接近于系统管理者，经过操作器控制台(没有示出)或网络管理系统(也没有示出)提供诸如电池温度、放电数量、历史信息或其它与电池操作有关的信息(例如，放电数量、最大操作温度等等)的指示，用于故障检修和维护的目的。处理器401经过接口电路403与每个电池模块进行通信，所述的接口电路403接收来自处理器401的请求信息并且通过接口 407将请求多路发送给单独电池405。监控器 406也使用接口电路403，所述的接口电路403用于接收来自电池405的响应并且将这些响应传递到处理器401。根据本发明的一个实施方案，每次只选择一个电池进行通信。在这个实施方案中，处理器401发送用于数据的请求(例如，电压、温度、或其它存储数据)并等待响应电池以响应。在接收到响应之后，处理器选择下一个将被监控的电池。这样的通信的实施例在下面结合图10进行图示和描述。图5示出根据本发明的一个实施方案的接口电路501的实施方案。接口电路501 是监控器401 —种可能的落实，接口电路501包括很多的部件。更具体地，接口电路501包括用于每个电池的电池信号电路(520A，举例来说)，所述的电池信号电路用于使输出信号适合电池以及调节接收的响应信号。电路520A接收来自电池模块(例如，接口 508)的输入信号并且在一个实施方案中，使用相同的接口将信息传递到电池模块。在另一个实施方案中，通过单线和电池模块进行来回传递数据。接口电路501经过异步输入线505将数据提供给处理器，并且经过异步输出线506 将数据提供给电池模块。电池模块的异步输入电路包括晶体管，当电流被由来自处理器401 的异步输出所驱动的监控电路中断的时候，所述的晶体管响应电压的下降。这样，当监控电路传递数据时，由12V电源所提供的电流下降到实质上为0电流。当电流下降时，电池的处理器检测到逻辑1，以及当电流存在时，检测到逻辑0。无论来自处理器401的异步输出是低或是高(当处理器断电或是复位时，处理器401的状态)，异步输出电路都将电能导入接 Π 508。接口电路501通过测量R513两端的电压感应流进接口 508的电流状态，通过接通晶体管T2 509将电压应用到R2 516的两端使电流流动状态设置为1完成R513两端电压的测量，所述的电压要高于REF进入比较器504，这时将进入处理器401异步输入505设置为1。这时即可以当异步输出被处理器309设置为“0”时由通信电路305断开电池监控器 304的负载(例如，全部电流)来中断电流，也可以在1~2 511打开时来中断电流。断开晶体管1\ 509使电流中断，从而使R5 516两端的电压下降使低于REF的电压进入比较器504， 这时在进入处理器401的异步输入505上设置“0”。接口电路501驱动接口 508中电流的状态是通过处理器401驱动异步输出为“0” 使断开T3 510从而顺序断开T1 511使得将电流切断(即接口 508上的电流为“0”)来完成的。在电池模块301中，通信电路305检测电压的下降并将进入处理器309的异步输出驱动为“0”状态。通过处理器401驱动异步输出为“0”使接通晶体管T3 510，从而顺序接通1\ 511将接口 508上的电流设置为“0”状态。在电池模块301中，通信电路305检测所有的电压并且驱动进入处理器309的异步输出为“ 1”状态。根据一个实施方案，接口电路501也包括多个电池信号A到N，每个电池信号都被连接到接口 508上，其中每个接口都被连接到电池模块301的电源/监控接口 303上。每个来自电池信号模块520中的T2 509都被连接到模拟转换开关502的一个输入端，并且由处理器401选择任一输入连接到比较器504上，所述的比较器504读取来自被选定的电池模块301中的数据。每个来自电池信号电路520中的T3 510都被连接到数字倍减器的一个输出端上，并且由处理器401选择任一输入连接到比较器504上，所述的比较器504驱动数据到被选定的电池模块301。处理器309包括电路用以在供应给处理器309上的电压(例如，来自电源/监控接口 30 降低或者没有升高或者在电压进入操作范围内之后延迟时，复位处理器309。起始位(零电压)被检测作为低(因为将被设置为传递位速率的时间)，跟随其后的是高以允许低到高的越变是开始位，所述的开始位是随后数据的传递位率。UPS(例如，通用异步接收机)的通信电路的传递速率由晶体所固定，所述的晶体运行这些电路(例如，与 UPS系统模块的微处理器相关联的晶体)。因此，电池和UPS系统可能以不同的传递速率所操作并能够进行通信。UPS系统处理器(或处理器)分开监控特定电池模块的存在和状态，并且来自每个电池的信息在UPS系统处理器中被收集和管理，在所述的UPS系统处理器中，数据被存储并被用来报警、剩余时间的计算、详细目录管理功能或其它的功能。UPS系统处理器通过监控并且中断到电池模块的电流以和电池模块进行通信。在一个实施方案中，每个电池模块接收来自UPS处理器的指令，并且作为回应，提供对指令的响应。根据一个实施方案，或者监控器，或者UPS系统可能包括电路系统用以使电池通过单线接口与UPS通信，这样，个别电池的通信故障就不会影响任何其它的电池的监控。图6示出根据本发明的一个实施方案，用于监控电池的进程600。具体的，UPS的监控器(例如，监控器406)能够请求和维持与一个或多个电池有关(例如，电池40 的性能信息。在方框601，进程600开始。在方框602，监控器(例如，监控器406)向当前被选定的电池发送请求。举例来说，通过转换器电路(例如，转换器403或模拟转换开关502)选定电池。所述的请求可能是以下面结合图8A所讨论的请求信息(例如，信息包)的形式。在方框603，被选定的电池接收并处理请求，随后发出响应。所述的响应也是以信息的形式传递到监控器。其中响应信息的一种形式在下面结合图8B将作以讨论。在方框 604，监控器进行至下一个正在被监控器所观测的电池。正如前面所讨论的，来自每个电池的数据将被周期性地读取。然而，一些数据可能会以不同的次数被读取(例如，当UPS系统被供电或安装新的电池时)。举例来说，历史数据可能在供电期间或在安装新的电池模块时被读取，其后历史数据能够以有规律的基础上被同步的读取。因此，或者在某些频率下重复发生的有规律的更新时，或者在查询来自取决于UPS系统或由UPS系统所执行的功能的状态的电池数据时，读取来自电池的数据。如前面所讨论的，数据可能在电池和相关的监控器电路或UPS系统处理器之间被异步地传递。图7示出根据本发明的一个实施方案，在电池和外部监控系统之间被传导的数据传输格式的实施例。图表700示出如何使用电流通过单线接口在电池和UPS之间传送信息。在图表700中，当或者电池或者UPS系统将电流越变到零(逻辑1，指示传递开始) 的Ttl时，开始数据传递。在本发明的一个实施方案中，当电流降到0时，逻辑1被传递，并且逻辑1被监控电流流动的数据接收器所检测。举例来说，根据图表700中所示的波形，通过交替调节电流流动传递8位数据字“11001101”。如前面所讨论的，信号可能是异步的，这在于通过由包括在数据字中的开始位(或多位)中所提取出来的时钟获得时钟。正如所讨论的，数据将以两字节字的形式被传递，被格式化成请求信息和/或响应信息。图8A示出根据本发明的一个实施方案的请求信息格式的实施例。如图所示，请求信息801包括指令部分802和参量部分803。在另一个实施方案中(没有示出)，请求信息 801包括应用于误差校验(和/或校正)被传递的数据字的误差校验信息。在本发明的一个实施方案中，部分802和803的每一个都是一字节长度。通常，指令802指示将由电池所执行的指令。举例来说，相关的指令用于写、选择并且读取与电池模块相关的特定的操作数据和/或制造数据。在本发明的一个实施方案中，将在下面作进一步讨论的可接受的数据被列在图9中。图8B示出根据本发明的一个实施方案的响应信息格式的实施例。如图所示，响应信息804包括参量部分805和参量部分806。在本发明的一个实施方案中，每一个部分805 和806都是1字节长度。根据本发明的一个实施方案，对指令的可接受的响应被列于将在下面作进一步讨论的表I中。正如所讨论的，参量805可能包括正在被响应的指令类型，以及参量806可能包括由响应所提供的来自电池的数据(例如，制造和/或性能数据)。图9示出根据本发明的一个实施方案，在请求信息(例如，请求信息801)中所使用的指令信息格式的实施例。在一个实施方案中，指令901包括指令部分902，电池地址部分903和末位位(例如，具有逻辑值1的位)。正如所讨论的，指令可能包括复位电池通信的复位指令、使确定的电池写存储单元的写存储器指令、读存储器指令、读温度指令、读电压指令、读编码样式指令、或者任何其它的性能和/或制造参量。指令部分902包括大量的有效的指令标识符，所述的指令标识符用来指示电池执行如上面所描述的和在表904中所列举的各种不同的指令。在一个实施方案中，电池地址 903可能包括识别8 (23)个不同电池的三个位。举例来说，这样就允许UPS系统和/或监控器写由地址903所确定的特定电池的存储器。一些指令，诸如在表904中所示的“读”类型指令可能被发送到所有的电池并由所有的电池答复。
权利要求
1.一种带有用于监控电池的装置的电池，所述的电池包括一个或多个电池单元，所述的电池单元用于为至少一个输出提供电能；以及监控器，所述的监控器用于适于监控并且存储与一个或多个电池单元的操作相关的性能信息，并且适于与外部系统进行通信，以便适于接收来自外部系统的监控信号，其中所述的监控器被耦合到所述的一个或多个电池单元上并适于从外部系统接收用于监控器的电能。
2.根据权利要求1所述的电池，其中所述的电池与不间断供电电源(UPS)系统相结合。
3.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于在所接收的电能不足时执行复位。
4.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器包括相关联的存储器，并且监控器适于将性能信息存储在所述的存储器中。
5.根据权利要求4所述的电池，其中所述的存储器是非易失性型的存储器。
6.根据权利要求5所述的电池，其中所述的非易失性型存储器是EEPR0M.
7.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于通过中断由外部系统所提供的所接收到的电能的电流来与外部系统相通信。
8.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于接收来自外部系统的监控信号，并且其中所述的监控器适于经过监控信号接收来自外部系统的电能。
9.根据权利要求7所述的电池，其中所述的监控器适于以异步的方式与外部系统进行ififn。
10.根据权利要求9所述的电池，其中与电池通信的开始由外部系统通过中断电源的电流进行初始化。
11.根据权利要求10所述的电池，其中所述的监控器适于检测通信的开始，并且在通信的开始被检测后适于接收来自外部系统的请求信息。
12.根据权利要求11的电池，其中所述的监控器适于传递响应息用以响应接收的请求fn息ο
13.根据权利要求12所述的电池，其中所述的监控器包括LC-型振荡器用于为监控器提供时钟。
14.根据权利要求12所述的电池，其中所述的监控器包括晶体振荡器用于为监控器提供时钟。
15.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于存储与电池相关的制造信息。
16.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括电池的模块类型，并且其中监控器适于将所述的模块类型传递给外部系统。
17.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括电池的序列号，并且其中监控器适于将所述的序列号传递到外部系统。
18.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括电池的额定信息，并且其中监控器适于将所述的额定信息传递到外部系统。
19.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括电池的制造日期，并且其中监控器适于将所述的制造日期传递到外部系统。
20.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括一个或多个电池常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个电池常量传递到外部系统。
21.根据权利要求15所述的电池，其中所述的制造信息包括与电池期待的性能相关的一个或多个电池常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个电池常量传递到外部信肩、ο
22.根据权利要求15所述的电池，其中所述的电池进一步包括温度传感器，并且其中所述的制造信息包括与温度传感器相关的一个或多个常量，并且其中监控器适于将所述的一个或多个常量传递到外部系统。
23.根据权利要求15所述的电池，其中所述的电池进一步包括被用来检测由电池所提供的电流的电阻器，并且其中所述的制造信息包括与所述的电阻器相关的参量，并且其中监控器适于将所述的参量传递到外部系统。
24.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于存储指示电池性能的性能信息。
25.根据权利要求1所述的电池，其中所述的监控器适于周期地存储性能信息。
26.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池放电次数的计数，并且其中监控器适于将所述的电池放电次数传递到外部系统。
27.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括监控器的软件标识符，并且其中监控器适于将监控器的软件标识符传递到外部系统。
28.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池的温度，并且其中监控器适于将所述的电池温度传递到外部系统。
29.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池处于充电状态的时间的累计，并且其中监控器适于将所述的所累计的时间传递到外部系统。
30.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池处于浮充状态的时间的累计，并且其中监控器适于将所累计的时间传递到外部系统。
31.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池处于放电状态的时间的积累，其中监控器适于将所累计的时间传递到外部系统。
32.根据权利要求1所述的电池，其中所述的性能信息包括电池所经历的最大温度，并且其中监控器适于将所述的最大温度传递到外部系统。
33.一种与电池进行通信的方法，所述的方法包括提供到电池的单线接口；在电池端通过单线接口接收来自外部系统的对于信息的请求；以及由电池通过单线接口将对请求的响应传递到外部系统。
34.根据权利要求33所述的方法，其中电池通过单线接口接收电能并且其中传递的动作包括依靠中断电流通过单线接口传递数据的动作。
35.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括异步传递数据的动作。
36.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将电池模块类型传递到外部系统的动作。
37.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将序列号数据传递到外部系统的动作。
38.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将与电池相关的额定信息传递到外部系统的动作。
39.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将制造数据传递到外部系统的动作。
40.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将电池的制造日期传递到外部系统的动作。
41.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将电池常量数据传递到外部系统的动作。
42.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将温度数据传递到外部系统的动作。
43.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将与电池的温度传感器相关的数据传递到外部系统的动作。
44.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将制造数据传递到外部系统的动作。
45.根据权利要求33所述的方法，其中所述的电池包括被用来检测电流的传感器，并且其中传递的动作包括将与所述的传感器相关的一个或多个参量传递到外部系统的动作。
46.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将电池的序列号传递到外部系统的方法。
47.根据权利要求33所述的方法，其中所述的电池包括执行软件的处理器，并且其中传递的动作包括将软件的软件指示符传递到外部系统。
48.根据权利要求33所述的方法，其中传递的动作包括将指示电池类型的电池类型数据传递到外部系统的动作。
49.根据权利要求33所述的方法，进一步包括将与电池的性能相关的性能数据存储在电池存储器中的动作。
50.根据权利要求49所述的方法，其中存储的动作进一步包括将所述的性能数据存储在与电池相联系的非易失性存储器中的动作。
51.根据权利要求33所述的方法，其中所述的外部系统是UPS。
52.根据权利要求33所述的方法，进一步包括接收的动作，所述的接收是指电池的监控器电路通过单线接口接收电能。
53.根据权利要求50所述的方法，进一步包括通过单线接口提供与电池通信的动作， 所述的接口被用来为电池的监控电路提供电能。
全文摘要
提供用于与电池进行通信的一种改进的电池、监控电路、方法。这样的电池和通信方法具体地应用在不间断供电电源(UPS)系统中，所述的UPS系统使用这样所述的电池为电负载提供备份电源。在一个方面，性能、制造、动向和/或其它的数据被存储在电池的非易失性存储器中，并且被通信到诸如UPS的外部系统。在另一个方面，提供一种通过单线接口进行通信的方法。在一个方面，相同的接口用来与传统的电池和改进的电池两者进行通信，所述的改进的电池带有增加的监控性能。
文档编号G01R31/36GK102176628SQ20111007880
公开日2011年9月7日 申请日期2005年1月21日 优先权日2004年1月23日
发明者弗郎西斯·J·马萨查埃利, 斯瑞丹·穆塔伯泽加, 耶欧布·德密斯, 迈克尔·法西尼尔利 申请人:美国能量变换公司