专利名称：非充电电池备用单元(bbu)的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池备用单元(BBU)，其具有DC输入、DC输出、用于可拆卸地容纳多个电池的隔室和当在DC输入处没有检测到电流时将电池连接至DC输出的控制器以及，更具体地说，涉及一种BBU，其具有DC输入、DC输出、用于可拆卸地容纳多个电池的隔室和当在DC输入处没有检测到电流时将电池连接至DC输出的控制器，其中BBU不能在电池室中对电池充电。
背景技术：
在传统电话系统中，电力和数据通过电线提供，所述电线将用户住宅连接至电话中心局。在较新的电话系统中，数据可以通过光纤提供，所述光纤终止于位于用户住宅或者企业的光网络单元(ONU)处或者网络接口单元(NIU)处。这些系统被称为光纤到户(FTTH)系统。由于电力不可以通过光纤传输，因此用于操作ONU和其内部激光器以及光/电转换器的电力通常从用户住宅经由DC转换器提供，所述DC转换器在用户住宅处连接至AC电源(例如，壁装插座)。在用户住宅发生停电的情况下，除非提供备用电力，否则FTTH系统中的电话服务将丧失。但是，大多数用户位置都没有备用电源。为了解决这一问题，已知的是在用户位置处提供电池备用单元(BBU)，其在电力发生故障的情况下给ONU提供电力。传统备用系统包括AC/DC转换器，当电力可用时，其为ONU提供电力，并且它们还为充电系统提供电力以保持电池系统充电，以便电力中断时使用。当主电源丧失时，BBU切换至电池系统，所述电池系统便为ONU提供电力。当备用电池耗尽时，服务丢失，直至主电源恢复。为了使用户容易使用BBU，电池通常被包装在具有集成电连接器的定制塑料外壳中。于是，电池组方便操作以及方便放入BBU中或者从BBU中拆除。另外，当连接至AC电源时，电池组再充电，以便用户不需要保持或者监视电池的充电。这种提供备用电源的方法存在几个缺点。第一个缺点是对电池进行充电和维持电池电量的复杂性。正确的电压、电流、充电持续时间和充电频率很大程度上取决于所使用的电池技术(锂离子、镍镉等)，甚至在给定技术中，这些特性取决于电池的组成。因此，要么必须在工厂中针对特定电池类型和组成对充电器进行定制调谐，要么它必须现场适应于容纳不同的电池。另外，在任一情况下，如果开发新的电池技术，甚至即使它具有相同的电压和电流特性，其充电要求也可能不被充电器所适应。因此，当开发了新电池技术时，可能有必要对BBU进行重新设计或者现场升级。虽然定制电池组有利于方便用户使用，但是定制也意味着这些电池组可能不容易在零售渠道获得。因此，在断电超过电池备用持续时间的情况下，或者当电池系统在断电过程中发生故障时，由于没有办法容易地获得另一个电池，用户将不能维持服务。用户可能拥有第二电池组，但是如果第二电池组的电量没有维持，即便这样也没有帮助。传统BBU还具有集成电源，该集成电源接收AC电压并将其转换为DC。当需要对备用系统进行操作时，由于ONU通常具有其自身的电源，因此该功能在许多FTTH系统中是冗余的。当电池备份被添加至ONU时，现有电源被去除并且插入BBU。尽管在没有BBU的情况下，去除的电源可以被用作ONU的备用，通常这对BBU来说会是不必要的成本追加。另外，服务提供商通常负责BBU的安全。一些用在BBU中的定制电池在一定情况下容易着火和/或者爆炸，并且具有可再充电电池的BBU使安全保证变得更加复杂。服务提供商还可能需要存储大量电池组用于在新安装中使用并且可能需要为用完的电池组提供安全的处理设施。通常这意味着对系统中安全元件/特性以及测试来自主体(例如保险商实验室(UL))的安全许可的追加成本。因此，希望为ONU提供一种BBU而不用遭受上述缺点。
发明内容
这些问题和其它问题通过本发明的实施例得到了解决，其中第一方面包括电池备用单元(BBU)，其包括外壳和至少一个电池室在该外壳中，所述电池室具有输出端。BBU进一步包括至少一个DC输入、DC输出、从所述至少一个DC输入至所述DC输出的路径和将输出端连接至路径的电路，所述电路包括用于选择性地将输出端连接至路径的开关。该电路阻止从至少一个DC输入至输出端的电流，并且提供控制器以检测路径的状态以及当检测到状态时选择性地控制开关。本发明的另一方面包括具有外壳和至少一个电池室在该外壳中的BBU,所述电池组具有输出端。BBU还包括DC输入、DC输出、从DC输入至DC输出的路径和将输出端连接至路径的电路，所述电路包括开关。控制器被配置以检测路径的状态以及当检测到状态时选择性地控制开关将输出端连接至路径，并且BBU不能在所述至少一个电池室中对电池充电。本发明的另一方面包括具有外壳和该外壳中的至少一个电池室的BBU,所述电池室具有电池端。BBU还包括DC输入、DC输出、从DC输入至DC输出的路径和控制电池端处电流的控制机构以及选择性地将电池端连接至路径的电路装置。控制机构包括控制器，所述控制器用于检测路径的状态以及当检测到状态时控制电路装置选择性地将电池端连接
至路径。
在结合附图阅读以下详细说明之后，将更好地理解本发明实施例的这些以及其它方面和特性，其中图1示出了根据本发明连接至网络接口单元的电池备用单元的示意图。图2示出了图1的电池备用单元的透视图。图3示出了根据本发明实施例的电路图，该电路图示出了在电池备用单元中使用的示例性电路。
具体实施例方式下面将参考附图更充分的描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解释为限制这里所给出的实施例；相反的，提供这些实施例以使的本公开变得更加彻底和全面，并将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。相同的附图标记在全文中指代相同的元件，为了清楚起见，某些线、层、组件、元件或部件的厚度可被扩大。除非另外说明，否则虚线指示可选的特征或操作。本文所使用的术语只是为了说明特定实施例，而并非意在限制本发明。除非另有限定，否则这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应理解，除非这里做了明确限定，否则术语，例如常用词典中限定的那些术语应该解释为与其在说明书的上下文和相关技术中的含义相一致的含义，而不应解释为理想化或过分正式的含义。如这里所使用的，除非上下文清楚地另外说明，否则这里所使用的单数形式〃一个〃、〃 一种〃和〃该〃也可包括复数形式。还应该理解，当用于本说明书中时，术语包括和/或包含，表明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、部件，但并不排除或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。这里使用的术语"和/或"包括一个或多个关联列举的项目的任一和所有组合。如这里所用的短语，例如〃在X和Y之间〃和〃大约在X和Y之间〃应该被理解为包括X和Y。如这里所用的短语，例如〃大约X和Y之间〃指的是〃在大约X和大约Y之间"。如这里所用的短语，例如〃从大约X至Y"指的是〃从大约X至大约Y"。应当理解，当一个元件被称为在另一个元件上、附着到另一个元件上、连接到另一个元件、耦接到另一个元件、接触另一个元件等时，其可直接在另一个元件上、附着到另一个元件上、连接到另一个元件、稱合到另一个元件或接触另一个元件,或者也可以存在介入元件。相反，当称元素〃直接在另一个上〃、〃直接附着于〃或〃直接连接到〃、〃直接耦合到"或"直接接触"另一个元素时，则没有中间部件存在。本领域的技术人员也应该了解，提及一种结构或特征被置于另一种特征"临近"时，则可能有重叠或位于该接近特征之下的。为了便于描述，此处使用了空间关系术语，诸如〃低于"、〃下面"、〃更低"、〃之上〃、〃向上〃等，以便于描述附图中图示的一个元件或特征与其他一个或多个元件或特征的关系。应该理解的是，除了在附图中描述的取向之外，空间相对的术语意旨包括装置在使用或操作过程中的不同取向。如果装置在图中是颠倒的，那么，被描述成在其他元件或特征结构〃下方〃或〃下面〃的元件将定向成位于其它元件或特征结构的〃上方〃。该装置还可以是别的方位(旋转90度或在其他方位)，这时将对所用的相关空间的相互关系词作相应的理解。图1和图2示出了根据本发明实施例的电池备用单元(BBU) 10，其包括第一 DC输入12和第二 DC输入13 (其中的任一个可连接至电源14)，以及第一 DC输出16和第二 DC输出17 (其中的任何一个可连接至安装在建筑物的墙壁20上的网络接口单元(NIU) 18)。第一 DC输入12和第一 DC输出16可以包括，例如F连接器，而第二 DC输入13和第二 DC输出17可以包括直通接头。第一 DC输入12和第二 DC输入13连接至相同输入节点，第一DC输出13和第二 DC输出17连接至相同的输出节点，并且允许不同类型的连接器与BBUlO一起使用。如图2所示，BBUlO还包括具有铰接盖26的外壳24，所述铰接盖用于选择性地覆盖和允许进入第一电池室28和第二电池室30。如图3所示,第一电池室28和第二电池室30的每一个都包括多个用于容纳电池33的位置32，在这一例子中为标准AA电池，被连接至电路，并且被封闭在外壳24内。如下文所述，多个视觉指示器34a、34b和34c可以包括例如LED和数据端口 36，多个视觉指示器34a、34b和34c设置在外壳上并且被连接至外壳24内部的电路。图3示出了包括在外壳24内的电路,其可以包括例如通过迹线相互连接或者另行电耦合的电路板上的元件。电路包括电连接输入12与输出16的第一路径38，以及在正常工作条件下当DC功率通过电源14被提供至输入12时，允许从电源14经由BBUlO至NIU18的基本上未调节的DC功率流。第一电池室28通过第二路径40与第二电池室30串联连接，并且第二电池室30包括通过第三路径44连接至第一路径38的输出端42，其中第三路径44包括用于阻止电流流进第二电池室30的二极管46、用于选择性地中断第三路径44的电池路径启动开关48、用于通过电池33调节供给第一路径38电压的DC/DC电压调节器50、EMI滤波器52、PTC元件54和第二二极管56。图3还示出了控制器58用于确定功率是否是从输入12经由第一路径38提供至输出16以及当没有提供足够的功率时是否闭合了电池路径启动开关48。如下所述，控制器58可以是微控制器单元(MCU)(例如Silicon Labs C8051F332MCU)，所述微控制器单元具有连接至各种电路元件的各种输入/输出引脚。控制器58的引脚在图3中被标记为1-20，并且这些引脚序号将在下文中提到。控制器58的引脚3通过第四路径60被连接至第一路径38，其中第四路径60包括电压调节器62 (例如National Semiconductor ADJ LDO LP2951CM)，其用于调节提供至控制器58的电压。第一电池室28和第二电池室30之间的第二路径40包括连接至第四路径60的节点64，当没有从输入12提供足够的功率时，所述节点64将来自第一电池室28中电池的6V DC电源提供至电压调节器62，从而提供至控制器58。来自第一路径38的未调节电压还通过电源线65提供至控制器58的引脚13。电池路径启动线路66将电池路径启动开关48连接至控制器引脚16，并且控制器58通过在该线路66上提供适当的输出来控制电池路径启动开关48的状态。电池6V监控开关68连接至第二路径40以及通过电池6V监控启动线路70连接至控制器引脚15，电池6V监控开关68通过控制器引脚15的适当输出来控制。电池6V监控开关68的输出通过电池6V监控输出线路72连接至控制器58的控制器引脚12，从而允许控制器58接收来自第一电池室28中电池33的电压输出指示以及来自第一电池室28中电池33的充电状态指示作为输入。电池12V监控开关74连接至第三路径44，以及通过电池12V监控启动路线76连接至控制器引脚14，并且电池12V监控开关通过控制器引脚14的适当输出来控制。电池12V监控开关74的输出通过电池12V输出线路78被连接至控制器58的控制器引脚11，从而允许控制器58接收来自第一电池室28和第二电池室30中的电池33的电压输出指示以及来自第一电池室28和第二电池室30中的电池充电状态指示作为输入。当电池33的输出达到高于零的电平，但是又太低以至于不能为NIU18提供足够的功率时，控制器58打开电池路径启动开关48并且切断供输出端16的电源。
升压寄存器输出线路80将DC/DC电压调节器50和EMI滤波器52之间的第三路径44中的节点82连接至控制器引脚10，并且投递PTC输出线84将PTC元件54和第二二极管56之间的节点86连接至控制器引脚14以向控制器58提供关于系统电压电平的附加信息。控制器引脚4和控制器引脚5分别通过线路88和线路90连接至数据端口 36，用于允许数据端口 36和控制器58之间的通信。第一视觉指示器34a被连接至控制器引脚20，第二视觉指示器34b被连接至控制器引脚19和第三视觉指示器34c被连接至控制器引脚18，以及蜂鸣器92通过开关94被连接至控制器端口 17，从而控制器58可以控制第一视觉指示器34a、第二视觉指示器34b、第三视觉指示器34c和蜂鸣器92，以提供关于BBUlO使用的电源和电池33的状态的信息。在正常工作条件下，DC电源被提供至BBU输入12以及来自BBU输出16具有功率的输出通过第四路径60也被提供至电压调节器62，并且通过电源线65提供至控制器58的引脚13。控制器58监控经由电源线65的第一路径38上的电压以及，如果该电压降低到预定电平以下(所述预定电平与来自电源14的最低预期正常电压一致)，即使当经由BBU输入12提供至第一路径38的电力停止时，控制器58在检测到下降数毫秒之内闭合电池路径启动开关48，以将第二电池室30的输出端42通过第三路径连接至BBU输出16，从而提供来自BBU输出16的基本上不间断的电力供应。DC/DC转换器50可以包括升压调节器，DC/DC转换器50即使在电池33放电时也帮助维持BBU输出16处的恒定电压电平，并且通过周期性地闭合电池6V监控开关68和电池12V监控开关74由控制器58检测电池33的充电电平，以获得第一电池室28和第二电池室30中电池的电压读数从而确定它们的充电状态和估计的剩余寿命。当电力通过电池33提供至BBU的输出16时，控制器58继续监控电源线65上的信号以确定何时第一路径38上的电压恢复至高电平(表明电力再次从BBU输入12提供)。第一路径38上的电压恢复至工作电平之后的预定时间，控制器58断开电池路径启动开关48以将第一电池室28和第二电池室30中的电池33与第一路径38断开。通常，电池路径启动开关48仅在延迟之后(例如30秒)被断开以帮助在发生瞬时功率事件的情况下避免BBUlO的重复切换，由此，直到合理地确信电源14再次能够可靠地提供DC电源经由BBUlO至NIU18，电池路径启动开关48才断开。这样还可以帮助阻止如果电源引脚13处电压电平的电源大约等于转换电压将可能发生的震荡情况。第一视觉指示器34a、第二视觉指示器34b、第三视觉指示器34c以各种组合发光以提供例如关于通过电源14还是电池33来提供DC电源的信息以及关于电池33的充电状态的信息，例如“完全充满”、“部分放电”以及“寿命终止”或者“完全放电”。例如，视觉指示器可如下通过控制器58点亮，其中第一视觉指示器34a对应下述“绿色” LED,第二视觉指示器34b对应以下“黄色” LED以及第三视觉指示器34c对应以下“红色” LED 1.绿色-OK (在主电源上工作)；2.绿色闪烁(每30秒闪烁I秒)-电池备用模式，电池是新的；3.黄色-主电源，电池剩下3到6小时的备用时间；4.黄色闪烁(每30秒闪烁I秒)-电池备用模式，电池剩下3到6小时的备用时间；5.红色-主电源，电池需要更换。BBU将每30秒发出一次“啁啾声”(当电池耗尽时，类似烟雾探测器的哔哔声提醒);6.红色闪烁(每30秒闪烁I秒)-电池备用模式，电池剩下不到3小时的备用时间。BBU将每30秒发出一次“啁啾声”(当电池耗尽时，类似烟雾探测器的哔哔声提醒)；以及7.红色闪烁(I秒“开” I秒“关-无电池或者未正确安装(并且存在充足的电力允许LED被点亮)。如果电池33耗尽至失去备用电源即将发生的程度，控制器58将在发光二级管状态显示上指示该状态，并且还将通过蜂鸣器92提供声音报警以警告附近的用户该危急情况。该状态信息继续被提供直至电池33耗尽或者被用户更换。BBU还具有电池“测试”模式，该模式通过显示“红-黄-绿”电力测量来评估电池中剩余的电量。这由用户通过BBU主体面板上的按钮(未显示)来激活。当从AC电源供电时，实际上没有电池电量会被用来做这一评估。电池被“感测到”并且电池的健康状态显示15秒钟的间隔，在这之后BBU恢复至“正常”模式。这给用户更加详细的电池状态评估。由于不需要BBUlO对电池充电，因此如通常用其它备用电源所做的那样，消除了需要充电的电路和相关的复杂性以及减少了成本。因此，在BBUlO中不需要专业电池充电电路或者热管理电路。当新的主要电池技术变得可用，新型电池可以被直接替换进第一电池室28和第二电池室30而不用修改BBU10。另外，通过围绕标准电池进行设计，不需要定制电池组或者连接器。终端用户可以容易地从任何本地零售商店获得标准电池并在BBU中使用它们。用户还可能有备用电池可用。这种方法的另一优点是，随着电池技术的改变，只要电池在BBU的工作电压内，该技术就可以在BBU中使用。另外，尽管用户仍可以在BBU中使用物理兼容的可充电电池，但是用户将负责用传统电池充电器对那些电池充电。虽然本发明已经通过优选实施例对本发明进行了描述，然而，在阅读以上描述后，针对该实施例的添加和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。旨在使所有这些修改和添加组成本发明的一部分,使他们落入本文几个权利要求范围内。
权利要求
1.一种电池备用单元BBU，包括 夕卜壳; 外壳中的至少一个电池室，所述电池室包括输出端； 至少一个DC输入； DC输出； 从至少一个DC输入至DC输出的路径； 将输出端连接至所述路径的电路，包括用于选择性地将输出端连接至所述路径的开关，所述电路阻止电流从至少一个DC输入流动至输出端；以及 控制器，被配置为检测所述路径的状态和当检测到所述状态时选择性地控制所述开关。
2.根据权利要求1所述的电池备用单元，其中所述状态是所述路径上的电压电平。
3.根据权利要求1所述的电池备用单元，其中所述电路包括在输出端和所述路径之间的DC/DC转换器。
4.根据权利要求3所述的电池备用单元，其中所述DC/DC转换器包括升压转换器。
5.根据权利要求1所述的电池备用单元，其中所述控制器包括第一输入，用于接收表示所述状态存在或者不存在的信号，和第一输出，连接至所述开关。
6.根据权利要求1所述的电池备用单元，其中所述外壳包括至少一个视觉指示器，当检测到所述状态时提供第一视觉指示，以及当未检测到所述状态时提供不同于所述第一视觉指示的第二视觉指示。
7.根据权利要求1所述的电池备用单元，其中当来自所述输出端的输出在第一电平和第二电平之间时，所述控制器被配置为断开所述开关。
8.根据权利要求1所述的电池备用单元，包括至少一个电池，所述电池可拆卸地安装在所述至少一个电池室中。
9.根据权利要求1所述的电池备用单元，包括 位于输出端和所述路径之间的DC/DC转换器， 其中所述控制器包括第一输入，接收表示所述路径上DC电源的第一电平存在或者不存在的信号，和第一输出，连接至所述开关，以及 电压调节器，连接在所述路径和控制器的调节器输入之间。
10.根据权利要求9所述的电池备用单元，包括数据端口和将所述数据端口连接至所述控制器的导体，其中所述DC/DC转换器包括升压转换器，其中所述控制器被配置为在来自所述输出端的输出在第一电平和第二电平之间时断开所述开关，并且其中所述外壳包括至少一个视觉指示器，当DC电源的第一电平存在时，提供第一视觉指示，当所述DC电源的第一电平不存在时提供不同于所述第一视觉指示的第二视觉指示，以及提供所述至少一个电池室中的电池的剩余寿命的第三视觉指示。
11.一种电池备用单元BBU，包括 夕卜壳; 外壳中的至少一个电池室，所述电池室包括输出端； DC输入； DC输出；从DC输入至DC输出的路径； 电路，用于选择性地将输出端连接至所述路径并且包括开关；以及控制器，被配置为检测所述路径的状态以及当检测到所述状态时选择性地控制所述开关以将所述输出端连接至所述路径， 其中所述BBU不能在对所述至少一个电池室中对电池进行充电。
12.根据权利要求11所述的电池备用单元，其中所述状态包括所述路径的电压。
13.根据权利要求12所述的电池备用单元，包括 位于输出端和所述路径之间的DC/DC转换器， 其中所述控制器包括路径状态输入，当检测到所述状态时接收信号，和第一输出，连接至所述开关，以及 电压调节器，连接在所述路径和控制器的调节器输入之间。
14.根据权利要求13所述的电池备用单元，包括 数据端口和将所述数据端口连接至所述控制器的数据输入的导体， 其中所述DC/DC转换器包括升压转换器，以及 其中所述外壳包括至少一个视觉指示器，当检测到所述状态时，提供第一视觉指示，当未检测到所述状态时，提供不同于所述第一视觉指示的第二视觉指示以及提供所述至少一个电池室中的电池的剩余寿命的第三视觉指示。
15.—种电池备用单兀BBU,包括 夕卜壳; 外壳中的至少一个电池室，所述电池室包括电池端； DC输入； DC输出； 从DC输入至DC输出的DC路径；以及 控制装置，用于控制所述电池端处的电流，以及用于选择性地将所述电池端连接至所述路径的电路装置，所述控制装置包括控制器，用于检测所述路径的状态和用于在检测到所述状态时控制所述电路装置以选择性地将所述电池端连接至所述路径。
全文摘要
电池备用单元(BBU)包括外壳、至少一个电池室(28、30)在具有输出端(42)的外壳中、DC输入(12)、DC输出(16)、从DC输入至DC输出的路径(38)、用于选择性地将输出端连接至路径的电路，该电路包括开关(48)和控制器，所述控制器被配置以检测路径状态以及当检测到状态时选择性地控制开关以将输出端连接至路径，BBU不能在该至少一个电池室中对电池(33)进行充电。从DC输入至DC输出的路径可以包括DC/DC升压转换器(50)以帮助维持恒定输出电压。
文档编号H02J9/06GK103069685SQ201180038960
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月10日
发明者M·O·沃格尔, J·威廉姆斯, M·R·罗威, T·E·拉维勒, R·H·迪尔高, J·D·维瑞恩 申请人:北卡罗来纳康姆斯科普公司