非充電電池備用單元(bbu)的製作方法
2023-06-01 13:20:21 3
專利名稱：非充電電池備用單元(bbu)的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池備用單元(BBU)，其具有DC輸入、DC輸出、用於可拆卸地容納多個電池的隔室和當在DC輸入處沒有檢測到電流時將電池連接至DC輸出的控制器以及，更具體地說，涉及一種BBU，其具有DC輸入、DC輸出、用於可拆卸地容納多個電池的隔室和當在DC輸入處沒有檢測到電流時將電池連接至DC輸出的控制器，其中BBU不能在電池室中對電池充電。
背景技術：
在傳統電話系統中，電力和數據通過電線提供，所述電線將用戶住宅連接至電話中心局。在較新的電話系統中，數據可以通過光纖提供，所述光纖終止於位於用戶住宅或者企業的光網絡單元(ONU)處或者網絡接口單元(NIU)處。這些系統被稱為光纖到戶(FTTH)系統。由於電力不可以通過光纖傳輸，因此用於操作ONU和其內部雷射器以及光/電轉換器的電力通常從用戶住宅經由DC轉換器提供，所述DC轉換器在用戶住宅處連接至AC電源(例如，壁裝插座)。在用戶住宅發生停電的情況下，除非提供備用電力，否則FTTH系統中的電話服務將喪失。但是，大多數用戶位置都沒有備用電源。為了解決這一問題，已知的是在用戶位置處提供電池備用單元(BBU)，其在電力發生故障的情況下給ONU提供電力。傳統備用系統包括AC/DC轉換器，當電力可用時，其為ONU提供電力，並且它們還為充電系統提供電力以保持電池系統充電，以便電力中斷時使用。當主電源喪失時，BBU切換至電池系統，所述電池系統便為ONU提供電力。當備用電池耗盡時，服務丟失，直至主電源恢復。為了使用戶容易使用BBU，電池通常被包裝在具有集成電連接器的定製塑料外殼中。於是，電池組方便操作以及方便放入BBU中或者從BBU中拆除。另外，當連接至AC電源時，電池組再充電，以便用戶不需要保持或者監視電池的充電。這種提供備用電源的方法存在幾個缺點。第一個缺點是對電池進行充電和維持電池電量的複雜性。正確的電壓、電流、充電持續時間和充電頻率很大程度上取決於所使用的電池技術(鋰離子、鎳鎘等)，甚至在給定技術中，這些特性取決於電池的組成。因此，要麼必須在工廠中針對特定電池類型和組成對充電器進行定製調諧，要麼它必須現場適應於容納不同的電池。另外，在任一情況下，如果開發新的電池技術，甚至即使它具有相同的電壓和電流特性，其充電要求也可能不被充電器所適應。因此，當開發了新電池技術時，可能有必要對BBU進行重新設計或者現場升級。雖然定製電池組有利於方便用戶使用，但是定製也意味著這些電池組可能不容易在零售渠道獲得。因此，在斷電超過電池備用持續時間的情況下，或者當電池系統在斷電過程中發生故障時，由於沒有辦法容易地獲得另一個電池，用戶將不能維持服務。用戶可能擁有第二電池組，但是如果第二電池組的電量沒有維持，即便這樣也沒有幫助。傳統BBU還具有集成電源，該集成電源接收AC電壓並將其轉換為DC。當需要對備用系統進行操作時，由於ONU通常具有其自身的電源，因此該功能在許多FTTH系統中是冗餘的。當電池備份被添加至ONU時，現有電源被去除並且插入BBU。儘管在沒有BBU的情況下，去除的電源可以被用作ONU的備用，通常這對BBU來說會是不必要的成本追加。另外，服務提供商通常負責BBU的安全。一些用在BBU中的定製電池在一定情況下容易著火和/或者爆炸，並且具有可再充電電池的BBU使安全保證變得更加複雜。服務提供商還可能需要存儲大量電池組用於在新安裝中使用並且可能需要為用完的電池組提供安全的處理設施。通常這意味著對系統中安全元件/特性以及測試來自主體(例如保險商實驗室(UL))的安全許可的追加成本。因此，希望為ONU提供一種BBU而不用遭受上述缺點。
發明內容
這些問題和其它問題通過本發明的實施例得到了解決，其中第一方面包括電池備用單元(BBU)，其包括外殼和至少一個電池室在該外殼中，所述電池室具有輸出端。BBU進一步包括至少一個DC輸入、DC輸出、從所述至少一個DC輸入至所述DC輸出的路徑和將輸出端連接至路徑的電路，所述電路包括用於選擇性地將輸出端連接至路徑的開關。該電路阻止從至少一個DC輸入至輸出端的電流，並且提供控制器以檢測路徑的狀態以及當檢測到狀態時選擇性地控制開關。本發明的另一方面包括具有外殼和至少一個電池室在該外殼中的BBU,所述電池組具有輸出端。BBU還包括DC輸入、DC輸出、從DC輸入至DC輸出的路徑和將輸出端連接至路徑的電路，所述電路包括開關。控制器被配置以檢測路徑的狀態以及當檢測到狀態時選擇性地控制開關將輸出端連接至路徑，並且BBU不能在所述至少一個電池室中對電池充電。本發明的另一方面包括具有外殼和該外殼中的至少一個電池室的BBU,所述電池室具有電池端。BBU還包括DC輸入、DC輸出、從DC輸入至DC輸出的路徑和控制電池端處電流的控制機構以及選擇性地將電池端連接至路徑的電路裝置。控制機構包括控制器，所述控制器用於檢測路徑的狀態以及當檢測到狀態時控制電路裝置選擇性地將電池端連接
至路徑。
在結合附圖閱讀以下詳細說明之後，將更好地理解本發明實施例的這些以及其它方面和特性，其中圖1示出了根據本發明連接至網絡接口單元的電池備用單元的示意圖。圖2示出了圖1的電池備用單元的透視圖。圖3示出了根據本發明實施例的電路圖，該電路圖示出了在電池備用單元中使用的示例性電路。
具體實施例方式下面將參考附圖更充分的描述本發明，在附圖中示出了本發明的實施例。但是，本發明可以以許多不同的方式實施，不應被解釋為限制這裡所給出的實施例；相反的，提供這些實施例以使的本公開變得更加徹底和全面，並將本發明的範圍完全傳達給本領域的技術人員。相同的附圖標記在全文中指代相同的元件，為了清楚起見，某些線、層、組件、元件或部件的厚度可被擴大。除非另外說明，否則虛線指示可選的特徵或操作。本文所使用的術語只是為了說明特定實施例，而並非意在限制本發明。除非另有限定，否則這裡所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有的含義與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同。還應理解，除非這裡做了明確限定，否則術語，例如常用詞典中限定的那些術語應該解釋為與其在說明書的上下文和相關技術中的含義相一致的含義，而不應解釋為理想化或過分正式的含義。如這裡所使用的，除非上下文清楚地另外說明，否則這裡所使用的單數形式〃一個〃、〃 一種〃和〃該〃也可包括複數形式。還應該理解，當用於本說明書中時，術語包括和/或包含，表明存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件、部件，但並不排除或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。這裡使用的術語"和/或"包括一個或多個關聯列舉的項目的任一和所有組合。如這裡所用的短語，例如〃在X和Y之間〃和〃大約在X和Y之間〃應該被理解為包括X和Y。如這裡所用的短語，例如〃大約X和Y之間〃指的是〃在大約X和大約Y之間"。如這裡所用的短語，例如〃從大約X至Y"指的是〃從大約X至大約Y"。應當理解，當一個元件被稱為在另一個元件上、附著到另一個元件上、連接到另一個元件、耦接到另一個元件、接觸另一個元件等時，其可直接在另一個元件上、附著到另一個元件上、連接到另一個元件、稱合到另一個元件或接觸另一個元件,或者也可以存在介入元件。相反，當稱元素〃直接在另一個上〃、〃直接附著於〃或〃直接連接到〃、〃直接耦合到"或"直接接觸"另一個元素時，則沒有中間部件存在。本領域的技術人員也應該了解，提及一種結構或特徵被置於另一種特徵"臨近"時，則可能有重疊或位於該接近特徵之下的。為了便於描述，此處使用了空間關係術語，諸如〃低於"、〃下面"、〃更低"、〃之上〃、〃向上〃等，以便於描述附圖中圖示的一個元件或特徵與其他一個或多個元件或特徵的關係。應該理解的是，除了在附圖中描述的取向之外，空間相對的術語意旨包括裝置在使用或操作過程中的不同取向。如果裝置在圖中是顛倒的，那麼，被描述成在其他元件或特徵結構〃下方〃或〃下面〃的元件將定向成位於其它元件或特徵結構的〃上方〃。該裝置還可以是別的方位(旋轉90度或在其他方位)，這時將對所用的相關空間的相互關係詞作相應的理解。圖1和圖2示出了根據本發明實施例的電池備用單元(BBU) 10，其包括第一 DC輸入12和第二 DC輸入13 (其中的任一個可連接至電源14)，以及第一 DC輸出16和第二 DC輸出17 (其中的任何一個可連接至安裝在建築物的牆壁20上的網絡接口單元(NIU) 18)。第一 DC輸入12和第一 DC輸出16可以包括，例如F連接器，而第二 DC輸入13和第二 DC輸出17可以包括直通接頭。第一 DC輸入12和第二 DC輸入13連接至相同輸入節點，第一DC輸出13和第二 DC輸出17連接至相同的輸出節點，並且允許不同類型的連接器與BBUlO一起使用。如圖2所示，BBUlO還包括具有鉸接蓋26的外殼24，所述鉸接蓋用於選擇性地覆蓋和允許進入第一電池室28和第二電池室30。如圖3所示,第一電池室28和第二電池室30的每一個都包括多個用於容納電池33的位置32，在這一例子中為標準AA電池，被連接至電路，並且被封閉在外殼24內。如下文所述，多個視覺指示器34a、34b和34c可以包括例如LED和數據埠 36，多個視覺指示器34a、34b和34c設置在外殼上並且被連接至外殼24內部的電路。圖3示出了包括在外殼24內的電路,其可以包括例如通過跡線相互連接或者另行電耦合的電路板上的元件。電路包括電連接輸入12與輸出16的第一路徑38，以及在正常工作條件下當DC功率通過電源14被提供至輸入12時，允許從電源14經由BBUlO至NIU18的基本上未調節的DC功率流。第一電池室28通過第二路徑40與第二電池室30串聯連接，並且第二電池室30包括通過第三路徑44連接至第一路徑38的輸出端42，其中第三路徑44包括用於阻止電流流進第二電池室30的二極體46、用於選擇性地中斷第三路徑44的電池路逕啟動開關48、用於通過電池33調節供給第一路徑38電壓的DC/DC電壓調節器50、EMI濾波器52、PTC元件54和第二二極體56。圖3還示出了控制器58用於確定功率是否是從輸入12經由第一路徑38提供至輸出16以及當沒有提供足夠的功率時是否閉合了電池路逕啟動開關48。如下所述，控制器58可以是微控制器單元(MCU)(例如Silicon Labs C8051F332MCU)，所述微控制器單元具有連接至各種電路元件的各種輸入/輸出引腳。控制器58的引腳在圖3中被標記為1-20，並且這些引腳序號將在下文中提到。控制器58的引腳3通過第四路徑60被連接至第一路徑38，其中第四路徑60包括電壓調節器62 (例如National Semiconductor ADJ LDO LP2951CM)，其用於調節提供至控制器58的電壓。第一電池室28和第二電池室30之間的第二路徑40包括連接至第四路徑60的節點64，當沒有從輸入12提供足夠的功率時，所述節點64將來自第一電池室28中電池的6V DC電源提供至電壓調節器62，從而提供至控制器58。來自第一路徑38的未調節電壓還通過電源線65提供至控制器58的引腳13。電池路逕啟動線路66將電池路逕啟動開關48連接至控制器引腳16，並且控制器58通過在該線路66上提供適當的輸出來控制電池路逕啟動開關48的狀態。電池6V監控開關68連接至第二路徑40以及通過電池6V監控啟動線路70連接至控制器引腳15，電池6V監控開關68通過控制器引腳15的適當輸出來控制。電池6V監控開關68的輸出通過電池6V監控輸出線路72連接至控制器58的控制器引腳12，從而允許控制器58接收來自第一電池室28中電池33的電壓輸出指示以及來自第一電池室28中電池33的充電狀態指示作為輸入。電池12V監控開關74連接至第三路徑44，以及通過電池12V監控啟動路線76連接至控制器引腳14，並且電池12V監控開關通過控制器引腳14的適當輸出來控制。電池12V監控開關74的輸出通過電池12V輸出線路78被連接至控制器58的控制器引腳11，從而允許控制器58接收來自第一電池室28和第二電池室30中的電池33的電壓輸出指示以及來自第一電池室28和第二電池室30中的電池充電狀態指示作為輸入。當電池33的輸出達到高於零的電平，但是又太低以至於不能為NIU18提供足夠的功率時，控制器58打開電池路逕啟動開關48並且切斷供輸出端16的電源。
升壓寄存器輸出線路80將DC/DC電壓調節器50和EMI濾波器52之間的第三路徑44中的節點82連接至控制器引腳10，並且投遞PTC輸出線84將PTC元件54和第二二極體56之間的節點86連接至控制器引腳14以向控制器58提供關於系統電壓電平的附加信息。控制器引腳4和控制器引腳5分別通過線路88和線路90連接至數據埠 36，用於允許數據埠 36和控制器58之間的通信。第一視覺指示器34a被連接至控制器引腳20，第二視覺指示器34b被連接至控制器引腳19和第三視覺指示器34c被連接至控制器引腳18，以及蜂鳴器92通過開關94被連接至控制器埠 17，從而控制器58可以控制第一視覺指示器34a、第二視覺指示器34b、第三視覺指示器34c和蜂鳴器92，以提供關於BBUlO使用的電源和電池33的狀態的信息。在正常工作條件下，DC電源被提供至BBU輸入12以及來自BBU輸出16具有功率的輸出通過第四路徑60也被提供至電壓調節器62，並且通過電源線65提供至控制器58的引腳13。控制器58監控經由電源線65的第一路徑38上的電壓以及，如果該電壓降低到預定電平以下(所述預定電平與來自電源14的最低預期正常電壓一致)，即使當經由BBU輸入12提供至第一路徑38的電力停止時，控制器58在檢測到下降數毫秒之內閉合電池路逕啟動開關48，以將第二電池室30的輸出端42通過第三路徑連接至BBU輸出16，從而提供來自BBU輸出16的基本上不間斷的電力供應。DC/DC轉換器50可以包括升壓調節器，DC/DC轉換器50即使在電池33放電時也幫助維持BBU輸出16處的恆定電壓電平，並且通過周期性地閉合電池6V監控開關68和電池12V監控開關74由控制器58檢測電池33的充電電平，以獲得第一電池室28和第二電池室30中電池的電壓讀數從而確定它們的充電狀態和估計的剩餘壽命。當電力通過電池33提供至BBU的輸出16時，控制器58繼續監控電源線65上的信號以確定何時第一路徑38上的電壓恢復至高電平(表明電力再次從BBU輸入12提供)。第一路徑38上的電壓恢復至工作電平之後的預定時間，控制器58斷開電池路逕啟動開關48以將第一電池室28和第二電池室30中的電池33與第一路徑38斷開。通常，電池路逕啟動開關48僅在延遲之後(例如30秒)被斷開以幫助在發生瞬時功率事件的情況下避免BBUlO的重複切換，由此，直到合理地確信電源14再次能夠可靠地提供DC電源經由BBUlO至NIU18，電池路逕啟動開關48才斷開。這樣還可以幫助阻止如果電源引腳13處電壓電平的電源大約等於轉換電壓將可能發生的震蕩情況。第一視覺指示器34a、第二視覺指示器34b、第三視覺指示器34c以各種組合發光以提供例如關於通過電源14還是電池33來提供DC電源的信息以及關於電池33的充電狀態的信息，例如「完全充滿」、「部分放電」以及「壽命終止」或者「完全放電」。例如，視覺指示器可如下通過控制器58點亮，其中第一視覺指示器34a對應下述「綠色」 LED,第二視覺指示器34b對應以下「黃色」 LED以及第三視覺指示器34c對應以下「紅色」 LED 1.綠色-OK (在主電源上工作)；2.綠色閃爍(每30秒閃爍I秒)-電池備用模式，電池是新的；3.黃色-主電源，電池剩下3到6小時的備用時間；4.黃色閃爍(每30秒閃爍I秒)-電池備用模式，電池剩下3到6小時的備用時間；5.紅色-主電源，電池需要更換。BBU將每30秒發出一次「啁啾聲」(當電池耗盡時，類似煙霧探測器的嗶嗶聲提醒);6.紅色閃爍(每30秒閃爍I秒)-電池備用模式，電池剩下不到3小時的備用時間。BBU將每30秒發出一次「啁啾聲」(當電池耗盡時，類似煙霧探測器的嗶嗶聲提醒)；以及7.紅色閃爍(I秒「開」 I秒「關-無電池或者未正確安裝(並且存在充足的電力允許LED被點亮)。如果電池33耗盡至失去備用電源即將發生的程度，控制器58將在發光二級管狀態顯示上指示該狀態，並且還將通過蜂鳴器92提供聲音報警以警告附近的用戶該危急情況。該狀態信息繼續被提供直至電池33耗盡或者被用戶更換。BBU還具有電池「測試」模式，該模式通過顯示「紅-黃-綠」電力測量來評估電池中剩餘的電量。這由用戶通過BBU主體面板上的按鈕(未顯示)來激活。當從AC電源供電時，實際上沒有電池電量會被用來做這一評估。電池被「感測到」並且電池的健康狀態顯示15秒鐘的間隔，在這之後BBU恢復至「正常」模式。這給用戶更加詳細的電池狀態評估。由於不需要BBUlO對電池充電，因此如通常用其它備用電源所做的那樣，消除了需要充電的電路和相關的複雜性以及減少了成本。因此，在BBUlO中不需要專業電池充電電路或者熱管理電路。當新的主要電池技術變得可用，新型電池可以被直接替換進第一電池室28和第二電池室30而不用修改BBU10。另外，通過圍繞標準電池進行設計，不需要定製電池組或者連接器。終端用戶可以容易地從任何本地零售商店獲得標準電池並在BBU中使用它們。用戶還可能有備用電池可用。這種方法的另一優點是，隨著電池技術的改變，只要電池在BBU的工作電壓內，該技術就可以在BBU中使用。另外，儘管用戶仍可以在BBU中使用物理兼容的可充電電池，但是用戶將負責用傳統電池充電器對那些電池充電。雖然本發明已經通過優選實施例對本發明進行了描述，然而，在閱讀以上描述後，針對該實施例的添加和修改對於本領域的技術人員來說是顯而易見的。旨在使所有這些修改和添加組成本發明的一部分,使他們落入本文幾個權利要求範圍內。
權利要求
1.一種電池備用單元BBU，包括 夕卜殼; 外殼中的至少一個電池室，所述電池室包括輸出端； 至少一個DC輸入； DC輸出； 從至少一個DC輸入至DC輸出的路徑； 將輸出端連接至所述路徑的電路，包括用於選擇性地將輸出端連接至所述路徑的開關，所述電路阻止電流從至少一個DC輸入流動至輸出端；以及 控制器，被配置為檢測所述路徑的狀態和當檢測到所述狀態時選擇性地控制所述開關。
2.根據權利要求1所述的電池備用單元，其中所述狀態是所述路徑上的電壓電平。
3.根據權利要求1所述的電池備用單元，其中所述電路包括在輸出端和所述路徑之間的DC/DC轉換器。
4.根據權利要求3所述的電池備用單元，其中所述DC/DC轉換器包括升壓轉換器。
5.根據權利要求1所述的電池備用單元，其中所述控制器包括第一輸入，用於接收表示所述狀態存在或者不存在的信號，和第一輸出，連接至所述開關。
6.根據權利要求1所述的電池備用單元，其中所述外殼包括至少一個視覺指示器，當檢測到所述狀態時提供第一視覺指示，以及當未檢測到所述狀態時提供不同於所述第一視覺指示的第二視覺指示。
7.根據權利要求1所述的電池備用單元，其中當來自所述輸出端的輸出在第一電平和第二電平之間時，所述控制器被配置為斷開所述開關。
8.根據權利要求1所述的電池備用單元，包括至少一個電池，所述電池可拆卸地安裝在所述至少一個電池室中。
9.根據權利要求1所述的電池備用單元，包括 位於輸出端和所述路徑之間的DC/DC轉換器， 其中所述控制器包括第一輸入，接收表示所述路徑上DC電源的第一電平存在或者不存在的信號，和第一輸出，連接至所述開關，以及 電壓調節器，連接在所述路徑和控制器的調節器輸入之間。
10.根據權利要求9所述的電池備用單元，包括數據埠和將所述數據埠連接至所述控制器的導體，其中所述DC/DC轉換器包括升壓轉換器，其中所述控制器被配置為在來自所述輸出端的輸出在第一電平和第二電平之間時斷開所述開關，並且其中所述外殼包括至少一個視覺指示器，當DC電源的第一電平存在時，提供第一視覺指示，當所述DC電源的第一電平不存在時提供不同於所述第一視覺指示的第二視覺指示，以及提供所述至少一個電池室中的電池的剩餘壽命的第三視覺指示。
11.一種電池備用單元BBU，包括 夕卜殼; 外殼中的至少一個電池室，所述電池室包括輸出端； DC輸入； DC輸出；從DC輸入至DC輸出的路徑； 電路，用於選擇性地將輸出端連接至所述路徑並且包括開關；以及控制器，被配置為檢測所述路徑的狀態以及當檢測到所述狀態時選擇性地控制所述開關以將所述輸出端連接至所述路徑， 其中所述BBU不能在對所述至少一個電池室中對電池進行充電。
12.根據權利要求11所述的電池備用單元，其中所述狀態包括所述路徑的電壓。
13.根據權利要求12所述的電池備用單元，包括 位於輸出端和所述路徑之間的DC/DC轉換器， 其中所述控制器包括路徑狀態輸入，當檢測到所述狀態時接收信號，和第一輸出，連接至所述開關，以及 電壓調節器，連接在所述路徑和控制器的調節器輸入之間。
14.根據權利要求13所述的電池備用單元，包括 數據埠和將所述數據埠連接至所述控制器的數據輸入的導體， 其中所述DC/DC轉換器包括升壓轉換器，以及 其中所述外殼包括至少一個視覺指示器，當檢測到所述狀態時，提供第一視覺指示，當未檢測到所述狀態時，提供不同於所述第一視覺指示的第二視覺指示以及提供所述至少一個電池室中的電池的剩餘壽命的第三視覺指示。
15.—種電池備用單兀BBU,包括 夕卜殼; 外殼中的至少一個電池室，所述電池室包括電池端； DC輸入； DC輸出； 從DC輸入至DC輸出的DC路徑；以及 控制裝置，用於控制所述電池端處的電流，以及用於選擇性地將所述電池端連接至所述路徑的電路裝置，所述控制裝置包括控制器，用於檢測所述路徑的狀態和用於在檢測到所述狀態時控制所述電路裝置以選擇性地將所述電池端連接至所述路徑。
全文摘要
電池備用單元(BBU)包括外殼、至少一個電池室(28、30)在具有輸出端(42)的外殼中、DC輸入(12)、DC輸出(16)、從DC輸入至DC輸出的路徑(38)、用於選擇性地將輸出端連接至路徑的電路，該電路包括開關(48)和控制器，所述控制器被配置以檢測路徑狀態以及當檢測到狀態時選擇性地控制開關以將輸出端連接至路徑，BBU不能在該至少一個電池室中對電池(33)進行充電。從DC輸入至DC輸出的路徑可以包括DC/DC升壓轉換器(50)以幫助維持恆定輸出電壓。
文檔編號H02J9/06GK103069685SQ201180038960
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月5日 優先權日2010年8月10日
發明者M·O·沃格爾, J·威廉士, M·R·羅威, T·E·拉維勒, R·H·迪爾高, J·D·維瑞恩 申請人:北卡羅來納康姆斯科普公司