[发明专利]电池系统与配电总线的连接

说明书

一种用于经由配电总线向负载供电的电源单元的备份系统，包括：电源、耦合在电源的输出端子和配电总线之间的开关元件网络、与开关元件并联耦合的二极管、和被配置成选择性地激活或去激活开关元件中的每一个，以使得电源能够经由配电总线为负载供电的控制器。开关元件可以是晶体管，并且二极管可以是晶体管的寄生体二极管。电源可以是电池，诸如可再充电电池。来自电池的输出电压电平可以由控制器作为激活或去激活的晶体管的数量的函数来调节。

技术领域

本发明大体涉及电池技术，尤其涉及一种用于在连接到配电总线时监视电池单元并控制其放电的系统。

背景技术

本节旨在介绍本领域的各个方面，这些方面可以与本公开的示例性实施例相关联。本讨论被认为有助于提供一个框架，以便于更好地理解本公开的特定方面。因此，应当理解，本节应当从这个角度来理解，而不一定作为现有技术的承认。

现代信息技术和电信系统包含在多种配电总线电压下操作的配电总线。例如，计算机服务器通常将12伏(“V”)分配给该服务器内部子系统，诸如存储器、处理器、存储、冷却风扇和I/O(配电总线将电源电压提供给的此类内部子系统在此称为“负载电路”，或简单地称为“负载”)。有线电信系统使用48V配电，无线电信和蜂窝基站系统通常使用24V。所有上述系统共享几个共同的特性：在正常运行时，这些配电总线可以承载数十安培甚至数百安培的电流，并且通常要求对这些总线上的电压进行调节，以确保总线上的最大电压偏移限制在高于或低于所需标称值的固定值。调节的配电总线将具有应用于其标称值的指定电压公差。例如，公差为正负10％的12V配电总线将具有范围从13.2V到10.8V的操作范围。

在过去的五年里，电池系统已经被开发出来，被优化用于在短持续时间内递送非常高的电流。电池系统通常包括一个或多个电池单元(本文中，术语“电池(battery)”和“单元(cell)”可以互换使用)。由于电池系统尺寸小，在一些装备类型中，它们变得很有吸引力，以取代传统的不间断电源(“UPS”)，在AC主电源中断时充当装备的短期电气备份。这些大功率电池系统具有独特的能力，以输送非常高的放电电流，但有一个缺点，仅能够缓慢地接受充电电流。这种放电电流与充电电流的比率可以高达30:1，甚至40:1，这是当今市场上的技术。

目前用于短时间备份应用的大功率电池系统通常采用DC-DC转换器形式的输出调节器，能够处理高能量(例如，输出DC-DC转换器)以将电池系统的输出电压与配电总线电压相匹配，并防止电流从配电总线回流到电池中，这将导致不安全的充电电流并构成安全隐患。在当今的许多系统中，充电电流通过与放电电流分开的路径提供，并且可以由单独的低功率充电DC-DC转换器提供。因此，如果能消除此类高能量输出DC-DC转换器或者用具有更高电气效率和更低成本的不同方案来取代，就有机会降低成本并提高电气效率，同时允许电池系统通过这种改进方案直接地连接到配电总线。

目前已有将电池系统直接连接到电气总线的现有技术，几乎所有这些技术都使用高侧或低侧金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)对作为开关元件(本文也简单地称为“开关”)来控制充电电流和放电电流的导通/断开。MOSFET通常用于这些应用中，因为根据其制造工艺的性质，它们包含二极管(即，体二极管)，即使在MOSFET断开时，该二极管也允许电流沿一个方向流过MOSFET。该体二极管在许多应用中代表一种问题，但实际上在本发明的实施例中被用作优点。