CN103238381A - 具有温度控制的自容式ups系统 - Google Patents

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Abstract

一种不间断电源(UPS)系统，包括围墙、地板系统、UPS以及至少一个空调单元。所述围墙限定内部腔室。所述地板系统被设置在所述内部腔室中。所述地板系统包括地板，该地板在所述内部腔室内限定在所述地板上方的主隔间和在所述地板下方的风室。至少一个电池被设置在所述风室中。UPS被设置在所述主隔间中并电气连接至所述至少一个电池。至少一个空调单元可操作以产生通过所述主隔间的第一调节空气流和通过所述风室的第二调节空气流，以使所述主隔间被维持在第一温度并且所述风室被维持在与所述第一温度不同的第二温度。

Description

具有温度控制的自容式UPS系统
相关申请
本申请要求2010年10月7日递交的美国临时专利申请No.61/390,807的权益和优先权，该申请的公开内容通过引用全部合并入本文。
技术领域
本发明涉及不间断电源(UPS)系统，并且更具体地，涉及自容式UPS系统。
背景技术
不间断电源(UPS)系统通常被用于向可以实现关键功能的电子设备(例如计算机系统、电信系统和医疗设备)提供紧急备用或辅助电力。UPS系统可以包括诸如一个或多个UPS模块、保护开关板等的各种设备(在下文中，“UPS设备”)，也包括一个或多个能量存储电池，一起安置在空间或容器的腔室中。希望将电池维持在77℉的固定温度下。因此，即使UPS设备可以容忍更高的温度，也必须将腔室冷却至适合于电池的温度范围。
附图说明
图1是根据本发明实施例的自容式UPS系统的正视图。
图2是其上移除顶部面板的图1的UPS系统的俯视图。
图3是移除地板和覆盖部件以展示地板以下内容的图1的UPS系统的俯视图。
图4是沿着图2的线4-4得到的图1的UPS系统的示意性截面图。
图5是代表图1的UPS系统的示意性电路图。
图6A-6D是构成图1的UPS系统一部分的A/C保护开关板的视图。
图7A-7D是构成图1的UPS系统一部分的DC保护开关板的视图。
图8是构成图1的UPS系统一部分的示例电池的俯视图。
图9是根据本发明的进一步实施例的UPS系统的示意性截面图。
发明内容
根据本发明的实施例，不间断电源(UPS)系统包括围墙(enclosure)、地板系统、UPS、以及至少一个空调单元。所述围墙定义内部腔室。地板系统被设置在所述内部腔室中。所述地板系统包括地板，其在所述内部腔室内限定地板上方的主隔间和地板下方的风室。至少一个电池被设置在所述风室中。UPS被设置在所述主隔间中并电气连接至所述至少一个电池。至少一个空调单元可操作以产生通过所述主隔间的第一调节空气流和通过所述风室的第二调节空气流，以使所述主隔间被维持在第一温度并且所述风室被维持在与第一温度不同的第二温度。
在一些实施例中，所述至少一个空调单元产生第一供给空气流并迫使其进入所述主隔间，以及产生第二供给空气流并迫使其进入所述风室，并且所述第二供给空气流比所述第一供给空气流更冷。
根据一些实施例，所述第二温度比所述第一温度低至少8℃。
在一些实施例中，所述第一温度处于大约30℃至35℃的范围中，并且所述第二温度处于大约22℃至27℃的范围中。
在一些实施例中，所述第二调节空气流是源自所述至少一个空调单元并且返回至所述至少一个空调单元的循环空气流。
根据一些实施例，将所述第二调节空气流的至少一部分从所述风室引导至所述主隔间内。在一些实施例中，将所述第二调节空气流的重定向部分引导至构成所述UPS一部分的集成冷却系统的进气口。
根据一些实施例，所述风室的容积小于所述主隔间的容积。
在一些实施例中，所述风室通过地板与所述主隔间隔开，所述地板包括至少一个地板面板，并且所述至少一个地板面板可移除以允许从所述主隔间存取所述至少一个电池。
所述至少一个电池可以包括在风室中电气连接以构成电池串的多个电池。
在一些实施例中，所述围墙包括移动容器。
根据本发明的方法实施例，用于提供不间断电源的方法包括提供不间断电源(UPS)系统，所述不间断电源(UPS)系统包括：限定内部腔室的围墙；在所述内部腔室中的地板系统，所述地板系统包括地板，其在所述内部腔室内限定在地板上方的主隔间和在地板下方的风室；至少一个设置在所述风室中的电池；设置在所述主隔间中并电气连接至所述至少一个电池的UPS；以及至少一个空调单元。所述方法进一步包括运行所述至少一个空调单元，以产生通过所述主隔间的第一调节空气流和通过所述风室的第二调节空气流，以使得将所述主隔间维持在第一温度并且将所述风室维持在与第一温度不同的第二温度。
在一些实施例中，所述方法包括使用所述至少一个空调单元来产生第一供给空气流并迫使其进入所述主隔间，并且产生第二供给空气流并迫使其进入所述风室，其中所述第二供给空气流比所述第一供给空气流更冷。
根据一些实施例，所述第二温度比所述第一温度低至少8℃。
根据一些实施例，所述第一温度处于大约30℃至35℃的范围中，并且所述第二温度处于大约22℃至27℃的范围中。
在一些实施例中，所述第二调节空气流是源自所述至少一个空调单元并且返回至所述至少一个空调单元的循环空气流。
根据一些实施例，所述方法包括将所述第二调节空气流的至少一部分从所述风室引导至所述主隔间内。所述方法可以进一步包括将所述第二调节空气流的重定向部分引导至构成所述UPS一部分的集成冷却系统的进气口。
在一些实施例中，所述风室的容积小于所述主隔间的容积。
根据一些实施例，所述风室通过地板而与所述主隔间隔开，所述地板包括至少一个地板面板，并且所述方法包括移除所述至少一个地板面板以从所述主隔间存取所述至少一个电池。
通过本领域技术人员从阅读下文的附图和实施例的具体描述将领会本发明的进一步的特征、优点和细节，其中这样的描述对本发明仅仅是说明性的。
具体实施方式
现在在下文中参考附图将更充分地描述本发明，附图中示出本发明的说明性实施例。在附图中，为了清晰起见，放大了区域或特征的相对尺寸。然而，本发明可以多种不同的形式实施，并且不应当被解释为限于在此所记载的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开内容全面完整，并且向本领域技术人员充分地表达本发明的范围。
可以理解的是当提及元件被“耦接”或“连接”至另一个元件时，该元件可以被直接耦接或连接至其他元件或也可以存在中间元件。相反，当提及元件被“直接耦接”或“直接连接”至另一个元件时，则不存在中间元件。相同的附图标记始终指代相同的元件。在此所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。
另外，在空间上相关的术语，诸如“下方”、“下面”、“低于”、“上方”、“上部”等，在此可用于便于如图中所示描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系的说明。应当理解在空间上相关联的术语旨在涵盖除了附图中描述的取向之外的在使用或操作中的设备的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，描述为“下方”的元件或者在其他元件或特征“底下”则将被定向为在其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“在下方”可以涵盖上方或下方的取向两者。另外设备可以被定向(旋转90度或在其他取向上)并且由在此使用的空间上相关联的描述符相应地解释。
在此所使用的术语仅是用于描述特定实施例的目的并且不旨在对本发明限制。如在此所使用的，单数形式“一”，“一个”和“所述”旨在同时包括多种形式，除非上下文中另外清楚地指出。将进一步理解的是当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”，具体指出所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不是排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。如在此所使用的表述“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。
除非另外定义，在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有本发明所属的本领域普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解的是这些术语，诸如在通用词典中所定义的那些术语，应当被解释为具有与在相关领域背景中与它们的含义一致的含义，并且将不会以理想化的或过于形式的意义来解释，除非在此专门定义。
参考图1至8，在其中示出根据本发明的实施例的自容式UPS系统100。UPS系统100包括围墙或容器110(图1)，地板系统120(图2至4)，不间断电源(UPS)150(图2、4和5)，A/C保护开关板152(图2和6A至6D)，DC保护开关板154(图2和7A至7D)，灭火系统156(图2)，电池子系统160(图2至5)，第一空调(HVAC)单元180，以及第二HVAC单元182。
以进一步细节转向容器110，该容器包括外壳112，其可以由本质上刚性的面板构成。根据一些实施例，外壳112由金属(例如钢)面板构成。外壳112包括顶部面板112A，相对的侧面板112B，底部面板112C，前面板112D，后端面板112E，以及通道门114。可以采用其他的容器结构。外壳112限定出内部腔室111。
参考图2至4，地板系统120包括支撑多个独立的可移除地板面板124的支撑子框架122(图2)。地板子框架122包括水平延伸的地板托梁122A网络或网格和安装在底部面板112C上并支撑托梁122A的多个腿、基座或支柱122B。地板面板124倚靠在托梁122A上并定义上升到底部面板112C上方的平台或地板125(图4)。地板125还包括安装在子框架122上的穿孔或百叶窗面板126(图2)。
子框架122和地板面板124、126可以由任何适当的材料构成。根据一些实施例，子框架122和地板面板124、126由金属构成(例如钢)。地板面板124可以具有手柄、把手或其他合适的特征124A以协助从子框架122移除地板面板124。
地板系统120将腔室111限定或划分为在地板125上方的主隔间130和在地板125下面的电池隔间或风室132(图4)。风室132包括第一电池存储区域134A、第二电池存储区域134B、第三电池存储区域134C以及一对相对的设备区域136A、136B(图3)。
电池子系统160包括多个电池或罐162(如所示出的120个电池；图8)。每个电池162可以具有正极端子162A和负极端子162B以及包含在壳体162C中的电池单元。电池162以四十的组组成为第一电池串168(图3)。在每个电池串中，其中的电池162可以通过布线170相互电气串联连接。每个电池串164、166、168还通过布线电气连接至UPS 150。
电池162可以是任何适当的类型和结构。根据一些实施例，电池162是密封的重组技术电池。适于电池162的电池可以包括从Eaton公司可获得的Eaton 12V 500W(PWHR 12500SUFR)电池。
电池串164、166和168中的每一个被设置在电池存储区域134A、134B和134C的对应的一个中并且被插入在地板125和底部面板112C之间。设备区域136A、136B中没有电池，但是可以用于存储其他设备或电源。
UPS 150、开关板152、154和其他相关设备可以被设置在主隔间130中，并且由外壳112的地板125和/或面板112A、112B、112D、112E支撑。根据一些实施例，覆盖电池串162、164、166的地板面板124中没有一个支撑主隔间130中的设备。这可以确保通过移除覆盖的地板面板124直接存取所有电池162而不必移动设备。
HVAC单元180、182被安装在前端面板112D上并且每一个与内部腔室111流体地相通。更具体地，HVAC单元180、182中的每一个具有或被流体地连接至主供给端口180A、主返回端口180B、风室供给端口180C和风室返回端口180D(图4)。参考图4，HVAC单元180、182中的每一个可操作以通过端口180A产生调节空气的供给流F2并迫使其进入主隔间130，通过端口180B从主隔间130抽入空气回流F6，通过端口180C产生调节空气的供给流F8并迫使其进入风室132，并且通过端口180C从风室132抽入空气回流F6。可以配置UPS系统100使得主供给流F2变成随后变成主回流F6的循环流F4。同样，可以配置UPS系统100以使风室供给流F8变成随后变成风室回流F11的循环流F10。风室供给流F8的一部分F12可以通过地板面板126逸出风室132进入主隔间130。根据一些实施例，地板面板126邻近UPS 150的通风口150A放置，以使被转向的流F12被UPS 150上的板载冷却系统150B抽入。
适合HVAC单元180、182的HVAC单元可以包括从Bard可获得的壁挂六吨空调。
可以以任何适合的方式和图5示出的示例性UPS电路190配置UPS系统100的电路。适合UPS 150的UPS包括从Eaton公司可获得的Eaton9395 UPS。电池子系统160和期望负载设备192每一个都电气连接至UPS电路190。在正常操作下，负载设备192可以由线电源194供电。在UPS 150的电源管理控制器的控制下和/或经由UPS 150的电源管理控制器，线电源可以被传送到负载设备192。如果从线电源194失去电力，那么电源管理控制器可以将电力从电池子系统160(并且更特别地，电池162)引导至负载设备192，从而提供能够使负载设备192继续运行的备用或紧急电源。例如电池子系统160和UPS 150可以以与已知的UPS相同的方式运行并且可以预期的是可以采用其它电路设计。
A/C保护开关板152可以是任何适合的结构。图6A至6D示出正视图(图6A)，俯视图(图6B)，侧视图(图6C)和表示示例性A/C保护开关板152的示意电路图(图6D)。
DC保护开关板152可以是任何适合的结构。图7A-7D示出正视图(图7A)，俯视图(图7B)，侧视图(图7C)和表示示例性的DC保护开关电路板154的示意电路图(图7D)。
在使用中，HVAC单元180、182每一个都被操作以产生双区冷却。特别地，每个HVAC单元180、182产生上区域冷却或主区域冷却(即流F2、F4和F6)以及下区域冷却或风室区域冷却(即流F8、F10、F12和F14)。主区域(即主隔间130)被冷却并维持在对于安置在主隔间130中的设备所期望的第一温度范围中的主温度Tm。风室区域(即风室132)被冷却并维持在对于电池162所期望的并且不同于主温度Tm的第二温度范围中的风室温度Tp。根据一些实施例，风室温度Tp小于主温度Tm。根据一些实施例，风室温度Tp处于从大约22至27℃的范围中。根据一些实施例，主温度Tm处于从大约30至35℃的范围中。根据一些实施例，风室温度Tp比主温度Tm低至少8℃。
HVAC单元180、182可以根据需要自动调节供给至腔室130和132的调节空气流F2和F8的温度以恰当的维持期望的温度。温度传感器184A和184B(图4)可以被提供以分别单独检测主隔间130和风室132的周围环境温度，从而提供HVAC单元180、182的控制反馈。
通过单独控制隔间130和132的温度，UPS系统100可以将电池162维持在对于电池162的优选范围中，而不必将所有的UPS设备维持在这样的降低温度。其结果是可以为电池162和具有改进空调能耗效率的UPS设备150、152、154提供足够的冷却。将电池维持在优选温度范围可以显著延长电池寿命。另外，在内部腔室111中的可用空间得到有效使用。
根据一些实施例，选择在托梁122A之间的间隔来最大化或优化电池162所允许的封装密度。
虽然通过主隔间130和风室132的调节空气流已经如下列源自HVAC单元180、182处或在该处终止的一般圆形或环状流动路径描述并图示，但是可以采用其它空气流管理配置。例如，空气返回端口可以被提供为远离HVAC单元(例如，在与HVAC单元180相对的风室132的端部)并且被引导回返回端口180D(例如经由连接导管)。可以提供用于选择性地分配所供给的空气流的装置，诸如具有沿着风室132的长度和/或宽度分配的供给端口的歧管或导管。通过风室132的空气流可以由一个或多个电动风扇来增加。
根据一些实施例，风室132的高度H1(图4)在大约20英寸和35英寸之间。根据一些实施例，高度H1在大于电池162的对应高度的大约8英寸和24英寸之间。根据一些实施例，主隔间130的高度H2(图4)在大约10.5英尺和13英尺之间。根据一些实施例，隔间130和132每一个具有在从大约19英尺到24英尺的范围中的长度L(图3)，以及在从大约11英尺到13英尺的范围中的宽度(图3)。
根据一些实施例，风室132的容积小于主隔间130的容积。
根据一些实施例，地板125是金属并且通过外壳112接地以用作接地面。
H2检测系统158包括H2传感器158A(图4)，其可以被放置在风室132中。H2传感器158AH2气体的潜在危险浓度，那么H2检测系统158将自动断开电池162并且激活风扇以净化风室132。
根据一些实施例，配置UPS系统100以使当HVAC单元180、182中的一个失效时，UPS 150将进入高效模式。
当关于冷却在上文已讨论保温时，HVAC单元180、182或其它空调单元可以根据需要被用于加热隔间130、132以将温度Tm、Tp维持在目标范围中。
虽然在此已经将HVAC单元180、182描述为双区域单元，但是可以采用替代的单元或配置。例如，可以为主隔间130和风室132中的每一个提供单独的专用HVAC单元。可以向隔间130和132提供来自共用源的调节空气，但是使用选择性地控制提供给各个隔间130，132的空气流的质量流速的中间空气处理器或挡板。
根据一些实施例，UPS系统100是移动的或半移动的。容器110可以被改变大小并且被配置为允许和实现在卡车上的公路运输。根据一些实施例，UPS系统100的重量小于46000磅。
参考图9，在其中示出了根据进一步实施例的UPS系统200。UPS系统200包括建筑物210或限定了内部腔室211的其他永久性或半永久性结构。对应于地板系统120的地板系统220将内部腔室211细分为主隔间230和下面的风室232。地板系统220可以包括对应于支撑子框架122的支撑子框架222(包括托梁222A和腿222B)，以及对应于地板面板124的可移除地板面板224。UPS 250和其他设备可以被安置在主隔间230中并由地板225支撑。一个或多个HVAC单元分别在主隔间230和风室232中提供不同的冷却(或加热)流F20和F22。
上文对本发明是说明性的并且不能被构建为它的限制。虽然已描述本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地领会在示例性实施例中的许多修改而不偏离本发明的新颖的教导和优点是可能的。因此，所有这些修改将包括在本发明的范围内。因此，可以理解的是上文对本发明是说明性的并且不会被构建为限制所公开的特定实施例，并且对所公开实施例的那些修改以及其他实施例都将包括在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种不间断电源(UPS)系统，包括：
围墙，其限定内部腔室；
地板系统，其在所述内部腔室中，所述地板系统包括地板，该地板在所述内部腔室内限定在所述地板上方的主隔间和在所述地板下方的风室；
至少一个电池，其被设置在所述风室中；
UPS，其被设置在所述主隔间中并且电气连接至所述至少一个电池；以及
至少一个空调单元，其可操作以产生通过所述主隔间的第一调节空气流和通过所述风室的第二调节空气流，以使所述主隔间被维持在第一温度并且所述风室被维持在与所述第一温度不同的第二温度。
2.根据权利要求1所述的UPS系统，其中：
所述至少一个空调单元产生第一供给空气流并迫使其进入所述主隔间，以及产生第二供给空气流并迫使其进入所述风室；并且
所述第二供给空气流比所述第一供给空气流更冷。
3.根据权利要求1所述的UPS系统，其中所述第二温度比所述第一温度低至少8℃。
4.根据权利要求1所述的UPS系统，其中：
所述第一温度处于从大约30℃至35℃的范围中；并且
所述第二温度处于从大约22℃至27℃的范围中。
5.根据权利要求1所述的UPS系统，其中所述第二调节空气流是源自所述至少一个空调单元并且返回至所述至少一个空调单元的循环空气流。
6.根据权利要求1所述的UPS系统，其中将所述第二调节空气流的至少一部分从所述风室引导至所述主隔间内。
7.根据权利要求6所述的UPS系统，其中将所述第二调节空气流的重定向部分引导至构成所述UPS一部分的集成冷却系统的进气口。
8.根据权利要求1所述的UPS系统，其中所述风室的容积小于所述主隔间的容积。
9.根据权利要求1所述的UPS系统，其中：
所述风室通过地板与所述主隔间隔开；
所述地板包括至少一个地板面板；并且
所述至少一个地板面板可移除以允许从所述主隔间存取所述至少一个电池。
10.根据权利要求1所述的UPS系统，其中所述至少一个电池包括在所述风室中被电气连接以构成电池串的多个电池。
11.根据权利要求1所述的UPS系统，其中所述围墙包括移动容器。
12.一种方法，用于提供不间断电源，所述方法包括：
提供不间断电源(UPS)系统，所述不间断电源(UPS)系统包括：
围墙，其限定内部腔室；
地板系统，其在所述内部腔室中，所述地板系统包括地板，该地板在所述内部腔室内限定在所述地板上方的主隔间和在所述地板下方的风室；
至少一个电池，其被设置在所述风室中；
UPS，其被设置在所述主隔间中并且电气连接至所述至少一个电池；以及
至少一个空调单元；以及
操作所述至少一个空调单元以产生通过所述主隔间的第一调节空气流和通过所述风室的第二调节空气流，以使所述主隔间被维持在第一温度并且所述风室被维持在与所述第一温度不同的第二温度。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
使用所述至少一个空调单元，产生第一供给空气流并迫使其进入所述主隔间并且产生第二供给空气流并迫使其进入所述风室；
其中所述第二供给空气流比所述第一供给空气流更冷。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二温度比所述第一温度低至少8℃。
15.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述第一温度处于从大约30℃至35℃的范围中；并且
所述第二温度处于从大约22℃至27℃的范围中。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二调节空气流是源自所述至少一个空调单元并且返回至所述至少一个空调单元的循环空气流。
17.根据权利要求12所述的方法，包括将所述第二调节空气流的至少一部分从所述风室引导至所述主隔间内。
18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述第二调节空气流的重定向部分引导至构成所述UPS一部分的集成冷却系统的进气口。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述风室的容积小于所述主隔间的容积。
20.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述风室通过地板与所述主隔间隔开；
所述地板包括至少一个地板面板；并且
所述方法包括移除所述至少一个地板面板以从所述主隔间存取所述至少一个电池。
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