CN108886254B - 一种多功能功率分配装置 - Google Patents

一种多功能功率分配装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108886254B
CN108886254B CN201780018802.7A CN201780018802A CN108886254B CN 108886254 B CN108886254 B CN 108886254B CN 201780018802 A CN201780018802 A CN 201780018802A CN 108886254 B CN108886254 B CN 108886254B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical energy
energy storage
power
storage element
power distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780018802.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108886254A (zh
Inventor
B·瓦格纳
P·吕尔肯斯
A·塞姆克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of CN108886254A publication Critical patent/CN108886254A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108886254B publication Critical patent/CN108886254B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/56—Details of data transmission or power supply, e.g. use of slip rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/20—The network being internal to a load
    • H02J2310/23—The load being a medical device, a medical implant, or a life supporting device

Abstract

一种用于为医院中的医学系统供应电力的电源必须设计为适应苛刻的要求。现代CT系统的瞬时功率需求能够达到数百千瓦。确定医院公用电力系统的大小以提供该瞬时功率水平是昂贵的。医院中的医学系统的使用模式意指仅对低占空比需要瞬时功率，这样的系统的平均功率需求至少低一个量级。因此，本申请提出了一种多功能功率分配系统，其具有充电模式、操作模式、备用模式，以及旁路模式。在所述操作模式中，可以从公用干线供应平均功率水平，但是可以从电能存储元件提供相对不频繁的峰值功率需求，公用干线电源对所述电能存储元件进行充电。

Description

一种多功能功率分配装置
技术领域
本发明涉及多功能功率分配装置、医学仪器系统、用于控制多功能功率分配装置的方法、计算机程序单元，以及计算机可读介质。
背景技术
包括医学成像仪器(例如，X射线或CT扫描器)的医学仪器系统的特征在于其具有需要高水平的脉冲功率或较低水平的持续功率的仪器。例如，在血管造影成像领域中，该特征是由根据血管造影序列的期望帧率的X射线脉冲的产生所引起的。如果创建具有小占空比的高功率的脉冲，则导致峰值功率与平均功率的大的比率。另一方面，成像系统中的一些功率功耗器可能会连续消耗功率，但是量值要低得多。
提供针对医学成像系统的峰值功率要求而设定大小的功率分配系统是昂贵的。通常，即使通常仅在短时间的持续时间内达到峰值功率水平，公用干线电源也必须针对峰值功率是额定的。US 2008/0112537讨论了一种电力存储设备，其被配置为与输入电力线共享电力输送，以便降低输入电力线的峰值负载要求。然而，能够进一步改进这样的系统。
发明内容
因此，具有一种用于提供用于为医学仪器供电的经改进的功率分配装置的技术将是有利的。
独立权利要求的主题解决了本发明的目的，其中，在从属权利要求中并入了进一步的实施例。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
根据本发明的第一方面，提供了一种多功能功率分配装置。所述装置包括：
-输入端子，其使得所述装置能够连接到电能源；
-充电单元，其被连接到所述输入端子；
-电能存储元件，其被配置为从所述充电单元接收电能；
-DC负载端子，其被配置为向负载供应电能；
-功率切换网络，其使得能够对所述充电单元、所述电能存储元件和所述DC负载端子进行能调整的配置；以及
-控制单元，其被配置为控制所述充电单元和所述功率切换网络。
所述控制单元被配置为将所述功率切换网络设置成以下模式中的至少一种：(i)充电模式，其中，所述充电单元对所述电能存储元件进行充电，(ii)操作模式，其中，电能从所述电能存储元件和所述充电单元被供应到所述DC负载端子，并且所述电能存储元件能够被充电，(iii)备用模式，其中，电能仅从所述电能存储元件被供应到所述DC负载端子，以及(iv)旁路模式，其中，电能仅从所述充电单元被提供给所述DC负载端子。
因此，提供了一种灵活的电源系统。在电能存储元件中存储电能使得多功能功率分配装置的公用干线侧的部件能够被额定为更接近为多功能功率分配装置所指定的平均负载功率，而不是多功能功率分配装置所需的峰值功率。
因此，能够降低多功能功率分配装置的公用干线侧的部件的成本。公用干线不会经历电力使用中的突发尖峰，因为瞬时峰值功率需求是从电能存储元件中汲取的。多功能功率分配装置能够完全在备用模式下工作，在电源故障的情况下为DC负载端子提供不间断电源。
因此，多功能功率分配装置还可以绕过电能存储元件，例如在电能存储元件的故障状况下。
根据第一方面的实施例，提供了根据第一方面的功率分配装置，其中，所述充电单元被配置为使用(i)能调节的DC电流或(ii)能调节的DC电压或(iii)根据预定义的充电曲线或(iv)根据预定义的充电特性对所述电能存储元件进行充电。
因此，能够使用可调节的电流分布或可调节的电压分布，通过不同的分布对电能存储元件进行充电。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，其中，所述电能存储元件包括正侧电能存储元件和负侧电能存储元件，所述正侧电能存储元件和所述负侧电能存储元件两者都被连接到保护性接地节点。
因此，多功能功率分配技术能够被应用于双轨电压源，其也被称为DC链路电压电路。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，还包括：电流传感器，其被配置为监测在所述正侧电能存储元件与所述保护性接地节点之间流动的差动电流。所述控制单元被配置为调节所述充电单元的设定点，以便使所述正侧电能存储元件与所述负侧电能存储元件之间的所述差动电流最小化。
因此，可以识别功率分配装置的正轨侧与负轨侧上的电能存储元件之间的电荷不平衡。在校正这种不平衡后，能够提供对称的双轨DC电压供应。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，还包括：
电能存储元件管理系统。
所述电能存储元件包括多个电池单元，并且所述电能存储元件管理系统被配置为监督所述电能存储元件的所述多个电池单元中的电池单元，以检测所述电能存储元件的各个电池单元之间的不期望的状态，并且补偿所述不期望的状态。
因此，功率分配装置能够识别电能存储元件的个体电池单元或电池单元组发生的故障，并且自动解决这些故障。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，其中，所述充电单元被配置为在所述充电单元的输出端子处提供具有预期负载特性的平均功率水平。
因此，可以降低充电单元的额定值，以使得能够降低部件成本。然而，电能存储单元仍然能够随时间被充电，以提供被连接到电能存储元件的医学系统的峰值功率要求。
根据第一实施例的一个方面，提供了一种功率分配装置，其中，所述控制单元还被配置为将所述功率切换网络设置成在所述充电模式与所述操作模式之间的转变模式。在所述转变模式中，所述功率切换网络被配置为在所述电能存储元件与所述DC负载端子之间连接串联电阻器，以防止发生浪涌电流。
因此，当功率分配装置被连接到具有大输入存储电容器的仪器物品并且模式从充电模式改变到操作模式时，能够避免对功率分配装置的损坏。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，还包括：
充电水平检测器，其被配置为获得所述电能存储元件的充电水平。所述控制单元还被配置为基于所述电能存储元件的所述充电水平来计算被连接到所述多功能功率分配装置的仪器的剩余操作时间，例如，份额，例如残余电量或能量的百分比。
因此，在备用模式期间，能够使用被连接到功率分配装置的仪器向医学专业人员提供关于电源故障期间剩余的时间量的反馈。如果在导管插入术或其他介入手术期间发生电源故障，这也使得能够对该流程进行更安全的紧急结束。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，其中，所述功率切换网络包括：第一切换元件，其能被配置为将所述电能存储元件连接到所述DC负载端子；第二切换元件，其能被配置为将所述充电单元的输出部连接到所述电能存储元件；以及第三切换元件，其能被配置为将所述充电单元的所述输出部直接连接到所述DC负载端子。
因此，功率分配装置可以被配置成多种模式。
根据第一方面的实施例，提供了一种功率分配装置，其中，所述装置还被配置为防止在所述操作模式与所述备用模式的转变期间在所述电能存储元件与所述DC负载端子之间的路径中发生切换事件。
因此，将显著减少或者消除由操作模式与备用模式之间的转变所引起的功率“尖峰”。一些医学仪器即使对于非常小的电源波动也是敏感的，根据该实施例可以防止这种现象。
根据本发明的第二方面，提供了一种医学仪器系统。所述医学仪器系统包括：
-医学成像装置，以及
-如上所述的第一方面或者其实施例的多功能功率分配装置。
所述多功能功率分配装置的所述输入端子能连接到公用电源，并且所述多功能功率分配装置的所述DC负载端子被配置为向作为负载的所述医学成像装置供应电能。
因此，在医学仪器系统中，许多电源部件可以被移除或者至少降低额定值，这是因为这些电源部件仅需要向多功能功率分配装置提供医学仪器系统所需的平均功率，而不是峰值负载功率。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制多功能功率分配装置的方法，包括：
a)使用充电单元对电能存储元件进行充电；
b)使用所述多功能功率分配装置的控制单元来监测对被连接到使用所述控制单元的所述多功能功率分配装置的DC负载端子的负载的功率需求要求；
c)使用所述负载的所述功率需求要求来计算功率切换网络的配置；
d)将所述功率切换网络配置成以下中的一种：(i)充电模式、(ii)操作模式、(iii)备用模式，以及(iv)旁路模式。
根据所述方法，多功能功率分配装置能够用于直接从公用干线，从电能存储元件与公用干线的组合，或者在备用模式中完全从能量存储元件向医学应用供电。因此，提供了一种灵活的供电方法。另外，所述方法仅需要供应被连接到多功能功率分配装置的系统平均功率水平，而不是的潜在的峰值功率水平。
根据第三方面的实施例，在步骤d)中，所述功率切换网络还能被配置为(iv)旁路模式。
根据第三方面的实施例，提供了一种方法，还包括：
a1)检测输入端子处的电能源的故障状况；
d1)将所述功率切换网络配置成所述备用模式；
所述方法还包括步骤e)：
e)仅从所述电能存储元件向所述负载供应电能。
根据本发明的第四方面，提供了一种根据第一方面或实施例中的一个所述的用于控制装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由控制单元运行时适于执行根据第三方面或其实施例中的一个所述的方法的步骤。
根据本发明的第五方面，提供了一种存储有根据第四方面所述的计算机程序单元的计算机可读介质。
在下文的描述中，术语“电能存储元件”意指能够存储能量的电路部件，例如，电容器、双层电容器或超级电容器，或者电池，例如，锂离子电池的堆栈。
在下文的描述中，术语“功率切换网络”意指能够对所述功率分配装置中的电流进行重新定向的多个切换器件以及相关联的互连。切换器件可以是电磁致动的接触器，或者半导体切换器件，例如，功率晶体管。切换器件可以由控制单元控制以将功率切换网络配置成使得能够提供多功能功率切换网络的不同功能模式的多个状态中的一种。
因此，所讨论的技术的基本思想是提供一种用于医学仪器系统的系统供电架构，这种供电架构克服了由不间断电源支持的功率分配系统的缺点。能够在部件和安装成本显著降低的情况下实现所有连接的消耗元件的高达总额定功率的完全性能。
附图说明
将参考以下附图描述示例性实施例：
图1示出了根据第二方面的被配置用于医学成像的系统。
图2示出了用于向医学仪器系统供应电能的现有技术的范例。
图3示出了随时间以随机顺序操作的典型医学仪器系统的电力使用特性的一些范例。
图4示出了根据第一方面的多功能功率分配装置。
图5示出了被连接到各种功耗器的多功能功率分配装置的系统架构。
图6示出了多功能功率分配系统的双层电容器实施方式的电路示意图。
图7示出了针对图6的备选电路，该备选电路具有备选输出架构。
图8示出了多功能功率分配系统的单侧实施方式的电路示意图。
图9示出了根据第三方面的方法。
具体实施方式
图1示出了医院的导管插入实验室(医学仪器系统15)，医院包含通常能够在这样的实验室中找到的医学成像仪器的元件。在导管插入实验室中，存在从导管插入实验室的天花板12悬置的C型臂成像系统(医学成像装置)10。C型臂包括第一旋转轴承14和第二旋转轴承16，第一旋转轴承14使得整个C型臂能够围绕方位角θ°旋转，第二旋转轴承16使得C型臂的头部能够倾斜通过仰角
Figure BDA0001806406670000071
C型臂的成像头包括X射线发射器18和X射线探测器20。在操作中，对C型臂进行定位，使X射线发射器18被设置为发射X射线束通过感兴趣区域22，使得X射线探测器20提供感兴趣区域22的X射线图像。通常，房间中存在其他电动物品，例如，控制计算机24和成像显示器26。也可以使用的其他仪器物品(未示出)例如包括诸如生命体征监测仪器、超声成像仪器以及辅助电气仪器(例如，通风扇)的物品。这样的医学仪器系统具有宽泛变化的电源需求。
对这样的医学仪器系统中的所有电力功耗器的分析表明，存在两种基本的功耗器群组。第一种功耗器群组包括持续地在100W至高达数kW之间汲取低功率或中等功率的功耗器。计算机24和成像显示器26可以被认为属于该类别。
例如，第二种功耗器组群要求低水平的持续功率(例如，2kW)，同时具有高达150kW的非常高的功率峰值功率要求。在这种情况下，例如，当制作血管造影成像序列时，X射线管18可以具有这样的高峰值功率要求。其他高能量物品例如是磁共振梯度放大器。在常规X射线机的情况下，在短的时间段(秒)内消耗峰值电功率。在血管造影或荧光透视成像环境的情况下，升高的功率需求的时段可能包括持续(通常持续30分钟)的突发。此时，需求可能随着对序列帧速率的调节而变化。通常，脉冲频率和扫描持续时间可以被认为是随机的，并且取决于与患者的身材相关的专用应用参数以及仪器的操作模式。
能够根据(1)来计算在时间段T内观察到的总平均功率：
P平均＝(1/T)*ΣPi*Ti (1)
Pi是i时刻的脉冲的脉冲功率，并且Ti是脉冲的脉冲持续时间，其中，i＝1...n。T表示观察到的总时间段，其包括Ti的所有时刻以及脉冲之间发生的暂停。
目前的情况是：即使仪器在短时间段内要求峰值功率的情况下，也必须确定医院公用干线电源的大小以提供这样的峰值需求。在实践中，针对医院的电源安装需要确定用于数百kW量级的消耗的大小，而仪器消耗的平均功率可以处于较低的量级。
图2示出了在典型安装的医学系统中的功耗器范围，该医学系统被永久地连接到3相医院干线系统，该3相医院干线系统持续地向所述医学系统传输电力。
在图2中，医院干线30被提供到干线开关32，然后经由滤波器34连接三相电力。医学系统36包括功率分配单元38，其经由接触器网络向各种类型的功耗器40、42、44、46提供电力。第一种类型的功耗器40是一安装系统就需要被持续供电的单元，例如，主供电电路或者温度敏感部件所需的温度控制器。
第二种类型的功耗器42表示高压DC功耗器单元，其能够被连接到不受控制的整流干线电压。这样的物品可以是DC/AC转换器，其供应功率强大的功耗器。备选地，这种功耗器42也可以是针对X射线管源的高压源，或者例如在CT扫描器中发现的大型电动机驱动器。
第三种功耗器单元44可以是泵或风扇，其使用单相或3相AC电压来供电。
第四种功耗器单元46表示消耗低电压的电路，出于安全原因，该电路通常需要与连接干线的电路隔离。例如，这些可以是用于计算电路或控制电路或高达几千瓦的低或中等功率消耗的印刷电路板或者电压控制的风扇。
在虚线框48中示出了现有技术的不间断电源(UPS)系统。AC/DC充电器50被连接在三相壁输入部与诸如锂离子电池单元组的电能存储元件52之间。电能存储元件52由充电器50充电。DC到AC转换器54被连接在电能存储元件52与三相变压器56之间。该三相变压器的输出部被连接到开关58。
在正常操作模式(未示出)中，干线开关58经由干线滤波器34耦合三相干线电源以供应功率分配单元38。与此同时，电池充电器50对电能存储元件52进行充电。
在公用干线电源中断的情况下，干线开关58被配置为将三相变压器连接到电源路径中，使得医学系统36由被存储在电能存储元件52中的电荷来供电。应当注意，当对干线开关58进行转变时，整个医学系统36在检测电源故障事件和切换阶段所需的两个时间段期间都经历电力下降。电力下降阶段可能在尖锐功率尖峰之后。这或者源于开关转变时间，或者源于负载侧的大电容的瞬时耗尽以及随后的再充电。因此，敏感的功耗器系统可能在数毫秒或更长的延迟期间不可靠地执行，直到建立到电池路径的连接，被控制到稳态操作，并且因此提供稳定的输出电压。
在没有公用干线电源的紧急情况下，将需要确定UPS的大小以提供医学系统36的峰值功率消耗。
备选地，医学系统36的性能将限于降低的水平。在实践中，这可能意味着在断电情况下不能使用高峰值功率系统，例如，C型臂中的X射线源。因此，仅在该特征对医学系统的性能至关重要时才安装能够针对完全的X射线性能供应峰值功率的不间断电源。
在电池电路被永久地连接到消耗负载的架构中，能够避免由于公用干线与电能存储元件的切换而导致的时间中断。然而，在正常操作期间，电能存储元件52不供应电力，因为电能存储元件52仅被充电到期望的水平。在干线故障(例如与保护性接地的低阻抗连接)的情况下，能量从电能存储元件52传输到负载，并且公用干线通过干线开关58断开连接。这种布置的问题在于：干线开关58延迟其断开连接的时间越长，DC到AC转换器54将电能存储元件52所存储的能量反馈到干线的低阻抗短路中的时间越长，这会潜在地损坏电能存储元件52。
另一种架构(未图示)是永久连接的不间断电源，其将所需的电力持续传输到所述系统。在这种情况下，临界负载与干线完全去耦合。在干线故障的情况下，不需要切换动作，并且低阻抗故障不会导致系统的临界情况，因为所述系统能够通过位于不间断电源内部的受控整流器来去耦合。这种配置的缺点在于：由于不间断电源内部的转换器之间的持续功率传输而导致的较高的操作成本。
图3示出了典型医学成像设施的功率使用特性。y轴示出了以kW为单位的X射线管的功率使用，而x轴示出了以秒为单位的时间。在图形的区域60处，发生连续荧光透视扫描。在区域62处，进行高功率CT扫描。在区域64处，进行脉冲荧光透视序列。在区域66处，进行单次X射线暴露。在区域68处，执行多期CT扫描。高功率CT扫描达到P2kW的最大X射线管功率。多期CT扫描68达到Pn的最大X射线管功率。平均占空比δ定义了增加的脉冲持续时间与总观察时段的比率，其根据(2)而被示出：
δ＝ΣΤi/Τ (2)
Ti表示X射线脉冲的持续时间，而T表示总检查时间。
如在图3中能够看到的，在常见的诊断X射线应用中，检查期间所使用的仪器的占空比较低。对于CT应用来说，δ通常低于5％。对于心脏应用来说，δ通常低于3％。对于血管应用来说，δ通常低于2％。因此，例如与单次X射线暴露66的瞬时要求相比，如图3所示，医学X射线实验室的平均功率PAV极低。提供对在这样的占空比条件下操作的医学系统的峰值功率需求设定大小的公用干线电源和相关联的转换仪器是昂贵且浪费的。下文提出了对该问题的解决方案。
根据第一方面，提供了一种多功能功率分配装置70。
图4图示了根据第一方面的多功能功率分配装置70。
该装置包括：
-输入端子72，其使得该装置能够连接到电能源，
-充电单元74，其被连接到输入端子，
-电能存储元件76，其被配置为从充电单元接收电能，
-DC负载端子78，其被配置为向负载供应电能，
-功率切换网络80，其使得能够对充电单元、电能存储元件和DC负载端子进行能调整的配置，以及
-控制单元82，其被配置为控制充电单元的和功率切换网络。
控制单元82被配置为将功率切换网络80设置成至少以下模式：(i)充电模式，其中，充电单元74对电能存储元件76进行充电，(ii)操作模式，其中，电能从电能存储元件76和充电单元74被供应到DC负载端子78，并且电能存储元件76能够被充电，(iii)备用模式，其中，电能仅从电能存储元件76被供应到DC负载端子78，以及(iv)旁路模式，其中，电能仅从充电单元74被提供给DC负载端子78。
因此，多功能功率分配装置可以使用被连接到输入端子72的公用干线电源来供应功率需求的连续平均分量，但是可以使用被存储在电能存储元件中的电能以峰值负载功率供应脉冲高功率负载。因此，多功能功率分配装置70的上游部件可以被重新设定大小(降低额定值)，使得能够更便宜地提供这些上游部件。另外，医院的公用干线连接并不需要被设定大小以使用X射线实验室中的仪器的峰值汲取功率，而是使用平均汲取功率。充电单元74可以被额定至负载的平均功率，而不是峰值功率。
因此，该系统供电架构克服了先前提到的问题。
根据第一方面的实施例，充电单元74被配置为对电能存储元件76进行充电以供应医学系统的峰值功率水平，由此充电单元还被配置为向充电单元负载端子供应医学系统的平均功率水平。
图5示出了根据第一方面的实施例的针对安装的多功能功率分配单元的系统架构。独立于电压和频率的不间断电源88经由壁式开关86被连接到医院84的公用干线连接。UPS 88包括干线开关90、滤波器92、单相或3相充电器94、电能存储元件96(例如，电池或超级电容器)，以及接触器电路98。独立于电压和频率的UPS 88因此存储来自医院的公用干线连接的能量。医学功耗器仪器100的网络经由功率分配单元102被连接到独立于电压和频率的UPS 88。如先前所讨论的，各种负载可以被包括在医学系统内，例如，干线通电电路104、X射线高压源106、由单相或三相AC电压供电的风扇或泵108，或者低压电路110。
根据实施例，DC能量存储单元96(电能存储元件)可以包括电池、双层电容器或堆叠的超级电容器。电能存储元件为整个医学系统中的所有连接的功耗器组合正常能量供应的功能以及不间断电源功能。
根据实施例，电能存储元件96能够被连接到DC电源总线，该DC电源总线被配置为使用功率分配单元102经由所有连接的功耗器共享被存储在电能存储元件中的电能。
因此，电能存储单元能够覆盖医学系统的峰值功率负载，其远高于平均消耗的功率。然而，电能存储元件96的充电功率仅需要平均功率。以小占空比汲取高峰值功率脉冲的功耗器例如可以是具有高初始启动电流的电动机，或者是用于X射线功率的高压发电单元。这些功耗器可以工作数毫秒，最多数十秒。
根据实施例，电能存储元件可以包括串联连接的电池单元组，以便提供串联连接的电池单元端子两端的总电压。额外地或备选地，电池单元可以彼此并联连接，以便提供医学系统100消耗的最大额定电流。
根据实施例，电池单元可以是电池，例如，锂离子电池单元。备选地，电池单元可以是超级电容器电池单元，或者具有DC电压缓冲器的特性的其他电池单元，例如，电解电容器。
根据实施例，单相或3相充电单元94的大小能够被设定为提供最大额定平均功率，优选具有两种用于充电的操作模式：恒定电流充电的第一操作模式，以及具有电压限制的可变电流充电的第二操作模式。其他种类的充电模式也是适用的，例如，遵循预定义的充电曲线或可以通过使用电参数在线计算的充电特性。可以设定标称充电功率的大小以供应整个系统的所有连接的电路的总平均功率消耗。
根据实施例，接触器电路98在存储器96与系统功耗器之间。接触器电路98限制由大的电容性负载所引起的浪涌电流。
因此，不再需要将最大脉冲功率从DC缓冲器传输到3相AC水平且然后再次进行整流以便供应最终功耗器。因此，不间断电源功能的成本、大小和重量显著降低。
参见图2，看到了图2中的功耗器42需要大量额外的上游部件来提供高压源，这提供了所述系统的峰值功率。相比之下，使用图4或图5的架构意味着能够减少对浪涌电流限制和整流的提供，由此节约成本、空间和重量。电能存储元件76的永久连接意味着在操作模式与备用模式之间的转变中使切换事件(所供应的功率的中断)被减小并被最小化。
考虑图5中所图示的系统的操作的高级方法是考虑其可以至少在(i)充电模式、(ii)操作模式和(iii)备用模式下操作。在充电模式中，干线开关90将滤波器92和充电器94连接到电能存储元件96，但是接触器98是打开的，这意味着医学仪器100并没有被供电。
在操作模式中，电路保持与充电模式相同的状态，其中，改变之处在于接触器电路98被闭合，使得能够将电能提供给医学系统100，并且还同时使得能够对电能存储元件96进行充电。
在备用模式中，电能存储元件96可以仅在不从医院公用干线电源84接收电能的情况下(例如在电力损失的情况下)通过接触器电路98向医学系统100供应能量。
旁路开关104使得电能存储元件96能够从供应线路切换到医学系统100。在旁路开关104打开的情况(未示出)下，仅从充电单元94向医学系统100提供电能。
图6示出了根据第一方面的多功能功率分配装置的电路示意图。
在图6中，提供了输入端子107、正侧充电单元106a和负侧充电单元106b、电能存储元件110、DC负载端子114，以及控制单元112。还示出了电池管理系统112a，其可以被认为是控制单元112的扩展。提供了一种功率切换网络，其包括切换器件KIP、K1AP、K2P、K3P、K4P以及KIN、K1AN、K2N、K3N、K4N和K5A。切换器件名称K1P对K1N指示具有相同功能但是分别位于电路的正侧或负侧的切换器件。
在备选实施例中，如图7所示，由DC负载端子的正侧经由切换器件K5AP和R2P与保护性接地的串联连接替换DC负载端子两端的切换器件K5A，并且由DC负载端子的负侧经由切换器件K5AN和R2N与保护性接地的串联连接替换DC负载端子两端的电阻器R2。在随后的描述中，将意识到，当事件指代进行切换事件的K5A(图6)时，这类似于K5AP和K5AN被一致地切换到相同的位置。
在图7中，电能存储元件110包括串联熔断器F1P和F1N，作为图6的接触器S11P和S11N的备选物。这些器件保护电能存储元件110免受过电压。然而，接触器也可以用于该目的，如图6所示。
在图6中，虚线表示控制线，而实线表示功率承载线。图6示出了双轨多功能功率分配装置，但是将意识到，关于图6的实施例所讨论的原理也可以被应用于如图8所示的单轨多功能功率分配装置。
在图6中，示出了充电单元，该充电单元被划分为正侧充电单元106a和负侧充电单元106b。充电单元106a和106b在使用中能连接到医院的公用干线，例如，供应3相电力。做出108保护性接地108与充电单元106之间的连接。
提供了电能存储元件110，其任选地可以包含超级电容器或者能够存储电能的电池单元的堆栈。提供了控制单元112以控制功率分配装置，并且控制单元112的子集可以被认为是电池管理系统112a(BMS)。电池管理系统211a具有监测电能存储元件110内部的个体电池单元或少量电池单元的子集的健康状况的功能。这样的电池管理系统也适用于监测超级电容器堆栈。
经由DC负载端子114将电能供应给医学系统。现在将讨论在充电单元106a和106b与DC负载端子114之间的功率切换网络的连接，以便实现所需的功能。
正侧充电单元106a经由切换器件K3P且任选地经由熔断器F2P被连接到电能存储元件110的正端子。电能存储元件110的正侧也能经由切换器件K1P被连接到DC负载端子114。类似地，负侧充电单元106b能经由切换器件3N且任选地经由熔断器F2N被连接到电能存储元件110的负侧。切换器件K1N将电能存储元件110的负侧连接到负DC端子114。
正侧充电单元106a能经由切换器件K4P被直接连接到正DC端子114，这样形成正轨的旁路路径，避免连接到电能存储元件110。任选地，断路器K1AP被提供在正旁路路径中。类似地，负侧充电单元106b能经由切换器件K4N且任选地经由断路器K1AN被直接连接到DC负载端子114的负端子。
控制单元112被连接(使用虚线示出)到功率分配装置中的切换器件的控制端子。使用双向通信器件将控制单元112连接到电池管理系统121a，以使得能够提供关于要给出的电池状况的反馈。有效地，控制单元112可以被认为是电池管理系统112a的扩展。
例如，来自控制单元的单向控制线也被提供给切换器件K3P和K3N、旁路切换器件K4P和K4N，以及DC电路切换器件K1P和K1N。
电阻器R3P和R4P被串联连接在正DC负载端子与保护性接地之间。电阻器R3N和R4N被串联连接在负DC负载端子与保护性接地之间。这些串联电阻器对分别形成针对正侧和负侧的电位分压器。各个电位分压器的连接点被用作DC输出电压反馈信号，其被反馈到控制单元，该控制单元可以通过其接地参考电位被连接到保护性接地电位。
图6的电路的另一任选特征是瞬态切换布置，其包括电阻器R1P和正侧上的切换器件K2P以及电阻器RIN和负侧上的切换器件K2。当医学仪器第一次被切换到电源电路中时，大的电容器可以引起很大的浪涌电流。在没有这方面的情况下，可能发生对充电单元106a、106b和/或电能存储元件110的损坏。因此。在功率切换网络的转变状态期间，R1P、K2P、RIN和K2N被切换到充电器和/或电能存储元件110与DC负载端子之间的电源路径中。这在干线切换器件KIP和KIP被切换到电能存储元件110与DC负载端子114之间的路径中之前发生。
任选地，电阻器R1P和RIN可以由电感或电阻设备来替换或补充，该电感或电阻设备被设计为根据其温度来改变其阻抗。这些种类的部件提供显著的正温度系数(PTC)或负温度系数(NTC)。
电能存储元件110在图6中被示为由电池单元的串联堆栈组成。备选地，电能存储元件110可以包括超级电容器或一组电解电容器或箔电容器的串联堆栈，其可以包括串联或并联连接的至少两个单个设备。
任选地，电能存储元件110被提供有串联切换器件S11P和S11N。任选地，电能存储元件110被提供有串联熔断器或者能从电池管理系统112a控制的切换设备。切换器件S11P和S11N防止在故障状况期间电能存储元件110的放电，这种情况例如能由控制单元112或电池管理系统112a检测到。
在操作中，图6中所示的电路具有四个主要状态：(i)充电模式、(ii)操作模式、(iii)备用模式，以及(iv)旁路模式。
还可以使用形成三种主要状态之间的转变的四个辅助状态。表1图示了电路的操作模式以及切换器件K1、K1A、K2、K3、K4和K5A的状态。在双轨实施例中，正切换器件(由后缀-P指代)和负切换器件(由后缀-N指代)一致地移动。表格条目“0”指示切换器件连接被断开或高阻抗。表格条目“1”指示切换器件连接或低阻抗。在下文中，关于切换器件的术语“断开”指代高阻抗路径(基本上为无穷大欧姆)。与切换器件有关的术语“闭合”指代低阻抗路径(基本上为零欧姆)。
操作模式 K3 K1 K1A K4 K2 K5A
错误 0 0 1 0 0 0
备用关闭/服务 0 0 1 0 0 1
(i)充电 1 0 1 0 0 1
操作-＞延迟 1 0 1 0 1 0
(ii)操作 1 1 0 0 1 0
操作-＞延迟-＞备用 0 0 1 0 1 0
(iii)备用 0 1 0 0 1 0
(iv)旁路 0 0 1 1 0 0
表格1
功率切换网络的切换模式
在通过充电单元对电能存储元件进行充电的充电模式(i)中，不向DC负载端子114供电，并且将关闭被连接到DC负载端子114的医学系统。在充电模式(i)中，切换器件K3和K3N被闭合，以使得电能能够分别从充电单元106a和106b流动到电能存储元件110的正侧和负侧中。在电能存储元件110的适当充电阶段处，功率分配装置在控制单元112的控制下例如将功率切换网络从充电模式(i)重新配置成操作模式(ii)。
该系统然后转变到操作模式(ii)中，其中，电能从电能存储元件110以及充电单元106a和106b被供应到DC负载端子114，并且电能存储元件110能够被充电。在这种状态中，切换器件K3N和K3P、切换器件KIN和KIP以及任选的切换器件K2P和K2N被闭合，使得电荷能够从充电单元106a、106b分别流到正DC负载端子和负DC负载端子114。在该模式中，电能存储元件110也正在被充电。
如果控制单元112检测到需要切换到备用模式(例如由于干线电力损失)，则控制单元通过以下操作将功率切换网络重新配置成备用模式(iii)：打开切换器件K3P和K3N，使KIP和KIN闭合，使KlAP和K1AN打开，保持K2P和K2N处于其当前状态并且使K5P和K5N打开。在该模式中，电能仅从电能存储元件110被供应到DC负载端子114。因此，通过不影响存储元件110与DC负载端子114之间的干线电力路径来实现从操作模式(ii)到备用模式(iii)的转变。
多功能功率分配装置还能被配置成旁路模式(iv)，其中，电能仅从正充电单元106a和负充电单元106b被提供给DC负载端子。在旁路模式中，切换器件K3P和K3N打开，切换器件K1P和K1N打开，切换器件KlAP和KlAN闭合，切换器件K4P和K4N闭合，切换器件K2P和K2N打开，并且切换器件K5A打开。因此，正侧充电单元106a和负侧充电单元106b将电能直接供应到DC负载端子114。
在旁路模式中，通过闭合(在正侧和负侧上的)触点K4来激活旁路电路，同时所有接触器K1至K3以及K5保持打开。在电能存储元件110或控制器112、121a的电池管理部分发生故障的情况下可以激活该旁路，因为在这种情况下电能存储元件与充电单元106隔离。
表格1还详述了许多任选的转变模式。
任选地，当从充电模式(i)转变到操作模式(ii)时，正侧和负侧上的切换器件K3和切换器件K1A保持闭合，并且负侧和正侧上的切换器件K2闭合。
在这种情况下，呈现中等阻抗路径的电阻器R1P和R1N经由闭合的切换器件KIP和KIN在低阻抗连接之前被连接到DC负载端子114的路径中。这使得所连接的医学系统的DC链接能够在没有发生显著浪涌电流的情况下被充电。这样的浪涌电流可能引起损坏电能存储元件110或充电单元106或者接触器KIP或KIN中的任一个。第一种转变模式被表示在表格的“操作-＞延迟”行中。如果在被连接到DC负载端子114的医学系统中存在大的电容，则先前描述的用于对医学系统的DC链路进行充电的转变步骤是合适的。
任选地，可以提供终端模式，其中，切换器件K5a闭合。这使得连接的医学系统的输入电容器能够放电。例如，这样的模式在医学系统断电时可用作安全特征。
在对图6的多功能功率分配装置的操作的结构和功能描述之后，将讨论变型。
任选地，将额外的熔断器(未图示)分别与电能存储元件110的正侧和负侧串联连接。这样的串联熔断器在电池故障状况的情况下提供故障保护电流限制。熔断器将被插入到电路中代替SI1P和S11N或者与其串联。
任选地，机械伺服锁S1P和SIN被定位在熔断器F1P与F1N之间。任选地，可以放置另一机械伺服锁S0，以便将电池中心抽头与保护性接地完全断开。这样的机械或逻辑互连的伺服锁仅在电能存储元件110的电触点被断开时才允许进入电能存储元件110的端子。机械伺服锁是互连的，使得仅能够在电能存储元件与端子之间的所有电连接被打开时才能触碰端子。
任选地，断路器K5a在DC负载端子114两端与电阻R2串联连接。这在DC电源总线的DC端子之间形成放电电路，这能够释放在功耗器仪器的连接物品中的电容中保持的电能。放电电路的另一实施例可以包括在DC负载端子114的正电位与保护性接地之间连接的K5AP和R2P的串联连接，以及在P.E.与负DC负载端子114之间连接的K5AN和R2N，如图6所示。
任选地，电流积分电路116被连接在电池管理系统112a与保护性接地之间。如图6所示，该电路对差动电流I差动进行积分，以使得能够检测到电池故障状况。因此，通过重新调节针对电流源106a和106b的设定点能够提供在这两个电池部分中相等的充电电流或放电电流。
可以使用微处理器、微控制器、FPGA或者另一数字处理系统来实施控制单元112、121a。例如，可以使用定制的通信系统或MODBUS(TM)或FIELDBUS(TM)系统来制作针对切换器件的逻辑接口。
根据实施例，多功能功率分配装置的充电单元106被配置为将由医学成像装置汲取的平均功率供应给多功能功率分配装置的电能存储元件110。
电能存储元件110优选由电池(例如，锂离子电池单元堆栈)或超级电容器组成。在图6中，整个堆栈由两个部分堆栈组成，这两个部分堆栈串联连接，并且提供中心抽头端子以便将电能存储元件110连接到保护性接地108。
任选地，DC熔断器被连接在电能存储元件110的外部电池单元与电能存储元件的电源端子之间。在短路的情况下，这被用作断路器。任选地，接触器S11P和SIIN可以由DC熔断器来替换或补充。
任选地，例如，在移除电池的壳体的情况下，机械伺服锁SIP、SIN完全断开电池端子。
任选地，被配置为监测在电能存储元件110与保护性接地节点之间流动的差动电流的电流传感器由积分器116提供，从而确保从电能存储元件110的两侧流过相等的电荷。
两个电能存储元件110的两半连接到保护性接地108意味着正充电单元106a和负充电单元106b可以提供不相等的电荷。电能存储元件110的两半的不相等的充电状态是不期望的，因为在这种情况下，整个元件的电荷状态被降低到电荷较低的一半的充电状态。在某个充电状态下，这一半两端的电压可能由于低电荷状态而下降，而互补的一半处于高电荷水平。这可能导致电能存储元件110的两极两端的电压不相等。如果由正充电单元106a和负充电单元106b提供的实际电流彼此不同，则可能发生这种效应。在若干个充电和放电循环之后，可能出现这样的状态：两半中的一个完全充电，而互补的一半几乎完全放电。在这种情况下，电池的性能显著降低，并且可能导致加速老化。
因此，控制单元112能够被配置为主动地补偿这种电荷差异。电池管理系统211a可以被配置为计算用于电能存储元件110的正半部的第一电流设定点以及用于电能存储元件110的负半部的第二电流设定点。积分器116可以被配置为对图6的电流差动信号I差动进行积分，以用于计算第一电流设定点和第二电流设定点。
电池管理系统可以被配置为作为积分控制器或者作为比例积分控制器或者作为比例积分微分控制器来操作，以校正能量存储元件110的正部分的负部分的充电水平。
任选地，DC熔断器F2P和DC熔断器F2N在充电单元106a、106b与电能存储元件110之间提供安全链接，以防止由于DC负载端子两端的故障或电能存储元件110中的故障导致的过电流。这些DC熔断器的大小是根据由充电单元106a和106b所需的最大充电电流来设定的。
任选地，电池管理系统211a被配置为监督电能存储元件110的多个电池单元两端的电压。电池管理系统112a检测并指示任何电池单元两端的电压或多个电池单元组两端的电压之间的电压的故障和不平衡。例如，电池管理系统112a可以采用有源平衡技术或无源平衡技术来确保电池单元两端的适当的电压平衡。
任选地，功率分配装置被配置为检测电池管理系统112a内部的电池电荷的当前水平。当在备用模式下运行时，测量当前充电水平的指示。任选地，能够向用户提供被连接到DC负载端子的仪器的剩余操作时间的预测。因此，在公用电源故障的状况下，医学人员可以被提供有对剩余多长时间来完成操作的估计。
任选地，提供互锁以使得仅在放电单元被触点K5A断开时才能实现电能存储元件110与功耗器之间的连接。该互锁能够在切换器件K1至K5中实施，或者在控制单元内实施。
根据上述解决方案，在显著的干线故障或总干线故障的情况下，功耗电路将几乎不会受到影响。该架构本身包括备用功能，使得连接的系统能够保持运行。充电单元106将能量存储元件110以及功耗电路与供电公用干线完全去耦合。另外，可以将电能存储元件110的大小设定为在正常操作期间向系统供应直到消耗的峰值功率水平，使得缓冲器能够继续以备用模式供应该系统而不降低性能，直到耗尽了在电能存储元件110中存储的全部能量。这在与患者的介入手术期间失去公用电源的情况下是有利的。另外，可以在不中断供电电压的情况下实现在操作模式(ii)与备用模式(iii)之间的转变，因为在该转变中电能存储元件始终被连接。
在包括被配置为以小占空比汲取具有非常高的峰值功率的脉冲的一个或多个功耗器的系统中，仅经由电线、熔断器、闭合的接触器或断路器(以及任选的滤波器)将针对该峰值功率水平的能量从电能存储元件110传输到功耗器。因此，在为这样的功耗器供电的路径中不需要额定为峰值功率水平的功率转换器，从而节省了部件成本。
该系统的功耗的波动能够由电能存储单元110来缓冲和平衡。电能存储单元110能够向该系统供应其峰值功率要求，而其以低得多的功率水平被连续地充电。仅需要针对低功率水平(这等于最大平均功耗水平)来设定用于输入公用电源的房间安装零件的大小。因此，能够减少安装工作量和费用。
作为范例，可以考虑C型臂系统或CT扫描器。这样的系统的短期峰值功率可以是150kW的量级，而平均功率可以是10kW的量级。如果脉冲能量由电池来缓冲，则能够针对10kW而不是150kW来设定医院公用干线安装设施和该系统的充电单元两者的大小。医院公用干线系统也不会受到大的且突然的峰值功率脉冲的压力。这避免了医院干线电压的对应倾斜，并且降低了从相同干线供电的其他系统所需的抗扰度要求。
根据备选实施例，能够提供如文所述的并且在图6中图示的功率分配装置，其中，使用电压限制电路将一个充电器106连接到正轨和负轨。在这种情况下，仅需要一个充电单元。
将意识到，能够提供该电路的单轨版本，其中，电池堆叠或超级电容器堆叠被连接在保护性接地与仅一个正轨之间。
图8示出了能够通过省略电池堆叠的一半和电池管理系统112a的对应的一半而提供的节省成本的实施方式。在图8的情况下，如先前结合图6所讨论的，提供控制单元112、电能存储元件110、充电单元106，以及DC负载端子114。图6和图8的实施方式之间的区别在于省略了开关的负导轨组、熔断器、电线和控制器件。这种实施方式在较低水平的DC缓冲电压下是有利的。先前提到的针对平均功率的公共充电器的优点以及降低充电器的上游部件的额定值的能力得到保留。
根据第三方面，提供了一种用于控制多功能功率分配装置的方法。
图9示出了根据第三方面的方法。
该方法包括以下步骤：
a)使用充电单元对电能存储元件进行充电；
b)使用多功能功率分配装置来监测被连接到使用控制单元的多功能功率分配装置的DC负载端子的负载的功率需求要求；
c)使用负载的功率需求要求来计算功率切换网络的配置；
d)将功率切换网络配置成以下中的一种：(i)充电模式、(ii)操作模式、(iii)备用模式，以及(iv)旁路模式。
根据第三方面的实施例，提供了一种方法，还包括以下步骤：
a1)检测输入端子处的电能源的故障状况：
d1)将功率切换网络配置成备用模式；
还包括步骤e)：
e)仅从电能存储元件向负载供应电能。
根据第二方面，提供了一种医学仪器系统15。
图1图示了医学仪器系统的范例。
该医学仪器系统15包括：
-医学成像装置10；以及
-如上所述的多功能功率分配装置。
多功能功率分配装置的输入端子能连接到公用电源，并且多功能功率分配装置的DC负载端子被配置为向医学成像装置10供应电能。多功能功率分配装置的充电单元被配置为将由医学成像装置汲取的平均功率供应给多功能功率分配装置的电能存储元件。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制根据第一方面或其实施例或变型中的一个的装置的计算机程序单元，该计算机程序单元当由控制单元运行时适于执行第三方面或者其实施例中的一个所述的方法的步骤。
根据本发明的第五方面，提供了一种存储有根据第四方面所述的计算机程序单元的计算机可读介质。
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或引发上文所描述的方法的步骤的执行。
此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器或者任何种类的可编程逻辑设备或可编程门阵列的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行本发明的方法。
本发明的该示例性实施例涵盖从一开始就安装了本发明的计算机程序以及借助于将现有程序更新转换成使用本发明的程序的计算机程序。计算机程序可以被存储和/或分配在合适的介质上(例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储媒介或固态介质)，但是也可以以其他形式分布(例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统来分布)。
然而，该程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个所述的方法。
应当注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中得到公开。
所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干物品的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种多功能功率分配装置(70)，包括：
输入端子(72)，其使得所述装置能够连接到电能源；
充电单元(74、106)，其被连接到所述输入端子；
电能存储元件(76、110)，其被配置为从所述充电单元接收电能，其中，所述电能存储元件包括正侧电能存储元件和负侧电能存储元件，所述正侧电能存储元件和所述负侧电能存储元件两者都被连接到保护性接地节点；
DC负载端子(78、114)，其被配置为向负载供应电能；
功率切换网络(80、K1-K5)，其使得能够对所述充电单元、所述电能存储元件和所述DC负载端子进行能调整的配置；
控制单元(82)，其被配置为控制所述充电单元和所述功率切换网络；以及
电流传感器，其被配置为监测在所述电能存储元件与所述保护性接地节点之间流动的差动电流，其中，所述控制单元被配置为调节所述充电单元的设定点，以便使所述正侧电能存储元件与所述负侧电能存储元件之间的所述差动电流最小化，
其中，所述控制单元被配置为将所述功率切换网络设置成至少以下模式：(i)充电模式，其中，所述充电单元对所述电能存储元件进行充电，(ii)操作模式，其中，电能从所述电能存储元件和所述充电单元被供应到所述DC负载端子，并且所述电能存储元件能够被充电，(iii)备用模式，其中，电能仅从所述电能存储元件被供应到所述DC负载端子，以及(iv)旁路模式，其中，电能仅从所述充电单元被提供给所述DC负载端子。
2.根据权利要求1所述的功率分配装置(70)，
其中，所述充电单元被配置为使用(i)能调节的DC电流或(ii)能调节的DC电压或(iii)根据预定义的充电曲线或(iv)根据预定义的充电特性对所述电能存储元件进行充电。
3.根据前述权利要求中的一项所述的功率分配装置(70)，还包括：
电能存储元件管理系统；
其中，所述电能存储元件包括多个电池单元；并且
其中，所述电能存储元件管理系统被配置为监督所述电能存储元件的所述多个电池单元中的电池单元，以检测所述电能存储元件的各个电池单元之间的不期望的状态，并且补偿所述不期望的状态。
4.根据权利要求1-2中的一项所述的功率分配装置(70)，
其中，所述充电单元被配置为在所述充电单元的输出端子处提供具有预期负载特性的平均功率水平。
5.根据权利要求1-2中的一项所述的功率分配装置(70)，
其中，所述控制单元还被配置为将所述功率切换网络设置成在所述充电模式与所述操作模式之间的转变模式；
其中，在所述转变模式中，所述功率切换网络被配置为在所述电能存储元件与所述DC负载端子之间连接串联电阻器，以防止发生浪涌电流。
6.根据权利要求1-2中的一项所述的功率分配装置(70)，还包括：
充电水平检测器，其被配置为获得所述电能存储元件的充电水平；
其中，所述控制单元还被配置为基于所述电能存储元件的所述充电水平来计算被连接到所述多功能功率分配装置的仪器的剩余操作时间。
7.根据权利要求1-2中的一项所述的功率分配装置(70)，
其中，所述功率切换网络包括：第一切换元件，其能被配置为将所述电能存储元件连接到所述DC负载端子；第二切换元件，其能被配置为将所述充电单元的输出部连接到所述电能存储元件；以及第三切换元件，其能被配置为将所述充电单元的所述输出部直接连接到所述DC负载端子。
8.根据权利要求1-2中的一项所述的功率分配装置(70)，
其中，所述装置还被配置为防止在所述操作模式与所述备用模式的转变期间在所述电能存储元件与所述DC负载端子之间的路径中发生切换事件。
9.一种医学仪器系统(14)，包括：
-医学成像装置(10)；以及
-根据权利要求1至8中的一项所述的多功能功率分配装置；
其中，所述多功能功率分配装置的所述输入端子能连接到公用电源，并且所述多功能功率分配装置的所述DC负载端子被配置为向所述医学成像装置供应电能。
10.一种用于控制多功能功率分配装置的方法，包括以下步骤：
a)使用充电单元对电能存储元件进行充电(120)，其中，所述电能存储元件包括正侧电能存储元件和负侧电能存储元件，所述正侧电能存储元件和所述负侧电能存储元件两者都被连接到保护性接地节点；
b)使用所述多功能功率分配装置的控制单元来监测(122)对被连接到使用所述控制单元的所述多功能功率分配装置的DC负载端子的负载的功率需求要求：
c)使用所述负载的所述功率需求要求来计算(124)功率切换网络的配置；
d)将所述功率切换网络配置(126)成以下中的一种：(i)充电模式、(ii)操作模式、(iii)备用模式，以及(iv)旁路模式；
e)监测在所述电能存储元件与所述保护性接地节点之间流动的差动电流，并且调节所述充电单元的设定点，以便使所述正侧电能存储元件与所述负侧电能存储元件之间的所述差动电流最小化。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
a1)检测输入端子处的电能源的故障状况；
d1)将所述功率切换网络配置成所述备用模式；
所述方法还包括步骤f)：
f)仅从所述电能存储元件向所述负载供应电能。
12.一种用于控制多功能功率分配装置的设备，包括：
处理器；以及
存储器，其存储有指令，所述指令当由所述处理器运行时适于执行根据权利要求10或11中的一项所述的方法的步骤。
13.一种计算机可读介质，其存储有用于控制根据权利要求1至10中的一项所述的装置的计算机程序单元，当所述计算机程序单元由控制单元运行时，所述计算机程序单元适于执行根据权利要求10或11中的一项所述的方法的步骤。
CN201780018802.7A 2016-02-02 2017-02-01 一种多功能功率分配装置 Active CN108886254B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16153857.4 2016-02-02
EP16153857 2016-02-02
PCT/EP2017/052182 WO2017134124A1 (en) 2016-02-02 2017-02-01 A multifunctional power distribution apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108886254A CN108886254A (zh) 2018-11-23
CN108886254B true CN108886254B (zh) 2022-06-24

Family

ID=55300385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780018802.7A Active CN108886254B (zh) 2016-02-02 2017-02-01 一种多功能功率分配装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190044336A1 (zh)
EP (1) EP3411933A1 (zh)
JP (1) JP2019511892A (zh)
CN (1) CN108886254B (zh)
WO (1) WO2017134124A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10646192B2 (en) * 2017-03-20 2020-05-12 General Electric Company Peak shave enabled computed tomography system with built-in uninterruptible power supply and stabilizer
US11166695B2 (en) * 2018-04-09 2021-11-09 Carestream Health, Inc. Learning system and method for mobile radiography power management
DE102018216644A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Siemens Healthcare Gmbh Magnetresonanzvorrichtung mit einer Patientenkommunikationseinheit sowie ein Verfahren zu einer Übertragung von zumindest einem Kommunikationssignal
WO2020106404A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-28 Dedicated2Imaging, Llc. Timer circuit for x-ray imaging system
JP7129008B2 (ja) * 2018-11-29 2022-09-01 トヨタ自動車株式会社 電源システム
CN110517627B (zh) * 2019-08-14 2021-09-24 深圳市奥拓电子股份有限公司 Led显示系统、供电控制方法和存储介质
CN112448054B (zh) * 2019-08-30 2023-02-17 北京小米移动软件有限公司 移动终端的充电方法、装置、终端及存储介质
US11191516B2 (en) * 2019-09-19 2021-12-07 GE Precision Healthcare LLC Systems and methods for powering an imaging system
DE102021211227A1 (de) * 2021-10-05 2023-04-06 Carl Zeiss Meditec Ag Zwischenspeicher zur zyklischen Leistungsglättung und ophthalmologischen Lasertherapiesystem mit einem Zwischenspeicher

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808376A (en) * 1994-11-28 1998-09-15 Analogic Corporation Method of and apparatus for power management and distribution in a medical imaging system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6784641B2 (en) * 2000-09-20 2004-08-31 Toshiba Battery Co., Ltd. Uninterruptible power supply
JP2002369407A (ja) * 2001-06-06 2002-12-20 Hitachi Ltd ピークカット機能付きバックアップ電源
JP3776880B2 (ja) * 2002-12-10 2006-05-17 株式会社日立製作所 無停電電源装置
DE10355424A1 (de) * 2003-11-27 2005-06-30 Siemens Ag Röntgengerät mit Mitteln zur Speicherung von Energie
US7522705B2 (en) 2006-11-14 2009-04-21 General Electric Company Power handling methods and apparatus
CN101976871B (zh) * 2010-10-22 2013-03-06 艾默生网络能源有限公司 一种ups电源控制电路和ups电源
CN103220977B (zh) * 2010-11-18 2015-06-17 株式会社日立医疗器械 移动型x射线装置
US9231440B2 (en) * 2012-04-18 2016-01-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Power supply apparatus and controlling method of the same
CN104245403B (zh) * 2012-04-24 2016-09-07 铃木株式会社 车辆用电力供应控制装置、车辆
US8922165B2 (en) * 2012-05-14 2014-12-30 Freescale Semiconductor, Inc. Cell balance configuration for pin count reduction
WO2014057298A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 American Power Conversion Corporation Circuit and method for providing an uninterruptible power supply
CN103904767B (zh) * 2012-12-28 2016-02-17 台达电子工业股份有限公司 不断电系统及其操作方法
US9806561B2 (en) * 2013-07-04 2017-10-31 Eaton Corporation UPS systems and methods using dual mode rectifier/inverter
US9314221B2 (en) * 2013-08-05 2016-04-19 General Electric Company Common DC bus power CT system
US10003214B2 (en) * 2016-03-21 2018-06-19 General Electric Company Battery management system
US10243376B2 (en) * 2016-06-15 2019-03-26 Schneider Electric It Corporation Stack DC power supply battery charger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808376A (en) * 1994-11-28 1998-09-15 Analogic Corporation Method of and apparatus for power management and distribution in a medical imaging system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019511892A (ja) 2019-04-25
CN108886254A (zh) 2018-11-23
WO2017134124A1 (en) 2017-08-10
EP3411933A1 (en) 2018-12-12
US20190044336A1 (en) 2019-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108886254B (zh) 一种多功能功率分配装置
JP6578395B2 (ja) 効率的な電力供給及びバックアップのためのシステム及び方法
US10238000B2 (en) Power shelf for computer servers
US9444280B2 (en) Uninterruptable power supply system and method
US9047076B1 (en) Uninterruptable power supply system and method
TWI449301B (zh) 用於資料中心之配電系統，包含其之模組處理系統、以及其操作方法、架構和電腦程式產品，以及便於資料處理之方法
US8593015B2 (en) Battery balancing system
EP3141983B1 (en) Power supply method and apparatus
EP2815495B1 (en) A modular three-phase online ups
US9047075B1 (en) Uninterruptable power supply system and method
US20160134160A1 (en) Systems and methods for battery management
US20140101462A1 (en) Energy-efficient uninterruptible electrical distribution systems and methods
US11043836B2 (en) UPS having a delta converter utilized as input power regulator in a double conversion system
US20090256422A1 (en) Ac and dc uninterruptible online power supplies
US10375850B2 (en) Rack power system and method
US20060226707A1 (en) Power conditioner and backup for security scanning equipment
US20140247537A1 (en) Medium Voltage Power Distribution in Data Centers
CN113054635A (zh) 放电方法及装置
CN106557144B (zh) 直流备援设备
TW201712995A (zh) 直流備援設備
US20080164763A1 (en) Power conditioner and backup for security scanning equipment
GB2576715A (en) Capacitive unit for local power factor correction and system comprising multiple capacitive units
CN213959822U (zh) 不间断供电电路、风电变流器及风力发电机组
KR101254982B1 (ko) 무정전 전원공급장치
WO2001093403A2 (en) Backup battery recharge controller and battery reconnect system for a telecommunications power system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant