CN113302435A - 用于电器的集成不间断电力供应器 - Google Patents

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Abstract

热水器可以包括壳体和部署在壳体内的加热系统，其中加热系统被配置为加热流体。热水器还能够包括耦合到加热系统的开关，其中开关在正常操作期间的第一位置和断电期间的第二位置之间操作。热水器还能够包括连接到开关的主电力源，其中主电力源被配置为在正常操作期间通过开关向加热系统提供主电力。热水器还能够包括耦合到开关的不间断电力供应器(UPS)，其中UPS被配置为在断电期间通过开关向加热系统提供储备电力，并且其中UPS与壳体集成在一起。

Description

用于电器的集成不间断电力供应器
对相关应用的交叉引用
本申请要求于2019年1月9日提交的美国专利申请No.16/243,556的权益，其全部内容和实质通过引用整体并入本文，如同在下文中完整阐述了一样。
技术领域
本公开一般而言涉及热水器，并且更具体地涉及用于为电器(例如，热水器)提供集成不间断电力供应器(UPS)的系统、方法和设备。
背景技术
热水器一般用于提供热水的供应。热水器可以用在许多不同的住宅、商业和工业应用中。热水器可以为许多不同的处理提供热水。例如，住宅中的热水加热器可以用于自动洗衣机、自动洗碗机、一个或多个淋浴器和一个或多个水槽龙头。一些热水器包括用于储存热水的水箱。其它热水器是无水箱的并且按需提供热水。虽然一些热水器使用天然气而不是电来加热水，但所有热水器都需要电力才能运行。
发明内容
一般而言，在一个方面，本公开涉及一种热水器，其包括壳体和部署在壳体内的加热系统，其中加热系统被配置为加热流体。热水器还可以包括耦合到加热系统的开关，其中开关在正常操作期间的第一位置和断电(outage)期间的第二位置之间操作。热水器还可以包括耦合到开关的主电力源，其中主电力源被配置为在正常操作期间通过开关向加热系统提供主电力。热水器还可以包括耦合到开关的不间断电力供应器(UPS)，其中UPS被配置为在断电期间通过开关向加热系统提供储备电力。UPS可以与壳体集成在一起。
在另一方面，本公开一般而言可以涉及一种电器，该电器包括壳体和至少部分地部署在壳体内的电器系统，其中电器系统被配置为执行电器被设计用于的功能。电器还可以包括耦合到电器系统的开关，其中开关在正常操作期间的第一位置和断电期间的第二位置之间操作。电器还可以包括耦合到开关的主电力源，其中主电力源被配置为在正常操作期间通过开关向电器系统提供主电力。电器还可以包括耦合到开关的不间断电力供应器(UPS)，其中UPS被配置为在断电期间通过开关向电器系统提供储备电力。UPS可以与壳体集成在一起。
在又一方面，本公开一般而言可以涉及一种用于通过不间断电力供应器(UPS)向无水箱热水器提供储备电力的方法。该方法可以包括在无水箱热水器的正常操作期间由UPS存储储备电力。该方法还可以包括接收表示(signify)正常操作结束并且断电开始的第一信号。该方法还可以包括由UPS通过开关将储备电力传递到无水箱热水器的加热系统，其中当接收到第一信号时，开关闭合以允许储备电力流向加热系统。该方法还可以包括接收表示断电结束并且正常操作正在恢复的第二信号。该方法还可以包括在正常操作期间由UPS恢复存储储备电力，其中在正常操作期间开关打开，以防止UPS在正常操作期间向加热系统传递储备电力。
根据以下描述和所附权利要求，这些和其它方面、目的、特征和实施例将是显而易见的。
附图说明
附图仅图示示例实施例并且因此不应被认为是对范围的限制，因为示例实施例可以允许其它同样有效的实施例。附图中所示的元件和特征不一定按比例绘制，而是重点放在清楚地图示示例实施例的原理上。此外，某些维度或位置可能被夸大以帮助视觉传达这些原理。在附图中，附图标记表示相像或对应但不一定完全相同的元件。
图1A和1B示出了根据某些示例实施例的包括基于水箱的热水器和控制器的系统的图。
图2示出了根据某些示例实施例的计算设备。
图3示出了根据某些示例实施例的无水箱热水器的示意图。
图4示出了根据某些示例实施例的无水箱热水器形式的电器。
图5示出了根据某些示例实施例的另一种无水箱热水器形式的电器。
图6A-6D示出了根据某些示例实施例的图5的UPS。
图7示出了根据某些示例实施例的用于从UPS向电器提供储备电力的流程图。
具体实施方式
一般而言，示例实施例提供用于电器的集成UPS的系统、方法和设备。示例实施例可以用于任何数量、类型和/或尺寸(例如，容量)的热水器。例如，示例实施例可以与基于水箱的热水器一起使用，而不仅仅是无水箱热水器。作为另一个示例，与一个热水器集成的UPS也可以为一个或多个其它热水器供应储备电力。作为又一个示例，示例实施例可以与热泵热水器一起使用。
在一些情况下，示例UPS可以与热水器以外的一个或多个其它电器(例如，洗衣机、洗碗机、微波炉、烤面包机)和/或电气设备(例如，电视机、时钟、台式电脑)集成和/或向其提供储备电力。另外，对于任何类型的(例如，商业、住宅、工业)用户，示例实施例可以位于任何类型的环境(例如，仓库、阁楼、车库、储藏室、机械室、地下室)中。与示例实施例一起使用的热水器可以用于任何数量的装备或系统(例如，自动洗衣机、自动洗碗机、淋浴器、水槽龙头、加热系统、加湿器)中的一个或多个，其也称为热水需求。
本文所述的热水器系统(或其部件，包括控制器)可以由多种合适材料中的一种或多种制成，以允许示例UPS和/或系统的其它相关联部件满足某些标准和/或规定，同时还考虑到设备和/或系统的其它相关联部件可以暴露于的一种或多种条件而维持耐用性。此类材料的示例可以包括但不限于铝、不锈钢、铜、玻璃纤维、玻璃、塑料、PVC、陶瓷和橡胶。
本文所述的热水器系统的部件(或其部分，诸如示例UPS)可以由单件制成(如来自模具、注塑模具、压铸或挤压工艺)。此外，或替代地，热水器系统的部件(或其部分)可以由彼此机械耦合的多件制成。在这种情况下，多件可以使用多种耦合方法中的一种或多种彼此机械耦合，包括但不限于环氧树脂、焊接、钎焊、紧固设备、压缩配件、配合螺纹和开槽配件。彼此机械耦合的一件或多件可以以多种方式中的一种或多种彼此耦合，包括但不限于固定地、铰接地、可移除地、可滑动地和螺纹地耦合。
当包括示例UPS的热水器是储水式热水器时，这种热水器有额定容量(有时也称为铭牌容量)和实际容量。这些容量与热水器的水箱有关，如下所述。在很多情况下，实际容量小于额定容量。例如，额定容量为50加仑的储水式电热水器实际容量为37.5加仑。实际容量是水箱可以容纳的热水量。实际容量可以因多种因素中的一个或多个因素而异，包括但不限于加热元件的配置、加热系统使用的能源(例如，电、天然气)以及水箱的构造。类似地，无水箱热水器可以具有额定容量。这种容量通常以每单位时间的体积表示(例如，加仑/分钟)。
如本文所述，由示例UPS提供给一个或多个电器的储备电力发生在主电力来源(例如，电力源(power source)、电力供应器(power supply))断电期间。断电可以是自愿的或非自愿的。非自愿断电是指由于某种外部事件(例如，为家庭供电的配电系统上的断路器跳闸)导致主电力来源不可用的情况。自愿断电是主电力来源可用，但是根据示例实施例做出使用来自UPS的储备电力代替主电力来源的决定(例如，由于经济或市场条件)的情况。
在示出与电器集成的UPS的示例实施例的前述附图中，可以省略、重复和/或替换示出的一个或多个部件。因而，与电器集成的UPS的示例实施例不应被认为限于任何图中所示的部件的特定布置。例如，一个或多个图中所示的或关于一个实施例描述的特征可以应用于与不同的图或描述相关联的另一个实施例。
此外，如果图中的部件被描述但未在图中明确示出或标记，那么用于另一个图中的对应部件的标记可以推断到那个部件。反之，如果图中的部件被标记但未进行描述，那么对该部件的描述可以与另一个图中对应部件的描述基本相同。另外，除非明确说明，否则特定实施例(例如，如本文中的图中所示)不具有特定特征或部件的陈述并不意味着该实施例不能够具有这种特征或部件。例如，为了本文当前或未来权利要求的目的，被描述为不包括在一个或多个特定附图中所示的示例实施例中的特征或部件能够被包括在与本文这样的一个或多个特定附图对应的一个或多个权利要求中。本文对图中各种部件的编号方案是每个部件为三或四位数字，并且其它图中对应部件的最后两位数字相同。
在一些情况下，具有与其集成的示例UPS的热水器(或其它电器或电气设备)可以满足某些标准和/或要求。制定和/或维护标准的实体的示例包括但不限于能源部(DOE)、国家电气规范(NEC)、国家电气制造商协会(NEMA)、国际电工委员会(IEC)、美国机械工程师协会(ASME)、美国国家消防协会(NFPA)、美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)、保险商实验室(UL)和电气和电子工程师协会(IEEE)。当需要时，本文描述的示例实施例的使用满足(和/或允许对应的热水器系统或其一部分满足)这样的标准。
下文将参考附图更全面地描述与电器集成的UPS的示例实施例，其中示出了与电器集成的UPS的示例实施例。但是，与电器集成的UPS可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于本文阐述的示例实施例。相反，提供这些示例实施例是为了使本公开彻底和完整，并将与电器集成的UPS的范围充分传达给本领域的普通技术人员。为了一致性，各个图中的相像但不一定相同的元件(有时也称为部件)由相同的附图标记表示。
诸如“第一”、“第二”、“第三”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“前”、“后”、“内”之类的术语仅用于区分一个部件(或部件的一部分或部件的状态)与另一个部件。此类术语并不意味着表示偏好或特定的朝向，也不意味着限制与电器集成的UPS的实施例。在示例实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的更透彻理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，未详细描述众所周知的特征以避免不必要地使描述复杂化。
图1A和1B示出了根据某些示例实施例的包括电器170-1的水加热系统的系统100的图，该电器170-1包括UPS 102。具体而言，图1A示出了系统100，而图1B示出了UPS 102的详细系统图。如图1A和1B中所示，系统100可以包括电器170-1、一个或多个用户150、电力源145、可选的网络管理器180和一个或多个其它可选的电器170-1。图1A的电器170-1包括电器系统135、一个或多个传感器设备151(有时也称为传感器模块或传感器)、UPS 102、电力供应器140和一个或多个开关152。
如图1B中所示，UPS 102可以包括多个部件中的一个或多个。此类部件可以包括但不限于控制器104、一个或多个能量存储设备136、一个或多个访问端口157、一个或多个可选的能量存储设备接收器137，以及电力供应器138。UPS 102的控制器104还可以包括多个部件中的一个或多个。例如，如图1B中所示，控制器104包括控制引擎106、通信模块108、定时器110、能量计量模块111、电力模块112、存储储存库130、硬件处理器120、存储器122、收发器124、应用接口126和可选的安全模块128。图1A和1B中所示的部件不是详尽的，并且在一些实施例中，图1A和1B中所示的部件中的一个或多个可以不包括在示例系统中。另外，可以重新布置图1A和1B中所示的一个或多个部件。例如，一些或全部入口管线127可以是电器170-1的一部分。示例系统100的任何部件可以是离散的或与系统100的一个或多个其它部件组合。
用户150可以是与电器170-1(包括示例UPS 102)、其它可选电器170-N中的一个或多个和/或网络管理器180交互的任何人或实体。用户150的示例可以包括但不限于工程师、电器(例如，其它可选电器170-N)、使用热水的处理、电工、仪表和控制技术员、机械师、运营商、顾问、电力公司、电网运营商、零售电力供应商、能源营销公司、负荷预测软件、天气预报服务、网络管理器、劳动力调度系统、承包商、房主、房东、建筑管理公司和制造商代表。可以有一个或多个用户150。在一些情况下，系统100可以在没有用户150的情况下操作，使得用户150是可选的。
当系统100包括用户150时，用户150可以使用用户系统(未示出)，其可以包括显示器(例如，GUI)。用户150可以经由应用接口126(如下所述)与UPS 102(或其部分)交互(例如，向其发送数据，从其接收数据)。用户150(有或没有用户系统)还可以与一个或多个可选电器170-N和/或可选网络管理器180交互。用户150、电器170-1和电力供应器135之间的交互是使用信号传送链路105和/或电力传送链路185进行的。
每个信号传送链路105和每个电力传送链路185可以包括有线(例如，1类电缆、2类电缆、电连接器、电导体、电路板上的电迹线、电力线载体、DALI、RS485)和/或无线(例如，Wi-Fi、可见光通信、Zigbee、移动应用、文本/电子邮件消息、蜂窝网络、蓝牙、无线HART、ISA100、感应)技术。例如，信号传送链路105可以是(或包括)耦合到电器170-1的UPS 102和用户150的一个或多个电导体。信号传送链路105可以在可选的网络管理器180、用户150、电器170-1(包括其部件，诸如UPS 102)和/或一个或多个可选的其它电器170-N之间传输信号(例如，通信信号、控制信号、数据)。
类似地，电力传送链路185可以在电力供应器140、电力源145、开关152、电器系统135和可选的UPS 102之间传输电力。一个或多个信号传送链路105和/或一个或多个电力传送链路185还可以分别在电器170-1内的部件(例如，开关152、电器系统135、一个或多个传感器151)之间传输信号和电力。
电力源145直接或间接地向电力供应器140以及可选地向电器170-1的UPS 102提供电力。由系统100的电力源145提供的电力提供可以由电器170-1使用的类型(例如，AC、DC)和级别(例如，240V、120V)，以及，在一些情况下，向系统100的一个或多个其它部件(例如，网络管理器480、一个或多个其它电器170-N、用户150)提供。电力源145可以包括多个部件中的一个或多个。此类部件的示例可以包括但不限于电导体、耦合特征(例如，电连接器)、变压器、电感器、电阻器、电容器、二极管、晶体管和保险丝。电力源145可以是或包括例如壁装电力源插座、能量存储设备(例如，电池、超级电容器)、断路器和/或独立的发电力源(例如，光伏发太阳能发电系统)。电力源145还可以包括允许电力源145与用户150、电器170-1和/或网络管理器180通信和/或遵循来自其的指令的一个或多个部件(例如，开关、继电器、控制器)。
图1A的系统100的可选网络管理器180是控制包括各种电器170(例如，电器170-1)及其各种部件的通信网络的全部或一部分的设备或部件。网络管理器180还可以与用户150通信。在一些情况下，网络管理器180还可以与电力源145通信。可以使用信号传送链路105和/或电力传输链路185来促进此类通信。如果没有网络管理器180，那么UPS 102的控制器104和/或电器系统135内的控制器可以被建立或指定为系统100的主控制器并且充当网络管理器180的角色。
网络管理器180可以基本上类似于下面讨论的控制器104。可替代地，网络管理器180可以包括除以下描述的控制器104的特征之外或从其更改的多个特征中的一个或多个。除了网络管理器180和系统100的其它部件(例如，用户150)之间的直接通信之外，网络管理器180还可以促进系统100的部件之间的通信。网络管理器180可以用于与系统100中的任何和所有部件(或其部分)通信和协调。
可选的其它电器170-N中的每一个可以与电器170-1基本相似或不同。例如，可选的其它电器170-N可以包括一个或多个部件(例如，开关152、UPS 102、电器系统135)，这些部件在下面关于电器170-1示出和描述。在一些情况下，与以下关于电器170-1示出和描述的相比，可选的其它电器170-N具有一个或多个附加部件或一个或多个更少部件。在一些情况下，电器170-1的一个或多个部件可以与一个或多个可选的其它电器170-N共享。
系统100中的电器170可以是使用电力来提供某种功能或服务的任何设备。电器170的示例可以包括但不限于无水箱热水器、基于水箱的热水器、燃气炉、污水泵、井泵、壁炉插入件、便携式空调单元、除湿机、电磁炉、风扇、洗碗机、洗衣机、干衣机、手提烤箱、冰箱、冰柜、空气净化器、微波炉。
UPS 102的控制器104、电器170-1的电器系统135的控制器、可选的其它电器170-N的控制器、用户150和网络管理器180可以使用他们自己的系统或在某些示例实施例中共享系统。这种系统可以是或包含能够与各种软件通信的基于互联网或基于内联网的计算机系统的形式。计算机系统包括任何类型的计算设备和/或通信设备，包括但不限于控制器104。这种系统的示例可以包括但不限于具有局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网或内联网访问的台式计算机、具有LAN、WAN、互联网或内联网访问的膝上型计算机，智能电话、服务器、服务器群、安卓设备(或同等设备)、平板电脑、智能电话和个人数字助理(PDA)。这种系统可以与如下关于图2所述的计算机系统对应。
另外，如上面所讨论的，这种系统可以具有对应的软件(例如，用户软件、控制器软件、网络管理器软件)。根据一些示例实施例，软件可以在相同或单独的设备(例如，服务器、大型机、台式个人计算机(PC)、膝上型计算机、PDA、电视、有线电视盒、卫星盒、信息亭、电话、移动电话或其它计算设备)上执行并且可以通过通信网络(例如，互联网、内联网、外联网、LAN、WAN或其它网络通信方法)和/或通信信道与有线和/或无线片段耦合。一个系统的软件可以是系统100内另一个系统的软件的一部分，或者单独但与另一个系统的软件结合操作。
电器170-1可以包括壳体103。壳体103可以包括形成腔体101的至少一个壁。在一些情况下，壳体103可以被设计为符合任何适用的标准，使得电器170-1可以位于特定环境(例如，危险环境)中。例如，如果电器170-1位于潮湿环境中，那么壳体103可以被设计为符合适用于这种潮湿环境的工业标准。
电器170-1的壳体103可以用于容纳电器170-1的一个或多个部件，包括控制器104的一个或多个部件。例如，如图1A中所示，UPS 102包括控制器104(在这种情况下其包括控制引擎106、通信模块108、定时器110、电力模块112、存储储存库130、硬件处理器120、存储器122、收发器124、应用接口126和可选的安全模块128)、电力供应器140、一个或多个开关152、传感器151和电器系统135部署在由壳体103形成的腔体101中。在替代实施例中，电器170-1的这些或其它部件中的任何一个或多个可以部署在壳体103上和/或远离壳体103。
一个或多个传感器151可以是测量一个或多个参数的任何类型的感测设备。传感器151的类型的示例可以包括但不限于无源红外传感器、光电池、差压传感器、湿度传感器、压力传感器、流量计、气体检测器和电阻温度检测器。可以由传感器151测量的参数可以包括但不限于流率、移动、压力、环境光、红外光、温度、湿度和环境温度。由传感器151测得的参数可以由电器系统135的控制器104使用以操作电器系统135。传感器151可以从电力源140和/或一个或多个其它电力来源接收电力和/或控制信号。
电器170-1的电器系统135执行电器170-1的功能。电器170-1的电器系统135可以包括在电器170-1中发现的和/或用于允许电器170-1操作的设备和/或部件。电器系统135的部件或设备可以是电气的、电子的、机械的或其任何组合。电器170-1可以在电器系统135中具有任何数量和/或类型的部件和/或设备中的一个或多个。例如，当电器170-1是无水箱热水器时，电器系统135中的部件的示例可以包括但不限于空气移动设备、热交换器、阀门、散热器、电导体或电缆、端子块、挡板、管道、配件、通风管、控制面板和电路板。
开关152控制电器系统135与或者UPS 102或者电力供应器140之间的连续性。每个开关152可以是单个开关设备或彼此串联和/或并联布置的多个开关设备。开关152确定UPS102或电力供应器140在任何特定时间点是否耦合到电器系统135。开关152可以具有一个或多个触点，其中每个触点具有打开状态和闭合状态(位置)。在打开状态下，开关152的触点产生开路，这防止电器系统135传递和/或接收关于电耦合到开关152的那个触点的部件(例如，UPS 102、电力供应器140)的电力和/或通信信号。
在闭合状态下，开关152的触点产生闭合回路，这允许电器系统135传递和/或接收关于电耦合到开关152的那个触点的部件(例如，UPS 102，电力供应器140)的电力和/或通信信号。在某些示例实施例中，开关152的每个触点的位置由控制器104的控制引擎106控制。可替代地，开关152的每个触点的位置可以由电器系统135的部件(例如，控制器)控制。
如果开关152是单个设备，那么开关152可以具有单个触点或具有多个触点。在任何情况下，在某些示例实施例中，在任何时间点，开关152的仅一个触点可以是激活的(闭合)。因此，在此类示例实施例中，当开关152的一个触点闭合时，开关152的所有其它触点都打开。例如，如果电力供应器140在某个时间点供电，那么开关152被配置为允许电力供应器140向电器系统135传递电力(也称为主电力)并防止UPS 102向电器系统135传递电力(也称为储备电力)。相反，当电力供应器140在某个时间点不供电(例如，由于断电)时，开关152被配置为防止电力供应器140向电器系统135传递主电力并允许UPS 102向电器系统135传递储备电力。
电器170-1的电力供应器140在正常操作条件期间通过开关152向电器系统135提供电力。电力供应器140可以与控制器104的电力模块112(如下所述)和/或上述电力源145基本相同或不同。电力供应器140可以包括多个单个或多个分立部件(例如，晶体管、二极管、电阻器)和/或微处理器中的一个或多个。电力供应器140可以包括印刷电路板，微处理器和/或一个或多个分立部件位于该印刷电路板上。
电力供应器140可以包括一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)，其从电力源145接收电力(例如，通过电缆)并通过开关152向电器系统135传递主电力。电力供应器140可以生成可以由电器系统135及其各种部件使用的类型(例如，交流、直流)和级别(例如，12V、24V、120V)的电力。在一些情况下，电力供应器140本身可以包括电力来源。例如，电力供应器140可以包括电池、局部光伏电力系统或某种其它独立电力来源。
如以上所讨论的，UPS 102可以包括多个部件中的一个或多个。例如，如图1B中所示，UPS 102可以包括控制器104、一个或多个能量存储设备136、一个或多个可选的能量存储设备接收器137、一个或多个可选的访问端口157，以及电力供应器138。UPS 102可以包括可选的壳体139。壳体139可以包括形成腔体119的至少一个壁。在一些情况下，壳体139可以被设计为符合任何适用的标准，使得UPS 102可以位于特定环境(例如，危险环境)中。例如，如果UPS 102位于潮湿环境中，那么壳体139可以设计为符合适用于这种潮湿环境的工业标准。
UPS 102的壳体139可以用于容纳UPS 102的一个或多个部件，包括控制器104的一个或多个部件。例如，如图1B中所示，控制器104(在这种情况下包括控制引擎106、通信模块108、定时器110、电力模块112、存储储存库130、硬件处理器120、存储器122、收发器124、应用接口126和可选的安全模块128)、电力供应器138、一个或多个访问端口157、一个或多个能量存储设备136和一个或多个能量存储设备接收器137部署在由壳体139形成的腔体119中。在替代实施例中，UPS 102的这些或其它部件中的任何一个或多个可以部署在壳体139上和/或远离壳体139。
当UPS 102包括壳体139时，在一些情况下，UPS 102的壳体139可以耦合到电器170-1的壳体103和从其解耦。下面的图4中示出了其示例。在这种情况下，UPS 102的壳体139可以具有多耦合特征(例如，狭缝、紧固设备、夹子、磁性附件、电连接器、孔、互锁特征(例如，突起、凹陷))，它们补充并耦合到部署在电器170-1的壳体103上的对应耦合特征。以这种方式，示例UPS 102可以在售后与电器170-1集成，而不仅仅是作为电器170-1的新制造版本的一部分。在一些情况下，电器170-1可能需要修改(例如，改变面板)以允许UPS 102的内部或外部耦合。
UPS 102的电力供应器138可以基本上类似于上面关于电器170-1所描述的电力供应器140。在这个特定情况下，电力供应器138将由电力源145和/或电力供应器140提供的电力转换成由能量存储设备136用于充电的类型(例如，交流、直流)和量(例如，24V、12V、120V)。类似地，当能量存储设备136在断电期间释放储备电力时，电力供应器138可以将由能量存储设备136释放的电力转换成电器系统135所使用的类型和量的储备电力。
能量存储设备136可以是被配置为使用由电力源145和/或电力供应器140提供的电力进行充电的任何数量的可再充电设备(例如，电池、超级电容器)中的一个或多个。在一些情况下，能量存储设备136使用与其接收的电力的级别和类型不同的级别和/或类型的电力充电。在这种情况下，能量存储设备136可以包括任何类型的电力传送设备(例如，变压器、逆变器、转换器)。可以有任何数量的能量存储设备136(例如，一个、两个、五个)。能量存储设备136可以使用任何数量的电池技术中的一种或多种。此类电池技术的示例可以包括但不限于镍-镉、镍-金属氢化物、锂离子和碱性电池。除了电池之外，能量存储设备136还可以采用本领域已知的多种其它形式中的任何一种。例如，能量存储设备136可以包括一个或多个超级电容器。
在一些情况下，能量存储设备136部署在一个或多个可选的能量存储设备接收器137内。能量存储设备接收器137可以提供能量存储设备136到电力源145、电力供应器140和/或开关152的机械和/或电耦合。能量存储设备接收器137可以提供与能量存储设备136的永久机械和/或电连接。可替代地，能量存储设备接收器137可以提供与能量存储设备136的可移除机械和/或电连接，从而允许用户150移除和/或更换能量存储设备136。以这种方式，能量存储设备136可以从电器170-1移除或与电器170-1集成。
在一些情况下，能量存储设备接收器137可以是可配置的和/或以其它方式允许接收具有不同特性(例如，物理尺寸、电池技术、输入电压、输出电压)的能量存储设备136。在这种情况下，能量存储设备接收器137可以包括或者自动地或者通过用户150的手动调整来适应具有多个特性中的任何特性的能量存储设备136所必需的任何部件和/或设备(例如，开关、可调整长度、可调整宽度、传感器)。在一些情况下，如下面的图5至6D中所示，能量存储设备接收器137也可从UPS 102移除。
每个可选的访问端口157是物理连接端口，用户系统155(例如，电话、计算机)和/或电器170(例如，无线电收发装置、无线路由器)可以机械地和电耦合到该物理连接端口。访问端口157可以部署在UPS 102的壳体139上、电器170-1的壳体103上或在某个其它位置。访问端口157可以具有标准配置(例如，USB端口、三相电力源插座)或特定用户系统155和/或电器170独有的配置。访问端口157可以提供多个功能中的任何功能。例如，在断电期间，访问端口157可以提供电力以给用户系统155的能量存储设备充电。在一些情况下，访问端口157也可以在正常操作条件下(不是在断电期间)提供此类功能，在这种情况下，可以由UPS 102、电力源145或电力源140向访问端口157提供电力。
用户150、电力供应器140、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1(包括传感器151和本地控制器，如果有的话)根据一个或多个示例实施例，可以使用应用接口126与UPS 102的控制器104交互。具体而言，控制器104的应用接口126从用户150、电力供应器140、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件接收数据(例如，信息、通信、指令、对固件的更新)并向其发送数据(例如，信息、通信、指令)。在某些示例实施例中，用户150、电力供应器140、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(包括其部分)可以包括用于从控制器104接收数据和向从控制器104发送数据的接口。这种接口的示例可以包括但不限于图形用户界面、触摸屏、应用编程接口、键盘、监视器、鼠标、web服务、数据协议适配器、某个其它硬件和/或软件，或其任何合适的组合。例如，参考下面的图2，控制器104可以包括具有多个I/O设备216(例如，蜂鸣器、警报器、指示灯、按钮)中的一个或多个的用户接口。
控制器104、用户150、电力供应器140、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的其余部分可以使用他们自己的系统或在某些示例实施例中共享系统。这种系统可以是或包含能够与各种软件通信的基于互联网或基于内联网的计算机系统的形式。计算机系统包括任何类型的计算设备和/或通信设备，包括但不限于控制器104。这种系统的示例可以包括但不限于具有局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网或内联网访问的台式计算机、具有LAN、WAN、互联网或内联网访问的膝上型计算机，智能电话、服务器、服务器群、安卓设备(或同等设备)、平板电脑、智能电话和个人数字助理(PDA)。这种系统可以与如下关于图2描述的计算机系统218对应。
另外，如上面所讨论的，这种系统可以具有对应的软件(例如，用户软件、传感器设备软件)。根据一些示例实施例，软件可以在相同或单独的设备(例如，服务器、大型机、台式个人计算机(PC)、膝上型计算机、PDA、电视、有线电视盒、卫星盒、信息亭、电话、移动电话或其它计算设备)上执行并且可以通过通信网络(例如，互联网、内联网、外联网、LAN、WAN或其它网络通信方法)和/或通信信道与有线和/或无线片段耦合。一个系统的软件可以是系统100内另一个系统的软件的一部分，或者单独但与另一个系统的软件结合操作。
控制器104可以是独立设备或与系统100中的另一个部件(例如，电器170-1)集成。当控制器104是独立设备时，控制器104可以包括壳体。在这种情况下，壳体可以包括形成腔体的至少一个壁。在一些情况下，壳体可以被设计为符合任何适用的标准，使得控制器104可以位于特定环境中(例如，危险环境、高温环境、高湿环境)。
控制器104的壳体可以用于容纳控制器104的一个或多个部件。例如，控制器104(在这种情况下包括控制引擎106、通信模块108、定时器110、可选的能量计量模块111、电力模块112、存储储存库130、硬件处理器120、存储器122，收发器124、应用接口126和可选的安全模块128)可以部署在由壳体形成的腔体中。在替代实施例中，控制器104的这些或其它部件中的任何一个或多个可以部署在壳体上和/或远离壳体。
存储储存库130可以是持久性存储设备(或设备的集合)，其存储用于帮助控制器104与用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或加热系统100内的电器170-1(包括其其它部件)通信的软件和数据。在一个或多个示例实施例中，存储储存库130存储一个或多个协议132、一个或多个算法133和存储的数据134。协议132可以是控制器104的控制引擎106基于某个时间点的特定条件遵循的任何过程(例如，一系列方法或逻辑步骤)和/或其它类似的操作过程。协议132可以包括用于在控制器104和用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件之间发送和/或接收数据的多种通信协议中的任何协议。
协议132可以用于有线和/或无线通信。协议132的示例可以包括但不限于Econet、Modbus、profibus、以太网和光纤。通信协议中的一种或多种可以是时间同步的协议。此类时间同步的协议的示例可以包括但不限于高速公路可寻址远程换能器(HART)协议、无线HART协议和国际自动化协会(ISA)100协议。以这种方式，通信协议中的一种或多种可以为系统100内传送的数据提供一层安全性。
算法133可以是任何公式、数学模型(例如，负载预测模型、能量消耗模型、能量定价模型)和/或操纵和/或处理数据的其它合适手段。一种或多种算法133可以用于特定协议132。在一些情况下，控制器104使用由传感器设备151和/或能量计量模块111提供的信息(例如，电流或电压测量、温度测量、流率测量)来使用一种或多种协议132和/或者一种或多种算法133生成与UPS 102相关的信息。
例如，协议132和/或算法133可以规定控制器104在断电期间何时对UPS 102中的一些或全部实现节能模式。例如，UPS 102的电力供应器138的某些部分(例如，逆变器)消耗相对大量的能量，即使在不执行逆变功能时也是如此。控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133来确定在断电期间UPS 102没有主动提供储备电力的时间，并在断电期间将此类部件置于待机模式或关闭此类部件。
这将延长UPS 102在断电期间可以提供电力的时间量，从而能够在延长的断电期间起作用。在这种情况下，控制器104可以创建和/或修改(例如，基于模式识别，基于保存为存储的数据134的历史使用信息)一种或多种协议132和/或一种或多种算法133以进一步优化UPS 102的节能。
被控制器104用于节能的一种或多种协议132和/或一种或多种算法133还可以涉及定时器110、能量计量模块111和/或传感器151中的一种或多种。例如，传感器151可以测量作为无水箱热水器测量的电器170-1的流率或温度。在这种情况下，控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133来确定测得的值是否已经超过或下降到阈值或正常值范围(存储的数据134的类型)。
作为另一个示例，如果控制器104确定(例如，基于传感器151的读数)电器170-1正在操作，那么可以遵循协议132，其中UPS 102(或其部件)操作一段固定的时间。作为又一个示例，控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133来基于能量计量模块111进行的电力测量来确定电器170-1和/或一个或多个其它电器170-N正在操作或处于待机模式。如果一个或多个电器170处于待机模式，那么控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133结合由能量计量模块111进行的电力测量来控制UPS 102的其它部件的活动。
类似地，如果UPS 102中的一些或全部在断电期间处于节能模式，那么控制器104可以遵循一种或多种协议132和/或一种或多种算法133来确定一个或多个电器170何时突然需要UPS 102操作。这一种或多种协议132和/或一种或多种算法133可以由控制器104结合定时器110、能量计量模块111和/或传感器151中的一个或多个以类似于控制器104如何识别UPS 102中的一些或全部进入待机模式的能力的方式遵循。
在一些情况下，控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133并结合能量计量模块111基于当前负载条件实时地主动调整UPS 102的功率因数。通过实时地主动调整UPS 102的功率因数，控制器104还可以优化UPS 102的性能和能效，从而扩展UPS 102在长时间断电时提供储备电力的能力，同时也延长UPS 102和UPS 102为其提供储备电力的一个或多个电器170的使用寿命。如果UPS 102还具在断电期间接合的有一个或多个访问端口157，那么控制器104的这种实时功率因数控制也可以延长插入每个访问端口157的设备(例如，用户系统155)的使用寿命。
在某些示例实施例中，电器170(例如，电器170-1)具有要求相对大起动电流以便操作的电器系统135。在这种情况下，控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133并结合能量计量模块111和/或一个或多个传感器151主动且实时地确定UPS102是否需要提供暂时的能量提升以满足电器系统135的瞬时起动需求。控制器104还可以类似地预测高需求的时段(例如，多个电器170在断电期间同时操作)并且将UPS 102的输出提升适当的量并持续适当的时间段以满足这样的高需求。
在一些情况下，控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133并结合能量计量模块111和/或一个或多个传感器151考虑市场电力成本是否应当代替地提供储备电力。换句话说，仅基于经济条件，控制器104可以使UPS 102在电力源145和电力供应器140可用但未被使用(一种类型的自愿断电)期间提供储备电力。如果来自电力源145的电力成本在一天中的某些时间或一周中的某天是固定的，那么这个信息可以是存储的数据。
如果来自电力源145的电力的成本基于当前市场条件是可变的，那么控制器104可以使用通信模块108和收发器124访问这个信息，以确定和评估市场价格。如果控制器104确定经济上允许使用来自UPS 102的储备电力而不是来自电力源145和电力供应器140的电力，那么控制器104可以使开关152操作，基本上创建关于电力源145和电力供应器140的自愿或强制断电条件。
在一些情况下，当电器170-1是热水器时，UPS 102的控制器104可以使用一种或多种协议132和/或一种或多种算法133并结合能量计量模块111和/或一个或多个传感器151(例如，温度传感器、湿度传感器)发起故障安全保护方案。具体而言，在寒冷天气中，在电力源145和电力供应器140的非自愿(意外)断电期间，控制器104可以使水从位于热水器中并连接到热水器的管道中清除。在可以由UPS 102提供的储备电力接近用完点的长时间断电期间，这个操作可以由控制器104执行。这种清除操作可以防止留在管道中的水冻结，从而潜在地造成管道破裂或以其它方式受损。
存储的数据134可以是与系统100(包括其任何部件)相关联的任何数据、由传感器设备151进行的任何测量、由定时器110测得的时间、对算法133的调整、阈值、用户偏好、默认值、先前运行或计算的算法133的结果，和/或任何其它合适的数据。这种数据可以是任何类型的数据，包括但不限于系统100的历史数据(包括其任何部件，诸如UPS 102、电器系统135和传感器设备151)、计算、基于实际数据对计算进行的调整，以及由一个或多个传感器设备151进行的测量。存储的数据134可以是历史数据、当前数据或未来数据(例如，预测)。存储的数据134可以与例如从定时器110导出的某个时间测量相关联。
存储储存库130的示例可以包括但不限于数据库(或多个数据库)、文件系统、硬盘驱动器、闪存、某种其它形式的固态数据存储装置，或其任何合适的组合。根据一些示例实施例，存储储存库130可以位于多个物理机器上，每个物理机器存储协议132、算法133和/或存储的数据134的全部或一部分。每个存储单元或设备可以物理地位于相同或不同的地理位置。
存储储存库130可以可操作地连接到控制引擎106。在一个或多个示例实施例中，控制引擎106包括与系统100中的用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(包括其部分)通信的功能。更具体而言，控制引擎106向存储储存库130发送信息和/或从其接收信息以便与用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件通信。如下面所讨论的，在某些示例实施例中，存储储存库130还可以可操作地连接到通信模块108。
在某些示例实施例中，控制器104的控制引擎106控制控制器104的一个或多个部件(例如，通信模块108、定时器110、收发器124)的操作。例如，除了以上关于算法133和协议132提供的示例之外，当通信模块108处于“睡眠”模式并且当需要通信模块108发送从系统100中的另一个部件(例如，开关156、传感器151、用户150)接收的数据时，控制引擎106可以激活通信模块108。
作为另一个示例，控制引擎106可以使用定时器110获取当前时间。定时器110可以使控制器104能够控制电器170-1的其它部件和/或另一个电器170-N。作为又一个示例，控制引擎106可以指示传感器151测量参数(例如，温度、流率)并且通过回复将测量发送到控制引擎106。在某些示例实施例中，控制器104可以与系统100中的另一个电器170-N的控制器通信(例如，向其提供输入、从其接收输入)并且在一些情况下控制和/或向其提供电力。
控制引擎106可以被配置为执行多个功能，这些功能帮助控制器104在特定时间点做出与电器170-1相关的确定(估计)。例如，控制引擎106可以执行存储在存储储存库130中的任何协议132和/或算法133，并使用那些协议132和/或算法133的结果来控制电器170-N并向用户150传送电器170-1的状态和/或操作。作为另一个示例，控制器104的控制引擎106可以基于由能量计量模块111进行的测量、由一个或多个传感器151进行的测量、算法133和/或协议132的结果或某种其它因素来确定断电(无论是自愿的还是非自愿的)何时已经发生或应当发生。可替代地，控制器104可以从另一个部件(例如，电器系统135)接收已经发生断电的指令，并基于该通信遵循适当的协议132。
当操作参数(例如，UPS 102中剩余的储备电力的量、由温度传感器158读取的温度)超过或低于阈值(换句话说，落在可接受的值范围之外)时，控制引擎106可以生成警报或某种其它形式的通信。控制引擎106还可以跟踪由传感器设备151进行的测量并且确定电器170-1的某个其它部件或，更一般地，系统100的可能的当前或未来故障。控制引擎106可以连续地、周期性地、在特定时间间隔期间或随机地执行其评估功能和结果产生的动作。另外，控制引擎106可以针对当前时间或未来一段时间执行其评估和操作功能。
控制引擎106可以向用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(包括其部分)提供电力、控制、通信和/或其它类似信号。类似地，控制引擎106可以从用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件接收电力、控制、通信和/或其它类似信号。控制引擎106可以自动地(例如，基于存储在存储储存库130中的一种或多种算法133)和/或基于通过信号传送链路105和/或电力传送链路185从另一个设备接收的电力、控制、通信和/或其它类似信号来控制每个传感器151和系统100中的/或其它部件。控制引擎106可以包括印刷电路板，硬件处理器120和/或控制器104的一个或多个分立部件定位在该印刷电路板上。
在某些实施例中，控制器104的控制引擎106可以与系统100外部的系统的一个或多个部件(例如，网络管理器)通信。例如，控制引擎106可以通过订购部件(例如，传感器设备151)来替换控制引擎106已经确定已经发生故障或正在发生故障的传感器设备151来与库存管理系统交互。作为另一个示例，当控制引擎106确定电器170要求维护或更换时，控制引擎106可以通过调度维护人员修理或更换系统100的电器170(或其部件)来与劳动力调度系统交互。以这种方式，控制器104能够执行超出可以合理地被认为是例行任务的许多功能。
在某些示例实施例中，控制引擎106可以包括使控制引擎106能够与系统100的一个或多个部件(例如，用户150、开关152)通信的接口。例如，如果用户150在IEC标准62386下操作，那么用户150可以具有串行通信接口，该串行通信接口将传送由传感器151测得的数据(例如，存储的数据134)。在这种情况下，控制引擎106还可以包括串行接口以启用与用户150的通信。这种接口可以结合或独立于用于在控制器104和用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)之间进行通信的协议132来操作。
控制引擎106(或控制器104的其它部件)还可以包括一个或多个硬件部件(例如，外围设备)和/或软件元件以执行其功能。此类部件可以包括但不限于通用异步接收器/发送器(UART)、串行外围接口(SPI)、模数转换器、内部集成电路(I2C)和脉宽调制器(PWM)。
控制器104的通信模块108实现当控制引擎106与用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)通信(例如，向其发送信号，从其接收信号)时使用的通信协议(例如，来自存储储存库130的协议132)。在一些情况下，通信模块108访问存储的数据134以确定使用哪种通信协议与和某些存储的数据134相关联的传感器151通信。此外，通信模块108可以解释由控制器104接收到的通信的通信协议，从而控制引擎106可以解释该通信。
通信模块108可以在电力源135、网络管理器180、其它电器170-N、电器170-1的某个其它部件(或其部分)和/或用户150和控制器104之间发送和接收数据。通信模块108可以以遵循特定协议132的给定格式发送和/或接收数据。控制引擎106可以使用存储在存储储存库130中的协议132信息来解释从通信模块108接收的数据包。通信模块108还可以通过将数据转换成数据接收者能够理解的格式来促进控制引擎106、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N、电器170-1的某个其它部件和用户150之间的数据传送。
通信模块108可以直接向存储储存库130发送数据(例如，协议132、算法133、存储的数据134、操作信息、警报)和/或直接从存储储存库130检索数据。可替代地，控制引擎106可以促进通信模块108和存储储存库130之间的数据传送。通信模块108还可以提供对由控制器104发送的数据的加密，并提供对由控制器104接收的数据的解密。通信模块108还可以提供关于从控制器104发送和由控制器104接收的数据的多种其它服务中的一种或多种。此类服务可以包括但不限于数据包路由信息和在数据中断的情况下遵循的过程。
控制器104的定时器110可以跟踪时钟时间、时间的间隔、时间的量和/或时间的任何其它测量。定时器110还可以对事件发生的次数进行计数，无论是否与时间有关。可替代地，控制引擎106可以执行计数功能。定时器110能够并发地跟踪多个时间测量。定时器110可以基于从控制引擎106接收的指令、基于从用户150接收的指令、基于在用于控制器104的软件中编程的指令、基于某种其它条件或来自一些其它部件或来自它们的任何组合跟踪时间段。
定时器110可以被配置为使用例如超级电容器或备用电池在没有电力传递到控制器104(例如，电力模块112故障)时跟踪时间。在这种情况下，当恢复向控制器104供电时，定时器110可以将时间的任何方面传送到控制器104。在这种情况下，定时器110可以包括多个部件(例如，超级电容器、集成电路)中的一个或多个以执行这些功能。
控制器104的电力模块112向控制器104的一个或多个其它部件(例如，定时器110、控制引擎106)提供电力。此外，在某些示例实施例中，电力模块112可以向电器170-1的一个或多个部件(例如，电器系统135、传感器151、开关152)提供电力。电力模块112可以包括多个单个或多个分立部件(例如，晶体管、二极管、电阻器)和/或微处理器中的一个或多个。电力模块112可以包括印刷电路板，微处理器和/或一个或多个分立部件定位在该印刷电路板上。在一些情况下，电力模块112可以包括允许电力模块112测量传递到电力模块112和/或从电力模块112发送的电力的一个或多个元素(例如，电压、电流)的一个或多个部件。可替代地，控制器104可以包括电力计量模块(未示出并且与电力计量模块111分离)以测量流入、流出和/或控制器104内的电力的一个或多个元素。
电力模块112可以包括从电力供应器140、电力源145和/或能量存储设备136接收电力(例如，通过电缆)的一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)，并且生成可以由控制器104的其它部件和/或由电器170-1的其它部件使用的类型(例如，AC、DC)和级别(例如，12V、24V、120V)的电力。在一些情况下，电力模块112可以使用闭合的控制回路在输出端处以严格的容差维持预配置的电压或电流。电力模块112还可以保护控制器104中的电子器件的其余部分(例如，硬件处理器120、收发器124)免受线路中生成的浪涌的影响。
此外，或在替代方案中，电力模块112本身可以是电力来源以向控制器104的其它部件提供信号。例如，电力模块112可以是电池(例如，可以是能量存储设备136的一部分)。作为另一个示例，电力模块112可以是局部光伏电力系统。在某些示例实施例中，控制器104的电力模块112还可以直接或间接地向传感器设备151中的一个或多个提供电力和/或控制信号。在这种情况下，控制引擎106可以将由电力模块112生成的电力引导至传感器设备151中的一个或多个。以这种方式，当传感器设备151需要电力时，可以通过向传感器设备151发送电力来节省电力，如由控制引擎106所确定的。
控制器104的能量计量模块111可以在与电器170-1相关联的一个或多个点(例如，电力供应器140的输出端)处测量电力的一个或多个分量(例如，电流、电压、电阻、VAR、瓦特)。能量计量模块111可以包括多种测量设备和相关设备中的任一种，包括但不限于电压表、电流表、功率表、欧姆表、电流互感器、电压互感器和电气布线。能量计量模块111可以基于事件的发生、基于从控制模块106接收的命令和/或基于某个其它因素连续地、周期性地测量电力的分量。
控制器104的硬件处理器120根据一个或多个示例实施例执行软件、算法133和固件。具体而言，硬件处理器120可以执行控制引擎106或控制器104的任何其它部分上的软件，以及由用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)使用的软件。在一个或多个示例实施例中，硬件处理器120可以是集成电路、中央处理单元、多核处理芯片、SoC、包括多个多核处理芯片的多芯片模块，或其它硬件处理器。硬件处理器120还有其它名称，包括但不限于计算机处理器、微处理器和多核处理器。
在一个或多个示例实施例中，硬件处理器120执行存储在存储器122中的软件指令。存储器122包括一个或多个高速缓存存储器、主存储器和/或任何其它合适类型的存储器。存储器122可以包括易失性和/或非易失性存储器。根据一些示例实施例，存储器122相对于硬件处理器120离散地位于控制器104内。在某些配置中，存储器122可以与硬件处理器120集成。
在某些示例实施例中，控制器104不包括硬件处理器120。在这种情况下，作为示例，控制器104可以包括一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和一个或多个集成电路(IC)。使用FPGA、IGBT、IC和/或本领域已知的其它类似设备允许控制器104(或其部分)可编程并根据某些逻辑规则和阈值起作用，而无需使用硬件处理器。可替代地，FPGA、IGBT、IC和/或类似设备可以与一个或多个硬件处理器120结合使用。
控制器104的收发器124可以发送和/或接收控制和/或通信信号。具体而言，收发器124可以被用于在控制器104和用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)之间传送数据。收发器124可以使用有线和/或无线技术。收发器124可以以使得由收发器124发送和/或接收的控制和/或通信信号可以被作为用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)的一部分的另一个收发器接收和/或发送的方式被配置。收发器124可以使用多种信号类型中的任何一种，包括但不限于射频信号。
当收发器124使用无线技术时，收发器124可以使用任何类型的无线技术来发送和接收信号。此类无线技术可以包括但不限于Wi-Fi、可见光通信、Zigbee、移动应用、文本/电子邮件消息、蜂窝网络、低功耗蓝牙和蓝牙。当发送和/或接收信号时，收发器124可以使用任何数量的合适的通信协议(例如，ISA100、HART)中的一种或多种。此类通信协议可以存储在存储储存库130的协议132中。另外，用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)的任何收发器信息可以是存储储存库130的存储的数据134(或类似区域)的一部分。
可选地，在一个或多个示例实施例中，安全模块128保护控制器104、用户150、电力源135、网络管理器180、其它电器170-N和/或电器170-1的某个其它部件(或其部分)之间的交互。更具体而言，安全模块128基于验证通信的源的身份的安全密钥来认证来自软件的通信。例如，用户软件可以与使用户150的软件能够与控制器104和/或传感器151交互的安全密钥相关联。另外，在一些示例实施例中，安全模块128可以限制信息的接收、对信息的请求和/或对信息的访问。
图2图示了计算设备218的一个实施例，该计算设备218实现本文描述的各种技术中的一种或多种，并且其全部或部分地代表根据某些示例实施例在本文描述的元素。例如，计算设备218可以以硬件处理器120、存储器122和存储储存库130等部件的形式在图1A和1B的UPS 102中实现。计算设备218是计算设备的一个示例并且不旨在暗示对计算设备的使用范围或功能和/或其可能的体系架构的任何限制。也不应当将计算设备218解释为具有与示例计算设备218中所示的任何一个部件或其组合相关的任何依赖性或要求。
计算设备218包括一个或多个处理器或处理单元214、一个或多个存储器/存储部件215、一个或多个输入/输出(I/O)设备216以及允许各种部件和设备彼此通信的总线217。总线217表示几种类型的总线结构中的任何一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口以及处理器或使用各种总线体系架构中的任何一种的本地总线。总线217包括有线和/或无线总线。
存储器/存储部件215表示一个或多个计算机存储介质。存储器/存储部件215包括易失性介质(诸如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性介质(诸如只读存储器(ROM)、闪存、光盘、磁盘等)。存储器/存储部件215包括固定介质(例如，RAM、ROM、固定硬盘驱动器等)以及可移动介质(例如，闪存驱动器、可移动硬盘驱动器、光盘等)。
一个或多个I/O设备216允许客户、公用事业或其他用户向计算设备218输入命令和信息，并且还允许将信息呈现给客户、公用事业或其他用户和/或其它部件或设备。输入设备的示例包括但不限于键盘、光标控制设备(例如，鼠标)、麦克风、触摸屏和扫描仪。输出设备的示例包括但不限于显示设备(例如，监视器或投影仪)、扬声器、到照明网络的输出(例如，DMX卡)、打印机和网卡。
本文在软件或程序模块的一般上下文中描述了各种技术。一般而言，软件包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。这些模块和技术的实施方式存储在某种形式的计算机可读介质上或通过某种形式的计算机可读介质传输。计算机可读介质是计算设备可访问的任何可用的一种或多种非暂态介质。作为示例而非限制，计算机可读介质包括“计算机存储介质”。
“计算机存储介质”和“计算机可读介质”包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于计算机可记录介质(诸如RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术)，或用于存储期望信息且可由计算机访问的任何其它介质。
根据一些示例实施例，计算机设备218经由网络接口连接(未示出)连接到网络(未示出)(例如，LAN、WAN(诸如互联网、云或任何其它类似类型的网络))。本领域技术人员将认识到的是，存在许多不同类型的计算机系统(例如，台式计算机、膝上型计算机、个人媒体设备、移动设备(诸如蜂窝电话或个人数字助理)，或能够执行计算机可读指令的任何其它计算系统)，并且在其它示例实施例中，上面提到的输入和输出单元采用现在已知或以后开发的其它形式。一般而言，计算机系统218至少包括实践一个或多个实施例所必需的最少处理、输入和/或输出单元。
另外，本领域技术人员将认识到的是，在某些示例实施例中，上面提到的计算机设备218的一个或多个元件可以位于远程位置并且通过网络连接到其它元件。另外，一个或多个实施例在具有一个或多个节点的分布式系统上实现，其中实施方式的每一部分(例如，控制引擎106)位于分布式系统内的不同节点上。在一个或多个实施例中，节点与计算机系统对应。可替代地，在一些示例实施例中，节点与具有相关联的物理存储器的处理器对应。在一些示例实施例中，节点可替代地与具有共享存储器和/或资源的处理器对应。
图3示出了根据某些示例实施例的无水箱热水器形式的电器370的示意图。参考图1A至3，图3的无水箱热水器370可以具有与图1A和1B的电器170-1基本相似的多个特征和/或部件。例如，图3的无水箱热水器370可以包括UPS 302(包括控制器)、流量传感器351-1、温度传感器351-2、多个信号传送链路305和多个电力传送链路385，其可以与图1A和1B的电器170-1的对应部件基本相似。信号传送链路305和电力传送链路385中的一些通过导管348被传递到热水器370，并且燃料(例如，天然气、丙烷)通过阀352-2使用管349被传递到点火器341。
图3的无水箱热水器370还包括多个其它部件(一般被认为是电器系统(诸如图1A的电器系统135)的一部分)。在这个示例中，那些其它部件中的一些包括入口管307、出口管309、入口配件367、出口配件368和多个阀352(在这种情况下，阀352-1和阀352-2)。图3的无水箱热水器370中还包括点火器341(有时也称为燃烧器341)、空气移动设备342、热交换器343和通风口364。在任何类型的断电(例如，自愿的、非自愿的)状况期间，无水箱热水器370的一个或多个部件可以由UPS 302的控制器控制。无水箱热水器370的点火器341可以是火焰或其它热源，当检测到对热水的需求(如在断电期间由UPS 302的控制模块确定)时被点燃或以其它方式发起。
空气移动设备342可以被用于将由点火器341生成的热量朝着热交换器343指引。空气移动设备342可以是风扇、鼓风机和/或可以将由点火器341生成的热量推向热交换器343的任何其它设备。具体而言，在这种情况下，空气移动设备342迫使由点火器341生成的热量进入热交换器343的腔体346。空气移动设备342可以具有一种或多种离散速度，或可以具有可变速度。当点火器操作时，空气移动设备342可以操作。在断电期间，空气移动设备342可以被自动控制或由UPS 302的控制器控制。
热交换器343可以包括一个或多个盘管344，其形成贯穿由热交换器343的一个或多个壁345形成的腔体346的一些或全部的形状(例如，蛇形、螺旋形)。不管配置如何，盘管344都被设计为具有大表面积，当热量通过盘管344时，该表面积暴露于由点火器341生成的热量。盘管344可以由导热材料(例如，铝、铜)制成，从而可以由盘管344吸收热量。热交换器343还可以包括延伸穿过热交换器343的顶部和热水器360的顶壁366的通风口364。通风口364允许来自点火器341的废气安全地排放到周围环境中。热交换器343以及无水箱热水器370的其它部件可以部署在由无水箱热水器370的壳体303(由一个或多个壁制成)形成的腔体365内。
盘管344填充有在其中循环的水。盘管344的一端耦合到入口管307，从而接收未加热的水。当水循环通过盘管344时，它继续吸收盘管344从点火器341吸收的热量。盘管344中的水可以使用泵、重力、压差和/或用于循环水的任何其它方法来循环。当水到达热交换器343的盘管344的另一端时，水已经吸收了足够的热量成为热水。热交换器343的盘管344的另一端耦合到出口管309，其将热水传递到热水需求和/或另一个热水器，如下所述。
图3的无水箱热水器370只是如何配置这种电器的一个示例。无水箱热水器370的许多其它部件和/或配置，无论是现在已知的还是将来开发的，都可以用在示例系统中。类似地，无水箱热水器370的其余部分的部件和/或配置，无论是现在已知的还是将来开发的，都可以用于示例系统中。
图4示出了根据某些示例实施例的无水箱热水器形式的电器470。参考图1A至4，电器470具有与上述壳体(例如，壳体103、壳体303)基本相似的壳体403。在这种情况下，电器470最初没有UPS 402，因此UPS 402已经作为附件集成到电器470的壳体403中。换句话说，电器470的壳体403已经被改装以容纳UPS 402。具体而言，如图4所示，UPS 402的壳体439耦合到电器470的壳体403。
图4中所示的这个示例实施例可以以多种方式中的一种或多种方式执行。例如，电器470的壳体403的原始前面板可以由用户(例如，用户150)替换为具有多个电气和/或机械耦合特征中的一个或多个的新前面板，其补充部署在UPS 402的壳体439的背面上的对应电气和/或机械耦合特征。以这种方式，原始电器470可以以最少的努力改装为包括示例UPS402。
图5示出了根据某些示例实施例的另一种无水箱热水器形式的电器570。图6A-6D示出了根据某些示例实施例的图5的UPS 502的各种视图。具体而言，图6A示出了UPS 502的前视图。图6B示出了UPS 502的底视图。图6C示出了UPS 502的侧视图。图6D示出了UPS 502的前侧透视图，其中壳体539的前盖被移除。参考图1A至6D，图5的电器570包括壳体503，该壳体503具有部署在其中(在这种情况下，在前面板上)的至少一个耦合特征(例如，孔、固定夹)。这些耦合特征被隐藏不被UPS 502看到。
在一些情况下，部署在电器570的壳体503上的耦合特征可以在壳体503上的某个其它位置(例如，底部、侧面、顶部)。壳体503可以制造成具有此类耦合特征。可替代地，如图4中的情况，壳体503可以被改装以容纳作为附加特征的UPS 502。
图5至6D的UPS 502可以是整个UPS 502或UPS 502的一部分。在后一种情况下，UPS502的其余部分可以部署在由电器570的壳体503形成的腔体内。在前一种情况下，诸如控制器(例如，控制器104)之类的部件可以部署在UPS 502的壳体539内。在某些示例实施例中，UPS 502的壳体539的一部分(例如，后壁、前面板)可以是可移动的或可移除的以允许接近12个能量存储设备636(在这种情况下，电池)。UPS 502的壳体539的内表面可以包括一个或多个能量存储设备接收器637(例如，狭缝、突起、凹陷)以在特定位置和朝向接收能量存储设备636。
此外，UPS 502可以从电器570的壳体503物理移除。在这种情况下，UPS 502的壳体539可以包括一个或多个特征以允许相对于电器570的壳体503移除和重新插入UPS 502。例如，如图5、6A和6C中所示，UPS 502的壳体539的前面板可以包括一个或多个耦合特征658，其允许UPS 502耦合到电器570的壳体503和从其分离。在这种情况下，存在两个完全相同配置的耦合特征658，其中耦合特征658-1和耦合特征658-2部署在UPS 502的壳体539的前面板的相对侧上。每个耦合特征658包括可压下的凸片，该凸片耦合到(在默认状态下)部署在电器570的壳体503上的互补耦合特征和从其解耦(当被压下时)。
此外，UPS 502的壳体539的两个侧壁的外表面包括沿着侧壁的大部分长度朝着侧壁的底部部署的突起659(另一种类型的耦合特征)。这些突起659具有允许突起659在部署在电器570的壳体503上和/或内的互补狭缝内滑动以允许UPS 502相对于电器570的壳体503滑入和滑出的尺寸、形状和位置。此类突起659还可以被用于确保UPS 502在耦合到设备570的其余部分时正确定向。图6A-6D的UPS 502的突起659只是各种配置的耦合特征可以用于执行诸如将UPS 502耦合到电器570的壳体503、将UPS 502从电器570的壳体503解耦以及相对于电器570的壳体503适当地定向UPS 502之类的功能的多种方式的一个示例。
图7示出了根据某些示例实施例的用于从UPS向电器提供储备电力的方法779的流程图。虽然这个流程图中的各个步骤是按顺序呈现和描述的，但本领域普通技术人员将认识到的是，这些步骤中的一些或全部可以以不同的次序执行、组合或省略，并且这些步骤中的一些或全部可以并行执行，这取决于示例实施例。另外，在一个或多个示例实施例中，以下描述的一个或多个步骤可以被省略、重复和/或以不同的次序执行。例如，优化水加热系统的处理可以是连续处理，因此图7中所示的“开始”和“结束”步骤可以仅表示连续处理中特定系列步骤的开始和结束。
此外，本领域普通技术人员将认识到的是，在某些示例实施例中，在执行这些方法时可以包括图7中未示出的附加步骤。因而，步骤的具体布置不应当被解释为限制范围。此外，例如在上面的图2中所描述的特定计算设备可以被用于执行以下在某些示例实施例中描述的方法的一个或多个步骤。对于下面描述的方法，除非另外特别说明，对控制器(例如，控制器104)执行某些功能的描述可以应用于控制器的控制引擎(例如，控制引擎106)。
为清楚起见，关于这些方法步骤描述的控制器可以在执行上述和下面图7的方法中描述的功能的同时控制UPS(例如，UPS 102)的其它方面。例如，控制器可以独立于或结合本文描述的功能来执行能量管理功能(诸如上述那些)。
参考图1A-7，图7的示例方法779在“开始”步骤开始并前进到步骤781，在那里在正常操作期间存储储备电力。可以使用从电力源145和/或电力供应器140接收的电力将储备电力存储在一个或多个能量存储设备136中。可以由控制器104提供对存储的电力的量、存储电力的速率以及与这个步骤781相关联的任何其它相关因素的控制。如以上所讨论的，正常操作可以是不存在电力源145和/或电力供应器140的自愿或非自愿断电的任何时间。
在步骤782中，确定正常操作已经结束并且断电开始。断电可以是自愿断电(例如，出于经济原因进行)或非自愿断电(例如，来自电力源145和/或电力供应器140的电力损失)。该确定可以由UPS 102的控制器104做出。在这种情况下，控制器104可以基于例如由能量计量模块111进行的测量、由一个或多个传感器151进行的测量、算法133和/或协议132的结果和/或某种其它因素做出确定。可替代地，控制器104可以从另一个部件(例如，电器系统135的控制器、开关152的操作)接收已经发生断电的通信，并基于那个通信遵循适当的协议132。
在步骤783中，储备电力通过开关152被传递到电器系统135。具体而言，控制器104控制从一个或多个能量存储设备136中释放流向开关152的储备电力。由于开关152相对于UPS 102处于闭合位置，因此储备电力通过开关152流向电器系统135。在一些情况下，储备电力首先流经UPS 102的电力供应器138，使得储备电力的类型和水平足以供电器系统135消耗。在一些情况下，控制器104控制开关152的位置，使得储备电力可以流过。在其它情况下，电器170的某个其它部件控制开关152的位置。
在步骤784中，确定断电已经结束并且正常操作已经恢复。该确定可以由UPS 102的控制器104做出。在这种情况下，控制器104可以基于例如由能量计量模块111进行的测量、由一个或多个传感器151进行的测量、算法133和/或协议132的结果和/或某种其它因素做出确定。可替代地，控制器104可以从另一个部件(例如，电器系统135的控制器、开关152的操作)接收断电已经结束的通信并且基于该通信遵循适当的协议132。在一些情况下，控制器104控制开关152的位置，使得当恢复正常操作时储备电力不再能流过其中。在其它情况下，电器170的某个其它部件控制开关152的位置。
在步骤786中，在恢复的正常操作期间再次存储储备电力。可以使用从电力源145和/或电力供应器140接收的电力将储备电力存储在一个或多个能量存储设备136中。可以由控制器104提供对存储的电力的量、存储电力的速率以及与这个步骤781相关联的任何其它相关因素的控制。如以上所讨论的，正常操作可以是不存在电力源145和/或电力供应器140的自愿或非自愿断电的任何时间。一旦步骤786完成方法779就可以在“结束”步骤结束。可替代地，当步骤786完成时，方法779可以恢复到先前描述的步骤之一(例如，步骤782)。
示例实施例提供了一种与电器集成的UPS，以在任何类型的断电期间提供储备电力。示例实施例可以在制造时或作为对电器的售后修改与电器集成。示例实施例可以在断电期间使用由一个或多个传感器进行的测量来增强UPS和/或电器的性能，以提供诸如能量效率、延长的使用寿命和更高效的资源分配等益处。在一些情况下，电器的UPS还可以在断电期间为一个或多个其它电器提供储备电力和控制。示例UPS可以是可配置和可扩展的，接受多种尺寸、形状、电压容量和技术的能量存储设备(例如，电池)。
虽然本文描述的实施例是参考示例实施例做出的，但是本领域技术人员应当认识到的是，各种修改都在本公开的范围和精神内。本领域技术人员将认识到的是，本文描述的示例实施例不限于任何具体讨论的应用，并且本文描述的实施例是说明性的而非限制性的。根据示例实施例的描述，其中所示元件的等同物将向本领域技术人员暗示，并且使用本公开构造其它实施例的方式将向本领域的从业者暗示。因此，示例实施例的范围在本文不受限制。

Claims (20)

1.一种热水器，包括：
壳体；
加热系统，部署在所述壳体内，其中加热系统被配置为加热流体；
开关，耦合到加热系统，其中开关在正常操作期间的第一位置和断电期间的第二位置之间操作；
主电力源，耦合到开关，其中主电力源被配置为在正常操作期间通过开关向加热系统提供主电力；以及
不间断电力供应器UPS，耦合到开关，其中UPS被配置为在断电期间通过开关向加热系统提供储备电力，
其中UPS与所述壳体集成在一起。
2.如权利要求1所述的热水器，其中UPS包括耦合到至少一个能量存储设备接收器的至少一个能量存储设备，其中在断电期间所述至少一个能量存储设备被配置为生成储备电力并将其传递到加热系统。
3.如权利要求2所述的热水器，其中所述至少一个能量存储设备是可再充电的，其中所述至少一个能量存储设备使用来自主电力源的主电力充电。
4.如权利要求2所述的热水器，其中所述至少一个能量存储设备可从所述至少一个能量存储设备接收器移除。
5.如权利要求4所述的热水器，其中所述至少一个能量存储设备可从所述至少一个能量存储设备接收器移除。
6.如权利要求5所述的热水器，其中所述至少一个能量存储设备具有第一特性，其中所述至少一个能量存储设备被具有第二特性的至少一个替代能量存储设备代替。
7.如权利要求6所述的热水器，其中第一特性包括第一形状、第一尺寸、第一容量和第一电池化学性质中的至少一个，并且其中第二特性包括第二形状、第二尺寸、第二容量和第二电池化学性质中的至少一个。
8.如权利要求1所述的热水器，还包括：
连接端口，部署在所述壳体中，其中UPS耦合到连接端口，其中UPS还被配置为在断电期间向连接端口提供储备电力。
9.如权利要求8所述的热水器，其中连接端口是USB端口。
10.如权利要求8所述的热水器，其中连接端口是三相120VAC插座。
11.如权利要求1所述的热水器，其中UPS包括控制器，其中控制器被配置为监视能量消耗并基于能量消耗来控制UPS。
12.如权利要求11所述的热水器，其中控制器还被配置为与传感器通信，其中控制器基于由传感器进行的测量来控制UPS。
13.如权利要求11所述的热水器，其中UPS还包括耦合到控制器的能量计量模块，其中控制器被配置为基于由所述能量计量模块进行的测量来确定UPS是处于操作模式还是待机模式。
14.如权利要求1所述的热水器，其中UPS还被配置为在断电期间向至少一个外部电器提供储备电力。
15.如权利要求1所述的热水器，其中UPS部署在包括至少一个第一耦合特征的UPS壳体中，其中UPS壳体的所述至少一个第一耦合特征可分离地耦合到部署在所述壳体上的至少一个第二耦合特征，其中在断电期间当UPS壳体耦合到所述壳体时，UPS向加热系统供应储备电力。
16.如权利要求1所述的热水器，其中UPS还包括向用户通知正在发生断电的通信模块。
17.如权利要求1所述的热水器，其中UPS还包括通信模块，其允许用户在断电期间控制UPS的操作。
18.一种电器，包括：
壳体；
电器系统，至少部分地部署在所述壳体内，其中电器系统被配置为执行电器被设计所针对的功能；
开关，耦合到电器系统，其中开关在正常操作期间的第一位置和断电期间的第二位置之间操作；
主电力源，耦合到开关，其中主电力源被配置为在正常操作期间通过开关向电器系统提供主电力；以及
不间断电力供应器UPS，耦合到开关，其中UPS被配置为在断电期间通过开关向电器系统提供储备电力；
其中UPS与所述壳体集成在一起。
19.如权利要求18所述的电器，其中电器系统包括加热系统，并且其中电器包括无水箱热水器。
20.一种通过不间断电力供应器UPS向无水箱热水器提供储备电力的方法，该方法包括：
在无水箱热水器的正常操作期间由UPS存储储备电力；
接收表示正常操作结束并且断电正在开始的第一信号；
由UPS通过开关将储备电力传递到无水箱热水器的加热系统，其中当接收到第一信号时，开关闭合以允许储备电力流向加热系统；
接收表示断电结束并且正常操作正在恢复的第二信号；以及
在正常操作期间由UPS恢复存储储备电力，其中在正常操作期间开关打开，以防止UPS在正常操作期间向加热系统传递储备电力。
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