电气负载管理系统及方法
【专利说明】电气负载管理系统及方法
[0001 ] 本申请为分案申请，其原申请是于2012年12月28日(国际申请日为2011年6月30日)向中国专利局提交的专利申请，申请号为201180032283.2，发明名称为“电气负载管理系统及方法”。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2010年6月30日提交的N0.61/360，277美国临时申请及于2010年9月15日提交的N0.61/383，224美国临时申请的权益，在此通过引用将这两篇申请的全部内容并入本文。
技术领域
[0004]本发明的实施例总体上涉及电气负载的管理，更具体地涉及对要求比能够从公共电源中获得的电力更多的电力的电气设备的负载管理。
【背景技术】
[0005]存在很多示例，其中多个电气负载被连接至单个公共电源并且由该单个公共电源供电。该公共电源可以被设计成向所有电气负载提供充足的电力，以确保每个负载均被充分地供电。
[0006]但是在某些情况下，可能期望从供应对于向所有电气负载充足地供电来说不足够的电力的电源来为一些电气负载提供电力。要求比可获得的电力更多的电力可能在一些情况下导致设备性能不足，以及或者除此之外，激活该电源内置的保护电路。例如，可能由于跳闸的断路器、引起电源电压折返的过流或限流电路、或者将分配的电力限制为已知可接受的水平而不超过可获得的电源电力的其它方法，而导致过载。保护特征的激活会导致到达需要供电的电气负载的电力减少或者为零。因此，附接到电源的负载的功能可能减小或失效。
[0007]源电力可能受限于多种原因，该多种原因包括例如配线尺寸、断路器的限制、国家电气规程和国际电气规程(Nat1nal and Internat1nal ElectricalCodes)、谐波电流的发展、车辆电气功率的限制、或者源于目前可获得的可替代能源(诸如太阳能或风能)的限制。
[0008]可能受到这些类型的限制的结构的一个示例是笔记本电脑或者膝上型电脑的充电柜或充电站。存在同时使用多个膝上型电脑的很多场合。例如，出于教育目的，在教室中广泛使用多个膝上型电脑。在很多情况下，在教室中同时使用10-40个笔记本电脑。典型的膝上型电脑柜为具有用于搁放膝上型电脑的搁架以及用于充电和/或使用膝上型电脑的电力连接器和/或通讯连接器的橱柜。
[0009]在很多情况下，同时充电和/或使用大量笔记本电脑所需要的功耗可能超出国家电气规程和外国类似规程对交流(AC)线路电压提出的限制。这种功耗也常常超出直流(DC)电源的能力，其中该直流电源为直接给笔记本电脑的电池充电的电子器件提供大的充电电流。已知的充电方法需要用户手动在笔记本电脑或电池的组之间切换电力以将峰值电流汲取保持在物理配置的限制以内。如果计算机柜或充电站中设有辅助的电力输出装置，已知的方法还要求用户手动接通待供电的外部设备，同时切断内部设备。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种电气负载管理系统，其用于在若干电气负载之间切换电力。负载管理系统包括将负载管理系统与公共电源耦接的电力输入端，以及与多个电气负载耦接的多个电力输出端。若干个开关将电力输入端与电力输出端耦接。电流传感器与电力输出端耦接，并且感测由电力输出端中的一个或多个汲取的电流。控制器与开关和电流传感器耦接，并且被配置成测量由各个电力输出端和相应的电气负载汲取的电流。控制器还基于针对系统确定的开关电流限制和电气负载的测量电流将电力输出端和电气负载分组成一个或多个负载组。对负载组进行限定使得各负载组中的电气负载电流的总和不超出开关电流限制。控制器还被配置成根据供电序列来激活开关以将来自公共电源的电力施加给负载组。
[0011]本发明的另一方面提供了一种用于将电力分配给电气负载的方法。该方法包括测量由经由负载管理系统与公共电源耦接的若干个电气负载中的每一个汲取的电流。根据开关电流限制和电气负载的测量电流将电气负载分组成一个或多个负载组。对该分组进行配置，使得对于每个负载组，负载组中的电气负载的测量电流的总和不超出开关电流限制。该方法还包括根据供电序列通过将提供给每个负载组的电力进行切换来将来自公共电源的电力施加给负载组。
[0012]本发明的另一方面提供对充电站的电气负载的管理。该充电站包括被配置成将充电站与公共电源耦接的电力输入端，以及被配置成将充电站与若干个电气负载耦接以进行充电的多个开关式(switched)电力输出端。充电站还包括若干个开关，若干个开关耦接于电力输入端和开关式电力输出端之间以将来自公共电源的电力施加给开关式电力输出端。电流传感器与开关式电力输出端耦接以检测由开关式电力输出端中的一个或多个所汲取的电流。在一个实施例中，可选的非开关式(un-switched)电力输出端与电力输入端親接，并且被配置成将充电站与非开关式电气负载耦接，同时与非开关式输出端耦接的第二电流传感器感测由非开关式电力输出端汲取的电流。在两个实施例中，充电系统包括与开关、第一电流传感器以及可选的第二电流传感器耦接的控制器。控制器利用第一电流传感器测量由分别与开关式电力输出端耦接的各个电气负载汲取的电流。在测量电流之后，控制器基于开关电流限制和电气负载的测量电流将开关式电力输出端以及相应的电气负载分组成一个或多个负载组，使得对于每个负载组，负载组中的电气负载的测量电流的总和不超出开关电流限制。控制器还被配置成根据供电序列激活开关以将来自公共电源的电力施加给负载组。在一些情况下，控制器被配置成基于由可选的非开关式电力输出端汲取的电流和/或公共电源的电流限制来确定开关电流限制。
[0013]通过阅读下列详细描述，这些和各种其它的特征和优点将变得清楚。
【附图说明】
[0014]下面的附图是对本发明特定实施例的说明，并且因此不限制本发明的范围。这些附图不按比例的(除非声明是按比例的)，并且旨在与下列详细描述中的解释一同使用。下面将结合附图(其中类似的数字指示类似的元件)对本发明的实施例进行描述。
[0015]图1是对根据本发明实施例的负载管理系统的多个功能进行说明的高层次图示；
[0016]图2是根据本发明实施例的负载管理系统的高层次示意图；
[0017]图3为流程图，其说明了根据本发明实施例的用于将电力施加给若干个非开关式电力设备和开关式电力设备的方法；
[0018]图4是用于根据本发明实施例的负载管理系统的指示器面板的图示；
[0019]图5A是根据本发明实施例的充电站的透视图；
[0020]图5B是根据本发明实施例的充电站的透视图；
[0021 ]图5C是图5B的充电站的另一透视图；
[0022]图是图5B的充电站的后透视图；
[0023]图6A是根据本发明实施例的柜的顶视图；
[0024]图6B是图6A的柜的前透视图；
[0025]图6C是图6A的柜的前平面图；
[0026]图6D是图6A的柜的侧平面图；
[0027]图7A是根据本发明实施例的门处于打开状态的柜的前透视图；
[0028]图7B是其后部面板被去除的图7A的柜的后透视图；
[0029]图7C是根据本发明实施例的具有处于打开位置的盖子的辅助电力插座的前透视图；
[0030]图7D是根据本发明实施例的具有处于打开位置的盖子的辅助电力插座的前透视图；
[0031]图8是根据本发明实施例的用于笔记本充电柜的电源系统的高层次示意图；
[0032]图9A-9C为流程图，其说明了根据本发明实施例的对多个笔记本电脑进行充电的方法；
[0033]图10A-10B为流程图，其说明了根据本发明实施例的对多个笔记本电脑进行充电的方法；
[0034]图11A-11C为流程图，其说明了根据本发明实施例的对多个笔记本电脑进行充电的方法；
[0035]图12A-12B为流程图，其说明了根据本发明实施例的对多个笔记本电脑进行充电的方法。
【具体实施方式】
[0036]下列详细描述本质上是示例性的，且并非旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。相反，下列描述提供了一些用于实施本发明示例性实施例的实际说明。针对选定元件来提供构造、材料、尺寸及制造过程的示例，但是也可以采用本领域普通技术人员熟知的所有其它元件。本领域技术人员将认识到，所提及的示例中有很多具有各种合适的替换方案。
[0037]图1是说明根据本发明实施例的负载管理系统100的高层次图。一般而言，系统100提供电源102和多个电气负载104之间的接口，控制从电源102到电气负载104中的一个或多个的电力分配。负载管理系统100可以提供有用的解决方案来管理各种环境中的电气负载。例如，系统100可以被用于对学校教室或商业设施中使用的大量膝上型电脑(在本文中也被称作“笔记本电脑”或“笔记本”)进行供电和/或充电。系统100还可以被用于为一组移动计算设备管理电力，所述移动计算设备例如包括平板电脑、手机、智能电话、个人数字助理、摄像机、音乐播放器、和/或全球定位卫星(GPS)设备。在一些示例中，系统100可以被用于为与车辆(例如汽车、飞机等)电力系统耦接的若干个电气负载提供电力。当然，这些只是用于使用系统100的几个设想示例，而系统100在其它情形中也可能是有用的。
[0038]在某些场合，负载管理系统100可以被用于管理从替代能源(例如风能或太阳能)到多个电气负载的电力输送。其它能源可以与系统100耦接，并且电力的特定格式或结构可以根据特定实施例的要求而变化。如将在文中进一步讨论的那样，在一些情况下，电源102可以提供AC电力或DC电力。在一些实施例中，电力为脉冲、正弦、非正弦或者具有其它波形。
[0039]如图1中所示，负载管理系统100提供了可用于将电力分配给多个电气负载104的若干功能。特别地，系统100提供电源保护110、涌流限制112、控制逻辑114、电流感测116、开关式电力分配118、以及非开关式电力分配120。根据一些实施例，可以通过硬件和固件或软件，或硬件、固件及软件的组合来实施和提供负载管理系统100的功能。所示系统100只是文中描述的负载管理系统的一个示例，而其它实施例可以提供图1中所示功能的全部或仅一部分，或者提供并未描绘的不同功能。下面将对所示负载管理系统100的功能中的几个进行更详细的描述。
[0040]图2是说明根据本发明实施例的负载管理系统200的高层次示意图。系统200通常提供电力输入端202和多个电力输出端204之间的接口。电力输出端204通过开关206与输入端耦接，所述开关206起到选择性地将电力传送给电力输出端204的作用。通过控制器208控制和管理对开关206的控制，并且由此控制和管理从电力输入端202到电力输出端204中的一个或多个的电力分配。电流传感器210与电力输出端204和控制器208耦接，从而允许控制器208基于测得的由电力输出端204中的一个或多个汲取的电流来决定电力分配。在此实施例中，负载管理系统200还包括两个非开关式电力输出端，其中包括非开关式辅助电力输出端212和非开关式联网电力输出端214。联网电力输出端214与第一电流传感器210耦接，所述传感器210也提供由联网电力输出端214汲取的电流的测量值。第二电流传感器216与非开关式辅助输出端212耦接，并且提供由辅助输出端212汲取的电流的测量值。
[0041]再次参见图2，电力输入端202被配置成将负载管理系统与单个公共电源(未示出)耦接。在该实施例中，电力输