СПОСОБ И СИСТЕМА САМОРЕГИСТРАЦИИ И САМОСБОРКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
METHOD AND SYSTEM FOR SELF-REGISTRATION AND SELF-ASSEMBLY OF ELECTRICAL DEVICES

Уровень техники
Настоящее раскрытие направлено на способ и систему саморегистрации и самосборки отдельных электрических устройств в иерархической компьютерной архитектуре. Электрические устройства могут представлять собой устройства сохранения энергии, и устройства сохранения энергии могут выполнять самосборку в динамически масштабируемую систему сохранения, которая может использоваться в объекте сохранения энергии. Энергия, которая сохраняется в устройствах сохранения энергии, из которых собирается система сохранения энергии, может использоваться во множестве разных сценариев, включая в себя такие приложения, как выравнивание пиков, подача питания в чрезвычайных ситуациях и управление стабильностью системы с рабочими циклами в диапазонах от секунд до нескольких часов.
Раскрытие изобретения
Способ саморегистрации и/или самосборки множества электрических устройств, включающий в себя этапы, на которых: выполняют саморегистрацию множества электрических устройств путем подачи от каждого из множества электрических устройств информации об устройстве, содержащей в каждом из множества электрических устройств, на устройство управления, включающее в себя процессор, через сеть, при этом информация об устройстве каждого устройства идентифицирует уникальные характеристики устройства, в котором содержится информация об устройстве; при этом в устройстве управления принимают информацию об устройстве, переданную от каждого из множества электрических устройств; сохраняют в запоминающем устройстве устройства управления информацию об устройстве каждого из множества электрических устройств; и определяют из сохраненной информации устройства каждого из множества электрических устройств, что каждое из множества электрических устройств присутствует и доступно по сети.
Способ саморегистрации и/или самосборки множества электрических устройств, включающий в себя этапы, на которых: выполняют саморегистрацию множества электрических устройств, с помощью логики управления, распределенной среди более чем двух из множества электрических устройств, путем определения, какие из множества электрических устройств присутствуют и доступны; и передают инструкцию с помощью логики управления, по меньшей мере, в два электрических устройства, которые определены, как присутствующие и доступные, для сборки в функциональный модуль.
Эти и другие свойства и преимущества конкретных вариантов осуществления стойки на основе способа и системы сохранения энергии модуля, будут описаны ниже с использованием примерных вариантов осуществления, которыми они не ограничены.
Краткое описание чертежей
Объем настоящего раскрытия лучше всего будет понятен из следующего подробного описания примерных вариантов осуществления, когда их читают совместно с приложенными чертежами. На включенных чертежах представлены следующие фигуры:
на фиг. 1 показана архитектура аппаратных средств в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 2A-2F показаны архитектуры аппаратных средств в соответствии с примерными вариантами выполнения;
на фиг. 3 представлен способ выполняемый в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 4 показана архитектура системы питания в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 5 показана иерархическая архитектура системы питания в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 6 показана архитектура аппаратных средств подсистемы управления в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 7 показана архитектура аппаратных средств подсистемы управления в соответствии с примерным вариантом выполнения;
на фиг. 8 показаны взаимные соединения компонентов в узле в соответствии с примерным вариантом выполнения;
Дополнительные области применимости настоящего раскрытия станут очевидными из подробного описания изобретения, представленного ниже. Следует понимать, что подробное описание примерных вариантов выполнения предназначено только для иллюстрации и, поэтому, не предназначено для обязательного ограничения объема раскрытия.
Осуществление изобретения
В данном описании представлены только примерные варианты осуществления, и они не предназначены для ограничения объема, возможностей применения или конфигурации способа и системы саморегистрации и самосборки. Скорее, следующее описание вариантов осуществления будет предоставлять для специалиста в данной области техники описание, позволяющее воплотить варианты осуществления способа саморегистрации и самосборки электрических устройств. Различные изменения могут быть выполнены в отношении функции и компоновки элементов, без выхода за пределы сущности и объема системы и способа, которые представлены в приложенной формуле изобретения. Таким образом, различные варианты осуществления могут исключать, заменять или добавлять различные процедуры или компоненты соответствующим образом. Например, следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления способы могут быть выполнены в другом порядке, кроме описанного, и что различные этапы могут быть добавлены, исключены или скомбинированы. Кроме того, свойства, описанные в отношении некоторых вариантов осуществления, могут быть скомбинированы в различных других вариантах осуществления. Различные аспекты и элементы вариантов осуществления могут быть скомбинированы аналогичным образом.
На фиг. 1 показан примерный вариант осуществления, в котором множество электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 могут саморегистрироваться в устройстве 188 управления. На фиг. 1 показаны шесть электрических устройств, но любое количество электрических устройств может само регистрироваться в устройстве 188 управления. Устройство 188 управления может также быть таким же устройством, как электрические устройства 140, 142, 144, 146, 148, 150 или может представлять собой другое устройство. Кроме того, электрические устройства 140, 142, 144, 146, 148, 150 могут представлять собой одинаковые устройства или разные устройства.
Каждое из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 содержит информацию 164, 166, 168, 170, 172, 174 об устройстве, сохраненную на считываемых Компьютером носителях 152, 154, 156, 158, 160, 162 сохранения, соответственно. Считываемые компьютером носители сохранения могут представлять собой запоминающее устройство любого типа (например, RAM, ROM, привод жесткого диска, оптический привод и т.д.). Информация устройства, которая содержится на каждом из электрических устройств, является уникальной для каждого электрического устройства и представляет собой минимальный набор информации, который уникально идентифицирует электрическое устройство. Информация об устройстве также может содержать информацию о возможностях или характеристиках (например, в таких спецификациях, как рабочее напряжение, ток и мощность, идентификатор, длительность работы/дата установки, оптимальные параметры использования, информация об изготовлении, информация о батарее/устройстве сохранения энергии и т.д.) электрического устройства. Электрические устройства 140, 142, 144, 146, 148, 150 могут представлять собой электрическое устройство любого типа, которое включает в себя, как минимум, процессор и запоминающее устройство.
В примерном варианте осуществления саморегистрации, показанном на фиг. 1 и 3, саморегистрация множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 выполняется путем передачи из каждого или некоторых из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 информации 164, 166, 168, 170, 172, 174 об устройстве, которая содержится в каждом из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 в устройство 188 управления, включающее в себя компьютерный процессор 192 (например, CPU), через сеть (например, беспроводную или по проводную компьютерную сеть). Информация об устройстве каждого электрического устройства идентифицирует уникальные характеристики устройства, в котором содержится информация 164, 166, 168, 170, 172, 174 об устройстве (См. этап 302). Например, если электрические устройства представляют собой устройства сохранения энергии, уникальные характеристики, содержащиеся в информации об устройстве, могут представлять собой тип батареи или устройства сохранения энергии, состояние заряда батарей или устройств сохранения энергии, текущую доступную мощность, общую доступную мощность при полном заряде, доступный ток, доступное напряжение, предысторию заряда/разряда батареи или устройства сохранения энергии, и т.д.
В примерном варианте осуществления устройство 188 управления принимает информацию 164, 166, 168, 170, 172, 174 об устройстве, переданную из каждого из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 (см. этап 304). Затем устройство 188 управления сохраняет в запоминающем устройстве 190 устройства 188 управления информацию 164, 166, 168, 170, 172, 174 об устройстве каждого из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 (см. этап 306). Устройство 188 управления затем определяет из сохраненной информации 164, 166, 168, 180, 172, 174 об устройстве каждого из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150, что каждое из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 присутствует и доступно по сети (см. этап 308).
В примерном варианте осуществления, устройство 188 управления выбирает, по меньшей мере, два электрических устройства среди множества электрических устройств на основе характеристик каждого из двух электрических устройств, которые содержатся в их информации об устройстве. Например, устройство 188 управления может выбирать электрическое устройство 140 на основе его информации 164 об устройстве и выбирать электрическое устройство 142 на основе его информации 166 об устройстве. В примерном варианте осуществления, по меньшей мере, два собранных электрических устройства организованы иерархически так, что одно или больше собранных электрических устройств оказывает большее влияние на собранные электрические устройства. В примерном варианте осуществления собранные электрические устройства, которые имеют более низкий уровень иерархии, отчитываются о своем рабочем статусе и/или других параметрах перед одним или больше собранными электрическими устройствами, которые расположены выше в иерархии.
В примерном варианте осуществления устройство 188 управления может передавать инструкции, из устройства 188 управления, по меньшей мере, в два электрических устройства (в примере, представленном выше, электрические устройства 140 и 142), инструктировать, по меньшей мере, два электрических устройства о необходимости сборки в функциональный модуль, то есть, два электрических устройства могут соединяться друг с другом или связываться друг с другом и могут использовать ресурсы друг друга для функционирования, как один связанный модуль или устройство.
В примерном варианте осуществления, после передачи инструкции происходит сборка, по меньшей мере, двух электрических устройств (то есть, самосборка) в связанный модуль или устройство (то есть, собранные электрические устройства формируют функциональный модуль), или в системную архитектуру для получения определенной функции или набора функций. Сборка может включать в себя: открывают пути передач данных, по меньшей мере, между двумя электрическими устройствами или могут происходить дополнительные изменения конфигурации.
В примерном варианте осуществления, после саморегистрации множества электрических устройств, первая группа электрических устройств среди множества электрических устройств формируется на основе первой характеристики, которая совместно используется первой группой электрических устройств, и вторая группа электрических устройств среди множества электрических устройств формируется на основе второй характеристики, которая совместно используется второй группой электрических устройств. Может быть сформировано любое количество групп, и количество групп не ограничено двумя. После формирования двух групп, любая из первой группы электрических устройств или второй группы электрических устройств используется на основе, требуется или нет первая характеристика или вторая характеристика. Например, когда электрические устройства представляют собой устройства сохранения энергии, сохраненную энергию принимают либо из первой группы электрических устройств, или из второй группы электрических устройств на основе требуется или нет первая характеристика или вторая характеристика.
Кроме того, в примерном варианте осуществления, устройство 188 управления представляет собой, по меньшей мере, одно из множества электрических устройств и не является отдельным устройством. В примерном варианте осуществления функции, которые могли бы обрабатываться устройством 188 управления, и логика (например, логика управления), которая могла бы присутствовать в устройстве 188 управления, распределяются/совместно используются среди некоторых или всех из множества электрических устройств.
В примерном варианте осуществления способ саморегистрации и/или самосборки множества электрических устройств 140, 142 и т.д. выполняется путем: 1) выполнения саморегистрации множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 с логикой управления, распределенной среди более чем двух из множества электрических устройств, путем определения, какое из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 присутствуют и доступны; и 2) путем инструктирования, используя логику управления, по меньшей мере, двух электрических устройств, которые определены, как присутствующие и доступные для сборки в функциональный модуль.
На фиг. 2A-2F иллюстрируются примерные варианты осуществления саморегистрации и самосборки множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150. Как упомянуто выше, на фиг. 2A-2F показаны шесть электрических устройств, но виртуально возможно любое количество устройств или типов устройств в пределах возможностей выбранных аппаратных средств и программных средств, но с возможностью масштабирования. Кроме того, устройство 188 управления может представлять собой устройство, которое отличается от множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 или может быть таким же устройством, как одно или все из множества электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150. Кроме того, как описано выше, устройство 188 управления не обязательно должно присутствовать, и логика управления может быть распределена среди электрических устройств, которые собраны в функциональный модуль (например, на фиг. 2А логика управления может присутствовать в одном из электрических устройств 140, 142, 144 или может быть распределена среди некоторых или всех электрических устройств 140, 142, 144). В примерном варианте осуществления устройство 188 управления не присутствует, и логика управления распределена среди зарегистрированных электрических устройств (например, на фиг. 2А, логика управления может присутствовать в одном из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 или может быть распределена среди некоторых или всех электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150).
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2А, после саморегистрации всех или некоторые из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 в устройстве 188 управления, устройство 188 управления передает инструкции по сети в электрические устройства 140, 142 и 144 для самосборки в один функциональный модуль. Пунктирная линия, показанная на фиг. 2А, обозначает, что электрические устройства 140, 142 и 144 собраны и работают как один модуль, тогда как электрические устройства 146, 148 и 150 не соединены с устройствами 140, 142 и 144. Однако, электрические устройства 146, 148 и 150 все еще могут выполнять обмен с устройством 188 управления.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2В, после того, как все или некоторые из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 саморегистрируются в устройстве управления, устройство 188 управления передает инструкции по сети для электрических устройств 140 и 142 для самосборки в один функциональный модуль. Пунктирная линия, показанная на фиг. 2В, обозначает, что электрические устройства 140 и 142 собраны и работают, как один модуль, тогда как электрические устройства 144, 146, 148 и 150 не соединены с устройствами 140 и 142. Однако, электрические устройства 144, 146, 148 и 150 все еще могут связываться с устройством 188 управления.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2С, после саморегистрации всех или некоторые из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 в устройстве управления, устройство 188 управления передает инструкции по сети для электрических устройств 140, 142, 144 и 146 для самосборки в один функциональный модуль. Пунктирная линия, показанная на фиг. 2С, обозначает, что электрические устройства 140, 142, 144 и 146 собраны и работают, как один модуль, тогда как электрические устройства 148 и 150 не соединены с устройствами 140, 142, 144 и 146. Однако электрические устройства 148 и 150 все еще могут выполнять обмен данными с устройством 188 управления.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2D, после саморегистрации всех или некоторых из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 в устройстве управления, устройство 188 управления передает инструкции по сети для электрических устройств 140 и 146, для самосборки в один функциональный модуль. Пунктирная линия, показанная на фиг. 2D, обозначает, что электрические устройства 140 и 146 собраны и работают, как один модуль, тогда как электрические устройства 142, 144, 148 и 150 не соединены с устройствами 140 и 146. Однако, электрические устройства 142, 144,148 и 150 все еще могут связываться с устройством 188 управления.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2Е, после саморегистрации всех или некоторые из электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 в устройстве 188 управления, устройство 188 управления передает инструкции по сети для электрических устройств 140, 142, 144, 146, 148, 150 для самосборки в один функциональный модуль. На фиг. 2Е электрические устройства 140, 142, 144, 146, 148, 150 самостоятельно собрались в структуру, аналогичную иерархическому дереву. Электрические устройства 140, 142, 144, 146, 148, 150 могут самостоятельно собираться в другую структуру (иерархическую или неиерархическую). В примерной структуре, показанной на фиг. 2Е, устройство 188 управления расположено на самом высоком уровне иерархии и отслеживает, и выполняет обмен данными с электрическими устройствами 140 и 142. Электрические устройства 140 и 142 расположены на втором сверху уровне иерархии, и электрическое устройство 140 отслеживает/выполняет обмен данными с электрическими устройствами 144 и 146 (расположенными на самом низком уровне иерархии). Электрическое устройство 142 отслеживает/выполняет обмен данными с электрическими устройствами 148 и 150 (также расположенными на самом низком уровне иерархии).
В примерной компоновке, показанной на фиг. 2Е, электрические устройства 140, 144 и 146 могут содержать один функционирующий модуль или подмодуль, и электрические устройства 142, 148 и 150 содержат отдельный функционирующий модуль или подмодуль. Устройство 188 управления затем соединяют в модуль или подмодуль, состоящий из электрических устройств 140, 144 и 146, и модуль или подмодуль, состоящий из электрических устройств 142, 148 и 150, для формирования всей системы, состоящей из устройства 188 управления и двух модулей/подмодулей, выполненных из электрических устройств 140, 144 и 146 и электрических устройств 142, 148 и 150. На фиг. 2Е показана трехуровневая иерархия, содержащая, в общем, семь устройств. Однако, возможно любое количество устройств, уровней и комбинаций.
На фиг. 2F показан примерный вариант осуществления, который аналогичен фиг. 2Е, за исключением того, что устройство 188 управления на фиг. 2Е заменено другим электрическим устройством 194, и устройство 188 управления может присутствовать или может не присутствовать на уровне, выше электрического устройства 194. На фиг. 2F показана иерархия из трех (или четырех) уровней с общим количеством семь (или восемь) устройств. Однако, также возможно любое количество устройств, уровней и комбинаций.
В примерном варианте осуществления для, по меньшей мере, одного электрического устройства среди множества электрических устройств, которые зарегистрированы, может быть отменена регистрация. Например, все из множества электрических устройств могут не потребоваться, или регистрация электрического устройства может быть отменена, если оно неправильно функционирует и т.д. По меньшей мере, регистрация одного электрического устройства может быть самостоятельно отменена, или она может быть отменена по сигналу, переданному другим устройством.
В примерном варианте осуществления каждое из множества электрических устройств может представлять собой устройство для сохранения или администрирования электроэнергией. В примерном варианте осуществления электрические устройства для сохранения и администрирования электроэнергией, используемые в способе и в системе саморегистрации и самосборки, представляют собой устройства, описанные в заявке регистрационный номер патентного поверенного 0080451-000065, под названием "Modular Energy Storage Method and System". Например, каждое электрическое устройство может содержать одно или больше устройств сохранения энергии (например, батареи, конденсаторы и т.д.) для сохранения электроэнергии. Например, одно или больше электрических устройств может представлять собой подсистему 434 сохранения, показанную на фиг. 4, которая сохраняет энергию. На фиг. 4, примерная подсистема 434 сохранения включает в себя модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей, который может включать в себя устройство 432 процессора, запоминающее устройство и устройство датчика. Дополнительные детали архитектуры подсистемы 434 сохранения будут описаны ниже.
В примерном варианте осуществления различные электрические устройства могут выполнять самосборку на основе количества энергии и/или характеристик питания, которые необходимы для системы питания. Сформированная система питания затем может быть динамически масштабируемой на основе требований к питанию, путем регулирования количества электрических устройств, которые соединены друг с другом (например, общего количества электрических устройств) и их конфигурации (например, уровней в иерархической древовидной структуре и т.д.). В примерном варианте осуществления, по меньшей мере, одно электрическое устройство из множества электрических устройств может представлять собой подсистему 408 питания, которая преобразует энергию. Как показано на фиг. 4, подсистема 408 питания может включать в себя, например, обратный преобразователь 416.
На фиг. 4 иллюстрируется система узла питания, которая включает в себя три системы 410а, 410b, 410с узла. Система 410а, 410b, 410с каждого узла представляет собой узел питания (то есть, сохраняет энергию). Множество узлов 410а, 410b, 410с формируют модуль или объект, который ниже называется узлом питания. Любое количество узлов может использоваться в системе узла питания на фиг. 4, поскольку система выполнена с возможностью масштабирования от одного до сотен или тысяч параллельных узлов 410а, 410b, 410с и т.д. Каждый узел 410а может включать в себя: стойку сохранения или другой контейнер, выполненный с возможностью надежного содержания подсистемы 100 управления, подсистемы 408 питания и подсистемы 434 сохранения, которые включают в себя одно или больше устройств 406 сохранения энергии, которые являются съемными и перезаряжаемыми.
Таким образом, благодаря модульности компонентов в узле, обеспечивается физическое и логическое разделение, и независимость компонентов. В результате масштабируемости системы питания, можно выполнять отдельное масштабирование характеристик питания и длительности. Кроме того, размер системы питания можно легко адаптировать на основе требований проекта и изменений бизнеса. Модульность устраняет одну точку отказа, и минимизирует конструкцию, поскольку компоненты могут обладать возможностью автоматического распознавания и конфигурирования при подключении.
В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, электрические устройства, представленные на фиг. 1 и 2A-2F, могут представлять собой узлы 410 или могут быть аналогичны узлам 410. Каждый узел 410, например узел 410а, включает в себя подсистему 408 питания, подсистему 100 управления и подсистему 434 сохранения. В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, подсистема 434 сохранения включает в себя одно или больше устройств 406 сохранения энергии, которые выполнены съемными и заряжаемыми, и процессор 432, который выполнен с возможностью отслеживать, по меньшей мере, одно устройство сохранения энергии из одного или больше устройств 406 сохранения энергии.
Если устройства сохранения энергии в подсистеме 434 сохранения представляют собой батареи 406, подсистема 434 сохранения может включать в себя батареи разных производителей, или они все могут быть изготовлены одним и тем же производителем. Кроме того, все батареи могут быть одного типа (например, NiCd), или могут быть разных типов. Подсистема 434 сохранения включает в себя модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей, включающий в себя процессор 432 компьютера, который выполнен с возможностью отслеживания, по меньшей мере, одного устройства сохранения энергии среди одного или больше устройств 406 сохранения энергии в подсистеме 434 сохранения, и модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей выполнен с возможностью связи с подсистемой 100 управления. В примерном варианте осуществления модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей содержит электронные схемы на основе компьютера и встроенное микропрограммное обеспечение, которые обеспечивают безопасный заряд/разряд всех батареей устройств сохранения энергии, и связываются с подсистемой 100 управления.
Система 400 сохранения и распределения энергии, показанная на фиг. 4, также включают в себя подсистему 420 управления модулем, которая соединена с каждым из трех узлов 410а, 410b и 410с. Другими словами, подсистема 100 управления каждого узла 410а, 410b, 410с соединена с подсистемой 420 управления модулем. Подсистема 420 управления модулем обслуживает произвольное количество узлов. Например, подсистема 420 управления модулем выполнена с возможностью отслеживания текущего состояния множества узлов 410а, 410b, 410с в системе 400 сохранения и распределения энергии, показанной на фиг. 4. Подсистема 420 управления модулем отслеживает/поддерживает, например, текущее состояние и емкость заряда/разряда для группы узлов, назначенных для охвата этой подсистемой. Любое количество узлов можно использовать в системе 400 сохранения и распределения энергии, показанной на фиг. 4. Обмен данными между подсистемами 100 управления и узлами подсистемы 420 управления модулем может осуществляться, например, через Modbus или DNP3. Modbus представляет собой протокол последовательной передачи данных, который используется для соединения промышленных электронных устройств. Modbus позволяет обеспечить обмен данными между множеством устройств, соединенных с одной и той же сетью.
В системе 400 сохранения и распределения питания на фиг. 4 подсистема 420 управления модулем выполнена с возможностью отслеживать возможности заряда/разряда множества узлов 410а, 410b, 410с и т.д. Подсистема 420 управления модулем также выполнена с возможностью оптимизации работоспособности и характеристик подсистем 434 сохранения, подсистемы 408 питания и/или подсистемы 100 управления в множестве узлов 410а, 410b, 410с и т.д., используя, например, параметры статуса/работоспособности/рабочих характеристик, описанные выше. Кроме того, подсистемы 100 управления каждого узла могут передавать кривую стоимости (например, кривую киловатты - доллары) в подсистему 420 управления модулем, и подсистема 420 управления модулем может определять, какой узел представляет собой самый дешевый ресурс для использования, и может использовать энергию, сохраняемую в узле, который представляет собой самый дешевый ресурс энергии. Другими словами, подсистема 420 управления модулем может опрашивать разные узлы, для определения, какой узел или узлы представляют собой самый дешевый ресурс/ресурсы сохраненной энергии. В примерном варианте осуществления подсистема 420 управления модулем может ранжировать множество узлов на основе их кривой стоимости (например, от самого дешевого до самого дорогостоящего или от самого дорогостоящего к самому дешевому).
Как описано выше, в каждом узле 410а, 410b, 410с, модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей включает в себя процессор 432, который выполнен с возможностью отслеживать, по меньшей мере, одно устройство 406 сохранения энергии (например, батарею, конденсатор и т.д.), и выполнен с возможностью связи с подсистемой 100 управления. Кроме того, в каждом узле подсистема 408 питания выполнена с возможностью ее соединения с линией питания, и подсистема 408 питания включает в себя преобразователь 416 питания (например, обратный преобразователь), который преобразует энергию АС в энергию DC, когда, по меньшей мере, одна батарея 406 заряжается, и преобразует энергию АС в энергию DC, когда, по меньшей мере, одно устройство сохранения энергии разряжается.
В каждом узле 410а, 410b, 410с, подсистема 100 управления в стойке соединена с подсистемой 434 сохранения узла и соединена с подсистемой 408 питания узла. Подсистема 100 управления узла включает в себя процессор 102, и процессор 102 выполнен с возможностью управления передачей энергии между подсистемой 434 сохранения и подсистемой 408 питания. В примерном варианте осуществления процессор 102 узла выполнен с возможностью передачи сигналов, которые управляют зарядом и разрядом, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в узле, и процессор 102 выполнен с возможностью отслеживать рабочий статус одного или больше устройств 406 сохранения энергии в узле.
Система 400 сохранения и распределения энергии по фиг. 4 включает в себя, например, датчик 606 частоты, RTU 422 и модуль 424 управления надзором и получением данных (SCADA), который соединен с подсистемой 420 управления модулем. Датчик 606 частоты может представлять собой датчик напряжения и т.д. Модуль 424 SCADA может представлять собой систему управления, которая получает данные и представляет собой первичный интерфейс пользователя для подсистем 410d, 410е и т.д. управления узлом в подсистемах 602а, 602b, управления модулем и т.д., подсистемы 604 управления сайтом и модуля отправки на рынок. Как показано на фиг. 4, модуль 424 SCADA может передавать и/или принимать данные из подсистемы 408 питания, подсистемы 100 управления и подсистемы 434 сохранения узла 410с. Модуль 424 SCADA также может передавать и/или принимать данные из всех подсистем 100, 408, 434 в узлах 410а и 410b питания. Таким образом, модуль 424 SCADA может связываться с каждой подсистемой по отдельности. Модуль отправки на рынок содержит информацию о рынке (например, стоимость энергии и т.д.) и может принимать интеллектуальные решения на основе информации рынка, относящейся к энергетической промышленности. Обмен данными между подсистемой 420 управления модулем и RTU 422, и модулем 424 SCADA может, например, выполняться через Modbus или DNP3. Все точки данных подсистемы 604 управления сайтом подсистемы 420, 602а, 602b, 602с управления модулем, и подсистемы 410а, 410b, 410с управления узлом доступны для модуля 424 SCADA.
Узлы 410а, 410b, 410с соединены с распределительным устройством 436 с напряжением, например, 480 В. В частности, распределительное устройство 436 может быть соединено с подсистемами 408 питания узлов 410а, 410b, 410с. На фиг. 4 распределительное устройство 436 соединено с изолирующим трансформатором 426. Изолирующий трансформатор 426 соединен с распределительным устройством 428, напряжением, например, 13,8 кВ. Распределительное устройство 428 может также быть соединено с трансформатором 430 ступенчатого повышения напряжения генератора (GSU). Трансформатор 430 GSU может представлять собой, например, трансформатор 13,8/138 кВ GSU.
На фиг. 4 подсистема 408 питания может быть выполнена с возможностью соединения с линией питания. Например, на фиг. 8 показано, что подсистема 408 питания соединена, например, с электрической системой подключения трехфазной линии 400 В АС. Электрическая система подключения трехфазной линии может иметь любую другую величину напряжения. Подсистема 408 питания включает в себя преобразователь 416 энергии (например, обратный преобразователь), который преобразует мощность АС, мощность DC, когда происходит заряд, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, и преобразует мощность DC в мощность АС, когда выполняется разряд, по меньшей мере, одного устройства сохранения энергии.
На фиг. 4 и 8, подсистема 100 управления соединена с подсистемой 434 сохранения и соединена с подсистемой 408 питания. Как показано на фиг. 7, подсистема 100 управления включает в себя процессор 102, и процессор 102 выполнен с возможностью управления передачей питания между подсистемой 434 сохранения и подсистемой 408 питания. На фиг. 8 показано, что модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей электрически соединен между подсистемой 408 питания и батареей/модулями 406 сохранения энергии.
В примерном варианте осуществления процессор 102 подсистемы 100 управления выполнен с возможностью передачи сигналов, которые управляют зарядом и разрядом, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, расположенной в подсистеме 434 сохранения. Кроме того, процессор 102 выполнен с возможностью отслеживания рабочего статуса одного устройства 406 сохранения энергии, расположенных в подсистеме 434 сохранения.
Как показано на фиг. 6 и 7, и описано выше, примерный вариант осуществления подсистемы 100 управления включает в себя некоторые или все из: источника 104 питания AC/DC; источника 106 бесперебойного питания; процессора 102; переключателя 108 Ethernet; первого интерфейса 216 передачи данных, выполненного с возможностью передачи и/или приема данных из подсистемы 434 сохранения; первого интерфейса 112 передачи, выполненного с возможностью передачи питания в подсистему 434 сохранения; второго интерфейса 218 передачи данных, выполненного с возможностью передачи и/или приема данных из подсистемы 408 питания; и второго интерфейса 114 передачи, выполненного с возможностью передачи энергии в подсистему 408 питания.
В примерном варианте осуществления процессор 102 принимает данные устройства сохранения энергии из подсистемы 434 сохранения, и на основе информации в принятых данных устройства сохранения энергии, процессор 102 инструктирует подсистему 408 питания управлять (например, зарядом или разрядом) по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии. Данные устройства сохранения энергии могут, например, представлять собой статус энергии, статус заряда/разряда, статус заряда батареи (например, процент заряда), статус контактора АС, статус контактора DC, статус отказа/ошибки и т.д. Данные устройства сохранения энергии также могут включать в себя любой из параметров статуса/рабочей характеристики/работоспособности, которые были описаны выше.
В примерном варианте осуществления процессор 102 подсистемы 100 управления выполнен с возможностью оптимизации работоспособности и рабочих характеристик одного или больше устройств 406 сохранения энергии, отслеживаемых/управляемых подсистемой 434 сохранения, используя параметры статуса/работоспособности/рабочих характеристик, описанные выше.
В примерном варианте осуществления первое электрическое устройство, по меньшей мере, из двух электрических устройств (например, электрических устройств 140 и 142 на фиг. 2В) может представлять собой первый узел 410а, который включает в себя, по меньшей мере, первую подсистему 100 управления, выполненную с возможностью управления передачей энергии, первую подсистему 434 сохранения, в которой сохраняется энергия, по меньшей мере, в одном устройстве 406 сохранения энергии, и первую подсистему 408 питания, которая преобразует энергию. Второе электрическое устройство, по меньшей мере, из двух электрических устройств представляет собой второй узел 410b, который включает в себя, по меньшей мере, вторую подсистему 100 управления, выполненную с возможностью управления передачей энергии, вторую подсистему 434 сохранения, которая сохраняет энергию, по меньшей мере, в одном устройстве 406 сохранения энергии, и вторую подсистему 408 питания, которая преобразует энергию. На фиг. 6 и 7 показана примерная архитектура аппаратных средств подсистемы 100 управления и которая подробно поясняется ниже. Кроме того, на фиг. 8, которая более подробно поясняются ниже, представлена примерная архитектура аппаратных средств подсистемы 408 питания, подсистемы 404 сохранения и подсистемы управления, и как эти подсистемы взаимно соединены.
В примерном варианте осуществления информация об устройстве первого узла 410а сохраняется в первой подсистеме 100 управления (то есть, в подсистеме 100 управления первого узла 410а), и информация об устройстве второго узла 410b сохраняется во второй подсистеме 100 управления (то есть, подсистеме 100 управления второго узла 410b).
В примерном варианте осуществления информация 164 об устройстве первого узла 410а может включать в себя первый предпочтительный профиль или конфигурацию/характеристики/параметры первого узла 410а, и устройство 166 информации второго узла 410b может включать в себя второе предпочтение или профиль конфигурации/характеристик/параметров второго узла 410b. Первое предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, по меньшей мере, один параметр, относящийся, по меньшей мере, к одному устройству 406 сохранения энергии первого узла 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров включает в себя, по меньшей мере, один параметр, относящийся, по меньшей мере, к одному устройству 406 сохранения энергии второго узла 410b. Например, каждая подсистема 100 управления каждого узла может сохранять предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров, который включает в себя некоторые или все из следующих параметров, относящихся к узлу, в котором содержится предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров:
оптимальные скорости заряда/разряда устройств сохранения энергии в узле;
наиболее эффективный диапазон отправки устройств сохранения энергии в узле, возможный диапазон отправки устройств сохранения энергии, текущий диапазон отправки устройств сохранения энергии и т.д.;
характеристики эффективности (например, кривая эффективности) устройств сохранения энергии в узле;
текущее состояние/статус узла (например, работает ли он в режиме онлайн/офлайн, текущий режим, возникающие и/или присутствующие ошибки и т.д.);
предпочтительная рабочая температура подсистемы питания (например, минимальная температура, максимальная температура и т.д.);
предпочтительная температура батареи (например, минимальная температура, максимальная температура и т.д.);
максимальная эффективность обратного преобразователя в подсистеме питания;
предыстория устройств сохранения энергии в узле (например, какую работу выполняли устройства сохранения энергии в течение последнего периода времени и т.д.);
пропускная способность (например, средняя пропускная способность);
информация о гарантии устройств сохранения энергии; и
срок эксплуатации компонентов и т.д.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров могут включать в себя, например, оптимальные скорости заряда/разряда, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров включает в себя оптимальные скорости заряда/разряда, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров первого узла 410а может включать в себя, например, наиболее эффективный диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, возможный диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, или текущий диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров второго узла 410b включает в себя наиболее эффективный диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, возможный диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии, или текущий диапазон отправки, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров первого узла 410а может включать в себя, например, кривую эффективности, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров включает в себя кривую эффективности, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, кривую стоимости, которая сопоставляет стоимость с количеством выведенной энергии, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, кривую стоимости, сопоставляющую стоимость поставляемой энергии с количеством подаваемой энергии, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, предысторию, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, предысторию, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров может включать в себя, например, информацию о гарантии, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в первом узле 410а, и второй предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров включает в себя информацию о гарантии, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии во втором узле 410b.
В примерном варианте осуществления первый узел 410а и второй узел 410b выбирают с помощью устройства 188 управления, например, для сборки в один функциональный модуль на основе первого предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров, и второго предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров каждого узла. Например, узлы могут выполнять самосборку в один модуль на основе местоположения, то есть, узлы, которые размещены рядом друг с другом могут быть собраны в один модуль сохранения путем объединения устройства сохранения энергии узлов вместе. Кроме того, узлы с аналогичными характеристиками устройства сохранения энергии могут выполнять самосборку в один модуль (например, узлы с устройствами сохранения энергии или источниками питания аналогичного срока службы, типа, гарантии, использования, количества энергии и т.д.). Узлы также могут быть собраны на основе любых других типов характеристик или потребностей в энергии.
В примерном варианте осуществления компоненты узла (подсистема 100 управления, подсистема 408 питания и подсистема 434 сохранения) выполнены с возможностью установки в стойку. Однако компоненты узла могут быть расположены в пределах контейнера, судна и т.д., и не обязательно должны быть установлены в стойке. Кроме того, узел может состоять из одной стойки компонентов или множества стоек компонентов.
На фиг. 4 показано, что узел включает в себя одну подсистему 434 сохранения, одну подсистему 100 управления и одну подсистему 408 питания; однако, узел может содержать любое количество подсистем. Например, узел может содержать множество подсистем сохранения, множество подсистем 408 питания и множество подсистем 100 управления. Кроме того, в примерном варианте осуществления узел может включать в себя другую подсистему, чем подсистема 100 управления, подсистема 434 сохранения и подсистемы 408 питания, например, подсистемы реактивной энергии или подсистемы генерирования энергии. В другом примерном варианте осуществления узел может не включать в себя подсистему 408 питания, которая включает в себя устройства сохранения энергии, поскольку узел не обязательно должен включать в себя подсистему питания.
В примерном варианте осуществления системы питания по фиг. 4 каждый узел 410а, 410b и 410с может саморегистрироваться в подсистеме 420 управления модулем (которая имеет такую же конфигурацию, как и подсистема 100 управления, но функционирует, как устройство 188 управления, на один уровень выше в иерархической структуре). Подсистема 420 управления модулем может затем содержать базу данных доступных подсистем управления узлом и их характеристики на основе информации об устройстве. Подсистема управления модулем может передавать инструкции в узлы 410а, 410b и 410с для самосборки на основе требуемых характеристик, которые необходимы для собранной системы питания, получаемой в результате сборки узла 410а, 410b и 410с в функциональный модуль/систему.
На фиг. 5 иллюстрируется иерархическая архитектура системы 600 питания, которая включает в себя множество подсистем 602а, 602b, 602с и т.д. управления модулем. Каждая подсистема управления модулем (например, подсистема 602а управления модулем) соединена с множеством подсистем 410d и 410е управления узлом, которые представляют собой подсистемы 100 управления, расположенные в узлах 410а, 410b, 410с. Таким образом, подсистема управления узлом представляет собой подсистему 100 управления, которая расположена в узле. Например, на фиг. 5, подсистема 410d управления узлом расположена в узле, который также включает в себя подсистему 408 питания и подсистему 434 сохранения, включающую в себя одно или больше устройств 406 сохранения энергии. Аналогично, подсистема 410е управления узлом расположена в другом узле, который также включает в себя подсистему 408 питания и подсистему 434 сохранения, включающую в себя одно или больше устройств 406 сохранения энергии. Подсистема 602а управления модулем соединена с подсистемами 410d и 410е управления узлом. Аналогично, подсистема 602b управления модулем соединена с подсистемам 410f и 410g управления узлом. Кроме того, подсистема 602с управления модулем соединена с подсистемами 410d и 410е управления узлом.
Кроме того, в системе 600 питания на фиг. 5 подсистема 604 управления сайтом соединена с каждой из множества подсистем 602а, 602b, 602с управления модулем. Подсистема 604 управления сайтом может использоваться, как произвольное количество подсистем управления модулем. Подсистема 604 управления сайтом поддерживает/отслеживает текущее состояние и возможность заряда/разряда для всех узлов на сайте, то есть, для объекта сохранения энергии или части объекта сохранения энергии.
На фиг. 5 подсистема 604 управления сайтом выполнена с возможностью отслеживания возможности заряда/разряда множества подсистем 602а, 602b, 602с управления модулем. Кроме того, подсистема 604 управления сайтом выполнена с возможностью оптимизации и/или отслеживания работоспособности и рабочих характеристик компонентов во множестве подсистем 602а, 602b, 602с управления модулем (устройствами сохранения энергии, батареями, обратными преобразователями и т.д.).
Система 600 питания на фиг. 5 представляет три подсистемы 602а, 602b, 602с управления модулем, но система 600 питания может содержать любое количество подсистем управления модулем. Система 600 питания на фиг. 5 представляет шесть подсистем управления узлом 410d, 410е, 410f, 410g, 410h, 410i, но система 600 питания может содержать любое количество подсистем управления узлом. Однако, ввиду иерархической структуры системы 600 питания, обычно будет присутствовать больше подсистем управления узлом, чем подсистем управления модулем, поскольку каждая подсистема управления модулем обычно отслеживает больше, чем одну подсистему управления узлом. Например, на фиг. 5 каждая подсистема управления модулем (например, 602а) отслеживает две подсистемы управления узлом (например, 410d и 410е). Из-за иерархической структуры системы питания на фиг. 5, подсистема 601 или каждая подсистема 604 управления сайтом соединяется с множеством подсистем управления модулем (например, 602а, 602b, 602с), и каждая из подсистем управления модулем соединена с множеством подсистем управления узлом. В примерном варианте осуществления, как показано на фиг. 5, подсистема управления сайтом может быть соединена с датчиком 606 частоты, и RTU 422 может быть соединен для отправки. RTU 422 может передавать сигналы в подсистему 604 управления сайтом, подсистемы 602а, 602b, 602с, управления модулем и т.д., и подсистемы 410d, 410е, 410f, 410g, 410h, 410i и т.д. управления узлом. Данные из датчика 606 частоты могут быть введены в модуль 604 отправки для сохранения сайта, и эти данные могут использоваться при определении того, как отправить сайт, в дополнение к или вместо отправки, показанной на фиг. 5.
В примерном варианте осуществления система 600 питания может быть саморегистрирующейся. Таким образом, каждая подсистема 410 управления узлом содержит минимальный набор информации о самой себе, которая уникально идентифицирует узел и предоставляет необходимую информацию об устройстве для этого узла. Другими словами, в узле известно о самом себе путем сохранения информации о самом себе в подсистеме 100 управления. Узел может затем самостоятельно регистрироваться (то есть, он является саморегистрирующимся) путем передачи уникальной информации идентификации в подсистему 602 управления модулем, и затем вплоть до подсистемы 604 управления сайтом и т.д. Информация уникальной идентификации и информация об устройстве передают в подсистему 604 управления сайтом, что подсистема управления узлом, которая передала эту информацию (например, информацию идентификации), присутствует и доступна. Подсистема 604 управления сайтом может затем поддерживать базу данных доступных подсистем управления узлом.
Точно так же подсистема управления 602 модулем также содержит собственные характеристики и может сама зарегистрироваться в подсистеме 604 управления сайтом. На сайтах также содержатся собственные характеристики и они могут зарегистрировать себя в парке. Как правило, парк представляет собой географическую область. Также возможно, чтобы парки были вложенными. Аналогично, парки также содержат информацию о себе и могут регистрировать сами себя на предприятиях, которые могут иметь наивысший уровень иерархии.
В примерном варианте осуществления система 600 питания может быть самосборной. Система 600 питания является самосборной в отношении того, что узлы могут определять, что они представляют собой модуль, и модули могут определять, что они представляют собой сайт и т.д. Например, каждая подсистема 100 управления может содержать предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров, который включает в себя некоторые или все из следующих параметров, относящихся к узлу, в котором они находятся (подсистемы управления модулем могут также сохранять предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров множества узлов для отслеживания/администрирования которыми они назначены, и подсистема управления сайтом может сохранять предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров комбинированных групп узлов, которые отслеживают/которыми управляют с помощью подсистемы управления модулем):
оптимальные скорости заряда/разряда устройств сохранения энергии в узле;
наиболее эффективный диапазон отправки устройств сохранения энергии, возможный диапазон отправки устройств сохранения энергии, текущий диапазон отправки для устройств сохранения энергии и т.д.;
кривая эффективности устройств сохранения энергии;
текущее состояние/статус узла (например, находится ли он в режиме онлайн/офлайн, текущий режим, ошибки, которые возникли и/или присутствуют, и т.д.);
предпочтительная рабочая температура подсистемы питания (например, минимальная температура, максимальная температура и т.д.);
предпочтительная температура устройства сохранения энергии (например, минимальная температура, максимальная температура и т.д.);
максимальная эффективность обратного преобразователя;
предыстория устройств сохранения энергии (например, какие операции выполняли батареи в течение последнего периода времени и т.д.);
пропускная способность (например, средняя пропускная способность);
информация о гарантии устройств сохранения энергии; и срок службы компонентов и т.д.
Множество узлов могут затем быть самосборными для формирования модуля на основе требуемых параметров системы. Кроме того, подсистема 604 управления сайтом может выбирать специфичные группы узлов, отслеживаемые конкретной подсистемой управления модулем, или может выбирать множество групп узлов, отслеживаемых двумя или больше подсистемами управления модулем на основе предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров узлов, для получения требуемой характеристики питания, которая требуется для системы.
В примерном варианте осуществления параметры предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров, описанные выше, могут быть взвешены по-разному таким образом, что некоторые параметры рассматриваются, как более важные, чем другие, при выборе узла на основе его предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров. Например, когда требуется определенное количество энергии, подсистема 604 управления сайтом может начать процесс выбора путем просмотра предпочтительного профиля или профилей конфигурации/характеристик/параметров множества узлов в системе и выбора узла или группирования множества узлов на основе требуемой энергии. Например, могут быть выбраны узлы, которые предоставляют самое дешевое количество энергии. Также возможно, чтобы выбранные узлы могли быть узлами, которые содержат батареи/устройства сохранения энергии, у которых скоро заканчивается гарантийный срок, узлы, которые работают с максимальной производительностью, в соответствии с их кривой эффективности, узлы, которые расположены рядом друг с другом (то есть, местоположение) и т.д.
На фиг. 5 показан пример варианта осуществления системы 600 питания, которая может саморегистрироваться и может выполнять самосборку. Таким образом, каждая подсистема 410 управления узлом сохраняет минимальный набор информации о самой себе, которая уникально идентифицирует узел и его характеристики. Другими словами, узел знает сам себя, в результате сохранения информации о самом себе в подсистеме 100 управления. Подсистемы 410d, 410е, 410f, 410g, 410h, 410i управления узлом, показанные на фиг. 5, каждая может представлять собой один из узлов, показанных на фиг. 4 (например, 410а). Каждая подсистема 410d, 410е, 410f, 410g, 410h, 410i управления узлом может затем саморегистрироваться путем передачи уникальной информации идентификации в подсистему 602 управления модулем (которая находится на один уровень выше в иерархии), и затем в подсистему 604 управления сайтом (которая имеет такую же аппаратную конфигурацию, как и подсистема 100 управления, но функционирует, как устройство 188 управления на два уровня выше в иерархической структуре) и т.д. Уникальная информация идентификации позволяет подсистеме 604 управления сайтом знать, что подсистема управления узлом, которая передала эту информацию (например, информацию идентификации), присутствует и доступна. Подсистема 604 управления сайтом может затем поддерживать базу данных доступных подсистем управления узлом и характеристики подсистем управления узлом на основе информации об устройстве, включающей в себя предпочтительный профиль или профиль конфигураций/характеристик/параметров.
Аналогично, подсистема 602 управления модулем также знает характеристики самой себя и может регистрировать саму себя в подсистеме 604 управления сайтом. Сайты также знают сами себя и могут регистрировать сами себя в парке. Как правило, парк представляет собой географическую область. Также возможно, чтобы парки были вложенными. Аналогично, парки также знают сами себя и могут регистрировать сами себя на предприятиях, которые могут иметь наивысший уровень иерархии.
В примерном варианте осуществления, как упомянуто выше, система 600 питания может быть самосборной. Система 600 питания является самосборной в отношении того, что узлы могут определять, что они представляют собой модуль, и модули могут определять, что они представляют собой сайт, и т.д. Например, каждая подсистема 100 управления может сохранять предпочтительный профиль или профиль конфигурации/характеристик/параметров, как описано выше, который может включать в себя множество параметров, относящихся к узлу, в котором он находится (подсистемы управления модулем могут также сохранять предпочтительные профили или профили конфигурации/характеристик/параметров множества узлов, которым они назначены, для отслеживания/администрирования, и подсистема управления сайтом может сохранять предпочтительные профили или профили конфигурации/характеристик/параметров комбинированных групп узлов, которые отслеживаются/администрируются подсистемой управления модулем).
Множество узлов могут затем выполнять самосборку для формирования модуля на основе требуемых параметров системы. Кроме того, подсистема 604 управления сайтом может выбирать конкретное группирование узлов, отслеживаемых определенной подсистемой управления модулем, или может выбирать группы множества узлов, отслеживаемых двумя или больше подсистемами управления модулем на основе предпочтения или профилей конфигурации/характеристик/параметров узлов, для того, чтобы получить требуемые характеристики питания, которые требуются для системы.
В примерном варианте осуществления параметры предпочтительного профиля, описанные выше, могут быть взвешены по-разному таким образом, чтобы некоторые параметры рассматриваются, как более важные, чем другие при выборе узла на основе его предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров. Например, когда требуется определенное количество энергии, подсистема 604 управления сайтом может начать обработку выбора путем просмотра предпочтительного профиля или профиля конфигурации/характеристик/параметров множества узлов в системе и путем выбора узла или группы множества узлов на основе требуемой энергии. Например, могут быть выбраны узлы, которые обеспечивают самое дешевое количество энергии. Также возможно, чтобы выбранные узлы были узлами, которые содержат батареи/устройства сохранения энергии, у которых скоро заканчивается гарантия, узлами, которые работают с максимальной эффективностью в соответствии с их кривой эффективности, узлами, которые расположены рядом друг с другом (то есть, местоположение), и т.д.
В примерном варианте осуществления каждый узел может содержать индивидуальное программное обеспечение, и после самосборки для формирования модуля, индивидуальное программное обеспечение каждого узла комбинируют для формирования комбинированной программы, которая может управлять всеми стойками в модуле. В качестве альтернативы, один узел в модуле может содержать программное обеспечение, которое используется для управления всеми узлами собранного модуля.
На фиг. 6 и 7 показаны примерные варианты выполнения архитектуры аппаратных средств подсистемы 100 управления. Подсистема 100 управления представляет собой модуль управления, который формирует интерфейсы с подсистемой 408 питания и подсистемой 434 сохранения, которая включает в себя модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей и, по меньшей мере, одно устройство 406 сохранения энергии. Подсистема 100 управления, подсистема 408 питания и подсистема 434 сохранения содержат модуль питания, называемый узлом 410, как описано выше. Подсистема 100 управления может передавать сигналы в подсистему 408 питания и в модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей, который отвечает за заряд или разряд устройства сохранения энергии или устройств 406 сохранения энергии с использованием компонентов в подсистеме 408 питания. Модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей может соединять и отсоединять устройства 406 сохранения энергии в подсистеме 434 сохранения. Подсистема 100 управления может отслеживать/администрировать текущим состоянием, работоспособностью (например, долгосрочной и краткосрочной), и/или рабочими характеристиками (например, долгосрочными и краткосрочными) устройств сохранения энергии и/или других компонентов в системе сохранения энергии. Текущее состояние и параметры работоспособности будут более подробно описаны ниже.
На фиг. 6 показана подсистема 100 управления, и электрические соединения различных компонентов, расположенных в подсистеме 100 управления. Как показано в списке условных обозначений на фиг. 6, пунктирной линией обозначена линия переменного тока (АС) с напряжением, например, 120В. Возможно, что напряжение переменного тока может быть любым другим напряжением, кроме 120В. Кроме того, на фиг. 6, сплошной линией обозначена линия постоянного тока (DC). Возможно использовать линии АС вместо линий DC и использовать линии DC вместо линий АС. Также возможно, что все линии на фиг. 6 будут представлять собой все линии АС или все линии будут представлять собой линии DC, или любую комбинацию линий DC и линий АС.
Подсистема 100 управления выполнена с возможностью управления передачей энергии. Подсистема 100 управления включает в себя: источник 104 питания AC/DC (например, источник питания DC, как на фиг. 6); источник 106 бесперебойного питания (UPS); процессор 102; переключатель 108 Ethernet; переключатель 116 питания; и модуль 120 ввода энергии (фильтр EMI, плавкий предохранитель и т.д.). Процессор 102 может представлять собой компьютерный процессор любого типа, включая в себя одноплатный компьютер и т.д. Например, процессор 102 может представлять собой один процессор, множество процессоров или их комбинации. Процессор 102 может иметь одно или больше "ядер" процессора. Одноплатный компьютер может, например, представлять собой одноплатный компьютер Raspberry Pi. Одноплатный компьютер может включать в себя, например, 32-битный процессор с архитектурой ядра ARM или х86. В примерном варианте осуществления в одноплатном компьютере может использоваться процессор, поддерживающий встроенный код компании MathWorks, Inc. В примерном варианте осуществления одноплатный компьютер может включать в себя запоминающее устройство, имеющее емкость 512 Мбайт или больше. В качестве альтернативы, емкость сохранения запоминающего устройства одноплатного компьютера может иметь любой размер. Запоминающее устройство может представлять собой RAM, ROM и т.д. В примерном варианте осуществления программное обеспечение подсистемы 100 управления может быть сохранено за пределами подсистемы 100 управления.
Переключатель 108 Ethernet может представлять собой, например, контроллер Ethernet 10/100 Мбит/с или более быстрый. Переключатель 108 Ethernet может иметь любое количество портов, например, по меньшей мере, пять портов. Первый порт для одноплатного компьютера 102, второй порт для бесперебойного источника 106 питания, третий порт для модуля устройства сохранения энергии/модуля 404 управления батареей, расположенного в подсистеме 434 сохранения, четвертый порт для подсистемы 408 питания и пятый порт для соединения с сетью восходящего канала передачи данных.
Подсистема 100 управления также включает в себя первый интерфейс 216 передачи данных, выполненный с возможностью передачи и/или приема данных из подсистемы 434 сохранения, которая отслеживает одну или больше устройств сохранения энергии/батарей 406, которые выполнены съемными и с возможностью заряда.
Батареи могут представлять собой батареи любого типа, включая в себя перезаряжаемые батареи (например, проточную батарею, топливный элемент, свинцово-кислотную, литий-воздушную, литий-ионную батарею, батарею на расплавленной соли, никель-кадмиевую (NiCd), никель-водородную, никель-железную, никель-металло-гидридную, никель-цинковую батарею, батарею на органическом радикале, батарею на основе полимера, батарею на основе полисульфидбромида, калий-ионную, перезаряжаемую алкалиновую, кремний-воздушную, натрий-ионную, натрий-серную, суперионную, цинк-бромидную, цинковую матрицу и т.д.) и/или неперезаряжаемую батарею (например, алкалиновую, алюминий-воздушную, атомную батарею, ячейку Бунзена, ячейку с хромовой кислотой, ячейку Кларка, ячейку Даниеля, сухую ячейку, батарею из лягушек, гальванический элемент, элемент Грове, элемент Лекланше, лимонный, литиевый, литий-воздушный, ртутный элемент, элемент на расплавленной соли, никель-оксигидроксидный элемент, элемент на органических радикалах, из бумаги, картофеля, цепь Пулвермахера, резервный, серебряно-оксидный, твердотельный, гальванический элемент, элемент активируемый водой, элемент Вестона, цинково-воздушный, цинково-угольный элемент, элемент на хлористом цинке и т.д.). Подсистема 434 сохранения может включать в себя только один тип устройств сохранения энергии или комбинацию разных типов устройств сохранения энергии.
Первый интерфейс 216 передачи данных может представлять собой, например, разъем RJ-45, как показано на фиг. 7. Первый интерфейс передачи данных также может представлять собой любой другой тип разъема для передачи данных и может состоять из одного или больше разъемов.
Подсистема 100 управления также включает в себя первый интерфейс 112 передачи, выполненный с возможностью передачи энергии в модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей. Например, переданная энергия может представлять собой энергию управления и/или вспомогательную энергию. Первый интерфейс 112 передачи может представлять собой, например, разъем AC IEC320 С13, как показано на фиг. 6. Первый интерфейс 112 передачи также может представлять собой любой другой тип разъема для передачи данных и может включать в себя один или больше разъемов.
Подсистема 100 управления также включает в себя, второй интерфейс 218 передачи данных, выполненный с возможностью передачи и/или приема данных из подсистемы 408 питания. Второй интерфейс 218 передачи данных может представлять собой, например, разъем RJ-45, как показано на фиг. 7. Второй интерфейс 218 передачи данных также может представлять собой любой другой тип разъема для передачи данных и может включать в себя один или больше разъемов. Подсистема 100 управления также включает в себя запасной выходной разъем 110 АС, который может представлять собой, например, разъем AC IEC320 С13. Подсистема 408 питания, показанная на фиг. 8, включает в себя преобразователь 416 энергии, и подсистема 408 питания выполнена с возможностью ее соединения с линией электропередач. Преобразователь 416 питания может представлять собой обратный преобразователь АС или DC, обратный преобразователь имеет возможность самостоятельного соединения или отсоединения. Примерный вариант осуществления подсистемы 408 питания показан на фиг. 8. В дополнение к преобразователю 416 энергии, подсистема 408 может включать в себя, например, по меньшей мере, один датчик 802, по меньшей мере, один процессор 804, по меньшей мере, один прерыватель 806, по меньшей мере, один конденсатор 808, по меньшей мере, одно запоминающее устройство 810, по меньшей мере, один плавкий предохранитель 812, и, по меньшей мере, один контактор 814.
Подсистема 100 управления на фиг. 6 также включает в себя второй интерфейс 114 передачи, который выполнен с возможностью передачи энергии в подсистему 408 питания. Например, передаваемая энергия может представлять собой энергию управления и/или вспомогательную энергию. Второй интерфейс 114 передачи может представлять собой, например, разъем AC IEC320 С13, как показано на фиг. 6. Второй интерфейс 114 передачи также может представлять собой любой другой тип разъема для передачи данных и может включать в себя один или больше разъемов. В примерном варианте осуществления, один или больше из первого интерфейса 112 передачи, второго интерфейса 114 передачи, и запасной выходной разъем 110АС может не получать питание от источника 106 бесперебойного питания.
Процессор 102 выполнен с возможностью передачи сигналов, которые управляют зарядом и разрядом, по меньшей мере, одного устройства 406 сохранения энергии в подсистеме 434 сохранения. Подсистема 100 управления используется для координирования передачи энергии между подсистемой 434 сохранения и подсистемой 408 питания. Подсистема 408 питания выполнена так, что она реагирует на отбор энергии из сети и передачу ее в устройство сохранения энергии или устройства 406 сохранения энергии. Система 408 питания также может отбирать энергию от устройства сохранения энергии или устройств сохранения энергии и передать ее в сеть.
Источник 106 бесперебойного питания, показанный на фиг. 6, обеспечивает временное питание 120В АС в случае отсоединения подсистемы 100 управления от линий питания объекта. Источник 106 бесперебойного питания может подавать, например, 250 Вт при 120В АС, как в нормальном состоянии (то есть, доступны внешние 120В АС), так и в состоянии потери питания (то есть, когда не доступны внешние 120В АС, работая от батарей или устройства сохранения энергии). Источник 106 бесперебойного питания может временно подавать питание с любым другим напряжением или уровнем мощности. Как показано на фиг. 8, источник 106 бесперебойного питания может подавать питание в модуль 408 подсистемы питание и в модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей (BMU) (то есть, процессор компьютера) подсистемы 434 питания. Модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей сообщает в подсистему 408 питания, когда он может заряжать или разряжать устройство сохранения энергии или устройство 406 сохранения энергии. Источник 106 бесперебойного питания может, например, иметь достаточную емкость для обеспечения, по меньшей мере, в течение пяти минут работы с выводом 120В АС 250 Вт в условиях потери питания. Источник 106 бесперебойного питания может также включать в себя защитные устройства (плавкие предохранители, прерыватели и т.д.) для каждого выходного разъема 120В АС источника 106 бесперебойного питания.
Источник 104 питания AC/DC обеспечивает питание для компонентов подсистемы 100 управления и имеет такие параметры, которые обеспечивают непрерывную работу компонентов. Подсистема 100 управления используется для координирования взаимодействий между подсистемой 434 сохранения и подсистемой 408 питания и для управления общими рабочими функциями узла 410а, 410b, 410с и т.д., включая в себя режим заряда, режим разряда, состояние ожидания с выработкой постоянного тока, режим безопасного отключения и аварийный режим.
В примерном варианте осуществления процессор 102 выполнен с возможностью оптимизации работоспособности и характеристик одного или больше устройств 406 сохранения энергии в подсистеме 434 сохранения. Работоспособность и характеристики одного или больше устройств 406 сохранения энергии могут представлять собой долгосрочную работоспособность и характеристики или краткосрочную работоспособность и характеристики. Параметры, которые обозначают текущее состояние, рабочие характеристики или краткосрочную/долгосрочную работоспособность устройств сохранения энергии, могут включать в себя все или некоторые из следующих:
текущее состояние/статус узла 410 (например, работает ли он режиме онлайн/офлайн, текущий режим, ошибки, которые возникли и/или присутствуют и т.д.); температура подсистемы 408 питания (например, минимальная температура, максимальная температура, средняя минимальная температура, средняя максимальная температура и т.д.);
измерение температуры подсистемы 408 питания (например, количество раз X градусов в течение Y времени и т.д.);
температура устройства сохранения энергии (например, минимальная температура, максимальная температура, средняя минимальная температура, средняя максимальная температура и т.д.);
измерение температуры устройства сохранения энергии (например, количество раз X градусов в течение Y времени и т.д.);
возраст устройств сохранения энергии (например, средний возраст батарей и т.д.);
наиболее эффективный диапазон отправки устройств сохранения энергии, возможный диапазон отправки устройств сохранения энергии, текущий диапазон отправки устройств сохранения энергии и т.д.;
состояние заряда (SoC) устройств сохранения энергии (например, среднее значение SoC);
пропускная способность (например, средняя пропускная способность);
емкость (например, заряда/разряда);
время после последней отправки;
напряжение на элементе (например, минимальное и/или максимальное на уровне стойки и т.д.);
скорость заряда (С-скорость);
эквивалентное количество полных циклов;
информация о гарантии устройств сохранения энергии;
кривая эффективности устройств сохранения энергии;
максимальная эффективность обратного преобразователя; и
срок службы компонентов, и т.д.
Некоторые или все из представленных выше параметров статуса/работоспособности могут использоваться для оптимизации рабочей характеристики и/или работоспособности устройств сохранения энергии. В примерном варианте осуществления процессор 102 выполнен с возможностью отслеживания рабочего статуса одной или больше устройств 406 сохранения энергии. Рабочий статус может включать в себя неисправность, заряд подсистемы 434 сохранения, разряд подсистемы 434 сохранения, процент доступной энергии и т.д.
На фиг. 7 показана подсистема 100 управления, и соединения для передачи данных различных компонентов, расположенных в пределах подсистемы 100 управления. На фиг. 7 разъем 220 USB соединен с хост-устройством 210 USB в одноплатном компьютере 102 через соединение USB. Одноплатный компьютер 102 также включает в себя модуль 208 цифрового I/O, который соединен с платой 118 драйвера LED через цифровое соединение I/O. Плата 118 драйвера LED управляет индикаторами 222 LED, которые выводят информацию о состоянии, относящуюся к подсистеме 100 управления и/или узлу 410а. В примерном варианте осуществления общая мощность, требуемая во время нормальной работы и во время включения подсистемы 100 управления, составляет меньше, чем 80 Вт. В другом примерном варианте осуществления подсистема 100 управления выполнена с возможностью выполнения вывода цикла питания источника 106 бесперебойного питания.
На фиг. 7 также показан модуль 204 USB, который соединен с источником 106 бесперебойного питания через соединение USB. Одноплатный компьютер 102 также включает в себя контроллер 206 Ethernet, который соединен (например, через соединение Ethernet) с переключателем 108 Ethernet, который расположен за пределами одноплатного компьютера или процессора 102. Переключатель 108 Ethernet соединен с каждым из разъемов 214, 216 и 218 через отдельные линии Ethernet.
В примерном варианте осуществления подсистема 100 управления включает в себя порт, который позволяет программировать или перепрограммировать процессор 102. Например, порт может представлять собой порт 220 USB (USB 2.0, USB 3.0 и т.д.), как показано на фиг. 7. Порт может представлять собой порт для любых других данных, который принимает и/или передает данные, например, RS-232, порт Ethernet и т.д. Вместо физического порта 220 или в дополнение к физическому порту 220, процессор 102 может быть запрограммирован или перепрограммирован дистанционно через Wi-Fi, NFC и т.д.
В примерном варианте осуществления подсистема 100 управления включает в себя интерфейс 212 карты SD, выполненный с возможностью приема карты SD. Интерфейс 212 может, вместо этого, принимать карту SDHC или карту микро SD и т.д. На карте SD предпочтительно содержатся 4 Гб или больше данных. Одноплатный компьютер 102 может включать в себя любой другой тип запоминающего устройства (RAM, ROM, привод жесткого диска, привод и т.д.), кроме интерфейса 212 карты SD и карты SD.
Примерная подсистема 100 управления на фиг. 7 также включает в себя концентратор 224 USB, который соединен с разъемом 220 USB-A, UPS 106, печатной платой 118 драйвера LED и модулем 204 USB через разъемы USB. Разъемы цифрового I/O и USB, показанные на фиг. 7, являются взаимозаменяемыми.
На фиг. 8 иллюстрируются, как различные компоненты, которые составляют узел (подсистема 100 управления, подсистема 408 питания и подсистема 434 сохранения), могут быть соединены друг с другом. На фиг. 8 протоколы, показанные в списке условных обозначений, представляют собой пример. На фиг. 8 подсистема 100 управления соединена с подсистемой 408 питания, например, через три соединения. Два из соединений представляют собой соединения 120В АС, и одно из соединений представляет собой соединение Ethernet, которое соединяет переключатель 108 Ethernet подсистемы 100 управления с контроллером 416 обратного преобразователя подсистемы 408 питания. Одно из соединений 120В АС представляет собой соединение между источником 106 бесперебойного питания и трансформатором 400В/120В, содержащимся в подсистеме 408 питания. В дополнение к трансформатору подсистема 408 питания включает в себя контактор АС и мост IGBT, и контроллер 416 обратного преобразователя. В примерном варианте осуществления энергия в источник 106 бесперебойного питания не обязательно должна поступать из подсистемы 408 питания.
Подсистема 408 питания соединена с подсистемой 434 сохранения через два соединения DC. Подсистема 434 сохранения также включает в себя контактор DC, реле предварительного заряда, модуль устройства сохранения энергии/модуль 404 управления батареей (например, компьютерный процессор) и плавкий предохранитель/прерыватель внешнего доступа. Подсистема 408 питания соединена с устройствами 406 сохранения энергии через соединения DC. Подсистема 408 питания также может быть соединена с одним или больше вентиляторами стойки, которые используются для охлаждения компонентов, если они содержатся в стойке.
На фиг. 8 также показано, что подсистема 100 управления соединена с подсистемой 434 сохранения через соединение Ethernet. В частности, переключатель 108 Ethernet соединен с модулем устройства сохранения энергии/модулем 404 управления батареей подсистемы 434 сохранения. На фиг. 8 также показана линия ввода для остановки в случае чрезвычайной ситуации, с которой может быть соединен переключатель с нажимной кнопкой для прекращения работы в чрезвычайной ситуации. Переключатель с нажимной кнопкой для прекращения работы в чрезвычайной ситуации может быть установлен в доступном местоположении, и когда на него нажимают, происходит отсоединение источников питания. Например, подсистема 408 питания может быть отсоединена от подсистемы 434 сохранения и от шины АС объекта сохранения энергии.
В то время, как различные примерные варианты осуществления раскрытых системы и способа были описаны выше, следует понимать, что они были представлены только с целью примера, а не для ограничений. Они не являются исчерпывающими и не ограничивают раскрытие точной раскрытой формой. Изменения и варианты возможны с учетом представленных выше описаний или могут быть получены при выполнении на практике раскрытия, без выхода за пределы ширины или объема.