CN102790418A - 模块化ups及多充电器并联逻辑控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一种具有独立充电器的模块化UPS及多充电器并联逻辑控制方法，该模块化UPS的充电器的输入端与输入电源连接，充电器的输出端与电池组连接，功率模块设置有交流输入端、直流输入端，交流输入端与输入电源连接，直流输入端与电池组连接，充电器、功率模块、监控模块通过CAN总线连接，多充电器并联逻辑控制方法为通过主充电器对充电器进行控制，使各充电器同步工作，同时根据正在充电的充电器的数量均分模块化UPS的充电电流，本发明可以实现多充电器并联工作，并且实现充电器冗余功能，当其中一个充电器故障，其他充电器可以自动调整，提高系统可靠性。

Description

模块化UPS及多充电器并联逻辑控制方法

技术领域

 本发明涉及不间断电源技术领域，特别是涉及一种具有独立充电器的模块化UPS及多充电器并联逻辑控制方法。

背景技术

UPS（Uninterruptible Power System），是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

模块化UPS在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，因此具有高电源质量、高电源可用性、易扩容、易维护、安全可靠且运行成本低的优点，成为UPS的发展方向之一。现有的模块化UPS包括机架、多个功率模块、静态开关模块、监控模块以及电池组，其中功率模块包括整流器、逆变器、充电器、控制电路等，多个充电器的存在导致了需要对充电过程进行控制以使各充电器能够协调工作。为解决该问题，申请号为200910238937.1的中国发明专利申请公布了“一种模块化UPS及其充电器的控制方法”，多个充电器同时对电池组进行充电，并检测每个充电器的充电电压、充电电流，判断是否需要关闭部分或全部充电器。

对于上述模块化UPS及其充电器的控制方法，充电器是内置于功率模块中，当充电器发生故障时，即使功率模块的其他部分正常，也需要将整个功率模块拔出进行维修，这样将减少整个UPS的容量，从而可能导致过载断电，使得UPS无法持续给负载供电。

另一方面，充电器对电池充电是分阶段的，有均充阶段、浮充阶段和均浮充周期切换等，不同的充电阶段，需要充电器输出不同的电压、电流，因此当多个充电器同时对电池组进行充电时，要求各充电器能同步工作在同一个充电阶段，而上述专利申请的UPS模块化对电池组的充电电流、充电电压是变化的，难以使各个充电器同步工作在同一个充电阶段。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，而提供一种具有独立充电器的模块化UPS，其充电器从功率模块中独立出来进行控制，从而可以热拔插充电器，避免当充电器发生故障时需要拔出整个功率模块。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种具有独立充电器的模块化UPS，包括机架，所述机架内设置有充电器、功率模块、监控模块、电池组，所述充电器的输入端与输入电源连接，所述充电器的输出端与所述电池组连接，所述功率模块设置有交流输入端、直流输入端，所述交流输入端与输入电源连接，所述直流输入端与所述电池组连接，所述充电器、功率模块、监控模块通过CAN总线连接。

所述充电器为可独立工作的数字充电器，该数字充电器的工作模式变换、状态检测、电流调整及开关控制由软件控制。

所述充电器为一个。

所述充电器为相互并联的若干个，其中一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器。

所述若干个充电器分别与CAN总线连接。

本发明的另一个目的在于针对现有技术的不足，而提供上述具有独立充电器的模块化UPS的多充电器并联逻辑控制方法，可以实现充电器冗余功能，当其中一个充电器发生故障，其他充电器进行自动调整，提高系统可靠性。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：所述充电器为相互并联的若干个，充电器进行充电时包括下列步骤：

a、功率模块将充电配置信息发送给充电器，选择充电方式为均充或是浮充，并确定对电池组的充电电压、充电电流，充电配置信息包括电池电压、电池容量、电池数量、温度补偿系数；

b、各充电器通过CAN总线进行通讯，收集其他充电器的状态信息，确定可以进行充电的充电器数量；

c、各充电器通过竞争确定一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器；

d、根据步骤a，确定主充电器的充电方式、输出电压，主充电器的输出电压等于电池组的充电电压，从充电器跟随主充电器，采用与主充电器相同的充电阶段、输出电压；

e、将对电池组的充电电流除以可以进行充电的充电器数量，得到单个充电器的输出电流；

f、可以进行充电的充电器按上述输出电压、输出电流对电池组进行充电；

g、周期性地重复上述步骤b~f，当电池组的参数发生变化时，进入步骤a。

所述步骤c中，所述充电器包括优先级从高到低的四个工作模式：充电模式、待机模式、故障模式和关闭模式，每个充电器具有一物理地址，工作模式优先级最高的充电器成为主充电器；工作模式优先级相同，则物理地址最低的充电器成为主充电器。

所述步骤d中，当充电器分配到的输出电流大于充电器的额定输出电流时，充电器以额定输出电流进行充电。

所述步骤g中，以20ms为周期重复步骤b~f。

本发明的有益效果是：一种具有独立充电器的模块化UPS及多充电器并联逻辑控制方法，通过CAN总线实现对独立充电器的逻辑控制，每个充电器均匀分担电池组的充电电流，并且周期性地采集充电器的状态信息，当部分进行充电的充电器停止充电时，自动调整其他充电器的输出电流，使电池组充电稳定，尽可能地满足用户设置的充电需求，同时，采用主从充电器的逻辑控制方法，实现多充电器并联工作，避免当充电器发生故障时需要拔出整个功率模块，实现充电器冗余功能，当其中一个充电器故障，其他充电器可以自动调整，提高系统可靠性。

附图说明

图1是本发明的具有独立充电器的模块化UPS的原理方框图。

图2是本发明的充电器开关控制流程图。

图3是本发明的主从充电器的竞争流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。

实施例一。

本实施例的具有独立充电器的模块化UPS，包括机架，所述机架内设置有充电器、功率模块、监控模块、电池组，如图1所示，所述充电器的输入端与输入电源连接，所述充电器的输出端与所述电池组连接，所述功率模块设置有交流输入端、直流输入端，所述交流输入端与输入电源连接，所述直流输入端与所述电池组连接，所述充电器、功率模块、监控模块通过CAN总线连接。本发明的模块化UPS的充电、供电原理与现有技术相同，其区别在于：将充电器从功率模块剥离出来，使两者成为相对独立的功能单元，充电器通过CAN总线与功率模块、监控模块通讯，其中，监控模块与充电器相互通讯，功率模块与充电器相互通讯，这样可以使得监控模块、功率模块分别获知充电器的状态信息，并对充电器进行控制。

所述充电器为可独立工作的数字充电器，该数字充电器的工作模式变换、状态检测、电流调整及开关控制由软件控制。

具体的，对充电器的控制包括如下内容：一、监控模块可以直接给充电器发送命令，以检测充电器是否在线（是否可充电），或控制充电器开启、关闭；二、充电器周期性地把充电器的状态信息，如输出电压、输出电流等参数发送给监控模块，监控模块将其显示到LCD显示屏上，实现对充电器的实时监控；三、充电器把充电器的状态信息发给功率模块，功率模块可以根据其他参数决定开启或关闭充电器，当功率模块为电池供电或关机时，功率模块发送关闭充电器命令，当功率模块为市电供电或旁路供电时，功率模块发送开启充电器命令，功率模块还可以将电池电压、电池容量、电池组数以及温度补偿系数等充电参数发送给充电器。

如图2所示，当用户通过监控模块的界面关闭充电器后，充电器进入手动控制状态，充电器将不再响应功率模块的开启充电器命令，这样可以保证充电器的开关处于用户的控制之下。用户手动关闭充电器后，用户可以通过监控模块手动地开启充电器，否则充电器一直处于关闭状态。用户重新开启充电器后，充电器恢复到自动控制状态，充电器重新响应功率模块的开关命令。这样既可以保证UPS系统能自动地进行模式切换，又给用户手动操作权限，维护方便。

对于本发明，所述充电器可以为一个，优选的，所述充电器为相互并联的若干个，其中一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器。各充电器分别与CAN总线连接，因此，各充电器之间可以相互通讯。

本发明将充电器从功率模块中独立出来，当进行充电的部分充电器因发生故障或被取出而停止充电时，该模块化UPS可以检测到该变化，重新分配充电器的充电电流，使电池组充电稳定，尽可能地满足用户设置的充电需求，避免当充电器发生故障时需要拔出整个功率模块，由于功率模块不需要拔出，该模块化UPS的供电能力不会发生变化，不会减少整个UPS的容量，因此工作更加稳定，不会因此导致过载断电，并且实现充电器冗余功能，当其中一个充电器故障，其他充电器可以自动调整，提高系统可靠性。

实施例二。

本实施例提供一种具有独立充电器的模块化UPS的多充电器并联逻辑控制方法，所述充电器为相互并联的若干个，充电器进行充电时包括下列步骤：

a、功率模块将充电配置信息发送给充电器，选择充电方式为均充或是浮充，并确定对电池组的充电电压、充电电流，充电配置信息包括电池电压、电池容量、电池数量、温度补偿系数，对电池组采用均充还是浮充可以手动控制，也可以通过监控模块中的计算机程序进行判断；

b、各充电器通过CAN总线进行通讯，收集其他充电器的状态信息，确定可以进行充电的充电器数量；

c、各充电器通过竞争确定一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器；

d、根据步骤a的结论，确定主充电器的充电方式、输出电压，主充电器的输出电压等于电池组的充电电压，从充电器跟随主充电器，采用与主充电器相同的充电阶段、输出电压；

e、将对电池组的充电电流除以可以进行充电的充电器数量，得到单个充电器的输出电流；

f、可以进行充电的充电器按上述输出电压、输出电流对电池组进行充电；

g、周期性地重复上述步骤b~f，当电池组的参数发生变化时，进入步骤a。电池组的充电方式改变是指，电池组从均充改为浮充或由浮充改为均充，其包括以下情况：1、当均充完成，电池组自动转入浮充；2、电池组向外供电，导致电能减少，从浮充转为均充；3、通过手动控制，改变充电方式。此时，需要重新确定电池组的充电电压、充电电流。

充电器对电池组的充电方式包括均充、浮充，采用不同的充电方式，充电器具有不同输出电压和输出电流，因此当多个充电器并联时，要求各充电器能同步工作在同一个充电阶段，保证各充电器的输出一致，当主充电器的充电阶段发生改变时，从充电器切换至与主充电器相同的充电阶段。

为了实现多充电器的同步，本发明中使用了动态主从充电器的控制方式。多充电器并联时，各充电器根据工作模式和物理地址来竞争出主充电器，其余的为从充电器。主充电器统筹系统中的所有充电器同步工作，从充电器接受主充电器的控制，根据主充电器的命令来工作。从而保证所有充电器都跟随主充电器，实现多充电器的同步。在系统运行过程中，主从充电器是动态变化的，保证主充电器的优先级在整个系统中是最高的。

其中，所述充电器包括优先级从高到低的四个工作模式：充电模式、待机模式、故障模式和关闭模式，每个充电器具有一物理地址，充电器的物理地址是该充电器在UPS系统中的一个固定的编号，物理地址越小，优先级越高。图3所示为主从充电器竞争流程图，充电器首先把自身的工作模式与其他充电器的工作模式相比较，如果自身工作模式优先级最高，则成为主充电器；如果自身工作模式优先级最低，则成为从充电器；如果自身工作模式优先级和其他充电器的相同，则再判断物理地址，物理地址最低则成为主充电器，否则为从充电器。在系统运行中，各充电器的工作模式可能变化，因此各充电器之间是周期性地进行主从竞争。

所述步骤d中，当充电器分配到的输出电流大于充电器的额定输出电流时，充电器以额定输出电流进行充电。此时，本发明的模块化UPS对电池组的充电速度较小，充电时间较长。

所述步骤g中，以20ms为周期重复步骤b~f。

因此，当某个充电器发生故障或热拔插时，功率模块、监控模块、其他充电器会迅速发现，并重新计算每个充电器需要提供的供电电流，从而自动进行调整，使电池组充电稳定，尽可能地满足用户设置的充电需求，避免当充电器发生故障时需要拔出整个功率模块，由于功率模块不需要拔出，该模块化UPS的供电能力不会发生变化，不会减少整个UPS的容量，因此工作更加稳定，不会因此导致过载断电，并且实现充电器冗余功能，当其中一个充电器故障，其他充电器可以自动调整，提高系统可靠性。

需要说明的是，在上述步骤e中，计算单个充电器的充电电流可以通过每个正在充电的充电器各自进行运算得到，也可以是通过监控模块或功率模块统一进行运算，然后将运算结果发给各充电器。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种模块化UPS，包括机架，其特征在于：所述机架内设置有充电器、功率模块、监控模块、电池组，所述充电器的输入端与输入电源连接，所述充电器的输出端与所述电池组连接，所述功率模块设置有交流输入端、直流输入端，所述交流输入端与输入电源连接，所述直流输入端与所述电池组连接，所述充电器、功率模块、监控模块通过CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的模块化UPS，其特征在于：所述充电器为可独立工作的数字充电器，该数字充电器的工作模式变换、状态检测、电流调整及开关控制由软件控制。

3.根据权利要求2所述的模块化UPS，其特征在于：所述充电器为一个。

4.根据权利要求2所述的模块化UPS，其特征在于：所述充电器为相互并联的若干个，其中一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器。

5.根据权利要求4所述的模块化UPS，其特征在于：所述若干个充电器分别与CAN总线连接。

6.根据权利要求1所述的模块化UPS的多充电器并联逻辑控制方法，其特征在于：所述充电器为相互并联的若干个，充电器进行充电时包括下列步骤：

a、功率模块将充电配置信息发送给充电器，选择充电方式为均充或是浮充，并确定对电池组的充电电压、充电电流，充电配置信息包括电池电压、电池容量、电池数量、温度补偿系数；

b、各充电器通过CAN总线进行通讯，收集其他充电器的状态信息，确定可以进行充电的充电器数量；

c、各充电器通过竞争确定一个充电器为主充电器，其他充电器为从充电器；

d、根据步骤a，确定主充电器的充电方式、输出电压，主充电器的输出电压等于电池组的充电电压，从充电器跟随主充电器，采用与主充电器相同的充电阶段、输出电压；

e、将对电池组的充电电流除以可以进行充电的充电器数量，得到单个充电器的输出电流；

f、可以进行充电的充电器按上述输出电压、输出电流对电池组进行充电；

g、周期性地重复上述步骤b~f，当电池组的参数发生变化时，进入步骤a。

7.根据权利要求6所述的多充电器并联逻辑控制方法，其特征在于：所述步骤c中，所述充电器包括优先级从高到低的四个工作模式：充电模式、待机模式、故障模式和关闭模式，每个充电器具有一物理地址，工作模式优先级最高的充电器成为主充电器；工作模式优先级相同，则物理地址最低的充电器成为主充电器。

8.根据权利要求6所述的多充电器并联逻辑控制方法，其特征在于：所述步骤d中，当充电器分配到的输出电流大于充电器的额定输出电流时，充电器以额定输出电流进行充电。

9.根据权利要求6所述的多充电器并联逻辑控制方法，其特征在于：所述步骤g中，以20ms为周期重复步骤b~f。

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