CN103078384B - 一种不间断电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不间断电源，其包括市电输入端与输出装置；输出装置设置切换开关以及分别与切换开关连接的普通输出单元、受控不断电输出单元、输出端；市电进线端、总开关、电源滤波单元、普通输出单元顺序连接；电源滤波单元还与智能检测单元、智能控制单元、显示单元顺序连接；电源滤波单元设置防雷抗干扰模块；智能控制单元还分别与充电控制单元、锂离子动力电池单元连接；电源滤波单元还与整流单元、充电控制单元、锂离子动力电池单元、高频控制单元、逆变电路、转换控制单元、过流过载检测单元、受控不断电输出单元顺序连接；整流单元还与转换控制单元连接。

Description

一种不间断电源

技术领域

本发明涉及不间断电控制器系统，尤其涉及的是，一种不间断电源。

背景技术

电网存在至少九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰；因此从改善电源质量的角度来说，给电脑或者其他精密设备配备一台不间断电控制器系统，是十分必要的。

另外，精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的，以服务器为核心的网络中心要配备UPS(不间断电源)，即使是一台普通电脑，其使用三个月以后的数据文件等软件价值就已经超过了硬件价值，因此为防止数据丢失而配备不间断电控制器系统是十分必要的。

然而，现有的UPS类不间断电源，目前全部采用铅酸蓄电池，就是俗称的电瓶，内部控制技术采用低频逆变技术。蓄电池加上巨大的变压器，使得UPS系统体积巨大，重量很重，无法在一些对空间和重量有要求的电脑电源内部以及安防设备内部使用。通常地说，其存在以下缺点：铅酸蓄电池往往只能放出电池容量的30％以，在完全放电后，其充电时间需要在8小时才能充到电池容量的80％，直接影响产品的可靠性；循环放电的使用寿命在300次左右，尤其在低温环境下放电容量更差；铅酸蓄电池在寿命周期内，容量逐渐下降；铅酸蓄电池的主要原料“铅”，不仅对人体有害，而且其电池的生产、回收都直接影响到环境。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的不间断电源，解决不间断电源的重量和体积、以及电池的使用寿命更换周期和成本问题。

本发明的技术方案如下：一种不间断电源，其包括市电输入端、总开关、电源滤波单元、整流单元、智能检测单元、智能控制单元、充电控制单元、锂离子动力电池单元、高频控制单元、逆变电路、转换控制单元、过流过载检测单元、显示单元以及输出装置；所述输出装置设置切换开关以及分别与所述切换开关连接的普通输出单元、受控不断电输出单元、输出端；所述切换开关用于选择导通所述普通输出单元或所述受控不断电输出单元到所述输出端；所述市电进线端、所述总开关、所述电源滤波单元、所述普通输出单元顺序连接；所述电源滤波单元还与所述智能检测单元、所述智能控制单元、所述显示单元顺序连接；所述电源滤波单元设置防雷抗干扰模块；所述智能检测单元设置电压检测模块，用于检测电压是否超过预设置电压阈值或者电压波动是否超过预设置电压波动阈值；所述智能控制单元还分别与所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元连接；所述智能控制单元设置电池监控模块，用于获取所述锂离子动力电池单元的信息，计算充电时间，控制所述充电控制单元对所述锂离子动力电池单元进行充电，并输出到所述显示单元进行显示；所述电源滤波单元还与所述整流单元、所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元、所述高频控制单元、所述逆变电路、所述转换控制单元、所述过流过载检测单元、所述受控不断电输出单元顺序连接；所述整流单元还与所述转换控制单元连接。

优选的，所述不间断电源中，所述智能控制单元还设置一报警模块，用于在充放电压过高、电池电压过低或电池需要维护时，发出报警信息。

优选的，所述不间断电源中，所述输出装置还在所述切换开关与所述输出端之间设置一短路保护单元，用于在短路引起电流冲击时切断输出。

优选的，所述不间断电源中，所述输出装置还设置一分别与所述输出端、所述总开关连接的侦测单元，用于在所述输出端停止输出超过一预设置时间，断开所述总开关。

优选的，所述不间断电源中，所述智能控制单元还设置与所述电池监控模块连接的微处理器，以及与所述微处理器连接的输入模块，用于接收输入指令并执行，将结果输出到所述显示单元进行显示；所述智能控制单元还设置分别与所述微处理器连接的充放电压计算模块、电池电量显示模块、电池维护控制电路存储模块，分别用于计算所述锂离子动力电池单元的充放电压、显示电池剩余电量和根据耗电量而变化的供电时间、存储电池维护控制电路。

优选的，所述不间断电源中，所述充电控制单元与所述锂离子动力电池单元之间设置一充电开关，并且，所述锂离子动力电池单元与所述高频控制单元之间设置一供电开关。

优选的，所述不间断电源中，所述锂离子动力电池单元设置至少二个电池仓、并联开关及其连接电路、串联开关及其连接电路，用于由用户设定各电池仓的并联状态或者串联状态。

优选的，所述不间断电源中，所述总开关还设置一判断单元，分别与所述输出端、所述电源滤波单元、所述过流过载检测单元连接，用于判断在所述电源滤波单元或所述过流过载检测单元输出故障时，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。

优选的，所述不间断电源中，所述总开关还设置一与所述输出端连接的旁路开关，用于手动切换供电方式，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。

本发明的另一技术方案如下：所述不间断电源在悬挂式摄像头、电脑电源、移动终端、交通灯、电源插座、医疗设备、手持式设备、自动柜员机中的应用。

采用上述方案，本发明采用动力锂电池，实现了体积小、实用性强的不间断电源，而本系统的体积和重量只有传统产品的20％甚至更少，并且摈弃了传统蓄电池和低频控制，采用更新的材料和更新的技术方案，彻底解决了体积重量和使用寿命的问题，在成本和造价上，也接近传统的产品，更符合商用家用和专业领域的使用。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

动力锂离子电池，简称动力锂电池，严格来说，动力锂离子电池是指容量在3Ah以上的锂离子电池，目前则泛指能够通过放电给设备、器械、模型、车辆等驱动的锂离子电池，由于使用对象的不同，电池的容量可能达不到单位Ah的级别。动力锂离子电池分高容量和高功率两种类型。高容量电池可用于电动工具、自行车、滑板车、矿灯、医疗器械等；高功率电池主要用于混合动力汽车及其它需要大电流充放电的场合。根据内部材料的不同，动力锂离子电池相应地分为液态动力锂离子电池和聚合物理离子动力电池两种，统称为动力锂离子电池。高频变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低，可分为几个档次：10kHz-50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。传送功率比较大的情况下，功率器件一般采用IGBT，由于IGBT存在关断电流拖尾现象，所以工作频率比较低；传送功率比较小的，可以采用MOSFET，工作频率就比较高。

本发明是利用动力锂电池和高频变压器进行逆变和电源切换，可以使系统成为一个不间断的电源，在外部电源出现中断后，能够短时间提供电力供应，从而可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据，也可以保障安防系统在断电或者人为破坏后继续工作，外部电源无法影响安全防护系统的工作。

如图1、2所示，本发明的一个实施例是，一种不间断电源，其包括市电输入端、总开关、电源滤波单元、整流单元、智能检测单元、智能控制单元、充电控制单元、锂离子动力电池单元、高频控制单元、逆变电路、转换控制单元、过流过载检测单元、显示单元以及输出装置。

所述输出装置设置切换开关以及普通输出单元、受控不断电输出单元、输出端；所述切换开关分别与普通输出单元、受控不断电输出单元、输出端连接。所述切换开关用于自动切换，选择导通所述普通输出单元或所述受控不断电输出单元到所述输出端，例如，在市电突然断电时，能够在毫秒级乃至于纳秒级的相应时间内，从普通输出单元自动切换到受控不断电输出单元，通过输出端输出给负载；例如，导通普通输出单元到所述输出端，市电输入端经总开关、电源滤波单元、普通输出单元、切换开关到输出端，提供给终端。优选的，所述输出装置还在所述切换开关与所述输出端之间设置一短路保护单元，例如采用电感拓扑电路等，用于在短路引起电流冲击时切断输出，从而能够有效地保护终端，例如允许在任何工作状态下长期短路或短路开机，以实现短路保护功能。优选的，所述输出装置还设置一分别与所述输出端、所述总开关连接的侦测单元，用于在所述输出端停止输出超过一预设置时间，断开所述总开关，这样能够高效节能，更有利于绿色环保。优选的，输出装置还设置短路报警模块，用于检测输出电压，当输出电压低于1％额定值时，发出报警信息，例如发出电源声报警、闪光灯报警等。

如图2所示，所述市电进线端、所述总开关、所述电源滤波单元、所述普通输出单元顺序连接；所述电源滤波单元还与所述智能检测单元、所述智能控制单元、所述显示单元顺序连接；所述电源滤波单元设置防雷抗干扰模块，从而实现了防雷保护功能，从供电电网的角度来看，供电电网是雷电的一个非常良好的感应器，所以对没有防雷保护的用电设备来说，是非常危险的，用电设备随时有被感应雷电劈坏的可能性。而现在的用电设备除了特别的防雷产品外，其他的产品一般都没有防雷功能。优选的，所述显示单元设置LCD显示屏。优选的，显示单元设置外接USB线路，通过移动终端进行显示。

所述智能检测单元设置电压检测模块，用于检测电压是否超过预设置电压阈值或者电压波动是否超过预设置电压波动阈值，以实现过压保护功能，例如，电源输出电压超过电压设定保护值时将跳闸保护。

所述智能控制单元还分别与所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元连接。所述智能控制单元设置电池监控模块，用于获取所述锂离子动力电池单元的信息，计算充电时间，控制所述充电控制单元对所述锂离子动力电池单元进行充电，并输出到所述显示单元进行显示；优选的，所述智能控制单元还设置一报警模块，用于在充放电压过高、电池电压过低或电池需要维护时，发出报警信息，例如发出声音、闪光等信号，从而能够及时通知用户；优选的，所述智能控制单元还设置与所述电池监控模块连接的微处理器，以及与所述微处理器连接的输入模块，用于接收输入指令并执行，将结果输出到所述显示单元进行显示；所述智能控制单元还设置分别与所述微处理器连接的充放电压计算模块、电池电量显示模块、电池维护控制电路存储模块，分别用于计算所述锂离子动力电池单元的充放电压、显示电池剩余电量和根据耗电量而变化的供电时间、存储电池维护控制电路。这样，通过电池电量显示，和电池维护控制电路，让用户更完全了解电池电量，更好地维护电池。

优选的，所述智能控制单元，通过智能控制充电，使得以单节锂离子动力电池的电压达到3.45V至3.5V，电压的精度控制在±1％以内；并且在使用过程中，智能控制对锂离子动力电池进行保养性充电，使得锂离子动力电池进行充电直至电池电压上升到一个安全值；又如，还调整恒流充电状态为0.5-3C之间；又如，对电池温度进行检测，在充电过程中，当锂离子动力电池的温度达到一定值时，智能调整充电控制单元的工作状态或者设置充电控制单元采用小电流进行充电，即智能控制单元对充电状态立即进行调整；又如，欠压保护控制，按单节锂离子动力电池的电压2.35V，电压的精度控制在±1％，实现对电池过放保护；又如，定期对电池进行自检，及时发现电池问题。这样，就能够实现对锂离子动力电池单元中的锂离子动力电池或电池组增加均流、均压、过压、欠压、温度监控等智能控制保护功能。

所述电源滤波单元还与所述整流单元、所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元、所述高频控制单元、所述逆变电路、所述转换控制单元、所述过流过载检测单元、所述受控不断电输出单元顺序连接；所述整流单元还与所述转换控制单元连接。优选的，所述逆变电路与所述转换控制单元之间设置一保险丝，以保障产品安全。所述过流过载检测单元，用于检测输出电流是否超过一预设值，是则切断输出或者发出报警信息，例如电源输出电流超过电流设定保护值时将声光报警，不间断电控制器系统可以实现过载保护，当过载时自动断开，保护电器避免短路或其他原因引起的过载烧坏。所述过流过载检测单元，还用于检测电源或负载是否出现故障，是则电源跳闸保护，以实现过载保护功能。

结合应用于上述任一实施例，进一步地，本发明的实施例还可以是，所述充电控制单元与所述锂离子动力电池单元之间设置一充电开关，并且，所述锂离子动力电池单元与所述高频控制单元之间设置一供电开关。这样，非常有利于维护时直接拆卸锂离子动力电池单元；或者在使用时选择是否对锂离子动力电池单元进行充电，在使用时选择是否采用锂离子动力电池单元进行供电，非常便利于用户体验和维护操作。

优选的，所述锂离子动力电池单元设置至少二个并联电池仓。或者，所述锂离子动力电池单元设置至少二个串联电池仓。这样能够有效地提升供电电压或者供电电流。优选的，所述锂离子动力电池单元设置至少二个电池仓、并联开关及其连接电路、串联开关及其连接电路，用于由用户设定各电池仓的并联状态或者串联状态，也就是说，用户在使用时，可以根据实际情况调整电池仓的连接方式，或者管理员调整电池仓的连接方式，将各电池仓设置为并联或者串联，从而非常便利于用户体验与选择使用，极大地扩充了产品的应用方向。

优选的，锂离子电池组中锂离子电池单体为18650锂离子电池或聚合物锂电池。优选的，所述智能控制电路将18650锂离子电池或聚合物锂电池的充放电压控制在3.2V至3.8V。所述智能控制电路的微处理器将所述锂离子电池组单元的荷电状态控制在80％至90％。优选的，锂离子电池组中的正极活性物质以及电解液的溶剂均为锂二氧化硫或锂亚硫酰氯，负极为人造石墨与石墨烯的混合物，或者锡的复合氧化物、钛氧化合物、钛酸盐类化合物与石墨烯的混合物。

结合应用于上述任一实施例，进一步地，本发明的实施例还可以是，所述总开关还设置一判断单元，分别与所述输出端、所述电源滤波单元、所述过流过载检测单元连接，用于判断在所述电源滤波单元或所述过流过载检测单元输出故障时，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。这样，万一所述不间断电源发生故障时，终端可以直接获得市电供电，无须担心发生因不间断电源故障而导致的终端异常断电。优选的，所述总开关还设置一与所述输出端连接的旁路开关，用于手动切换供电方式，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。也就是说，用户还可以直接选择切换到市电供电方式，有助于后期的维修维护工作。优选的，所述总开关还设置与所述判断单元连接的报警单元，用于在发生所述故障时，发出报警信号；例如，在不间断电源不能正常工作时，或者除了报警单元之外的任一单元发生故障时，都能够及时通知用户，例如发出声音、闪光等信号。这样，当输出过载或UPS发生故障时，可无间断地转到旁路工作状态由市电继续向负载供电，并提供报警信息。

下面继续结合附图给出具体的说明，本发明一个实施例的流程实现如图1所示，市电进入后通过总开关控制开关，进入防雷电路和抗干扰电路，一路到普通输出，一路到控制不断电输出，不断电输出需通过转换电路，当市电不稳定或干扰大时，切换到电池逆变后提供稳定的交流电给用电设备，达到恒压效果；当市电不稳定或雷击引起电压过压时，智能检测部分，检测后采用电池逆变输出，来稳定电压，和断开市电雷击的高压进入用电器，保护电器不受损坏。检测到电压或者电网出现问题，例如，电压不稳定或者电网不稳定，电池通过高频控制输出到逆变电路。

进一步地，本发明的实施例还可以是，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的不间断电源，以及上述任一实施例中的不间断电源在悬挂式摄像头、电脑电源、移动终端、交通灯、电源插座、医疗设备、手持式设备、自动柜员机中的应用。例如，可以嵌入本发明各实施例的产品在安防摄像头内；当外部电源故障或者遭受人为破坏时，本系统可以立即切换到后备电源。而传统的产品由于体积和重量的原因，无法嵌入悬挂式的摄像头。本发明各实施例的产品还可以嵌入电脑机箱电源中，当市电由于各种原因中断时，本系统可以立即切换后备电源，保证电脑的数据安全，传统的UPS(不间断电源)同样由于体积和重量，是无法嵌入机箱电源的。此外，对于应用各类不间断系统，包括所有交通、银行、医疗设备、手持式设备、监控系统，都可以简单方便地设计为嵌入本发明各实施例的产品，实现断电时候的保护，避免各种数据由于意外断电造成丢失或中断。并且，对于普通电源插座，同样可以嵌入设置本发明各实施例的产品作为中小功率的电器，包括电脑、电视机、传真机、打印机等，在市电意外中断后的后备电源。

采用上述实施例，本发明解决了以下问题：当停电或者电路故障造成市电掉电后，引起的用电设备断电后数据丢失、通讯中断、或可能造成损坏用电器。本发明还达到了稳定电压，起过压、过流、过载、短路保护的效果。具体地说，1、采用了新材料，本发明采用高能动力锂电池，相比于传统的铅酸蓄电池，损耗更小、体积更小和重量更轻，约为传统产品的20％-30％，并且使用寿命延长4至5倍。2、采用了新技术，本发明采用高频转换，相对于现有产品的低频逆变技术，效率更高，使产品做得更小巧精致，重量更轻，可嵌入各类系统或者随身携带。3、达到绿色环保，环保锂电池和铅酸蓄电池相比，体积小，重量轻，寿命长，更换无污染。4、电路上增加了电池组的维护功能，可以定期或者不定期的为电池组进行放电和充电，以减少电池记忆，延长电池的使用寿命。5、自动切换，及时发现供电问题和处理，保证了不间断供电。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种不间断电源，其特征在于，包括市电输入端、总开关、电源滤波单元、整流单元、智能检测单元、智能控制单元、充电控制单元、锂离子动力电池单元、高频控制单元、逆变电路、转换控制单元、过流过载检测单元、显示单元以及输出装置；

所述输出装置设置切换开关以及分别与所述切换开关连接的普通输出单元、受控不断电输出单元、输出端；所述切换开关用于选择导通所述普通输出单元或所述受控不断电输出单元到所述输出端；所述输出装置还在所述切换开关与所述输出端之间设置一短路保护单元，用于在短路引起电流冲击时切断输出；输出装置还设置短路报警模块，用于检测输出电压，当输出电压低于1％额定值时，发出报警信息；

所述输出装置还设置一分别与所述输出端、所述总开关连接的侦测单元，用于在所述输出端停止输出超过一预设置时间，断开所述总开关；

所述市电进线端、所述总开关、所述电源滤波单元、所述普通输出单元顺序连接；

所述电源滤波单元还与所述智能检测单元、所述智能控制单元、所述显示单元顺序连接；所述电源滤波单元设置防雷抗干扰模块；

所述智能检测单元设置电压检测模块，用于检测电压是否超过预设置电压阈值或者电压波动是否超过预设置电压波动阈值；

所述智能控制单元还分别与所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元连接；所述智能控制单元设置电池监控模块，用于获取所述锂离子动力电池单元的信息，计算充电时间，控制所述充电控制单元对所述锂离子动力电池单元进行充电，并输出到所述显示单元进行显示；

所述智能控制单元还设置与所述电池监控模块连接的微处理器，以及与所述微处理器连接的输入模块，用于接收输入指令并执行，将结果输出到所述显示单元进行显示；所述智能控制单元还设置分别与所述微处理器连接的充放电压计算模块、电池电量显示模块、电池维护控制电路存储模块，分别用于计算所述锂离子动力电池单元的充放电压、显示电池剩余电量和根据耗电量而变化的供电时间、存储电池维护控制电路；所述智能控制单元用于在智能控制充电时，使得以单节锂离子动力电池的电压达到3.45V至3.5V，电压的精度控制在±1％以内，并且用于在使用过程中，智能控制对锂离子动力电池进行保养性充电，使得锂离子动力电池进行充电直至电池电压上升到一个安全值，还用于调整恒流充电状态为0.5-3C之间，还用于对电池温度进行检测，在充电过程中，当锂离子动力电池的温度达到一定值时，智能调整充电控制单元的工作状态或者设置充电控制单元采用小电流进行充电，还用于欠压保护控制，按单节锂离子动力电池的电压2.35V，电压的精度控制在±1％，实现对电池过放保护，还用于定期对电池进行自检，及时发现电池问题；

所述电源滤波单元还与所述整流单元、所述充电控制单元、所述锂离子动力电池单元、所述高频控制单元、所述逆变电路、所述转换控制单元、所述过流过载检测单元、所述受控不断电输出单元顺序连接；

所述整流单元还与所述转换控制单元连接；

所述总开关还设置一判断单元，分别与所述输出端、所述电源滤波单元、所述过流过载检测单元连接，用于判断在所述电源滤波单元或所述过流过载检测单元输出故障时，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。

2.根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于，所述智能控制单元还设置一报警模块，用于在充放电压过高、电池电压过低或电池需要维护时，发出报警信息。

3.根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于，所述充电控制单元与所述锂离子动力电池单元之间设置一充电开关，并且，所述锂离子动力电池单元与所述高频控制单元之间设置一供电开关。

4.根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于，所述锂离子动力电池单元设置至少二个电池仓、并联开关及其连接电路、串联开关及其连接电路，用于由用户设定各电池仓的并联状态或者串联状态。

5.根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于，所述总开关还设置一与所述输出端连接的旁路开关，用于手动切换供电方式，直接将所述市电输入端输出到所述输出端。

6.权利要求1至5任一所述不间断电源在悬挂式摄像头、电脑电源、移动终端、交通灯、电源插座、医疗设备、手持式设备、自动柜员机中的应用。