CN103683383B - 一种低压备电电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种低压备电电路和方法，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，同时消除备电隐患。该电路具体包括：至少一个电池组充放电管理电路、交流-直流AC-DC转换模块和直流电DC输出模块，其中：电池组充放电管理电路的一端与AC-DC转换模块连接；电池组充放电管理电路的另一端与DC输出模块连接；AC-DC转换模块的另一端与DC输出模块连接；DC输出模块与待供电设备连接；电池组充放电管理电路用于为低压备电电路提供备电通路；AC-DC转换模块用于将输入低压备电电路的交流电压转换为直流电压；DC输出模块用于将经过转换的直流电压输入至待供电设备。本发明应用于供电设备中。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种低压备电电路和方法。
背景技术
在通信、情报与指挥中心(InformationandDirectionCenter，简称IDC)、医疗、研究、桥梁等领域，很多设备需要不间断供电，以保证数据的安全性和设备工作状态的连续性，否则可能造成无法挽回的严重后果。例如有些医疗设备在市电断掉电时，如果不能及时恢复供电，保证连续工作，那病人的生命安全就无法得到保障。
目前使用最广泛的一种备电方案是UPS，最早在上世纪60年代的时候就已经出现了。其工作原理主要是分为主供电通路和备电通路，其中：主供电通路：交流输入经过AC-DC模块转换为直流电压，再经过DC-AC逆变器还原为交流电压输出；备电通路：交流输入经过充电器给电池组充电，当交流输入异常时，电池组的输出直流电压送给DC-AC逆变模块，保证AC输出不间断供电。另一种备电方案是高压直流备电，同样分为主供电通路和备电通路；其中：主供电通路：交流输入经过AC-DC模块转换为直流电压，送给待供电设备；备电通路：电池组直接从AC-DC模块输出取电，用于充电，当AC-DC模块输出异常时，由电池组直接给待供电设备供电。但是，第一种备电方案由于转换环节复杂，导致转换效率低；且，并联增加备电容量时，需要考虑相位等复杂的因素，导致并机难度大、成本高，还存在备电隐患；同样，第二种备电方案。对于备电容量要求小的设备，会出现严重的过设计问题，电芯节数多导致体积大、成本高。
发明内容
本发明的实施例提供一种低压备电电路和方法，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种低压备电电路，包括：至少一个电池组充放电管理电路、交流-直流AC-DC转换模块和直流电DC输出模块，其中：
所述电池组充放电管理电路的一端与所述AC-DC转换模块连接；所述电池组充放电管理电路的另一端与所述DC输出模块连接；
所述AC-DC转换模块的另一端与所述DC输出模块连接；
所述DC输出模块与待供电设备连接；
所述电池组充放电管理电路用于为所述低压备电电路提供备电通路；
所述AC-DC转换模块用于将输入所述低压备电电路的交流电压转换为直流电压；
所述DC输出模块用于将经过转换的直流电压输入至待供电设备。
在第一种可能的实现方式中，结合第一方面，
所述AC-DC转换模块与所述DC输出模块连接。
在第二种可能的实现方式中，结合第一方面，所述电池组充放电管理电路包括：直流-直流DC-DC电池充电模块、电池组模块、DC-DC电池放电模块、控制模块和通信总线，其中：
所述DC-DC电池充电模块的第一端与所述AC-DC转换模块连接，所述DC-DC电池充电模块的第二端与所述电池组模块的第一端连接，所述DC-DC电池充电模块的第三端与所述控制模块的第一端连接；
所述电池组模块的第二端与所述DC-DC电池放电模块的第一端连接，所述电池组模块的第三端与所述控制模块的第二端连接；
所述控制模块的第三端与所述DC-DC电池放电模块的第二端连接；
所述DC-DC电池放电模块的第三端与所述DC输出模块连接；
所述DC-DC电池充电模块将经过所述AC-DC转换模块输出的高压直流电平转换为所述电池组模块充电的低压直流电平；
所述电池组模块为所述低压备电电路提供备用电源；
所述DC-DC电池放电模块将所述电池组模块输出的低压直流电平转换为高压直流电平；
所述控制模块对所述电池组充放电管理电路进行充放电管理；
所述通信总线对所述电池组模块进行监控并将所述低压备电电路的充放电状态、电池组模块的状态和所述待供电设备同步。
在第三种可能的实现方式中，结合第二种可能的实现方式，
所述控制模块控制所述低压备电电路进行周期性的在线测试，以保证所述电池组充放电管理电路的备电容量满足所述待供电设备的要求。
在第四种可能的实现方式中，结合第三种可能的实现方式，
所述DC-DC电池放电模块和所述DC-DC电池充电模块是受所述控制模块控制的。
在第五种可能的实现方式中，结合第二种可能的实现方式，
所述通信总线为串行总线或控制总线CB。
在第六种可能的实现方式中，结合第二种可能的实现方式
所述电池组模块包括至少一个电芯；其中，所述电芯的个数根据所述待供电设备的备电容量的需求而变化。
在第七种可能的实现方式中，结合第一方面的第二至第六种任一可能的实现方式，所述低压备电电路包括至少两个电池组充放电管理电路，其中：
所述至少两个电池组充放电管理电路中的控制模块之间可以通过所述DC-DC电池放电模块实现交互，以保证所述至少两个电池组充放电管理电路中的一个电池组充放电管理电路进行在线测试时，至少另一所述电池组充放电管理电路为所述待供电设备提供备电电压。
第二方面，提供一种低压备电方法，所述方法包括：
通过AC-DC转换模块接收输入低压备电电路的交流电压；
通过所述AC-DC转换模块将所述交流电压转换为高平直流电压；
通过电池组充放电管理电路根据所述AC-DC转换模块转换得到的高平直流电压与所述电池组充放电管理电路上的电压的大小关系，决定是否对待供电设备进行充电。
在第一种可能的实现方式中，结合第二方面，所述方法还包括：
将通过所述AC-DC转换模块得到的高平直流电压输出至所述待供电设备。
在第二种可能的实现方式中，结合第二方面或第一种可能的实现方式，所述通过电池组充放电管理电路根据所述AC-DC转换模块转换得到的高平直流电压与所述电池组充放电管理电路上的电压的大小关系，决定是否对待供电设备进行充电，包括：
检测到电池组模块的电压小于阈值电压时，通过控制模块打开DC-DC电池充电模块同时关闭DC-DC电池放电模块，为所述电池组模块充电；
检测到充电完成后，通过所述控制模块关闭所述DC-DC电池充电模块；
检测到所述电池组模块的电压小于经过所述AC-DC转换模块得到的所述高平直流电压时，打开所述DC-DC电池放电模块同时关闭所述DC-DC电池充电模块，为所述待供电设备提供电压信号。
在第三种可能的实现方式中，结合第二方面或第一种可能的实现方式，
所述方法还包括：
周期性的对所述电池组模块进行检测；
根据检测结果，确定所述电池组模块是否满足备电容要求。
在第四种可能的实现方式中，结合第三种可能的实现方式，所述周期性的对所述电池组模块进行检测之前，还包括：
当检测到所述电池组模块的电压小于所述AC-DC转换模块得到的所述高平直流电压时，通过所述控制模块调节所述电池组模块的电压高于所述AC-DC转换模块得到的高平直流电压。
本发明的实施例提供的低压备电电路和方法，备电通路包括电池组模块、控制模块、电池充电模块和电池放电模块，控制模块通过电池充电模块和电池放电模块对电池组的充放电管理，同时控制模块可以对低压备电电路周期性的进行在线测试，电池组模块中电芯的数量由待供电设备的备电容量的需求决定，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的一种低压备电电路的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的另一种低压备电电路的结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的又一种低压备电电路的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的一种低压备电方法的流程示意图；
图5为本发明的实施例提供的另一种低压备电方法的流程示意图；
图6为本发明的实施例提供的又一种低压备电方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种低压备电电路，参照图1所示，包括：至少一个电池组充放电管理电路、交流-直流(alternatingcurrent-directcurrent，简称AC-DC)转换模块和直流电(directcurrent，简称DC)输出模块，其中：
电池组充放电管理电路的一端与AC-DC转换模块连接；电池组充放电管理电路的另一端与DC输出模块连接。
AC-DC转换模块的另一端与DC输出模块连接。
DC输出模块与待供电设备连接。
电池组充放电管理电路用于为低压备电电路提供备电通路。
AC-DC转换模块用于将输入低压备电电路的交流电压转换为直流电压。
具体的，AC-DC转换模块内部的工作流程包括：AC输入，工频整流，DC-DC转换和DC输出。其中，工频整流是将经过AC输入的交流电压转换为直流电压；DC-DC转换将转换后的直流电压转换为待供电设备需要的高平直流电压。
DC输出模块用于将经过转换的直流电压输入至待供电设备。
本发明的实施例提供的低压备电电路，备电通路包括电池组模块、控制模块、电池充电模块和电池放电模块，控制模块通过电池充电模块和电池放电模块对电池组的充放电管理，同时控制模块可以对低压备电电路周期性的进行在线测试，电池组模块中电芯的数量由待供电设备的备电容量的需求决定，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。
进一步，本发明的实施例提供另一种低压备电电路，参照图2所示，AC-DC转换模块与DC输出模块连接。
具体的，参照图3所示，电池组充放电管理电路包括：直流-直流(directcurrent-directcurrent，简称DC-DC)电池充电模块、电池组模块、DC-DC电池放电模块、控制模块和通信总线，其中：
DC-DC电池充电模块的第一端与AC-DC转换模块连接，DC-DC电池充电模块的第二端与电池组模块的第一端连接，DC-DC电池充电模块的第三端与控制模块的第一端连接。
电池组模块的第二端与DC-DC电池放电模块的第一端连接，电池组模块的第三端与控制模块的第二端连接。
控制模块的第三端与DC-DC电池放电模块的第二端连接。
DC-DC电池放电模块的第三端与DC输出模块连接。
DC-DC电池充电模块将经过AC-DC转换模块输出的高压直流电平转换为电池组模块充电的低压直流电平。
电池组模块为低压备电电路提供备用电源。
DC-DC电池放电模块将电池组模块输出的低压直流电平转换为高压直流电平。
控制模块对电池组充放电管理电路进行充放电管理。
通信总线对电池组模块进行监控并将低压备电电路的充放电状态、电池组模块的状态和待供电设备同步。
进一步，控制模块控制低压备电电路进行周期性的在线测试，以保证电池组充放电管理电路的备电容量满足待供电设备的要求。
其中，在线测试主要是通过在充满电的电池组开始放电的时候计时，计算电池组将电量放完需要的时间，经过计算得到电池组的容量，以此来哦判断电池组的性能是不是良好。具体的，可以通过电池组放电电流对时间积分来得到电池容量，公式为：Q＝∫idt，其中，Q为电池组容量，i为电池组放电时的电流，t为电池组放电放完电需要的时间。在线测试的时候如果检测到电池组模块的电压小于AC-DC转换模块输出的电压时，则需要通过DC-DC电池放电模块调高电池组当前的电压，这样才可以保证电池组的电量放出，进行在线测试。
具体的，DC-DC电池放电模块和DC-DC电池充电模块是受控制模块控制的。
通信总线为串行总线serialbus或控制总线(ControlBus，简称CB)。
具体的，在本发明实施例中串行总线优选集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit，简称IIC)。
电池组模块包括至少一个电芯。
其中，电芯的个数根据待供电设备的备电容量的需求而变化。
进一步，参照图3所示，低压备电电路包括至少两个电池组充放电管理电路，其中：
至少两个电池组充放电管理电路中的控制模块之间可以通过DC-DC电池放电模块实现交互，以保证至少两个电池组充放电管理电路中的一个电池组充放电管理电路进行在线测试时，至少另一电池组充放电管理电路为待供电设备提供备电电压。
两个电池组充放电管理电路即备电通路，可以通过一个标志寄存器实现同步。每个备电通路在做在线测试时，就将该通路的寄存器设置为1，没有做在线测试时的备电通路则将寄存器设置为0；一个备电通路要做在线测试时，先检测另一个备电通路是否在做在线测试(检测另存一通路的该寄器状态)，必须是另一通路没做在线测试时，本通路才能做在线测试，否则就算做在线测试的时间到了，也不做在线测试，保证备电通路中至少有一路可以为待供电设备提供电压。具有多个电池组充放电管理电路的备电电路的在线测试与拥有两个电池组充放电管理电路的备电电路的工作原理相同，此处不再赘述。
本实施例中提供的低压备电电路主要是待供电设备的供电电源出现端点货真故障时，可以立即切换到备电通路，可以为待供电设备提供备电电压，可以避免造成不必要的损失。当检测到电池组模块的电压小于通过DC模块输入至待供电设备的电压时，控制电路会开启DC-DC电池放电模块，通过电池组为待供电设备提供电压。当检测到电路中主供电通路中的交流输入正常，而电池组电量不足时，控制电路会开启DC-DC电池充电模块，为电池组充电。判断电池组充电是否完成、电量不足和放电是否完成的标准均与实际中使用的电池组的型号有关，具体的标准与现有的标准相同，此处不再赘述。当然，也可以根据实际的需求选择适合自己的判断标准。
本发明实施例提供的低压备电电路可以用于供电设备的内部为整个设备提供电压，也可以用于给设备内部的某部分设备提供电压。同时，该电池组模块的容量只跟待供电设备所需的电量有关。这样，该备电电路可以适用于任何需求的待供电设备，极大的扩大了应用范围，同时，体积也相对减小，系统可靠性更高、更稳定。
本发明的实施例提供的低压备电电路，备电通路包括电池组模块、控制模块、电池充电模块和电池放电模块，控制模块通过电池充电模块和电池放电模块对电池组的充放电管理，同时控制模块可以对低压备电电路周期性的进行在线测试，电池组模块中电芯的数量由待供电设备的备电容量的需求决定，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。进而，可以扩大应用场景。
本发明的实施例提供一种低压备电方法，参照图4所示，该方法包括以下步骤：
101、通过AC-DC转换模块接收输入低压备电电路的交流电压。
102、通过AC-DC转换模块将交流电压转换为高平直流电压。
103、通过电池组充放电管理电路根据AC-DC转换模块转换得到的高平直流电压与电池组充放电管理电路上的电压的大小关系，决定是否对待供电设备进行充电。
本发明的实施例提供的低压备电方法，备电通路包括电池组模块、控制模块、电池充电模块和电池放电模块，控制模块通过电池充电模块和电池放电模块对电池组的充放电管理，同时控制模块可以对低压备电电路周期性的进行在线测试，电池组模块中电芯的数量由待供电设备的备电容量的需求决定，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。
本发明的实施例提供一种低压备电方法，参照图5所示，该方法包括以下步骤：
201、通过AC-DC转换模块接收输入低压备电电路的交流电压。
202、通过AC-DC转换模块将交流电压转换为高平直流电压。
203、通过电池组充放电管理电路根据AC-DC转换模块转换得到的高平直流电压与电池组充放电管理电路上的电压的大小关系，决定是否对待供电设备进行充电。
204、将通过AC-DC转换模块得到的高平直流电压输出至待供电设备。
本发明的实施例提供的低压备电方法，备电通路包括电池组模块、控制模块、电池充电模块和电池放电模块，控制模块通过电池充电模块和电池放电模块对电池组的充放电管理，同时控制模块可以对低压备电电路周期性的进行在线测试，电池组模块中电芯的数量由待供电设备的备电容量的需求决定，为待供电设备提供备电电压时，提高了工作效率，降低了生产和使用成本，避免了不必要的浪费，同时，可以消除备电隐患。进而，可以扩大应用场景。
本发明的实施例提供一种低压备电方法，参照图6所示，该方法包括以下步骤：
301、通过AC-DC转换模块接收输入低压备电电路的交流电压。
302、通过AC-DC转换模块将交流电压转换为高平直流电压。
303、检测到电池组模块的电压小于阈值电压时，通过控制模块打开DC-DC电池充电模块同时关闭DC-DC电池放电模块，为电池组模块充电。
304、检测到充电完成后，通过控制模块关闭DC-DC电池充电模块。
305、检测到电池组模块的电压小于经过AC-DC转换模块得到的高平直流电压时，打开DC-DC电池放电模块同时关闭DC-DC电池充电模块，为待供电设备提供电压信号。
306、当检测到电池组模块的电压小于AC-DC转换模块得到的高平直流电压时，通过控制模块调节电池组模块的电压高于AC-DC转换模块得到的高平直流电压。
307、周期性的对电池组模块进行检测。
308、根据检测结果，确定电池组模块是否满足备电容量要求。
309、将通过AC-DC转换模块得到的高平直流电压输出至待供电设备。
其中，步骤303～308与步骤309之间没有先后顺序之分，即步骤309也可以是在步骤303～308之前进行的，此处并不唯一的限定步骤303～308与步骤309之间的顺序。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种低压备电电路，其特征在于，包括：至少一个电池组充放电管理电路、交流-直流AC-DC转换模块和直流电DC输出模块，其中：
所述电池组充放电管理电路的一端与所述AC-DC转换模块连接；所述电池组充放电管理电路的另一端与所述DC输出模块连接；
所述AC-DC转换模块的另一端与所述DC输出模块连接；
所述DC输出模块与待供电设备连接；
所述电池组充放电管理电路用于为所述低压备电电路提供备电通路；
所述AC-DC转换模块用于将输入所述低压备电电路的交流电压转换为直流电压；
所述DC输出模块用于将经过转换的直流电压输入至待供电设备；
所述电池组充放电管理电路包括：直流-直流DC-DC电池充电模块、电池组模块、DC-DC电池放电模块、控制模块和通信总线，其中：
所述DC-DC电池充电模块的第一端与所述AC-DC转换模块连接，所述DC-DC电池充电模块的第二端与所述电池组模块的第一端连接，所述DC-DC电池充电模块的第三端与所述控制模块的第一端连接；
所述电池组模块的第二端与所述DC-DC电池放电模块的第一端连接，所述电池组模块的第三端与所述控制模块的第二端连接；
所述控制模块的第三端与所述DC-DC电池放电模块的第二端连接；
所述DC-DC电池放电模块的第三端与所述DC输出模块连接；
所述DC-DC电池充电模块将经过所述AC-DC转换模块输出的高压直流电平转换为所述电池组模块充电的低压直流电平；
所述电池组模块为所述低压备电电路提供备用电源；
所述DC-DC电池放电模块将所述电池组模块输出的低压直流电平转换为高压直流电平；
所述控制模块对所述电池组充放电管理电路进行充放电管理；
所述通信总线对所述电池组模块进行监控并将所述低压备电电路的充放电状态、电池组模块的状态和所述待供电设备同步。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述控制模块控制所述低压备电电路进行周期性的在线测试，以保证所述电池组充放电管理电路的备电容量满足所述待供电设备的要求。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，
所述DC-DC电池放电模块和所述DC-DC电池充电模块是受所述控制模块控制的。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述通信总线为串行总线或控制总线CB。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述电池组模块包括至少一个电芯；其中，所述电芯的个数根据所述待供电设备的备电容量的需求而变化。
6.根据权利要求1～5任一所述的电路，其特征在于，所述低压备电电路包括至少两个电池组充放电管理电路，其中，
所述至少两个电池组充放电管理电路中的控制模块之间可以通过所述DC-DC电池放电模块实现交互，以保证所述至少两个电池组充放电管理电路中的一个电池组充放电管理电路进行在线测试时，至少另一所述电池组充放电管理电路为所述待供电设备提供备电电压。
7.一种低压备电方法，其特征在于，所述方法包括：
通过AC-DC转换模块接收输入低压备电电路的交流电压；
通过所述AC-DC转换模块将所述交流电压转换为高平直流电压；
检测到电池组模块的电压小于阈值电压时，通过控制模块打开DC-DC电池充电模块同时关闭DC-DC电池放电模块，为所述电池组模块充电；
检测到充电完成后，通过所述控制模块关闭所述DC-DC电池充电模块；
检测到所述电池组模块的电压小于经过所述AC-DC转换模块得到的所述高平直流电压时，打开所述DC-DC电池放电模块同时关闭所述DC-DC电池充电模块，为待供电设备提供电压信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将通过所述AC-DC转换模块得到的高平直流电压输出至DC输出模块。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
周期性的对所述电池组模块进行检测；
根据检测结果，确定所述电池组模块是否满足备电容量要求。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述周期性的对所述电池组模块进行检测之前，还包括：
当检测到所述电池组模块的电压小于所述AC-DC转换模块得到的所述高平直流电压时，通过所述控制模块调节所述电池组模块的电压高于所述AC-DC转换模块得到的高平直流电压。
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