CN104052116A - 一种锂离子电池不间断电源系统 - Google Patents

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CN104052116A CN201410268008.6A CN201410268008A CN104052116A CN 104052116 A CN104052116 A CN 104052116A CN 201410268008 A CN201410268008 A CN 201410268008A CN 104052116 A CN104052116 A CN 104052116A
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赵福蓉
张鹏
涂继军
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池不间断电源系统,包括电池组和UPS主机,所述电池组包括至少一块锂离子电池和电池管理系统,电池管理系统与UPS主机进行通信,所述电池管理系统监控、采集锂离子电池的信息,将所述信息进行处理后向UPS主机发送相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对锂离子电池的充放电进行管理,使得电池管理系统省略了控制开关,减少了故障点,提高了高功率UPS系统的集成度,扩展了高功率UPS系统的应用前景。

Description

一种锂离子电池不间断电源系统
技术领域
[0001] 本发明涉及高功率不间断电源(UPS)系统,尤其涉及一种锂离子电池的高功率 UPS系统。
背景技术
[0002] 不间断电源系统又叫UPS (Uninterrupted Power Supply),它通常被置于市电电 网和用电负载之间,其目的是改善对负载的供电质量,并在市电故障时,保证负载设备的正 常运行。
[0003] UPS系统包括电池组和UPS主机,现有的电池组有使用铅酸蓄电池的,也有使用锂 电池的,但是铅酸蓄电池的倍率放电性能不佳,常常需要配置所需容量的2~10倍才能满足 备电时间要求,造成大量的容量浪费,而锂电池虽然比铅酸蓄电池的使用寿命长,但是,现 有的锂电池的电池管理系统(BMS)的结构如下图1所示,其中控制开关(图中用M0SFET示 意代替,实际应用可能为各种受控电子开关)为必不可少的一个环节,用于在必要的时候切 断电源回路保护电池不受损坏。从另一方面考虑的话,增加的开关管也成为了一个故障发 生点,在整个电池的应用系统中也是影响供电的不稳定因素。尤其是在高功率、短时间备电 的UPS系统中,控制开关所占的空间、响应速度和可靠性都成为整个供电系统的短板。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题,提出一种锂离子电池不间 断电源系统,包括电池组和UPS主机,所述电池组包括至少一块锂离子电池和电池管理系 统,所述电池管理系统与UPS主机进行通信,所述电池管理系统监控、采集锂离子电池的信 息,将所述信息进行处理后向UPS主机发送相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对锂离 子电池的充放电进行管理。
[0005] 本发明利用UPS主机本身所预留的通信接口,建立电池组的电池管理系统(BMS) 与UPS主机的通信,由BMS采集电池组的不同状态,并处理为相应的信号输出给UPS主机, UPS识别后做出充、放电管理的动作,而BMS本身不设计控制开关,只做电池信息采集、处理 和电池平衡。本发明将电池组与UPS主机结合起来,取消传统的电池组的BMS中的控制开 关,通过控制已有的UPS主机的开关来实现对电池组充、放电的控制,回避了锂离子电池的 BMS设计中的开关功率器件短板问题,从而最大程度的减小故障率,并且将电池组的状态纳 入UPS的监控系统中,提高系统的集成度,在高功率UPS领域中具有极大的应用前景。
附图说明
[0006] 下面,对照附图和较佳实施例对本发明进行详细说明,其中: 图1是现有技术的电池组的结构示意图; 图2是本发明的工作原理图。
具体实施方式
[0007] 下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。应当理解,对具体实施例的说明 仅仅用以解释本发明提出的技术方案,并非限定本发明。
[0008] 图2所示,本发明所提出的高功率的锂离子电池不间断电源系统,包括电池组和 UPS主机。电池组包括至少一块锂离子电池和电池管理系统,电池管理系统包括用于检测锂 离子电池电流的电流传感器、用于测量每块锂离子电池电压的单节电池电压采集模块、分 别与单节电池电压采集模块相连接的均衡电路和模数转换单元、与均衡电路、模数转换单 元、电流传感器相连接的单片机、与模数转换单元相连接的温度传感器,其中单片机与UPS 主机的两组干接点信号接口相连接。电池管理系统只负责采集锂离子电池的信息,将所述 信息进行处理后传输相应的信号给UPS主机。而UPS主机根据不同的信号对锂离子电池进 行充放电管理。
[0009] 电池管理系统对锂离子电池进行监控和信息采集,包括:充电保护,检测电池正负 极是否接反,设定电池的过充电保护电压和电流,监控电池的正常充电电流,并向UPS主机 反馈相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对电池进行充电保护;放电保护,检测电池是 否短路,设定电池的过放电保护电压和电流,监控电池放电的最大电流,并向UPS主机反馈 相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对电池进行放电保护;温度保护,获取电池的内部 温度及环境温度,并向UPS主机反馈相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对电池的充放 电进行管理;故障提醒,对电池是否失效进行监控,并反馈给UPS主机进行提醒;电池均衡 处理,对电池的电压及电流进行均衡处理。
[0010] 上述电池管理系统与UPS主机之间的通信方式可以为RS232、RS485协议通信或者 也可以是定义好的干接点信号输出等。锂离子电池可以为磷酸铁锂电池组、或锰酸锂电池 组、或钴酸锂电池组、或其他锂离子电池组。
[0011] 在一实施例中,要求高功率不间断电源系统的紧急备电时间为lOmin,所带负载峰 值总功率为6kW,稳态工作为4800W。按照此要求,可初步设计电池管理系统的参数如下: DC电压:稳定输出168VDC 设计容量:6. 6Ah 工作电流50A 最大放电电流:50A 放电时间:l〇min 充电电流及充电时间:建议充电电流为〇. 5C以下,充电时间为2小时以上。
[0012] 依据上述技术要求,可初步设计电池管理系统的技术参数如下表1所示。
[0013] 表1电池系统的技术参数
按照上述设计要求和设计参数,考虑到备电时间较短,电池放电倍率较大,所以选用圆 柱18650倍率型电芯,单节锂离子电池的电压按照3. 0V来计算,单节锂离子电池的容量为 1. lAh。设计锂离子电池的标称电压为168V,需用磷酸铁锂单体电池56只(3. 0V*56=168V) 串联以满足电压需求,6并以满足容量要求(1. lAh*6=6. 6Ah)。考虑到该系统串联电池较 多,电压较高,为降低系统故障率,所以管理系统本身不做开关,只输出信号给UPS主机,具 体参数参照上表1设计。

Claims (5)

1. 一种锂离子电池不间断电源系统,包括电池组和UPS主机,所述电池组通过一电池 管理系统与USP主机的正负极相连,其特征在于,所述UPS主机与所述电池管理系统通信, 并根据所述电池管理系统采集的电池组状态信号对电池组的充放电进行管理。
2. 如权利要求1所述的锂离子电池不间断电源系统,其特征在于,所述电池管理系统 包括:用于检测锂离子电池电流的电流传感器、用于测量每块锂离子电池电压的单节电池 电压采集模块、分别与所述单节电池电压采集模块相连接的均衡电路和模数转换单元、与 所述均衡电路、模数转换单元、电流传感器相连接的单片机,所述单片机与UPS主机的两组 干接点信号接口相连接。
3. 如权利要求1所述的锂离子电池不间断电源系统,其特征在于,所述电池管理系统 对锂离子电池进行监控和信息采集,还包括: 充电保护模块,检测电池正负极是否接反,设定电池的过充电保护电压和电流,监控电 池的正常充电电流,并向UPS主机反馈相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对电池进行 充电保护; 放电保护模块,检测电池是否短路,设定电池的过放电保护电压和电流,监控电池放电 的最大电流,并向UPS主机反馈相应的信号,所述UPS主机根据所述信号对电池进行放电保 护; 温度保护模块,设有与所述模数转换单元相连接的温度传感器,温度保护模块通过温 度传感器获取电池的内部温度及环境温度,并向UPS主机反馈相应的信号,所述UPS主机根 据所述信号对电池的充放电进行管理; 故障提醒模块,对电池是否失效进行监控,并反馈给UPS主机进行提醒。
4. 如权利要求1所述的锂离子电池不间断电源系统,其特征在于,所述电池管理系统 与UPS主机通过RS232、RS485、Can-bus协议进行通信,或者电池管理系统通过UPS主机的 干接点、湿接点进行信号输出。
5. 如权利要求1所述的锂离子电池不间断电源系统,其特征在于,所述锂离子电池为 磷酸铁锂电池组、或锰酸锂电池组、或钴酸锂电池组。
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