CN105515136A - 一种直流系统整流器及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流系统整流器及其实现方法，整流器包括交直流转换模块、直流输出模块A、直流输出模块B、电压电流检测模块、温度采集模块；所述直流输出模块A直接连接负载，直流输出模块B连接直流系统的蓄电池；直流输出模块B与直流输出模块A之间设有单向导电器件，当直流输出模块A缺失直流输出时，直流输出模块B连接的蓄电池对负载供电；直流输出模块B包含PWM模块、独立的CPU模块、接口模块，所述电压电流检测模块、温度采集模块、以及接口模块均与CPU模块连接。采用本发明实现的直流系统整流器技术，可以使整个直流系统具备更高的安全性，可靠性以及更长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及直流系统技术领域，具体涉及一种直流系统整流器及其实现方法。
背景技术
直流系统广泛应用于通信、信息处理的各个领域。传统的直流系统主要由整流器(充电器)和蓄电池组成，在实际使用中，蓄电池作为后备电源，充当极为重要的角色，是整个直流系统的心脏。
几十年以来，传统的直流系统都没有革命性的技术进步。最核心的原因在于作为直流系统构成的整流器与蓄电池从来没有进行有机的结合，整流器生产企业往往只关心整流器本身，蓄电池生产企业只关心蓄电池本身。最终导致整流器与蓄电池都不具备高可靠性以及长寿命的条件，从而影响整个直流系统的安全以及寿命。
整流器作和蓄电池单独存在时,均具有良好的稳定性和安全性,但是作为直流系统组合时,容易发生安全问题。当蓄电池放电后，如果采用整流器直接对蓄电池进行充电，，很可能产生瞬间大电流，导致整流器进入保护状态，整流器停止输出，影响直流系统的正常运作。
很多直流系统出于安全考虑，采用2组蓄电池进行备份，一组蓄电池需要放电维护时，为了确保系统的安全性，需要把另外一组蓄电池接入线路，放电结束后，如果一组缺电的蓄电池重新接入线路，和另外一组满电的蓄电池处于连通状态，由于蓄电池内阻很小，两组蓄电池的压差会导致蓄电池充放电电流过大，出现线路烧毁、起火甚至爆炸事故发生。为了避免上述事故，一组蓄电池放电结束后，工作人员往往会在外部降低整流器的电压，慢慢对缺电的蓄电池进行充电，逐步提升电压，直到蓄电池充满电后，再将蓄电池接入原有直流系统，这个方式带来极大的人力损耗以及劳动强度！
另外，传统的直流系统把蓄电池与负载直接挂接在整流器的输出端，蓄电池长期处于浮充电状态，存在一定的弊端：蓄电池由于制造工艺等诸多原因，使用一段时间后，蓄电池会出现单体电压差异，在浮充电压不变的情况下，蓄电池单体电压高的蓄电池，长期处于过充电状态，非常容易出现电解水反应，导致蓄电池单体逐步缺液，逐步损坏。而蓄电池单体电压低的蓄电池，由于无法充分充电，导致蓄电池本身的化学反应不充分，导致逐步硫化，也导致蓄电池失效。
再者，蓄电池的使用寿命受环境温度影响非常大，蓄电池环境温度升高，蓄电池的化学反应加剧，如果蓄电池的充电电压没有得到有效控制，将出现充电电流过大，导致热失控，最终蓄电池膨胀损坏。而直流系统的工作环境，很多时候是依赖空调进行温度控制的，如果空调损坏或者空调功率不足，对工作环境温度无法实现有效控制时，高温的工作环境将严重影响蓄电池的使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种直流系统整流器及其实现方法
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种直流系统整流器，包括用于完成交流电转换为直流电交直流转换模块、用于给直流系统的负载供电直流输出模块A、用于调节对蓄电池输出的电压/电流的直流输出模块B、用于检测整个直流系统的输出电压/电流以及蓄电池连接的外部直流电路的电压/电流的电压电流检测模块、用于采集直流系统的环境温度以及蓄电池温度的温度采集模块；所述直流输出模块A直接连接负载，直流输出模块B连接直流系统的蓄电池；直流输出模块B与直流输出模块A之间设有单向导电器件，当直流输出模块A缺失直流输出时，直流输出模块B连接的蓄电池对负载供电；所述电压电流检测模块、温度采集模块、直流输出模块B中的接口模块均与直流输出模块B中的CPU模块连接。
作为优选的技术方案，所述直流输出模块B内置可以调节蓄电池充电电压/电流的装置，可根据设定的模式对蓄电池进行充电控制；直流输出模块B的输入端连接到直流输出模块A的输出端，所述直流输出模块B也可以单独从交直流流转后的直流处连接。
作为优选的技术方案，所述直流输出模块B包括PWM模块、CPU模块和接口模块，所述接口模块和PWM模块均与CPU模块连接，其中PWM模块受CPU模块控制；所述接口模块用于直流输出模块B的显示、设置输入和外部通信；所述CPU模块可以采集温度采集模块和电压电流检测模块的信号。
作为优选的技术方案，所述CPU模块采用具备PWM输出的芯片，所述具备PWM输出的芯片为PIC、ARM或STC单片机。
作为优选的技术方案，所述CPU模块可以根据接口模块输入的蓄电池单体数量、电压、容量、环境温度及蓄电池温度进行判断，并控制直流输出模块B的输出。
作为优选的技术方案，所述CPU模块可以根据电压电流检测模块的信息，记录蓄电池充电/放电的电压/电流、时间信息，并计算出蓄电池的充电、放电容量，为蓄电池充电管理提供依据。
作为优选的技术方案，所述CPU模块根据电流电压采集模块、温度采集模块的信息控制直流输出模块B的输出甚至关断，让蓄电池处于静置状态，关闭直流输出模块B的输出周期可以在接口模块中根据用户需要进行设置。
作为优选的技术方案，所述CPU模块控制直流输出模块B的输出，在外部蓄电池因为自放电或者其他因素导致蓄电池容量下降时，控制直流输出模块B定期给蓄电池进行补充电，保证蓄电池处于满充电状态，补充电的周期可以在接口模块中根据用户需要进行设置。
本发明还提供了一种直流系统整流器的实现方法，包括下述步骤：
步骤S1：整流器将外部交流电转化为直流电，并通过直流输出模块A输出对负载供电，同时通过直流输出模块B对蓄电池进行浮充；
步骤S2：当温度检测模块检测外部温度较高时，直流输出模块B中的CPU模块判断现在不宜进行浮充，控制PWM模块切断对蓄电池的电压输出，温度恢复正常时，控制PWM模块恢复对蓄电池的浮充电压输出；
步骤S3：蓄电池退出直流系统，进行放电核容维护，放电后，蓄电池重新与直流输出模块B连接，此时直流输出模块B与直流输出模块A连通的流路上电压为蓄电池的浮充电压，电流电压检测模块检测到的蓄电池端电压较低，CPU模块判断两端电压差较大，视为不安全，直流输出模块B进入对蓄电池缓慢充电的模式，CPU模块控制PWM模块降低对蓄电池的电压输出；
步骤S4：蓄电池充满电后，直流输出模块B对蓄电池的输出电压恢复为浮充电压；
步骤S5：蓄电池满电状态时，在接口模块设置直流输出模块B关闭输出的周期，蓄电池处于静置状态，设定的周期时间过后直流输出模块B恢复输出，对蓄电池进行补充电；
步骤S6：蓄电池处于静置状态时，直流输出模块A缺失直流输出，蓄电池对负载供电。
作为优选的技术方案，步骤S2中，所述不宜进行浮充的外部温度和正常适宜浮充温度根据不同场景客户的需要在接口模块进行设置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
针对传统直流系统存在的问题，本发明可以智能改变对蓄电池的充电状态，避免直流系统中蓄电池长期浮充带来的伤害，延长蓄电池的寿命；同时，由于整流器对蓄电池具有单独可控的充电电路，缺电蓄电池接入直流系统，可以避免充电过程出现的瞬间大电流，提高系统的安全性。
附图说明
图1是本发明直流系统整流器的应用示意图；
图2是本发明直流系统整流器直流输出模块B的实现原理框图；
图3是本发明直流模块B的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1-图3所示，本发明的一种直流系统整流器，包括用于完成交流电转换为直流电交直流转换模块、用于给直流系统的负载供电直流输出模块A、用于调节对蓄电池输出的电压/电流的直流输出模块B、用于检测整个直流系统的输出电压/电流以及蓄电池连接的外部直流电路的电压/电流的电压电流检测模块(如图2所示，电压电流检测模块包括电压检测模块和电流检测模块)、用于采集直流系统的环境温度以及蓄电池温度的温度采集模块；所述直流输出模块A直接连接负载，直流输出模块B连接直流系统的蓄电池；直流输出模块B与直流输出模块A之间设有单向导电器件，当直流输出模块A缺失直流输出时，直流输出模块B上的蓄电池对负载供电；所述电压电流检测模块、温度采集模块、直流输出模块B中的接口模块均与直流输出模块B中的CPU模块连接。
所述直流输出模块B内置可以调节蓄电池充电电压/电流的装置，可根据设定的模式对蓄电池进行充电控制；直流输出模块B的输入端连接到直流输出模块A的输出端，所述直流输出模块B也可以单独从交直流流转后的直流处连接。
如图2、图3所示，本实施例中所述直流输出模块B包括PWM模块、CPU模块和接口模块，所述接口模块和PWM模块均与CPU模块连接，其中PWM模块受CPU模块控制；所述接口模块用于直流输出模块B的显示、设置输入和外部通信；所述CPU模块可以采集温度采集模块和电压电流检测模块的信号，所述直流输出模块B的电路原理图具体见图3。
所述CPU模块采用具备PWM输出的芯片，所述具备PWM输出的芯片为PIC、ARM或STC单片机。
所述CPU模块可以根据电压电流检测模块的信息，记录蓄电池充电/放电的电压/电流、时间信息，并计算出蓄电池的充电、放电容量，为蓄电池充电管理提供依据。
本实施例中，所述CPU模块还可以根据电流电压采集模块、温度采集模块的信息控制直流输出模块B的输出甚至关断，当蓄电池充电完成时，关闭直流输出模块B的输出，让蓄电池处于静置状态。
所述CPU模块控制直流输出模块B的输出，在外部蓄电池因为自放电或者其他因素导致蓄电池容量下降时，控制直流输出模块B定期给蓄电池进行补充电，保证蓄电池处于满充电状态。
本实施例的直流系统整流器的实现方法如下：
步骤S1：整流器将外部交流电转化为直流电，并通过直流输出模块A输出对负载供电，同时通过直流输出模块B对蓄电池进行浮充；
步骤S2：当温度检测模块检测外部温度较高时，如超过35℃，直流输出模块B中的CPU模块判断现在不宜进行浮充，控制PWM模块切断对蓄电池的电压输出，温度恢复正常如25℃时，控制PWM模块恢复对蓄电池的浮充电压输出；
步骤S3：蓄电池退出直流系统，进行放电核容维护，放电后，蓄电池重新与直流输出模块B连接，此时直流输出模块B与直流输出模块A连通的流路上电压为蓄电池的浮充电压，电流电压检测模块检测到的蓄电池端电压较低，CPU模块判断两端电压差较大，视为不安全，直流输出模块B进入对蓄电池缓慢充电的模式，CPU模块控制PWM模块降低对蓄电池的电压输出；
步骤S4：蓄电池充满电后，直流输出模块B对蓄电池的输出电压恢复为浮充电压；
步骤S5：蓄电池满电状态时，在接口模块设置直流输出模块B关闭输出的周期，蓄电池处于静置状态，设定的周期时间过后直流输出模块B恢复输出，对蓄电池进行补充电；
步骤S6：蓄电池处于静置状态时，直流输出模块A缺失直流输出，蓄电池对负载供电。
步骤S2中，所述不宜进行浮充的外部温度和正常适宜浮充温度根据不同场景客户的需要在接口模块进行设置。
以变电站直流系统中220V蓄电池组放电作业为例，变电站直流系统一般配置整流器1#连接蓄电池组1#(主)，整流器2#连接蓄电池组2#(备)。由于传统的整流器不具备对蓄电池保护的功能，蓄电池1#放电维护作业，为了避免蓄电池组1#放电后与整流器1#或蓄电池组2#回路压差，造成大电流对直流系统造成的损害，传统的蓄电池组1#放电流程是整流器1#退出，控制母线合闸，蓄电池组1#退出，电源母线合闸，确保在蓄电池组1#退出，放电维护的过程中，整流器2#对负载供电，万一停电，蓄电池组2#能对负载承担后备电源供电的作用。放电结束后，人工调节整流器1#降低充电电压，需要逐步提升整流器的输出电压，对蓄电池组1#充电，充满电后整流器1#和蓄电池组1#重新接入系统，控制母线和电源母线断开，恢复放电前原有系统的连接。
采用本发明的整流器技术，可以实现对蓄电池组输出电压/电流的有效控制，保护蓄电池组。采用本发明的整流器技术，蓄电池组1#放电作业流程可以简化蓄电池组1#直接退出放电，放电结束后，蓄电池组1#直接接入直流系统，此时，整流器1#的CPU模块将根据蓄电池组1#在接口模块输入的连接的蓄电池组的单体个数，单体标称电压等级，单体标称容量信息，对蓄电池组可施加的安全充电电压范围、安全电流范围进行明确的判断。以一组108个单体标称电压为2V，标称容量为500AH的蓄电池组为例，通过输入这些信息，CPU模块立刻可以判定本蓄电池组的安全浮充电压为240V，均充电压为254V，安全充电电流为50A(10小时率计算)。CPU模块控制直流输出模块B，进入缓慢充电模式:对蓄电池组进行0.1C的恒流充电，等蓄电池组充电达80％后在转为恒压充电，最后进入涓流充电状态，实现对蓄电池组的保护，从而简化了蓄电池组放电作业流程。
实施例2
传统的整流器技术对蓄电池组输出一般有三个变化：1、温度补充，根据外接温度对蓄电池组的浮充电压进行自动调节，一般为3mV/单体；2、浮充电压输出；3、均充电压输出。也就是整流器对蓄电池组一直处于充电状态。蓄电池组一直处于充电状态容易造成缺液等一系列负面影响。采用本发明的整流器技术可以在确保蓄电池组满电的同时，避免长期充电：当蓄电池已经在满电状态时，CPU模块控制直流输出流模块B停止对蓄电池的充电，让蓄电池处于静置状态，避免了蓄电池长期处于充电状态对蓄电池造成的伤害。蓄电池处于长期静置状态时，蓄电池本身的自放电会导致蓄电池容量逐步降低，接口模块可以设置定期对蓄电池补充电的周期，CPU模块可以定时控制直流输出模块B对蓄电池进行补充电，让蓄电池一直处于满电状态。蓄电池处于静置状态时，由于蓄电池具备单向放电的能力，当外部直流电源出现异常时，蓄电池可以给负载供电，确保整个直流系统的安全。
实施例3
当机房空调失灵或空调功率不够或根本没有安装空调时，例如夏天等炎热季节，机房的室内温度较高，不适宜对蓄电池充电时，传统的整流器会降低对蓄电池的浮充电压输出，一般下调幅度为3mV/单体，但是在高温情况下，这个下调幅度是不够的，无法达到保护蓄电池的目的。本发明的整流器技术，可以在不适宜充电的情况下，停止对蓄电池的充电，更好的避免了蓄电池高温充电造成的损害，具体工作过程如下：温度采集模块采集当前工作环境温度较高，比如大于35℃，CPU模块判定当前温度为危险的蓄电池组充电温度，控制直流输出模块B停止对蓄电池组充电，以免造成蓄电池组膨胀或热失控，当温度恢复正常范围，如低于30℃时，CPU模块判定为安全充电温度，控制直流输出模块B恢复对蓄电池组的浮充电压输出。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种直流系统整流器，其特征在于，包括用于完成交流电转换为直流电交直流转换模块、用于给直流系统的负载供电直流输出模块A、用于调节对蓄电池输出的电压/电流的直流输出模块B、用于检测整个直流系统的输出电压/电流以及蓄电池连接的外部直流电路的电压/电流的电压电流检测模块、用于采集直流系统的环境温度以及蓄电池温度的温度采集模块；所述直流输出模块A直接连接负载，直流输出模块B连接直流系统的蓄电池；直流输出模块B与直流输出模块A之间设有单向导电器件，当直流输出模块A缺失直流输出时，直流输出模块B连接的蓄电池对负载供电；所述电压电流检测模块、温度采集模块、直流输出模块B中的接口模块均与直流输出模块B中的CPU模块连接。
2.根据权利要求1所述的直流系统整流器，其特征在于，所述直流输出模块B内置可以调节蓄电池充电电压/电流的装置，可根据设定的模式对蓄电池进行充电控制；直流输出模块B的输入端连接到直流输出模块A的输出端，所述直流输出模块B也可以单独从交直流流转后的直流处连接。
3.根据权利要求2所述的直流系统整流器，其特征在于，所述直流输出模块B包括PWM模块、CPU模块和接口模块，所述接口模块和PWM模块均与CPU模块连接，其中PWM模块受CPU模块控制；所述接口模块用于直流输出模块B的显示、设置输入和外部通信；所述CPU模块可以采集温度采集模块和电压电流检测模块的信号。
4.根据权利要求3所述的直流系统整流器，其特征在于，所述CPU模块采用具备PWM输出的芯片，所述具备PWM输出的芯片为PIC、ARM或STC单片机。
5.根据权利要求3或4所述的直流系统整流器，其特征在于，所述CPU模块可以根据接口模块输入的蓄电池单体数量、电压、容量、环境温度及蓄电池温度进行判断，并控制直流输出模块B的输出。
6.根据权利要求1或4所述的直流系统整流器，其特征在于，所述CPU模块可以根据电压电流检测模块的信息，记录蓄电池充电/放电的电压/电流、时间信息，并计算出蓄电池的充电、放电容量，为蓄电池充电管理提供依据。
7.根据权利要求1或4所述的直流系统整流器，其特征在于，所述CPU模块根据电流电压采集模块、温度采集模块的信息控制直流输出模块B的输出甚至关断，让蓄电池处于静置状态，关闭直流输出模块B的输出周期可以在接口模块中根据用户需要进行设置。
8.根据权利要求1或4所述的直流系统整流器，其特征在于，所述CPU模块控制直流输出模块B的输出，在外部蓄电池因为自放电或者其他因素导致蓄电池容量下降时，控制直流输出模块B定期给蓄电池进行补充电，保证蓄电池处于满充电状态，补充电的周期可以在接口模块中根据用户需要进行设置。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的直流系统整流器的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1：整流器将外部交流电转化为直流电，并通过直流输出模块A输出对负载供电，同时通过直流输出模块B对蓄电池进行浮充；
步骤S2：当温度检测模块检测外部温度较高时，直流输出模块B中的CPU模块判断现在不宜进行浮充，控制PWM模块切断对蓄电池的电压输出，温度恢复正常时，控制PWM模块恢复对蓄电池的浮充电压输出；
步骤S3：蓄电池退出直流系统，进行放电核容维护，放电后，蓄电池重新与直流输出模块B连接，此时直流输出模块B与直流输出模块A连通的流路上电压为蓄电池的浮充电压，电流电压检测模块检测到的蓄电池端电压较低，CPU模块判断两端电压差较大，视为不安全，直流输出模块B进入对蓄电池缓慢充电的模式，CPU模块控制PWM模块降低对蓄电池的电压输出；
步骤S4：蓄电池充满电后，直流输出模块B对蓄电池的输出电压恢复为浮充电压；
步骤S5：蓄电池满电状态时，在接口模块设置直流输出模块B关闭输出的周期，蓄电池处于静置状态，设定的周期时间过后直流输出模块B恢复输出，对蓄电池进行补充电；
步骤S6：蓄电池处于静置状态时，直流输出模块A缺失直流输出，蓄电池对负载供电。
10.据权利要求9所述的直流系统整流器的实现方法，其特征在于，步骤S2中，所述不宜进行浮充的外部温度和正常适宜浮充温度根据不同场景客户的需要在接口模块进行设置。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |