CN106300461A - 一种智能管理电池的ups系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能管理电池的UPS系统，包括UPS主机和连接USP主机的多个电池组，还包括多个电池组管理控制装置，每个电池组管理控制装置均包括单体电池管理控制器、电池组中央控制器和供电电源电路，所述单体电池管理控制器为多个，分别对应连接电池组中的一个单体电池，所述电池组中央控制器设有第一通信接口、第二通信接口、电源接口和用于发送充放电控制指令的干接点接口，所述第一通信接口连接单体电池管理控制器，所述第二通信接口和干接点接口分别连接UPS主机，所述电源接口连接供电电源电路，所述供电电源电路连接UPS主机。与现有技术相比，本发明具有提高UPS系统的可靠等级、结构简单、操作方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其是涉及一种智能管理电池的UPS系统。
背景技术
目前大部分UPS使用铅酸电池，UPS基本是通过铅酸电池组总电压、充放电电流等参数对整个电池组进行智能管理，很少通过单体电池电压、温度等参数对电池组实现智能管理，所以也无法获得电池单元的电压、温度等数据。在UPS系统故障中，70％的故障是由于蓄电池组故障造成的，因此需要提高对蓄电池组的智能化管理的可靠性和可维护性。
磷酸铁锂电池相比铅酸电池，具有超长寿命、使用安全、可随充随用、体积小、重量轻、绿色环保等优点。在多节电池串联使用的情况下，基于每节单体锂电池的内部特性的不一致，会影响整个系统的供电能力，一节单体电池性能发生变化的话，比如出现电压过充、电压过放、充放电电流过大甚至是短路等现象，会影响整组电池的性能，导致整组电池使用寿命缩短或者损害，严重时甚至会发生着火、爆炸等危险事件。为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能、保证其使用的安全性以及延长使用寿命，人们研究设计了电池管理系统。
因此，为使一体化UPS后备电源解决方案更加完善，同时为进一步提高磷酸铁锂电池组系统与UPS之间的兼容性，本发明提出了一种智能管理电池的UPS系统。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能管理电池的UPS系统，大大提高了UPS系统的可靠等级，结构简单，操作方便。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智能管理电池的UPS系统包括UPS主机和连接USP主机的多个电池组，还包括多个电池组管理控制装置，每个电池组管理控制装置均包括单体电池管理控制器、电池组中央控制器和供电电源电路，所述单体电池管理控制器为多个，分别对应连接电池组中的一个单体电池，所述电池组中央控制器设有第一通信接口、第二通信接口、电源接口和用于发送充放电控制指令的干接点接口，所述第一通信接口连接单体电池管理控制器，所述第二通信接口和干接点接口分别连接UPS主机，所述电源接口连接供电电源电路，所述供电电源电路连接UPS主机；
电池组中央控制器通过第一通信接口获取单体电池管理控制器采集的单体电池的电池数据，通过第二通信接口向UPS主机发送电池数据，并通过干接点接口向UPS主机发送充放电控制指令，UPS主机根据接收数据对电池组进行管理。
所述UPS主机包括主控器、充电器、放电电路、以及依次连接的浪涌吸收器、滤波器、整流器、逆变器和转换开关，所述浪涌吸收器连接市电供电端，所述转换开关分别连接负载端和供电电源电路，所述整流器连接充电器，所述放电电路连接逆变器，所述主控器分别连接第二通信接口和干接点接口，所述充电器和放电电路分别连接电池组和主控器。
所述主控器包括：
充放电状态检测单元，用于根据电池数据，通过100ms的电流积分获取电池的充放电电量，进而统计各个时刻的电池剩余容量，同时在放电时，由电池数据获取电池剩余时间；
电池充放电控制单元，用于根据电池数据和充放电控制指令对每个电池组的充电器独立控制，同时对多个电池组的放电电路统一进行控制；
电池工作状态监测单元，用于根据电池数据，显示单体电池最大最小电压及温度，并显示充放电指令状态、干接点状态和故障信息；
故障检测单元，用于根据电池数据，检测故障信息，并根据故障信息对电池组进行充放电逻辑控制。
所述主控器连接有显示屏和打印机。
所述干接点接口包括用于发送充电控制指令的第一干接点接口和用于发送放电控制指令的第二干接点接口，多个第二干接点接口串联后连接UPS主机。
所述第二通信接口通过RS485总线连接UPS主机。
所述电池组和电池组管理控制装置为两个。
所述电池组为磷酸铁锂电池组。
所述供电电源电路为整流降压电路。
与现有技术相比，本发明配置单独的电池组管理控制装置作为电池管理系统(BMS)，对锂电池组进行管理，电池组管理控制装置主要用于检测电池的电压、温度，并根据采集到的数据进行计算及故障判断等，再将相应的充放电控制指令通过RS485总线及干接点信号上报给UPS主机，由UPS主机进行充放电控制，具有以下优点：
1)本发明由于采用了单独的电池组管理控制装置作为BMS，对电池组进行管理，所以可以方便的检测出各个电池单元的最大最小电压及温度，并且根据这些参数向UPS发送禁止或允许充放电等指令状态及故障信息，进一步提高磷酸铁锂电池组系统与UPS之间的兼容性，UPS综合各种逻辑实现对电池组的智能管理。
2)本发明提供干接点接口的输出作为通信备份，包括三路的干接点输出，其中，两路用于正负电池组充电指令上报，一路用于放电指令上报，提高了对UPS中蓄电池组的智能化管理的可靠性和可维护性。
3)本发明对UPS主机的主控器进行模块化设计，包括充放电状态检测单元、电池充放电控制单元、电池工作状态监测单元和故障检测单元，实现对电池组的实时监测，功能丰富，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中电池组管理控制装置的结构示意图。
图中：1、UPS主机，2、电池组，3、电池组管理控制装置，4、市电供电端，5、负载端，11、浪涌吸收器，12、滤波器，13、整流器，14、逆变器，15、转换开关，16、主控器，17、充电器，18、放电电路，21、单体电池，31、单体电池管理控制器，32、电池组中央控制器，33、供电电源电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种智能管理电池的UPS系统包括UPS主机1、多个电池组2和多个电池组管理控制装置3，其中，UPS主机1包括主控器16、充电器17、放电电路18、以及依次连接的浪涌吸收器11、滤波器12、整流器13、逆变器14和转换开关15，浪涌吸收器11连接市电供电端4，转换开关15分别连接负载端5和电池组管理控制装置3，整流器13连接充电器17，放电电路18连接逆变器14，主控器16连接电池组管理控制装置3，充电器17和放电电路18分别连接电池组2和主控器16，电池组管理控制装置3与电池组2一一对应连接，在滤波器12与转换开关15之间还可以设有旁路电路。电池组2为磷酸铁锂电池组2。主控器16连接有显示屏和打印机。
如图2所示，每个电池组管理控制装置3均包括单体电池管理控制器31、电池组中央控制器32和供电电源电路33，单体电池管理控制器31为多个，分别对应连接电池组2中的一个单体电池21，电池组中央控制器32设有第一通信接口、第二通信接口、电源接口和用于发送充放电控制指令的干接点接口，第一通信接口连接单体电池管理控制器31，第二通信接口和干接点接口分别连接主控器16，电源接口连接供电电源电路33，供电电源电路33连接转换开关15。
其中，干接点接口包括用于发送充电控制指令的第一干接点接口和用于发送放电控制指令的第二干接点接口，多个第二干接点接口串联后连接主控器16。供电电源电路33为整流降压电路。
运行时，电池组管理控制装置3与主控器16通过RS485总线进行通信和三路干接点作为通信备份对电池进行智能管理，具体为：
1)第二通信接口与主控器16通过RS485总线进行通信，电池组管理控制装置3将会把电池数据及充放电控制指令上报给主控器16，主控器16根据充放电控制策略对电池组2进行充放电控制。
2)干接点接口的输出作为通信备份，包括三路的干接点输出，两路的干接点输出A用于正负电池组2充电指令上报，一路的干接点输出B用于放电指令上报，以提高系统可靠性。
3)当一台UPS主机1配置两组电池组2(即含两套电池组管理控制装置3)时，两套电池组管理控制装置3为RS485总线中的从设备，地址分别为0x01与0x02；充电干接点信号分为Sw1_chg、Sw2_chg，UPS主机1内的两台充电器17根据两套电池组管理控制装置3的通信信号及干接点独立进行控制；放电干接点串联后(Sw_dch)输入给主控器16。主控器16对两组电池组2的放电统一进行控制。
对主控器16进行模块化设计，则主控器16中包括：
充放电状态检测单元，根据电池数据通过100ms的电流积分获取电池的充放电电量，进而统计各个时刻的电池剩余容量SOC，同时在放电时，会综合电池电压、电流等因素动态计算电池剩余时间。使得主控器16具有电池直流母线电流采集功能。
电池充放电控制单元，根据电池数据和充放电控制指令对每个电池组2的充电器17独立控制，同时对多个电池组2的放电电路18统一进行控制。例如：设置两组电池组2，当一个电池组2充满而另一个电池组2未充满时，UPS主机1的两个充电器17可以单独工作，使充满的电池组2停止充电，未充满的电池组2继续充电，最终使两组电池组2均充满。
电池工作状态监测单元，通过RS485总线向电池组管理控制装置3进行数据巡检，软件可以直观的显示出电池单体最大最小电压及温度，并显示充放电指令状态、干接点状态和故障信息。
故障检测单元，根据电池数据能有效的检测到BMS故障与RS485通信故障等信息，并根据这些信息对电池组2进行智能充放电逻辑控制。
Claims (9)
1.一种智能管理电池的UPS系统，包括UPS主机和连接USP主机的多个电池组，其特征在于，还包括多个电池组管理控制装置，每个电池组管理控制装置均包括单体电池管理控制器、电池组中央控制器和供电电源电路，所述单体电池管理控制器为多个，分别对应连接电池组中的一个单体电池，所述电池组中央控制器设有第一通信接口、第二通信接口、电源接口和用于发送充放电控制指令的干接点接口，所述第一通信接口连接单体电池管理控制器，所述第二通信接口和干接点接口分别连接UPS主机，所述电源接口连接供电电源电路，所述供电电源电路连接UPS主机；
电池组中央控制器通过第一通信接口获取单体电池管理控制器采集的单体电池的电池数据，通过第二通信接口向UPS主机发送电池数据，并通过干接点接口向UPS主机发送充放电控制指令，UPS主机根据接收数据对电池组进行管理。
2.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述UPS主机包括主控器、充电器、放电电路、以及依次连接的浪涌吸收器、滤波器、整流器、逆变器和转换开关，所述浪涌吸收器连接市电供电端，所述转换开关分别连接负载端和供电电源电路，所述整流器连接充电器，所述放电电路连接逆变器，所述主控器分别连接第二通信接口和干接点接口，所述充电器和放电电路分别连接电池组和主控器。
3.根据权利要求2所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述主控器包括：
充放电状态检测单元，用于根据电池数据，通过100ms的电流积分获取电池的充放电电量，进而统计各个时刻的电池剩余容量，同时在放电时，由电池数据获取电池剩余时间；
电池充放电控制单元，用于根据电池数据和充放电控制指令对每个电池组的充电器独立控制，同时对多个电池组的放电电路统一进行控制；
电池工作状态监测单元，用于根据电池数据，显示单体电池最大最小电压及温度，并显示充放电指令状态、干接点状态和故障信息；
故障检测单元，用于根据电池数据，检测故障信息，并根据故障信息对电池组进行充放电逻辑控制。
4.根据权利要求2所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述主控器连接有显示屏和打印机。
5.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述干接点接口包括用于发送充电控制指令的第一干接点接口和用于发送放电控制指令的第二干接点接口，多个第二干接点接口串联后连接UPS主机。
6.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述第二通信接口通过RS485总线连接UPS主机。
7.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述电池组和电池组管理控制装置均为两个。
8.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述电池组为磷酸铁锂电池组。
9.根据权利要求1所述的一种智能管理电池的UPS系统，其特征在于，所述供电电源电路为整流降压电路。
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