CN107783046B - 一种可实现在线检测电池的电源系统 - Google Patents

Abstract

一种可实现在线检测电池的电源系统，包括：电池组，所述电池组经测试开关连接到负载；监控模块，用于控制所述电池组进行电池检测；整流模块，所述整流模块一端连接市电，另一端连接所述负载，用于对输入市电进行整流，并在正常工作时向所述负载供电和对所述电池组充电；整流/逆变双向模块，所述整流/逆变双向模块一端连接所述市电，另一端连接所述电池组，用于在正常工作时在整流模式以向所述负载供电和对所述电池组充电，在进行电池测试时工作在逆变模式以输出电池放电电流。本发明实现了电源系统的电池组的在线测试，并且测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护。

Description

一种可实现在线检测电池的电源系统

技术领域

本发明涉及电源系统，更具体地说，涉及一种可实现在线检测电池的电源系统。

背景技术

在很多应用场合，电源系统都会挂接电池组做为储能元件提供备电功能。电池组在应用中需要例行的对电池进行充放电的维护，以判断电池的健康状态和剩余容量。

目前的检测方法需要将电池与电源系统脱开进行离线的充放电测试。需要专门的设备和人工投入，测试时间很长，在测试过程中由于电池脱离系统，整个系统的备电可靠性降低，电池通过假负载放电，能量白白浪费。此外，在站点数量较多，这种方式很难实现对全网电源系统的维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以实现电源系统的电池组的在线测试，测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护的一种可实现在线检测电池的电源系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可实现在线检测电池的电源系统，包括：

电池组，所述电池组经测试开关连接到负载；

监控模块，用于控制所述电池组进行电池检测；

整流模块，所述整流模块一端连接市电，另一端连接所述负载，用于对输入市电进行整流，并在正常工作时向所述负载供电和对所述电池组充电；

整流/逆变双向模块，所述整流/逆变双向模块一端连接所述市电，另一端连接所述电池组，用于在正常工作时工作在整流模式以向所述负载供电和对所述电池组充电，在进行电池测试时工作在逆变模式以输出电池放电电流。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，所述监控模块包括：

给定电流设置单元，用于设置给定电池放电电流；

电流调节单元，用于基于所述给定电池放电电流调节所述整流/逆变双向模块的逆变输出功率以控制所述电池放电电流，所述市电和所述电池放电电流并联后向所述整流模块供电；

测试单元，用于根据所述电池组中单个电池的性能参数测试所述电池组的性能。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，所述监控模块还包括：

电压调整单元，用于在电池测试结束且所述整流/逆变双向模块返回到整流模式后，基于所述电池组的电压调整所述整流模块的电压，并控制所述测试开关闭合。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，所述整流模块包括多个并联的整流模块。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，所述整流/逆变双向模块包括多个并联的整流/逆变双向模块。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，进一步包括市电开关，所述市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流模块的输入端和所述整流/逆变双向模块的输入端。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，进一步包括第一市电开关和第二市电开关，所述第一市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流模块的输入端；所述第二市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流/逆变双向模块的输入端。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，进一步包括负载开关，所述负载开关的第一端连接所述整流模块的输出端、所述负载开关的第二端连接所述负载，所述负载开关的第一端还经所述测试开关连接所述电池组和所述整流/逆变双向模块的输出端。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，进一步包括逆变开关，所述逆变开关的一端连接所述整流/逆变双向模块的输出端，另一端连接所述负载开关的第二端。

在本发明所述的可实现在线检测电池的电源系统中，所述监控模块包括用于控制所述整流模块的第一监控模块和用于控制所述整流/逆变双向模块的第二监控模块。

实施本发明的可实现在线检测电池的电源系统，通过将整流/逆变双向模块和电池组与整流模块并联，并使得整流/逆变双向模块工作在整流模式和逆变模式，实现了电源系统的电池组的在线测试，并且测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第一实施例的原理框图；

图2是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第二实施例的原理框图；

图3是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第三实施例的电路原理图；

图4是图3所示的可实现在线检测电池的电源系统的正常工作时的电流示意图；

图5是图3所示的可实现在线检测电池的电源系统的电池检测时的电流示意图；

图6是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第四实施例的电路原理图。

具体实施方式

图1是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第一实施例的原理框图。如图1所示，本发明的可实现在线检测电池的电源系统，包括：整流模块10、整流/逆变双向模块20、测试开关Sb、负载30、电池组40和监控模块50。所述整流模块10一端连接市电，另一端连接所述负载30。所述整流/逆变双向模块20一端连接所述市电，另一端连接所述电池组40。所述电池组40经测试开关Sb连接到所述负载30。整流模块10可以用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电。整流/逆变双向模块20一方面可以用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，另一方面可以用于将输入直流电逆变为交流电。

在本发明中，在正常工作时，整流模块10用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电和对所述电池组40充电。所述整流/逆变双向模块20同样用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电和对所述电池组40充电。

在需要进行电池测试时，监控模块50控制测试开关Sb断开。这时，整流模块10用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电。而所述整流/逆变双向模块20切换到逆变模式，用于将电池放电输出的电池放电电流逆变成交流电。此时，获得的交流电和市电可一起输入到整流模块10。整流模块10对该交流电和市电进行整流之后提供给负载。

在电池测试工作结束之后，所述整流/逆变双向模块20切换到整流状态。此后合上测试开关Sb，就可以恢复正常工作。

本领域技术人员知悉，所述整流模块10和所述整流/逆变双向模块20可以选用本领域中任何已知的整流或整流/逆变模块、电路、芯片等。所述整流模块10和所述整流/逆变双向模块20可以有多个。所述监控模块50可以采用本领域中任何已知的电池测试方案对电池组进行测试。例如监控模块可以记录电池组的放电的时间，电压，电流，温度等基本参数，根据这些参数可以计算出电池储存的电量值，可以根据每单只电池的电压，电流及温度值判断电池组的均衡性，找出存在故障的单只电池。在本发明的其他实施例中，监控模块50还可以采用其他方案对电池组进行检测。

在本发明中，通过将整流/逆变双向模块和电池组与整流模块并联，并使得整流/逆变双向模块工作在整流模式和逆变模式，实现了电源系统的电池组的在线测试，并且测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护。

图2是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第二实施例的原理框图。如图2所示，本发明的可实现在线检测电池的电源系统，包括：整流模块10、整流/逆变双向模块20、测试开关Sb、负载30、电池组40和监控模块50。在图2所示实施例中，所述监控模块包括：给定电流设置单元51、电流调节单元52、测试单元53和和电压调整单元54。所述监控模块50通过通信总线连接所述整流模块10、整流/逆变双向模块20、测试开关Sb。

在本发明中，在正常工作时，整流模块10用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电和对所述电池组40充电。所述整流/逆变双向模块20同样用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电和对所述电池组40充电。

在需要进行电池测试时，监控模块50控制测试开关Sb断开。这时，整流模块10用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电。而所述整流/逆变双向模块20切换到逆变模式，用于将电池放电输出的电池放电电流逆变成交流电。此时，获得的交流电和市电可一起输入到整流模块10。整流模块10对该交流电和市电进行整流之后提供给负载。

在本实施例中，给定电流设置单元51设置给定电池放电电流。电流调节单元52用于基于所述给定电池放电电流调节所述整流/逆变双向模块20的逆变输出功率以控制所述电池放电电流，从而使得该电池放电电流等于该给定电池放电电流。随后，所述市电和所述电池放电电流并联后向所述整流模块10供电。测试单元53用于根据所述电池组中单个电池的性能参数测试所述电池组的性能。例如测试单元53可以根据每单只电池的电压，电流及温度值判断电池组的均衡性，找出存在故障的单只电池。

在电池测试工作结束之后，所述整流/逆变双向模块20切换到整流模式。此后合上测试开关Sb，就可以恢复正常工作。在本实施例中，电压调整单元54用于在电池测试结束且所述整流/逆变双向模块20返回到整流模式后，基于所述电池组的电压调整所述整流模块10的电压，并控制所述测试开关Sb闭合。

在本发明中，通过将整流/逆变双向模块和电池组与整流模块并联，并使得整流/逆变双向模块工作在整流模式和逆变模式，实现了电源系统的电池组的在线测试，并且测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护。进一步地，在本实施例中，通过控制整流/逆变双向模块20的逆变输出功率，可以控制电池放电电流，进而实现恒流放电。在本实施例中，测试单元可以对电池组的放电测试进行控制和自动化监测。

图3是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第三实施例的电路原理图。图4和5分别示出了其正常工作时和电池检测时的电流示意图。如图3所示，本发明的可实现在线检测电池的电源系统包括多个整流模块1、2…n+1-m、多个整流/逆变双向模块1、2...m、负载30、电池组40、监控模块50、测试开关Sb、市电开关Sa、负载开关S1和逆变开关Sc。本领域技术人员知悉，n和m均为正整数，并且n≥m。在此，整流模块和整流/逆变双向模块的数量可以按照实际需要设置，通常会构成N+1冗余。在本发明中，所述监控模块50可以参照图1或2中的实施例构建。

如图3所示，所述市电开关Sa的一端连接市电，另一端连接多个整流模块1、2…n+-m的输入端和多个整流/逆变双向模块1、2...m的输入端。所述负载开关S1的第一端连接多个整流模块1、2…n+1-m的输出端、第二端连接所述负载30。所述负载开关的第一端还经所述测试开关Sb连接所述电池组。所述测试开关Sb经所述逆变开关Sc连接多个整流/逆变双向模块1、2...m的输出端。所述监控模块50通过通信总线连接所述整流模块10、整流/逆变双向模块20、测试开关Sb。

所述多个整流模块1、2…n+1-m可以用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电。所述多个整流/逆变双向模块1、2...m一方面可以用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，另一方面可以用于将输入直流电逆变为交流电。

在本实施例中，参见图4-5可知，所述可实现在线检测电池的电源系统可以工作在以下模式。

正常工作模式

在正常工作时，所述多个整流模块1、2…n+1-m用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于向所述负载30供电和对所述电池组40充电。所述多个整流/逆变双向模块1、2...m同样用于对输入市电进行整流，将市电交流电转换成直流电，然后将该直流电用于对所述电池组40充电。这样整流模块和整流/逆变双向模块并联均流模式工作，构成N+1冗余，平均承担负载。整流模块和整流/逆变双向模块共同承担对电池组的充电功能。

故障模式

在故障模式，即所述多个整流模块1、2…n+1-m和所述多个整流/逆变双向模块1、2...m中有一个模块故障时，其余模块承担负载输出，不影响系统正常工作。

电池测试模式

在需要电池测试时，测试开关Sb自动断开。所述多个整流模块1、2…n+1-m保持给负载30供电。所述多个整流/逆变双向模块1、2...m进入逆变状态，电池组进入放电测试状态。

在放电测试过程中。通过监控模块设定给定电池放电电流。整流/逆变双向模块逆变输出交流电并与市电输入同步，通过控制逆变输出功率所述整流/逆变双向模块20的逆变输出功率以控制所述电池放电电流，从而使得该电池放电电流等于该给定电池放电电流。

市电和所述电池放电电流并联后共同向整流模块供电，保持负载的持续供电。如果负载所需供电功率Pload大于电池放电功率Pbat，市电向电源系统馈送功率Pac，补充所需功率不足。若负载所需功率小于电池放电功率，电池放电功率将馈送多出负载所需部分(Pac为负)到电网供其它负载所用，从而实现了电池储存功率的利用。

进入电池测试模式后，监控模块可以记录放电的时间，电压，电流，温度等基本参数，根据这些参数可以计算出电池储存的电量值，可以根据每单只电池的电压，电流及温度值判断电池组的均衡性，找出存在故障的单只电池。

在电池测试工作结束之后，所述整流/逆变双向模块20切换到整流模式。此后合上测试开关Sb，就可以恢复正常工作。

在本发明中，通过将整流/逆变双向模块和电池组与整流模块并联，并使得整流/逆变双向模块工作在整流模式和逆变模式，实现了电源系统的电池组的在线测试，并且测试过程可靠环保并且可以实现对全网电源系统的维护。更进一步地，本实施例通过设置冗余模块，在单个模块故障时不会影响系统工作。并且通过市电和所述电池放电电流并联后共同向整流模块供电，可以实现电池储存功率的利用。

图6是本发明的可实现在线检测电池的电源系统的第四实施例的电路原理图。在本实施例中，本发明的可实现在线检测电池的电源系统包括多个整流模块1、2…n+1-m、多个整流/逆变双向模块1、2...m、负载30、电池组40、监控模块50、测试开关Sb、第一市电开关Sa、第二市电开关Sa1、负载开关S1和逆变开关Sc。本领域技术人员知悉，n和m均为正整数，并且n≥m。在此，整流模块和整流/逆变双向模块的数量可以按照实际需要设置，通常会构成N+1冗余。在本发明中，所述监控模块50可以参照图1或2中的实施例构建。

如图6所示，所述第一市电开关Sa的一端连接市电，另一端连接多个整流模块1、2…n+1-m的输入端。所述第二市电开关Sa1的一端连接市电，另一端连接多个整流/逆变双向模块1、2...m的输入端。所述负载开关S1的第一端连接多个整流模块1、2…n+1-m的输出端、所述负载开关S1的第二端连接所述负载30。所述负载开关的第一端还经所述测试开关Sb连接所述电池组。所述测试开关Sb经所述逆变开关Sc连接多个整流/逆变双向模块1、2...m的输出端。所述第一监控模块50控制多个整流模块，所述第二监控模块60控制多个整流/逆变双向模块。所述第一监控模块50和第二监控模块60一起实现图1-5的实施例中的监控模块50的功能。所述第一监控模块50和第二监控模块60可以相互通信，也可以不能相互通信。所述监控模块50通过通信总线连接所述整流模块10、测试开关Sb，所述监控模块60通过通信总线连接所述整流/逆变双向模块20、测试开关Sb。

图6所示实施例与图5所示实施例的原理近似，在此就不再累述了。基于本发明的教导，本领域技术人员能够实现图6所示的电路。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (9)

1.一种可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，包括：

电池组，所述电池组经测试开关连接到负载；

监控模块，用于控制所述电池组进行电池检测；

整流模块，所述整流模块一端连接市电，另一端连接所述负载，用于对输入市电进行整流，并在正常工作时向所述负载供电和对所述电池组充电；

整流/逆变双向模块，所述整流/逆变双向模块一端连接所述市电，另一端连接所述电池组，用于在正常工作时工作在整流模式以向所述负载供电和对所述电池组充电，在进行电池测试时工作在逆变模式以输出电池放电电流；

所述监控模块包括：

给定电流设置单元，用于设置给定电池放电电流；

电流调节单元，用于基于所述给定电池放电电流调节所述整流/逆变双向模块的逆变输出功率以控制所述电池放电电流，所述市电和所述电池放电电流并联后向所述整流模块供电；

测试单元，用于根据所述电池组中单个电池的性能参数测试所述电池组的性能。

2.根据权利要求1所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，所述监控模块还包括：

电压调整单元，用于在电池测试结束且所述整流/逆变双向模块返回到整流模式后，基于所述电池组的电压调整所述整流模块的电压，并控制所述测试开关闭合。

3.根据权利要求1所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，所述整流模块包括多个并联的整流模块。

4.根据权利要求1所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，所述整流/逆变双向模块包括多个并联的整流/逆变双向模块。

5.根据权利要求2所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，进一步包括市电开关，所述市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流模块的输入端和所述整流/逆变双向模块的输入端。

6.根据权利要求2所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，进一步包括第一市电开关和第二市电开关，所述第一市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流模块的输入端；所述第二市电开关的一端连接市电，另一端连接所述整流/逆变双向模块的输入端。

7.根据权利要求6或5所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，进一步包括负载开关，所述负载开关的第一端连接所述整流模块的输出端，所述负载开关的第二端连接所述负载，所述负载开关的第一端还经所述测试开关连接所述电池组和所述整流/逆变双向模块的输出端。

8.根据权利要求7所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，进一步包括逆变开关，所述逆变开关的一端连接所述整流/逆变双向模块的输出端，另一端连接所述负载开关的第二端。

9.根据权利要求1所述的可实现在线检测电池的电源系统，其特征在于，所述监控模块包括用于控制所述整流模块的第一监控模块和用于控制所述整流/逆变双向模块的第二监控模块。

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