CN109193895A - 一种ups蓄电池的充放电电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种UPS蓄电池充放电电路及方法，该电路包括：双向DC/DC变换器、数字控制器和直流母线；其中，UPS中的蓄电池的第一端与双向DC/DC变换器的第一端相连，蓄电池的第二端与数字控制器的第一端相连，数字控制器的第二端与双向DC/DC变换器的第二端相连，双向DC/DC变换器的第三端与直流母线的第一端相连，直流母线的第二端与数字控制器的第三端相连；数字控制器用于控制双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量进行传递，以使双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。通过本申请中的UPS蓄电池充放电电路，可以解决现有技术中UPS直流母线侧存在的中点电位不平衡的问题。
Description
技术领域
本发明涉及UPS充放电技术领域，特别涉及一种UPS蓄电池的充放电电路及方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，供电网络的负载越来越复杂，如果供电电网受到外界因素的干扰，会导致电网的供电质量发生异常，甚至会给人们带来严重的经济损失。UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptable Power，不间断电源)是一种能够不间断地向用户提供供电能力的电源，成为当下的研究热点。
如图1所示，是三相在线式UPS的结构示意图。三相在线UPS主要分为三个部分，分别为整流模块、逆变模块和蓄电池模块。如图2所示，是直流母线与蓄电池模块的结构示意图，在图2当中，BUS+为正直流母线电压、BUS-为负直流母线电压、N为直流母线的中点电位、C1为正母线电容、C2为负母线电容、SCR1/SCR2为开关晶闸管、BT1/BT2为蓄电池组。在图2当中，三电平变换器直流母线侧通常存在中点电位不平衡的问题，如果不加以控制，不仅会损坏UPS中的功率器件，而且，还会降低直流母线电容的寿命、降低整流模块和逆变模块的可靠性。由此可见，如何提供一种UPS蓄电池充放电电路，以使得变换器直流母线侧的中点电位平衡，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种UPS蓄电池充放电电路及方法，以使得变换器直流母线侧的中点电位平衡。其具体方案如下：
一种UPS蓄电池的充放电电路，包括：
双向DC/DC变换器、数字控制器和直流母线；
其中，UPS中的蓄电池的第一端与所述双向DC/DC变换器的第一端相连，所述蓄电池的第二端与所述数字控制器的第一端相连，所述数字控制器的第二端与所述双向DC/DC变换器的第二端相连，所述双向DC/DC变换器的第三端与所述直流母线的第一端相连，所述直流母线的第二端与所述数字控制器的第三端相连；
所述数字控制器用于根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
优选的，所述双向DC/DC变换器包括：
续流二极管、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、功率电感、第一电容和第二电容；
其中，所述第一功率开关管的第二端分别与所述功率电感的第一端和所述续流二极管的第一端相连，所述功率电感的第二端分别与所述第二功率开关管的第一端和所述第四功率开关管的第二端相连，所述第四功率开关管的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述第五功率开关管的第二端相连，所述第五功率开关管的第一端与所述第三功率开关管的第二端相连，所述第三功率开关管的第一端与所述第二功率开关管的第二端相连，所述第二功率开关管的第二端与所述第一电容的第二端相连；
并且，所述第一功率开关管的第一端为所述双向DC/DC变换器的第一端，所述续流二极管的第二端和所述第三功率开关管的第二端共同组成所述双向DC/DC变换器的第二端。
优选的，所述第一功率开关管和/或所述第二功率开关管和/或所述第三功率开关管和/或所述第四功率开关管和/或第五功率开关管为N沟道增强型MOS管。
相应的，本发明还公开了一种UPS蓄电池的充放电方法，应用于前述公开的UPS蓄电池的充放电电路中的数字控制器，该方法包括：
根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
优选的，所述根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡的过程，包括：
获取所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压VBT和直流母线电压端的电压VBUS；
判断所述电压VBUS是否大于第一预设阈值；
若所述电压VBUS大于所述第一预设阈值，则判断所述电压VBT是否大于第二预设阈值；
若所述电压VBT大于所述第二预设阈值，则判断所述双向DC/DC变换器的直流母线电压端的正直流母线电压和负直流母线电压的差值是否小于第三预设阈值；
若所述差值大于所述第三预设阈值，则调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
优选的，所述判断所述电压VBT是否大于第二预设阈值的过程之后，还包括：
若否，则控制所述蓄电池进入充电模式。
优选的，所述判断所述电压VBUS是否大于第一预设阈值的过程之后，还包括：
若否，判断所述电压VBT是否大于第四预设阈值；
若是，则控制所述蓄电池进入放电模式。
优选的，所述判断所述电压VBT是否大于第四预设阈值的过程之后，还包括：
若否，则提示预警信息
可见，在本发明中，通过在UPS中设置能量可以双向传递的双向DC/DC变换器，那么，数字控制器就可以根据双向DC/DC变换器在蓄电池电压端的电压以及直流母线电压端的电压，来动态调整双向DC/DC变换器蓄电池电压端和直流母线电压端的能量流动方向，并最终使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。显然，通过本发明中的UPS蓄电池充放电电路，可以解决现有技术中UPS直流母线侧存在的中点电位不平衡的问题。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为三相在线式UPS的结构示意图；
图2为直流母线与蓄电池模块的连接结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种UPS蓄电池充放电电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的工作流程图；
图6为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BUCK-BOOST变换器的一种开关模态的示意图；
图7为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BUCK-BOOST变换器的另一种开关模态的示意图；
图8为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BUCK-BOOST变换器的又一种开关模态的示意图；
图9为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BUCK变换器的一种开关模态的示意图；
图10为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BUCK变换器的另一种开关模态的示意图；
图11为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器为BOOST变换器的一种开关模态的示意图。
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。
现有技术当中，在三相在线式UPS中的三电平变换器直流母线侧通常存在中点电位不平衡的问题，如果不加以控制，不仅会损坏UPS中的功率器件，而且，还会降低直流母线电容的寿命、降低整流模块和逆变模块的可靠性。而本发明的目的是提供一种UPS蓄电池充放电电路，以使得变换器直流母线侧的中点电位平衡。为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
本发明实施例公开了一种UPS蓄电池充放电电路，如图3所示，该充放电电路包括：
双向DC/DC变换器、数字控制器和直流母线；
其中，UPS中的蓄电池的第一端与双向DC/DC变换器的第一端相连，蓄电池的第二端与数字控制器的第一端相连，数字控制器的第二端与双向DC/DC变换器的第二端相连，双向DC/DC变换器的第三端与直流母线的第一端相连，直流母线的第二端与数字控制器的第三端相连；
数字控制器用于根据双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
如图3所示，在本实施例中，是提供了一种UPS蓄电池的充放电电路，在该电路中，数字控制器可以根据双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压来调整双向DC/DC变换器蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，从而可以对双向DC/DC变换器蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压进行动态调整，并最终使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
需要说明的是，现有的UPS中，对于蓄电池的充放电电路大多是采用与直流母线电压值相当的电池组作为备用电源，然后，通过在电源回路上串联两个控制开关来实现蓄电池和直流母线侧的充放电过程。但是，如果在UPS中没有足够的空间体积，或者不需要大容量的蓄电池作为UPS的备用电源时，过多的蓄电池不仅增加了设计成本，而且，串联简单的控制开关难以调整蓄电池的充放电方式，如果多级串联的蓄电池维护不当，还会影响蓄电池的使用寿命。
而通过本实施例所提供的UPS蓄电池的充放电电路，不仅可以有效减少蓄电池在UPS中所占用的空间，而且，通过双向DC/DC变换器和数字控制器也能够较为容易地调整蓄电池的充放电方式，同时也可以降低对蓄电池的维修难度。
需要注意的是，在本实施例中，数字控制器可以是芯片，也可以是单片机，此处不作具体的限定。而且，本实施例对于双向DC/DC变换器的具体电路连接结构也不作具体的限定，只要能够达到实际应用目的即可。
可见，在本实施例中，通过在UPS中设置能量可以双向传递的双向DC/DC变换器，那么，数字控制器就可以根据双向DC/DC变换器在蓄电池电压端的电压以及直流母线电压端的电压，来动态调整双向DC/DC变换器蓄电池电压端和直流母线电压端的能量流动方向，并最终使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。显然，通过本实施例中的UPS蓄电池充放电电路，可以解决现有技术中UPS直流母线侧存在的中点电位不平衡的问题。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明和优化。如图4所示，具体的，上述双向DC/DC变换器包括：
续流二极管D1、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4、第五功率开关管Q5、功率电感L1、第一电容C1和第二电容C2；
其中，第一功率开关管Q1的第二端分别与功率电感L1的第一端和续流二极管D1的第一端相连，功率电感L1的第二端分别与第二功率开关管Q2的第一端和第四功率开关管Q4的第二端相连，第四功率开关管Q4的第一端与第一电容C1的第一端相连，第一电容C1的第二端与第二电容C2的第一端相连，第二电容C2的第二端与第五功率开关管Q5的第二端相连，第五功率开关管Q5的第一端与第三功率开关管Q3的第二端相连，第三功率开关管Q3的第一端与第二功率开关管Q2的第二端相连，第二功率开关管Q2的第二端与第一电容C1的第二端相连；
并且，第一功率开关管Q1的第一端为双向DC/DC变换器的第一端，续流二极管D1的第二端和第三功率开关管Q3的第二端共同组成双向DC/DC变换器的第二端。
在本实施例中，是提供了一种双向DC/DC变换器的具体实现方式。通过本实施例中双向DC/DC变换器的电路连接结构，以及结合相应的控制策略，就可以使得DC/DC变换器中的续流二极管D1和各个功率开关管处于不同的工作模式下，从而可以对双向DC/DC变换器蓄电池电压端和直流母线电压端的能量进行动态传输，并最终使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
可以理解的是，在双向DC/DC变压器中，功率电感L1作为感性负载，使用续流二极管D1可以保证相应工作模态下功率回路电流是连续的，显然，通过此种设计方式，可以进一步保证双向DC/DC变换器的稳定性能。需要说明的是，本实施例中的续流二极管D1还可以使用其它的功率开关管来代替，比如MOS管，也可以进一步提高双向DC/DC变换器的效率。
作为一种优选的实施方式，第一功率开关管Q1和/或第二功率开关管Q2和/或第三功率开关管Q3和/或第四功率开关管Q4和/或第五功率开关管Q5为N沟道增强型MOS管。
具体的，在本实施例中，是将功率开关管设置为N沟道增强型MOS管，来提高双向DC/DC变换器的安全性能，在实际应用当中，还可以将功率开关管用其它的可控功率开关管来代替，只要是能够使得双向DC/DC变换器实现能量的双向传输即可。
基于上述实施例提供的UPS蓄电池的充放电电路，本实施例针对上述UPS中的数字控制器，提供了一种UPS蓄电池的充放电方法，该方法包括：
根据双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
可以理解的是，当在UPS中添加了双向DC/DC变换器时，就能够通过控制双向DC/DC变换器中的能量传输方向，来动态调整蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，并最终使得双向DC/DC变换器的直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
具体的，在实际应用当中，可以预先在数字控制器中设置蓄电池电压检测模块和直流母线电压检测模块，然后，分别利用蓄电池电压检测模块和直流母线电压检测模块来检测蓄电池电压端和直流母线电压端的电压。当数字控制器获取到蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压以后，就能够根据蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，来动态调整蓄电池电压端和直流母线电压端的电压，并最终使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
具体的，如图5所示，上述步骤：根据双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡的过程，包括：
步骤S11：获取双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压VBT和直流母线电压端的电压VBUS；
步骤S12：判断电压VBUS是否大于第一预设阈值；
在本实施例中，为了使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态，首先是利用数字控制器实时检测双向DC/DC变换器在蓄电池电压端的电压VBT和在直流母线电压端的电压VBUS，然后，数字控制器通过控制双向DC/DC变换器工作于不同的工作模式下，以使得双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
具体的，当数字控制器获取到了蓄电池电压端的电压VBT和直流母线电压端的电压VBUS时，为了保证DC/DC变换器的安全性能，首先是判断直流母线电压端的电压VBUS是否大于第一预设阈值，也即，判断直流母线电压端的电压VBUS是否在直流母线电压端的额定电压VBUS_R的误差范围之内，如果直流母线电压端的电压VBUS在误差范围之内，则继续执行后续的流程步骤。
作为一种优选的实施方式，可以将第一预设阈值设置为λ·VBUS_R；其中，VBUS_R为直流母线电压端的额定电压，λ为双向DC/DC变换器的直流母线电压端和蓄电池电压端的误差系数，在实际应用当中，可以将λ设置为0.95。
步骤S13：若电压VBUS大于第一预设阈值，则判断电压VBT是否大于第二预设阈值；
可以理解的是，当直流母线电压端的电压VBUS大于第一预设阈值时，说明直流母线电压端的电压VBUS在直流母线电压端的额定电压的误差范围之内，此时，可以进一步判断蓄电池电压端的电压VBT是否大于第二预设阈值，也即，判断蓄电池电压端的电压VBT是否在蓄电池电压端额定电压的误差范围之内，以此来保证蓄电池的安全运行。
作为一种优选的实施方式，可以将第二预设阈值设置为λ·VBT_R；其中，VBT_R为蓄电池电压端的额定电压，λ为双向DC/DC变换器的直流母线电压端和蓄电池电压端的误差系数，在实际应用当中，可以将λ设置为0.95。
步骤S14：若电压VBT大于第二预设阈值，则判断双向DC/DC变换器的直流母线电压端的正直流母线电压和负直流母线电压的差值是否小于第三预设阈值；
步骤S15：若差值大于第三预设阈值，则调整双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
可以理解的是，如果直流母线电压端的电压VBUS大于第一预设阈值，并且，蓄电池电压端的电压VBT大于第二预设阈值时，说明直流母线电压端的电压VBUS和蓄电池电压端的电压VBT都在额定电压的误差范围之内，此时，可以通过判断直流母线电压端的正直流母线电压和负直流母线电压的差值是否小于第三预设阈值，来确定双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位是否平衡。
作为一种优选的实施方式，可以将第三预设阈值设置为ε·VBUS_R；其中，VBUS_R为直流母线电压端的额定电压，ε为正直流母线电容电压与负直流母线电容电压的误差系数，在实际应用当中，可以将ε设置为0.02。
此处，通过图4中的DC/DC变换器，具体说明DC/DC变换器是如何通过调整DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，来使得DC/DC变换器直流母线侧的中点电位达到平衡状态的。
当VBUS≥λ·VBUS_R，并且，VBT≥λ·VBT_R，则说明直流母线电压VBUS_R和蓄电池电压VBT都在额定电压误差范围之内，此时，可以利用数字控制器采集正母线电容的电压VC1和负母线电容的电压VC2，并计算正母线电容和负母线电容的电压差值VC1-VC2，如果(VC1-VC2)＞ε·VBUS_R，则说明直流母线侧的中点电位还未达到平衡状态。
此时，数字控制器可以通过控制双向DC/DC变换器进入BUCK-BOOST(升降压)变换器模式，来对双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位进行平衡调节。换句话说，以交错的方式对正母线电容C1和负母线电容C2进行电压调节，从而使得正母线电容的电压VC1和负母线电容的电压VC2相等。也即，通过Q1、Q2、Q3、Q4和Q5的高频开关动作，以及稳流二极管D1的续流动作，来对双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位进行调整。
如果正母线电容电压VC1和负母线电容电压VC2不相等，可以将其分为两种情况。第一种情况是VC1＞VC2，第二种情况是VC1＜VC2，此时，假设低压侧蓄电池端为输入Vin，高压侧直流母线端为输出Vo，占空比为D，则BUCK-BOOST变换器满足关系式V0＝D/(1-D)*Vin。
当VC1＞VC2时，其具体工作过程可分为：
1)BUCK-BOOST的第一种开关模态，如图6所示，此时，Q1、Q2和Q3处于导通状态，Q4和Q5处于关断状态，输入电压Vin通过Q2加到功率电感L1上，功率电感L1中的电流线性增长，处于储能状态。
2)BUCK-BOOST的第二种开关模态，如图7所示，此时，负直流母线的电容C2充电，Q1、Q3和Q4关断，Q2和Q5处于导通状态，续流二极管D1处于导通状态，功率电感L1的电压极性反向，功率电感L1经过Q2和Q5向负直流母线电容C2提供能量，此时，功率电感L1中的电流减小，处于释能状态。
当VC1＜VC2时，其具体工作过程可分为：
1)BUCK-BOOST的第一种开关模态，与VC1＞VC2时的BUCK-BOOST的第一种开关模态一致，如图6所示，此时，Q1、Q2、Q3导通，Q4、Q5关断，输入电压Vin通过Q2加到功率电感L1上，功率电感L1中的电流线性增长，处于储能状态。
2)BUCK-BOOST的第二种开关模态，如图8所示，此时，正直流母线的电容C2处于充电状态，Q1、Q2和Q5关断，Q3和Q4导通，续流二极管导通D1导通，功率电感L的电压极性反向，功率电感L经过Q3和Q4向正直流母线电容C2提供能量，从而使得功率电感L中的电流减小，处于释能状态。
基于上述实施例，本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化，如图5所示，具体的，上述步骤13：判断电压VBT是否大于第二预设阈值的过程之后，还包括：
步骤S16：若否，则控制蓄电池进入充电模式。
可以理解的是，如果蓄电池BT的电压VBT小于第二预设阈值，则说明UPS刚完成启动阶段或者是蓄电池BT作为后备电源向外输出能量，蓄电池BT的电压VBT低于了蓄电池的额定电压VBT_R。具体的，如果VBT＜λ·VBT_R，在此情况下，则需要对蓄电池BT进行充电，以使得蓄电池BT可以在后续流程步骤中继续为UPS的整流模块供电。
如果蓄电池BT进入充电模式时，双向DC/DC变换器中的Q1导通，Q2、Q3、Q4和Q5工作在高频开关状态，此时，双向DC/DC变换器等效为一个BUCK(降压)变换器，来对低压侧的蓄电池BT进行充电。
而且，在本实施例中，还可以通过调整占空比的方式，来对蓄电池进行恒流充电、恒压充电和浮充状态的三段式充电。假设高压侧直流母线端为输入端Vin，低压侧蓄电池端为输出端Vo，占空比为D。BUCK变换器的基本关系式为Vo＝D*Vin。
其中，BUCK变换器的具体工作过程为：
1)BUCK变换器的第一种模态，如图9所示，此时，Q1、Q4和Q5导通，Q2、Q3关断，输入电压Vin通过Q4加到电感L1和蓄电池BT上，功率电感L1中的电流线性增长，处于储能状态。
2)BUCK变换器的第二种模态，如图10所示，此时，Q4、Q5关断，Q1、Q2、Q3导通，输入电压Vin截断，功率电感L1电压极性反向，此时，Q2、Q3导通进行续流，功率电感中的电流减小，处于释能状态，并向蓄电池BT供电。
基于上述实施例，本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化，如图5所示，具体的，上述步骤S12：判断电压VBUS是否大于第一预设阈值的过程之后，还包括：
步骤S17：若否，判断电压VBT是否大于第四预设阈值；
步骤S18：若是，则控制蓄电池进入放电模式。
可以理解的是，如果在UPS中网侧电源出现掉电或者是其他故障时，导致整流模块不能正常给直流母线供电。此时，需要蓄电池进入放电模式，以此来保证UPS能够提供不间断的电源输出，也即，低压侧蓄电池需要进行升压给高压侧直流母线提供稳定的电源。
如果双向DC/DC变换器的直流母线电压端的电压VBUS小于第一预设阈值，则说明直流母线电压端的电压VBUS不在直流母线电压端的额定电压的误差范围之内，此时，需要蓄电池BT进入放电模式，以给双向DC/DC变换器的直流母线电压端提供能量。
并且，为了保证蓄电池BT的稳定运行，在本实施例中，作为一种优选的实施方式，可以将第四预设阈值设置为δ·VBT_R；其中，VBT_R为蓄电池的额定电压，δ为蓄电池的欠电压系数。在实际应用当中，可以将δ设置为0.7。
此时，双向DC/DC变换器可以等效为一个BOOST(升压)变换器，也即，Q1导通，Q2、Q3、Q4和Q5工作在高频开关状态，此时，利用双向DC/DC变换器可以对高压侧直流母线供电。假设蓄电池BT的放电状态下，低压侧蓄电池端为输入端Vin，高压侧直流母线端为输出端V0，则BOOST变换器的基本关系为：V0＝1/(1-D)*Vin。
BOOST变换器具体工作过程为：
1)BOOST变换器的第一种工作模态，与VC1＞VC2时的BUCK-BOOST的第一种开关模态一致，如图6所示，此时，Q1、Q2、Q3导通，Q4和Q5关断，输入电压Vin通过Q2加到功率电感L1上，功率电感电流线性增长，处于储能状态。
2)BOOST变换器的第二种工作模态，如图11所示，此时，Q2、Q3关断，Q1、Q4、Q5导通，功率电感L1的电压极性反向，此时，低压侧蓄电池和功率电感共同向直流母线提供能量，在此模态下，功率电感中的电流减小，处于释能状态。
此外，BUCK-BOOST变换器的其基本变换关系为V0＝D/(1-D)*Vin，相比于BOOST变换器的基本变换关系为V0＝1/(1-D)*Vin，显然，BUCK-BOOST变换器可以更为灵活、合理的选择控制母线电容时的占空比。例如：如果蓄电池电压为直流母线电压的50％左右时，利用BUCK-BOOST变换器对直流母线侧的中点电位进行平衡控制时，可以将占空比选择在50％左右，如果用BOOST变换器来对直流母线侧的中点电位进行平衡控制时，Q3会工作在零占空比或者是略大于零占空比的状态下，能够想到的是，如果Q3在短时间内开通，会对Q3造成很大的损伤。显然，BUCK-BOOST变换器更加适用于正负母线电容的交错充电，并最终使得直流母线侧的中点电位达到平衡状态。
基于上述实施例，本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化，如图5所示，具体的，上述步骤S17：判断电压VBT是否大于第四预设阈值的过程之后，还包括：
步骤S19：若否，则提示预警信息。
可以理解的是，如果蓄电池电压端的电压VBT小于第四预设阈值，则说明UPS出现了故障，UPS中的整流模块、逆变模块和蓄电池模块都停止了工作，此时，则提示预警信息，以此来使得工作人员可以及时知晓UPS的工作状态，并及时采取相应的维修策略，以避免UPS发生安全事故。显然，通过此种方式，进一步保证了UPS的安全性能。
需要说明的是，在实际应用当中，第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值和第四预设阈值都可以根据实际情况的不同以及控制精度的具体要求，作适应性的调整，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种UPS蓄电池的充放电电路及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种UPS蓄电池的充放电电路，其特征在于，包括：
双向DC/DC变换器、数字控制器和直流母线；
其中，UPS中的蓄电池的第一端与所述双向DC/DC变换器的第一端相连，所述蓄电池的第二端与所述数字控制器的第一端相连，所述数字控制器的第二端与所述双向DC/DC变换器的第二端相连，所述双向DC/DC变换器的第三端与所述直流母线的第一端相连，所述直流母线的第二端与所述数字控制器的第三端相连；
所述数字控制器用于根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
2.根据权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括：
续流二极管、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、功率电感、第一电容和第二电容；
其中，所述第一功率开关管的第二端分别与所述功率电感的第一端和所述续流二极管的第一端相连，所述功率电感的第二端分别与所述第二功率开关管的第一端和所述第四功率开关管的第二端相连，所述第四功率开关管的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述第五功率开关管的第二端相连，所述第五功率开关管的第一端与所述第三功率开关管的第二端相连，所述第三功率开关管的第一端与所述第二功率开关管的第二端相连，所述第二功率开关管的第二端与所述第一电容的第二端相连；
并且，所述第一功率开关管的第一端为所述双向DC/DC变换器的第一端，所述续流二极管的第二端和所述第三功率开关管的第二端共同组成所述双向DC/DC变换器的第二端。
3.根据权利要求2所述的充放电电路，其特征在于，所述第一功率开关管和/或所述第二功率开关管和/或所述第三功率开关管和/或所述第四功率开关管和/或第五功率开关管为N沟道增强型MOS管。
4.一种UPS蓄电池的充放电方法，其特征在于，应用于权利要求1至3任一所述的UPS蓄电池的充放电电路中的数字控制器，该方法包括：
根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
5.根据权利要求4所述的充放电方法，其特征在于，所述根据所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压和直流母线电压端的电压，调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡的过程，包括：
获取所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端的电压VBT和直流母线电压端的电压VBUS；
判断所述电压VBUS是否大于第一预设阈值；
若所述电压VBUS大于所述第一预设阈值，则判断所述电压VBT是否大于第二预设阈值；
若所述电压VBT大于所述第二预设阈值，则判断所述双向DC/DC变换器的直流母线电压端的正直流母线电压和负直流母线电压的差值是否小于第三预设阈值；
若所述差值大于所述第三预设阈值，则调整所述双向DC/DC变换器的蓄电池电压端和直流母线电压端之间的能量流动方向，以使所述双向DC/DC变换器直流母线侧的中点电位平衡。
6.根据权利要求5所述的充放电方法，其特征在于，所述判断所述电压VBT是否大于第二预设阈值的过程之后，还包括：
若否，则控制所述蓄电池进入充电模式。
7.根据权利要求5所述的充放电方法，其特征在于，所述判断所述电压VBUS是否大于第一预设阈值的过程之后，还包括：
若否，判断所述电压VBT是否大于第四预设阈值；
若是，则控制所述蓄电池进入放电模式。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述判断所述电压VBT是否大于第四预设阈值的过程之后，还包括：
若否，则提示预警信息。
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