CN110768330A - 一种充放电控制方法、装置及ups系统 - Google Patents

一种充放电控制方法、装置及ups系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种充放电控制方法，方法包括以下步骤：接收逆变器的充电或放电使能信号，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器；在充放电过流的次数小于L次的情况下，电池管理模块向电池检测单元发送闭合从继电器的控制指令并进入预充电控制流程；在电池包满足充电开启条件的情况下，判断当前充电电流值是否小于第一预设电流值；本发明还提供了一种充放电控制装置及UPS系统。本发明能够实现对电池包的充放电控制,并实现充电模式和放电模式之间的转换，有效避免了在电池包存在故障情况下进行充放电而导致的影响电池包的性能，缩短单体电池循环使用寿命等情况。

Description

一种充放电控制方法、装置及UPS系统
技术领域
本发明涉及不间断电源技术领域，具体涉及一种充放电控制方法、装置及UPS系统。
背景技术
UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（为铅酸蓄电池或锂电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备，其主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子精密设备提供稳定及不间断的电力供应。
现有的UPS系统在工作过程中，当电池包出现过充、过放、充放电电流较大、短路等故障时，缺乏充电量和放电量有效控制及UPS系统在充放电模式之间自由转换等稳定性较好和可靠性较高的充放电控制策略，这样会严重影响电池包的性能，缩短单体电池循环使用寿命；因此如何对UPS系统进行充放电控制，确保UPS系统有效控制电池包的充放电质量，提高UPS系统的稳定性和可靠性，是需要解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种UPS系统的充放电控制方法及装置，能够实现对电池包的充放电控制；并实现充电模式和放电模式之间的转换，有效避免了在电池包存在故障情况下进行充放电而导致的影响电池包的性能，缩短单体电池循环使用寿命等情况。
本发明的技术方案如下：
一种UPS系统的充放电控制方法，该方法包括以下步骤：
接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器，其中，电池包故障包括电池包过流、单体电池过压、单体电池欠压、电池包总电压压差过大、电池断开连接、电池管理模块故障和电池检测模块故障其中一种或多种；
在预设时间后，判断充放电过流的次数是否小于L次，在充放电过流的次数小于L次的情况下，电池管理模块向电池检测单元发送闭合从继电器的控制指令，电池检测单元接收后，闭合从继电器并进入预充电控制流程；
接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于第一预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入充电模式；其中，充电开启条件包括电池包剩余电量是否小于M倍额定电量，或者电池包总电压小于第一预设电压值且电池包电流大于第二预设电流值；
在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于第三预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式。
进一步地，预充电流程包括以下步骤：
电池检测模块收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于第一预设值；在预充继电器两端端电压大于第一预设值的情况下，闭合预充继电器，并记录闭合预充继电器的时间为第一时刻；
电池检测模块获取电池包总电压，并记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
电池检测模块判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于预设时间以及判断电池包总电压是否大于N倍预充端电压，在间隔时间小于预设时间且电池包总电压大于N倍预充端电压的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块。
本发明还提供了一种充放电控制装置，装置包括有电池管理模块和电池检测模块，电池管理模块包括有：
第一判断单元，用于接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器；
控制单元，用于在预设时间后，判断充放电过流的次数是否小于L次，在充放电过流的次数小于L次的情况下，控制电池检测单元闭合从继电器及进入预充电操作；
充电控制单元，用于接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于第一预设电流值，若是，控制电池包进入充电模式；
放电控制单元，用于在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于第三预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式。
进一步地，电池检测模块包括：
第二判断单元，用于在收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于第一预设值；在预充继电器两端端电压大于第一预设值的情况下，控制预充继电器闭合；
记录单元，用于记录闭合预充继电器的时间为第一时刻，以及记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
第三判断单元，用于判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于预设时间以及判断电池包总电压是否大于N倍预充端电压，在间隔时间小于预设时间且电池包总电压大于N倍预充端电压的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块。
本发明还提供了一种UPS系统，UPS系统包括：
电池管理模块，其上设置有主继电器控制端和预充继电器控制端，主继电器控制端与主继电器通信连接，预充继电器控制端与预充继电器通信连接，电池管理模块还通过RS485通信接口与逆变器通信连接，以及通过CAN通信接口与电池检测模块连接；
电池检测模块，布置在电池包内，其上设置有电压采样端、电流采样端以及CAN通信端口，电池检测模块通过电压采样端并联在电池组正负极两端，并通过CAN通信端口与电池管理模块通信连接；
一个或多个电池包，电池包内布置的一个或多个串联的电池组，其负极连接在电池包主负端上，其正极依次串联熔断器、从继电器后连接在电池包主正端上，电池包主正主负端通过电池包正负极母线连接在UPS充放电正负极母线上；
UPS充放电正负极母线，UPS充放电正极母线上设置有主继电器，主继电器两端还并联有预充电继电器。
本发明首先通过接收逆变器的充放电使能信号，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器；然后在充放电过流的次数小于L次的情况下，控制从继电器闭合并控制电池包进入预充电模式；在电池包内不存在电池包故障的情况下，根据电池包是否满足充放电开启条件来控制电池包进入充电模式或放电模式，从而实现对电池包的充放电控制；同时在充放电控制过程中，能够根据各种判断条件，来控制充电量或放电量，并实现充电模式和放电模式之间的转换，有效避免了在电池包存在电池包过流、单体电池过压、单体电池欠压、电池包总电压压差过大、电池断开连接、电池管理模块故障和电池检测模块故障等故障情况下进行电池包充放电而导致的影响电池包的性能，缩短单体电池循环使用寿命等情况。
同时，本发明所述的充放电控制方法，稳定性较好和可靠性较高，能够确保UPS系统有效控制电池包的充放电质量，提高UPS系统的稳定性和可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例所述充放电控制方法的流程图；
图2是本发明实施例所述预充电控制方法的流程图；
图3是本发明实施例所述充放电控制装置的示意图；
图4是本发明实施例所述的UPS系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如附图1所示，一种UPS系统的充放电控制方法，该方法包括以下步骤：
S101：接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，发送断开从继电器的控制信号至电池检测模块并清空逆变器的充电或放电使能信号，然后电池检测模块将从继电器断开。
其中，电池包故障包括电池包过流、单体电池过压、单体电池欠压、电池包总电压压差过大、电池断开连接、电池管理模块故障和电池检测模块故障其中一种或多种。
S102：在5s后，判断充放电过流的次数是否小于3次，在充电过流或放电过流的次数小于3次的情况下，电池管理模块向电池检测单元发送闭合从继电器的控制指令，电池检测单元接收后，闭合从继电器。
S103：电池管理模块判断电池包是否存在充放电故障，若存在则进入步骤S101，若不存在则进入预充电控制流程；电池包完成预充电后，进入步骤S104。
S104：接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于0.3A，若是，电池管理模块控制电池包进入充电模式，清空放电电流过大故障次数；其中，充电开启条件包括电池包剩余电量即SOC值是否小于额定电量的80%，或者电池包总电压小于53V且电池包电流大于-1A；
S105：在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于-3A，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式，并清空充电电流过大故障次数。
其中，步骤S103中，如附图2所示，预充电流程包括以下步骤：
S10301：电池检测模块收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于1V；在预充继电器两端端电压大于1V的情况下，闭合预充继电器，并记录闭合预充继电器的时间为第一时刻；若小于1V，则预充电失败。
S10302：电池检测模块获取电池包总电压，并记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
S10303：电池检测模块判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于或等于3秒以及判断电池包总电压是否大于或等于预充端电压值的95%，在间隔时间小于或等于3秒且电池包总电压大于或等于预充端电压值的95%的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块，在在间隔时间大于3秒且电池包总电压小于预充端电压值的95%的情况下，则预充电失败。
本发明实施例所述的充电控制方法，首先通过判断电池包故障，在电池包内存在故障的情况下，断开继电器，并在电池包充电过流或放电过流的次数小于预设次数的情况下，控制从继电器闭合并控制电池包进入预充电模式；然后在电池包内不存在故障的情况下，根据判断充放电开启条件，来控制电池包进入充电模式或放电模式；通过上述方式，不仅能够对电池包的整体性能进行检测，实时监控电池包的工作状态，而且还能在充放电控制过程中，能够根据各种判断条件，来控制充电量或放电量，并根据电池包实际情况来实现充电模式和放电模式之间的转换，同时避免电池包故障情况下进行电池包充放电而导致的影响电池包的性能，缩短单体电池循环使用寿命等情况发生。
如附图3所示，一种充放电控制装置，该装置包括有电池管理模块和电池检测模块，其中，电池管理模块包括有：
第一判断单元，用于接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器；
控制单元，用于在预设时间后，判断充放电过流的次数是否小于3次，在充放电过流的次数小于3次的情况下，控制电池检测单元闭合从继电器及进入预充电操作；
充电控制单元，用于接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于0.3A，若是，控制电池包进入充电模式；
放电控制单元，用于在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于-3A，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式。
其中，电池检测模块包括：
第二判断单元，用于在收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于1V；在预充继电器两端端电压大于或等于1V的情况下，控制预充继电器闭合；
记录单元，用于记录闭合预充继电器的时间为第一时刻，以及记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
第三判断单元，用于判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于3秒以及判断电池包总电压是否或等于预充端电压值的95%，在间隔时间小于预设时间且电池包总电压或等于预充端电压值的95%的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块。
本发明实施例所述的充电控制装置，与上述充放电控制方法出于相同的技术构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。
如附图4所示，一种UPS系统，该 UPS系统包括：
电池管理模块，其上设置有主继电器控制端和预充继电器控制端，所述主继电器控制端与主继电器通信连接，所述预充继电器控制端与预充继电器通信连接，所述电池管理模块还通过RS485通信接口与逆变器通信连接，以及通过CAN通信接口与电池检测模块连接；
电池检测模块，布置在电池包内，其上设置有电压采样端、电流采样端以及CAN通信端口，所述电池检测模块通过电压采样端并联在电池组正负极两端，并通过CAN通信端口与电池管理模块通信连接；
四个电池包，所述电池包内布置的一个或多个串联的电池组，其负极连接在电池包主负端上，其正极依次串联熔断器、从继电器后连接在电池包主正端上，电池包主正主负端通过电池包正负极母线连接在UPS充放电正负极母线上；
UPS充放电正负极母线，所述UPS充放电正极母线上设置有主继电器，主继电器两端还并联有预充电继电器。
本发明实施例提供的UPS系统，与上述充放电控制方法及充放电控制装置出于相同的技术构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。

Claims (5)

1.一种充放电控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器，其中，所述电池包故障包括电池包过流、单体电池过压、单体电池欠压、电池包总电压压差过大、电池断开连接、电池管理模块故障和电池检测模块故障其中一种或多种；
在预设时间后，判断充放电过流的次数是否小于l次，在充放电过流的次数小于l次的情况下，电池管理模块向电池检测单元发送闭合从继电器的控制指令，电池检测单元接收后，闭合从继电器并进入预充电控制流程；
接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于第一预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入充电模式；其中，充电开启条件包括电池包剩余电量是否小于M倍额定电量，或者电池包总电压小于第一预设电压值且电池包电流大于第二预设电流值；
在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于第三预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式。
2.如权利要求1所述的一种充放电控制方法，其特征在于，所述预充电流程包括以下步骤：
电池检测模块收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于第一预设值；在预充继电器两端端电压大于第一预设值的情况下，闭合预充继电器，并记录闭合预充继电器的时间为第一时刻；
电池检测模块获取电池包总电压，并记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
电池检测模块判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于预设时间以及判断电池包总电压是否大于N倍预充端电压，在间隔时间小于预设时间且电池包总电压大于N倍预充端电压的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块。
3.一种充放电控制装置，所述装置包括有电池管理模块和电池检测模块，其特征在于，所述电池管理模块包括有：
第一判断单元，用于接收逆变器的充电或放电使能信号，电池管理模块判断电池包内是否存在电池包充放电故障，在电池包内存在电池包故障的情况下，断开从继电器；
控制单元，用于在预设时间后，判断充放电过流的次数是否小于l次，在充放电过流的次数小于l次的情况下，控制电池检测单元闭合从继电器及进入预充电操作；
充电控制单元，用于接收逆变器的充放电使能控制信号，在电池包内不存在电池包故障的情况下，判断电池包是否满足充电开启条件，在电池包满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前充电电流并判断当前充电电流值是否小于第一预设电流值，若是，控制电池包进入充电模式；
放电控制单元，用于在电池包不满足充电开启条件的情况下，获取电池包当前放电电流并判断当前放电电流值是否小于第三预设电流值，若是，电池管理模块控制电池包进入放电模式。
4.如权利要求3所述的一种充放电控制装置，其特征在于，所述电池检测模块包括：
第二判断单元，用于在收到闭合从继电器的控制指令后，获取预充继电器两端的端电压并判断该端电压是否大于或等于第一预设值；在预充继电器两端端电压大于第一预设值的情况下，控制预充继电器闭合；
记录单元，用于记录闭合预充继电器的时间为第一时刻，以及记录获取电池包总电压的时间为第二时刻；
第三判断单元，用于判断第一时刻与第二时刻之间的间隔时间是否小于预设时间以及判断电池包总电压是否大于N倍预充端电压，在间隔时间小于预设时间且电池包总电压大于N倍预充端电压的情况下，发送预充电成功的信息给电池管理模块。
5.一种UPS系统，其特征在于，所述UPS系统包括：
权利要求4或权利要求5所述的电池管理模块，其上设置有主继电器控制端和预充继电器控制端，所述主继电器控制端与主继电器通信连接，所述预充继电器控制端与预充继电器通信连接，所述电池管理模块还通过RS485通信接口与逆变器通信连接，以及通过CAN通信接口与电池检测模块连接；
权利要求4或权利要求5所述的电池检测模块，布置在电池包内，其上设置有电压采样端、电流采样端以及CAN通信端口，所述电池检测模块通过电压采样端并联在电池组正负极两端，并通过CAN通信端口与电池管理模块通信连接；
一个或多个电池包，所述电池包内布置的一个或多个串联的电池组，其负极连接在电池包主负端上，其正极依次串联熔断器、从继电器后连接在电池包主正端上，电池包主正主负端通过电池包正负极母线连接在UPS充放电正负极母线上；
UPS充放电正负极母线，所述UPS充放电正极母线上设置有主继电器，主继电器两端还并联有预充电继电器。
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