CN110957799A - Ups与锂电池并机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种UPS与锂电池并机系统，包括UPS电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，主锂电池组电路与UPS电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取各锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到UPS电路，所述UPS电路根据所述状态信息调节锂电池组的充电、放电功率。本发明通过主锂电池组电路获取各从锂电池组电路中锂电池的状态信息并反馈到UPS中，便于UPS根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。

Description

UPS与锂电池并机系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种UPS与锂电池并机系统。

背景技术

机房，作为数据交互中心，需要锂电池作为备用电源为机房用电设备不间断地提供电力供应，以避免突然停电造成数据丢失进而造成巨大损失。因此，机房中需要储备UPS不间断电源，以备不时之需；并且需要及时为锂电池组充电并实时了解锂电池的状态信息，以保证需要用到锂电池组供电时锂电池组能正常供电。目前，主要是通过UPS与多个锂电池组之间分别通过RS485进行通信，以便UPS分别获取各个锂电池组的电池数据并进行汇总呈现，这种方式给UPS带来较大压力，由于所获取到的数据量较大，UPS不容易进行处理，并且处理速度会比较慢，对UPS的要求较高。这是由于UPS和锂电池组属于不同的厂家生产，UPS生产厂家并不了解锂电池组生产厂家所生产的锂电池组的功能，因此UPS在汇总所有锂电池组的状态信息时不好进行汇总，而且处理起来非常麻烦且速度较慢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种UPS与锂电池并机系统。

为实现以上目的，本发明提成了一种UPS与锂电池并机系统，包括UPS电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述UPS电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到UPS电路，所述UPS电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

进一步的，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路的电路结构均相同，包括锂电池组和电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；UPS的锂电池接口的正极输出P+分别与所述电池管理系统BMS及所述锂电池组电路连接，UPS的锂电池接口的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

进一步的，所述主锂电池组电路还包括与所述MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动启动对锂电池充电或放电。

进一步的，所述UPS电路包括主控器、滤波器、充电器、整流器、逆变器和静态开关，滤波器的输入端与UPS的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，输出开关Su6与UPS的负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与UPS的负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述充电器的输入端与滤波器的输出端电路连接，充电器的输出端与UPS的锂电池接口电路连接；UPS的锂电池接口还与逆变器的输入端电路连接；旁路开关Su2、输入开关Su3、静态开关Su4、静态开关Su5、输出开关Su6通过主控器进行控制；充电时，市电经UPS的输入端输入，经滤波器滤波后，通过充电器输出到锂电池接口为锂电池组充电；放电时，锂电池组所输出的电经锂电池接口接入，经整流器将直流转交流为负载供电。

进一步的，所述UPS电路还包括光伏控制器和光伏输入接口，所述光伏输入接口通过输入开关Su7与所述光伏控制电路连接，所述光伏控制器的输出端与所述连接中点b电路连接；光伏电能经光伏输入接口接入，经光伏控制器进行处理并整流后输出到电池输入端对锂电池进行充电。

进一步的，当UPS对锂电池组进行充电过程中，锂电池出现过温、过流、过压故障时MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。。

进一步的，当UPS对锂电池组进行放电过程中，锂电池出现过温、过流、欠压故障时MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过将锂电池组电路分为主锂电池组电路和从锂电池组电路，其中主锂电池组电路与多个从锂电池组电路之间通过RS485进行通信，以通过主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后主锂电池组电路与UPS之间通过CAN进行通信，从而将所有锂电池组的状态信息汇入到UPS，便于UPS根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。本发明通过拨码开关设置主锂电池组电路和从锂电池组电路，让主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后再将汇总好的状态信息直接反馈给UPS，降低了UPS的处理压力，从而使本发明可适用于任何一家厂家的逆变器，降低了对UPS的要求。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明UPS与锂电池并机系统一实施方式的电路结构示意图。

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作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。

参阅图1，本发明提供了一种UPS与锂电池并机系统，包括UPS电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述UPS电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到UPS电路，所述UPS电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

其中，如图1所示，主锂电池组电路与从锂电池组电路的电路结构均相同，主锂电池组电路与从锂电池组电路中均设有拨码开关，通过设置拨码开关的开关地址，从而将其中一锂电池电路设为主锂电池组电路，而其他锂电池组电路为从锂电池组电路。例如，如图1所示，将锂电池组N的拨码开关地址为00000，为主机(主锂电池组电路)，依次设置其他锂电池组的拨码开关地址为11000-11111，为从机(从锂电池组电路)，设置好后，主机则可通过RS485接口逐个获取从机电池的电压、温度、电流等信息，汇总整理后，主机再通过CAN接口将数据反馈到UPS中。本发明实施方式中，将锂电池状态信息汇总任务通过主锂电池组电路完成，降低了对UPS的要求，从而可与其他任何厂家所生产的UPS结合使用，为机房中的设备不间断地提供电力供应。在本发明中，UPS只需要根据主锂电池组电路所反馈信息控制锂电池组的充电功率放电功率即可，极大地降低了UPS的处理压力。

具体的，主锂电池组电路包括锂电池组和电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；UPS中锂电池接口的正极输出P+分别与所述电池管理系统BMS及所述锂电池组电路连接，UPS中锂电池接口的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

其中，锂电池组状态信息包括电压、电流、温度、故障情况等。主锂电池组电路中，根据检查电阻的电压差及电阻值，确定流经锂电池组的电流，并反馈到AFE模块；另外锂电池组电路还设有用于测量锂电池组温度的NTC热敏电阻，并反馈到AFE模块中。AFE模块还用于采集锂电池组的电压值。AFE模块将所采集到的锂电池组状态信息发送到MCU控制器中，通过MCU控制器将锂电池组状态信息反馈到UPS中。

由于从锂电池电路结构与主锂电池电路结构相同，因此这里就不再赘述，具体可参见图1。从锂电池电路中，AFE模块将所采集到的锂电池组状态信息发送到MCU中，通过MCU控制器将锂电池组状态信息反馈到主锂电池电路中。

当充电模式启动时，UPS电路通过P+P-输出接口输出电压分别给主锂电池组电路及从锂电池组电路中的锂电池充电，主锂电池组电路及从锂电池组电路中的电池管理系统BMS上电自检，若自检不成功则报故障，并将故障信息反馈到AFE模块中，并由主锂电池组电路反馈到UPS中；若自检成功，则进行预充，即首先控制Kn1闭合、Kn2断开、Kn3断开，延时5秒后或延时预设时间后，再控制Kn1断开、Kn2闭合、Kn3闭合(对于从锂电池电路，如电池组1，则首先控制K1闭合、K2断开、K3断开，延时5秒后或延时预设时间后，再控制K1断开、K2闭合、K3闭合)，从而启动充电模式。

进一步的，主锂电池组电路及从锂电池组电路还分别包括与MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动对电池管理系统BMS进行自检。如图1所示，主锂电池组电路中，闭合唤醒开关Sn2对电池管理系统BMS进行自检；从锂电池组电路中，闭合唤醒开关S2对电池管理系统BMS进行自检。同样的，自检不成功则报故障并将故障信息反馈到主锂电池组电路中，并由主锂电池组电路反馈到UPS中；若自检成功，其余控制过程与上述相同，这里就不再赘述。

其中，锂电池组进行充电、放电过程中，电池管理系统BMS均对锂电池组进行充电、放电保护，具体的：

(1)当UPS对锂电池组进行充电过程中，当出现电流过大、温度过高、电压过高等故障情况时，即AFE模块检测到锂电池的电流值、电压值、温度值等超过相应预设值时，MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后(如延时一分钟后或电流值、电压值、温度值已经下降到预设值以下后)，MCU控制器再控制Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。

(2)当UPS对锂电池组进行放电过程中，当出现电流过大、温度过高、电压过低等故障情况时，即AFE模块检测到锂电池的电流值、电压值、温度值等不在相应预设值范围内时，MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后(如延时一分钟后或电流值、电压值、温度值已经下降到预设值以下后)，MCU控制器再控制Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

具体的，如图1所示，UPS电路包括主控器、滤波器、充电器、整流器、逆变器和静态开关，滤波器的输入端与UPS的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，输出开关Su6与UPS的负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与UPS的负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述充电器的输入端与滤波器的输出端电路连接，充电器的输出端与UPS的锂电池接口电路连接；UPS的锂电池接口还与逆变器的输入端电路连接；旁路开关Su2、输入开关Su3、静态开关Su4、静态开关Su5、输出开关Su6通过主控器进行控制；充电时，市电经UPS的输入端输入，经滤波器滤波后，通过充电器输出到锂电池接口为锂电池组充电；放电时，锂电池组所输出的电经锂电池接口接入，经整流器将直流转交流为负载供电。

其中，负载可通过市电及锂电池组供电，具体的，维修开关Su1保持断开状态，主控器闭合输入开关Su3、旁路开关Su2、静态开关Su4及输出开关Su6，断开静态开关Su5，市电经滤波器滤波后，依次流经旁路开关Su2、静态开关Su4、输出开关Su6为负载供电；而锂电池组所输出的电经整流器整流后，依次流经输入开关Su3、旁路开关Su2、静态开关Su4、输出开关Su6为负载供电。

当UPS检测到输出的负载输出的电压或电流过大时，主控器断开输入开关Su3，以断开锂电池组供电，而仅通过市电为负载供电，避免负载因过流或过压造成损坏。

而当无市电输入时，主控制器断开输入开关Su3、旁路开关Su2、静态开关Su4，闭合静电开关Su5及输出开关Su6，通过锂电池为负载供电。

UPS为负载供电过程中，实时监控各锂电池的状态，当监控到锂电池组电量不足时，及时为锂电池充电。为锂电池充电时，市电经滤波器滤波后，通过充电器为锂电池组充电。在充电过程中，市电可同时为负载供电。

当UPS或者锂电池出现故障时，手动打开维修开关，让市电经维修开关Su1这一条支路为负载供电，然后再对UPS、主锂电池组电路或从锂电池组电路进行排查、维修，以排除故障。

本发明实施方式中，UPS可根据主锂电池组电路所反馈回来的锂电池组的状态信息控制主锂电池组电路及从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。具体的，对锂电池组进行充电时，MCU控制器根据当前检测到的锂电池组的电压、电流、温度等情况，将允许充电电流、允许充电电压反馈到UPS中，UPS再根据允许充电电流、允许充电电压控制输出的充电功率，为锂电池组进行充电。同样的，锂电池放电时，MCU控制器根据当前检测到的锂电池组的电压、电流、温度等情况，将允许放电电流、允许放电电压反馈到UPS中，UPS再根据允许放电电流、允许放电电压控制锂电池的放电电功率。其中，允许充电电流、允许充电电压、允许放电电流、允许放电电压均与锂电池组工作时的电压、电流、温度等有关，是相关工作人员经过计算好设置在MCU控制器中；相应电压、电流、温度值对应相应允许充电电流、允许充电电压、允许放电电流及允许放电电压。

例如，当检测到相应锂电池组的温度过高时，锂电池发送较小的允许充电电流数值给UPS，UPS根据实际电流和允许充电电流数值比较，通过UPS内部电路降低充电电流。

综上所述，本发明通过将锂电池组模块分为主锂电池组电路和从锂电池组电路，其中主锂电池组电路与多个从锂电池组电路之间通过RS485进行通信，以通过主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后主锂电池组电路与UPS之间通过CAN进行通信，从而将所有锂电池组的状态信息汇入到UPS，便于UPS根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种UPS与锂电池并机系统，其特征在于，包括UPS电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述UPS电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到UPS电路，所述UPS电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

2.如权利要求1所述UPS与锂电池并机系统，其特征在于，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路的电路结构均相同，包括锂电池组和电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；UPS中锂电池接口的正极输出P+分别与所述电池管理系统BMS及所述锂电池组电路连接，UPS中锂电池接口的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

3.如权利要求2所述UPS与锂电池并机系统，其特征在于，所述主锂电池组电路还包括与所述MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动启动对锂电池充电或放电。

4.如权利要求1所述UPS与锂电池并机系统，其特征在于，所述UPS电路包括主控器、滤波器、充电器、整流器、逆变器和静态开关，滤波器的输入端与UPS的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，输出开关Su6与UPS的负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与UPS的负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述充电器的输入端与滤波器的输出端电路连接，充电器的输出端与UPS的锂电池接口电路连接；UPS的锂电池接口还与逆变器的输入端电路连接；旁路开关Su2、输入开关Su3、静态开关Su4、静态开关Su5、输出开关Su6通过主控器进行控制；充电时，市电经UPS的输入端输入，经滤波器滤波后，通过充电器输出到锂电池接口为锂电池组充电；放电时，锂电池组所输出的电经锂电池接口接入，经整流器将直流转交流为负载供电。

5.如权利要求2所述UPS与锂电池并机系统，其特征在于，当UPS对锂电池组进行充电过程中，锂电池出现过温、过流、过压故障时MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。

6.如权利要求2所述UPS与锂电池并机系统，其特征在于，当UPS对锂电池组进行放电过程中，锂电池出现过温、过流、欠压故障时MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

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