CN111327107A - 一种智能ups供电管理系统 - Google Patents

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    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads

Abstract

本发明提供一种智能UPS供电管理系统，包括主线电路、副线电路以及控制电路，其中，所述主线电路包括依次电相连的市电交流电AC输入端、AC/DC整流电路、功率因素校正电路、K1开关、DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路，所述副线电路包括电相连的电池、双向DC/DC转换器电路，其中，所述双向DC/DC转换器电路接入K1开关与DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路之间，所述控制电路包括主控制器、K1开关驱动电路，所述主控制器分别与K1开关驱动电路以及双向DC/DC转换器电路电相连，所述K1开关驱动电路与K1开关电相连。

Description

一种智能UPS供电管理系统
技术领域
本发明涉及一种智能UPS供电管理系统。
背景技术
随着经济的高速发展，不间断电源UPS(Uninterruptible Power System),的应用越来越广泛，几乎遍布所有的行业，应用场景也日趋多样化。当前UPS里都是用电池作为的储能元件，而常用的电池为锂电池和铅酸电池，对于UPS来说无论是采用哪种电池，电池的使用寿命长短，将直接影响着UPS的正常使用和使用成本，有数据表明，约有50％以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。UPS蓄电池的失效主要表现为电池的端电压不够，容量损失严重，瞬间放电电流不足等。一般正常使用的UPS的电池使用寿命可达到5-10年，最长的达20年左右，但目前经常会出现UPS电池在投入使用还不到一年时间就开始出现问题，这一方面是跟电池本身质量有关，另一方面是UPS电池在投入使用中由于缺乏必要维护措施所造成的。由于这些维护工作都需要人为去执行完成，但许多使用单位由于缺乏专业技术人才和必要的测试维护手段，根本不清楚自己使用的UPS蓄电池的健康状态，从而，为UPS系统正常使用留下隐患。因此，正确地使用和维护好UPS电源蓄电池是延长电池寿命、降低UPS电源故障率和使用成本的关键因素之一。
发明内容
鉴于上述现有技术中的不足，本发明提供一种智能UPS供电管理系统，其特征在于：包括主线电路、副线电路以及控制电路，其中，所述主线电路包括依次电相连的市电交流电AC输入端、AC/DC整流电路、功率因素校正电路、K1开关、DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路，所述副线电路包括电相连的电池、双向DC/DC转换器电路，其中，所述双向DC/DC转换器电路接入K1开关与DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路之间，所述控制电路包括主控制器、K1开关驱动电路，所述主控制器分别与K1开关驱动电路以及双向DC/DC转换器电路电相连，所述K1开关驱动电路与K1开关电相连。
进一步地，智能UPS供电管理系统还包括温度传感器，所述温度传感器与主控器电相连，其中，所述温度传感器用于检测电池的环境温度并发送至主控器，所述主控器用于将环境温度与设定的高效温度进行比较，若超出充电工作高效温度，所述主控器控制双向DC/DC转换器电路停止充电。
进一步地，智能UPS供电管理系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块与主控器电相连，所述人机交互模块用于设定的电池充放电倍率C的值并将其发送给主控器，所述主控制器用于根据设定的电池充放电倍率C的值向双向DC/DC转换器电路发送充电电流大小指令，所述双向DC/DC转换器电路用于接受该指令后将电池的充电电流控制在指定的电流范围内。
进一步地，智能UPS供电管理系统还包括报警提示电路以及电量检测模块，所述报警提示电路、电量检测模块与主控器电相连，所述电量检测模块与电池电相连，所述电量检测模块用于检测电池电容的含量值并将其发送给主控器，所述主控器用于将检测电池电容的含量值并将其与设定值进行对比，若检测电池电容的含量值低于设定值，所述主控器用于控制报警提示电路进行预紧提示。
进一步地，所述主控器用于记录电池放电结束后处于待机或充电状态的持续时间，判断持续时间是否达到设定的定时时间，若是，所述主控器用于控制K1开关断开，若否，所述主控器用于控制K1开关闭合。
进一步地，智能UPS供电管理系统还包括电压检测模块以及电流检测模块，所述电压检测模块用于检测电池电压值和电流值，所述主控制器用于记录存储了电池充放电循环的使用次数和使用时间，所述主控制器用于根据电池电压值、电流值、充放电循环的使用次数、使用时间以及电池内阻值选择合适的充电方式。
进一步地，所述充电方式包括恒流充电、恒压充电、连续小电流充电模式或脉冲式小电流充电。
本发明有益效果：本发明实现了UPS全自动智化的电池管理和维护，不需要人为定期为UPS电池做保养和维护工作，真真实现无人操作，免维护，免保养，使用便利；大大的延长UPS电源和蓄电池的使用寿命，减少用户的投资和维护成本。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
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。
UPS，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)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。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
为了实现以上相应的功能，本实施例中，见图1，智能UPS供电管理系统包括主线电路、副线电路以及控制电路，其中，所述主线电路包括依次电相连的市电交流电AC输入端、AC/DC整流电路、功率因素校正电路(PFC)、K1开关、DC/DC转器电路(或DC/AC转换器电路)，所述副线电路包括电相连的电池、双向DC/DC转换器电路，其中，所述双向DC/DC转换器电路接入K1开关与DC/DC转器电路(或DC/AC转换器电路)之间，所述控制电路包括主控制器(MCU/ARM/DSP)、K1开关驱动电路，所述主控制器(MCU/ARM/DSP)分别与K1开关驱动电路以及双向DC/DC转换器电路电相连，所述K1开关驱动电路与K1开关电相连。
本实施中，当主线电路工作时，所述主控器控制K1开关闭合，市电依次通过市电交流电AC输入端输入依次通过AC/DC整流电路、功率因素校正电路(PFC)DC/DC转器电路(或DC/AC转换器电路)后输出给用电设备供电，而且，此时主控器还控制双向DC/DC转换器电路处于给电池充电状态。当副线电路工作时，所述主控器控制K1开关断开，此时，主控器控制双向DC/DC转换器电路处于给电池放电状态，此时，电池通过双向DC/DC转换器电路后转成用电设备所需电压为用电设备供电。
对于UPS而言，所采用的电池通常为锂电池和铅酸电池，而电池的使用寿命长短，将直接影响着UPS的正常使用和使用成本，有数据表明，约有50％以上的UPS电源故障与电池有关，所以，在UPS中，电池在工作时(即充电或放电时)的相关参数进行检测管理很重要：
本实施中，在电池充电时，无论是铅酸电池还是锂电池，需要保证在一定范围温度内(即充电工作高效温度，例如：铅酸蓄电池一般在5℃～35℃范围内进行充电，锂电池一般在0℃～45℃范围内进行充电)，温度过高，会导致电池过充电，例如：锂电池如果在高温时过充电不仅会影响其寿命，还存爆炸、起火的安全隐患；温度过低，电池内部的活性物质激活不了，会导致电池充电不足等。
因此，在电池充电时，需要保证电池的温度在一定的范围内，为此，本发明的系统还包括温度传感器，所述温度传感器与主控器电相连，其中，所述温度传感器用于检测电池的环境温度并发送至主控器，所述主控器用于将环境温度与设定的高效温度进行比较，若超出充电工作高效温度(超过或低于)，所述主控器控制双向DC/DC转换器电路停止充电，采用这样的结构可以避免充电过程中温度对电池造成的影响，进而可以延长电池的使用寿命周期。
本实施例中，在电池充电时，充电电流过大或者过小都会影响UPS电池的使用寿命，例如，一个100AH的电池模组，C＝100A(UPS电池充、放电电流一般以字母C来表示充放电倍率，C的实际值与电池容量有关)，UPS电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流大于或小于最佳充电电流都会影响蓄电池的使用寿命。
因此，在电池充电时，需要保证充电电流保持最佳值，为此，本发明的系统还包括人机交互模块(GUI)，所述人机交互模块(GUI)与主控器电相连，所述人机交互模块(GUI)用于设定的电池充放电倍率C的值并将其发送给主控器，所述主控制器用于(MCU/ARM/DSP)根据设定的电池充放电倍率C的值(比如，0.1C充电电流)向双向DC/DC转换器电路发送充电电流大小指令，所述双向DC/DC转换器电路用于接受该指令后将电池的充电电流控制在指定的电流范围内。
本实施例中，在电池处于放电时，电池放电深度对电池使用寿命的影响，具体地表现为：电池放电深度越深，其循环使用次数就越少，因此，在使用时应避免深度放电。
因此，为了避免深度放电，本发明的系统还包括报警提示电路以及电量检测模块，所述报警提示电路、电量检测模块与主控制器电相连，所述电量检测模块与电池电相连，所述电量检测模块用于检测电池电容的含量值并将其发送给主控器，所述主控器用于将检测电池电容的含量值并将其与设定值进行对比，若检测电池电容的含量值低于设定值，所述主控器用于控制报警提示电路进行预紧提示。
本实施中，若市电持续给用电设备供电，而电池一直处于待机或充电状态时，这样会使电池的活性变差。
因此，为避免电池活性变差，所述主控器用于记录电池放电结束后处于待机或充电状态的持续时间，判断持续时间是否达到设定的定时时间，若是，所述主控器用于控制K1开关断开，若否，所述主控器用于控制K1开关闭合。通过这样的结构，主控器能计算出电池上次放电到目前的时间间隔是否已将达到设定的定时时间，如果达到，则系统控制器就自动启动UPS电池放电功能，然后自动断开市电，使UPS处于电池放电状态,让电池为用电设备提供供电电源，使其处于带负载状态，放电持续时间视电池容量而言，在该发明中设有放电电池容量设定值，当电池放电的电量达到该设定值时,电池放电动作完成，放电后继续恢复市电供电，让市电开始给用电设备提供供电，同时，也开始对电池进行电能补充。这样就很好地解决了由于电池长期充电或待机储能造成电池活性物质钝化，减少其使用的寿命的问题。
本实施中，在对电池进行充电时，为了保证电池使用寿命，需要对电池健康状态进行在线充电评估。
因此，本发明系统还包括电压检测模块以及电流检测模块，所述电压检测模块用于检测电池电压值和电流值，所述主控制器用于记录存储了电池充放电循环的使用次数和使用时间，所述主控制器用于根据电池电压值、电流值、充放电循环的使用次数、使用时间以及电池内阻值选择合适的充电方式，具体地，执行以下步骤：
S1:主控制器(MCU/ARM/DSP)读取电池出厂的时间，根据电池出厂的时间电池的使用时间；
S2:主控制器(MCU/ARM/DSP)读取记录电池充放电循环的使用次数；
S3：主控制器(MCU/ARM/DSP)根据电池的使用时间和充电循环的使用次数，将可将电池分为四类，使用时间长充放电循环次数少为A类、使用时间长充放电循环次数多为B类、使用时间短充放电循环次数少为C类、使用时间短充放电循环次数多为D类；
S4：主控制器(MCU/ARM/DSP)根据电池在充电过程中读取电压检测模块和电流检测模块获取的数值及充电时的温度传感器获取的温度值；根据其内阻温度系数变化可以计算出电池内阻大小，根据得到的电池内阻值，然后参照A、B、C、D四类电池进行充电控制策略优化，电池在不同阶段进行充电时采取不同充电方式，下面列举了一些充电方式：
A类：根据其内阻的变化和端电压的实际情况可以选择充电方式为：脉冲式小电流涓充、采用小于0.1C恒流充电、和恒压充电；
B类：根据其内阻的变化和端电压的实际情况可以选择充电方式为：采用连续小电流涓充、采用大于或等于0.1C恒流充电、和恒压充电；
C类：根据其内阻的变化和端电压的实际情况可以选择充电方式为：采用连续小电流涓充、采用小于0.1C恒流充电、和恒压充电；
D类：根据其内阻的变化和端电压的实际情况可以选择充电方式为：脉冲式小电流涓充、采用连续小电流涓充、采用大于或等于0.1C恒流充电、和恒压充电。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种智能UPS供电管理系统，其特征在于：包括主线电路、副线电路以及控制电路，其中，所述主线电路包括依次电相连的市电交流电AC输入端、AC/DC整流电路、功率因素校正电路、K1开关、DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路，所述副线电路包括电相连的电池、双向DC/DC转换器电路，其中，所述双向DC/DC转换器电路接入K1开关与DC/DC转器电路或DC/AC转换器电路之间，所述控制电路包括主控制器、K1开关驱动电路，所述主控制器分别与K1开关驱动电路以及双向DC/DC转换器电路电相连，所述K1开关驱动电路与K1开关电相连。
2.根据权利要求1所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：还包括温度传感器，所述温度传感器与主控器电相连，其中，所述温度传感器用于检测电池的环境温度并发送至主控器，所述主控器用于将环境温度与设定的高效温度进行比较，若超出充电工作高效温度，所述主控器控制双向DC/DC转换器电路停止充电。
3.根据权利要求1所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：还包括人机交互模块，所述人机交互模块与主控器电相连，所述人机交互模块用于设定的电池充放电倍率C的值并将其发送给主控器，所述主控制器用于根据设定的电池充放电倍率C的值向双向DC/DC转换器电路发送充电电流大小指令，所述双向DC/DC转换器电路用于接受该指令后将电池的充电电流控制在指定的电流范围内。
4.根据权利要求1所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：还包括报警提示电路以及电量检测模块，所述报警提示电路、电量检测模块与主控器电相连，所述电量检测模块与电池电相连，所述电量检测模块用于检测电池电容的含量值并将其发送给主控器，所述主控器用于将检测电池电容的含量值并将其与设定值进行对比，若检测电池电容的含量值低于设定值，所述主控器用于控制报警提示电路进行预紧提示。
5.根据权利要求1所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：所述主控器用于记录电池放电结束后处于待机或充电状态的持续时间，判断持续时间是否达到设定的定时时间，若是，所述主控器用于控制K1开关断开，若否，所述主控器用于控制K1开关闭合。
6.根据权利要求1所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：还包括电压检测模块以及电流检测模块，所述电压检测模块用于检测电池电压值和电流值，所述主控制器用于记录存储了电池充放电循环的使用次数和使用时间，所述主控制器用于根据电池电压值、电流值、充放电循环的使用次数、使用时间以及电池内阻值选择合适的充电方式。
7.根据权利要求6所述的智能UPS供电管理系统，其特征在于：充电方式包括恒流充电、恒压充电、连续小电流充电模式或脉冲式小电流充电。
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