CN111786455B - 一种用于ups的正负锂电池并机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于UPS的正负锂电池并机系统，包括电源总线、至少一路单柜系统、监控板以及总线电流电压测量模块，所述单柜系统包括：正负电池组、电池管理模块、供电电源模块、充放电回路控制模块和输出开关，所述充放电回路控制模块通过所述正负电池组连接至所述电池管理模块，所述电池管理模块与供电电源模块相连接；所述充放电回路控制模块包括正电池充放电控制单元和负电池充放电控制单元，所述正负电池组通过所述电池管理模块的从控板连接至控制板，所述控制板和总线电流电压测量模块分别与所述监控板相连接。本发明能够给中大功率UPS供电，且具备并机功能以扩展供电电池系统的总电量，增加后备时间。

Description

一种用于UPS的正负锂电池并机系统
技术领域
本发明涉及一种不间断的锂电池系统，尤其涉及一种用于UPS的正负锂电池并机系统。
背景技术
在工业制造和信息化领域，设备配套供电系统的连续稳定运行，是保证设备正常运行的前提。UPS指的是不间断电源（Uninterrupted Power Supply, UPS），这是一种为重要设备提供“备用电源”的设备。当市电未断电时，不稳定的市电经过UPS转换后，可以给设备提供稳定的供电。当市电断开时，UPS由市电模式无缝切换到电池模式，电池输出的直流电逆变为交流电，给设备供电，整个过程中可以保证设备不掉电，留下充足的响应时间，来让操作人员进行停止工序，来保存数据等工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够给大功率UPS供电，且具备并机功能以扩展供电电池系统的总电量，增加后备时间的用于UPS的正负锂电池并机系统。
对此，本发明提供一种用于UPS的正负锂电池并机系统，包括电源总线和至少一路单柜系统、监控板以及总线电流电压测量模块，所述单柜系统包括：正负电池组、电池管理模块、供电电源模块、充放电回路控制模块和输出开关，所述充放电回路控制模块通过所述正负电池组连接至所述电池管理模块，所述电池管理模块与所述供电电源模块相连接，所述供电电源模块和充放电回路控制模块均通过所述输出开关连接至所述电源总线；所述充放电回路控制模块包括正电池充放电控制单元和负电池充放电控制单元，所述正负电池组包括正电池组和负电池组，所述电池管理模块包括从控板和控制板，所述正电池组和负电池组分别通过所述从控板连接至所述控制板，所述正电池组通过熔断器和霍尔传感器连接至所述正电池充放电控制单元，所述正电池充放电控制单元通过所述输出开关连接至所述电源总线，所述负电池组通过熔断器和霍尔传感器连接至所述负电池充放电控制单元，所述负电池充放电控制单元通过所述输出开关连接至所述电源总线；所述控制板与所述监控板相连接，所述监控板与所述总线电流电压测量模块相连接。
本发明的进一步改进在于，所述正电池充放电控制单元包括正电池放电回路和正电池充电回路，所述正电池放电回路包括第一防反二极管、第一预充电阻、第一放电接触器和第一预充接触器，所述第一防反二极管的负极连接至所述输出开关，所述第一防反二极管的正极分别连接至所述第一预充电阻的一端和第一放电接触器的一端，所述第一预充电阻的另一端连接至所述第一预充接触器的一端，所述第一放电接触器的另一端和第一预充接触器的另一端连接至霍尔传感器，所述霍尔传感器通过熔断器连接至所述正电池组；所述正电池充电回路包括第三防反二极管和第一充电接触器，所述第三防反二极管的正极连接至所述输出开关，所述第三防反二极管的负极通过所述第一充电接触器连接至所述霍尔传感器。
本发明的进一步改进在于，所述负电池充放电控制单元包括负电池放电回路和负电池充电回路，所述负电池放电回路包括第二防反二极管、第二预充电阻、第二放电接触器和第二预充接触器，所述第二防反二极管的正极连接至所述输出开关，所述第二防反二极管的负极分别连接至所述第二预充电阻的一端和第二放电接触器的一端，所述第二预充电阻的另一端连接至所述第二预充接触器的一端，所述第二放电接触器的另一端和第二预充接触器的另一端连接至霍尔传感器，所述霍尔传感器通过熔断器连接至所述负电池组；所述负电池充电回路包括第四防反二极管和第二充电接触器，所述第四防反二极管的负极连接至所述输出开关，所述第四防反二极管的正极通过所述第二充电接触器连接至所述霍尔传感器。
本发明的进一步改进在于，在系统开机自检无异常后，闭合所述第一充电接触器、第二充电接触器、第一预充接触器和第二预充接触器，同时检测正电池组和负电池组的总电压VBat与负载电压VLoad，当VBat-VLoad≤设定电压Vs时，闭合所述第一放电接触器和第二放电接触器，同时断开第一预充接触器和第二预充接触器；当充电故障或充电保护后，断开所述第一充电接触器和第二充电接触器，此时所述第一放电接触器和第二放电接触器是闭合的，所述正电池组和负电池组对负载放电；当放电故障或放电保护后，断开所述第一放电接触器和第二放电接触器，此时所述第一充电接触器和第二充电接触器是闭合的，充电器对所述正电池组和负电池组充电。
本发明的进一步改进在于，所述设定电压Vs为4~9V。
本发明的进一步改进在于，所述正负电池组包括正负240V电池组、正负96V电池组、正负256V电池组、正负307.2V电池组以及正负358.4V电池组中的任意一种，当所述正负电池组为正负240V电池组时，正电池组和负电池组分别由5组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息；当所述正负电池组为正负96V电池组时，正电池组和负电池组分别由2组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息，所述正负96V电池组的正电池组和负电池组分别通过所述熔断器连接至断路器，所述断路器通过所述霍尔传感器连接至所述充放电回路控制模块。当然，在实际应用中，每个电池模组除了由15节磷酸铁锂电池串联组成之外，还可以由16节或17节等数量的磷酸铁锂电池串联组成，对应正负电压规格正负96V会随着电池串联数量而递增。
本发明的进一步改进在于，还包括监控板，所述单柜系统的数量为两路以上，每一路单柜系统均通过其输出开关连接至电源总线，每一路单柜系统的供电电源模块和控制板均与所述监控板相连接，所述监控板和电源总线分别与UPS相连接。
本发明的进一步改进在于，还包括总线电流电压测量模块，所述总线电流电压测量模块设置于所述电源总线上，并与所述监控板相连接。
本发明的进一步改进在于，当处于电池供电启动模式下，所述单柜系统处于关机状态，所述供电电源模块与所述正电池组和负电池组的电池回路导通，从其锂电池模组取电，经DC-DC变压后供电给所述控制板，再通过所述供电电源模块供电给所述从控板，最后单独按开关分别启动所有单柜系统。
本发明的进一步改进在于，当处于UPS供电启动模式下，所述供电电源模块与所述电源总线连接，当单柜系统处于关机状态时，打开所有单柜系统的输出开关，接通市电，市电启动UPS，UPS通过所述供电电源模块对单柜系统进行强制充电，提供充电电压，经DC-DC整流变压后，所述供电电源模块先供电给所述控制板，所述电源总线通过DC-DC启动所有单柜系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过对单柜系统进行设计，进而能够实现用于UPS的正负锂电池并机系统，能够给中大功率UPS供电，且具备并机功能以扩展供电电池系统的总电量，增加后备时间，还采用三级BMS架构对锂电池并机进行管理；在此基础上，还实现了充放电回路的分开设计，保护电池充电的通过，也保证不会出现掉电的情况；对于单柜系统的互充电流也做到了很好的保护，不会因为过大而损坏元器件，也不会因为过低而影响并机效率，很好地满足了现在工业化的高效和高稳定性供电需求。
附图说明
图1是本发明一种实施例基于正负240V锂电池时的单柜供电拓扑结构示意图；
图2是本发明一种实施例的充放电回路控制模块的拓扑结构示意图；
图3是本发明一种实施例的电池管理模块的拓扑结构示意图；
图4是本发明一种实施例的拓扑结构示意图；
图5是本发明一种实施例基于正负96V锂电池时的单柜供电拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1至图4所示，本例提供一种用于UPS的正负锂电池并机系统，包括电源总线、至少一路单柜系统1、监控板2以及总线电流电压测量模块3，所述单柜系统1包括：正负电池组、电池管理模块、供电电源模块102、充放电回路控制模块103和输出开关104，所述充放电回路控制模块103通过所述正负电池组连接至所述电池管理模块，所述电池管理模块与所述供电电源模块102相连接，所述供电电源模块102和充放电回路控制模块103均通过所述输出开关104连接至所述电源总线；所述充放电回路控制模块103包括正电池充放电控制单元1031和负电池充放电控制单元1032，所述正负电池组包括正电池组1011和负电池组1012，所述电池管理模块包括从控板1013和控制板1014，所述正电池组1011和负电池组1012分别通过所述从控板1013连接至所述控制板1014，所述正电池组1011通过熔断器105和霍尔传感器106连接至所述正电池充放电控制单元1031，所述正电池充放电控制单元1031通过所述输出开关104连接至所述电源总线，所述负电池组1012通过熔断器105和霍尔传感器106连接至所述负电池充放电控制单元1032，所述负电池充放电控制单元1032通过所述输出开关104连接至所述电源总线；所述控制板1014与所述监控板2相连接，所述监控板2与所述总线电流电压测量模块3相连接。所述供电电源模块102优选为DC-DC电源板；所述电池管理模块优选包括10块从控板1013和1块控制板1014。
其中，图1表示的是基于正负240V锂电池时的一路单柜系统1的拓扑结构示意图；图4表示的是三路单柜系统1的正负锂电池并机系统；图5表示的是基于正负96V锂电池时的一路单柜系统1的拓扑结构示意图；在实际应用中，所述单柜系统1的数量可以根据实际应用场景和需求来调整；UPS为涉及工业和信息领域的配套供电设备的不间断电源。
如图2所示，本例所述正电池充放电控制单元1031包括正电池放电回路和正电池充电回路，所述正电池放电回路包括第一防反二极管、第一预充电阻、第一放电接触器和第一预充接触器，所述第一防反二极管的负极连接至所述输出开关104，所述第一防反二极管的正极分别连接至所述第一预充电阻的一端和第一放电接触器的一端，所述第一预充电阻的另一端连接至所述第一预充接触器的一端，所述第一放电接触器的另一端和第一预充接触器的另一端连接至霍尔传感器106，所述霍尔传感器106通过熔断器105连接至所述正电池组1011；所述正电池充电回路包括第三防反二极管和第一充电接触器，所述第三防反二极管的正极连接至所述输出开关104，所述第三防反二极管的负极通过所述第一充电接触器连接至所述霍尔传感器106。
如图2所示，所述负电池充放电控制单元1032包括负电池放电回路和负电池充电回路，所述负电池放电回路包括第二防反二极管、第二预充电阻、第二放电接触器和第二预充接触器，所述第二防反二极管的正极连接至所述输出开关104，所述第二防反二极管的负极分别连接至所述第二预充电阻的一端和第二放电接触器的一端，所述第二预充电阻的另一端连接至所述第二预充接触器的一端，所述第二放电接触器的另一端和第二预充接触器的另一端连接至霍尔传感器106，所述霍尔传感器106通过熔断器105连接至所述负电池组1012；所述负电池充电回路包括第四防反二极管和第二充电接触器，所述第四防反二极管的负极连接至所述输出开关104，所述第四防反二极管的正极通过所述第二充电接触器连接至所述霍尔传感器106。
也就是说，本例所述正电池组1011和负电池组1012都分出两条支路（充电回路、放电回路），放电回路再次分出两条支路：预充回路和主放电回路；充电回路与放电回路分开，两个回路中都串联防反二极管；主回路中串联霍尔传感器检测充放电电流；本例这样设计的目的在于，当电池充电保护时，充电接触器能够及时断开，此时如果市电断开，电池能够通过放电回路放电，UPS不会出现掉电的情况，进而提高其安全和可靠性能。
本例的充放电控制原理如下，在系统开机自检无异常后，闭合所述第一充电接触器、第二充电接触器、第一预充接触器和第二预充接触器，同时检测正电池组1011和负电池组1012的总电压VBat与负载电压VLoad，当VBat-VLoad≤设定电压Vs时，闭合所述第一放电接触器和第二放电接触器，同时断开第一预充接触器和第二预充接触器；当充电故障或充电保护后，断开所述第一充电接触器和第二充电接触器，此时所述第一放电接触器和第二放电接触器是闭合的，所述正电池组1011和负电池组1012对负载放电；当放电故障或放电保护后，断开所述第一放电接触器和第二放电接触器，此时所述第一充电接触器和第二充电接触器是闭合的，充电器对所述正电池组1011和负电池组1012充电。
值得说明的是，本例应用于UPS的正负锂电池并机系统，具有其特殊性，而根据本例的拓扑结构设计，其设定电压Vs的大小不能过高、也不能过低，过高会造成柜系统1互充电流过大，损坏元器件；过低则影响使用效率，本例所述设定电压Vs是预设设定的电压阈值，优选为4~9V时效果最好。值得说明的是，该数值的具体大小是发明人经过反复的调试和拓扑改进相结合才得到的，并不是本领域技术人员所能够容易想到或是经过有限实验就能够得到的，因为每一次数据的调整都结合了拓扑的改进，两者之间要不断配合着进行设计和优化，其整体方案不属于常规设计。
如图3所示，本例所述正电池组1011和负电池组1012均包括至少两个锂电池模组，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板1013实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板1014，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息等。
如图1和图5所示，本例所述电池管理模块中，所述正负电池组包括正负240V电池组或正负96V电池组，如图1所示，当所述正负电池组为正负240V电池组时，所述正电池组1011和负电池组1012分别由5组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成（即所述正电池组1011优选通过5个15串磷酸铁锂电池模组串联，串联后组成240V正电池组；所述负电池组1012优选通过5个15串磷酸铁锂电池模组串联，串联后组成240V负电池组；正电池组1011和负电池组1012串联后从中间引出N线（中线）连接至电源总线；正电池组1011的正极和负电池组1012的负极的出线端串联了熔断器105），每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板1014，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息；如图5所示，当所述正负电池组为正负96V电池组时，所述正电池组1011和负电池组1012分别由2组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板1013实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板1014，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息，所述正负96V电池组的正电池组1011和负电池组1012分别通过所述熔断器105连接至断路器，所述断路器通过所述霍尔传感器106连接至所述充放电回路控制模块103。
也就是说，本例适用于正负240V电池组和正负96V电池组等UPS环境，其对应的充放电回路控制模块103等设计不变，只需要将从控班1013的数量与所述锂电池模组的数量进行适应性改动，并修改供电电源模块102（DC-DC电源板）的电源管脚连接即可。
当然，在实际应用中，每个电池模组除了由15节磷酸铁锂电池串联组成之外，还可以由16节或17节等数量的磷酸铁锂电池串联组成。并且，在实际应用中，并不局限于正负240V电池组或正负96V电池组，还可以适用于正负240V电池组、正负256V电池组、正负307.2V电池组以及正负358.4V电池组等不同电压的电池组。
本例所述从控板1013是BMS从控单元，属于第一级BMS，所述正电池组1011和负电池组1012分别连接5个BMS从控单元。每个BMS从控单元监测1个15串电池模组，测量其电流、电压和温度等状态信息，并且通过内部CAN总线传输给所述控制板1014（BMS主控单元、第二级BMS）。
本例所述控制板1014为BMS主控单元，属于第二级BMS，，BMS主控单元通过内部CAN总线与所述从控板1013进行通信，并将得到的状态信息传递给所述监控板，即BMS监控板（属于第三级BMS）。
如图4所示，本例还包括监控板2，所述单柜系统1的数量为两路以上，每一路单柜系统1均通过其输出开关104连接至电源总线，每一路单柜系统1的供电电源模块102和控制板1014均与所述监控板2相连接，所述监控板2和电源总线分别与UPS相连接。
本例的外部CAN通讯用于实现各个单柜系统1的BMS主控单元与BMS监控板通过外部CAN通讯相连接，进而能够全部挂载在同一个CAN网络下。所述电源总线其实为供电总线，各个单柜系统1的BAT+、BATN、BAT-分别连接到BUS_BAT+、BUS_BATN、BUS_BAT-供电总线上，单柜系统1的手动PACK输出开关闭合，即可对总线输出电压、电流。总线电流电压测量模块3用于实现BMS监控板检测BUS_BAT+、BUS_BAT-上的总电流和电压。BMS监控板，所述监控板2的供电来自于各个单柜系统1，单柜系统1的DC-DC电源板输出的电流通过防反二极管，给监控板2供电。监控板2与UPS相互通讯，可采取通讯方式包括TTL通讯、232通讯、485通讯和CAN通讯。
如图4所示，本例还包括总线电流电压测量模块3，所述总线电流电压测量模块3设置于所述电源总线上，并与所述监控板2相连接。
当处于电池供电启动模式下，本例所述单柜系统1处于关机状态，所述供电电源模块102的管脚6和管脚7分别连接负电池组1012的负极和正电池组1011的正极，长按所述供电电源模块102的DC-DC电源板开关，所述供电电源模块102与所述正电池组1011和负电池组1012的电池回路导通，从其锂电池模组取电，经DC-DC变压后通过管脚4供电给所述控制板1014，再通过管脚5所述供电电源模块102供电给所述从控板1013，最后单独按开关分别启动所有单柜系统1。
当处于UPS供电启动模式下，本例所述供电电源模块102的管脚1和管脚2分别与所述电源总线的BUS_BAT+和BUS_BAT-连接，当单柜系统1处于关机状态时，打开所有单柜系统1的输出开关104（优选为PACK输出开关），接通市电，市电启动UPS，UPS通过所述供电电源模块102的管脚1和管脚2对单柜系统1进行强制充电，提供充电电压，经DC-DC整流变压后，所述供电电源模块102通过管脚4先供电给所述控制板1014，再通过管脚5供电给所述从控板1013从而启动单柜系统1，电源总线通过DC-DC启动所有单柜系统1。
所述单柜系统1启动后，由正电池组1011和负电池组1012对一、二、三级BMS（即从控板1013、主控板1014以及监控板2）进行供电，供电回路与电池供电启动回路一致。
本例的系统开机可以包括手动开机与自动开机。其中，手动开机是手动将各单柜系统1开机，单柜系统1的DC电源对外输出DC电流，监控板2开机。自动开机是充电器输出直流充电电压，各单柜系统1的DC电源获电自动开机，同时DC电源对外输出DC电流，监控板2开机。
如图4所示的并机条件为，各单柜系统1通过内部CAN通讯联机成并机系统后，单柜系统1是否并联成并机系统（充电接触器、放电接触器和预充接触器是否闭合）受监控板2的指令控制，单柜系统1的控制板不能越过监控板指令私自控制相应接触器断开或闭合。监控板2检测各单柜系统1的状态，检测各单柜系统1的电压，当单柜系统1之间的压差≤设定的电压Vp，监控板2发送指令让相应单柜并入系统，所述设定的电压Vp根据单包串数/电压决定，例如，单包75串，240V，设定的电压Vp选定范围为5~10V，单包高于240V则其上下限都上调，低于240V则其上下限都下调，按串数比例来计算调整幅度即可。
本例的并机系统充放控制中，监控板2与负载、充电器之间通讯，根据并机电池系统状态条件，通知负载或充电器，电池系统可对负载放电或充电器可对电池系统充电。其保护情况中，单柜系统1在出现需要保护等紧急情况时，先由单柜系统的控制板控制充电接触器、放电接触器和预充接触器断开，再将信息上报给监控板2。
综上所述，本例通过对单柜系统1进行设计，进而能够实现用于UPS的正负锂电池并机系统，能够给中大功率UPS供电，且具备并机功能以扩展供电电池系统的总电量，增加后备时间，还采用三级BMS架构对锂电池并机进行管理；在此基础上，还实现了充放电回路的分开设计，保护电池充电的通过，也保证不会出现掉电的情况；对于单柜系统1的互充电流也做到了很好的保护，不会因为过大而损坏元器件，也不会因为过低而影响并机效率，很好地满足了现在工业化的高效和高稳定性供电需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，包括电源总线和至少一路单柜系统、监控板以及总线电流电压测量模块，所述单柜系统包括：正负电池组、电池管理模块、供电电源模块、充放电回路控制模块和输出开关，所述充放电回路控制模块通过所述正负电池组连接至所述电池管理模块，所述电池管理模块与所述供电电源模块相连接，所述供电电源模块和充放电回路控制模块均通过所述输出开关连接至所述电源总线；所述充放电回路控制模块包括正电池充放电控制单元和负电池充放电控制单元，所述正负电池组包括正电池组和负电池组，所述电池管理模块包括从控板和控制板，所述正电池组和负电池组分别通过所述从控板连接至所述控制板，所述正电池组通过熔断器和霍尔传感器连接至所述正电池充放电控制单元，所述正电池充放电控制单元通过所述输出开关连接至所述电源总线，所述负电池组通过熔断器和霍尔传感器连接至所述负电池充放电控制单元，所述负电池充放电控制单元通过所述输出开关连接至所述电源总线；所述控制板与所述监控板相连接，所述监控板与所述总线电流电压测量模块相连接；
所述正电池充放电控制单元包括正电池放电回路和正电池充电回路，所述正电池放电回路包括第一防反二极管、第一预充电阻、第一放电接触器和第一预充接触器，所述第一防反二极管的负极连接至所述输出开关，所述第一防反二极管的正极分别连接至所述第一预充电阻的一端和第一放电接触器的一端，所述第一预充电阻的另一端连接至所述第一预充接触器的一端，所述第一放电接触器的另一端和第一预充接触器的另一端连接至霍尔传感器，所述霍尔传感器通过熔断器连接至所述正电池组；所述正电池充电回路包括第三防反二极管和第一充电接触器，所述第三防反二极管的正极连接至所述输出开关，所述第三防反二极管的负极通过所述第一充电接触器连接至所述霍尔传感器；
所述负电池充放电控制单元包括负电池放电回路和负电池充电回路，所述负电池放电回路包括第二防反二极管、第二预充电阻、第二放电接触器和第二预充接触器，所述第二防反二极管的正极连接至所述输出开关，所述第二防反二极管的负极分别连接至所述第二预充电阻的一端和第二放电接触器的一端，所述第二预充电阻的另一端连接至所述第二预充接触器的一端，所述第二放电接触器的另一端和第二预充接触器的另一端连接至霍尔传感器，所述霍尔传感器通过熔断器连接至所述负电池组；所述负电池充电回路包括第四防反二极管和第二充电接触器，所述第四防反二极管的负极连接至所述输出开关，所述第四防反二极管的正极通过所述第二充电接触器连接至所述霍尔传感器；
在系统开机自检无异常后，闭合所述第一充电接触器、第二充电接触器、第一预充接触器和第二预充接触器，同时检测正电池组和负电池组的总电压VBat与负载电压VLoad，当VBat-VLoad≤设定电压Vs时，闭合所述第一放电接触器和第二放电接触器，同时断开第一预充接触器和第二预充接触器；当充电故障或充电保护后，断开所述第一充电接触器和第二充电接触器，此时所述第一放电接触器和第二放电接触器是闭合的，所述正电池组和负电池组对负载放电；当放电故障或放电保护后，断开所述第一放电接触器和第二放电接触器，此时所述第一充电接触器和第二充电接触器是闭合的，充电器对所述正电池组和负电池组充电。
2.根据权利要求1所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，所述设定电压Vs为4~9V。
3.根据权利要求1或2所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，所述正负电池组包括正负240V电池组、正负96V电池组、正负256V电池组、正负307.2V电池组以及正负358.4V电池组中的任意一种，当所述正负电池组为正负240V电池组时，正电池组和负电池组分别由5组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息；当所述正负电池组为正负96V电池组时，正电池组和负电池组分别由2组电池模组串联组成，其中每个电池模组由15节磷酸铁锂电池串联组成，每一个锂电池模组均通过一个对应的从控板实现其状态信息的测量，然后再通过内部的CAN总线传输至所述控制板，所述状态信息包括电流信息、电压信息和温度信息，所述正负96V电池组的正电池组和负电池组分别通过所述熔断器连接至断路器，所述断路器通过所述霍尔传感器连接至所述充放电回路控制模块。
4.根据权利要求1或2所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，还包括监控板，所述单柜系统的数量为两路以上，每一路单柜系统均通过其输出开关连接至电源总线，每一路单柜系统的供电电源模块和控制板均与所述监控板相连接，所述监控板和电源总线分别与UPS相连接。
5.根据权利要求4所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，还包括总线电流电压测量模块，所述总线电流电压测量模块设置于所述电源总线上，并与所述监控板相连接。
6.根据权利要求4所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，当处于电池供电启动模式下，所述单柜系统处于关机状态，所述供电电源模块与所述正电池组和负电池组的电池回路导通，从其锂电池模组取电，经DC-DC变压后供电给所述控制板，再通过所述供电电源模块供电给所述从控板，最后单独按开关分别启动所有单柜系统。
7.根据权利要求4所述的用于UPS的正负锂电池并机系统，其特征在于，当处于UPS供电启动模式下，所述供电电源模块与所述电源总线连接，当单柜系统处于关机状态时，打开所有单柜系统的输出开关，接通市电，市电启动UPS，UPS通过所述供电电源模块对单柜系统进行强制充电，提供充电电压，经DC-DC整流变压后，所述供电电源模块先供电给所述控制板，所述电源总线通过DC-DC启动所有单柜系统。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112398193A (zh) * 2020-10-21 2021-02-23 湖北亿纬动力有限公司 一种电池系统保护电路和充放电方法
CN113595180B (zh) * 2021-07-16 2024-03-19 风帆有限责任公司 一种动力电池装置
CN116054318B (zh) * 2022-12-05 2023-10-13 中国科学院声学研究所 一种深海大功率供电系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006026549A2 (en) * 2004-08-31 2006-03-09 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
CN203983968U (zh) * 2014-07-11 2014-12-03 中航锂电（洛阳）有限公司 一种磷酸铁锂电池组保护板
CN209650081U (zh) * 2019-01-04 2019-11-19 中船重工远舟（北京）科技有限公司 一种船用动力锂电池高压充放电控制系统
CN110890776A (zh) * 2019-12-28 2020-03-17 广州宝狮新能源有限公司 一种三级软并联的ups模组锂电池系统
CN110912260A (zh) * 2019-12-28 2020-03-24 广州宝狮新能源有限公司 一种主从架构的ups锂电池系统
CN110994781A (zh) * 2019-12-28 2020-04-10 广州宝狮新能源有限公司 Ups锂电池一体化电源系统
CN212588140U (zh) * 2020-06-22 2021-02-23 深圳科士达科技股份有限公司 一种用于ups的正负锂电池并机系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7737580B2 (en) * 2004-08-31 2010-06-15 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
US20180337385A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Flex Ltd. Direct current battery string aggregator for standard energy storage enclosure platform

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006026549A2 (en) * 2004-08-31 2006-03-09 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
CN203983968U (zh) * 2014-07-11 2014-12-03 中航锂电（洛阳）有限公司 一种磷酸铁锂电池组保护板
CN209650081U (zh) * 2019-01-04 2019-11-19 中船重工远舟（北京）科技有限公司 一种船用动力锂电池高压充放电控制系统
CN110890776A (zh) * 2019-12-28 2020-03-17 广州宝狮新能源有限公司 一种三级软并联的ups模组锂电池系统
CN110912260A (zh) * 2019-12-28 2020-03-24 广州宝狮新能源有限公司 一种主从架构的ups锂电池系统
CN110994781A (zh) * 2019-12-28 2020-04-10 广州宝狮新能源有限公司 Ups锂电池一体化电源系统
CN212588140U (zh) * 2020-06-22 2021-02-23 深圳科士达科技股份有限公司 一种用于ups的正负锂电池并机系统

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