CN113054734A - 备份电源 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种备份电源，用于与负载的电源总线连接，所述备份电源包括电池组、检测模块、监控模块、充放电模块；所述电池组包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池；所述充放电模块包括与电池单元一一对应的充放电电路，所述充放电电路用于在充电状态下对其对应的电池单元充电，或在放电状态下供其对应的电池单元向电源总线放电；所述检测模块连接所述电池组，用于检测每个电池单元的状态信息；所述监控模块连接所述检测模块与所述充放电模块，用于根据所述电池组中每个电池单元的状态信息与所述备份电源的工作状态，独立的控制各充放电电路的状态。

Description

备份电源

技术领域

本公开实施例涉及电源技术领域，特别涉及备份电源。

背景技术

通讯设备的备用供电基本是使用电池，单个电池的容量有限无法满足大容量的要求，因此需要通过电池并联成电池组来满足大容量要求。现有通讯设备备份电源结构如图1所示，所有电池并联后给各负载供电，并联后的电池组与电源总线(图中纵向粗黑线)之间配置开关，负责将电池组接入电源总线或者退出电源总线。

在对电池组进行充电时，由于考虑到不同电池可接受的最大电流不同，会统一降低充电电压，导致整体充电效果不佳；电池组放电时，由于不同电池到达二次下电电压的时间不同，电池组中存在任意一个电池达到二次下电电压，电池组就必须整体退出电源总线以防止影响该电池性能，导致电池组可用时间的缩短。

发明内容

本公开实施例提供一种备份电源，用于与负载的电源总线连接，所述备份电源包括电池组、检测模块、监控模块、充放电模块；

所述电池组包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池；

所述充放电模块包括与电池单元一一对应的充放电电路，所述充放电电路用于在充电状态下对其对应的电池单元充电，或在放电状态下供其对应的电池单元向电源总线放电；

所述检测模块连接所述电池组，用于检测每个电池单元的状态信息；

所述监控模块连接所述检测模块与所述充放电模块，用于根据所述电池组中每个电池单元的状态信息与所述备份电源的工作状态，独立的控制各充放电电路的状态。

在一些实施例中，每个充放电电路包括：

用于连接在电源总线与对应电池单元间的充电支路；

用于连接在电源总线与对应电池单元间的放电支路；

所述监控模块用于控制所述电池单元通过对应充电支路与电源总线导通，以使所述电池单元处于充电状态，或控制所述电池单元通过对应放电支路与电源总线导通，以使所述电池单元处于放电状态。

在一些实施例中，每个放电支路包括：防反灌电路，用于阻止从电源总线流向对应电池单元的电流。

在一些实施例中，每个充电支路包括：调压电路，用于将来自电源总线的电压调整后给对应电池单元充电。

在一些实施例中，所述监控模块还用于控制所述调压电路的调压值。

在一些实施例中，所述备份电源处于充电状态时，所述监控模块用于：根据每个电池单元的状态信息，确定出允许充电电压值低于标准电压值的电池单元，控制这些电池单元对应的充电支路的调压电路的调压值为低于所述允许充电电压值的值。

在一些实施例中，所述备份电源处于放电状态时，所述监控模块用于：

控制每个电池单元处于放电状态；

当任意电池单元的状态信息满足预设的状态条件时，控制该电池单元退出放电状态。

在一些实施例中，所述备份电源处于维护状态时，所述监控模块用于：

在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制所述维护电池单元处于放电状态；所述维护电池单元为所有电池单元的一部分；

当所述维护电池单元达到预设完成条件后，控制所述维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电。

在一些实施例中，所述控制所述维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电包括：

控制所述维护电池单元退出放电状态，预设时间后再切换至充电状态完成充电。

在一些实施例中，当所述维护电池单元完成充电后，还包括：

返回所述在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制所述维护电池单元处于放电状态的步骤。

本公开实施例提供的备份电源，每一个电池单元都有对应的充放电电路，可对每个电池单元充电与放电进行单独控制，这样就通过对落后电池单元的单独控制来保证其性能不受影响，同时也保证其他电池单元还可正常工作，提升了备份电源的整体性能。

附图说明

附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。通过参考附图对详细示例实施例进行描述，以上和其它特征和优点对本领域技术人员将变得更加显而易见，在附图中：

图1为现有技术中一种备份电源的组成框图；

图2为本公开实施例提供的一种备份电源的组成框图；

图3为本公开实施例提供的另一种备份电源的部分组成框图；

图4为本公开实施例提供的另一种备份电源的组成框图；

图5为本公开实施例提供的另一种备份电源的组成框图；

图6为本公开实施例提供的一种备份电源充电过程的流程图；

图7为本公开实施例提供的一种备份电源放电过程的流程图；

图8为本公开实施例提供的一种备份电源维护过程的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图对本公开实施例提供的备份电源进行详细描述。

在下文中将参考附图更充分地描述本公开实施例，但是所示的实施例可以以不同形式来体现，且不应当被解释为限于本公开阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

本公开实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。

在不冲突的情况下，本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

本公开所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。如本公开所使用的单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。如本公开所使用的术语“包括”、“由……制成”，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

除非另外限定，否则本公开所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本公开明确如此限定。

本公开实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不是旨在限制性的。

参照图2至图8，本公开实施例提供一种备份电源，用于与负载的电源总线连接，备份电源具体包括电池组、检测模块、监控模块、充放电模块。

本公开实施例的备份电源用于作为负载(如通信设备)的备用供电，其连接负载的电源总线(图中纵向粗黑线)，电源总线再连接其他的电源，从而备份电源可在电源正常工作时为自身充电，而在备份电源断电时为负载提供备用供电，保证负载可继续工作一段时间。

其中，电池组包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池；

充放电模块包括与电池单元一一对应的充放电电路，充放电电路用于在充电状态下对其对应的电池单元充电，或在放电状态下供其对应的电池单元向电源总线放电；

检测模块连接电池组，用于检测每个电池单元的状态信息；

监控模块连接检测模块与充放电模块，用于根据电池组中每个电池单元的状态信息与备份电源的工作状态，独立的控制各充放电电路的状态。

本公开实施例的备份电源中，电池组分为由电池单元组成，每个电池单元为一个电池(当个电池单元为一个电池时，电池组就相当于由多个电池组成)，或为多个并联的电池。其中，每一个电池单元通过对应的充放电电路与电源总线连接，完成充电与放电操作；检测模块可以获得每个电池单元的状态信息；监控模块在获取到电池单元的状态信息之后根据每个电池单元的状态信息以及备份电源的工作状态(如充电、放电、维护等)可以独立的控制充放电电路，以达到独立控制各电池单元的目的。

本公开实施例提供的备份电源，每一个电池单元都有对应的充放电电路，监控模块可对每个电池单元进行单独控制，即可对落后电池单元进行单独控制(如断开其与电源总线的连接)来保证其性能不受影响，同时也保证其他电池单元还可正常工作，提升了备份电源的整体性能。

在一些实施例中，参照图3，每个充放电电路包括：

用于连接在电源总线与对应电池单元间的充电支路；

用于连接在电源总线与对应电池单元间的放电支路；

监控模块用于控制电池单元通过对应的充电支路与电源总线导通，以使电池单元处于充电状态，或控制电池单元通过对应放电支路与电源总线导通，以使电池单元处于放电状态。

即充放电电路可包括充电支路和放电支路两个“并行”的支路，监控模块可以通过控制充电支路与电源总线导通，达到控制电池单元处于充电状态的目的，同样的，监控模块也可以通过控制放电支路与电源总线导通，达到控制电池单元处于放电状态的目的。

当然，若充电支路与放电支路与电源总线都未导通或者说充电支路和放电支路都没有工作，电池单元就处于不放电也不充电的状态。

通过充电支路和放电支路的控制实现对电池单元的控制，实现简单。

在一些实施例中，参照图3，每个放电支路包括：

防反灌电路，用于阻止从电源总线流向对应电池单元的电流。

防反灌电路位于放电支路上，这样电池单元的电流就不会通过电源总线流至其他电池单元。

位于放电支路的防反灌电路可以防止在各个电池单元不均衡时，电压较低的电池单元从其他电压较高的电池单元取电，减少了电池单元电量的浪费，即增加了电池单元供电的时长。

在一些实施例中，参照图3，每个充电支路包括：

调压电路，用于将来自电源总线的电压调整后给对应电池单元充电。

每个充电支路都有对应的调压电路，其可以对来自电源总线的电压进行调整，然后再用调整之后的电压对电池单元充电。

通过调压电路，可以对电池单元的充电电压进行自适应的调整，不同的电池单元可以有不同的充电电压，这样每一个电池单元都可以将充电电压调整为自己可接受的最大值而不影响其他充电单元，提升了充电的效率。

在一些实施例中，监控模块还用于控制调压电路的调压值。

充电支路上的调压电路对来自电源总线的电压调整值，即调压值由监控模块控制。

监控模块可以通过控制调压值达到控制电池单元充电的目的。

在一些实施例中，根据每个电池单元的状态信息，确定出允许充电电压值低于标准电压值的电池单元，控制这些电池单元对应的充电支路的调压电路的调压值为低于允许充电电压值的值。

监控模块可以获取电池单元的状态信息，并根据状态信息确定出能承受的充电电压值(允许充电电压值)低于标准电压值(如电源电压)的电池单元，并控制这些电池单元的调压电路调压到低于允许充电电压值的值。

从而，多数电池单元都可以标准电压值直接充电(即对应的调压电路可不工作)，保证充电效率；而少数性能较差的电池单元，可用较低的电压值充电，从而可保护这些电池单元。

也就是说，在一些实施例中，参照图4，备份电源的具体组成可以是：

检测模块，具体可以是电流检测电阻、电压检测分压电阻、电压型温度传感器等可以获得电池单元电流、电压、温度等状态信息的器件。即每一个电池单元(如铅酸电池等)都连接一个对应的电流检测电阻、电压检测分压电阻、电压型温度传感器等器件，获取电池单元的电流、电压和温度等状态信息。

监控模块具体可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，其可通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)向调压电路发送调压值。

充放电模块包括充电支路和放电支路，其中，充电支路上的调压电路具体采用DC/DC转换器，其可对电压进行转换。放电支路包括磁保持接触器，其与MCU通过IO口完成信息的传递，即MCU通过IO口控制磁保持接触器的闭合与断开，即放电支路的通断。

参照图6，备份电源的充电过程包括：

S101、检测模块获取每个电池单元的状态信息并发送给监控模块。

可升高电源电压至标准电压值，使备份电源的充电开始充电。

其中，每一个电池单元都有对应的检测器件，因此检测模块可以获得每一个电池单元各自的状态信息，并将对应的状态信息发送至监控模块。

S102、监控模块根据每个电池单元的状态信息，确定出允许充电电压值低于标准电压值的电池单元，控制这些电池单元对应的充电支路的调压电路的调压值为低于允许充电电压值的值。

监控模块在获得每个电池单元的状态信息之后，根据每个电池单元的状态信息确定哪些电池单元能承受的充电电压值(允许充电电压值)低于电源的标准电压值，并控制对应的充电支路上的调压电路降低电压至低于允许充电电压值的值。

具体的，本步骤可为MCU根据每个电池单元中电池的充电系数以及电池的额定容量计算出电池允许的最大电流，用其与当前电池的电流进行比较，若发现当前电流已经超过允许的最大电流，则认为对应的电池单元能承受的充电电压值(允许充电电压值)低于电源的标准电压值，故对其充电电压进行调整。

该调整具体可为MCU根据以上电池单元中电池的温度、当前的电压值等状态信息判断出其对应的允许充电电压值，并得出低于该允许充电电压值的调压值，然后通过PWM向调压电路发送该调压值发送至DC/DC转换器。DC/DC转换器在接收到调压值之后可以通过RC滤波等方式对来自电源总线的电压(标准电压值)进行调节，调节为接收到的调压值。

完成调节之后，MCU仍对电池单元进行监控，发现异常即可进行充点电压的调节。

在一些实施例中，备份电源处于放电状态，监控模块用于：

控制每个电池单元处于放电状态；

当任意电池单元的状态信息满足预设的状态条件时，控制该电池单元退出放电状态。

监控模块先控制所有电池单元处于放电状态，并获取每个电池单元的状态信息，当监控模块发现存在某个电池单元的状态信息满足预设的状态条件(如到达二次下电的电压)时，则控制该电池单元退出放电状态。

通过每个电池单元的放电支路，控制模块可以对每个电池单元进行单独控制，从而当有电池单元到达二次下电的电压时，可单独控制其退出放电，而其他电池单元仍可继续放电，即备用电源整体可继续放电，从而可以在不损伤电池的前提下，延长备用电源的放电时间。

也就是说，在一些实施例中，备份电源的具体组成如上所述，参照图7，备份电源的放电过程包括：

S201、监控模块控制每个电池单元处于放电状态。

当电源断电时，监控模块通过对放电支路的控制使所有电池单元处于放电状态。

具体的，本步骤可为MCU通过IO口控制磁保持接触器闭合，以使电池单元处于放电状态。

S202、检测模块获取每个电池单元的状态信息并发送至监控模块。

具体的，本步骤可为检测模块的电流检测电阻、电压检测分压电阻、电压型温度传感器等器件获取每个电池单元的温度、电压、电流等状态信息，然后发送给监控模块。

S203、当任意电池单元的状态信息满足预设的状态条件时，监控模块控制该电池单元退出放电状态。

监控模块在收到电池单元的状态信息之后，判断其是否满足预设的状态条件，若满足，则需要将电池单元退出放电状态。

例如，退出放电状态可为关断放电支路并使充电支路导通，但应当理解，由于此时电源断电，故相应电池单元无法被实际充电，只是当电源恢复供电时，可尽快进行充电。

具体的，本步骤可为MCU在接收到每一个电池单元的状态信息之后，判断电池单元当前的电压是否低于电池单元中电池的二次下电电压，若低于，则通过IO口向磁保持接触器发送命令，使其断开，放电支路断开，即电池单元与电源总线的连接断开。

若存在多个电池单元都满足当前电压低于电池单元中电池的二次下电电压的情况，MCU可以对当前电压与电池的二次下电电压的差值进行排序，按照差值从大到小的顺序依次断开电池单元对应的磁保持接触器。

按照差值大小依次执行断开动作，可以优先断开可能受损伤更大的电池单元，对电池单元是一种保护。

在一些实施例中，备份电源处于维护状态时，监控模块用于：

在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制维护电池单元处于放电状态；维护电池单元为所有电池单元的一部分；

当维护电池单元达到预设完成条件后，控制维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电。

当电池长期处在待机状态(即未放电也未充电)时，其使用寿命和性能会受到影响，故可定期对电池通过进行维护，即让电池充分放电，之后再重新充电。

本公开实施例中，控制模块在所有待维护的电池单元中选择出维护电池单元并进行维护，且每次选择的维护电池单元，不能是全部的电池单元，而只是全部电池单元中的一部分(例如选择一个或几个)。

由此，在维护过程中不会所有电池单元都放电，故即使电源突然断电，仍然有部分电池单元可进行备用供电，提高系统可靠性。

在一些实施例中，参照图5，备份电源的具体组成可以是：

检测模块，具体可以是电流检测电阻、电压检测分压电阻、电压型温度传感器等可以获得电池单元电流、电压、温度等状态信息的器件。即每一个电池单元(如铅酸电池等)都连接一个对应的电流检测电阻、电压检测分压电阻、电压型温度传感器等器件，获取电池单元的电流、电压和温度等状态信息。

监控模块具体可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，其可通过I2C通讯方式与充放电单元通讯，通讯速率可达100K，可保证充放电控制指令下发的实时性。

充放电模块包括充电支路和放电支路，其中，充电支路上的调压电路具体采用DC/DC转换器，其可对电压进行转换。放电支路采用常闭接触器。

参照图8，备份电源的维护过程包括：

S301、在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制维护电池单元处于放电状态；维护电池单元为所有电池单元的一部分。

控制模块(MCU)从待维护的电池单元(如锂电池单元)中选择部分(如一个)的电池单元为维护电池单元，通过控制其放电支路上的常闭接触器闭合，使其处于放电状态。

S302、当维护电池单元达到预设完成条件后，控制维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电。

当维护电池单元放电达到预设的电压值，则MCU通过控制常闭接触器闭合，停止放电，退出放电状态。之后，MCU控制DC/DC转换器将调压值设置为充电电压，启动维护电池单元进行充电。当维护电池的电池充满时，即完成了维护电池单元的充电工作。

在一些实施例中，控制维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电(S302)包括：控制维护电池单元退出放电状态，预设时间后再切换至充电状态完成充电。

在维护电池单元的常闭接触器打开，其与电源总线断开(退出放电状态)后，并不立即控制维护电池单元变为充电状态(即常闭接触器闭合后并不立即控制DC/DC转换器的调压值为充电电压)，而是等待一段时间。

这样做的目的是保证待维护电池内部的化学反应完成，保证其处于稳定状态，有利用增长电池的使用寿命。

在一些实施例中，当所述维护电池单元完成充电后，还包括：返回在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制维护电池单元处于放电状态的步骤。

即当该部分电池单元维护完成后，再从待维护的电池单元中重新选择其他部分电池单元进行维护，直到不存在待维护的电池单元，即完成维护的过程。从而，对所有电池单元的维护过程是“逐批次(如逐一)”完成的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。

本公开已经公开了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其他实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐明的本公开的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种备份电源，用于与负载的电源总线连接，所述备份电源包括电池组、检测模块、监控模块、充放电模块；

所述电池组包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池；

所述充放电模块包括与电池单元一一对应的充放电电路，所述充放电电路用于在充电状态下对其对应的电池单元充电，或在放电状态下供其对应的电池单元向电源总线放电；

所述检测模块连接所述电池组，用于检测每个电池单元的状态信息；

所述监控模块连接所述检测模块与所述充放电模块，用于根据所述电池组中每个电池单元的状态信息与所述备份电源的工作状态，独立的控制各充放电电路的状态。

2.根据权利要求1所述的备份电源，其中，每个充放电电路包括：

用于连接在电源总线与对应电池单元间的充电支路；

用于连接在电源总线与对应电池单元间的放电支路；

所述监控模块用于控制所述电池单元通过对应充电支路与电源总线导通，以使所述电池单元处于充电状态，或控制所述电池单元通过对应放电支路与电源总线导通，以使所述电池单元处于放电状态。

3.根据权利要求2所述的备份电源，其中，每个放电支路包括：

防反灌电路，用于阻止从电源总线流向对应电池单元的电流。

4.根据权利要求2所述的备份电源，其中，每个充电支路包括：

调压电路，用于将来自电源总线的电压调整后给对应电池单元充电。

5.根据权利要求4所述的备份电源，其中，所述监控模块还用于控制所述调压电路的调压值。

6.根据权利要求5所述的备份电源，其中，所述备份电源处于充电状态时，所述监控模块用于：

根据每个电池单元的状态信息，确定出允许充电电压值低于标准电压值的电池单元，控制这些电池单元对应的充电支路的调压电路的调压值为低于所述允许充电电压值的值。

7.根据权利要求2所述的备份电源，其中，所述备份电源处于放电状态时，所述监控模块用于：

控制每个电池单元处于放电状态；

当任意电池单元的状态信息满足预设的状态条件时，控制该电池单元退出放电状态。

8.根据权利要求2所述的备份电源，其中，所述备份电源处于维护状态时，所述监控模块用于：

在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制所述维护电池单元处于放电状态；所述维护电池单元为所有电池单元的一部分；

当所述维护电池单元达到预设完成条件后，控制所述维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电。

9.根据权利要求8所述的备份电源，其中，所述控制所述维护电池单元退出放电状态，切换至充电状态完成充电包括：

控制所述维护电池单元退出放电状态，预设时间后再切换至充电状态完成充电。

10.根据权利要求8所述的备份电源，其中，当所述维护电池单元完成充电后，还包括：

返回所述在待维护的电池单元中选择出维护电池单元，控制所述维护电池单元处于放电状态的步骤。

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