CN101588077B - 一种不间断电源的管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不间断电源的管理***，包含电池组，还包括电压采集单元、计算控制单元和外接端口；所述电压采集单元用于采集所述电池组中相邻两个电池的电位，将其中较高的电位减去较低的电位得到电位较高的电池的电压值，再传递到计算控制单元；所述计算控制单元接收所述电压值，并通过所述外接端口上报到上位机。该电源管理***还包括均衡单元，所述均衡单元包括与所述电池组中电池数量对应的均衡电阻、均衡控制开关管。本发明的电源管理***可以对电池组各个电池的电压状态进行采集并上报，由上位机控制是否需要断电保护，提高了电源供电的稳定性，有效防止重要数据的丢失。
Description
【技术领域】
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种不间断电源的管理***。
【背景技术】
不间断电源(UPS)广泛应用于通讯设备等对供电可靠性要求高的场合中，此前UPS的电源***通常采用铅酸电池，该种电池最大的缺点是体积庞大、铅污染、循环性能差、维护成本高。而在某些领域，比如通信无线终端对电池的体积有严格限制，不可能使用传统的铅酸电池作为电源。
针对这一问题，一般可以采用磷酸铁锂电池作为供电能源，该种电池能量密度大，同等容量的电池体积只相当于铅酸电池体积的1/2，重量只相当于铅酸电池的1/3。磷酸铁锂电池的循环寿命为2000次，是铅酸电池寿命(300次)的近7倍，这样大大降低了电源***的维护费用。同时该电池还没有任何污染，是UPS后备电源的理想电源。
但是，采用磷酸铁锂电池作为供电能源之后，将不能再沿用旧的电源***。在传统的铅酸电池的电源中，用的是针对铅酸电池的管理***，该管理***一般包括了过充保护、过放保护、过流保护和温度保护等保护功能。该***的保护功能过于灵敏，只要电池组中某一电池出现故障，即断开电源的供电电路。而在不间断电源的应用领域，往往对供电稳定性的要求都比较高，如果被供电设备正在进行重要数据的处理，突然的断电将导致重要数据的丢失，造成严重的后果。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种不间断电源的管理***，以达到提高电源供电稳定性的目的。
为达到上述目的，本发明提出以下的技术方案：
一种不间断电源的管理***，包含电池组，还包括电压采集单元、计算控制单元和外接端口；
所述电压采集单元用于采集所述电池组中相邻两个电池的电位，将其中较高的电位减去较低的电位得到电位较高的电池的电压值，再传递到计算控制单元；
所述计算控制单元接收所述电压值，并通过所述外接端口上报到上位机。
其中，所述电压采集单元包括与所述电池组中电池数量对应的分压电阻、第一选择器和第二选择器、第一运算放大器和第二运算放大器；
所述第一选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为奇数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的负极输入端和第二运算放大器的正极输入端相连；
所述第二选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为偶数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的负极输入端相连；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的信号输出端与所述计算控制单元相连，将所述采集的电位较高的电池的电压值传递到所述计算控制单元。
其中，所述计算控制单元包括采集选择控制单元和计算输出单元；
所述采集选择控制单元用于控制所述第一选择器和第二选择器在每个工作周期依次分别读取所述电池组中电池的电位；
所述计算输出单元用于接收所述第一运算放大器和第二运算放大器传递的电池电压值，将所述电池电压值乘以矫正系数并传递到外接端口。
其中，所述分压电阻为精密电阻。
其中，所述计算控制单元还包括均衡选择控制单元，所述均衡选择控制单元用于根据所述电池电压值判断所述电池高于设定值时，所述均衡选择控制单元中与该电池接通的控制管脚产生低电平控制信号。
其中，还包括均衡单元，所述均衡单元包括与所述电池组中电池数量对应的均衡电阻、均衡控制开关管；
所述均衡电阻分别与电池组中电池和均衡控制开关相连形成闭合回路，所述均衡控制开关的控制端与均衡选择单元的控制管脚连通。
其中，所述均衡单元还包括光耦合器，所述光耦合器中的发光二极管与相连，所述光耦合器的三极管与均衡控制开关相连。
其中，所述均衡电阻为可调电阻。
从以上技术方案可以看出，本发明的电源管理***中含有电压采集单元，将电池组的电压采集了之后，通过外接端口将电池组各个电池的状态进行上报，由外部的中央处理***根据具体的情况来决定是否选择对电池进行保护，如果当前有重要的数据需要处理，则可以选择先不进行断电保护，继续供电直到设备完成处理；如果没有重要数据需要处理，则可以通知保护单元对电池进行保护处理。通过检测和上报机制，可以大大提高电源供电的稳定性，有效防止重要数据的丢失。且本发明仅在原有铅酸电池电源管理***的基础上进行改进，不需要全部更换整个***，改造更新的成本低。
此外，本发明的电源***具有电池均衡的功能，有效地解决电源的一致性问题，同时避免了保护功能的重复。
【附图说明】
图1为本发明***实施例一的基本结构框图；
图2为本发明***实施例二的基本结构框图；
图3为本发明***的电路实现图。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
单体磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V，当单体电池的容量一定时，通过串并联可以达到负载所要求的电压容量，如48V/10AH的UPS电源可用单体5AH的电池，采用2并15串的方式组成电池组来实现。本发明的基本技术构思是在原有铅酸电池的管理***的基础上，增加了电压采集和上报通信的功能，通过检测和上报机制，由上位机来决定是否马上对发生故障的电池进行保护，避免突然断电造成重要数据的丢失。
实施例一：
本发明提供一种不间断电源的管理***，如图1所示，本发明一种不间断电源的管理***，包含电池组、电压采集单元、计算控制单元和外接端口：
所述电压采集单元用于采集所述电池组中相邻两个电池的电位，将其中较高的电位减去较低的电位得到电位较高的电池的电压值，再传递到计算控制单元；所述计算控制单元接收所述电压值，并通过所述外接端口上报到上位机。
对于电压采集单元，其包括与所述电池组中电池数量对应的分压电阻、第一选择器和第二选择器、第一运算放大器和第二运算放大器：
所述第一选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为奇数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的负极输入端和第二运算放大器的正极输入端相连；
所述第二选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为偶数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的负极输入端相连；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的信号输出端与所述计算控制单元相连，将所述采集的电位较高的电池的电压值传递到所述计算控制单元。
对于计算控制单元，其包括采集选择控制单元和计算输出单元：
所述采集选择控制单元用于控制所述第一选择器和第二选择器在每个工作周期依次分别读取所述电池组中电池的电位；
所述计算输出单元用于接收所述第一运算放大器和第二运算放大器传递的电池电压值，将所述电池电压值乘以矫正系数并传递到外接端口。
下面参考图3的具体电路图，进一步对将本发明的工作过程和原理进行描述。如图3所示，电压采集功能主要由分压电阻Ro1～Ron、两个选择器芯片CD4051、两个运算放大器和计算控制单元MCU来实现的：
分压电阻Ro1～Ron与各电池正极的引线端子J1～Jn相连，并与芯片CD4051的信号采集管脚相连。芯片CD4051为8通道模拟选通开关，A、B、C三脚负责选定开通8通道(X0～X7)中的某一通道，并通过X脚送给运算放大器。其中，U11负责选通序号为偶数电池的电位，将电位信号同时输出到第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的负极输入端；U12负责选通序号为奇数电池的电位，将电位信号同时输出到第一运算放大器的负极输入端和第二运算放大器的正极输入端。单片机控制每个工作周期U11、U12读取相邻两颗电池的电位，通过两个运算放大器对相邻两个通道的电位相减，即得电位较高的那颗电池的电压。例如，U11选通了第2颗电池的电位V2，将电位信号同时输出到第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的负极输入端；U12选通了第3颗电池的电位V3，将电位信号同时输出到第一运算放大器的负极输入端和第二运算放大器的正极输入端，由于V3大于V2，因此第一运算放大器没有信号输出，而第二运算放大器将输出V3减去V2的差值即第3颗电池的电压值。然后，单片机通过读取运算放大器AD0、AD1的值，再成以一定的矫正系数即可得到较为准确的电池电压。
在本发明优选的实施例中，分压电阻选用精密电阻来实现，精密电阻的阻值误差很小，阻值较为精准，可以保证电压采集的精确性，是分压电阻理想的材料。
本发明的电源***中含有电压采集单元，将电池组的电压采集了之后，通过外接端口将电池组各个电池的状态进行上报，由外部的中央处理***根据具体的情况来决定是否选择对电池进行保护，如果当前有重要的数据需要处理，则可以选择先不进行断电保护，继续供电直到设备完成处理；如果没有重要数据需要处理，则可以通知保护单元对电池进行保护处理。通过检测和上报机制，可以大大提高电源供电的稳定性，有效防止重要数据的丢失。
此外，本发明仅仅是在原来的铅酸电池电源管理***的基础上做一些改进，不需要全部更换整个***，改造成本低。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上增加了能量均衡的功能。在实施例二中，如图2所示，电池管理***除了电池组、电压采集单元、计算控制单元和外接端口，还包括均衡单元。所述均衡单元包括与所述电池组中电池数量对应的均衡电阻、均衡控制开关管；所述均衡电阻分别与电池组中电池和均衡控制开关相连形成闭合回路，所述均衡控制开关的控制端与均衡选择单元的控制管脚连通。
所述计算控制单元还包括均衡选择控制单元，所述均衡选择控制单元用于根据所述电池电压值判断所述电池高于设定值时，所述均衡选择控制单元中与该电池接通的控制管脚产生低电平控制信号。
在优选的实施例中，在均衡控制开关与均衡选择控制单元之间，还设有光耦合器，所述光耦合器中的发光二极管与相连，所述光耦合器的三极管与均衡控制开关相连。
结合图3的具体电路实现图，本发明进行均衡控制的过程和原理为：单片机通过电压采集单元发现某一颗电池(假设为第1颗电池)的电压大于设定值，则第1颗电池需要进行能量均衡。单片机通过74HC594选通U22的15脚，使该管脚脚产生低电平，这样光偶合器U1内的发光二极管导通，进而光耦合器内的偶合三极管也导通，使得均衡控制开关管的栅极获得高电平，使得Q1导通，进而使得有均衡电流i流过，调节均衡电阻的大小可获得合适的均衡电流。
在优选的实施例中，均衡电阻R1～Rn的阻值可以根据需要进行调整，从而控制均衡电流的大小。如果需要均衡过程快速进行，可采用阻值较小的均衡电阻，如果需要均衡过程更加平稳安全进行，可采用阻值较大的均衡电阻。进一步，为了更方便调节均衡电阻的阻值，本发明中均衡电阻可以采用可变电阻来实现。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种不间断电源的管理***，包含电池组，其特征在于，还包括电压采集单元、计算控制单元和外接端口；
所述电压采集单元用于采集所述电池组中相邻两个电池的电位，将其中较高的电位减去较低的电位得到电位较高的电池的电压值，再传递到计算控制单元；
所述计算控制单元接收所述电压值，并通过所述外接端口上报到上位机；所述电压采集单元包括与所述电池组中电池数量对应的分压电阻、第一选择器和第二选择器、第一运算放大器和第二运算放大器；
所述第一选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为奇数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的负极输入端和第二运算放大器的正极输入端相连；
所述第二选择器的各信号采集管脚通过一个分压电阻与电池组中序号为偶数的电池相连，信号输出管脚与第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的负极输入端相连；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的信号输出端与所述计算控制单元相连，将所述电位较高的电池的电压值传递到所述计算控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，所述计算控制单元包括采集选择控制单元和计算输出单元；
所述采集选择控制单元用于控制所述第一选择器和第二选择器在每个工作周期依次分别读取所述电池组中电池的电位；
所述计算输出单元用于接收所述第一运算放大器和第二运算放大器传递的电池电压值，将所述电池电压值乘以矫正系数并传递到外接端口。
3.根据权利要求1所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，所述分压电阻为精密电阻。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，所述计算控制单元还包括均衡选择控制单元，所述均衡选择控制单元用 于根据所述电池电压值判断所述电池高于设定值时，所述均衡选择控制单元中与该电池接通的控制管脚产生低电平控制信号。
5.根据权利要求4所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，还包括均衡单元，所述均衡单元包括与所述电池组中电池数量对应的均衡电阻、均衡控制开关；
所述均衡电阻分别与电池组中电池和均衡控制开关相连形成闭合回路，所述均衡控制开关的控制端与均衡选择控制单元的控制管脚连通。
6.根据权利要求5所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，所述均衡单元还包括光耦合器，所述光耦合器中的发光二极管与均衡选择控制单元相连，所述光耦合器的三极管与均衡控制开关相连。
7.根据权利要求5所述的一种不间断电源的管理***，其特征在于，所述均衡电阻为可调电阻。
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