CN101895141A

CN101895141A - 一次电源***

Info

Publication number: CN101895141A
Application number: CN2010101993668A
Authority: CN
Inventors: 韦永高; 黄安帮; 赵俊杰; 郑瑞晨; 张明亮; 许沛丰; 陈延昌
Original assignee: Huizhong Industrial & Commercial Gen Corp Beijing
Current assignee: Huizhong Industrial & Commercial Gen Corp Beijing
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: CN101895141B; CN201699464U

Abstract

本发明实施例提供了一种一次电源***，包括：交直流转换单元、蓄电池组、误差放大器和模式切换单元，交直流转换单元包括自适应调整模块，模式切换单元包括浮充模块和活化模块，活化模块的电压低于浮充模块的电压，交直流转换单元用于将交流电源转换为直流电源提供给蓄电池组及负载；误差放大器用于采集交直流转换单元的反馈电压，并根据反馈电压来利用自适应调整模块调整交直流转换单元的输出电压，以及用于为一次电源***选择浮充模式或活化模式，活化模式时交直流转换单元的输出电压低于浮充模式时的输出电压。本发明实施例取消了对蓄电池的寿命损害极大的均充模式，同时又可以保证蓄电池的活性，避免了蓄电池发生沉积，从而较大程度的延长了蓄电池的寿命。

Description

一次电源***

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种一次电源***。

背景技术

一次电源***可以应用在多种场合，比如电信、电力控制、或者不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)等。上述场合都要求该一次电源***为一个不间断供电的***，即当交流市电断电时，该一次电源***仍要为负载提供电源。

这种不间断供电的要求一般是通过蓄电池组来实现的，以蓄电池组作为备用电源，将蓄电池组和交流电源线路并联连接到负载电路上，当交流电源发生意外中断时，蓄电池组可以进行放电，从而分担全部的负载。而当交流电正常时，蓄电池一般会处于浮充或者均充的状态。

现有技术中蓄电池组处于均充状态时两端的电压是浮充状态时的1.05倍，比如：

电信设备一般用48V的一次电源***，蓄电池组比如可以采用24节2V的蓄电池，浮充时V_o1＝54V，均充时V_o2＝1.05V_o1＝56.7V，其中V_o1和V_o2为蓄电池组两端的电压；

电力控制一般用220V的一次电源***，蓄电池组比如可以采用103节2V的蓄电池，浮充时V_o1＝232V，均充时V_o2＝1.05V_o1＝243.6V；

UPS一般用385V的一次电源***，蓄电池组比如可以采用32节12V的蓄电池，浮充时V_o1＝432V，均充时V_o2＝1.05V_o1＝453.6V。

在一次电源***中，均充的工作模式是为了解决蓄电池组中各节蓄电池电压平衡的问题，另外，均充还可以解决因长期浮充而导致的蓄电池内的两种沉淀效应：电解液分布下沉和电解液浓度下沉，从而提高蓄电池的活化性。

但是，实际情况是，均充的工作模式根本达不到均衡蓄电池电压的目的，只是可以稍微改善各个蓄电池电压的差值。而且由于均充电压比较高，一般认为电压高于浮充电压，蓄电池就处于过充状态，这样均充就会使原本已经处于过充的蓄电池进一步过充而严重失水，提前报废。实验证明，蓄电池处于过充状态持续120天，其寿命会减少50％，因此，现有技术的均充工作模式不但无法保证电压均衡，且对蓄电池的寿命损害极大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种一次电源***，用于取消对蓄电池的寿命损害极大的均充模式，同时又可以保证蓄电池的活性，避免蓄电池发生沉积。

本发明实施例提供了一种一次电源***，所述一次电源***包括：交直流转换单元、蓄电池组、误差放大器和模式切换单元，所述交直流转换单元包括自适应调整模块，所述模式切换单元包括浮充模块和活化模块，所述活化模块的电压低于所述浮充模块的电压，其中：所述交直流转换单元的输入端和交流电源相连，两输出端和所述蓄电池组并联，所述交直流转换电路用于将所述交流电源转换为直流电源提供给所述蓄电池组及负载；所述误差放大器的第一输入端和所述交直流转换单元的一输出端相连，第二输入端通过一开关单元与所述模式切换单元中的浮充模块或活化模块相连，输出端和所述自适应调整模块相连，所述误差放大器用于采集所述交直流转换单元的反馈电压，并根据所述反馈电压来利用所述自适应调整模块调整所述交直流转换单元的输出电压，以及用于为所述一次电源***选择浮充模式或活化模式，所述活化模式时所述交直流转换单元的输出电压低于浮充模式时的输出电压。

优选的，本发明实施例的一次电源***还包括电池维护单元，所述交直流转换单元还包括在线监测模块，所述电池维护单元分别所述蓄电池组及所述在线监测模块相连；所述电池维护单元用于实时监测所述蓄电池组中各个蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送给所述在线监测模块；所述在线监测模块根据所述数字信号判断蓄电池是否异常，如果蓄电池异常，则所述在线监测模块发出指令到所述电池维护单元，对蓄电池进行维护。

优选的，本发明实施例的电池维护单元还包括多个电池维护模块，每个电池维护模块和所述蓄电池组中对应的蓄电池相并联，所述电池维护模块之间通过RS485总线进行互连，并最终通过RS485总线与所述在线监测模块相连。

优选的，本发明实施例的每个电池维护模块和所述蓄电池组中对应的蓄电池之间采用4线制连接，即电压监测导线与充放电导线分别单独连接。

优选的，本发明实施例的在线监测模块是以单片机为核心的控制模块；且所述在线监测模块通过不同的地址，准确识别每个电池维护模块。

优选的，本发明实施例的电池维护模块包括：电池电压取样电路，用于取样单体蓄电池的电压；充电电流控制电路，用于控制充电电流；隔离电路，用于在所述电池维护模块和所述在线监测模块之间进行隔离通讯；充电电路，用于对单体蓄电池进行充电；放电电路，用于使单体蓄电池进行放电；以及单片机控制电路，用于控制所述充电电路和所述放电电路，对单体蓄电池进行充放电。

优选的，本发明实施例的电池维护模块还包括：外部温度传感器，用于感测外部温度；以及通信接口，用于连接所述电池维护模块和所述在线监测模块。

优选的，本发明实施例的充电电流控制电路采用D/A转换电路。

优选的，本发明实施例的一次电源***还包括：总电流变送器，用于采集所述蓄电池组的总电流；总电压变送器，用于采集所述蓄电池组的总电压。

本发明实施例取消了对蓄电池的寿命损害极大的均充模式，同时又可以保证蓄电池的活性，避免了蓄电池发生沉积，从而较大程度的延长了蓄电池的寿命。

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为本发明实施例提供的一种一次电源***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种一次电源***的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电池维护单元与在线监测模块的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电池维护模块的电路结构图。

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。

如图1所示为本发明实施例提供的一种一次电源***的结构示意图，该一次电源***包括：交直流转换单元110、蓄电池组120、误差放大器130和模式切换单元140，其中交直流转换单元110包括自适应调整模块111，模式切换单元140包括浮充模块141和活化模块142。

交直流转换单元110的输入端和交流电源Vac相连，Vac比如可以为220V的交流市电，或者是380V的交流电等，其输出端和蓄电池组120相并联。误差放大器130的负输入端和交直流转换单元110的正输出端相连，其正输入端通过开关单元150连接至浮充模块141或者活化模块142，其输出端连接至自适应调整模块111。

交直流转换单元110可以将交流电源Vac转变为直流电源，该直流电压的电压为Vo，该直流电源经过变换后可以提供给电信设备或者电力控制设备使用。

误差放大器130则可以采集交直流转换单元110的输出电压Vo作为反馈电压，结合浮充模块141或活化模块142所提供的参考电压，然后利用自适应调整模块111来调整交直流转换单元110的输出电压，使得交直流转换单元110的输出电压保持稳定，该过程是一种自适应过程。具体来说，当输出电压Vo升高时，比如电信领域中处于浮充时输出电压Vo高于54V时，误差放大器130的输出端电压会降低，从而使得自适应调整模块111来调整输出电压Vo，使输出电压Vo降低到54V；当当输出电压Vo降低时，比如电信领域中处于浮充时输出电压Vo低于54V时，误差放大器130的输出端电压会升高，从而使得自适应调整模块111来调整输出电压Vo，使输出电压Vo升高到54V。通过这种自适应的调整，可以保持交直流转换单元110的输出电压Vo的稳定性。

另外，误差放大器130还可以通过开关单元150选择连接至浮充模块141或活化模块142，从而使得本一次电源***可以在浮充模式或是活化模式中进行切换。在本实施例中，活化模块142的电压低于浮充模块141的电压，在本实施例中，活化模块142的电压比如可以为浮充模块141电压的0.95倍，因此使得活化模式时交直流转换单元110的输出电压也是浮充模式时的0.95倍，即Vo₂＝0.95Vo₁，Vo₁为浮充模式时交直流转换单元110的输出电压，Vo₂为活化模式时交直流转换单元110的输出电压。当然，本发明实施例中并不限定活化模块142的电压为浮充模块141电压的0.95倍，其他符合条件的数值也都在本发明实施例的范围之内。

比如，电信设备用的一次电源***，浮充时Vo₁＝54V，活化电压Vo₂＝0.95Vo₁＝51.3V；

电力控制用的一次电源***，浮充时Vo₁＝232V，活化电压Vo₂＝0.95Vo₁＝220.4V；

UPS用的一次电源***，浮充时Vo₁＝432V，活化电压Vo₂＝0.95Vo₁＝410.4V。

在本实施例中，由于引入了活化模式，使得本发明实施例具有了现有技术所不具备的有益效果，下面对该有益效果进行如下说明：

当一次电源***从浮充模式切换到活化模式时，交直流转换单元110的输出电压降低，从而使得蓄电池组120中的蓄电池进行放电，当一次电源***再从活化模式切换到浮充模式后，交直流转换单元110的输出电压升高，使得蓄电池组120中的蓄电池再进行充电。通过上述切换，蓄电池组120中的蓄电池经过了一次充放电的过程，防止了蓄电池产生沉淀效应，起到了活化蓄电池的功能。但是由于活化模式的电压比均充模式和浮充模式时的电压低，因此蓄电池不会再出现过充状态，虽然蓄电池可能会出现欠充状态，但由于欠充对蓄电池的损耗仅为过充损耗的1/5，因此还是可以有效地防止对蓄电池的损耗。

如图2所示为本发明实施例提供的另一种一次电源***的结构示意图，该一次电源***和图1对应实施例所不同之处在于：本实施例的一次电源***还包括电池维护单元160，而交直流转换单元110还包括在线监测模块112。

电池维护单元160用于实时监测蓄电池组120中各个蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送给在线监测模块112。

在线监测模块112用于根据上述数字信号判断蓄电池是否异常，比如电压是否过高，或者是否过低等，如果蓄电池异常，则在线监测模块112发出指令到电池维护单元160，使其对蓄电池进行维护。这里的维护具体来说就是，当单体蓄电池出现电压过高异常时，对该单体蓄电池进行放电，而当单体蓄电池出现电压过低异常时，对该单体蓄电池进行充电。

作为本发明的一个实施例，电池维护单元160可以包括多个电池维护模块161，每个电池维护模块161都和蓄电池组中对应的蓄电池相并联，即电池维护模块161的数量和蓄电池数量相同。假设本实施例中具有N个蓄电池，则电池维护模块161也有N个与之对应。

多个电池维护模块161之间通过RS485总线相连，并最终通过RS485总线和在线监测模块112进行通信，在线监测模块112可以通过不同的地址准确地识别每一个电池维护模块161。

如图3所示为本发明实施例提供的一种更为详细的电池维护单元与在线监测模块的连接示意图。从图中可见，多个电池维护模块161之间通过RS485总线相连，且第一个或最后一个电池维护模块161的一端和在线监测模块112相连。总电流变送器170用于采集蓄电池组的总电流，总电压变送器180用于采集蓄电池组的总电压，且总电流变送器170和总电压变送器180通过分线盒190连接至在线监测模块112。

在本实施例中，电池维护模块161可以监测每个蓄电池的状态，并在在线监测模块112的控制下对该蓄电池进行充放电操作，从而使得所有蓄电池都保持在理想的电压状态，即使蓄电池组保持在电压平衡状态。因此本发明实施例的一次电源***既可以使蓄电池保持活性，又可以达到电压平衡的状态，不至于出现过充或欠充的状态，进一步提高了蓄电池的寿命。

如图4所示为本发明实施例提供的一种电池维护模块的电路结构图。如图4所示，电池维护模块可以包括：电池电压取样电路401、用于取样单体蓄电池电压；可控制的DC/DC充电电路406，用于对单体蓄电池进行充电；充电电流控制电路402，采用D/A转换电路控制，用于准确控制充电电流的大小；放电电路403，用于对单体蓄电池进行放电；隔离电路404，用于对RS485通信接口的隔离；隔离DC/DC电源405，为相关电路提供供电电源；RS485通信接口电路408，用于在线监测模块和电池维护模块之间的通信；温度传感器接口409，用于连接外部温度传感器，接收外部温度传感器所感测的温度信号；外部接口电路410，用于电池维护模块之间或者电池维护模块与在线监测模块之间的通信连接；单片机及***电路407，用于控制内部各单元，并对单体蓄电池电压、充电电流、放电电流、模块温度、外部温度等相关参数进行实时监测。

下面结合图3分别举例说明电池维护模块给单体蓄电池进行充电和放电的过程：

充电过程：

首先，在线监测模块112通过总电压变送器180检测到一组由24只标称为2V的蓄电池组总电压VB，假定检测值为VB＝52.8V(这里为了举例说明作出假定，实际应用中，蓄电池的数量可以不加以限定，二单体蓄电池的标称电压也可以是6V、12V或者其他数值，蓄电池组的总电压也可以为其它值，下同)，计算蓄电池组中单体蓄电池的平均电压Vp＝52.8V/24＝2.2V；并且假定使用者设置***维护操作电压门限为Vr＝30mV(这里也是为了举例说明作出假定)。

接着，电池维护模块161通过电池电压取样电路401采样，单片机及***电路407进行A/D转换，检测到某单体蓄电池的电压为2.15V。在线监测模块112通过RS485总线读出该单体蓄电池电压，经比较该单体蓄电池电压低于平均电压Vp，并计算其差值ΔVn＝Vn-Vp＝2.15V-2.2V＝-0.05V＝-50mV。当在线监测模块112根据结果判断ΔVn＜0，且|ΔVn |＝50mV＞Vr，则在线监测模块112将发出指令到相应的电池维护模块161，使其对该单体蓄电池进行充电维护，电池维护模块161收到充电指令后，控制启动DC/DC充电电路406，并通过充电电流控制电路402对充电电流进行控制，从而向单体蓄电池进行充电，直到在线监测模块112检测到该单体蓄电池的电压恢复到ΔVn＝0，即Vn＝2.2V时，在线监测模块112将发出命令停止对该单体蓄电池的充电维护，电池维护模块161进入低功耗的待机状态，降低***的损耗。

作为本发明的一个实施例，在上述充电维护过程中，在线监测模块112通过总电压变送器180实时监测蓄电池组总电压，电池维护模块161通过单片机及***电路407实时监测单体蓄电池电压，再通过RS485通信接口电路408和外部接口电路410把结果传输到在线监测模块112，在线监测模块112实时地对结果进行比较和判断，并将指令和单体蓄电池的平均电压Vp实时发送到相应的电池维护模块161；如果电池维护模块161判断|ΔVn |较大，则通过充电电流控制电路402增大充电电流，尽快为落后较多的单体蓄电池补充容量；如果电池维护模块161判断|ΔVn |较小，则通过充电电流控制电路402减小充电电流，保证对单体蓄电池进行充电维护过程比较平稳，以保证整个蓄电池组的一致性和稳定性。

放电过程：

首先，在线监测模块112通过总电压变送器180检测到一组由24只标称为2V的蓄电池组总电压VB，假定检测值为VB＝52.8V，计算蓄电池组中单体蓄电池的平均电压Vp＝52.8V/24＝2.2V；并且假定使用者设置***维护操作电压门限为Vr＝30mV。

接着，电池维护模块161通过电池电压取样电路401采样，单片机及***电路407进行A/D转换，检测到某单体蓄电池的电压为2.25V。在线监测模块112通过RS485总线读出该单体蓄电池电压，经比较该单体蓄电池电压高于平均电压Vp，并计算其差值ΔVn＝Vn-Vp＝2.25V-2.2V＝0.05V＝50mV。当在线监测模块112根据结果判断ΔVn＞0，且|ΔVn |＝50mV＞Vr，则在线监测模块112将发出指令到相应的电池维护模块161，使其对该单体蓄电池进行放电维护，电池维护模块161收到放电指令后，控制放电电路403使单体蓄电池进行放电电，直到在线监测模块112检测到该单体蓄电池的电压恢复到ΔVn＝0，即Vn＝2.2V时，在线监测模块112将发出命令停止对该单体蓄电池的放电维护，电池维护模块161进入低功耗的待机状态，降低***的损耗。

本发明实施例取消了对蓄电池的寿命损害极大的均充模式，同时又可以保证蓄电池的活性，避免了蓄电池发生沉积。同时，本发明实施例还引入了电池维护单元来对单个蓄电进行维护，使得蓄电池组中的蓄电池可以保持电压平衡，避免了蓄电池发生过充和欠充，因此极大地提高了蓄电池的寿命。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种一次电源***，其特征在于，所述一次电源***包括：交直流转换单元、蓄电池组、误差放大器和模式切换单元，所述交直流转换单元包括自适应调整模块，所述模式切换单元包括浮充模块和活化模块，所述活化模块的电压低于所述浮充模块的电压，其中：

所述交直流转换单元的输入端和交流电源相连，两输出端和所述蓄电池组并联，所述交直流转换电路用于将所述交流电源转换为直流电源提供给所述蓄电池组及负载；

所述误差放大器的第一输入端和所述交直流转换单元的一输出端相连，第二输入端通过一开关单元与所述模式切换单元中的浮充模块或活化模块相连，输出端和所述自适应调整模块相连，所述误差放大器用于采集所述交直流转换单元的反馈电压，并根据所述反馈电压来利用所述自适应调整模块调整所述交直流转换单元的输出电压，以及用于为所述一次电源***选择浮充模式或活化模式，所述活化模式时所述交直流转换单元的输出电压低于浮充模式时的输出电压。

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述一次电源***还包括电池维护单元，所述交直流转换单元还包括在线监测模块，所述电池维护单元分别所述蓄电池组及所述在线监测模块相连；

所述电池维护单元用于实时监测所述蓄电池组中各个蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送给所述在线监测模块；

所述在线监测模块根据所述数字信号判断蓄电池是否异常，如果蓄电池异常，则所述在线监测模块发出指令到所述电池维护单元，对蓄电池进行维护。

3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述电池维护单元还包括多个电池维护模块，每个电池维护模块和所述蓄电池组中对应的蓄电池相并联，所述电池维护模块之间通过RS485总线进行互连，并最终通过RS485总线与所述在线监测模块相连。

4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述每个电池维护模块和所述蓄电池组中对应的蓄电池之间采用4线制连接，即电压监测导线与充放电导线分别单独连接。

5.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述在线监测模块是以单片机为核心的控制模块；且所述在线监测模块通过不同的地址，准确识别每个电池维护模块。

6.如权利要求4或5所述的***，其特征在于，所述电池维护模块包括：

电池电压取样电路，用于取样单体蓄电池的电压；

充电电流控制电路，用于控制充电电流；

隔离电路，用于在所述电池维护模块和所述在线监测模块之间进行隔离通讯；

充电电路，用于对单体蓄电池进行充电；

放电电路，用于使单体蓄电池进行放电；以及

单片机控制电路，用于控制所述充电电路和所述放电电路，对单体蓄电池进行充放电。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述电池维护模块还包括：

外部温度传感器，用于感测外部温度；以及

通信接口，用于连接所述电池维护模块和所述在线监测模块。

8.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述充电电流控制电路采用D/A转换电路。

9.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述一次电源***还包括：

总电流变送器，用于采集所述蓄电池组的总电流；

总电压变送器，用于采集所述蓄电池组的总电压。