CN105553030A - 一种锂电池不间断电源管理*** - Google Patents

一种锂电池不间断电源管理*** Download PDF

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邱永福
廖志伟
林青雷
张华山
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Abstract

本发明涉及一种锂电池不断电电源管理***，包括DC/DC转换器、中央控制单元、温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元，所述温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元分别用于检测锂电池的温度、电流、电压，并将检测到的温度、电流和电压参数发送给中央控制单元，所述中央控制单元根据检测到的温度、电流和电压参数判断锂电池状态，并根据锂电池的状态信息通过DC/DC转换器控制锂电池保护电路的通断，其特征在于：所述不断电电源管理***直接采集锂电池的温度、电流、电压信息并进行锂电池保护电路的通断。该***将所有的采集单元和控制单元集成到UPS中，使得资源配置的最优化，避免了硬件冗余，节约了成本。

Description

一种锂电池不间断电源管理***
技术领域
本发明涉及一种电源管理***，尤其是涉及一种锂电池不间断电源管理***。
背景技术
目前，各行各业对***的稳定性要求越来越高，对于大型数据中心，一般均有多路UPS（UninterruptablePowerSupply，不间断电源）***冗余供电来保证***供电的稳定性。目前UPS行业领域中，大部分的机型使用的是免维护的铅酸电池。铅酸电池由于其稳定，成本低等优势在电源行业领域得到了广泛的应用。然而铅酸电池也存在着能量密度低、重量体积大、维护周期短，尤其是污染环境等缺陷，随着国家对绿色能源的逐渐重视，新兴的锂电池能源大有替代铅酸电池之势，成为新时期的主要能源供应。锂电池相对于铅酸电池具备了能量密度高，体积重量小，自放电率低，维护周期长，绿色无污染等优点。但是由于锂电池化学性质较为活泼，在应用过程需要有相应的BMS进行监控保护，主要是电池电压，电流和温度的监控。现有的采用锂电池作为蓄电池的UPS***如图1所示，需要应用BMS电池管理***采集锂电池的工作参数，BMS具备独立的采样和控制单元，能够监控电池的状态，在过充，过放，过流和过温的情况下能够关断电池回路，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，同时能够将监测到的数据通过CANBUS传输给上位机。
而在UPS当中，由于控制需要，同样需要将电池的电压、电流采集传输到UPS的MCU当中，实现过流，过压，欠压保护等。而BMS内部亦集成了电池电压、电流侦测，电压均衡控制等基础模块，基于采集的电压、电流和温度等数据进行过压，过流和过温的保护，再通过CAN总线的方式将采集到的数据传输给UPS和上位机进行显示和控制。随着功率的变大，锂电池的串并联使用相应变得复杂，电流采集器件和开关控制器件也随着功率增大而变多，这也使得BMS成本变得更高。
发明内容
为了减少UPS与BMS***中的模块冗余，降低锂电池UPS***的成本，本发明提供一种新的锂电池不间断电源（UPS）管理***，将BMS电池管理***的功能集成于UPS***中，实现UPS***对锂电池的直接监控和管理，降低锂电池UPS***的成本。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种锂电池不断电电源管理***，包括DC/DC转换器、中央控制单元、温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元，所述温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元分别用于检测锂电池的温度、电流、电压，并将检测到的温度、电流和电压参数发送给中央控制单元，所述中央控制单元根据检测到的温度、电流和电压参数判断锂电池状态，并根据锂电池的状态信息通过DC/DC转换器控制锂电池保护电路的通断，其特征在于：所述不断电电源管理***直接采集锂电池的温度、电流、电压信息并进行锂电池保护电路的通断。
进一步，所述电压采样平衡单元通过比较器和稳压管设定参考电压，获取锂电池输出电压。
进一步，还包括无线控制单元，所述无线控制单元将锂电池状态信息发送至云端服务器，并转发到移动客户端。
本发明的有益效果如下：
1）集成了BMS电池管理***的电池电压、电流采样单元，将所有的采集单元和控制单元集成到UPS中，使得资源配置的最优化，避免了硬件冗余，节约了成本；
2）由于BMS控制单元精简，实现UPS使用锂电池包体积得更小，结构设计更加灵活。
附图说明
图1为传统的UPS与锂电池BMS应用的结构示意图；
图2为本发明中集成BMS的锂电池不间断电源管理***示意图；
图3为传统的基于S－8254标准的BMS电路图；
图4为本发明锂电池电压采集控制电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图2为本发明锂电池不间断电源管理***的结构示意图，其中，电压采样平衡单元用于获取每节锂电池的输出电压，电流采样监控单元用于获取锂电池的输出电流，温度侦测单元用于获取锂电池的工作温度，并将所获得的电压、电流、温度信息发送至UPS***的中央控制单元（MCU），中央控制单元根据检测到的温度、电流和电压参数判断锂电池的状态，并根据锂电池的状态信息通过DC/DC转换器控制锂电池保护电路的通断，实现锂电池的过流、过压及过热保护。以下将对各个单元进行详细说明。
为了对各个模块进行说明，首先对现有技术中基于S-8254标准的BMS保护线路进行介绍。如图3所示，VC1、VC2、VC3、VC4分别采样4节锂电池的电压，通过Rsense的电流侦测的号传输到VINI得到锂电池的电流，COP和DOP信号是过充和过放信号开关充电FET和放电FET。在大电流的情况，需要Rsense的电阻很小，功率很大，成本较高，散热也会存在问题，同时随着功率变大，充放电的FET也需要跟着变大。
在本发明的实施例中，采用如图4的方式实现锂电池的电压采样和控制。首先侦测每一节电池的电压，其中V2为两节电池总电压，V1为一节电池电压，串联的第二节电池电压为V2-V1，通过减法器得到Vout，通过比较器和稳压管设定参考电压Vref，获取每节锂电池的输出电压。初始ToMCU的信号处于高电平，当Vout通过R7和R8的分压小于Vref，比较器输出为低电平，亦或者Vout通过R5和R6的分压高于Vref，比较器也会将输出拉低，在UPS保护线路中实现了锂电池的过充和过放,当锂电池过压和欠压都会通过Fault信号传输给MCU，如果过压，则MCU就会关闭充电器，如果欠压，MCU即关闭DC/DC，DC/AC装置，开启充电器对逆变器进行充电。在本实施例中，根据锂电池的应用特性，设置单节充电电压的幅值和过压保护点，以及电池包的充电电压和过压保护点，无论单节电压或者总电压超过了限压点，都会通过保护电路送到MCU，由MCU关闭SW3实现保护。
电池电流通过采样线路直接传输到UPS里，由于采样电流也参与了DC/DC变换器的控制，此电流值精确度很高。当电池串联时，每节电池电压的电流都是一样，UPS采集电流即为电池电流。当电流幅值超过了预设阀值，MCU关闭SW3切开电池回路。当充电电流很小的时候，即关闭充电器。
通过温度传感器获取每节锂电池的温度，并通过比较方式选取出最高的温度和最低的温度传输到UPS的MCU，MCU判断所采集的温度是否落在设定的区间当中，超出了范围即可发送命令关断SW3关闭充电器或者升压模块。
UPS在电池应用线路中，采集到的电池的电压、电流和温度参数加入DC/DC控制器中，由此将锂电池BMS的电池电压采样和电流采样线路集成到UPS的采样当中。在UPS正常工作过程中，DC/DC控制器对电池进行充电，此时监控充电电压和充电电流，保证充电电压不会超过预设浮充电压，尤其在超过过压保护点的时候通过MCU关断DC/DC转换器的开关管。当断电时UPS工作在电池模式，同样采集电池的放电电流和放电电压，保证放电电流不会过大给电池造成不可恢复的伤害，同时放电电压如果低于预设的保护点，则关断开关管切断电池放电回路保证电池寿命。无论在充电或者放电过程中，UPS***都会同时检测电池温度，当温度超出了设定温度的上限或者下线，都会及时切断电池回路保证电池应用的安全。
电池保护信息的实时性非常重要，在另一实施例中，UPS***所采集到的过压，欠压，过流，过温的告警通过与UPS***连接的无线控制单元，发送至云端服务器并转发到移动客户端，这样就可以使得用户随时随地知道现在的电池状态，避免断电时电池没电失效，电池过充异常等现象，给维护、更换带来方便。
以上所述仅为本发明的几个实施例，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种锂电池不断电电源管理***，包括DC/DC转换器、中央控制单元、温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元，所述温度检测单元、电流采样监控单元、电压采样平衡单元分别用于检测锂电池的温度、电流、电压，并将检测到的温度、电流和电压参数发送给中央控制单元，所述中央控制单元根据检测到的温度、电流和电压参数判断锂电池状态，并根据锂电池的状态信息通过DC/DC转换器控制锂电池保护电路的通断，其特征在于：所述不断电电源管理***直接采集锂电池的温度、电流、电压信息并进行锂电池保护电路的通断。
2.根据权利要求1所述的锂电池不断电电源管理***，其特征在于：所述电压采样平衡单元通过比较器和稳压管设定参考电压，获取锂电池输出电压。
3.根据权利要求1所述的锂电池不断电电源管理***，其特征在于：还包括无线控制单元，所述无线控制单元将锂电池状态信息发送至云端服务器，并转发到移动客户端。
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