CN110581596B - 一种多源储能直流供电装置及ups设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源储能直流供电装置及UPS设备。本申请的UPS设备的后备电源包括蓄电池和超级电容，考虑到超级电容的循环寿命远高于蓄电池的循环寿命，所以本申请在市电中断时优先使用超级电容为直流母线供电，待超级电容没电时再由蓄电池为直流母线供电，所以本申请在一定程度上降低了蓄电池的使用率，延长了蓄电池的使用寿命；而且，当超级电容和蓄电池中其中一个后备电源出现故障时，另一个后备电源还可为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失，从而提高了后备电源整体的后备能力。
Description
技术领域
本发明涉及UPS后备电源领域，特别是涉及一种多源储能直流供电装置及UPS设备。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)设备广泛应用于大风电主控以及变流***中，以为***中的负载提供稳定且不间断的电力供应。目前，UPS设备的工作原理为：当市电正常时，UPS设备将市电经AC/DC变换器整流成直流电，而后将直流电经DC/AC变换器逆变成交流电供应给***负载使用(整流逆变的目的是稳定市电电压)；当市电中断时，UPS设备立即将自身的后备电源储存的直流电接入设备内直流母线(即AC/DC变换器与DC/AC变换器之间的连接线路)，以经DC/AC变换器逆变成交流电继续供应给***负载使用，从而为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失。
现有技术中，UPS设备的后备电源主要采用蓄电池实现。但是，由于蓄电池本身的特性，蓄电池的循环使用寿命较短，易出现电池故障，一旦蓄电池出现故障，UPS设备便失去后备能力，若此情况下市电中断，则会导致电网供电异常，从而出现重要数据因未及时保存而丢失的问题。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多源储能直流供电装置及UPS设备，在一定程度上降低了蓄电池的使用率，延长了蓄电池的使用寿命；且提高了后备电源整体的后备能力。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多源储能直流供电装置，应用于UPS设备，包括蓄电池和超级电容；还包括：
分别与所述UPS设备内的直流母线和所述蓄电池连接的电池充放电电路；
分别与所述直流母线和所述超级电容连接的电容充放电电路；
分别与所述电池充放电电路和所述电容充放电电路连接的控制器，用于当市电正常时，控制所述电池充放电电路和/或所述电容充放电电路，相应从所述直流母线上获取电能为所述蓄电池和/或所述超级电容充电；当市电中断时，控制所述电容充放电电路从所述超级电容中获取电能供给所述直流母线；当所述超级电容的电压降低至预设电容放电电压阈值以下且市电仍中断时，转由控制所述电池充放电电路从所述蓄电池中获取电能供给所述直流母线，直至所述蓄电池的电压降低至预设电池放电电压阈值以下。
优选地，所述电池充放电电路包括第一可控开关和第二可控开关；所述第一可控开关包括第一体二极管和第一开关管，所述第二可控开关包括第二体二极管和第二开关管；其中：
所述第一体二极管的阴极和所述第一开关管的第一端连接且公共端接入所述直流母线的正极，所述第一体二极管的阳极分别与所述第一开关管的第二端、所述第二体二极管的阳极及所述第二开关管的第二端连接，所述第二体二极管的阴极和所述第二开关管的第一端连接且公共端接入所述蓄电池的正极，所述蓄电池的负极接入所述直流母线的负极，所述第一开关管和第二开关管的控制端均与所述控制器连接；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述蓄电池进入充电状态时，控制所述第一开关管导通且控制所述第二开关管断开；在控制所述蓄电池进入放电状态时，控制所述第一开关管断开且控制所述第二开关管导通。
优选地，所述电容充放电电路包括：
分别与所述直流母线、所述超级电容及所述控制器连接的降压充电电路；
分别与所述直流母线、所述超级电容及所述控制器连接的升压放电电路；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述超级电容进入充电状态时，控制所述降压充电电路从所述直流母线上获取电能并降压后为所述超级电容充电，直至其充满电；在控制所述超级电容进入放电状态时，控制所述升压放电电路从所述超级电容中获取电能供给所述直流母线。
优选地，所述电容充放电电路包括第三可控开关、第四可控开关、第一电容、第二电容及电感；所述第三可控开关包括第三体二极管和第三开关管，所述第四可控开关包括第四体二极管和第四开关管；其中：
所述第三开关管和所述第四开关管的控制端均与所述控制器连接，所述第三体二极管的阴极分别与所述第三开关管的第一端和所述第一电容的第一端连接且公共端接入所述直流母线的正极，所述第三体二极管的阳极分别与所述第三开关管的第二端、所述第四体二极管的阴极、所述第四开关管的第一端及所述电感的第一端连接，所述电感的第二端与所述第二电容的第一端连接且公共端接入所述超级电容的正极，所述第二电容的第二端分别与所述第四体二极管的阳极、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的第二端连接，且公共端分别接入所述直流母线的负极和所述超级电容的负极；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述超级电容进入充电状态时，控制所述第三开关管周期性导通且控制所述第四开关管断开；在控制所述超级电容进入放电状态时，控制所述第三开关管断开且控制所述第四开关管周期性导通。
优选地，所述多源储能直流供电装置还包括用于为所述控制器供电的供电电源；所述供电电源包括第一二极管、第二二极管及辅助电源；其中：
所述第一二极管的阳极接入所述直流母线的正极，所述第二二极管的阳极接入所述超级电容的正极，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极连接且公共端接入所述辅助电源的正极，所述辅助电源的正极与所述控制器的电源端连接，所述辅助电源的负极与所述超级电容的负极连接。
优选地，所述多源储能直流供电装置内的可控开关均选用MOS管；其中：
所述MOS管的源极作为所述可控开关的第一端，所述MOS管的漏极作为所述可控开关的第二端，所述MOS管的栅极作为所述可控开关的控制端。
优选地，当市电正常时，所述控制器具体用于根据所述超级电容和所述蓄电池的电压，确定二者中电压较低的第一后备电源及电压较高的第二后备电源；控制与所述第一后备电源对应的第一充放电电路从所述直流母线上获取电能为所述第一后备电源充电，直至其充电电压与所述第二后备电源平衡后控制所述第一充放电电路和与所述第二后备电源对应的第二充放电电路，相应从所述直流母线上获取电能为所述第一后备电源和所述第二后备电源充电。
优选地，当所述市电未中断时，所述控制器还用于当所述直流母线上的电压小于预设第三电压阈值时，控制所述电池充放电电路和所述电容充放电电路停止从所述直流母线上获取电能，以停止为所述蓄电池和所述超级电容充电。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种UPS设备，包括上述任一种多源储能直流供电装置。
本发明提供了一种多源储能直流供电装置，应用于UPS设备。本申请的UPS设备的后备电源包括蓄电池和超级电容，考虑到超级电容的循环寿命远高于蓄电池的循环寿命，所以本申请在市电中断时优先使用超级电容为直流母线供电，待超级电容没电时再由蓄电池为直流母线供电，所以本申请在一定程度上降低了蓄电池的使用率，延长了蓄电池的使用寿命；而且，当超级电容和蓄电池中其中一个后备电源出现故障时，另一个后备电源还可为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失，从而提高了后备电源整体的后备能力。
本发明还提供了一种UPS设备，与上述多源储能直流供电装置具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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多源储能直流供电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多源储能直流供电装置的具体结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种多源储能直流供电装置及UPS设备，在一定程度上降低了蓄电池的使用率，延长了蓄电池的使用寿命；且提高了后备电源整体的后备能力。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种多源储能直流供电装置的结构示意图。
该多源储能直流供电装置应用于UPS设备，包括蓄电池1和超级电容2；还包括：
分别与UPS设备内的直流母线和蓄电池1连接的电池充放电电路3；
分别与直流母线和超级电容2连接的电容充放电电路4；
分别与电池充放电电路3和电容充放电电路4连接的控制器5，用于当市电正常时，控制电池充放电电路3和/或电容充放电电路4，相应从直流母线上获取电能为蓄电池1和/或超级电容2充电；当市电中断时，控制电容充放电电路4从超级电容2中获取电能供给直流母线；当超级电容2的电压降低至预设电容放电电压阈值以下且市电仍中断时，转由控制电池充放电电路3从蓄电池1中获取电能供给直流母线，直至蓄电池1的电压降低至预设电池放电电压阈值以下。
具体地，本申请的多源储能直流供电装置包括蓄电池1、超级电容2、电池充放电电路3、电容充放电电路4及控制器5，其工作原理为：
当市电正常时，UPS设备的后备电源(蓄电池1+超级电容2)无需供给直流母线电能，但后备电源需提前做好市电中断的准备，即后备电源需提前充好电。所以，当市电正常时，若蓄电池1需要充电(如蓄电池1两端的电压Vbatt小于一定值时，认为蓄电池1需要充电)，则控制器5可控制电池充放电电路3从直流母线上获取电能为蓄电池1充电。在蓄电池1充电的过程中，控制器5会检测蓄电池1两端的电压Vbatt，当蓄电池1两端的电压Vbatt到达预设电池满电电压时，则控制电池充放电电路3停止从直流母线上获取电能为蓄电池1充电，从而结束蓄电池1的充电。
同理，若超级电容2需要充电(如超级电容2两端的电压Vcap小于一定值时，认为超级电容2需要充电)，则控制器5可控制电容充放电电路4从直流母线上获取电能为超级电容2充电。在超级电容2充电的过程中，控制器5会检测超级电容2两端的电压Vcap，当超级电容2两端的电压Vcap到达预设电容满电电压时，则控制电容充放电电路4停止从直流母线上获取电能为超级电容2充电，从而结束超级电容2的充电。至于蓄电池1和超级电容2的充电顺序策略，本申请在此不做叙述，后续实施例进行详细说明。
当市电中断时，此时需要后备电源供给直流母线电能。考虑到本申请的后备电源具体为包含蓄电池1和超级电容2的双后备电源，所以本申请可从蓄电池1和超级电容2任选一个正常状态的电源作为当前后备电源，但又考虑到超级电容2的循环寿命远高于蓄电池1的循环寿命，所以本申请优先选用超级电容2作为当前后备电源，待超级电容2没电时再选用蓄电池1作为当前后备电源。当选用超级电容2作为当前后备电源时，控制器5会控制电容充放电电路4从超级电容2中获取电能供给直流母线，直至超级电容2的电压降低至预设电容放电电压阈值以下结束超级电容2的放电操作，以防止超级电容2过放，此时认为超级电容2没电，转由控制蓄电池1放电；当选用蓄电池1作为当前后备电源时，控制器5会控制电池充放电电路3从蓄电池1中获取电能供给直流母线，直至蓄电池1的电压降低至预设电池放电电压阈值以下结束蓄电池1的放电操作，以防止蓄电池1过放。然后，直流母线上的直流电经UPS设备中的DC/AC变换器逆变成交流电后继续供应给***负载使用，从而为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失。可见，本申请优先选用超级电容2作为当前后备电源，可在一定程度上减少了蓄电池1的充、放电次数，从而延长了蓄电池1的使用寿命。而且，当超级电容和蓄电池中其中一个后备电源出现故障时，另一个后备电源还可为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失，从而提高了后备电源整体的后备能力。
需要说明的是，超级电容2和蓄电池1直接挂接在直流母线上也可实现充电操作，本申请之所以设置电池充放电电路3和电容充放电电路4，是考虑到若超级电容2和蓄电池1直接挂接在直流母线上，直流母线的电压会被钳位在二者中电压较低的后备电源的电压大小，导致直流母线无法为二者中电压较高的后备电源充电。若设置电池充放电电路3和电容充放电电路4(由控制器5控制二者工作状态)，则可避免直流母线的电压被钳位的情况出现。
本发明提供了一种多源储能直流供电装置，应用于UPS设备。本申请的UPS设备的后备电源包括蓄电池和超级电容，考虑到超级电容的循环寿命远高于蓄电池的循环寿命，所以本申请在市电中断时优先使用超级电容为直流母线供电，待超级电容没电时再由蓄电池为直流母线供电，所以本申请在一定程度上降低了蓄电池的使用率，延长了蓄电池的使用寿命；而且，当超级电容和蓄电池中其中一个后备电源出现故障时，另一个后备电源还可为***提供一定的后备时间保存重要数据，以防止重要数据丢失，从而提高了后备电源整体的后备能力。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种多源储能直流供电装置的具体结构示意图。该多源储能直流供电装置在上述实施例的基础上：
作为一种可选地实施例，电池充放电电路3包括第一可控开关和第二可控开关；第一可控开关包括第一体二极管D1和第一开关管Q1，第二可控开关包括第二体二极管D2和第二开关管Q2；其中：
第一体二极管D1的阴极和第一开关管Q1的第一端连接且公共端接入直流母线的正极，第一体二极管D1的阳极分别与第一开关管Q1的第二端、第二体二极管D2的阳极及第二开关管Q2的第二端连接，第二体二极管D2的阴极和第二开关管Q2的第一端连接且公共端接入蓄电池1的正极，蓄电池1的负极接入直流母线的负极，第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端均与控制器5连接；
相应的，控制器5具体用于在控制蓄电池1进入充电状态时，控制第一开关管Q1导通且控制第二开关管Q2断开；在控制蓄电池1进入放电状态时，控制第一开关管Q1断开且控制第二开关管Q2导通。
具体地，本申请的电池充放电电路3包括第一可控开关(第一体二极管D1+第一开关管Q1)和第二可控开关(第二体二极管D2+第二开关管Q2)，其工作原理为：
当市电正常时，若蓄电池1需要充电，则控制器5控制第一开关管Q1导通且控制第二开关管Q2断开，直流母线上的电能便可通过第一开关管Q1和
第二体二极管D2进入蓄电池1，为蓄电池1充电。当蓄电池1两端的电压Vbatt到达预设电池满电电压时，控制器5便控制第一开关管Q1断开，从而结束蓄电池1的充电。
当市电中断时，若选择蓄电池1作为当前后备电源，则控制器5控制第一开关管Q1断开且控制第二开关管Q2导通，蓄电池1的电能便可通过第二开关管Q2和第一体二极管D1供给直流母线，从而维持直流母线为后续电路供电。当蓄电池1失去后备能力(如蓄电池1两端的电压Vbatt低于一定值，认为其失去后备能力)时，则控制器5控制第二开关管Q2断开，从而结束蓄电池1为直流母线供电。
作为一种可选地实施例，电容充放电电路4包括：
分别与直流母线、超级电容2及控制器5连接的降压充电电路；
分别与直流母线、超级电容2及控制器5连接的升压放电电路；
相应的，控制器5具体用于在控制超级电容2进入充电状态时，控制降压充电电路从直流母线上获取电能并降压后为超级电容2充电，直至其充满电；在控制超级电容2进入放电状态时，控制升压放电电路从超级电容2中获取电能供给直流母线。
具体地，本申请的电容充放电电路4包括降压充电电路和升压放电电路，其工作原理为：
考虑到超级电容2两端的电压可能不足够直流母线使用，所以本申请为超级电容2设置升压放电电路，以提高超级电容2的利用率，并为超级电容2设置降压充电电路，以合理为超级电容2充电。
当市电正常时，若超级电容2需要充电，则控制器5控制降压充电电路从直流母线上获取电能并降压后为超级电容2充电。当超级电容2两端的电压Vcap到达预设电容满电电压时，控制器5便控制降压充电电路停止从直流母线上获取电能为超级电容2充电，从而结束超级电容2的充电。
当市电中断时，若选择超级电容2作为当前后备电源，则控制器5控制升压放电电路从超级电容2中获取电能供给直流母线，从而维持直流母线为后续电路供电。当超级电容2失去后备能力(如超级电容2两端的电压Vcap低于一定值，认为其失去后备能力)时，则控制器5控制升压放电电路停止从超级电容2中获取电能供给直流母线，从而结束超级电容2为直流母线供电。
作为一种可选地实施例，电容充放电电路4包括第三可控开关、第四可控开关、第一电容C1、第二电容C2及电感L；第三可控开关包括第三体二极管D3和第三开关管Q3，第四可控开关包括第四体二极管D4和第四开关管Q4；其中：
第三开关管Q3和第四开关管Q4的控制端均与控制器5连接，第三体二极管D3的阴极分别与第三开关管Q3的第一端和第一电容C1的第一端连接且公共端接入直流母线的正极，第三体二极管D3的阳极分别与第三开关管Q3的第二端、第四体二极管D4的阴极、第四开关管Q4的第一端及电感L的第一端连接，电感L的第二端与第二电容C2的第一端连接且公共端接入超级电容2的正极，第二电容C2的第二端分别与第四体二极管D4的阳极、第四开关管Q4的第二端及第一电容C1的第二端连接，且公共端分别接入直流母线的负极和超级电容2的负极；
相应的，控制器5具体用于在控制超级电容2进入充电状态时，控制第三开关管Q3周期性导通且控制第四开关管Q4断开；在控制超级电容2进入放电状态时，控制第三开关管Q3断开且控制第四开关管Q4周期性导通。
进一步地，本申请的电容充放电电路4包括第三可控开关(第三体二极管D3+第三开关管Q3)、第四可控开关(第四体二极管D4+第四开关管Q4)、第一电容C1、第二电容C2及电感L，其工作原理为：
本申请的第一电容C1、第三开关管Q3、第四体二极管D4、电感L及第二电容C2构成降压充电电路，第二电容C2、电感L、第四开关管Q4、第三体二极管D3及第一电容C1构成升压放电电路。可见，本申请的降压充电电路和升压放电电路共用第一电容C1、第二电容C2、电感L，从而节省成本。
当市电正常时，若超级电容2需要充电，则控制器5控制第三开关管Q3周期性导通且控制第四开关管Q4断开，以从直流母线上获取电能并降压后为超级电容2充电。当超级电容2两端的电压Vcap到达预设电容满电电压时，控制器5便控制第三开关管Q3断开，从而结束超级电容2的充电。
当市电中断时，在超级电容2具备后备能力的情况下，超级电容2可在第一时间通过电感L和第三体二极管D3为直流母线供电，从而实现直流母线供电的无缝切换。同时，控制器5控制第三开关管Q3断开且控制第四开关管Q4周期性导通，以从超级电容2中获取电能并升压后供给直流母线，从而提高超级电容2的供电能力。当超级电容2失去后备能力时，则控制器5控制第四开关管Q4断开，从而结束超级电容2为直流母线供电。
作为一种可选地实施例，多源储能直流供电装置还包括用于为控制器5供电的供电电源；供电电源包括第一二极管D11、第二二极管D12及辅助电源6；其中：
第一二极管D11的阳极接入直流母线的正极，第二二极管D12的阳极接入超级电容2的正极，第一二极管D11的阴极与第二二极管D12的阴极连接且公共端接入辅助电源6的正极，辅助电源6的正极与控制器5的电源端连接，辅助电源6的负极与超级电容2的负极连接。
进一步地，本申请的多源储能直流供电装置还包括第一二极管D11、第二二极管D12及辅助电源6，其工作原理为：
辅助电源6经第一二极管D11从直流母线上取电储能，经第二二极管D12从超级电容2取电储能，之所以辅助电源6选择两路取电，是因为辅助电源6为控制器5供电，当其中一路电能中断时，还有另一路电能可使用，从而提高了控制器5的电源后备能力。
此外，本申请的控制器5可选用但不仅限于MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，本申请在此不做特别的限定。
作为一种可选地实施例，多源储能直流供电装置内的可控开关均选用MOS管；其中：
MOS管的源极作为可控开关的第一端，MOS管的漏极作为可控开关的第二端，MOS管的栅极作为可控开关的控制端。
具体地，本申请的可控开关均可选用但不仅限于MOS管，本申请在此不做特别的限定，只需相应满足上述实施例所提及的开关功能即可。
作为一种可选地实施例，当市电正常时，控制器5具体用于根据超级电容2和蓄电池1的电压，确定二者中电压较低的第一后备电源及电压较高的第二后备电源；控制与第一后备电源对应的第一充放电电路从直流母线上获取电能为第一后备电源充电，直至其充电电压与第二后备电源平衡后控制第一充放电电路和与第二后备电源对应的第二充放电电路，相应从直流母线上获取电能为第一后备电源和第二后备电源充电。
具体地，当超级电容2和蓄电池1均需要充电时，二者充电顺序策略设置如下：首先比较超级电容2和蓄电池1的电压，确定二者中电压较低的第一后备电源及电压较高的第二后备电源；然后对电压较低的第一后备电源先充电，待其充电到与电压较高的第二后备电源的电压平衡(二者电压大致相等认为二者电压平衡)时再对第一后备电源和第二后备电源同时充电，节约充电时间。
比如，超级电容2的电压小于蓄电池1的电压，当二者需要充电时，控制器5先控制电容充放电电路4从直流母线上获取电能为超级电容2充电，当超级电容2的电压与蓄电池1的电压平衡时，控制器5不仅控制电容充放电电路4从直流母线上获取电能为超级电容2充电，还控制电池充放电电路3从直流母线上获取电能为蓄电池1充电，从而为二者同时充电。
作为一种可选地实施例，当市电未中断时，控制器5还用于当直流母线上的电压小于预设第三电压阈值时，控制电池充放电电路3和电容充放电电路4停止从直流母线上获取电能，以停止为蓄电池1和超级电容2充电。
进一步地，考虑到直流母线上的电压Vdc较低时，其只能满足于甚至无法满足于***负载的供电要求，所以本申请在直流母线的电压较低时，不再为蓄电池1和超级电容2充电，只为***负载供电。具体地，本申请设置一个第三电压阈值，认为：直流母线上的电压Vdc小于所设第三电压阈值时，直流母线只为***负载供电。所以当市电未中断时，若直流母线上的电压小于预设第三电压阈值，则控制器5控制电池充放电电路3和电容充放电电路4停止从直流母线上获取电能，从而停止为蓄电池1和超级电容2充电。
此外，本申请的控制器5还可获取直流母线上的电流Idc，从而根据电流Idc、蓄电池1两端的电压Vbatt及蓄电池1的放电时间计算蓄电池1的容量，进而了解蓄电池1的容量衰减情况。
本发明还提供了一种UPS设备，包括上述任一种多源储能直流供电装置。
本申请提供的UPS设备的介绍请参考上述多源储能直流供电装置的实施例，本申请在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种多源储能直流供电装置，其特征在于，应用于不间断电源UPS设备，包括蓄电池和超级电容；还包括：
分别与所述UPS设备内的直流母线和所述蓄电池连接的电池充放电电路；
分别与所述直流母线和所述超级电容连接的电容充放电电路；
分别与所述电池充放电电路和所述电容充放电电路连接的控制器，用于当市电正常时，控制所述电池充放电电路和/或所述电容充放电电路，相应从所述直流母线上获取电能为所述蓄电池和/或所述超级电容充电；当市电中断时，控制所述电容充放电电路从所述超级电容中获取电能供给所述直流母线；当所述超级电容的电压降低至预设电容放电电压阈值以下且市电仍中断时，转由控制所述电池充放电电路从所述蓄电池中获取电能供给所述直流母线，直至所述蓄电池的电压降低至预设电池放电电压阈值以下；
所述电池充放电电路包括第一可控开关和第二可控开关；所述第一可控开关包括第一体二极管和第一开关管，所述第二可控开关包括第二体二极管和第二开关管；其中：
所述第一体二极管的阴极和所述第一开关管的第一端连接且公共端接入所述直流母线的正极，所述第一体二极管的阳极分别与所述第一开关管的第二端、所述第二体二极管的阳极及所述第二开关管的第二端连接，所述第二体二极管的阴极和所述第二开关管的第一端连接且公共端接入所述蓄电池的正极，所述蓄电池的负极接入所述直流母线的负极，所述第一开关管和第二开关管的控制端均与所述控制器连接；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述蓄电池进入充电状态时，控制所述第一开关管导通且控制所述第二开关管断开；在控制所述蓄电池进入放电状态时，控制所述第一开关管断开且控制所述第二开关管导通；
所述多源储能直流供电装置还包括用于为所述控制器供电的供电电源；所述供电电源包括第一二极管、第二二极管及辅助电源；其中：
所述第一二极管的阳极分别与所述直流母线的正极和所述电池充放电电路连接，所述第二二极管的阳极接入所述超级电容的正极，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极连接且公共端接入所述辅助电源的正极，所述辅助电源的正极与所述控制器的电源端连接，所述辅助电源的负极与所述超级电容的负极连接。
2.如权利要求1所述的多源储能直流供电装置，其特征在于，所述电容充放电电路包括：
分别与所述直流母线、所述超级电容及所述控制器连接的降压充电电路；
分别与所述直流母线、所述超级电容及所述控制器连接的升压放电电路；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述超级电容进入充电状态时，控制所述降压充电电路从所述直流母线上获取电能并降压后为所述超级电容充电，直至其充满电；在控制所述超级电容进入放电状态时，控制所述升压放电电路从所述超级电容中获取电能供给所述直流母线。
3.如权利要求2所述的多源储能直流供电装置，其特征在于，所述电容充放电电路包括第三可控开关、第四可控开关、第一电容、第二电容及电感；所述第三可控开关包括第三体二极管和第三开关管，所述第四可控开关包括第四体二极管和第四开关管；其中：
所述第三开关管和所述第四开关管的控制端均与所述控制器连接，所述第三体二极管的阴极分别与所述第三开关管的第一端和所述第一电容的第一端连接且公共端接入所述直流母线的正极，所述第三体二极管的阳极分别与所述第三开关管的第二端、所述第四体二极管的阴极、所述第四开关管的第一端及所述电感的第一端连接，所述电感的第二端与所述第二电容的第一端连接且公共端接入所述超级电容的正极，所述第二电容的第二端分别与所述第四体二极管的阳极、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的第二端连接，且公共端分别接入所述直流母线的负极和所述超级电容的负极；
相应的，所述控制器具体用于在控制所述超级电容进入充电状态时，控制所述第三开关管周期性导通且控制所述第四开关管断开；在控制所述超级电容进入放电状态时，控制所述第三开关管断开且控制所述第四开关管周期性导通。
4.如权利要求1或3所述的多源储能直流供电装置，其特征在于，所述多源储能直流供电装置内的可控开关均选用MOS管；其中：
所述MOS管的源极作为所述可控开关的第一端，所述MOS管的漏极作为所述可控开关的第二端，所述MOS管的栅极作为所述可控开关的控制端。
5.如权利要求1-3任一项所述的多源储能直流供电装置，其特征在于，当市电正常时，所述控制器具体用于根据所述超级电容和所述蓄电池的电压，确定二者中电压较低的第一后备电源及电压较高的第二后备电源；控制与所述第一后备电源对应的第一充放电电路从所述直流母线上获取电能为所述第一后备电源充电，直至其充电电压与所述第二后备电源平衡后控制所述第一充放电电路和与所述第二后备电源对应的第二充放电电路，相应从所述直流母线上获取电能为所述第一后备电源和所述第二后备电源充电。
6.如权利要求5所述的多源储能直流供电装置，其特征在于，当所述市电未中断时，所述控制器还用于当所述直流母线上的电压小于预设第三电压阈值时，控制所述电池充放电电路和所述电容充放电电路停止从所述直流母线上获取电能，以停止为所述蓄电池和所述超级电容充电。
7.一种UPS设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的多源储能直流供电装置。
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