CN112803459A - 一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了不间断电源技术领域的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源及使用方法，不间断电源包括：控制器；显示屏，与控制器连接；开关电源，与控制器连接；UPS，与控制器以及开关电源连接；电池控制箱，与控制器以及UPS连接；锂电池组，与电池控制箱连接；快速充电机，与电池控制箱连接；电表，与控制器连接；第一交流接触器，一端与电表连接，另一端与UPS连接；第二交流接触器，一端与第一交流接触器连接，另一端与快速充电机连接；第一继电器，一端与控制器连接，另一端与第一交流接触器连接；第二继电器，一端与控制器连接，另一端与第二交流接触器连接。本发明的优点在于：极大的提升了不间断电源使用的便捷性，降低了使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及不间断电源技术领域，特别指一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源及使用方法。
背景技术
在移动大功率交流供电需求或者长时间不间断供电需求的场景下，需要UPS(Uninterruptable Power Supply)在市电断开后提供较长时间的交流电，如电动汽车救援充电车、医用UPS、无人值守站点等。
传统的UPS大多使用铅酸电池供电，存在体积大、重量大、备电量低的问题，而相同体积的锂离子电池可以支撑交流负载更长时间离网工作，因此采用锂离子电池的UPS成为新的发展趋势。磷酸铁锂电池是锂离子电池的一种，全寿命周期可以充放电3000次左右，但在现有UPS单纯备电模式下，年平均只用到4～6次，是极大的浪费。对于移动场景应用的UPS，随时需要进入离网状态，但传统的UPS不具备快充功能，一定程度限制了UPS的应用。
因此，如何提供一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源及使用方法，实现提升不间断电源使用的便捷性，降低使用成本，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源及使用方法，实现提升不间断电源使用的便捷性，降低使用成本。
第一方面，本发明提供了一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，包括：
控制器；
显示屏，与所述控制器连接；
开关电源，与所述控制器连接；
UPS，与所述控制器以及开关电源连接；
电池控制箱，与所述控制器以及UPS连接；
锂电池组，与所述电池控制箱连接；
快速充电机，与所述电池控制箱连接；
电表，与所述控制器连接；
第一交流接触器，一端与所述电表连接，另一端与所述UPS连接；
第二交流接触器，一端与所述第一交流接触器连接，另一端与所述快速充电机连接；
第一继电器，一端与所述控制器连接，另一端与所述第一交流接触器连接；
第二继电器，一端与所述控制器连接，另一端与所述第二交流接触器连接。
进一步地，所述显示屏为触摸显示屏。
进一步地，所述电池控制箱包括：
第一BMS，分别与所述UPS以及锂电池组连接；
第三继电器，分别与所述第一BMS、UPS以及锂电池组连接。
进一步地，所述锂电池组包括：
若干个磷酸铁锂电池；各所述磷酸铁锂电池均包括一第二BMS以及一电芯；各所述第二BMS以及电池控制箱通过CAN总线连接；所述电芯的一端与第二BMS连接，另一端与所述电池控制箱连接。
进一步地，还包括：
传感器组，与所述控制器连接。
进一步地，所述传感器组至少包括：
水浸传感器，与所述控制器连接；
烟雾传感器，与所述控制器连接；
门禁传感器，与所述控制器连接；
温度传感器，与所述控制器连接。
第二方面，本发明提供了一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的使用方法，包括如下步骤：
步骤S10、对不间断电源进行上电以及自检；
步骤S20、控制器设定一SOC上限阈值、一SOC下限阈值以及平时段、谷时段和峰时段对应的时间段，通过电池控制箱获取锂电池组的实时SOC；
步骤S30、控制器判断当前时间处于平时段、谷时段还是峰时段，若是平时段，则进入步骤S40；若是谷时段，则进入步骤S50；若是峰时段，则进入步骤S70；
步骤S40、控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给锂电池组以及负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S50、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则导通第一交流接触器以及第二交流接触器，利用快速充电机给锂电池组进行快速充电，利用UPS给负载缓充，并进入步骤S60；若否，则控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S60、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则进入步骤S50；若否，则控制器断开第二交流接触器，让快速充电机待机，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S70、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S80、断开第一交流接触器以及第二交流接触器，UPS进入保电模式，通过电池控制箱控制锂电池组进行逆变放电给负载充电；
步骤S90、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S100、对不间断电源进行关机操作。
进一步地，所述步骤S10具体包括：
步骤S11、对不间断电源进行上电；
步骤S12、控制器进行开机自检，判断是否存在故障，若是，则进入步骤S13；若否，则进入步骤S20；
步骤S13、关闭UPS后，进行故障处理，判断故障是否恢复，若是，则启动UPS，并进入步骤S20；若否，则断开第一交流接触器以及第二交流接触器，关闭UPS，并进入步骤S100。
本发明的优点在于：
1、通过采用磷酸铁锂电池组成锂电池组，相对于传统的铅酸电池，体积更小，重量更小，可以支撑交流负载更长时间离网工作；通过设置快速充电机，能对锂电池组进行快速充电，满足移动用电场景下随时需要离网运行的需求，进而极大的提升了不间断电源使用的便捷性。
2、通过设置UPS、控制器、电池控制箱、锂电池组、第一继电器、第二继电器、第一交流接触器以及第二交流接触器，当当前时间处于谷时段，可利用快速充电机或者UPS给锂电池组充电，当当前时间处于峰时段，将锂电池组的电逆变给负载使用，即配合电网在交流侧进行削峰填谷控制，以降低交流负载对电网的用电量，可大大减轻电网的负荷，并利用峰谷用电差价创造经济价值，即极大的降低了不间断电源的使用成本。
3、通过在磷酸铁锂电池内设置第二BMS，即采用单独的BMS软硬件来监测磷酸铁锂电池的电压、电流、温度等数据，相对于传统上采用UPS自检测，保护等级由电池堆级更进一步到电芯级，数据更丰富，结果更准确。
4、通过设置第一继电器、第二继电器、第一交流接触器以及第二交流接触器来控制锂电池组的充放电，对UPS的要求更低，可以兼容大部分型号的UPS，不需要使用专用的具有削峰填谷功能的UPS。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的电路原理框图。
图2是本发明电池控制箱及锂电池组的电路原理框图。
图3是本发明传感器组的电路原理框图。
图4是本发明一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的使用方法的流程图。
标记说明：
100-一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，1-控制器，2-显示屏，3-开关电源，4-UPS，5-电池控制箱，6-锂电池组，7-快速充电机，8-电表，9-第一交流接触器，10-第二交流接触器，11-第一继电器，12-第二继电器，13-传感器组，51-第一BMS，52-第三继电器，61-磷酸铁锂电池，611-第二BMS，612-电芯，131-水浸传感器，132-烟雾传感器，133-门禁传感器，134-温度传感器。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：通过采用磷酸铁锂电池组61成锂电池组6，减小体积和重量，支撑交流负载更长时间离网工作；通过快速充电机7对锂电池组6进行快速充电，以提升不间断电源100使用的便捷性；通过配合电网在交流侧进行削峰填谷控制，即在保留锂电池组6备电必须的容量前提下，将多余的电池容量用于在峰时段释放，在谷时段充电存储电能，通过峰谷价差降低电费，以降低不间断电源100的使用成本。
请参照图1至图4所示，本发明一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源100的较佳实施例，包括：
控制器1，用于控制所述不间断电源100，控制交流配电电路实现削峰填谷功能，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的控制器即可，并不限于何种型号，例如各种单片机、MCU计算机等，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；
显示屏2，与所述控制器1连接，用于操作所述不间断电源100；
开关电源3，与所述控制器1连接，用于将220V电压转换为24V电压给所述控制器1供电；
UPS4，与所述控制器1以及开关电源3连接；所述UPS4还与负载(未图示)连接，给负载供电；
电池控制箱5，与所述控制器1以及UPS4连接，用于控制所述锂电池组6的充放电，并采集所述锂电池组6的电压、电流、温度等数据，对所述锂电池组6进行监控保护与充放电保护；所述电池控制箱5还可包括对外预充电路(未图示)、正极母线充放电控制电路(未图示)、负极母线断开保护电路(未图示)、从电池直流母线取电的开关电源(未图示)，具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的电路即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；
锂电池组6，与所述电池控制箱5连接，用于给负载供电；
快速充电机7，与所述电池控制箱5连接，用于给所述锂电池组6快速充电，满足移动使用场景；所述快速充电机7也通过监控直流母线(未图示)的电压状态来判定锂电池组6的荷电状态，在直流母线电压异常时自动进入待机状态，起到保护所述锂电池组6的作用；
电表8，与所述控制器1连接，用于对电量进行计量，并将计量的数据通过RS485传输给所述控制器1；
第一交流接触器9，一端与所述电表8连接，另一端与所述UPS4连接，用于控制交流总输入；
第二交流接触器10，一端与所述第一交流接触器9连接，另一端与所述快速充电机7连接，用于控制所述快速充电机7；
第一继电器11，一端与所述控制器1连接，另一端与所述第一交流接触器9连接，用于控制所述第一交流接触器9的通断；
第二继电器12，一端与所述控制器1连接，另一端与所述第二交流接触器10连接，用于控制所述第二交流接触器10的通断。
所述显示屏2为触摸显示屏，便于操作所述不间断电源100。
所述电池控制箱5包括：
第一BMS51，分别与所述UPS4以及锂电池组6连接；
第三继电器52，分别与所述第一BMS51、UPS4以及锂电池组6连接；所述第三继电器52受第一BMS51控制，连通所述UPS4以及锂电池组6。
所述锂电池组6包括：
若干个磷酸铁锂电池61；各所述磷酸铁锂电池61均包括一第二BMS611以及一电芯612；各所述第二BMS611以及电池控制箱5通过CAN总线连接；所述电芯612的一端与第二BMS611连接，另一端与所述电池控制箱5连接。即各所述磷酸铁锂电池61之间通过CAN进行通信。
还包括：
传感器组13，与所述控制器1连接。
所述传感器组13至少包括：
水浸传感器131，与所述控制器1连接；
烟雾传感器132，与所述控制器1连接；
门禁传感器133，与所述控制器1连接；
温度传感器134，与所述控制器1连接。
本发明一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的使用方法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、对不间断电源进行上电以及自检；
步骤S20、通过显示屏操作控制器设定一SOC上限阈值、一SOC下限阈值以及平时段、谷时段和峰时段对应的时间段，通过电池控制箱获取锂电池组的实时SOC；SOC即电池荷电状态，用来反映电池的剩余电量情况，其定义为当前可用容量占初始容量的百分比；
步骤S30、控制器判断当前时间处于平时段、谷时段还是峰时段，若是平时段，则进入步骤S40；若是谷时段，则进入步骤S50；若是峰时段，则进入步骤S70；
步骤S40、控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给锂电池组以及负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S50、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则导通第一交流接触器以及第二交流接触器，利用快速充电机给锂电池组进行快速充电，利用UPS给负载缓充，并进入步骤S60；若否，则控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S60、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则进入步骤S50；若否，则控制器断开第二交流接触器，让快速充电机待机，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S70、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S80、断开第一交流接触器以及第二交流接触器，UPS进入保电模式，通过电池控制箱控制锂电池组进行逆变放电给负载充电；
步骤S90、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S100、对不间断电源进行关机操作。
控制器在实现削峰填谷和快速充电控制的同时，通过电表监控交流电能和交流电网状态；通过监控交流电能，结合当前的控制状态，控制器可以判断出下发的控制命令执行情况以及***的工作状态；通过监控交流电网的电压、电流状态，控制器可以下发保护动作命令，使UPS提前进入电池逆变状态，输出稳定可靠的交流电能给到负载，起到保护负载的作用。
所述步骤S10具体包括：
步骤S11、对不间断电源进行上电；
步骤S12、控制器进行开机自检，判断是否存在故障，若是，则进入步骤S13；若否，则进入步骤S20；
步骤S13、关闭UPS后，进行故障处理，判断故障是否恢复，若是，则启动UPS，并进入步骤S20；若否，则断开第一交流接触器以及第二交流接触器，关闭UPS，并进入步骤S100。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过采用磷酸铁锂电池组成锂电池组，相对于传统的铅酸电池，体积更小，重量更小，可以支撑交流负载更长时间离网工作；通过设置快速充电机，能对锂电池组进行快速充电，满足移动用电场景下随时需要离网运行的需求，进而极大的提升了不间断电源使用的便捷性。
2、通过设置UPS、控制器、电池控制箱、锂电池组、第一继电器、第二继电器、第一交流接触器以及第二交流接触器，当当前时间处于谷时段，可利用快速充电机或者UPS给锂电池组充电，当当前时间处于峰时段，将锂电池组的电逆变给负载使用，即配合电网在交流侧进行削峰填谷控制，以降低交流负载对电网的用电量，可大大减轻电网的负荷，并利用峰谷用电差价创造经济价值，即极大的降低了不间断电源的使用成本。
3、通过在磷酸铁锂电池内设置第二BMS，即采用单独的BMS软硬件来监测磷酸铁锂电池的电压、电流、温度等数据，相对于传统上采用UPS自检测，保护等级由电池堆级更进一步到电芯级，数据更丰富，结果更准确。
4、通过设置第一继电器、第二继电器、第一交流接触器以及第二交流接触器来控制锂电池组的充放电，对UPS的要求更低，可以兼容大部分型号的UPS，不需要使用专用的具有削峰填谷功能的UPS。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：包括：
控制器；
显示屏，与所述控制器连接；
开关电源，与所述控制器连接；
UPS，与所述控制器以及开关电源连接；
电池控制箱，与所述控制器以及UPS连接；
锂电池组，与所述电池控制箱连接；
快速充电机，与所述电池控制箱连接；
电表，与所述控制器连接；
第一交流接触器，一端与所述电表连接，另一端与所述UPS连接；
第二交流接触器，一端与所述第一交流接触器连接，另一端与所述快速充电机连接；
第一继电器，一端与所述控制器连接，另一端与所述第一交流接触器连接；
第二继电器，一端与所述控制器连接，另一端与所述第二交流接触器连接。
2.如权利要求1所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏。
3.如权利要求1所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：所述电池控制箱包括：
第一BMS，分别与所述UPS以及锂电池组连接；
第三继电器，分别与所述第一BMS、UPS以及锂电池组连接。
4.如权利要求1所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：所述锂电池组包括：
若干个磷酸铁锂电池；各所述磷酸铁锂电池均包括一第二BMS以及一电芯；各所述第二BMS以及电池控制箱通过CAN总线连接；所述电芯的一端与第二BMS连接，另一端与所述电池控制箱连接。
5.如权利要求1所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：还包括：
传感器组，与所述控制器连接。
6.如权利要求5所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源，其特征在于：所述传感器组至少包括：
水浸传感器，与所述控制器连接；
烟雾传感器，与所述控制器连接；
门禁传感器，与所述控制器连接；
温度传感器，与所述控制器连接。
7.一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的使用方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至6任一项所述的不间断电源，包括如下步骤：
步骤S10、对不间断电源进行上电以及自检；
步骤S20、控制器设定一SOC上限阈值、一SOC下限阈值以及平时段、谷时段和峰时段对应的时间段，通过电池控制箱获取锂电池组的实时SOC；
步骤S30、控制器判断当前时间处于平时段、谷时段还是峰时段，若是平时段，则进入步骤S40；若是谷时段，则进入步骤S50；若是峰时段，则进入步骤S70；
步骤S40、控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给锂电池组以及负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S50、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则导通第一交流接触器以及第二交流接触器，利用快速充电机给锂电池组进行快速充电，利用UPS给负载缓充，并进入步骤S60；若否，则控制器导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S60、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC上限阈值，若是，则进入步骤S50；若否，则控制器断开第二交流接触器，让快速充电机待机，通过UPS给负载缓充，充电完成后进入步骤S100；
步骤S70、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S80、断开第一交流接触器以及第二交流接触器，UPS进入保电模式，通过电池控制箱控制锂电池组进行逆变放电给负载充电；
步骤S90、控制器判断所述实时SOC是否小于等于SOC下限阈值，若是，则导通第一交流接触器，断开第二交流接触器，利用UPS给锂电池组和负载进行缓充，充电完成后进入步骤S100；若否，则进入步骤S80；
步骤S100、对不间断电源进行关机操作。
8.如权利要求7所述的一种具备削峰填谷和快充功能的不间断电源的使用方法，其特征在于：所述步骤S10具体包括：
步骤S11、对不间断电源进行上电；
步骤S12、控制器进行开机自检，判断是否存在故障，若是，则进入步骤S13；若否，则进入步骤S20；
步骤S13、关闭UPS后，进行故障处理，判断故障是否恢复，若是，则启动UPS，并进入步骤S20；若否，则断开第一交流接触器以及第二交流接触器，关闭UPS，并进入步骤S100。
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