一種后備電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種后備電源系統(tǒng)，其包括備用電源母線；連接于所述備用電源母線的至少兩個蓄電池組；充電器，用于為蓄電池組充電；充電母線，用于將充電器連接至蓄電池組；充電電流檢測裝置，用于檢測每一蓄電池組的充電電流以得到相應(yīng)的充電電流測量信號；充電控制單元，用于根據(jù)充電電流測量信號控制充電器的輸出電流；其中，每一蓄電池組與備用電源母線之間連接有一第一隔離二極管；每一蓄電池組與充電母線之間連接有一第二隔離二極管。實施本實用新型，能夠避免出現(xiàn)大電流環(huán)流的風(fēng)險，且能夠減少電池維護工作量、降低維護難度。
【專利說明】一種后備電源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電源管理，更具體地說，涉及一種后備電源系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在的備用電源(UPS)、高壓直流輸電(HVDC)、t_HVDC(基于工頻變壓器的直流不間斷電源系統(tǒng))、應(yīng)急電源(EPS)等系統(tǒng)都要配置蓄電池組作為儲能元件，在市電出現(xiàn)斷電或低電壓等事件時向負載提供暫時的電力支撐，直到市電恢復(fù)正常。該技術(shù)措施可以十分有效的拯救由于電力波動、停電等造成的損失。蓄電池組在這方面起到了非常重要的作用。配置多個蓄電池組的系統(tǒng)在也是業(yè)內(nèi)經(jīng)常使用的一種解決方案，其可以提高可靠性，可以延長系統(tǒng)斷電支撐時間，還可以在需要時單獨離線實現(xiàn)維護。電池組離線維護后恢復(fù)并排操作歷來是件麻煩的事，必須調(diào)整離線電池組和在線電池組的端電壓，必須使得端電壓一致，否則會造成大電流環(huán)流，損壞電池組并引發(fā)其他系統(tǒng)故障?，F(xiàn)在電池離線維護結(jié)束后，通過對將要并入系統(tǒng)的電池組采取單獨的充電器離線單個充電，直到電池端電壓達到允許的電壓范圍。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中配置有多個蓄電池組的后備電源系統(tǒng)，由于需要人工對蓄電池組的端電壓進行繁瑣的調(diào)整控制，存在維護工作量大、維護難度高且風(fēng)險大的缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有配置多個蓄電池組的電源系統(tǒng)為避免因各蓄電池組的端電壓不一致造成大電流環(huán)流，需要人工對蓄電池組的端電壓進行調(diào)整，存在維護工作量大、維護難度高的缺陷，提供一種能夠防止大電流環(huán)流且自動控制充電電流的后備電源系統(tǒng)。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種后備電源系統(tǒng)，包括:
[0006]用于連接用電設(shè)備的備用電源母線；
[0007]連接于所述備用電源母線、用于向用電設(shè)備提供備用電源的至少兩個蓄電池組；
[0008]用于為所述蓄電池組充電的充電器；
[0009]將所述充電器連接至所述蓄電池組的充電母線；
[0010]用于檢測每一蓄電池組的充電電流以得到多個充電電流測量信號的充電電流檢測裝置；
[0011]用于根據(jù)所述多個充電電流測量信號控制所述充電器的輸出電流的充電控制單元；其中，
[0012]每一蓄電池組與所述備用電源母線之間連接有一第一隔離二極管，且第一隔離二極管的正極接蓄電池組、負極接備用電源母線；
[0013]每一蓄電池組與所述充電母線之間連接有一第二隔離二極管，且第二隔離二極管的負極接蓄電池組、正極接充電母線。
[0014]在本實用新型所述的后備電源系統(tǒng)中，每一蓄電池組與后備電源母線之間連接有保險管。
[0015]在本實用新型所述的后備電源系統(tǒng)中，所述充電器與所述充電母線之間連接有第三隔離二極管，且所述第三隔離二極管的正極接充電器、負極接充電母線。
[0016]在本實用新型所述的后備電源系統(tǒng)中，所述充電電流檢測裝置包括與所述蓄電池組的數(shù)量相等的多個電流互感器，每一蓄電池組與充電母線之間設(shè)置有一個所述電流互感器。
[0017]在本實用新型所述的后備電源系統(tǒng)中，所述充電控制單元包括可編程控制器或嵌入式電腦。
[0018]實施本實用新型，具有以下有益效果:由于采用了二組隔離二極管，使得蓄電池組的備用電源母線和充電母線得以隔離，避免了出現(xiàn)大電流環(huán)流的風(fēng)險。第一隔離二極管，使得蓄電池組在放電回路上實現(xiàn)隔離，阻斷了蓄電池組間相互充放的可能。第二隔離二極管，使得充電器只能對低電壓蓄電池組實現(xiàn)充電，當具有低電壓特征的需要補充電的蓄電池組并入系統(tǒng)，充電器一定只對其充電，高電壓蓄電池組被第二隔離二極管阻斷。從而大大減少了電池維護工作量、降低了維護難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0020]圖1是本實用新型后備電源系統(tǒng)第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本實用新型后備電源系統(tǒng)第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是用于本實用新型后備電源系統(tǒng)的平衡充電控制方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0023]如圖1所示的實施例中，后備電源系統(tǒng)10包括充電器1、三個蓄電池組B1、B2、B3、充電母線3、備用電源母線5、充電電流檢測裝置7、充電控制單元9、三個第一隔離二極管D1、D2、D3以及三個第二隔離二極管DC1、DC2、DC3。I1、12、13分別是三個蓄電池組B1、B2、B3充電回路上的充電電流。
[0024]充電器I用于為三個蓄電池組B1、B2、B3充電，充電母線3將充電器連接至蓄電池組。備用電源母線5用于連接用電設(shè)備，蓄電池組B1、B2、B3連接于所述備用電源母線，以向用電設(shè)備提供備用電源。
[0025]充電電流檢測裝置7用于檢測每一蓄電池組的充電電流以得到多個充電電流測量信號。充電控制單元9連接于充電電流檢測裝置7和充電器I，其根據(jù)多個充電電流測量信號控制充電器的輸出電流。
[0026]如圖所示，每一蓄電池組與備用電源母線之間都連接有一第一隔離二極管，且第一隔離二極管的正極接蓄電池組、負極接備用電源母線。例如，第一隔離二極管Dl連接在第一蓄電池組BI與備用電源母線之間，第一隔離二極管D2連接在第二蓄電池組B2與備用電源母線之間，第一隔離二極管D3連接在第三蓄電池組B3與備用電源母線之間。
[0027]每一蓄電池組與所述充電母線之間連接有一第二隔離二極管，且第二隔離二極管的負極接蓄電池組、正極接充電母線。例如，第二隔離二極管DCl連接在第一蓄電池組BI與充電母線之間，第二隔離二極管DC2連接在第二蓄電池組B2與充電母線之間，第二隔離二極管DC3連接在第三蓄電池組B3與充電母線之間。
[0028]本實用新型后備電源系統(tǒng)通過第一、第二隔離二極管使得充電母線和后備電源母線分開，當蓄電池組端電壓都一致時，二母線電壓相等；假如多個蓄電池組中有電壓不等，或有低電壓電池組存在時，二母線電壓出現(xiàn)不等，充電母線電壓等同于低電壓電池組的端電壓，后備電源母線電壓等同于高電壓電池組的端電壓，由于隔離二極管的作用，阻斷了后備電源母線與充電母線之間的電路，保證系統(tǒng)不出現(xiàn)環(huán)流，也就是說，高電壓電池組不會向低電壓電池組充電。
[0029]本實用新型中，充電電流檢測裝置7可以使用電流互感器實現(xiàn)、或者使用分流器加電壓隔離變送器實現(xiàn)、或者使用本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉的任何其他能夠檢測電路電流的裝置來實現(xiàn)。
[0030]如圖2所示的實施例中，后備電源系統(tǒng)20包括四個蓄電池組B1、B2、B3和B4、四個第一隔離二極管Dl?D4以及四個第二隔離二極管DCl?DC4。圖2實施例中的后備電源系統(tǒng)20是在圖1實施例中的后備電源系統(tǒng)10的基礎(chǔ)上作出的進一步改進。
[0031]在圖2的實施例中，充電電流檢測裝置7使用電流互感器CTl?CT4實現(xiàn)，每一個蓄電池組與充電母線3之間都連接有一個電流互感器。電流互感器輸出的充電電流測量信號被送至充電控制單元(圖2中未示出)。
[0032]另外，每一蓄電池組與相應(yīng)的第一隔離二極管的正極之間連接有相應(yīng)的保險管Fl?F4 ;可以理解地，保險管Fl?F4也可設(shè)置在后備電源母線5與相應(yīng)的第一隔離二極管負極之間。設(shè)置保險管Fl?F4的作用是避免電路短路造成故障擴大。
[0033]再有，在充電器I與充電母線3之間連接有第三隔離二極管DM，且第三隔離二極管的正極接充電器、負極接充電母線3。設(shè)置第三隔離二極管DM是出于系統(tǒng)安全考慮。
[0034]需要說明的是，蓄電池組的數(shù)量不限于以上實施例，還可以是2個、或者5個以上。
[0035]在本實用新型的后備電源系統(tǒng)中，由于充電電流檢測裝置7可以分別檢測出每個條充電回路上的充電電流(例如圖2實施例中每個蓄電池組都有單獨帶相應(yīng)電流傳感器CTl?CT4的充電回路)，充電控制系統(tǒng)就可以限制電池組中最大電流的那組電池電流。從而保護充電電流在0.1C范圍內(nèi)運行。其中C代表電池組10小時放電率下的容量單位，例如100AH表明該電池100A持續(xù)電流條件下放電I小時，1A放電持續(xù)10小時。
[0036]本實用新型的后備電源系統(tǒng)中，采用了一種平衡充電控制方法，其中包括以下限流控制策略:
[0037]當多個充電電流測量信號表明全部蓄電池組中有任意一蓄電池組的充電電流超過預(yù)定最大允許充電電流時，降低充電器的輸出電流；且
[0038]當多個充電電流測量信號表明全部蓄電池組中每一蓄電池組的充電電流均低于預(yù)定最大允許充電電流時，增大充電器的輸出電流，直到充電電壓值達到浮充恒壓電壓值。
[0039]換一種說法，本實用新型后備電源系統(tǒng)中的限流控制策略如下:
[0040]當Il > IMAX、或 12 > IMAX、或 13 > IMAX、或 14 > IMAX, PLC 調(diào)整 1ut 下降；
[0041]當Il < IMAX、和 12 < IMAX、和 13 < IMAX、和 14 < IMAX, PLC 調(diào)整 1ut 上升；
[0042]直到系統(tǒng)充電電壓值達到浮充恒壓電壓值，整個自動調(diào)整過程結(jié)束。
[0043]其中
[0044]I1、12、13、14為蓄電池組B1、B2、B3、B4的充電電流，例如由CTl?CT4各自測到；
[0045]IMAX為單個蓄電池組的最大允許充電電流(或稱為預(yù)定最大允許充電電流);
[0046]1ut = Σ 11?14為總充電電流，是4個電流互感器所測電流之和，其等于充電器的輸出電流。
[0047]充電器限流控制策略由系統(tǒng)充電控制PLC或嵌入電腦實現(xiàn)控制。也就是說充電控制單元9可包括可編程控制器(PLC)或嵌入式電腦。
[0048]圖3是用于本實用新型后備電源系統(tǒng)的平衡充電控制方法的流程圖。該平衡充電控制方法主要包括信號預(yù)處理步驟、比較步驟及控制信號產(chǎn)生步驟。
[0049]如圖3所示，在信號預(yù)處理步驟310，接收并處理多個充電電流測量信號，以產(chǎn)生相應(yīng)的多個數(shù)字值。該多個數(shù)字值中的每一個分別與多個蓄電池組之一的充電電流相對應(yīng)。
[0050]在比較步驟320，將步驟310中得到的多個數(shù)字值分別與一預(yù)定閾值進行比較。該預(yù)定閾值與單個蓄電池組的最大允許充電電流相對應(yīng)。
[0051]控制信號產(chǎn)生步驟包括多個判斷步驟和執(zhí)行步驟，如下:
[0052]在第一判斷步驟330，判斷多個數(shù)字值中是否有任意一個超過預(yù)定閾值。
[0053]在第二判斷步驟340，判斷多個數(shù)字值中的每一個是否都小于預(yù)定閾值。
[0054]在第三判斷步驟350，判斷充電電壓值是否達到浮充恒壓電壓值。
[0055]當在步驟330中，只要確認多個數(shù)字值中有一個數(shù)字值超過預(yù)定閾值，則進入步驟335，發(fā)送第一控制信號，用以降低充電器輸出電流，使得每一個蓄電池組的充電電流均不超過預(yù)定最大允許充電電流。之后，返回步驟310。
[0056]當在步驟330中，若多個數(shù)字值均未超過預(yù)定閾值時，則進入第二判斷步驟340。
[0057]在步驟340中，若多個數(shù)字值全部都小于預(yù)定閾值，進入步驟350 ;反之，返回步驟310。
[0058]在步驟350中，若確認充電電壓值未達到浮充恒壓電壓值，則進入步驟355，發(fā)送第二控制信號，用增大充電器輸出電流。反之，則進入步驟360，進行恒壓浮充，一次完整的充電過程完成。
[0059]在步驟335當所述多個數(shù)字值中有任意一個超過所述預(yù)定閾值時，；及
[0060]在步驟355之后，返回步驟310。
[0061]本實用新型的平衡充電控制方法中，步驟310?步驟355反復(fù)執(zhí)行，使得每一個蓄電池組的充電電流均不超過預(yù)定最大允許充電電流，即以恒流充電，直到充電電壓值達到浮充恒壓電壓值。
[0062]在實際應(yīng)用中，數(shù)套直流不間斷電源，總裝機備份電源容量分別為:例如4組(150AH, 480VDC) 890KW電機斷電保護3分鐘，3組(100AH，480VDC) 389KW電機斷電保護3分鐘。由于系統(tǒng)的電池組數(shù)量大于一套，所以存在電池組離線維護問題，采用本實用新型的技術(shù)方案后，簡化了維護工作。
[0063]在一個實例中，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案，可以提供t-HVDC系統(tǒng)，輸出電壓標稱值240V，輸出電流400?1200A斷電保護時間30min。系統(tǒng)的電池組配置可以是2?4組。該t-HVDC系統(tǒng)可用于數(shù)據(jù)網(wǎng)站的IDC機房等行業(yè)，由于一個機房配置的系統(tǒng)較多，系統(tǒng)維護尤其是蓄電池組的維護工作量較多。實施本實用新型的技術(shù)方案，能夠減少維護工作量，降低維護成本，并風(fēng)險控制到最低。
[0064]本實用新型的技術(shù)方案可應(yīng)用于所有的以蓄電池組為備份電源的裝置，只要電池組數(shù)大于I。
[0065]需要說明的是，本實用新型的技術(shù)方案中，除了以分離元件形式實現(xiàn)外，第一隔離二極管Dl?D4還可以集成在一個芯片上構(gòu)成第一隔離二極管模塊，同樣，第二隔離二極管DCl?DC4也可以集成在一個芯片上構(gòu)成第二隔離二極管模塊。
[0066]本實用新型的技術(shù)方案中，蓄電池組的備用電源母線和蓄電池組充電母線在二組隔離二極管模塊的支撐下實現(xiàn)分離。第一隔離二極管模塊，使得蓄電池組在放電回路上實現(xiàn)隔離，阻斷了蓄電池組間相互充放的可能，即一組蓄電池不可能對除了備用電源母線以外的回路放電，包括不能對其他蓄電池組充電。第二隔離二極管模塊，使得充電器只能對低電壓蓄電池組實現(xiàn)充電，當具有低電壓特征的需要補充電的蓄電池組并入系統(tǒng)，充電器一定只對其充電，高電壓電池組被第二隔離二極管阻斷。因此，充電控制單元能十分便利地辨識出充電限流的控制點。
【權(quán)利要求】
1.一種后備電源系統(tǒng)，包括: 用于連接用電設(shè)備的備用電源母線； 連接于所述備用電源母線、用于向用電設(shè)備提供備用電源的至少兩個蓄電池組； 其特征在于，所述后備電源系統(tǒng)還包括: 用于為所述蓄電池組充電的充電器； 將所述充電器連接至所述蓄電池組的充電母線； 用于檢測每一蓄電池組的充電電流以得到多個充電電流測量信號的充電電流檢測裝置； 用于根據(jù)所述多個充電電流測量信號控制所述充電器的輸出電流的充電控制單元； 其中， 每一蓄電池組與所述備用電源母線之間連接有一第一隔離二極管，且第一隔離二極管的正極接蓄電池組、負極接備用電源母線； 每一蓄電池組與所述充電母線之間連接有一第二隔離二極管，且第二隔離二極管的負極接蓄電池組、正極接充電母線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源系統(tǒng)，其特征在于，每一蓄電池組與后備電源母線之間連接有保險管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的后備電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充電器與所述充電母線之間連接有第三隔離二極管，且所述第三隔離二極管的正極接充電器、負極接充電母線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的后備電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充電電流檢測裝置包括與所述蓄電池組的數(shù)量相等的多個電流互感器，每一蓄電池組與充電母線之間設(shè)置有一個所述電流互感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的后備電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充電控制單元包括可編程控制器或嵌入式電腦。
【文檔編號】H02J7/00GK203839982SQ201320661388
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】張建國, 傅亞鐵 申請人:深圳市振華微電子有限公司, 中國振華（集團）科技股份有限公司