一种使用锂电池的不间断电源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种使用锂电池的不间断电源系统。包括电池控制单元、电池监测单元、高压单元和远程终端单元，通过电池监测单元对电池组的开路电压、温度等参数进行实时的监测，经过BMU中MCU转换后，通过CAN总线实时发送给电池控制单元。高压单元测量总电压、电流、绝缘电阻状态并发送至电池控制单元。电池控制单元估算出电池组各电池单体的SOC、SOH等状态信息，并控制电池监测单元对各电池单体的剩余电量进行均衡，同时通过干接点与UPS机柜连接，控制整流器和逆变器以不同的模式分别与电网和负载相连，完成系统充放电工作。本发明专利技术实现模块化管理，不但提高储能系统的工作性能、降低成本，同时便于管理人员实时了解掌握电池系统状态，在未来为系统维护、功能扩展提供便利。功能扩展提供便利。功能扩展提供便利。

【技术实现步骤摘要】
一种使用锂电池的不间断电源系统


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种使用锂电池的不间断电源（UPS）系统。

技术介绍

[0002]随着科技的快速发展，人工智能、5G、物联网、节能环保和新能源汽车等战略性新兴产业规模快速扩大，其核心设备向智能化、集成化方向发展。这些关键设备的安全问题、能耗问题也在逐步凸显，供电系统的稳定性直接影响设备的稳定运行。大型的研发和制造工厂需要高质量的可靠电源，失电、甚至微小的电源质量下降都可能导致生产出废品，甚至使得某些机器出现重新启动或部件损坏的现象，造成巨大的经济损失。
[0003]为了有效减少电网故障及其影响，主要的技术路线包括：从产生原因出发降低故障次数、从过程出发缩短故障清除时间、优化供电方式、提高设备耐量及加装辅助设备。辅助设备中技术比较成熟、应用较广的就是不间断电源UPS系统。在供电系统中配置合适的UPS，可以保证在公网有电压波动、甚至停电时重要负载的电源供应。以防止关键设备出现故障，避免造成损失。其优势明显，具有高效率、高可靠性。且有多方面因素可以提高UPS自身能效，优化负载效率曲线，降低输出电流谐波，提高功率因数。且目前多数大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能，UPS内部多模块冗余并联运行、甚至多台UPS组成的系统冗余运行技术，在并联运行中，当单一模块或单机发生故障时，其功能则自动转由冗余单元承担，这使得UPS供电系统的可靠性优势是其他方式不能比拟的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种使用锂电池的不间断电源（UPS）系统，本专利技术的目的是建立功能模块化的UPS架构，在电池管理端应用“一主多从”的电池管理模式，而主控模块不但控制各电池包的状态估算、均衡操作，还控制UPS机柜中整流、逆变模块、显示屏及冷却系统。系统整体有电源电池状态监测、电池状态估算、充放电模式切换、均衡控制策略、系统热管理、绝缘监测、历史数据存储、人机交互和数据通信等功能。
[0005]本专利技术提出的一种使用锂电池的不间断电源系统，由UPS机柜、电池组、电池控制单元BCU(Battery Controller Unit)、电池监测单元BMU(Battery Monitor Unit)、高压单元HVU（High Voltage Unit）、远程终端单元RTU ( Remote Terminal Unit)和人机交互界面（HMI）组成，其中：所述UPS机柜包括整流器、逆变器、市电旁路开关、继电器和指示灯，市电接入UPS机柜后分为两路，一路连接整流器的输入端，另一路连接市电旁路开关的输入端，整流器的输出端分为两路，一路连接逆变器的输入端，另一路输出端通过电力线缆连接电池组内的电池，电力线缆终端连接UPS机柜内的继电器的输入端，继电器的输出端连接逆变器的输入端；逆变器的输出端和市电旁路开关的输出端分别连接负载的输入端；电池控制单元有多个输出端，分别连接UPS机柜的市电旁路开关、整流器、逆变器、继电器和指示灯的信号输入端；电池控制单元发送指令控制整流器、逆变器和继电器，以切换电
池充放电状态及UPS系统的工作模式；并控制指示灯显示，以表明UPS系统的实时工作状态；人机交互界面分别与电池控制单元和远程终端单元进行双向连接；电池控制单元、电池监测单元和远程终端单元分别作为CAN节点挂接在CAN总线上；电池组有若干个，每个电池组内设有一个电池监测单元，每个电池组内设有若干电池，相邻的电池单体两端连接并成簇，与电池监测单元的数据采集端口进行相连；整流器的一路输出端通过电力线缆连接电池组内的电池，将市电的220V交流电转化为稳定的直流电对电池组进行充电；电力线缆终端连接UPS机柜内的继电器的输入端；高压单元并联接入到整流器与电池组之间的电力线缆上，测量电池组的总电压、电流和绝缘电阻，高压单元通过CAN总线与电池控制单元连接，与电池控制单元通信。
[0006]本专利技术中，远程终端单元通过CAN总线连接PC机，远程终端单元将CAN总线上的信息发送到PC机上。
[0007]本专利技术中，UPS机柜上设有LED显示屏。
[0008]本专利技术中，指示灯分为市电指示灯、电池指示灯、逆变器指示灯等，清晰明了地显示当前机柜工作状态。
[0009]本专利技术中，所述电池控制单元BCU根据CAN BUS上接收到的各项状态数据估算各电池单体的SOC、SOH状态，并发送均衡命令给各BMU，进而对电量不同的电池单体进行均衡操作；同时通过干接点与UPS机柜连接，控制整流器和逆变器以不同的模式分别与电网和负载相连，以完成系统充放电的工作；所述电池组为多电池电池组；所述高压单元HVU对电池包的电池总电压、电流、绝缘电阻等状态进行监测，通过CAN BUS与BCU通信；所述电池监测单元BMU测量电池组内各电池单体的电压和温度，通过CAN总线与BCU通信；远程终端单元RTU模块具有远程数据采集、控制和通信功能，与PC机连接起来；所述PC机用于人机交互、数据存储、烧写程序、测试通讯系统及分析电池数据。
[0010]本专利技术中，所述UPS机柜通过干接点连接电池控制单元BCU，接收BCU的指令控制整流器、逆变器、继电器，以切换电池充放电状态及UPS系统的工作模式；通过显示屏和指示灯将系统参数、状态信息显示出来，便于工作人员掌握信息。
[0011]本专利技术中，所述BCU包括系统自检功能、报警功能、估算电池组的SOC及SOH、数据存储及分析、干接点输出/输入及控制等功能。利用HVU、BMU传来的数据计算各电池单体的实时电量及健康状态，再根据状态信息控制电池组监测模块对每个电池组进行均衡控制；当各个电池组均达到均衡状态时，电池控制单元通过干接点开关向UPS机柜发出控制信息，进而控制整流器对电池组进行充电，或控制逆变器负载放电。
[0012]本专利技术中，所述电池监测单元BMU安装在电池组中，兼具数据采集与均衡执行功能，通过采集电池电压、电池温度来监测每个电池的状态，并通过CAN BUS与BCU通信；当被监测电池个数超过一个电池监测单元可监测的数量时，电池监测单元BMU之间通过总线型连接方式进行逐级扩展，从而满足不同规模电池储能系统的管理控制需求。
[0013]本专利技术中，指示灯分为市电指示灯、电池指示灯、逆变器指示灯等，清晰明了地显示当前机柜工作状态。
[0014]本专利技术中，所述电池控制单元BCU用于数据通讯与控制。它可以在整个电池管理系统运行之前，对系统初始化设置，读取历史数据并进行系统自检操作；自检无误后发送控制信号，转换到逆变器输出模式，由设定的模式（在线模式或离线模式）控制通过旁路或整流
器向负载供电；同时开始从电池组监测模块BMU获得每个电池组中任意电池在充放电时的实时数据，如电压、电流、温度、电量等；再根据获得的数据控制电池组监测模块对每个电池组进行均衡控制；当各个电池组均达到均衡状态时，电池控制单元控制UPS机柜整流器将市电接入，完成电池组的充电。在市电断电时，BCU监测到并及时做出反应，切换到锂电池对负载进行供电。
[0015]本专利技术中，所述电池监测单元BMU本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用锂电池的不间断电源系统，由UPS机柜、电池组、电池控制单元、电池监测单元、高压单元、远程终端单元和人机交互界面组成，其特征在于：所述UPS机柜包括整流器、逆变器、市电旁路开关、继电器和指示灯，市电接入UPS机柜后分为两路，一路连接整流器的输入端，另一路连接市电旁路开关的输入端，整流器的输出端分为两路，一路连接逆变器的输入端，另一路输出端通过电力线缆连接电池组内的电池，电力线缆终端连接UPS机柜内的继电器的输入端，继电器的输出端连接逆变器的输入端；逆变器的输出端和市电旁路开关的输出端分别连接负载的输入端；电池控制单元有多个输出端，分别连接UPS机柜的市电旁路开关、整流器、逆变器、继电器和指示灯的信号输入端；电池控制单元发送指令控制整流器、逆变器和继电器，以切换电池充放电状态及UPS系统的工作模式；并控制指示灯显示，以表明UPS系统的实时工作状态；人机交互界面分别与电池控制单元和远程终端单元进行双向连接；电池控制单元、电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怀，
申请(专利权)人：芜湖楚睿智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：