[发明专利]一种锂离子电池不间断电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及高功率不间断电源（UPS）系统，尤其涉及一种锂离子电池的高功率UPS系统。

背景技术

不间断电源系统又叫UPS（Uninterrupted Power Supply），它通常被置于市电电网和用电负载之间，其目的是改善对负载的供电质量，并在市电故障时，保证负载设备的正常运行。

UPS系统包括电池组和UPS主机，现有的电池组有使用铅酸蓄电池的，也有使用锂电池的，但是铅酸蓄电池的倍率放电性能不佳，常常需要配置所需容量的2~10倍才能满足备电时间要求，造成大量的容量浪费，而锂电池虽然比铅酸蓄电池的使用寿命长，但是，现有的锂电池的电池管理系统（BMS）的结构如下图1所示，其中控制开关（图中用MOSFET示意代替，实际应用可能为各种受控电子开关）为必不可少的一个环节，用于在必要的时候切断电源回路保护电池不受损坏。从另一方面考虑的话，增加的开关管也成为了一个故障发生点，在整个电池的应用系统中也是影响供电的不稳定因素。尤其是在高功率、短时间备电的UPS系统中，控制开关所占的空间、响应速度和可靠性都成为整个供电系统的短板。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提出一种锂离子电池不间断电源系统，包括电池组和UPS主机，所述电池组包括至少一块锂离子电池和电池管理系统，所述电池管理系统与UPS主机进行通信，所述电池管理系统监控、采集锂离子电池的信息，将所述信息进行处理后向UPS主机发送相应的信号，所述UPS主机根据所述信号对锂离子电池的充放电进行管理。

本发明利用UPS主机本身所预留的通信接口，建立电池组的电池管理系统（BMS）与UPS主机的通信，由BMS采集电池组的不同状态，并处理为相应的信号输出给UPS主机，UPS识别后做出充、放电管理的动作，而BMS本身不设计控制开关，只做电池信息采集、处理和电池平衡。本发明将电池组与UPS主机结合起来，取消传统的电池组的BMS中的控制开关，通过控制已有的UPS主机的开关来实现对电池组充、放电的控制，回避了锂离子电池的BMS设计中的开关功率器件短板问题，从而最大程度的减小故障率，并且将电池组的状态纳入UPS的监控系统中，提高系统的集成度，在高功率UPS领域中具有极大的应用前景。

附图说明

下面，对照附图和较佳实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1是现有技术的电池组的结构示意图；

图2是本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。应当理解，对具体实施例的说明仅仅用以解释本发明提出的技术方案，并非限定本发明。

图2所示，本发明所提出的高功率的锂离子电池不间断电源系统，包括电池组和UPS主机。电池组包括至少一块锂离子电池和电池管理系统，电池管理系统包括用于检测锂离子电池电流的电流传感器、用于测量每块锂离子电池电压的单节电池电压采集模块、分别与单节电池电压采集模块相连接的均衡电路和模数转换单元、与均衡电路、模数转换单元、电流传感器相连接的单片机、与模数转换单元相连接的温度传感器，其中单片机与UPS主机的两组干接点信号接口相连接。电池管理系统只负责采集锂离子电池的信息，将所述信息进行处理后传输相应的信号给UPS主机。而UPS主机根据不同的信号对锂离子电池进行充放电管理。

电池管理系统对锂离子电池进行监控和信息采集，包括：充电保护，检测电池正负极是否接反，设定电池的过充电保护电压和电流，监控电池的正常充电电流，并向UPS主机反馈相应的信号，所述UPS主机根据所述信号对电池进行充电保护；放电保护，检测电池是否短路，设定电池的过放电保护电压和电流，监控电池放电的最大电流，并向UPS主机反馈相应的信号，所述UPS主机根据所述信号对电池进行放电保护；温度保护，获取电池的内部温度及环境温度，并向UPS主机反馈相应的信号，所述UPS主机根据所述信号对电池的充放电进行管理；故障提醒，对电池是否失效进行监控，并反馈给UPS主机进行提醒；电池均衡处理，对电池的电压及电流进行均衡处理。

上述电池管理系统与UPS主机之间的通信方式可以为RS232、RS485协议通信或者也可以是定义好的干接点信号输出等。锂离子电池可以为磷酸铁锂电池组、或锰酸锂电池组、或钴酸锂电池组、或其他锂离子电池组。

在一实施例中，要求高功率不间断电源系统的紧急备电时间为10min，所带负载峰值总功率为6kW，稳态工作为4800W。按照此要求，可初步设计电池管理系统的参数如下：