專利名稱：一種不間斷電源的管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不間斷電源的管理系統(tǒng)。背景技術(shù)：
不間斷電源(UPS)廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備等對(duì)供電可靠性要求高的場(chǎng)合中， 此前UPS的電源系統(tǒng)通常采用鉛酸電池，該種電池最大的缺點(diǎn)是體積龐大、鉛
污染、循環(huán)性能差、維護(hù)成本高。而在某些領(lǐng)域，比如通信無(wú)線終端對(duì)電池的 體積有嚴(yán)格限制，不可能使用傳統(tǒng)的鉛酸電池作為電源。
針對(duì)這一問(wèn)題， 一般可以采用磷酸鐵鋰電池作為供電能源，該種電池能量
密度大，同等容量的電池體積只相當(dāng)于鉛酸電池體積的1/2，重量只相當(dāng)于鉛酸 電池的1/3。磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命為2000次，是鉛酸電池壽命(300次) 的近7倍，這樣大大降低了電源系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)該電池還沒有任何污染， 是UPS后備電源的理想電源。
但是，采用磷酸鐵鋰電池作為供電能源之后，將不能再沿用舊的電源系統(tǒng)。 在傳統(tǒng)的鉛酸電池的電源中，用的是針對(duì)鉛酸電池的管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)一 般包括了過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和溫度保護(hù)等保護(hù)功能。該系統(tǒng)的保 護(hù)功能過(guò)于靈敏，只要電池組中某一電池出現(xiàn)故障，即斷開電源的供電電路。 而在不間斷電源的應(yīng)用領(lǐng)域，往往對(duì)供電穩(wěn)定性的要求都比較高，如果被供電 設(shè)備正在進(jìn)行重要數(shù)據(jù)的處理，突然的斷電將導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)的丟失，造成嚴(yán)重 的后果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，以達(dá)到提高電源供電穩(wěn) 定性的目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出以下的技術(shù)方案-
一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，包含電池組，還包括電壓采集單元、計(jì)算控 制單元和外接端口；所述電壓采集單元用于采集所述電池組中相鄰兩個(gè)電池的電位，將其中較 高的電位減去較低的電位得到電位較高的電池的電壓值，再傳遞到計(jì)算控制單
元；
所述計(jì)算控制單元接收所述電壓值，并通過(guò)所述外接端口上報(bào)到上位機(jī)。
其中，所述電壓采集單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的分壓電阻、 第一選擇器和第二選擇器、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器；
所述第一選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為奇 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的正極輸入端相連；
所述第二選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為偶 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的正極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的負(fù)極輸入端相連；
所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端與所述計(jì)算控制單元 相連，將所述采集的電位較高的電池的電壓值傳遞到所述計(jì)算控制單元。
其中，所述計(jì)算控制單元包括采集選擇控制單元和計(jì)算輸出單元；
所述采集選擇控制單元用于控制所述第一選擇器和第二選擇器在每個(gè)工作 周期依次分別讀取所述電池組中電池的電位；
所述計(jì)算輸出單元用于接收所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器傳遞的 電池電壓值，將所述電池電壓值乘以矯正系數(shù)并傳遞到外接端口。
其中，所述分壓電阻為精密電阻。
其中，所述計(jì)算控制單元還包括均衡選擇控制單元，所述均衡選擇控制單 元用于根據(jù)所述電池電壓值判斷所述電池高于設(shè)定值時(shí)，所述均衡選擇控制單 元中與該電池接通的控制管腳產(chǎn)生低電平控制信號(hào)。
其中，還包括均衡單元，所述均衡單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng) 的均衡電阻、均衡控制開關(guān)管；
所述均衡電阻分別與電池組中電池和均衡控制開關(guān)相連形成閉合回路，所述均衡控制開關(guān)的控制端與均衡選擇單元的控制管腳連通。
其中，所述均衡單元還包括光耦合器，所述光耦合器中的發(fā)光二極管與相 連，所述光耦合器的三極管與均衡控制開關(guān)相連。
其中，所述均衡電阻為可調(diào)電阻。
從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的電源管理系統(tǒng)中含有電壓采集單元， 將電池組的電壓采集了之后，通過(guò)外接端口將電池組各個(gè)電池的狀態(tài)進(jìn)行上報(bào)， 由外部的中央處理系統(tǒng)根據(jù)具體的情況來(lái)決定是否選擇對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，如果 當(dāng)前有重要的數(shù)據(jù)需要處理，則可以選擇先不進(jìn)行斷電保護(hù)，繼續(xù)供電直到設(shè) 備完成處理；如果沒有重要數(shù)據(jù)需要處理，則可以通知保護(hù)單元對(duì)電池進(jìn)行保 護(hù)處理。通過(guò)檢測(cè)和上報(bào)機(jī)制，可以大大提高電源供電的穩(wěn)定性，有效防止重 要數(shù)據(jù)的丟失。且本發(fā)明僅在原有鉛酸電池電源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)， 不需要全部更換整個(gè)系統(tǒng)，改造更新的成本低。
此外，本發(fā)明的電源系統(tǒng)具有電池均衡的功能，有效地解決電源的一致性 問(wèn)題，同時(shí)避免了保護(hù)功能的重復(fù)。
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例一的基本結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例二的基本結(jié)構(gòu)框圖； 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的電路實(shí)現(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
單體磷酸鐵鋰電池的標(biāo)稱電壓為3.2V，當(dāng)單體電池的容量一定時(shí)，通過(guò)串 并聯(lián)可以達(dá)到負(fù)載所要求的電壓容量，如48V/10AH的UPS電源可用單體5AH 的電池，采用2并15串的方式組成電池組來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的基本技術(shù)構(gòu)思是在 原有鉛酸電池的管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了電壓采集和上報(bào)通信的功能，通過(guò) 檢測(cè)和上報(bào)機(jī)制，由上位機(jī)來(lái)決定是否馬上對(duì)發(fā)生故障的電池進(jìn)行保護(hù)，避免
6突然斷電造成重要數(shù)據(jù)的丟失。 實(shí)施例一
本發(fā)明提供一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，如圖1所示，本發(fā)明一種不間斷 電源的管理系統(tǒng)，包含電池組、電壓采集單元、計(jì)算控制單元和外接端口
所述電壓采集單元用于采集所述電池組中相鄰兩個(gè)電池的電位，將其中較 高的電位減去較低的電位得到電位較高的電池的電壓值，再傳遞到計(jì)算控制單 元；所述計(jì)算控制單元接收所述電壓值，并通過(guò)所述外接端口上報(bào)到上位機(jī)。
對(duì)于電壓采集單元，其包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的分壓電阻、第 一選擇器和第二選擇器、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器
所述第一選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為奇 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的正極輸入端相連；
所述第二選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為偶 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的正極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的負(fù)極輸入端相連；
所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端與所述計(jì)算控制單元 相連，將所述采集的電位較高的電池的電壓值傳遞到所述計(jì)算控制單元。
對(duì)于計(jì)算控制單元，其包括采集選擇控制單元和計(jì)算輸出單元
所述采集選擇控制單元用于控制所述第一選擇器和第二選擇器在每個(gè)工作 周期依次分別讀取所述電池組中電池的電位；
所述計(jì)算輸出單元用于接收所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器傳遞的 電池電壓值，將所述電池電壓值乘以矯正系數(shù)并傳遞到外接端口 。
下面參考圖3的具體電路圖，進(jìn)一步對(duì)將本發(fā)明的工作過(guò)程和原理進(jìn)行描
述。如圖3所示，電壓采集功能主要由分壓電阻Ro1 Ron、兩個(gè)選擇器芯片 CD4051 、兩個(gè)運(yùn)算放大器和計(jì)算控制單元MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)的分壓電阻Ro1 Ron與各電池正極的引線端子J1 Jn相連，并與芯片 CD4051的信號(hào)采集管腳相連。芯片CD4051為8通道模擬選通開關(guān)，A、 B、 C三腳負(fù)責(zé)選定開通8通道(X0 X7)中的某一通道，并通過(guò)X腳送給運(yùn)算放 大器。其中，U11負(fù)責(zé)選通序號(hào)為偶數(shù)電池的電位，將電位信號(hào)同時(shí)輸出到第 一運(yùn)算放大器的正極輸入端和第二運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端；U12負(fù)責(zé)選通序 號(hào)為奇數(shù)電池的電位，將電位信號(hào)同時(shí)輸出到第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端和 第二運(yùn)算放大器的正極輸入端。單片機(jī)控制每個(gè)工作周期LM1、 U12讀取相鄰 兩顆電池的電位，通過(guò)兩個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)相鄰兩個(gè)通道的電位相減，即得電位 較高的那顆電池的電壓。例如，U11選通了第2顆電池的電位V2，將電位信號(hào) 同時(shí)輸出到第一運(yùn)算放大器的正極輸入端和第二運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端；LM2 選通了第3顆電池的電位V3，將電位信號(hào)同時(shí)輸出到第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸 入端和第二運(yùn)算放大器的正極輸入端，由于V3大于V2，因此第一運(yùn)算放大器 沒有信號(hào)輸出，而第二運(yùn)算放大器將輸出V3減去V2的差值即第3顆電池的電 壓值。然后，單片機(jī)通過(guò)讀取運(yùn)算放大器AD0、 AD1的值，再成以一定的矯正 系數(shù)即可得到較為準(zhǔn)確的電池電壓。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，分壓電阻選用精密電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，精密電阻的阻 值誤差很小，阻值較為精準(zhǔn)，可以保證電壓采集的精確性，是分壓電阻理想的 材料。
本發(fā)明的電源系統(tǒng)中含有電壓采集單元，將電池組的電壓采集了之后，通 過(guò)外接端口將電池組各個(gè)電池的狀態(tài)進(jìn)行上報(bào)，由外部的中央處理系統(tǒng)根據(jù)具 體的情況來(lái)決定是否選擇對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，如果當(dāng)前有重要的數(shù)據(jù)需要處理， 則可以選擇先不進(jìn)行斷電保護(hù)，繼續(xù)供電直到設(shè)備完成處理；如果沒有重要數(shù) 據(jù)需要處理，則可以通知保護(hù)單元對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)處理。通過(guò)檢測(cè)和上報(bào)機(jī)制， 可以大大提高電源供電的穩(wěn)定性，有效防止重要數(shù)據(jù)的丟失。
此外，本發(fā)明僅僅是在原來(lái)的鉛酸電池電源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)， 不需要全部更換整個(gè)系統(tǒng)，改造成本低。實(shí)施例二
本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上增加了能量均衡的功能。在實(shí)施例二中，
如圖2所示，電池管理系統(tǒng)除了電池組、電壓采集單元、計(jì)算控制單元和外接 端口，還包括均衡單元。所述均衡單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的均 衡電阻、均衡控制開關(guān)管；所述均衡電阻分別與電池組中電池和均衡控制開關(guān) 相連形成閉合回路，所述均衡控制開關(guān)的控制端與均衡選擇單元的控制管腳連
通o
所述計(jì)算控制單元還包括均衡選擇控制單元，所述均衡選擇控制單元用于 根據(jù)所述電池電壓值判斷所述電池高于設(shè)定值時(shí)，所述均衡選擇控制單元中與 該電池接通的控制管腳產(chǎn)生低電平控制信號(hào)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，在均衡控制開關(guān)與均衡選擇控制單元之間，還設(shè)有光 耦合器，所述光耦合器中的發(fā)光二極管與相連，所述光耦合器的三極管與均衡 控制開關(guān)相連。
結(jié)合圖3的具體電路實(shí)現(xiàn)圖，本發(fā)明進(jìn)行均衡控制的過(guò)程和原理為單 片機(jī)通過(guò)電壓采集單元發(fā)現(xiàn)某一顆電池(假設(shè)為第1顆電池)的電壓大于設(shè)定
值，則第1顆電池需要進(jìn)行能量均衡。單片機(jī)通過(guò)74HC594選通U22的15腳，
使該管腳腳產(chǎn)生低電平，這樣光偶合器U1內(nèi)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，進(jìn)而光耦合 器內(nèi)的偶合三極管也導(dǎo)通，使得均衡控制開關(guān)管的柵極獲得高電平，使得Q1導(dǎo) 通，進(jìn)而使得有均衡電流i流過(guò)，調(diào)節(jié)均衡電阻的大小可獲得合適的均衡電流。 在優(yōu)選的實(shí)施例中，均衡電阻R1 Rn的阻值可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，從而 控制均衡電流的大小。如果需要均衡過(guò)程快速進(jìn)行，可采用阻值較小的均衡電 阻，如果需要均衡過(guò)程更加平穩(wěn)安全進(jìn)行，可采用阻值較大的均衡電阻。進(jìn)一 步，為了更方便調(diào)節(jié)均衡電阻的阻值，本發(fā)明中均衡電阻可以采用可變電阻來(lái) 實(shí)現(xiàn)。
9以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和 改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，包含電池組，其特征在于，還包括電壓采集單元、計(jì)算控制單元和外接端口；所述電壓采集單元用于采集所述電池組中相鄰兩個(gè)電池的電位，將其中較高的電位減去較低的電位得到電位較高的電池的電壓值，再傳遞到計(jì)算控制單元；所述計(jì)算控制單元接收所述電壓值，并通過(guò)所述外接端口上報(bào)到上位機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述 電壓采集單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的分壓電阻、第一選擇器和第二選擇器、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器；所述第一選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為奇 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的正極輸入端相連；所述第二選擇器的各信號(hào)采集管腳通過(guò)一個(gè)分壓電阻與電池組中序號(hào)為偶 數(shù)的電池相連，信號(hào)輸出管腳與第一運(yùn)算放大器的正極輸入端和第二運(yùn)算放大 器的負(fù)極輸入端相連；所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端與所述計(jì)算控制單元 相連，將所述采集的電位較高的電池的電壓值傳遞到所述計(jì)算控制單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述 計(jì)算控制單元包括采集選擇控制單元和計(jì)算輸出單元；所述采集選擇控制單元用于控制所述第一選擇器和第二選擇器在每個(gè)工作 周期依次分別讀取所述電池組中電池的電位；所述計(jì)算輸出單元用于接收所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器傳遞的 電池電壓值，將所述電池電壓值乘以矯正系數(shù)并傳遞到外接端口 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述 分壓電阻為精密電阻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算控制單元還包括均衡選擇控制單元，所述均衡選擇控制單元用 于根據(jù)所述電池電壓值判斷所述電池高于設(shè)定值時(shí)，所述均衡選擇控制單元中 與該電池接通的控制管腳產(chǎn)生低電平控制信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，還包 括均衡單元，所述均衡單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的均衡電阻、均 衡控制開關(guān)管；所述均衡電阻分別與電池組中電池和均衡控制開關(guān)相連形成閉合回路，所 述均衡控制開關(guān)的控制端與均衡選擇單元的控制管腳連通。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述 均衡單元還包括光耦合器，所述光耦合器中的發(fā)光二極管與相連，所述光耦合 器的三極管與均衡控制開關(guān)相連。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述 均衡電阻為可調(diào)電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不間斷電源的管理系統(tǒng)，包含電池組，還包括電壓采集單元、計(jì)算控制單元和外接端口；所述電壓采集單元用于采集所述電池組中相鄰兩個(gè)電池的電位，將其中較高的電位減去較低的電位得到電位較高的電池的電壓值，再傳遞到計(jì)算控制單元；所述計(jì)算控制單元接收所述電壓值，并通過(guò)所述外接端口上報(bào)到上位機(jī)。該電源管理系統(tǒng)還包括均衡單元，所述均衡單元包括與所述電池組中電池?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)的均衡電阻、均衡控制開關(guān)管。本發(fā)明的電源管理系統(tǒng)可以對(duì)電池組各個(gè)電池的電壓狀態(tài)進(jìn)行采集并上報(bào)，由上位機(jī)控制是否需要斷電保護(hù)，提高了電源供電的穩(wěn)定性，有效防止重要數(shù)據(jù)的丟失。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101588077SQ20081006734
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者李春青, 鄭榮鵬 申請(qǐng)人:深圳市比克電池有限公司