一种UPS电源系统蓄电池组应急管理系统的制作方法

本实用新型涉及电源系统蓄电池组应急管理技术领域，特别涉及一种UPS电源系统蓄电池组应急管理系统。

背景技术：

金融行业及云计算中心机房等UPS(UPS即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备)电源系统等都配有大量的蓄电池，在市电停电后由蓄电池作为后备电源给用户负载供电，保证用户的生产、运营、设备、信息等系统不停电。

金融行业及云计算中心机房等UPS电源系统一般采用蓄电池12V规格32节串联成384V一组或其他规格电池组合形式；

目前，蓄电池组的使用存在以下电池损坏情况：

1.由于使用环境条件造成电池损坏：各种电池都有自己的正常工作环境温湿度范围，由于用户现场条件限制，或环境变化，造成环境达不到要求，特别是温度太高或太低，造成蓄电池会损坏：或开裂，或内阻大，或开路，或发热、或不能蓄电，或电压低等多种不正常现象出现。

2.蓄电池内部材料变质造成电池损坏：某节电池内部材料使用时会有异常情况出现，发生变质，电池损坏。

3.充放电寿命次数达到造成电池损坏：每种电池都有自己的设计寿命充放电次数。一组电池中某些电池寿命到还能正常工作，某些不能正常工作。

4.使用时过充或过放造成电池损坏：电池充电时某节超过上限电压或放电时某节超过放电下限电压，电池很容易损坏。

根据蓄电池组使用经验总结，大多数情况，电池在使用时以上这些问题会经常出现，并且出现一组电池中一节或多节蓄电池出问题的概率大，问题出现采取什么应急办法解决，这是迫切需要解决的问题。

目前，行业中解决办法大多数是只对蓄电池组监测；配置蓄电池监测仪，对内阻、电压、温度等电池参数进行监测，发现某些电池有问题，人工把这些坏电池更换。

但是存在以下问题：

更换某些坏电池需要采购时间，需要更换时间，需要应急准备时间。这段时间金融行业及云计算中心机房用户系统不能停电，需要有应急解决办法。目前行业内没有解决办法。

技术实现要素：

本实用新型提供一种UPS电源系统蓄电池组应急管理系统，用以解决现有UPS电源系统蓄电池组中一节或多节电池损坏造成整个蓄电池组不能正常工作的问题。

一种UPS电源系统蓄电池组应急管理系统，包括：

由多节单体蓄电池串联而成的蓄电池组，所述蓄电池组包括多个电池小组，每一所述电池小组包括多节串联连接的单体蓄电池；

充电机单元，所述充电机单元将交流电变为直流电给蓄电池组充电；

逆变单元，所述逆变单元将蓄电池组输出的直流电变为交流电给负载单元供电；

每一所述电池小组的首节的正极和末节的负极接线到信号采集单元，所述信号采集单元用于对该电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值；

控制单元，所述控制单元与信号采集单元连接，所述控制单元接收信号采集单元传输的所述每个电池小组的性能参数的测量值，并将其与该电池小组的单体蓄电池数量对应的性能参数的预设标准值进行比较，判定该电池小组是正常电池小组还是异常电池小组；

所述控制单元还与DC-DC电压变换单元、报警单元、通信单元连接；

每一所述电池小组的末节的负极还与DC-DC电压变换单元连接，所述DC-DC电压变换单元还与蓄电池组总电压输出接口正负母线J1连接；

当控制单元判定一个电池小组为异常电池小组时，所述控制单元控制DC-DC电压变换单元将除去该一个电池小组之外的其他电池小组进行升压变换，产生与所有电池小组均正常工作时的蓄电池总电压值相等的输出电压至蓄电池组总电压输出接口正负母线J1上，当控制单元判定所有电池小组均为正常电池小组时，所述DC-DC电压变换单元不启动；

所述通信单元还与远程监控中心平台连接。

优选的，所述性能参数为电压、电流、内阻参数中任一种或多种。

优选的，所述通信单元为串口RS485或RJ45网口。

优选的，所述蓄电池组为32节12V规格的单体蓄电池串联而成的384V蓄电池组。

优选的，所述蓄电池组包括4个电池小组。

优选的，所述报警单元包括：

液晶显示屏，所述液晶显示屏与控制单元连接；

蜂鸣器，所述蜂鸣器与控制单元连接、用于以声音的形式进行报警；

LED警示灯，所述LED警示灯与控制单元连接、用于以灯光的形式进行报警；

所述LED警示灯包括：

底部安装座，所述底部安装座上安装有旋转座，所述旋转座内嵌装有球状灯体；

LED灯源和开关型电源变换器，所述LED灯源和开关型电源变换器均设置在球状灯体内，所述LED灯源与开关型电源变换器连接，所述开关型电源变换器与控制单元连接；

透光孔，所述透光孔设置在球状灯体的外壁上。

优选的，所述蜂鸣器为压电式蜂鸣器。

本实用新型技术方案具有以下优点：本实用新型把UPS电源系统整组蓄电池分成几个小组，进行数据采集、监测、控制分析，当发现某小组有电池变坏后，采用控制技术、DC-DC电压变换技术，把其他电池正常的电池小组电压进行升压变换，产生整组电池数量的总电压，去替代整组电池工作，同时发出现场声光报警信号或通过通信单元远程传输到远程监控中心平台报警，告知管理人员，采取应急预案措施，避免事故发生。本实用新型结构简单、使得成本低，结构简单且接线简单，使得施工便利，不但采用智能技术发现问题，同时智能自动解决问题，解决了金融行业及云计算中心机房等UPS电源系统中蓄电池存在的故障隐患应急处置问题，避免停电事故发生，保证用户的设备、信息、应用等系统正常运行，保障生产运营系统正常工作。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型系统框图。

图2为本实用新型第1电池小组中某节或几节电池出现问题的处理流程图。

图3为本实用新型LED警示灯一种实施例的结构示意图。

图中：1、信号采集单元；2、控制单元；3、DC-DC电压变换单元；4、充电机单元；5、报警单元；51、底部安装座；52、旋转座；53、球状灯体；54、透光孔；6、通信单元；7、负载单元；8、逆变单元；9、蓄电池组；10、蓄电池组总电压输出接口正负母线J1。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种UPS电源系统蓄电池组应急管理系统，包括：

由多节单体蓄电池串联而成的蓄电池组9，所述蓄电池组9包括多个电池小组，每一所述电池小组包括多节串联连接的单体蓄电池；

充电机单元4，所述充电机单元4将交流电变为直流电给蓄电池组9充电；

逆变单元8，所述逆变单元8将蓄电池组9输出的直流电变为交流电给负载单元7供电；逆变单元8可为电源逆变器。

每一所述电池小组的首节的正极和末节的负极接线到信号采集单元1，所述信号采集单元1用于对该电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值；如信号采集单元1采集电压、电流、内阻参数，使用电流传感器采集电流参数，使用电压传感器采集电压参数，使用电阻传感器采用分段式小电流放电法测试电池内阻。

控制单元2，所述控制单元2与信号采集单元1连接，所述控制单元2接收信号采集单元1传输的所述每个电池小组的性能参数的测量值，并将其与该电池小组的单体蓄电池数量对应的性能参数的预设标准值进行比较，判定该电池小组是正常电池小组还是异常电池小组；

所述控制单元2还与DC-DC电压变换单元3、报警单元5、通信单元6连接；控制单元可采用STC89C52系列单片机。

每一所述电池小组的末节的负极还与DC-DC电压变换单元3连接，所述DC-DC电压变换单元3还与蓄电池组总电压输出接口正负母线J110连接；

当控制单元2判定一个电池小组为异常电池小组时，所述控制单元2控制DC-DC电压变换单元3将除去该一个电池小组之外的其他电池小组进行升压变换，产生与所有电池小组均正常工作时的蓄电池总电压值相等的输出电压至蓄电池组总电压输出接口正负母线J110上，当控制单元2判定电池小组均为正常电池小组时，所述DC-DC电压变换单元3不启动；DC-DC电压变换单元3可采用DC-DC升压转换器。

所述通信单元6还与远程监控中心平台连接，通信单元6可为串口RS485或RJ45网口等，通信可靠，可实现远程通信、便于实现远程监控。

上述技术方案的工作原理为：

本实用新型将蓄电池组9分为多个电池小组，控制单元2控制信号采集单元1实时对每个电池小组进行监测，得到每个电池小组的性能参数的测量值并发送给控制单元2，控制单元2将其与该电池小组的单体蓄电池数量对应的性能参数的预设标准值进行比较，判定该电池小组是正常电池小组还是异常电池小组；

当控制单元2判定一个电池小组为异常电池小组时，所述控制单元2控制DC-DC电压变换单元3将除去该一个电池小组之外的其他电池小组进行升压变换，产生与所有电池小组均正常工作时的蓄电池总电压值相等的输出电压至蓄电池组总电压输出接口正负母线J110上，替代蓄电池组9的电压工作，通过逆变单元8将蓄电池组9输出的直流电变为交流电让负载单元7正常工作，同时控制单元2控制报警单元5现场发出声光报警信号，或控制单元2控制通信单元6把报警信号远程传输到远程监控中心平台报警，告知管理人员，采取应急预案措施，避免事故发生，控制事故风险发生；

当控制单元2判定电池小组均为正常电池小组时，所述DC-DC电压变换单元3不启动。

上述技术方案的有益效果为：本实用新型把UPS电源系统整组蓄电池分成几个小组，进行数据采集、监测、控制分析，当发现某小组有电池变坏后，采用控制技术、DC-DC电压变换技术，把其他电池正常的电池小组电压进行升压变换，产生整组电池数量的总电压，去替代整组电池工作，同时发出现场声光报警信号或通过通信单元6远程传输到远程监控中心平台报警，告知管理人员，采取应急预案措施，避免事故发生。本实用新型结构简单、使得成本低，结构简单且接线简单，使得施工便利，不但采用智能技术发现问题，同时智能自动解决问题，解决了金融行业及云计算中心机房等UPS电源系统中蓄电池存在的故障隐患应急处置问题，避免停电事故发生，保证用户的设备、信息、应用等系统正常运行，保障生产运营系统正常工作。

实施例1

图1为金融行业及云计算中心机房等UPS电源系统解决方案：

蓄电池组9为32节12V规格的单体蓄电池串联而成的384V蓄电池组9，把32节单体蓄电池分成4个电池小组，每8节为一电池小组，第1节到第8节为第1电池小组，第9节到第16节为第2电池小组，第17节到第24节为第3电池小组，第25节到第32节为第4电池小组。所述充电机单元4将交流三相380V变直流384V给蓄电池组9充电。逆变单元8将直流384V变成三相交流380V，让负载单元7正常工作。

如图1所示，把每一电池小组的首节的正极和末节的负极接线到信号采集单元1，即把第1节的正极和第8节的负极接线到信号采集单元1，把第9节的正极和第16节的负极接线到信号采集单元1，把第17节的正极和第24节的负极接线到信号采集单元1，把第25节的正极和第32节的负极接线到信号采集单元1。

信号采集单元1不断采集每个电池小组的电压、电流、内阻参数，信号采集单元1内部产生一个测试小电流(1A-5A可设置)，可以检测到每个电池小组的电压、电流、内阻参数，得到电压、电流、内阻参数的测量值，信号采集单元1将所述测量值传到控制单元2，控制单元2将其与该电池小组的单体蓄电池数量对应的性能参数的预设标准值进行比较，判定该电池小组是正常电池小组还是异常电池小组，如果判定所有电池小组均为正常电池小组，电压变换单元不启动，不输出电压。这时由整组32节单体蓄电池来输出384V电压到蓄电池组总电压输出接口正负母线J110上。

如果判定某电池小组为异常电池小组，控制单元2立即控制DC-DC电压变换单元3将除去该一个电池小组之外的其他电池小组进行升压变换，把直流96V变换成384V输出，电压变换单元输出384V电压到蓄电池组总电压输出接口正负母线J110上，替代整组32节单体蓄电池的电压工作，通过逆变单元8将蓄电池组9输出的直流384V变成三相交流380V，让负载单元7正常工作。同时控制单元2控制报警单元5现场发出声光报警信号，或通过通信单元6(串口RS485或RJ45网口)发送报警信号到远程监控中心平台，告知运维管理人员哪小组电池有问题的，让运维人员立即采取相关应急预案措施，避免蓄电池组9问题造成事故的风险发生。

图2为第1电池小组中某节或几节电池出现问题的处理流程图。

流程包括以下步骤：

1、第1电池小组中某节或几节电池出现问题；

2、信号采集单元1立即采集信号：信号采集单元1立即采集每个电池小组的性能参数信号并传输给控制单元2；

3、控制单元2立即处理判断，并发出控制信号：控制单元2将其与该电池小组的单体蓄电池数量对应的性能参数的预设标准值进行比较，根据比较结果判定第1电池小组为异常电池小组，第2电池小组、第3电池小组、第4电池小组为正常电池小组，并发出控制信号控制DC-DC电压变换单元3、报警单元5、通信单元6工作；

4、DC-DC电压变换单元3启动第2电池小组、第3电池小组和第4电池小组对应升压单元工作，产生384V电压，并输出384V电压到蓄电池组总电压输出接口正负母线J110上，替代整组32节单体蓄电池的电压工作，让负载单元7正常工作，保证整组电池两端正常输出电压，避免用户系统由于蓄电池组9问题导致停电事故；

同时报警单元5现场发出声光报警信号：第1电池小组故障；或通信单元6把报警信号远程传输到远程监控中心平台报警：第1电池小组故障，告知运维管理人员第1电池小组故障，让运维人员立即采取相关应急预案措施，避免由于该电池小组问题造成事故的风险发生。

其他电池小组中某节或几节电池出现问题，流程图依次类推。

在一个实施例中，所述报警单元5包括：

液晶显示屏，所述液晶显示屏与控制单元2连接，用于显示每个电池小组的性能参数的测量值和预设标准值以及报警信息等信息；

蜂鸣器，所述蜂鸣器与控制单元2连接、用于以声音的形式进行报警；

LED警示灯，所述LED警示灯与控制单元2连接、用于以灯光的形式进行报警；

所述LED警示灯包括：

底部安装座51，所述底部安装座51上安装有旋转座52，所述旋转座52内嵌装有球状灯体53；

LED灯源和开关型电源变换器，所述LED灯源和开关型电源变换器均设置在球状灯体53内，所述LED灯源与开关型电源变换器连接，所述开关型电源变换器与控制单元2连接；

透光孔54，所述透光孔54设置在球状灯体53的外壁上。

上述技术方案的工作原理为：当需要报警时，控制单元2通过开关型电源变换器控制LED警示灯的开启，以灯光的形式报警，控制单元2控制蜂鸣器以声音的形式报警；且控制单元2通过液晶显示屏实时显示每个电池小组的性能参数的测量值和预设标准值以及报警信息等信息。当不需要报警时，控制单元2通过开关型电源变换器控制LED警示灯的关闭。

上述技术方案的有益效果为：上述技术方案通过LED警示灯以灯光的形式报警，通过蜂鸣器以声音的形式报警，声光报警效果好；同时通过LCD显示屏实时显示每个电池小组的性能参数的测量值和预设标准值以及报警信息等信息，便于查看，以及便于根据上述信息现场做应急处理。

另外LED警示灯采用球状灯体53、并配合旋转座52，球状灯体53能在旋转座52内进行转动，从而使得透光孔54可以旋转，使用前可以根据需要旋转球状灯体53调整透光孔54的位置，避免有些场景存在遮挡物使发光面被挡住。

在一个实施例中，所述蜂鸣器为压电式蜂鸣器。

上述技术方案的有益效果为：压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好、造价低廉的特点和良好的频率特性。