一种嵌入式直流不间断电源设备的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种嵌入式直流不间断电源设备，包括储能单元；充电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于导通和断开所述储能单元的充电回路；放电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于当市电异常时瞬时导通所述储能单元的放电回路以使所述储能单元提供无缝且稳定的不间断的直流电源；设备状态检测单元和网关单元。本申请的嵌入式直流不间断电源设备可以实时掌握设备本身的工作状态，并及时反馈给用户。
【专利说明】
一种嵌入式直流不间断电源设备
技术领域
[0001]本申请涉及电源技术领域，具体涉及一种嵌入式直流不间断电源设备。
【背景技术】
[0002]随着信息产业在国民经济中的地位与日倶增，传统的不间断电源设备(UPS:Uninterruptible Power System)作为一种提供保护性功能且提供独立电源的设备，广泛应用于信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生和公共安全等众多领域。UPS的主要功能有:
[0003]一、在市电电源发生中断时，由UPS中的储能单元提供后备能量；
[0004]二、逆变器向负载供电是一个连续的高质量电源(频率、电压等在很小的容限范围内变化)，在市电欠压或异常中断时，静态开关或静态旁路有能力将负载转换到旁路电源而不会中断负载的供电，从而避免设备损坏或重要数据丢失造成的损失。
[0005]传统的UPS应用虽然广泛，但在实际应用中也存在不足:
[0006]在供电质量高、很少发生市电停电的使用环境中，UPS中的储能单元会长期处于浮充电状态，日久就会导致储能单元化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命;并且，在高温下工作，会急剧缩短UPS中储能单元的寿命。
[0007]在现有的应用场景中，需要工作人员定期进入机房以查看UPS中储能单元信息，从而才可以获知电源的工作状态、备电能力及是否异常信息。
[0008]另外，传统的UPS系统仅仅适用于交流用电环境，在移动基站等直流用电环境下，传统的UPS无法满足备电要求。
【发明内容】
[0009]针对上述问题，本申请提供一种嵌入式直流不间断电源设备，其可以适用在直流用电场景；对储能单元进行充放电管理，延长储能单元寿命;实时掌握设备本身的工作状态，并及时反馈给远程用户。
[0010]本申请提供了一种嵌入式直流不间断电源设备，包括:
[0011 ]储能单元，用于提供稳定的直流电源；
[0012]充电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于导通和断开所述储能单元的充电回路；
[0013]放电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于当市电异常时瞬时导通所述储能单元的放电回路以使所述储能单元提供无缝且稳定的不间断的直流电源；
[0014]设备状态检测单元，其内置于所述储能单元内，包括采集单元、充放电检测单元、充放电控制单元和储能端通讯单元;所述采集单元与所述储能单元连接，用于采集储能单元使用过程中的状态参数;所述充放电检测单元分别与所述充电管理单元、放电管理单元电连接，用于获取储能单元的充电回路、放电回路的通断状态;所述充放电控制单元用于响应从储能端通讯单元接收到的命令，以控制充电管理单元、放电管理单元的通断，从而导通或断开充电回路、放电回路;所述储能端通讯单元用于将采集单元采集到的状态参数和充放电检测单元获取的充电回路、放电回路的通断状态发送出去；
[0015]网关单元，包括网关端第一通讯单元、网关端第二通讯单元、状态分析单元;所述网关端第一通讯单元用于与储能端通讯单元进行通讯，接收储能端通讯单元发送过来的状态参数和充电回路、放电回路的通断状态;所述状态分析单元用于将接收到的状态参数与预设的状态参数阈值比较，判定状态参数是否异常;所述网关端第二通讯单元用于将接收到的状态参数、状态分析单元的判定结果和充电回路、放电回路的通断状态远程发送出去。
[0016]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的网关单元还包括命令下达单元，用于当状态分析单元判定状态参数异常时，通过网关端第一通讯单元和储能端通讯单元向充放电控制单元下达断开储能单元的充电回路的命令。
[0017]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备还包括一用户终端，用于接收和显示网关端第二通讯单元发送的状态参数、状态分析单元的判定结果和充电回路、放电回路的通断状态。
[0018]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的网关单元还包括提示单元，用于当状态分析单元判定状态参数异常时，通过网关端第二通讯单元向用户终端发送警告，以供用户及时处理。
[0019]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的用户终端可通过与网关端第二通讯单元建立通讯，从而在所述网关单元中设置状态参数阈值。
[0020]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的用户终端可通过与网关端第二通讯单元建立通讯，从而通过命令下达单元向充放电控制单元下达命令。
[0021]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的采集单元包括用于采集储能单元电压的电压采集单元、用于采集储能单元电流的电流采集单元和用于采集储能单元内部温度的温度采集单元。
[0022]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的所述储能端通讯单元包括RS485接口 ；所述网关端第一通讯单元包括RS485接口。
[0023]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的所述网关端第二通讯单元包括无线WIFI接口、GPRS接口和以太网接口中的至少一者。
[0024]在一较优实施例中，所述嵌入式直流不间断电源设备的设备状态检测单元还包括数据存储单元，用于存储储能单元出厂时的原始数据，从而可以发送给网关单元，与状态参数进行比较。
[0025]本申请的有益效果是:
[0026]依上述实施的嵌入式直流不间断电源设备，由于网关端第二通讯单元的引入，使用户可以使用用户终端通过网关单元来控制储能单元的充放电和对储能单元的状态参数等数据的管理，解决了无法实时监管储能单元状态的问题，实现了及时有效的远程管理和监控功能。
[0027]依上述实施的嵌入式直流不间断电源设备，由于设备状态检测单元内置于储能单元且引入了储能端通讯单元，因此本申请的储能单元的排线和接线简单和方便，不容易出现断路和短路等安全事故，也不会对储能单元本身的供电等造成干扰。
[0028]依上述实施的嵌入式直流不间断电源设备，由于采集单元内置于内置于储能单元内，因此温度采集单元采集的温度为储能单元的内部温度而非环境温度，可以更好地反映出储能单元的实时状况。
【附图说明】
[0029]图1为本申请一种实施例的嵌入式直流不间断电源设备的结构示意图；
[0030]图2为本申请另一种实施例的嵌入式直流不间断电源设备的结构示意图；
[0031 ]图3为本申请一实施例的采集单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0033]实时掌握UPS的工作状态、剩余备电时间及是否存在异常等信息，并及时将信息反馈给用户显得尤为重要。比如，在移动基站的直流48V系统、变电站的直流220V系统等负载重要性强的直流应用系统中，传统的UPS的弊端则显为突出。为此，本申请提出一种实时可靠的直流不间断电源设备，对于移动基站和变电站等要求较高直流用电场景尤为重要。下面具体说明。
[0034]请参数图1和图2，本申请提出一种嵌入式直流不间断电源设备，其包括储能单元10、充电管理单元20、放电管理单元30、设备状态检测单元40和网关单元50，在一较优的实施例中，还可以包括用户终端60。
[0035 ]储能单元1用于提供稳定的直流电源。
[0036]充电管理单元20与储能单元10串联连接，充电管理单元20用于导通和断开储能单元10的充电回路。
[0037]放电管理单元30与储能单元10串联连接，放电管理单元30用于当市电异常时瞬时导通储能单元1的放电回路以使储能单元1提供无缝且稳定的不间断的直流电源。
[0038]设备状态检测单元40内置于储能单元10组内，设备状态检测单元40包括采集单元41、充放电检测单元42、充放电控制单元43和储能端通讯单元44，在一较优的实施例中，还可以包括数据存储单元45。下面分别说明。
[0039]采集单元41与储能单元10连接，采集单元41用于采集储能单元10使用过程中的状态参数。在一较优的实施例中，请参照图3，采集单元41包括用于采集储能单元10电压的电压采集单元41a、用于采集储能单元10电流的电流采集单元41b和用于采集储能单元10内部温度的温度采集单元41c。由于采集单元内置于内置于储能单元10内，因此温度采集单元41c采集的温度为储能单元10的内部温度而非环境温度，可以更好地反映出储能单元10的实时状况。
[0040]充放电检测单元42分别与充电管理单元20、放电管理单元30电连接，充放电检测单元42用于获取储能单元10的充电回路、放电回路的通断状态。
[0041 ]充放电控制单元43用于响应从储能端通讯单元44接收到的命令，以控制充电管理单元20、放电管理单元30的通断，从而导通或断开充电回路、放电回路。在一实施例中，充放电控制单元43包括并联的续流二极管和通断开关，当市电欠压或异常断开时，向负载无缝提供稳定的不间断的直流电源，当市电电压低于储能单元电压且有负载时，瞬间导通二极管实现本申请的无缝不间断放电功能。
[0042]储能端通讯单元44用于将采集单元41采集到的状态参数和充放电检测单元42获取的充电回路、放电回路的通断状态(下面简称通断状态)发送出去。在一实施例中，储能端通讯单元44包括RS485接口。由于设备状态检测单元40内置于储能单元10且引入了储能端通讯单元44，因此本申请的储能单元10的排线和接线简单和方便，不容易出现断路和短路等安全事故，也不会对储能单元10本身的供电等造成干扰。
[0043]数据存储单元45用于存储储能单元10出厂时的原始数据，从而可以通过储能端通讯单元44发送给网关单元50，以与状态参数进行比较。数据存储单元45的引入，是为了更加准确地对储能单元10的实时状态作一个判断，数据存储单元45有储能单元10出厂时的原始数据，原始数据包括各储能单元出厂时的容量、充放电特性曲线、内阻、配组信息和识别号等。本申请引入了数据存储单元45，从而可以将储能单元10使用过程中的状态参数和其出厂时的原始数据进行比对，从而对储能单元10的实时状态作一个更加准确地判断，如储能单元容量是否过低以致需要更换等。
[0044]网关单元50包括网关端第一通讯单元51、网关端第二通讯单元52、状态分析单元53，在一较优的实施例中，还可以包括命令下达单元54和/或提示单元55。
[0045]下面分别说明。
[0046]网关端第一通讯单元51用于与储能端通讯单元44进行通讯，接收储能端通讯单元44发送过来的状态参数和通断状态。在一实施例中，第一通讯单元51可以包括RS485接口。
[0047]状态分析单元53用于将接收到的状态参数与预设的状态参数阈值比较，判定状态参数是否异常。在一实施例中，状态参数可以包括储能单元10的电流、电压和内部温度等，因此预设的状态参数阈值相应地也可以包括电流阈值、电压阈值和温度阈值。
[0048]网关端第二通讯单元52用于将接收到的状态参数、通断状态和状态分析单元的判定结果远程发送出去，在一实施例中，发送给用户终端60。在一实施例中，网关端第二通讯单元52包括无线WIFI接口、GPRS接口和以太网接口中的至少一者。网关端第二通讯单元52的引入，使用户可以使用用户终端60通过网关单元50来控制储能单元10的充放电和对储能单元10的状态参数等数据的管理，解决了无法实时监管储能单元10状态的问题，实现了及时有效的远程管理和监控功能。
[0049]命令下达单元54用于当状态分析单元53判定状态参数异常时，通过网关端第一通讯单元51和储能端通讯单元44向充放电控制单元43下达断开储能单元10的充电回路的命令。当判定状态参数异常，命令下达单元54控制充放电控制单元43断开储能单元10的充电回路，使储能单元10避免了长时间过充以及高温充电等，选择合适温度下对储能单元10充电，有效地延长了储能单元10的使用寿命，将其从传统的2?3年至少延长到6?9年。
[0050]提示单元55用于当状态分析单元53判定状态参数异常时，通过网关端第二通讯单元52向用户终端发送警告，以供用户及时处理。
[0051]网关单元50的引入，使得用户终端60可以实时检测储能单元10的状态参数，为计算储能单元10的SOC、SOH和储能单元10的剩余寿命提供了可靠的数据支持。S0C(State ofCharge)指的是储能单元的荷电率，电量充满的储能单元SOC为100%，随着储能单元在使用过程中的放电，储能单元的电量最终会减少到0，此时SOC为0%，S0C反映了储能单元的电量状况;S0H(State of Health)指的是储能单元的健康度，SOH=当前储能单元最大容量/储能单元标称容量*100%，S0H以百分比反映了储能单元当前的容量能力，一块新储能单元，其SOH是大于或等于100%，随着储能单元的老化，SOH逐渐下降，IEEE标准1188-1996中规定当储能单元容量下降到80%或以下，S|3S0H< 80%时，储能单元就应该被更换。储能单元10作为后备电源，随时了解后备电源中各个储能单元10的S0H，对于保证备用电力系统的工作可靠有极大的作用，在市电断电，储能单元10放电以供电时，随时了解到后备电源中储能单元10的S0C，对于用户掌握后备电源还能提供多久的备用电力有十分重要的作用，通过了解后备电源还能提供多久的电力供应，用户可提前采取相应地措施。
[0052]用户终端60用于接收和显示网关端第二通讯单元52发送的状态参数、通断状态和状态分析单元53的判定结果。在一实施例中，用户终端60可通过与网关端第二通讯单元52建立通讯，从而在网关单元50中设置状态参数阈值。在一实施例中，用户终端60还可通过与网关端第二通讯单元52建立通讯，从而通过命令下达单元54向充放电控制单元43下达命令。在一实施例中，用户终端60可以为一电脑。
[0053]在实际应用过程中，一个用户终端60可以连接多个网关单元50，一个网关单元50可以连接多个储能单元10内置的设备状态检测单元40。
[0054]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1.一种嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，包括: 储能单元，用于提供稳定的直流电源； 充电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于导通和断开所述储能单元的充电回路； 放电管理单元，与所述储能单元串联连接，用于当市电异常时瞬时导通所述储能单元的放电回路以使所述储能单元提供无缝且稳定的不间断的直流电源； 设备状态检测单元，其内置于所述储能单元内，包括采集单元、充放电检测单元、充放电控制单元和储能端通讯单元;所述采集单元与所述储能单元连接，用于采集储能单元使用过程中的状态参数;所述充放电检测单元分别与所述充电管理单元、放电管理单元电连接，用于获取储能单元的充电回路、放电回路的通断状态;所述充放电控制单元用于响应从储能端通讯单元接收到的命令，以控制充电管理单元、放电管理单元的通断，从而导通或断开充电回路、放电回路;所述储能端通讯单元用于将采集单元采集到的状态参数和充放电检测单元获取的充电回路、放电回路的通断状态发送出去； 网关单元，包括网关端第一通讯单元、网关端第二通讯单元、状态分析单元;所述网关端第一通讯单元用于与储能端通讯单元进行通讯，接收储能端通讯单元发送过来的状态参数和充电回路、放电回路的通断状态;所述状态分析单元用于将接收到的状态参数与预设的状态参数阈值比较，判定状态参数是否异常;所述网关端第二通讯单元用于将接收到的状态参数、状态分析单元的判定结果和充电回路、放电回路的通断状态远程发送出去。2.如权利要求1所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述网关单元还包括命令下达单元，用于当状态分析单元判定状态参数异常时，通过网关端第一通讯单元和储能端通讯单元向充放电控制单元下达断开储能单元的充电回路的命令。3.如权利要求2所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，还包括一用户终端，用于接收和显示网关端第二通讯单元发送的状态参数、状态分析单元的判定结果和充电回路、放电回路的通断状态。4.如权利要求3所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述网关单元还包括提示单元，用于当状态分析单元判定状态参数异常时，通过网关端第二通讯单元向用户终端发送警告，以供用户及时处理。5.如权利要求3所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，用户终端可通过与网关端第二通讯单元建立通讯，从而在所述网关单元中设置状态参数阈值。6.如权利要求3所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，用户终端可通过与网关端第二通讯单元建立通讯，从而通过命令下达单元向充放电控制单元下达命令。7.如权利要求1所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述采集单元包括用于采集储能单元电压的电压采集单元、用于采集储能单元电流的电流采集单元和用于采集储能单元内部温度的温度采集单元。8.如权利要求1所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述储能端通讯单元包括RS485接口 ；所述网关端第一通讯单元包括RS485接口。9.如权利要求1所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述网关端第二通讯单元包括无线WIFI接口、GPRS接口和以太网接口中的至少一者。10.如权利要求1所述的嵌入式直流不间断电源设备，其特征在于，所述设备状态检测单元还包括数据存储单元，用于存储储能单元出厂时的原始数据，从而可以发送给网关单 元，与状态参数进行比较。
【文档编号】H02J7/00GK205489608SQ201620039701
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】李秉文, 刘永新, 林彬
【申请人】深圳市佰特瑞储能系统有限公司