专利名称：基于不间断开关电源的电池监控管理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统。
背景技术：
传统的电池监控方式如
图1所示，其中TS1、TS2为温度侦测模块，ISl为电池串电 流侦测模块，每颗电池两端都有引线至电池监控模块，进行电压，包含内阻的测量，所以配 线繁琐，耗时耗力，而且维护困难。如图2所示为传统的电池负载平衡电路，其中BAT1、BAT2是串联的电池组中的两 颗电池，Q1，Q2是用于平衡的M0SFET，L1是平衡电路的储能电感，控制器侦测每颗电池的电 压，根据算法，在适当的时机导通Ql (或Q2)，此时Ll储能，当Ql (或Q2)断开时，电感Ll释 能，其电流透过Q2(或Ql)的体二极体，藉此BATl (或BAT2)实现对自身的放电及对相邻的 电池充电。上述传统的负载平衡电路需要独立的控制电路，控制方式复杂，需要独立的功率 转换电路，而且效率低，传输距离近，仅能在附近几颗电池的范围内实现负载平衡。实现全分布式的不间断电源供应和电池监控可以有效解决上述难题，但是目前普 通服务器电源供应器普遍都不含有内置电池，或仅具有交流输入而不同时具备连接电池的 直流输入接口，防断电功能普遍借助集中型不间断电源供应器即UPS实现。UPS的效率普遍 不高，而且因为大型UPS需要数十颗电池串联供电，需要昂贵复杂的电池平衡和监控管理 设备，而且一串电池中只要有个别电池故障，即会造成整个UPS无法提供后备电源，影响系 统可靠性，而且一颗电池故障，整组电池都必须更换，成本巨大，也不环保。并且电池监控管 理系统也主要是针对串联电池组设计的，电池的平衡处理更是业界的难题。申请号为200920241444. 9，名称为《一种多功能开关电源》的中国专利申请揭露了 一种不间断开关电源供应器(Uninterruptible Switching PowerSupply，USPS)，此新型不 间断开关电源可内置电池，直接具备防断电功能，可以替代UPS，并具有极高的电池放电效 率，但是不具备电池负载平衡功能，如果某台USPS所连接的电池故障，其供应的计算机即 会失去后备供电，且各台USPS的信息只能传递到各自连接的计算机，不能实现统一集中监 控管理。
发明内容本实用新型目的是提供一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统，充分利 用现有资源，使得在同一网络内的多台计算机的电池能够实现集中管理。本实用新型的技术方案是一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统，包括 通过通讯网络相连的至少两台计算机以及分别给对应的计算机供电的至少两个不间断电 源供应器，所述不间断电源供应器设有通讯模块，所述通讯模块设有与计算机上的通讯接 口对应的通讯接口，所述通讯网络上还连接有对所有不间断电源供应器进行控制的集中监 控智能终端。这样，每个不间断电源供应器把需要传递的信息通过其通讯接口传递到与其 连接的计算机上，每台计算机又通过通讯网络把这些传递的信息传输给所述集中监控智能
3终端，使得不间断电源供应器的状态信息可以被方便的在通讯网络中传输，集中监控终端 对所有的不间断电源供应器的工作状态进行集中监控，并在需要的时候发出控制信号给不 间断电源供应器，控制其工作。进一步的，在上述基于不间断开关电源的电池监控管理系统中，所述不间断电源 供应器包括分别通过直流_直流变换模块给计算机供电的市电输入模块和电池输入模块 以及微处理器，所述市电输入模块与微处理器之间设有侦测电路，所述电池输入模块包括 电池以及连接在电池和直流_直流变换模块之间的电池侦测管理电路，所述电池侦测管理 电路向所述微处理器传递侦测信号并受微处理器控制，所述通讯模块与微处理器连接。在 侦测电路侦测到市电输入异常——如断电时，侦测电路发出信号给微处理器。无市电输入 时由电池通过直流_直流变换模块给计算机的逻辑电路供电。同时，电池侦测管理电路还 对电池的温度、电压、电流等参数进行监测，并及时反馈给微处理器。进一步的，在上述基于不间断开关电源的电池监控管理系统中，所述市电输入模 块包括市电输入接口、对市电输入接口输入的市电进行整流的整流模块以及连接在整流模 块和直流-直流变换模块之间的高压母线，所述侦测电路与所述高压母线连接。市电由市 电输入接口输入、经整流模块整流，后再由高压母经直流-直流变换模块变换成供计算机 逻辑电路使用的12V、5V和3. 3V等电源。侦测电路连接在高压母线上，检测高压母线电压， 一旦出现市电中断，直流母线电压改变，就反馈给微处理器，由微处理器通知计算机转为电 池工作状态。所述不间断电源供应器同与其连接的计算机形成一个独立的电池监控管理模块， 构成第一级电池监控管理与保护；该独立的电池监控管理模块之间通过现有的计算机通讯 网络，传递信息，并由连接于此通讯网络中的集中监控智能终端统一处理电池信息，构成第 二级电池监控管理与保护。由一个或一个以上这样的模块，即可构成电池监控管理系统，其 模块数量可以任意增减，仅受限于计算机通讯网络所支持的最大计算机数所限制，且增减 计算机数量无需做任何设置。配置系统时，完全避免了复杂的配线和监控设置，安装简便， 使用维护简单。且增加电池侦测管理电路，仅需在不间断电源供应器上增加极少的硬件成 本。进一步的，在上述基于不间断开关电源的电池监控管理系统中，所述不间断电源 供应器还设有负载平衡模块，所述负载平衡模块包括与高压母线连接的功率调节电路以及 与功率调节电路连接的负载平衡调整接口，所述功率调节电路由微处理器控制并受侦测电 路监测，分别给所述至少两台计算机供电的不间断电源供应器的负载平衡调整接口相互连 接。在需要对电池进行负载平衡的场合，通过该电池平衡电路，仅需用两根导线将电源供应 器负载平衡接口并联，即可实现电池的高效率负载平衡，平衡能量在所有电池之间传递，不 受距离影响；并且由于该并联是在交流整流侧进行的，所以也无需考虑系统接地等问题。平 衡过程无需复杂控制算法，仅需做并联输出功率控制即可，此平衡架构使每颗电池能实现 独立充电，等效并联放电的效果，不会因为个别电池损坏而造成个别电源不能工作，即使个 别电池故障，仍能保证所有计算机都能有后备电源供应。本实用新型各台计算机不间断电源供应器的电池可以独立进行维护测试而无需 担心维护时遇到断电情况而造成设备供电中断的问题，大大延长电池寿命及增加系统可靠性。[0013]本实用新型的优点是1.本实用新型仅需在USPS上增加极少的电路，即可使其具有电池监控管理功能， 充分利用USPS和计算机之间的现存通讯接口，计算机之间的通讯网络，仅需在不间断电源 供应器上增加极少硬件成本，即可实现电池集中监控功能。2.本实用新型能够对电池进行负载平衡，减少了电池之间，电池与电池监控管理 系统之间繁杂的配线，使系统达到最大的精简，电池可以独立充电，并联放电，大大延长电 池寿命及增加系统可靠性，并使安装维护工作变得简易轻松。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述图1为现有电池监控管理系统的基本结构框图；图2为现有电池平衡管理装置的基本电路架构图；图3为基于不间断开关电源供应器的电池管理系统框图；图4为不含电池平衡电路的不间断开关电源内部结构框图；图5为含电池平衡电路的不间断开关电源内部结构框图；图6为电池负载平衡电路的电路架构图。其中1计算机；11计算机逻辑电路；2不间断电源供应器；21直流-直流变换模 块；22市电输入模块；221市电输入接口 ；222整流模块；223高压母线；23电池输入模块； 231电池；232电池侦测管理电路；24微处理器；25侦测电路；26负载平衡模块；261功率调 节电路；262负载平衡调整接口 ；27通讯接口 ；28通讯模块；3通讯网络；4集中监控智能终 端；5导线。
具体实施方式
实施例如图2至图4所示，一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统，包括 计算机1以及给计算机逻辑电路11供电的不间断电源供应器2，所述不间断电源供应器2 设有通讯模块28，所述通讯模块28设有与计算机1上的通讯接口对应的通讯接口 27。所 述通讯接口 27连接内部通讯模块28，通讯接口 27类型可以是I2C、PMBUS、SMBUS、RS232或 USB等接口，计算机和不间断开关电源供应器之间通过内部通讯接口 27传递电池信息和控 制命令，计算机1接收电池的信息，并发送进行电池侦测或进行负载平衡等控制命令。所述不间断电源供应器2包括分别通过直流_直流变换模块21给计算机供电的 市电输入模块22和电池输入模块23以及微处理器24，所述微处理器24负责读取电池的各 种信息，控制不间断电源供应器2工作；所述市电输入模块22与微处理器24之间设有侦测 电路25，所述电池输入模块23包括电池231以及连接在电池231和直流-直流变换模块 21之间的电池侦测管理电路232，所述电池侦测管理电路232向所述微处理器24传递侦测 信号并受微处理器24控制，所述通讯模块28与微处理器24连接。220V的交流市电或电池 231通过不间断电源供应器2输入，再被转化成+12V，+5V，+3. 3V等供应计算机逻辑电路的 电源而连接到计算机。所述电池231可以内置于不间断电源供应器内或外置，电池类型可 以是铅酸电池，锂离子电池，锂铁电池等各类适用的电池。所述电池侦测管理电路232可以 具备侦测电池电压、电流、温度、内阻等功能，并将这些信息转换成电压信号，传递给内置于不间断电源供应器2内部的微处理器24，进行数值读取处理。所述计算机1设有至少两台，每台计算机1连接一个不间断电源供应器2，所述至 少两台计算机1之间连接有通讯网络3，所述通讯网络3上还连接有对集中监控智能终端 4。其中，所述计算机1，可以是服务器、个人PC等智能设备，仅需安装适合的软件，运行电池 监控管理程式，即可具备通过通讯接口 27获取电池信息的能力，由此具备第一级电池监控 和保护功能，计算机还可依据当前电池信息调节运转状态，适时关闭系统等。此程式通过计 算机间的现有通讯网络3，传递电池信息至集中监控智能终端4，同时接收、处理和转发来 自集中监控智能终端4的控制命令至不间断电源供应器2。所述通讯网络3，包括目前最广 泛的应用于服务器间及计算机间以太网通讯网络，以及光纤通道等通讯网络。计算机之间、 以及计算机与集中监控智能终端4之间通过此通讯网络3传输电池信息和控制命令。所述 集中监控智能终端4，可以是和计算机1完全相同的计算机，也可以是服务器、PC、智能手机 或其它智能设备。特别之处仅在于其安装了不同于计算机1的集中监控软件，能接收并控 制所有同一网络中的不间断开关电源供应器2。需要说明的是，此智能终端在市电供应中断 的时候也同样仍能维持工作。该集中监控智能终端4接收所有计算机的电池状况，进行运 算，分析并记录，若有异常情况，可及时报警并做故障处置，并还可以做电池测试，维护及平 衡电池负载的启闭控制。所述市电输入模块22包括市电输入接口 221、对市电输入接口 221输入的市电进 行整流的整流模块222以及连接在整流模块222和直流-直流变换模块21之间的高压母 线223，所述侦测电路25与所述高压母线223连接。如图5所示，所述不间断电源供应器2还可以设置负载平衡模块26，所述负载平衡 模块26包括与高压母线223连接的功率调节电路261以及与功率调节电路51连接的负载 平衡调整接口 262，所述功率调节电路261由微处理器24控制并受侦测电路25监测，分别 给所述至少两台计算机1供电的不间断电源供应器2的负载平衡调整接口 262通过导线5 相互连接。所述功率调节电路261在各个电源供应器处于电池放电模式的时候，可以按需 打开，打开之后，为防止平衡输出过载，本调节电路限制输出的最大电流，防止个别电池过 载，在所有不间断电源供应器2工作正常的情况下，平衡电流幅值会很小，仅在个别电池故 障的情况下，其负载平衡调整接口 262才会输入最大功率，等于其额定输入功率。微处理器 24负责开启或关闭负载平衡调整接口 262，控制功率调节电路261的工作，并将电池信息打 包传送给计算机1，同时也传递不间断电源供应器2的工作状况。其中负载平衡模块26的电路架构如图6所示，不间断电源供应器2的工作原理 重点是在市电中断后，其电池BATl经由场效应晶体管Q4的开关，将能量传递至+12V、+5V、 +3. 3V的电源输出端，并且将电池能量反灌至电容Cl，处于电池放电时电容Cl的电压和电 池BATl的电压直接有固定比率的对应关系。当不间断电源供应器2处于电池模式，并需要 开启负载平衡功能时，场效应管Q5和场效应管Q6导通，其电流从电容Cl的正极，依次流过 场效应管Q5的漏极、源极，再通过电感L2流入另一台不间断电源供应器2’的电感L2’、再 经其场效应管Q’ 5的体二极体流入电容Cl’，再经其场效应管Q6’回流至第一台不间断电 源供应器的场效应管Q6的漏极、源极至该第一台不间断电源供应器电容Cl的负极，即为平 衡负载的电流回路。当功率调节电路侦测电路侦测到输出过电流时，场效应管Q5、Q6即关 闭，二极管D14的作用在于使电感L2中的电流得以续流。在电流减小之后，场效应管Q5、Q6再次打开，通过这样高频的开关转换，即可实现输出限流。在无过流的情况下，场效应管 Q5、Q6维持在导通状态，所有并联的不间断电源供应器2的电容Cl上的直流母线电压都是 几乎相等的，因此可以推知，所有并联的不间断电源供应器2的电池电压也是几乎相等的， 电池类似于进行并联放电，从而保证各个不间断电源供应器2能几乎在同时达到放电截止 点。此处所述平衡电路仅为一优选实施例，其中使用的元件L2，D14，Q5，Q6并非必须，也可 省略或仅用部分，或以其它形式作限流及切断，这些一般本专业领域工程师基于本实用新 型所揭露的信息所作的变形都视为本实用新型的保护范围。 本实用新型仅需在USPS上增加极少的电路，即可使其具有电池监控管理功能，充 分利用USPS和计算机之间的现存通讯接口，计算机之间的通讯网络，仅需在不间断电源供 应器上增加极少硬件成本，即可实现电池集中监控功能。另外，本实用新型能够对电池进行 负载平衡，减少了电池之间，电池与电池监控管理系统之间繁杂的配线，使系统达到最大的 精简，电池可以独立充电，并联放电，大大延长电池寿命及增加系统可靠性，并使安装维护 工作变得简易轻松。
权利要求一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统，包括通过通讯网络(3)相连的至少两台计算机(1)以及分别给对应的计算机(1)供电的至少两个不间断电源供应器(2)，其特征在于所述不间断电源供应器(2)设有通讯模块(28)，所述通讯模块(28)设有与计算机(1)上的通讯接口对应的通讯接口(27)，所述通讯网络(3)上还连接有对所有不间断电源供应器(2)进行控制的集中监控智能终端(4)。
2.根据权利要求1所述的基于不间断开关电源的电池监控管理系统，其特征在于所 述不间断电源供应器(2)包括分别通过直流-直流变换模块(21)给计算机供电的市电输 入模块(22)和电池输入模块(23)以及微处理器(24)，所述市电输入模块(22)与微处理 器(24)之间设有侦测电路(25)，所述电池输入模块(23)包括电池(231)以及连接在电池 (231)和直流_直流变换模块(21)之间的电池侦测管理电路(232)，所述电池侦测管理电 路(232)向所述微处理器(24)传递侦测信号并受微处理器(24)控制，所述通讯模块(28) 与微处理器(24)连接。
3.根据权利要求1所述的基于不间断开关电源的电池监控管理系统，其特征在于所 述集中监控智能终端(4)为计算机(1)。
4.根据权利要求2所述的基于不间断开关电源的电池监控管理系统，其特征在于所 述不间断电源供应器(2)还设有负载平衡模块(26)，所述负载平衡模块(26)包括与不间断 电源供应器(2)的高压母线(223)连接的功率调节电路(261)以及与功率调节电路(51) 连接的负载平衡调整接口(262)，所述功率调节电路(261)由微处理器(24)控制并受侦测 电路(25)监测，分别给所述至少两台计算机(1)供电的不间断电源供应器(2)的负载平衡 调整接口(262)相互连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于不间断开关电源的电池监控管理系统，包括通过通讯网络相连的至少两台计算机以及分别给对应的计算机供电的至少两个不间断电源供应器，所述不间断电源供应器设有市电输入模块、电池输入模块和通讯模块，所述通讯模块设有与计算机上的通讯接口对应的通讯接口，所述通讯网络上还连接有对所有不间断电源供应器进行控制的集中监控智能终端。本实用新型充分利用现有资源，使得在同一网络内的多台计算机的电池能够实现集中监控管理。
文档编号H02J9/06GK201629603SQ20102012699
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者陆乐 申请人:陆乐