一种主从架构的UPS锂电池系统的制作方法

本实用新型电池电路领域，尤其涉及一种主从架构的ups锂电池系统。

背景技术：

ups就是为了解决不间断供电而设置的，是将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。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。

目前ups大多数的是用铅酸电池匹配，或是采用简单的锂电池进行匹配，在生产使用中，很难了解到电池系统的功率以及状态，并且简单的匹配不足以满足现有的市场对于电量电压的需求。另外，为了延长电池组的备电时间，串联的电池组系统的容量可能不足，电池系统的输出功率有限。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种主从架构的ups锂电池系统，解决了现有技术中因为锂电池系统中电池容量不够和功率难以控制的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种主从架构的ups锂电池系统，包括ups模组和电池模组，

电池模组包括高压箱和m组串联的电池单元，ups模组与高压箱相连，高压箱与电池单元相连；

ups模组设有第一通讯口，高压箱设有第二通讯口和第三通讯口，m组串联的电池单元设有通讯口；ups模组的第一通讯口与高压箱的第二通讯口相连，高压箱的第三通讯口与电池单元的通讯口相连。

可选的，ups包括滤波器、维修su1、旁路su2、输入su3、静态su4、静态su5、输出su6、整流器、逆变器、充电器、输入口、输出口、电池输入口和第一通讯口；

输入口的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端分别与充电器的输入端，输入su3的输入端、旁路su2的输入端和维修su1的输入端相连，充电器的输出端分别与整流器的输出端、逆变器的输入端和电池输入口的输入端相连，输入su3的输出端与整流器的输入端相连，整流器的输出端分别与充电器的输出端和逆变器的输入端相连，逆变器的输出端与静态su5的输入端相连，静态su5的输出端分别与静态su4的输出端和输出su6的输入端相连，输出su6的输出端与维修su1的输出端和输出口的输入端相连，第一通讯口与高压箱的第二通讯口相连。

可选的，高压箱包括预充继电器s1、总正继电器s2、充电继电器s3、dc内继电器s4、dc外继电器s5、空开开关s6、中线继电器s7、总负继电器s8、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、唤醒按键k1、预充电阻r1、熔断器1、熔断器2、bcu、第二通讯口、第三通讯口、霍尔传感器和bms；

ups模组的第一通讯口的输出端与高压箱的第二通讯口的输入端相连，第二通讯口的输出端与bcu的输入端相连，bcu的输出端与第三通信口的输入端相连，第三通信口的输出端与电池单元的通讯口相连；

电池输入口的正极分别与二极管d1的负极、充电继电器s3的输入端和二极管d3的正极相连，二极管d1的正极分别与预充电阻r1的输入端相连、充电继电器s3的输出端和总正继电器s2的输入端相连，预充电阻r1的输出端与预充继电器s1的输入端相连，预充继电器s1的输出端分别与总正继电器s2的输出端、霍尔传感器的输入端和二极管d2的正极相连，霍尔传感器的输出端与熔断器2的输入相连，熔断器2的输出与电池单元的正极相连；

二极管d2的负极分别与唤醒按键k1的输入端和dc内继电器s4的输入端相连，dc内继电器s4的输出端分别与唤醒按键k1的输出端、dc外继电器s5的输入端和空开开关s6的输入端相连，dc外继电器s5的输出端与二极管d3的负极相连，空开开关s6的输出端与开关电源的输入端相连，开关电源的输出端与熔断器1的输入端相连，熔断器1的输出端分别与二极管d4的正极和二极管d5的正极相连，二极管d4的负极分别与总负继电器s8的输入端和m组串联的电池单元的电池负极相连；总负继电器s8的输出端分别与二极管d5的负极和电池单元的负极相连；

电池输入口的中线与中线继电器s7的输入端连接，中线继电器s7的输出端与电池单元的中线相连。

可选的，每个电池单元包括锂电池管理系统的从控单元bmu、电池组m、电池组m的第一通讯口和电池组m的第二通讯口；熔断器2的输出端与电池组m的正极连接，电池组的负极与总负继电器s8的输入端和二极管d4的负极连接，电池组m之间相互串联；

第三通讯口的输出端连接至电池组m的第一通讯口的输入端，bmu接收到电池组1的第一通讯口的信息，将信息处理后发送至电池组1的第二通讯口的输入端，电池组m-1的第二通讯口的输出端与电池组m的第一通讯口的输入端连接；

可选的，电池单元的中线连接在电池组m/2上。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请通过在ups模块的基础上增加高压箱和电池单元，并在高压箱和电池单元上设置通讯口能及时反馈检测电芯电压、温度的数据，以便及时进行维护，设备的功率也得以控制，一并提高了设备的使用寿命，同时，增加的电池单元可扩大本系统的电池容量，满足大多数情况下的用电需求，其中，本电路的设计可实现手动、充电唤醒功能，让系统更加安全也提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种主从架构的ups锂电池系统中的电路结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一单元实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参见图1，一种主从架构的ups锂电池系统，包括ups模组和电池模组，电池模组包括高压箱和m组串联的电池单元，其中m为大于等于2的整数；ups模组与高压箱相连，高压箱与电池单元相连；ups模组设有第一通讯口，高压箱设有第二通讯口和第三通讯口，m组串联的电池单元设有通讯口；ups模组的第一通讯口与高压箱的第二通讯口相连，高压箱的第三通讯口与电池单元的通讯口相连。具体的，通过如上所述的通讯口连接方式，可使得实时将ups模组检测的电源数据发送至所述电池模组，电池模组内部也可进行信息交换，这样利于认识整个系统的状态，以便于及时处理危险的事宜，本系统的通讯芯片为rs485，具体可以根据实际情况进行调整。

进一步的，ups包括滤波器、维修su1、旁路su2、输入su3、静态su4、静态su5、输出su6、整流器、逆变器、充电器、输入口、输出口、电池输入口和第一通讯口；

输入口的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端分别与充电器的输入端，输入su3的输入端、旁路su2的输入端和维修su1的输入端相连，充电器的输出端分别与整流器的输出端、逆变器的输入端和电池输入口的输入端相连，输入su3的输出端与整流器的输入端相连，整流器的输出端分别与充电器的输出端和逆变器的输入端相连，逆变器的输出端与静态su5的输入端相连，静态su5的输出端分别与静态su4的输出端和输出su6的输入端相连，输出su6的输出端与维修su1的输出端和输出口的输入端相连，第一通讯口与高压箱的第二通讯口相连。具体的，市电输入后，维修su1、旁路su2、输入su3都为打开状态，输入电流通过滤波器再通过充电器进入到电池模组，当充电器出故障后，闭合输入su3，市电通过输入su3将电流传送至电池模组，当输入su3支路出现故障，则闭合旁路su2市电通过输入su3将电流传送至电池模组，所述维修su1用于当ups出现故障时，进行使用。

进一步的，高压箱包括预充继电器s1、总正继电器s2、充电继电器s3、dc内继电器s4、dc外继电器s5、空开开关s6、中线继电器s7、总负继电器s8、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、唤醒按键k1、预充电阻r1、熔断器1、熔断器2、bcu、第二通讯口、第三通讯口、霍尔传感器；

ups模组的第一通讯口的输出端与高压箱的第二通讯口的输入端相连，第二通讯口的输出端与bcu的输入端相连，bcu的输出端与第三通信口的输入端相连，第三通信口的输出端与电池单元的通讯口相连；

电池输入口的正极分别与二极管d1的负极、充电继电器s3的输入端和二极管d3的正极相连，二极管d1的正极分别与预充电阻r1的输入端相连、充电继电器s3的输出端和总正继电器s2的输入端相连，预充电阻r1的输出端与预充继电器s1的输入端相连，预充继电器s1的输出端分别与总正继电器s2的输出端、霍尔传感器的输入端和二极管d2的正极相连，霍尔传感器的输出端与熔断器2的输入相连，熔断器2的输出与电池单元的正极相连；

二极管d2的负极分别与唤醒按键k1的输入端和dc内继电器s4的输入端相连，dc内继电器s4的输出端分别与唤醒按键k1的输出端、dc外继电器s5的输入端和空开开关s6的输入端相连，dc外继电器s5的输出端与二极管d3的负极相连，空开开关s6的输出端与开关电源的输入端相连，开关电源的输出端与熔断器1的输入端相连，熔断器1的输出端分别与二极管d4的正极和二极管d5的正极相连，二极管d4的负极分别与总负继电器s8的输入端和m组串联的电池单元的电池负极相连；总负继电器s8的输出端分别与二极管d5的负极和电池单元的负极相连；具体的，dc外继电器s5用于充电保护。

电池输入口的中线与中线继电器s7的输入端连接，中线继电器s7的输出端与电池单元的中线相连。具体的，电池单元的中线连接在电池组m/2上。

进一步的，每个电池单元包括锂电池管理系统的从控单元bmu、电池组m、电池组m的第一通讯口、电池组m的第二通讯口和熔断器fn；熔断器2的输出端与电池组1的正极连接，电池组的负极与熔断器f1的输入端连接，熔断器f1的输出端与电池组2的正极相连；以此连接顺序串联至电池组m，电池组m的熔断器fn的输出端分别与总负继电器s8的输入端和二极管d4的负极连接；电池组由m串锂电芯(bt1……btn)组成，其中m为正整数。

第三通讯口的输出端连接至电池组1的第一通讯口的输入端，bmu接收到电池组1的第一通讯口的信息，将信息处理后发送至电池组1的第二通讯口的输入端，电池组1的第二通讯口的输出端与电池组2的第一通讯口的输入端连接；以此连接顺序串联至电池组m-1，电池组m-1的第二通讯口的输出端与电池组m的第一通讯口的输入端连接。

主从架构的ups锂电池系统的操作过程如下：

1)初始状态，预充继电器s1、总正继电器s2、充电继电器s3、dc内继电器s4、dc外继电器s5、空开开关s6、中线继电器s7、总负继电器s8均处于断开状态，dc外继电器s5处于闭合状态；

2)启动状态，本系统的启动方式分为两种：手动启动和充电启动，具体方式如下：

21)手动启动操作：闭合空开开关s6，然后手动按下唤醒按键k1，此时开关电源被导通，同时给bms提供12v电源，bms进行自检，若自检不成功则报故障，系统进行维修处理，若自检成功，则进行预充过程，先闭合总负继电器s8，再闭合充电继电器s3，最后闭合预充继电器s1，此时将外总压的数据与内总压的数据进行对比，对比后外总压的数据为内总压数据的90％后，闭合总正继电器s2，再打开预充继电器s1，最后闭合中线继电器s7，即为启动成功。

22)充电启动操作：ups通过正极和负极输出电压，开关电源工作给bms提供12v电源，bms进行自检，若自检不成功则报故障，系统进行维修处理，若自检成功，则进行预充过程，bms先闭合总负继电器s8，再闭合充电继电器s3，最后闭合预充继电器s1，此时将外总压的数据与内总压的数据进行对比，对比后外总压的数据为内总压数据的90％后，闭合总正继电器s2，再打开预充继电器s1，最后闭合中线继电器s7，即为启动成功。

3)充电状态：市电通过ups的输入口输入电流，电流流入滤波器进行滤波，滤波后进入充电器将交流电转化成直流电，转化后通过电池输入口的正极、中线、负极流入高压箱和m组串联的电池单元进行充电；

4)充电保护操作：bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)断开dc外继电器s5、充电继电器s3和中线继电器s7，此时即切断了充电回路，待电路处于安全状态下后，bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)闭合dc外继电器s5、充电继电器s3和中线继电器s7；

5)放电状态：ups电池输入口的正极、中线、负极与电池模组接通，打开逆变器，闭合静态开关su5，再闭合开关su6，本系统通过输出口进行放电；

6)放电保护操作：bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)断开总正继电器s2、总负继电器s8和中线继电器s7，此时即切断了放电回路，待电路处于安全状态下后，bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)闭合bms闭合总正继电器s2、总负继电器s8和中线继电器s7；

7)下电操作：bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)断开充电继电器s3、总正继电器s2、总负继电器s8、中线继电器s7和空开开关s6，切断开关电源回路，bms(电池管理系统，设于高压箱内，为高压箱的主控系统)进入关机状态；

综上所述，本申请通过在ups模块的基础上增加高压箱和电池单元，并在高压箱和电池单元上设置通讯口能及时反馈检测电芯电压、温度的数据，以便及时进行维护，设备的功率也得以控制，一并提高了设备的使用寿命，同时，增加的电池单元可扩大本系统的电池容量，满足大多数情况下的用电需求，其中，本电路的设计可实现手动启动或充电启动，让系统功能更加完善也提高了工作效率。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。