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CN102651572B - 一种零时备电系统和零时备电方法 - Google Patents

一种零时备电系统和零时备电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零时备电系统和零时备电方法，属于电池供电领域。所述系统包括负载、主电池供电系统和辅电池供电系统，所述主电池供电系统包括主电池组和第一控制系统，所述辅电池供电系统包括辅电池组和第二控制系统，所述第一控制系统和所述第二控制系统形成互锁控制；所述主电池供电系统和所述辅电池供电系统对所述负载进行供电。本发明通过将主电池供电系统中的第一控制系统和辅电池供电系统中的第二控制系统设置为互锁控制结构，因而在主电池供电系统工作时，辅电池供电系统不工作，且辅电池供电系统工作时，主电池供电系统不会充电，主电池组和辅电池组之间不会发生相互充放电的现象，且避免了电池组并联使用的组间环流问题。

Description

一种零时备电系统和零时备电方法
技术领域
本发明涉及电池供电领域，特别涉及一种零时备电系统和零时备电方法。
背景技术
随着供电系统的广泛应用，重要的场景如基站、机场、医院等都要求供电系统具有零时备电功能，零时备电是指不间断备电，这已经成为用户衡量供电系统的重要指标。
现有技术一的零时备电方案，如图1所示，主电电源为非电池供电系统，如市电、油机、风能、太阳能等，备电电源为无控制电路的备电池，非电池供电系统中设有整流模块，因而其输出电压、电流可控，正常情况下视为其输出电压恒定不变，当非电池供电系统掉电，导致电压跌落时，没有控制电路的备电池能够自动零时供电。
现有技术二的零时备电方案，如图2和图3所示，主电电源为非电池供电系统，备电电源包括控制电路和备电池，控制电路的放电开关默认打开。非电池供电系统中设有整流模块，因而其输出电压、电流可控，正常情况下视为其输出电压恒定不变。当非电池供电系统掉电，电压跌落时，由于备电电源的控制电路的放电开关默认打开，此时，备电电源进行零时供电，零时供电是不间断供电的意思，即通过电池组正极－负载－电池组负极-充电MOS内部寄生二极管－放电MOS－电池组负极形成回路。另外，控制电路检测到有放电电流后立即打开充电MOS，对主电池进行长时间的供电。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术一中，由于没有控制电路，非电池供电系统的供电存在不稳定的问题。而现有技术二中，由于只有一个备电池进行备电，一旦该备电池断电，负载设备就会断电。
发明内容
为了解决主电电源和备电电源都是电池时的零时备电问题，本发明实施例提供了一种零时备电系统和零时备电方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种零时备电系统，所述系统包括：负载、主电池供电系统和辅电池供电系统；
所述主电池供电系统包括主电池组和第一控制系统，所述辅电池供电系统包括辅电池组和第二控制系统，所述第一控制系统控制所述主电池组对所述负载进行供电，所述第二控制系统控制所述辅电池组对所述负载进行供电；
所述第一控制系统和所述第二控制系统形成互锁控制，以控制某一时刻只有所述主电池组或只有所述辅电池组对所述负载进行供电；
所述主电池供电系统和所述辅电池供电系统对所述负载进行供电。
本发明实施例还提供了一种零时备电方法，所述方法包括：
主电池供电系统对负载供电，并触发辅电池供电系统不工作，所述主电池供电系统包括主电池组和与所述主电池组连接的第一控制系统，所述辅电池供电系统包括辅电池组、与所述辅电池组连接的第二控制系统和与所述第二控制系统并联的第二单向放电电路；
当所述主电池组的放电截止电压小于辅电池组的放电启动电压时，辅电池供电系统对所述负载进行供电，并触发所述主电池组停止供电。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将主电池供电系统中的第一控制系统和辅电池供电系统中的第二控制系统设置为互锁控制结构，因而在主电池供电系统工作时，辅电池供电系统不工作，且辅电池供电系统工作时，主电池供电系统不会充电，主电池组和辅电池组之间不会发生相互充放电的现象，且避免了电池组并联使用的组间环流问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术一中的零时备电示意图；
图2是现有技术二中的零时备电示意图；
图3是现有技术二中的备电电源的控制系统示意图；
图4是本发明实施例1中提供的零时备电系统示意图；
图5是本发明实施例2中提供的零时备电原理的示意图；
图6是本发明实施例2中提供的零时备电系统的示意图；
图7是本发明实施例2中提供的零时备电系统的另一示意图；
图8是本发明实施例2中提供的零时备电系统的又一示意图
图9是本发明实施例3中提供的零时备电方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
参见图4，本发明实施例提供了一种零时备电系统，所述系统包括负载101、主电池供电系统102和辅电池供电系统103；
主电池供电系统102包括主电池组和第一控制系统，辅电池供电系统103包括辅电池组和第二控制系统，第一控制系统控制主电池组对负载进行供电，第二控制系统控制辅电池组对所述负载进行供电；
第一控制系统和第二控制系统形成互锁控制，以控制某一时刻只有主电池组或只有辅电池组对所述负载进行供电。
本发明实施例提供的零时备电系统，通过将主电池供电系统中的第一控制系统和辅电池供电系统中的第二控制系统设置为互锁控制结构，因而在主电池供电系统工作时，辅电池供电系统不工作，且辅电池供电系统工作时，主电池供电系统不会充电，主电池组和辅电池组之间不会发生相互充放电的现象，且避免了电池组并联使用的组间环流问题。
实施例2
参见图5和图6，本发明实施例提供了一种零时备电系统，所述零时备电系统包括：负载201、主电池供电系统202和辅电池供电系统203，
主电池供电系统202包括主电池组2021和第一控制系统2022，辅电池供电系统203包括辅电池组2031和第二控制系统2032，第一控制系统控制主电池组对负载进行供电，第二控制系统控制辅电池组对负载进行供电，第一控制系统和第二控制系统形成互锁控制，以控制某一时刻只有主电池组对负载进行供电或只有辅电池组对负载进行供电。
具体地，主电池供电系统还包括第一单向放电电路2023，辅电池供电系统还包括第二单向放电电路2033，且第一控制系统2022与第一单向放电电路2023并联连接，第二控制系统2032与第二单向放电电路2033并联连接，第一单向放电电路2023和第二单向放电电路2033中均设有单向放电器件。
主电池组2021的输出端连接第一单向放电电路2023的输入端，第一单向放电电路2023的输出端连接负载201的一端和第二单向放电电路2033的输出端，第二单向放电电路2033的输入端连接辅电池组2031的输出端；主电池组2021的另一输出端连接负载201的另一端和辅电池组2031的另一输出端。
本实施例中，主电池组的放电截止电压要求大于辅电池组的放电启动电压，本发明实施例不对具体的实现方式进行限定，实际应用中，参见图7，可以设置主电池供电系统中的主电池为N支电芯串联，设置辅电池供电系统中的辅电池组为N-1或者N-2或M支电池串联，辅电池组串联节数比主电池组具体少多少节根据电池规格和具体应用情况而定，N、M为自然数，N大于M，以实现主电池组的放电截止电压大于辅电池组的放电启动电压。参见图8，也可以设置主电池组和辅电池组串联节数相同，但是第一单向放电电路中设有的单向放电器件的个数小于第二单向放电电路中设有的单向放电器件的个数，以实现主电池组的放电截止电压大于辅电池组的放电启动电压。
其中，本发明实施例中的单向放电器件可以为二极管或为SCR（Silicon ControlledRectifier，晶闸管）或IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）等，本发明实施例不对单向放电器件的实现方式进行限定。
具体地，第一控制系统至少包括第一控制器，第一控制器包括线圈、主触点和辅触点三部分，第二控制系统至少包括第二控制器，第二控制器同样包括线圈、主触点和辅触点三部分，线圈一旦上电，主触点和辅触点由常开状态变为常闭状态，常闭状态变为常开状态。
其中，第一控制器和第二控制器的各部分的具体连接方式为，第一控制器的主触点与第一控制器的线圈对应设置，第一控制器的辅触点连接第二控制器的线圈；第二控制器的主触点与第二控制器的线圈对应设置，第二控制器的辅触点连接第一控制器的线圈。
本发明实施例中第一控制器的主触点和第二控制器的主触点设置为常开状态，第一控制系统的辅触点和第二控制系统的辅触点设置为常闭状态。
第一控制系统控制第一控制器的工作状态，初始化时第一控制器的主触点断开，第一控制器的辅触点闭合，第一控制器的单向放电器件打开，第二控制系统控制第二控制器的工作状态，初始化时第二控制器的主触点断开，第二控制器的辅触点闭合，第二控制器的单向放电器件打开，当负载的供电电源断电，第一控制系统通过第一控制系统的单向放电器件自动实现对负载的零时供电，然后第一控制系统控制第一控制器上电，控制第一控制器的主触点由常开状态变为闭合状态，主电池组开始放电，给负载进行备电，主电池组放电过程中，主电池组的电压在正常范围内逐渐减小，但由于主电池组的放电截止电压大于辅电池组的放电启动电压，所以辅电池组不工作。当主电池组的电压减小到辅电池组的放电启动电压时，第二控制系统通过第二控制系统的单向放电器件自动实现对负载的零时供电，然后先断开第一控制器的主触点，再打开第二控制器的主触点，实现了辅电池组零时备电。
另外，在辅电池组放电的过程中，由于主电池供电系统中设置了与主电池组串联连接的第一单向放电电路，且第一控制器的主触点断开，辅电池组不会对主电池组进行充电。
因此，本方案在备电时，首先由主电池组进行备电，当主电池组的放电截止电压值小于辅电池组的放电启动电压时，第二控制系统控制辅电池组进行放电，且主电池组停止放电，实现零时供电的同时，不会发生电池组之间的相互充电。
作为上述实施方式的优选，本发明实施例还可以在辅电池组放电的过程中，在负载上并联设置一个外接电源，利用外接电源对主电池组进行充电，在预设的一段时间后，第二控制器系统第二控制器断开，即控制第二控制器的主触点断开，并控制第二控制电路连接的第一控制器的辅触点由断开状态变为闭合状态，辅电池组停止供电，由于互锁，第二控制器的辅触点由闭合状态变为断开状态，主电池组进行供电，从而延长了备电时间。
作为上述实施方式的优选，当单向放电器件为SCR或IGBT时，第一控制系统还会给主电池供电系统中的SCR或IGBT发送控制信号，使SCR或IGBT导通，同理，第二控制回路也会给辅电池供电系统中的SCR或IGBT发送控制信号，使SCR或IGBT导通。
另外，当前锂动力电池凭借其自身特有优势正在储能、零时备电、油电混合循环应用等场景中大规模应用开来。在大功率应用中，首先需要单体电芯串联组成电池组来提高供电电压，然后电池组再并联来提高供电电流。由电池管理系统（Battery Management System，BMS）对每一个串联电池组进行监控管理。锂电池组和BMS共同组成锂电模块。
本发明实施例中的主电池组中的每一个主电池连接一个BMS，每一个BMS用于控制与主电池串联连接的开关的断开或闭合。具体地，BMS采集单支电池组的电压、电流和温度等信息，并将该信息上报第一控制系统，第一控制系统根据接收到的信息向BMS下发命令，以控制该BMS管理的主电池的断开或闭合。
本发明实施例中，主电池组中的各个主电池的属性可以相同，也可以不同。若主电池组中的各主电池的属性不同时，在同一时刻，各个主电池连接的各个BMS向主控制回路上报的信息不同，主控制回路会根据各个BMS上报的信息逐个时间段下发命令，使各个主电池连接的开关逐个闭合。若主电池组中各个主电池的属性相同时，在同一时刻，各个主电池连接的各个BMS向主控制回路上报的信息相同，主控制回路会根据各个BMS上报的信息向各BMS同时下发命令，使各个主电池连接的开关同时闭合。
本发明实施例提供的零时备电系统，通过将主电池供电系统中的第一控制系统和辅电池供电系统中的第二控制系统设置为互锁控制结构，因而在主电池供电系统工作时，辅电池供电系统不工作，且辅电池供电系统工作时，主电池供电系统不会充电，主电池组和辅电池组之间不会发生相互充放电的现象，且避免了电池组并联使用的组间环流问题。
实施例3
参见图9，本发明实施例还提供了一种零时备电方法，所述方法包括：
步骤301：主电池供电系统对负载供电，并触发辅电池供电系统不工作，主电池供电系统包括主电池组和与主电池组连接的第一控制系统，辅电池供电系统包括辅电池组、与辅电池组连接的第二控制系统和与第二控制系统并联的第二单向放电电路；
步骤302：当主电池组的放电截止电压小于辅电池组的放电启动电压时，辅电池组对负载进行供电，并触发主电池供电系统停止供电。
其中，辅电池组对负载进行供电，并触发主电池组停止供电，具体包括：
辅电池供电系统中的辅电池组通过第二单向放电电路对负载进行供电，并向主电池供电系统中的第一控制系统发送命令，使第一控制系统中的控制器断开，触发主电池组停止供电。
其中，触发主电池组停止供电之后，方法还包括：
辅电池供电系统中的第二控制系统控制第二控制系统中的控制器闭合，使辅电池供电系统中的辅电池组直接对负载进行供电。
本发明实施例提供的方法，通过将主电池供电系统中的第一控制系统和辅电池供电系统中的第二控制系统设置为互锁控制结构，因而在主电池供电系统工作时，辅电池供电系统不工作，且辅电池供电系统工作时，主电池供电系统不会充电，主电池组和辅电池组之间不会发生相互充放电的现象，且避免了电池组并联使用的组间环流问题。
本实施例提供的方法，具体可以与装置实施例属于同一构思，其具体实现过程详见装置实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种零时备电系统，其特征在于，所述系统包括负载、主电池供电系统和辅电池供电系统，
所述主电池供电系统包括主电池组和第一控制系统，所述辅电池供电系统包括辅电池组和第二控制系统，所述第一控制系统控制所述主电池组对所述负载进行供电，所述第二控制系统控制所述辅电池组对所述负载进行供电；
所述第一控制系统和所述第二控制系统形成互锁控制，以控制某一时刻只有所述主电池组或只有所述辅电池组对所述负载进行供电；
其中，所述主电池供电系统还包括第一单向放电电路，所述辅电池供电系统还包括第二单向放电电路；所述第一控制系统与所述第一单向放电电路并联连接，所述第二控制系统与所述第二单向放电电路并联连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主电池组的放电截止电压大于所述辅电池组的放电启动电压；
所述主电池组的输出端连接所述第一单向放电电路的输入端，所述第一单向放电电路的输出端连接所述负载的一端和所述第二单向放电电路的输出端，所述第二单向放电电路的输入端连接所述辅电池组的输出端，所述主电池组的另一输出端连接所述负载的另一端和所述辅电池组的另一输出端。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主电池组为N支电芯串联，所述辅电池组为M支电芯串联，所述N、M为自然数，所述N大于M。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主电池组和辅电池组均为N支电芯串联，所述第一单向放电电路中设有的单向放电器件的个数大于所述第二单向放电电路中设有的单向放电器件的个数，所述N为自然数。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述单向放电器件具体为二极管、晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制系统至少包括第一控制器，所述第一控制器的主触点与所述第一控制器的线圈对应设置；
所述第二控制系统至少包括第二控制器，所述第二控制器的主触点与所述第二控制器的线圈对应设置，所述第一控制器的辅触点连接所述第二控制器的线圈，所述第二控制器的辅触点连接所述第一控制器的线圈。
7.一种零时备电方法，其特征在于，所述方法包括：
主电池供电系统对负载供电，并触发辅电池供电系统不工作，所述主电池供电系统包括主电池组和与所述主电池组连接的第一控制系统，所述辅电池供电系统包括辅电池组、与所述辅电池组连接的第二控制系统和与所述第二控制系统并联的第二单向放电电路；
当所述主电池组的放电截止电压小于辅电池组的放电启动电压时，辅电池组对所述负载进行供电，并触发所述主电池组停止供电；
其中，所述主电池供电系统还包括第一单向放电电路；所述第一控制系统与所述第一单向放电电路并联连接。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅电池组对所述负载进行供电，并触发所述主电池组停止供电，具体包括：
所述辅电池组通过所述第二单向放电电路对所述负载进行供电，并向所述第一控制系统发送命令，使所述第一控制系统中的控制器断开，触发所述主电池组停止供电。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述触发所述主电池组停止供电之后，所述方法还包括：
所述第二控制系统控制所述第二控制系统中的控制器闭合，使与所述第二控制系统连接的所述辅电池组直接对所述负载进行供电。
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