專利名稱：模塊化ups及多充電器并聯邏輯控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及不間斷電源技術領域，特別是涉及一種具有獨立充電器的模塊化UPS及多充電器并聯邏輯控制方法。
背景技術：
UPS (Uninterruptible Power System),是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源，主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統(tǒng)或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，同時它還向機內電池充電；當市電中斷(事故停電)時，UPS立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續(xù)供應交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。模塊化UPS在系統(tǒng)運行時可隨意移除和安裝而不影響系統(tǒng)的運行及輸出，因此·具有高電源質量、高電源可用性、易擴容、易維護、安全可靠且運行成本低的優(yōu)點，成為UPS的發(fā)展方向之一。現有的模塊化UPS包括機架、多個功率模塊、靜態(tài)開關模塊、監(jiān)控模塊以及電池組，其中功率模塊包括整流器、逆變器、充電器、控制電路等，多個充電器的存在導致了需要對充電過程進行控制以使各充電器能夠協調工作。為解決該問題，申請?zhí)枮?00910238937. I的中國發(fā)明專利申請公布了 “一種模塊化UPS及其充電器的控制方法”，多個充電器同時對電池組進行充電，并檢測每個充電器的充電電壓、充電電流，判斷是否需要關閉部分或全部充電器。對于上述模塊化UPS及其充電器的控制方法，充電器是內置于功率模塊中，當充電器發(fā)生故障時，即使功率模塊的其他部分正常，也需要將整個功率模塊拔出進行維修，這樣將減少整個UPS的容量，從而可能導致過載斷電，使得UPS無法持續(xù)給負載供電。另一方面，充電器對電池充電是分階段的，有均充階段、浮充階段和均浮充周期切換等，不同的充電階段，需要充電器輸出不同的電壓、電流，因此當多個充電器同時對電池組進行充電時，要求各充電器能同步工作在同一個充電階段，而上述專利申請的UPS模塊化對電池組的充電電流、充電電壓是變化的，難以使各個充電器同步工作在同一個充電階段。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于針對現有技術的不足，而提供一種具有獨立充電器的模塊化UPS，其充電器從功率模塊中獨立出來進行控制，從而可以熱拔插充電器，避免當充電器發(fā)生故障時需要拔出整個功率模塊。本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是一種具有獨立充電器的模塊化UPS，包括機架，所述機架內設置有充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊、電池組，所述充電器的輸入端與輸入電源連接，所述充電器的輸出端與所述電池組連接，所述功率模塊設置有交流輸入端、直流輸入端，所述交流輸入端與輸入電源連接，所述直流輸入端與所述電池組連接，所述充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊通過CAN總線連接。
所述充電器為可獨立工作的數字充電器，該數字充電器的工作模式變換、狀態(tài)檢測、電流調整及開關控制由軟件控制。所述充電器為一個。所述充電器為相互并聯的若干個，其中一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器。所述若干個充電器分別與CAN總線連接。本發(fā)明的另一個目的在于針對現有技術的不足，而提供上述具有獨立充電器的模塊化UPS的多充電器并聯邏輯控制方法，可以實現充電器冗余功能，當其中一個充電器發(fā)生故障，其他充電器進行自動調整，提高系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是所述充電器為相互并聯的若干個，充電器進行充電時包括下列步驟·
a、功率模塊將充電配置信息發(fā)送給充電器，選擇充電方式為均充或是浮充，并確定對電池組的充電電壓、充電電流，充電配置信息包括電池電壓、電池容量、電池數量、溫度補償系數；
b、各充電器通過CAN總線進行通訊，收集其他充電器的狀態(tài)信息，確定可以進行充電的充電器數量；
c、各充電器通過競爭確定一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器；
d、根據步驟a，確定主充電器的充電方式、輸出電壓，主充電器的輸出電壓等于電池組的充電電壓，從充電器跟隨主充電器，采用與主充電器相同的充電階段、輸出電壓；
e、將對電池組的充電電流除以可以進行充電的充電器數量，得到單個充電器的輸出電
流；
f、可以進行充電的充電器按上述輸出電壓、輸出電流對電池組進行充電；
g、周期性地重復上述步驟ITf，當電池組的參數發(fā)生變化時，進入步驟a。所述步驟c中，所述充電器包括優(yōu)先級從高到低的四個工作模式充電模式、待機模式、故障模式和關閉模式，每個充電器具有一物理地址，工作模式優(yōu)先級最高的充電器成為主充電器；工作模式優(yōu)先級相同，則物理地址最低的充電器成為主充電器。所述步驟d中，當充電器分配到的輸出電流大于充電器的額定輸出電流時，充電器以額定輸出電流進行充電。所述步驟g中，以20ms為周期重復步驟b f。本發(fā)明的有益效果是一種具有獨立充電器的模塊化UPS及多充電器并聯邏輯控制方法，通過CAN總線實現對獨立充電器的邏輯控制，每個充電器均勻分擔電池組的充電電流，并且周期性地采集充電器的狀態(tài)信息，當部分進行充電的充電器停止充電時，自動調整其他充電器的輸出電流，使電池組充電穩(wěn)定，盡可能地滿足用戶設置的充電需求，同時，采用主從充電器的邏輯控制方法，實現多充電器并聯工作，避免當充電器發(fā)生故障時需要拔出整個功率模塊，實現充電器冗余功能，當其中一個充電器故障，其他充電器可以自動調整，提高系統(tǒng)可靠性。


圖I是本發(fā)明的具有獨立充電器的模塊化UPS的原理方框圖。
圖2是本發(fā)明的充電器開關控制流程圖。圖3是本發(fā)明的主從充電器的競爭流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，并不是把本發(fā)明的實施范圍限制于此。實施例一。本實施例的具有獨立充電器的模塊化UPS，包括機架，所述機架內設置有充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊、電池組，如圖I所示，所述充電器的輸入端與輸入電源連接，所述充電器的輸出端與所述電池組連接，所述功率模塊設置有交流輸入端、直流輸入端，所述交流輸入端與輸入電源連接，所述直流輸入端與所述電池組連接，所述充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊通過CAN總線連接。本發(fā)明的模塊化UPS的充電、供電原理與現有技術相同，其區(qū)別在于·將充電器從功率模塊剝離出來，使兩者成為相對獨立的功能單元，充電器通過CAN總線與功率模塊、監(jiān)控模塊通訊，其中，監(jiān)控模塊與充電器相互通訊，功率模塊與充電器相互通訊，這樣可以使得監(jiān)控模塊、功率模塊分別獲知充電器的狀態(tài)信息，并對充電器進行控制。所述充電器為可獨立工作的數字充電器，該數字充電器的工作模式變換、狀態(tài)檢測、電流調整及開關控制由軟件控制。具體的，對充電器的控制包括如下內容一、監(jiān)控模塊可以直接給充電器發(fā)送命令，以檢測充電器是否在線(是否可充電)，或控制充電器開啟、關閉；二、充電器周期性地把充電器的狀態(tài)信息，如輸出電壓、輸出電流等參數發(fā)送給監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊將其顯示到LCD顯示屏上，實現對充電器的實時監(jiān)控；三、充電器把充電器的狀態(tài)信息發(fā)給功率模塊，功率模塊可以根據其他參數決定開啟或關閉充電器，當功率模塊為電池供電或關機時，功率模塊發(fā)送關閉充電器命令，當功率模塊為市電供電或旁路供電時，功率模塊發(fā)送開啟充電器命令，功率模塊還可以將電池電壓、電池容量、電池組數以及溫度補償系數等充電參數發(fā)送給充電器。如圖2所示，當用戶通過監(jiān)控模塊的界面關閉充電器后，充電器進入手動控制狀態(tài)，充電器將不再響應功率模塊的開啟充電器命令，這樣可以保證充電器的開關處于用戶的控制之下。用戶手動關閉充電器后，用戶可以通過監(jiān)控模塊手動地開啟充電器，否則充電器一直處于關閉狀態(tài)。用戶重新開啟充電器后，充電器恢復到自動控制狀態(tài)，充電器重新響應功率模塊的開關命令。這樣既可以保證UPS系統(tǒng)能自動地進行模式切換，又給用戶手動操作權限，維護方便。對于本發(fā)明，所述充電器可以為一個，優(yōu)選的，所述充電器為相互并聯的若干個，其中一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器。各充電器分別與CAN總線連接，因此，各充電器之間可以相互通訊。本發(fā)明將充電器從功率模塊中獨立出來，當進行充電的部分充電器因發(fā)生故障或被取出而停止充電時，該模塊化UPS可以檢測到該變化，重新分配充電器的充電電流，使電池組充電穩(wěn)定，盡可能地滿足用戶設置的充電需求，避免當充電器發(fā)生故障時需要拔出整個功率模塊，由于功率模塊不需要拔出，該模塊化UPS的供電能力不會發(fā)生變化，不會減少整個UPS的容量，因此工作更加穩(wěn)定，不會因此導致過載斷電，并且實現充電器冗余功能，當其中一個充電器故障，其他充電器可以自動調整，提高系統(tǒng)可靠性。實施例二。本實施例提供一種具有獨立充電器的模塊化UPS的多充電器并聯邏輯控制方法，所述充電器為相互并聯的若干個，充電器進行充電時包括下列步驟
a、功率模塊將充電配置信息發(fā)送給充電器，選擇充電方式為均充或是浮充，并確定對電池組的充電電壓、充電電流，充電配置信息包括電池電壓、電池容量、電池數量、溫度補償系數，對電池組采用均充還是浮充可以手動控制，也可以通過監(jiān)控模塊中的計算機程序進行判斷；
b、各充電器通過CAN總線進行通訊，收集其他充電器的狀態(tài)信息，確定可以進行充電的充電器數量；
c、各充電器通過競爭確定一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器；·
d、根據步驟a的結論,確定主充電器的充電方式、輸出電壓,主充電器的輸出電壓等于電池組的充電電壓，從充電器跟隨主充電器，采用與主充電器相同的充電階段、輸出電壓；
e、將對電池組的充電電流除以可以進行充電的充電器數量，得到單個充電器的輸出電
流；
f、可以進行充電的充電器按上述輸出電壓、輸出電流對電池組進行充電；
g、周期性地重復上述步驟ITf，當電池組的參數發(fā)生變化時，進入步驟a。電池組的充電方式改變是指，電池組從均充改為浮充或由浮充改為均充，其包括以下情況1、當均充完成，電池組自動轉入浮充；2、電池組向外供電，導致電能減少，從浮充轉為均充；3、通過手動控制，改變充電方式。此時，需要重新確定電池組的充電電壓、充電電流。充電器對電池組的充電方式包括均充、浮充，采用不同的充電方式，充電器具有不同輸出電壓和輸出電流，因此當多個充電器并聯時，要求各充電器能同步工作在同一個充電階段，保證各充電器的輸出一致，當主充電器的充電階段發(fā)生改變時，從充電器切換至與主充電器相同的充電階段。為了實現多充電器的同步，本發(fā)明中使用了動態(tài)主從充電器的控制方式。多充電器并聯時，各充電器根據工作模式和物理地址來競爭出主充電器，其余的為從充電器。主充電器統(tǒng)籌系統(tǒng)中的所有充電器同步工作，從充電器接受主充電器的控制，根據主充電器的命令來工作。從而保證所有充電器都跟隨主充電器，實現多充電器的同步。在系統(tǒng)運行過程中，主從充電器是動態(tài)變化的，保證主充電器的優(yōu)先級在整個系統(tǒng)中是最高的。其中，所述充電器包括優(yōu)先級從高到低的四個工作模式充電模式、待機模式、故障模式和關閉模式，每個充電器具有一物理地址，充電器的物理地址是該充電器在UPS系統(tǒng)中的一個固定的編號，物理地址越小，優(yōu)先級越高。圖3所示為主從充電器競爭流程圖，充電器首先把自身的工作模式與其他充電器的工作模式相比較，如果自身工作模式優(yōu)先級最高，則成為主充電器；如果自身工作模式優(yōu)先級最低，則成為從充電器；如果自身工作模式優(yōu)先級和其他充電器的相同，則再判斷物理地址，物理地址最低則成為主充電器，否則為從充電器。在系統(tǒng)運行中，各充電器的工作模式可能變化，因此各充電器之間是周期性地進行主從競爭。所述步驟d中，當充電器分配到的輸出電流大于充電器的額定輸出電流時，充電器以額定輸出電流進行充電。此時，本發(fā)明的模塊化UPS對電池組的充電速度較小，充電時間較長。所述步驟g中，以20ms為周期重復步驟b f。因此，當某個充電器發(fā)生故障或熱拔插時，功率模塊、監(jiān)控模塊、其他充電器會迅速發(fā)現，并重新計算每個充電器需要提供的供電電流，從而自動進行調整，使電池組充電穩(wěn)定，盡可能地滿足用戶設置的充電需求，避免當充電器發(fā)生故障時需要拔出整個功率模塊，由于功率模塊不需要拔出，該模塊化UPS的供電能力不會發(fā)生變化，不會減少整個UPS的容量，因此工作更加穩(wěn)定，不會因此導致過載斷電，并且實現充電器冗余功能，當其中一個充電器故障，其他充電器可以自動調整，提高系統(tǒng)可靠性。需要說明的是，在上述步驟e中，計算單個充電器的充電電流可以通過每個正在充電的充電器各自進行運算得到，也可以是通過監(jiān)控模塊或功率模塊統(tǒng)一進行運算，然后將運算結果發(fā)給各充電器。最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保·護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質和范圍。
權利要求
1.一種模塊化UPS，包括機架，其特征在于所述機架內設置有充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊、電池組，所述充電器的輸入端與輸入電源連接，所述充電器的輸出端與所述電池組連接，所述功率模塊設置有交流輸入端、直流輸入端，所述交流輸入端與輸入電源連接，所述直流輸入端與所述電池組連接，所述充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊通過CAN總線連接。
2.根據權利要求I所述的模塊化UPS，其特征在于所述充電器為可獨立工作的數字充電器，該數字充電器的工作模式變換、狀態(tài)檢測、電流調整及開關控制由軟件控制。
3.根據權利要求2所述的模塊化UPS，其特征在于所述充電器為一個。
4.根據權利要求2所述的模塊化UPS，其特征在于所述充電器為相互并聯的若干個，其中一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器。
5.根據權利要求4所述的模塊化UPS，其特征在于所述若干個充電器分別與CAN總線連接。
6.根據權利要求I所述的模塊化UPS的多充電器并聯邏輯控制方法，其特征在于所述充電器為相互并聯的若干個，充電器進行充電時包括下列步驟 a、功率模塊將充電配置信息發(fā)送給充電器，選擇充電方式為均充或是浮充，并確定對電池組的充電電壓、充電電流，充電配置信息包括電池電壓、電池容量、電池數量、溫度補償系數； b、各充電器通過CAN總線進行通訊，收集其他充電器的狀態(tài)信息，確定可以進行充電的充電器數量； c、各充電器通過競爭確定一個充電器為主充電器，其他充電器為從充電器； d、根據步驟a，確定主充電器的充電方式、輸出電壓，主充電器的輸出電壓等于電池組的充電電壓，從充電器跟隨主充電器，采用與主充電器相同的充電階段、輸出電壓； e、將對電池組的充電電流除以可以進行充電的充電器數量，得到單個充電器的輸出電流； f、可以進行充電的充電器按上述輸出電壓、輸出電流對電池組進行充電； g、周期性地重復上述步驟ITf，當電池組的參數發(fā)生變化時，進入步驟a。
7.根據權利要求6所述的多充電器并聯邏輯控制方法，其特征在于所述步驟c中，所述充電器包括優(yōu)先級從高到低的四個工作模式充電模式、待機模式、故障模式和關閉模式，每個充電器具有一物理地址，工作模式優(yōu)先級最高的充電器成為主充電器；工作模式優(yōu)先級相同，則物理地址最低的充電器成為主充電器。
8.根據權利要求6所述的多充電器并聯邏輯控制方法，其特征在于所述步驟d中，當充電器分配到的輸出電流大于充電器的額定輸出電流時，充電器以額定輸出電流進行充電。
9.根據權利要求6所述的多充電器并聯邏輯控制方法，其特征在于所述步驟g中，以20ms為周期重復步驟b f。
全文摘要
本發(fā)明涉及不間斷電源技術領域，尤其涉及一種具有獨立充電器的模塊化UPS及多充電器并聯邏輯控制方法，該模塊化UPS的充電器的輸入端與輸入電源連接，充電器的輸出端與電池組連接，功率模塊設置有交流輸入端、直流輸入端，交流輸入端與輸入電源連接，直流輸入端與電池組連接，充電器、功率模塊、監(jiān)控模塊通過CAN總線連接，多充電器并聯邏輯控制方法為通過主充電器對充電器進行控制，使各充電器同步工作，同時根據正在充電的充電器的數量均分模塊化UPS的充電電流，本發(fā)明可以實現多充電器并聯工作，并且實現充電器冗余功能，當其中一個充電器故障，其他充電器可以自動調整，提高系統(tǒng)可靠性。
文檔編號H01M10/44GK102790418SQ20121028377
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日2012年8月10日
發(fā)明者胡建明, 胡高宏 申請人:廣東易事特電源股份有限公司