CN102938585A - 一种分布式供电装置 - Google Patents

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Abstract

一种分布式供电装置，由多个电池或电池组单元构成，协同向同一设备的各用电器供电的系统。该装置由控制器、控制信号通路、多个电池或电池组、多个用电器以及连接电池（组）和用电器的电源线路组成。每个电池或电池组只向一个用电器或者一部分用电器供电。多个电池或电池组之间，以及相对应的用电器之间物理隔离和电气隔离，从而可以在电气上看作互相独立的多个单元，有效地把电功率分散到若干互相独立的线路上，从而提高了系统在特定环境中的安全性。同时，用电器的开关和运行状态由控制器统一控制，兼有集中式控制操作方便的优点。

Description

一种分布式供电装置
技术领域
本发明属于电源系统领域，具体涉及一种分布式组合电源装置。
背景技术
在灾难救援，消防排爆等应用场合，所处环境往往充满着易燃易爆气体，液体或粉尘等。为了保证安全，用电器的电压、电流、电感、电容等特性必须满足一定的要求。例如，国标GB 3836《爆炸性环境要求》第4部分图A.1对纯电阻电路给出了电流/电压的最大允许值。这些限制，特别是电压和电流的限制，在本质上限制了用电器所允许达到的最大功率，从而极大限制了一些功率相对较大的用电器，比如大功率驱动电机、高功率照明设备的使用。另一方面，在上述这些场合，小功率用电器很多时候无法达到使用需要，比如：照明装置无法达到所需要的光通量。安全规范、标准对用设备电气功率的限制，和用电器达到所需效能的必要功率之间，成为一对亟需解决的矛盾。为了解决安全和功率的矛盾，现有的爆炸环境下大功率用电设备多采用隔爆处理，但目前能做到的隔爆层本身十分笨重，给携带和应用带来很多困难。
发明内容
本发明为了解决上述中设备电气功率上限和用电器达到所需效能的必要功率之间的矛盾，提出一种分布式的电源装置，可以提供给在爆炸性环境下使用的用电设备使用。
本发明的技术方案如下：
一种分布式供电装置，其特征在于：所述分布式供电装置包括控制信号通路、控制信号耦合器、多个电池或电池组、多个用电器、连接电池或电池组与相对应用电器之间的供电线路以及连接在信号通路上的一个或者多个控制器。
每个电池或电池组以及相对应的用电器、供电线路的组合构成一个供电子系统，其中，每个供电子系统中的相对应的用电器均服务于同一设备。
各供电子系统在电气上相互隔离。
所述控制信号耦合器的输入端接收控制信号通路传输的控制指令，并将所述控制指令输出至用电器，每一个用电器均响应于控制信号通路上传输对应的控制指令，完成用电器的电源的开关、改变运行状态动作。
所述控制信号通路以有线或者无线的方式与控制器连通，通过控制器实现对多个供电子系统运行状态的协调控制。
进一步优选的是，所述控制信号耦合器为非电气耦合装置，包括磁耦合装置、光电耦合装置和继电器耦合装置。控制信号通路和所述供电子系统之间采用非电气耦合装置实现控制信号耦合，使子系统中电池或电池组向用电器的供电电流不会被导入控制信号通路中。
根据上述分布式供电装置，在用电器与控制信号耦合器之间还可以进一步设置从控制器，来自控制信号通路的控制信号通过控制信号耦合器耦合至从控制器，由从控制器根据控制信号耦合器输出的信号控制用电器。
根据上述分布式供电装置，在用电器与控制信号耦合器之间还包括执行部件，来自控制信号通路的控制信号通过控制信号耦合器耦合至执行部件，每一个执行部件均用于响应控制信号通路上传输的相对应的控制指令，完成用电器电源的开关、改变运行状态等动作。
所述控制信号通路包括有线和无线方式的信号通路。但是为了实现子系统之间的电气隔离，同时又能响应统一的控制信号，所述控制信号耦合器应为非电气耦合装置。最可靠的方式是采用无线形式耦合控制信号通路和各个子系统，具体实现方法包括但不局限于，包括磁耦合、继电器耦合和光耦合。在某些情况下，控制信号的电流大大小于一个子系统中电源供给相应用电器的电流，在保证电池向用用电器供电的电流不被导入其他供电子系统、控制器或控制信号通路的前提下，也可采用有线的方式连接控制信号通路和子系统。
另外，对供电子系统的物理上相互隔离包括一切防止来自不同子系统之间的部件相互接触的方式和方法。多个供电子系统实现物理隔离是容易解决的，如预留安装空隙、物体隔开等方式。
本发明结构简单，易于应用。通过电池（组）和用电器的分布式安放，使得整个系统总的电气功率被分散到多个并列的子系统中。每个子系统之间，包括各个电池（组）之间和用电器之间实现了完全的物理隔离和电气隔离。从而符合国标GB 3836.4对多个独立设备的认定要求。系统中的最大电流和电压不会超过单个子系统的电流和电压，从而在实现了整个系统的拥有较大电气功率总和的同时满足了电流和电压的上限要求。
在控制方面，系统中使用统一的控制信号通路，以非电气的方式耦合到各个电池（组）-用电器子系统，从而易于实现对各个子系统的统一控制，兼有集中式系统控制方便高效的优点。
本发明具有以下有益效果：
1.分布式供电装置结构简单，易于应用；可以有效实现把电气功率分散到系统各处，避免了在局部产生大电流或高电压，具有高安全性，适用于爆炸性环境需求。
2.分布式供电装置兼有集中式系统控制方便高效，分布式系统的高可靠性、易扩展性优点。单个子系统故障不会影响其它子系统，子系统个数的增减也较为容易。
附图说明
图1是整个供电装置的系统原理示意图；
图2是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的一类的实现方式；
图3是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图4是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图5是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图6是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图7是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图8是一种分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的另一类实现方式；
图9是一种分布式电源装置的单个控制器控制信号通路的一类实现方式；
图10是一种分布式电源装置的带执行部件一种实现方式；
图11是一种分布式电源装置的带执行部件另一种实现方式。
具体实施方法
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
参见图1，本发明公开的一种分布式供电装置，包括控制信号通路14、控制信号耦合器16、多个电池或电池组13、多个用电器12、连接电池或电池组与相对应用电器之间的供电线路15以及连接在信号通路上的一个或者多个控制器11；
每个电池或电池组13以及相对应的用电器12、供电线路15的组合构成一个供电子系统，其中，每个供电子系统中的相对应的用电器12均服务于同一设备；
各供电子系统在电气上相互隔离；
所述控制信号耦合器16的输入端接收控制信号通路14传输的控制指令，并将所述控制指令输出至用电器12，每一个用电器12均响应于控制信号通路14上传输对应的控制指令，完成用电器12的电源的开关、改变运行状态动作；
所述控制信号通路以有线或者无线的方式与控制器11连通，通过控制器11实现对多个供电子系统运行状态的协调控制。
参见图2、图3、图6、图7、图9，分别显示了分布式电源装置的多个控制器控制信号通路的不同实现型式，图示的分布式电源装置包括控制器11、控制信号通路14、控制信号耦合器16、多个电池或电池组13、多个用电器12以及连接电池（组）和用电器的供电线路15。每个电池或电池组13通过各自的供电线路15对一个或者一组用电器12提供电能，每个电池或电池组13以及相对应的用电器12、供电线路15的组合可以看作一个子系统。控制器和子系统以通过非电气方式的控制信号耦合器16耦合，从而使得用电器的开关以及运行状态响应受控制信号通路14上的控制信号控制。控制命令通过控制信号通路14经控制信号耦合器16传递给子系统，从而实现对多个用电器开关以及运行状态的统一控制。对各个子系统要进行物理隔离安装可根据系统的需求确定，如预留安装空隙、物体隔开等方式。
参见图4、图5和图8，对子系统的控制可以通过控制子系统中的任意一个部件，如包括控制供电线路15来完成。对用电器的控制也可以单独分开来进行控制。在有大量任务要计算的控制器中，可以对图3、图4、图7、图8、图9和图10的控制器进行任务均衡，分别对每个供电子系统放置一个控制器。因此，在某些情况下，子系统可以自带一个从控制器，该从控制器在供电线路15上，在这种情况下，对子系统的控制也可以通过将控制器11的控制信号通过控制信号耦合器16耦合至从控制器来完成。
参见图10和图11，为了更好的应用这个装置，某些不能用控制器或控制信号直接控制的用电器，可以在在子系统中加入执行部件。执行部件驱动或控制用电器，且受控制器或控制信号的控制。
参见图5和图11，有时候控制信号通路14或其一部分为无线传输信道，此时信号传输利用无线电磁波为媒介进行，由于供电子系统的电流无法通过电磁波传输到控制信号通路上，所以控制信号通路14的无线传输部分本身存在天然的电气隔离功能。此时在硬件实现上控制信号耦合器16并不必要独立存在，控制信号耦合器和控制信号通路14的无线传输部分二者可以合二为一。

Claims (5)

1.一种分布式供电装置，其特征在于：所述分布式供电装置包括控制信号通路、控制信号耦合器、多个电池或电池组、多个用电器、连接电池或电池组与相对应用电器之间的供电线路以及连接在信号通路上的一个或者多个控制器；
每个电池或电池组以及相对应的用电器、供电线路的组合构成一个供电子系统，其中，每个供电子系统中的相对应的用电器均服务于同一设备；
各供电子系统在电气上相互隔离；
所述控制信号耦合器的输入端接收控制信号通路传输的控制指令，并将所述控制指令输出至用电器，每一个用电器均响应于控制信号通路上传输对应的控制指令，完成用电器的电源的开关、改变运行状态动作；
所述控制信号通路以有线或者无线的方式与控制器连通，通过控制器实现对多个供电子系统运行状态的协调控制。
2.根据权利要求1所述的分布式供电装置，其特征在于：所述控制信号耦合器为非电气耦合装置，包括磁耦合装置、光电耦合装置和继电器耦合装置。
3.根据权利要求1所述的分布式供电装置，其特征在于：控制信号通路和所述供电子系统之间采用非电气耦合装置实现控制信号耦合，使子系统中电池或电池组向用电器的供电电流不会被导入控制信号通路中。
4.根据权利要求1所述的分布式供电装置，其特征在于：在用电器与控制信号耦合器之间还可以进一步设置从控制器，来自控制信号通路的控制信号通过控制信号耦合器耦合至从控制器，由从控制器根据控制信号耦合器输出的信号控制用电器。
5.根据权利要求1所述的分布式供电装置，其特征在于：在用电器与控制信号耦合器之间还包括执行部件，来自控制信号通路的控制信号通过控制信号耦合器耦合至执行部件，每一个执行部件均用于响应控制信号通路上传输的相对应的控制指令，完成用电器电源的开关、改变运行状态等动作。
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