CN108599288A - 用于向高压设备供电的供电单元、供电系统及高压设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于向高压设备供电的供电单元、供电系统以及高压设备。其中，用于向高压设备供电的供电单元由至少一个蓄电池与高压发生器组成，其中，所述至少一个蓄电池直接与高压发生器连接，并且所述蓄电池的内阻小于预设值。本发明通过合理设置蓄电池的内阻，保证其内阻小于预设值，能够减小蓄电池在使用过程中的电压降，从而使得蓄电池具有足够大的放电能力；此外，将蓄电池直接与高压发生器连接，即通过蓄电池直接向高压发生器提供电源。在蓄电池的内阻小于预设值的前提条件下，通过蓄电池直接与高压发生器连接，能够避免使用电容器组提升蓄电池的放电能力，提升供电单元的利用率，进而提高高压设备的续航能力。

Description

用于向高压设备供电的供电单元、供电系统及高压设备

技术领域

本发明涉及高压设备技术领域，具体涉及用于向高压设备供电的供电单元、供电系统及高压设备。

背景技术

高压设备一般包括：供电单元，高压发生器以及高压装置。其中，供电单元为高压发生器提供电能，高压发生器将供电单元提供的电能进行升压，以供高压装置工作。

由于高压设备都具有一定的尺寸限制，这就限制了供电单元在高压设备中所占的体积，从而对供电单元内蓄电池的数量有要求，由此蓄电池的放电能力不足以使得高压发生器正常工作。因此，现有技术中的供电单元一般由蓄电池，电容器组以及高压发生器组成，电容器组设置在蓄电池与高压发生器之间，以提升蓄电池的放电能力。该供电系统具体在工作时，蓄电池首先向电容器组充电；充电完成后，断开蓄电池；通过电容器组的放电，向高压发生器提供电能。

上述技术方案中，在高压设备停机后，需要对电容器组进行放电，以防止电容器组内的剩余电量导致操作人员触电。然而，电容器组内剩余电量的释放无疑会导致蓄电池电量无意义的损失，降低蓄电池的利用率，进而影响该高压设备的续航时间。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于向高压设备供电的供电单元、供电系统及高压设备，以解决高压设备的续航时间短的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种用于向高压设备供电的供电单元，所述供电单元由至少一个蓄电池与高压发生器组成，其中，所述至少一个蓄电池直接与高压发生器连接，并且所述蓄电池的内阻小于预设值。

本发明通过合理设置蓄电池的内阻，保证其内阻小于预设值，能够减小蓄电池在使用过程中的电压降，从而使得蓄电池具有足够大的放电能力；此外，将蓄电池直接与高压发生器连接，即通过蓄电池直接向高压发生器提供电源。在蓄电池的内阻小于预设值的前提条件下，通过蓄电池直接与高压发生器连接，能够避免使用电容器组提升蓄电池的放电能力，提高了供电单元的利用率，进而提高应用该供电单元供电的高压设备的续航能力。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述预设值为25毫欧。

本发明通过设置单个蓄电池的内阻小于25毫欧，使得蓄电池在使用过程中的电压降较小，一方面能够保证蓄电池的放电能力；另一方面，蓄电池的放电能力提升，在同样的放电需求的情况下，通过本发明中较少数量的蓄电池即可实现，即本发明中的供电单元所占的体积较小，能够实现高压设备的小型化。

结合第一方面或第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述蓄电池为锂电池。

本发明通过利用尺寸与重量较小的锂电池作为蓄电池，能够减小高压设备的尺寸与重量，使其易于运输。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种用于向高压设备供电的供电系统，包括：

本发明第一方面，第一方面第一实施方式，第一方面第二实施方式中任一项所述的供电单元；

预充电电路，所述预充电电路与所述供电单元的所述至少一个蓄电池并联连接。

由于本发明中的蓄电池在放电瞬间具有较大的冲击电流，通过在向高压发生器供电的蓄电池两端并联预充电电路，使得在蓄电池放电的瞬间首先给预充电电路充电，然后蓄电池再向高压发生器放电。通过预充电电路的过渡，能够避免冲击电流对高压发生器造成损伤，提高了高压发生器的使用寿命。

结合第二方面，所述预充电电路包括：串联连接的控制支路和储能元件。

本发明通过控制支路控制预充电电路的工作状态，一方面能够避免冲击电流对高压发生器的损害；另一方面，在过渡完成之后，切换预充电电路的工作状态，能够减小预充电电路中的电压降对蓄电池放电的影响。

结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，所述控制支路包括并联连接的第一支路和第二支路；

所述第一支路包括串联连接的第一开关和电阻；

所述第二支路包括第二开关；

所述储能元件为电容。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种高压设备，包括：本发明第二方面，第二方面第一实施方式，第二方面第二实施方式中任一项所述的供电系统。

本发明中的高压设备，其供电系统中供电单元由于采用内阻较小的蓄电池，在保证蓄电池的放电能力足够保证高压发生器的正常工作；另一方面，供电系统中的预充电路能够减小蓄电池放电瞬间较大的冲击电流对高压发生器造成的损伤。

结合第三方面，还包括：与所述供电系统电连接的检测装置，用于检测至少一个蓄电池的电压、电流或剩余电量中的至少一个。

本发明通过检测装置实时检测蓄电池的工作状态，保证蓄电池放电的安全性。

结合第三方面第一实施方式，在第三方面第二实施方式中，所述检测装置与所述高压发生器中的主控板电连接；所述检测装置用于将检测到的所述至少一个蓄电池的所述剩余电量发送给所述主控板；所述主控板用于根据所述剩余电量确定所述高压发生器的最大输出功率。

本发明中的检测装置与高压发生器的主控板电连接，将检测到的剩余电量发送给主控板，使得主控板能够根据蓄电池不同的状态，高压发生器输出不同的功率，保证蓄电池最优的使用效率，从而实现蓄电池具有更长的续航时间。

结合第三方面或第三方面第一实施方式或第三方面第二实施方式，在第三方面第三实施方式中，所述高压设备包括移动DR设备。

本发明中的移动DR设备中的供电单元由于采用内阻较小的蓄电池，即蓄电池能够持续输出大电流，能够保证高压发生器可以持续输出大功率；此外，移动DR设备中的高压发生器能够根据蓄电池不同的状态，输出不同的功率，保证蓄电池最优的使用效率，从而实现蓄电池具有更长的续航时间。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中用于向高压设备供电的供电单元的一个具体示意的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中用于向高压设备供电的供电系统的一个具体示意的结构示意图；

图3示出了本发明实施例中预充电电路的一个具体示意的结构示意图；

图4示出了本发明实施例中高压设备的一个具体示意的结构示意图；

图5示出了本发明实施例中高压设备的另一个具体示意的结构示意图；

图6示出了本发明实施例中根据剩余电量确定高压发生器的最大输出功率的一个具体示意的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应当理解的是，剩余电量(State of Charge，简称为SOC)，用于表示电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。

本发明实施例提供一种用于向高压设备供电的供电单元，如图1所示，该供电单元由至少一个蓄电池11与高压发生器20组成，其中，蓄电池11的内阻小于预设值。

本申请发明人经过多次实验得出，蓄电池单独向高压发生器放电的能力不足的原因在于蓄电池使用过程中的压降过大，并不在于蓄电池的具体数量，而在于蓄电池的内阻过大。因此，在本实施例中，通过在供电单元内设置内阻小于预设值的蓄电池，使得本实施例中的供电单元即使在没有电容器组的情况下，也能够提供高压发生器工作所需的电能。本实施例提供的用于向高压设备供电的供电单元省却了现有技术中的供电单元所必需的电容器组，同时高压设备仍能够正常工作，从而避免了现有技术中电容器组内剩余电量的释放而导致的蓄电池电量损失，提升了高压设备的续航时间。

蓄电池11内阻的大小与制备蓄电池11的电池磁芯，蓄电池内电源线的长度，以及电源线内径有关。因此，可以通过选择内阻小的电池磁芯，缩短电源线的长度，或增加电源线的内径中的至少一种方法，制备内阻小于预设值的蓄电池11。

此外，蓄电池11可以为锂电池，铅酸蓄电池，镍碱蓄电池，或其他类型可以充放电的电池中的一种。

在实际应用中，蓄电池11的数量以及各蓄电池11之间的串并联方式并不限于图1中所示，可以根据实际高压发生器20所需输出的功率进行具体设置。由于高压发生器20所需输出的功率越大，其所需的电能就越大，蓄电池11所需提供的电能的就越大。

为下文描述方便，将与高压发生器20直接连接的至少一个蓄电池11称之为电池模块，该电池模块可以包括彼此连接的多个蓄电池11。例如，可以包括700个蓄电池11，即，以70个蓄电池11的串联连接为一组模块，依次并联10组模块。电池模块10直接与高压发生器20连接，即电池模块10直接向高压发生器放电，以供给高压发生器20的工作。

在蓄电池11的内阻小于预设值的情况下，蓄电池11在放电过程中，由于其内阻所消耗的电压就会降低，即蓄电池11两端的压降就会减小，从而使得蓄电池11具有足够大的放电能力；此外，将电池模块10直接与高压发生器20连接，即通过电池模块10直接向高压发生器20提供电源。在蓄电池的内阻小于预设值的前提条件下，通过至少一个蓄电池11直接与高压发生器20连接，能够避免使用电容器组提升蓄电池的放电能力，提高了供电单元的利用率，进而提高应用该供电单元供电的高压设备的续航能力。

在本发明实施例的一些可选实施方式中，预设值例如可以为25毫欧，即蓄电池11的内阻小于25毫欧。例如，按照实施例1中的电池模块10的连接方式，该电池模块10的内阻小于175毫欧，即25×70÷10＝175毫欧。

发明人在经过多次实验证明，在蓄电池内阻小于25毫欧的情况下，其内阻所消耗的电压就会降低。其中，测试环境如下所述：测试采用上文所述的电池模块，(包括700个蓄电池11，即，以70个蓄电池11的串联连接为一组模块，依次并联10组模块)，电池模块的电压为265V左右，用户所需求的放电电流为175A，放电时间1S。具体测试数据如表1所示：

表1测试数据

其中，在放电20ms之后(即在电池模块的放电电压稳定之后)，测量高压发生器的输入电压。从上表数据可以看出，在供电单元的内阻小于240毫欧时，电池模块的放电电流能够达到200A；在供电单元的内阻小于250毫欧时，电池模块的放电电流能够达到150A。

由上表中的数据，除去电池模块与高压发生器之间相关连接电缆的电阻，按照电池模块内各蓄电池组的串并联关系，能够反向计算推导出，当蓄电池的内阻小于25毫欧时，本实施例中的蓄电池11具有足够大的放电能力，能够满足高压设备大电流放电的要求。

因此，与高压发生器20直接连接的至少一个蓄电池11的总内阻小于200毫欧，在使用过程中，至少一个蓄电池11以及连接电缆上的电压降较小，一方面能够保证蓄电池的放电能力；另一方面，蓄电池的放电能力提升，在同样的放电需求的情况下，通过本发明中较少数量的蓄电池即可实现，即本发明中的供电单元所占的体积较小，能够实现高压设备的小型化。

此外，本实施例中的蓄电池11为锂电池，由于锂电池的尺寸与重量较小，即由至少一个锂电池和高压发生器20组成的供电单元的尺寸以及重量就会减小，进而能够减小应用该供电单元的高压设备的尺寸与重量，使其易于运输。

可选地，本实施例中的锂电池为高倍率电池，例如，倍率可以为5C，7C或10C。采用高倍率电池能够提高锂电池的放电电流，即能够为高压发生器20的线路提供高电流，从而能够提高高压发生器的输出功率。

图2示出了根据本发明实施例的用于向高压设备供电的供电系统，该供电系统包括用于向高压设备供电的供电单元以及预充电电路30。

本实施例中的供电单元例如可以采用图1所示的实施例中的供电单元，具体内容可以参见上文图1所示的实施例中的描述，在此不再赘述。其中，预充电电路30与供电单元中的至少一个蓄电池11并联。例如，预充电电路30可以并联连接在一个蓄电池11两端，或者并联连接在实施例1所述的电池模块两端，或者并联连接在实施例1所述的一组模块两端等等。需要说明的是预充电电路30的具体连接方式，并不限于上述举例，只需保证供电单元中的至少一个蓄电池11与预充电电路30并联即可。

由于至少一个蓄电池11在向高压发生器20放电的瞬间具有较大的冲击电流，容易对高压发生器造成不可恢复性损伤。因此，如图2所示，通过在至少一个蓄电池11的两端并联预充电电路30，使得在蓄电池11放电的瞬间首先给预充电电路30充电，然后蓄电池再向高压发生器20放电。通过预充电电路30的过渡，能够避免冲击电流对高压发生器20造成损伤，提高了高压发生器20的使用寿命。

在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图3所示，预充电电路30例如可以包括串联连接的控制支路31和电容C1。其中，控制支路31包括：并联连接的第一支路和第二支路；第一支路包括串联连接的第一开关K1和电阻；第二支路包括第二开关K2。

该预充电电路30的具体工作过程如下：

(1)蓄电池11开始放电时，K1闭合，K2断开，此时预充电电路30为电阻R1以及电容C1的串联，形成一阶电路。蓄电池11向电容C1充电，在充电过程中实施测量电容C1两端的电压。当电容C1两端的电压达到预先设定的电压值后，断开第一开关K1，闭合第二开关K2。

(2)第二开关K2闭合，第一开关K1断开，此时电容C1与蓄电池11并联，实现蓄电池11向高压发生器20放电的过渡。

通过控制支路31控制预充电电路30的工作状态，一方面能够避免冲击电流对高压发生器20的损害；另一方面，在过渡完成之后，将第一支路中的电阻R1从预充电电路30中断开，能够减小电阻R1上的压降对蓄电池放电的影响。

可选地，控制支路31可以将第二支路省略，或者，更进一步地，将控制支路31省略，只需保证在至少一个蓄电池11两端并联有电容C1即可。

可选地，电容C1也可以用其他储能元件替换，例如电容与电阻的串联，或若干电容的串联或并联等等，只需保证在蓄电池11的两端并联有包括电容在内的储能元件即可。

可选地，第一支路中还可以包括其他元件，例如，包括电感，那么在蓄电池放电的瞬间，电阻R1与电感，以及电容C1形成二阶电路。

本发明实施例还提供一种高压设备，该高压设备包括用于向高压设备供电的供电系统。本实施例中的供电系统例如可以采用图2所示的实施例中的供电系统，具体内容可以参见上文图2所示的实施例中的描述，在此不再赘述。

在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图4所示，该高压设备还包括与供电系统电连接的检测装置40，该检测装置40用于检测至少一个蓄电池11的电压，电流或剩余电量中的至少一个。

具体地，在蓄电池11放电过程中，检测装置40对蓄电池11的电流，电压或剩余电量进行实时监控(例如，可以每隔1ms进行一次采样)。当检测装置40的检测值超过高压设备中预先设定的保护值时，停止供电系统中蓄电池11的输出，保证蓄电池11放电的安全。

其中，检测装置40可以检测单个蓄电池11的电压，电流或剩余电量，也可以检测如实施例1中所述的电池模块的电压，电流或剩余电量。

可选地，检测装置40还可以用来检测蓄电池11放电过程中，电池模块的温度，当温度超出预设的温度值时，停止供电系统中蓄电池11的输出，保证蓄电池11放电的安全。

进一步地，如图5所示，检测装置40与高压发生器20中的主控板21电连接，将检测到的电池模块的剩余电量发送给主控板21，主控板21根据剩余电量确定高压发生器的最大输出功率。

其中，高压发生器20的主控板21根据剩余电量确定高压发生器的最大输出功率，可以采用如图6所示的方法，该方法包括以下步骤：

S11，获取高压供电单元中的至少一个蓄电池的剩余电量。

蓄电池的剩余电量与高压发生器的输出功率直接相关。其中，通过检测装置40进行剩余电量的检测，将检测结果发送给主控板21。

S12，确定剩余电量所处的范围。

本实施例中将剩余电量所处的范围划分为3个等级，即对应地，高压发生器的最大输出功率分为3个等级。当剩余电量大于或等于第一电量阈值时，执行步骤S13；当剩余电量小于第一电量阈值且大于第二电量阈值时，执行步骤S14；当剩余电量小于或等于第二电量阈值时，执行步骤S15。

S13，确定高压发生器的最大输出功率为额定功率。

S14，确定高压发生器的最大输出功率为第一功率，第一功率小于额定功率。

S15，确定高压发生器的最大输出功率为第二功率，第二功率小于第一功率。

随着蓄电池11的不断使用，高压发生器20的最大输出功率依次减小，即额定功率大于第一功率大于第二功率。其中，具体的第一电量阈值，第二电量阈值的数值以及对应的最大输出功率，可以是根据多次实验得出，也可以是根据蓄电池的内阻大小进行具体设置。

本方法利用剩余电量所处的具体范围，将高压发生器20能够输出的最大功率划分为三个等级；即依据蓄电池11在使用过程中的不同状态，确定高压发生器20的最大输出功率，使得用户在使用高压发生器20的过程中，能够实时获知高压发生器20所能够输出的最大功率，便于用户及时调整对高压发生器20输出功率的需求；此外，还能够保证剩余电量较低时，高压发生器可以输出功率，增加了蓄电池的利用率。

作为本实施例的一种可选实施方式，第一电量阈值为20％，第二电量阈值为10％，具体剩余电量与高压发生器的最大输出功率之间的对应关系，如表2所示：

表2剩余电量与高压发生器的最大输出功率之间的对应关系

剩余电量	最大输出功率
		[20％，100％]	额定功率
(10％，20％)	第一功率
		(0，10％]	第二功率

其中，第一功率为0.3-0.5倍的额定功率；第二功率为小于0.3倍的额定功率。

例如，对应于表1，高压发生器20的额定功率为50KW，第一功率为20KW，第二功率为12KW。

本实施例中的检测装置40与高压发生器20的主控板21电连接，将检测到的剩余电量发送给主控板21；主控板21能够根据蓄电池的剩余电量信息，控制高压发生器20输出不同的功率，保证蓄电池最优的使用效率，从而实现蓄电池具有更长的续航时间。

在本发明实施例的一些可选实施方式中，该高压设备包括移动DR设备(DigitalRadiography，简称为DR)，又称为移动数字化直接成像设备，是用来对一些不能移动(如正在使用生命支持设备)、移动困难(如骨折患者)或移动过程可导致生命危险的患者(如心梗、肺栓塞等患者)进行床边数字成像。

本实施例中的高压设备例如可以采用图4或图5所示的实施例中的高压设备，具体内容可以参见上文图4或图5所示的实施例中的描述，在此不再赘述。

具体地，移动DR设备包括供电系统以及射线球管，其中，高压发生器20为将输入其的电压转换成高压后，向射线球管提供的电能，使得射线球管的阴、阳极之间具有高电压差(高达上千伏)，产生射线；并利用射线球管产生的射线对人体进行照射；对透过人体的射线进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为人体数字化成像。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于向高压设备供电的供电单元，其特征在于，所述供电单元由至少一个蓄电池与高压发生器组成，其中，

所述至少一个蓄电池直接与高压发生器连接，并且所述蓄电池的内阻小于预设值。

2.根据权利要求1所述的供电单元，其特征在于，所述预设值为25毫欧。

3.根据权利要求1或2所述的供电单元，其特征在于，所述蓄电池为锂电池。

4.一种用于向高压设备供电的供电系统，其特征在于，包括：

权利要求1-3中任一项所述的供电单元；

预充电电路，所述预充电电路与所述供电单元的所述至少一个蓄电池并联连接。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述预充电电路包括：串联连接的控制支路和储能元件。

6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于，所述控制支路包括并联连接的第一支路和第二支路；

所述第一支路包括串联连接的第一开关和电阻；

所述第二支路包括第二开关；

所述储能元件为电容。

7.一种高压设备，其特征在于，包括：权利要求4至6中任一项所述的供电系统。

8.根据权利要求7所述的高压设备，其特征在于，还包括：与所述供电系统电连接的检测装置，用于检测至少一个蓄电池的电压、电流或剩余电量中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的高压设备，其特征在于，所述检测装置与所述高压发生器中的主控板电连接；所述检测装置用于将检测到的所述至少一个蓄电池的所述剩余电量发送给所述主控板；所述主控板用于根据所述剩余电量确定所述高压发生器的最大输出功率。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的高压设备，其特征在于，所述高压设备包括移动DR设备。