CN109659600A - 一种高防爆等级的锂离子电池电源 - Google Patents

一种高防爆等级的锂离子电池电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高防爆等级的锂离子电池电源，包括：电源外壳、浇封模组以及外围辅助电路系统；浇封模组包括锂离子电池电源模组、电源模组正极可控开关单元、电源模组负极可控开关单元，电源模组电池管理系统的信号输出端与电源模组正极可控开关单元以及电源模组负极可控开关单元的控制端电连接；外围辅助电路系统包括危险气体监控系统，危险气体监控系统的信号输出端分别与辅助电源正极可控开关单元以及辅助电源负极可控开关单元连接。本发明的优点是：通过采用浇封保护、本安保护和隔爆保护相结合的防爆保护方法和多重电气保护机制，极大提高电源的整体防爆保护级别，拓宽了大容量锂离子电池电源的应用场所。

Description

一种高防爆等级的锂离子电池电源
技术领域
本发明涉及电池电源领域，具体涉及一种高防爆等级的锂离子电池电源。
背景技术
目前爆炸性混合物环境中使用的动力电源多为铅酸电池，铅酸电池存在储能少，运行稳定性差，且充电过程中有析氢副反应，严重影响爆炸性混合物环境的安全。随着爆炸性混合物环境中危险混合物监测监控系统、辅助运输设备等装备对蓄电池容量的要求越来越大，工业生产趋于选择使用比能量高的锂离子蓄电池。电池容量越大，储存的能量越高，影响安全性能的因素越多，对爆炸性混合物环境中锂离子蓄电池使用提出了更严格的防爆保护要求。
目前使用的隔爆兼本安锂离子电源或申请的专利，设备防护等级均达不到EPL Ma级或EPL Ga级或EPL Da级，如隔爆兼本安型锂离子电源使用过程中外壳内部裸露导体均带电，危险气体混合物会通过隔爆外壳接合面或结构间隙渗透到其外壳内部而产生不安全，隔爆或隔爆兼本安电源并不能符合爆炸性气体环境中“0区”的危险场所使用要求。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种高防爆等级的锂离子电池电源，该锂离子电池电源采用浇封防爆模组、隔爆电源外壳和具备ia级本安保护的外围辅助电路系统，并结合多重电气保护机制，极大提高了锂离子电池电源的整体防爆保护级别。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述锂离子电池电源包括：电源外壳、装配于所述电源外壳内的浇封模组以及装配于所述电源外壳外的外围辅助电路系统；其中：
所述浇封模组包括锂离子电池电源模组、与所述锂离子电池电源模组的正极电连接的电源模组正极可控开关单元、与所述锂离子电池电源模组的负极电连接的电源模组负极可控开关单元；
所述浇封模组还包括通过电池信息采样线路与所述锂离子电池电源模组电连接的电源模组电池管理系统，所述电源模组电池管理系统的信号输出端与所述电源模组正极可控开关单元以及所述电源模组负极可控开关单元的控制端电连接；
所述外围辅助电路系统包括用于监测危险气体混合物浓度的危险气体监控系统，所述危险气体监控系统与所述电源模组电池管理系统连接通信。
所述电源外壳内部设置有浇封室和隔爆室，所述浇封模组装配于所述浇封室内。
所述电源模组正极可控开关单元通过设置在所述浇封模组上的第一密封引线装置与所述电源模组正极熔断器电连接，所述电源模组负极可控开关单元通过所述第一密封引线装置与所述电源模组负极熔断器电连接。所述电源模组正极熔断器和所述电源模组负极熔断器设置于所述隔爆室内。
所述电源模组正极熔断器与所述电源模组负极熔断器经过隔离开关和设置在所述电源外壳上的第二密封引线装置分别与对外供电正极和对外供电负极电连接。所述隔离开关设置于所述隔爆室内。
所述锂离子电池电源还包括低压辅助电源，所述低压辅助电源的正极依次经第二辅助电源正极可控开关单元、第一辅助电源正极可控开关单元与所述电源模组电池管理系统的供电正极输入端电连接，所述低压辅助电源的负极依次经第二辅助电源负极可控开关单元、第一辅助电源负极可控开关单元与所述电源模组电池管理系统的供电负极输入端电连接。
所述第一辅助电源正极可控开关单元和所述第一辅助电源负极可控开关单元浇封于所述浇封室内；所述第二辅助电源正极可控开关单元、所述第二辅助电源负极可控开关单元以及所述低压辅助电源浇封于所述浇封室内或装配于所述电源外壳外。
当所述第二辅助电源正极可控开关单元、所述第二辅助电源负极可控开关单元以及所述低压辅助电源装配于所述电源外壳外时，所述第二辅助电源正极可控开关单元依次通过所述第二密封引线装置和所述第一密封引线装置与所述第一辅助电源正极可控开关单元电连接，所述第二辅助电源负极可控开关单元依次通过所述第二密封引线装置和所述第一密封引线装置与所述第一辅助电源负极可控开关单元电连接。
所述危险气体监控系统的信号输出端分别与所述第一辅助电源正极可控开关单元、所述第一辅助电源负极可控开关单元、所述第二辅助电源正极可控开关单元以及所述第二辅助电源负极可控开关单元的控制端电连接。
本发明的优点是：通过采用浇封保护、本安保护和隔爆保护相结合的防爆保护方法和多重电气保护机制，使电源的整体防爆保护级别达到EPL Ma级或EPL Ga级或EPL Da级，拓宽了大容量锂离子电池电源的应用场所。
附图说明
图1为本发明中低压辅助电源浇封于浇封室内时的锂电子电池电源结构示意图；
图2为本发明中低压辅助电源装配于电源外壳外时的锂电子电池电源结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2，图中标记1-29分别为：电源外壳1、浇封模组2、外围辅助电路系统3、浇封室4、隔爆室5、锂离子电池电源模组6、电源模组正极可控开关单元7、电源模组负极可控开关单元8、第一密封引线装置9、电源模组正极熔断器10、隔离开关11、第二密封引线装置12、对外供电正极13、电源模组负极熔断器14、对外供电负极15、电源模组电池管理系统16、第一辅助电源正极可控开关单元17、第二辅助电源正极可控开关单元18、低压辅助电源19、第一辅助电源负极可控开关单元20、第二辅助电源负极可控开关单元21、通讯线路22、电池信息采样线路23、电源模组电池管理系统信号输出端24、危险气体监控系统25、危险气体监控系统供电正极26、危险气体监控系统供电负极27、危险气体采样信号端28、危险气体监控系统信号输出端29。
实施例：如图1-2所示，本实施例具体涉及一种高防爆等级的锂离子电池电源，该锂离子电池电源采用浇封防爆模组、隔爆电源外壳和具备ia级本安保护的外围辅助电路系统，并结合多重电气保护机制，极大提高了锂离子电池电源的整体防爆保护级别。
如图1-2所示，本实施例中的高防爆等级的锂离子电池电源包括防爆的电源外壳1、装配在电源外壳1内的浇封模组2以及装配在电源外壳外的外围辅助电路系统3；电源外壳1的内部空间分为浇封室4和隔爆室5，浇封模组2装配在浇封室4内，采用浇封保护可使锂离子电池等点火源与外部环境之间无直接接触，在正常运行和认可的过载或认可的故障下不能点燃周围的爆炸性混合物。
如图1-2所示，浇封模组2包括锂离子电池电源模组6，锂离子电池电源模组6由多节单体锂离子电池串联组成，其输出正极与电源模组正极可控开关单元7的一端电连接，电源模组正极可控开关单元7的另一端通过设置在浇封模组2上的具有密封功能的第一密封引线装置9与设置在隔爆室5内的电源模组正极熔断器10的一端电连接，电源模组正极熔断器10的另一端经同样设置在隔爆室5内的电隔离开关11后通过设置在电源外壳1上的具有密封功能的第二密封引线装置12与对外供电正极13电连接；而锂离子电池电源模组6的输出负极则与电源模组负极可控开关单元8的一端电连接，电源模组负极可控开关单元8的另一端同样通过设置在浇封模组2上的第一密封引线装置9与设置在隔爆室5内的电源模组负极熔断器14的一端电连接，电源模组负极熔断器14的另一端经同样设置在隔爆室5内的隔离开关11后通过设置在电源外壳1上的第二密封引线装置12与对外供电负极15电连接；由此，当电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8断开时，除了浇封模组2内部组件外，其他裸露导体部分均不带电，从而提高了电源整体设备保护等级，并且连接线路本身具备过流自动熔断功能，进一步提高电源的安全等级。此外在对电源进行维护操作时，断开隔离开关，确保操作安全。
如图1-2所示，浇封模组2还包括通过电池信息采样线路23与锂离子电池电源模组6电连接的电源模组电池管理系统16，其可实时采集锂离子电池电源模组6中每个单体锂离子电池的电压、电流和电池表面温度等信息，从而实现对其状态进行监测和控制；电源模组电池管理系统16的电源模组电池管理系统信号输出端24分别与电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8的控制端电连接，电源模组电池管理系统16可根据监测到的相关数据发出电源模组正负极可控开关单元控制信号直接控制其开通或者关断，从而实现对外部供电或切断对外部供电。
如图1所示，锂离子电池电源还包括为电源模组电池管理系统16提供工作电压的低压辅助电源19，低压辅助电源19、第二辅助电源正极可控开关单元18以及第二辅助电源负极可控开关单元21装配于电源外壳1外部，作为外围辅助电路系统3的一部分结构，而第一辅助电源正极可控开关单元17以及第一辅助电源负极可控开关单元20则设置在浇封室4内，作为浇封模组2的一部分结构，即：低压辅助电源19的正极与第二辅助电源正极可控开关单元18的一端电连接，第二辅助电源正极可控开关单元18的另一端依次通过第二密封引线装置12和第一密封引线装置9与第一辅助电源正极可控开关单元17的一端相连，第一辅助电源正极可控开关单元17的另一端与电源模组电池管理系统16的供电正极相连；而低压辅助电源19的负极与第二辅助电源负极可控开关单元21的一端电连接，第二辅助电源负极可控开关单元21的另一端依次通过第二密封引线装置12和第一密封引线装置9与第一辅助电源负极可控开关单元20的一端相连，第一辅助电源负极可控开关单元20的另一端与电源模组电池管理系统16的供电负极相连。
如图2所示，低压辅助电源19、第二辅助电源正极可控开关单元18、第二辅助电源负极可控开关单元21、第一辅助电源正极可控开关单元17以及第一辅助电源负极可控开关单元20也可以全部浇封于浇封室4内，作为浇封模组2的一部分，以进一步提高其防爆安全等级。电源模组电池管理系统16还通过通讯线路22与电源外壳1外部进行连接通讯。
如图1-2所示，外围辅助电路系统3包括危险气体监控系统25，危险气体监控系统25通过危险气体监控系统供电正极26和危险气体监控系统供电负极27接入工作电压，并通过危险气体采样信号端28采集危险气体浓度等数据；危险气体监控系统25的危险气体监控系统信号输出端29还分别与第一辅助电源正极可控开关单元17、第一辅助电源负极可控开关单元20、第二辅助电源正极可控开关单元18以及第二辅助电源负极可控开关单元21的控制端电连接，可根据检测到的危险气体混合物浓度输出相应地输出控制信号直接控制第一辅助电源正极可控开关单元17、第一辅助电源负极可控开关单元20、第二辅助电源正极可控开关单元18以及第二辅助电源负极可控开关单元21的开通和关断，因此控制电源模组电池管理系统16维持或丢失工作电压，进而控制电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8的开通和关断，实现锂离子电池电源模组6对外供电或切断锂离子电池电源模组6对外供电。
如图1-2所示，本实施例提供的一种高防爆等级的锂离子电池电源具备三级保护机制，以确保锂离子电池电源模组6在危险气体混合物浓度超标时可进行可靠断电保护，并且断电后除了浇封模组2的内部组件外，其他裸露导体部分均不带电，保证电源的设备保护等级在断电之后达到EPL Ma或EPL Ga或EPL Da级，其中，三级保护机制如下：
（1）当危险气体监控系统25检测到危险气体混合物浓度超标时，与其通信连接的电源模组电池管理系统16输出控制信号直接控制电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8关断，因此锂离子电池电源模组6实现断电，此为第一级保护机制。
（2）当危险气体监控系统25检测到危险混合物浓度超标时，危险气体监控系统25输出控制信号直接控制第一辅助电源正极可控开关单元17和第一辅助电源负极可控开关单元20关断，因此低压辅助电源19无法为电源模组电池管理系统16提供其工作所需的电源，导致电源模组电池管理系统16丢失工作电压，进而使得电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8关断，锂离子电池电源模组6实现断电，此为第二级保护机制。
（3）当危险气体监控系统25检测到危险混合物浓度超标时，危险气体监控系统25输出控制信号直接控制第二辅助电源正极可控开关单元18和第二辅助电源负极可控开关单元21关断，因此低压辅助电源19无法为电源模组电池管理系统16提供其工作所需的电源，导致电源模组电池管理系统16丢失工作电压，进而使得电源模组正极可控开关单元7和电源模组负极可控开关单元8关断，锂离子电池电源模组6实现断电，此为第三级保护机制。
本实施例的有益效果是：通过采用浇封保护、本安保护和隔爆保护相结合的防爆保护方法和多重电气保护机制，使电源的整体防爆保护级别达到EPL Ma级或EPL Ga级或EPL Da级，有效解决了目前电池电源供电或驱动的设备不能在“0区”等危险区域运行的限制，拓展了由电池电源供电或驱动的设备在很多工业场所如煤矿采掘工作面的使用，极大提高了危险工业场所生产效率，对危险工业场所机械化和电气化作业产生了巨大的推动作用。

Claims (8)

1.一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述锂离子电池电源包括：电源外壳、装配于所述电源外壳内的浇封模组以及装配于所述电源外壳外的外围辅助电路系统；其中：
所述浇封模组包括锂离子电池电源模组、与所述锂离子电池电源模组的正极电连接的电源模组正极可控开关单元、与所述锂离子电池电源模组的负极电连接的电源模组负极可控开关单元；
所述浇封模组还包括通过电池信息采样线路与所述锂离子电池电源模组电连接的电源模组电池管理系统，所述电源模组电池管理系统的信号输出端与所述电源模组正极可控开关单元以及所述电源模组负极可控开关单元的控制端电连接；
所述外围辅助电路系统包括用于监测危险气体混合物浓度的危险气体监控系统，所述危险气体监控系统与所述电源模组电池管理系统连接通信。
2.根据权利要求1所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述电源外壳内部设置有浇封室和隔爆室，所述浇封模组装配于所述浇封室内。
3.根据权利要求2所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述电源模组正极可控开关单元通过设置在所述浇封模组上的第一密封引线装置与所述电源模组正极熔断器电连接，所述电源模组负极可控开关单元通过所述第一密封引线装置与所述电源模组负极熔断器电连接,所述电源模组正极熔断器和所述电源模组负极熔断器设置于所述隔爆室内。
4.根据权利要求3所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述电源模组正极熔断器与所述电源模组负极熔断器经过隔离开关和设置在所述电源外壳上的第二密封引线装置分别与对外供电正极和对外供电负极电连接，所述隔离开关设置于所述隔爆室内。
5.根据权利要求2所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述锂离子电池电源还包括低压辅助电源，所述低压辅助电源的正极依次经第二辅助电源正极可控开关单元、第一辅助电源正极可控开关单元与所述电源模组电池管理系统的供电正极输入端电连接，所述低压辅助电源的负极依次经第二辅助电源负极可控开关单元、第一辅助电源负极可控开关单元与所述电源模组电池管理系统的供电负极输入端电连接。
6.根据权利要求5所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述第一辅助电源正极可控开关单元和所述第一辅助电源负极可控开关单元浇封于所述浇封室内；所述第二辅助电源正极可控开关单元、所述第二辅助电源负极可控开关单元以及所述低压辅助电源浇封于所述浇封室内或装配于所述电源外壳外。
7.根据权利要求5或6所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于当所述第二辅助电源正极可控开关单元、所述第二辅助电源负极可控开关单元以及所述低压辅助电源装配于所述电源外壳外时，所述第二辅助电源正极可控开关单元依次通过所述第二密封引线装置和所述第一密封引线装置与所述第一辅助电源正极可控开关单元电连接，所述第二辅助电源负极可控开关单元依次通过所述第二密封引线装置和所述第一密封引线装置与所述第一辅助电源负极可控开关单元电连接。
8.根据权利要求5所述的一种高防爆等级的锂离子电池电源，其特征在于所述危险气体监控系统的信号输出端分别与所述第一辅助电源正极可控开关单元、所述第一辅助电源负极可控开关单元、所述第二辅助电源正极可控开关单元以及所述第二辅助电源负极可控开关单元的控制端电连接。
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