CN110048502A - 一种不间断应急电源 - Google Patents

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刘石
刘志刚
魏增福
陈文�
申源
王庆斌
唐酿
黄辉
陈锐
涂小涛
胡亚轩
黄正
韩丹
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Abstract

本申请实施例公开了一种不间断应急电源，整流模块和逆变模块依次串联在市电到负载的供电线路上；直流母线一端连接在整流模块和逆变模块之间的供电线路上，另一端分别与燃料电池模块、锂电池模块连接；第一开关设置在直流母线与燃料电池模块之间；开关管模块设置在直流母线与锂电池模块之间；燃料电池模块与直流母线的工作电压相同，且大于锂电池模块的工作电压；当直流母线的实际电压高于锂电池模块的工作电压时，开关管模块关断；当直流母线的实际电压低于锂电池模块的工作电压时，开关管模块导通。解决了燃料电池存在对突变负荷适应能力弱的问题，以实现不间断供电。

Description

一种不间断应急电源
技术领域
本申请涉及供电技术领域，尤其涉及一种不间断应急电源。
背景技术
目前，电能供应对于各行各业都是至关重要的。
为对抗台风、冰冻等重大自然灾害，保障灾区的基本用电，需要采用应急电源对重要用户保电、城市电网应急以及电力紧缺地区进行临时供电。现有应急电源主要以柴油发电机供电，易造成废气污染和噪声污染等问题。基于燃料电池具有安全、无污染、无噪音、供电时间长，是未来应急电源发展的新方向。由于燃料电池需要启动时间，所以存在对突变负荷适应能力弱的问题，为确保应急供电时能实现不间断供电，需要一种不间断应急电源。
发明内容
本申请实施例提供了一种不间断应急电源，解决了燃料电池存在对突变负荷适应能力弱的问题，以实现不间断供电。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种不间断应急电源，包括：整流模块、逆变模块、燃料电池模块、锂电池模块、直流母线、开关管模块和第一开关；
所述整流模块和逆变模块依次串联在市电到负载的供电线路上；
所述直流母线一端连接在所述整流模块和所述逆变模块之间的供电线路上，另一端分别与所述燃料电池模块、所述锂电池模块连接；
所述第一开关设置在所述直流母线与所述燃料电池模块之间；
所述开关管模块设置在所述直流母线与所述锂电池模块之间；
所述燃料电池模块与所述直流母线的工作电压相同，且大于所述锂电池模块的工作电压；
当所述直流母线的实际电压高于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块关断；
当所述直流母线的实际电压低于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块导通。
优选地，
所述的不间断应急电源还包括第一二极管和第二开关；
所述第一二极管和所述第二开关串联在所述燃料电池模块和所述锂电池模块之间，且所述第一二极管的负极与所述燃料电池模块连接。
优选地，
所述的不间断应急电源还包括变流器；
所述变流器设置在所述第一开关和所述燃料电池模块之间。
优选地，
所述开关管模块包括第二二极管，且所述第二二极管的正极与所述锂电池模块连接。
优选地，
所述燃料电池模块的工作电压比所述锂电池模块的工作电压高10-15V。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，提供了一种不间断应急电源，包括：整流模块、逆变模块、燃料电池模块、锂电池模块、直流母线、开关管模块和第一开关；整流模块和逆变模块依次串联在市电到负载的供电线路上；直流母线一端连接在整流模块和逆变模块之间的供电线路上，另一端分别与燃料电池模块、锂电池模块连接；第一开关设置在直流母线与燃料电池模块之间；开关管模块设置在直流母线与锂电池模块之间；燃料电池模块与直流母线的工作电压相同，且大于锂电池模块的工作电压；当直流母线的实际电压高于锂电池模块的工作电压时，开关管模块关断；当直流母线的实际电压低于锂电池模块的工作电压时，开关管模块导通；
因此，当负载突然增加的情况下，由于燃料电池模块的功率上升速度有限，所以会导致直流母线的实际电压低于锂电池模块的工作电压，开关管模块导通，此时锂电池模块放电供给负载；而当燃料电池功率逐渐增加使得直流母线的实际电压高于锂电池模块的工作电压时，开关管模块截止，此时锂电池模块停止放电，完全由燃料电池为负载供电，从而燃料电池存在对突变负荷适应能力弱的问题，以实现不间断供电。
附图说明
图1为本申请实施例中不间断应急电源的结构图；
图2为本申请实施例中不间断应急电源在工作过程中的瞬时响应时序图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种不间断应急电源的一个实施例，包括：整流模块1、逆变模块2、燃料电池模块4、锂电池模块10、直流母线3、开关管模块9和第一开关6。
整流模块1和逆变模块2依次串联在市电到负载的供电线路上。
如图1所示，可以看到，市电通过供电电路传输到负载，在供电电路上依次串联有整流模块1和逆变模块2。
直流母线3一端连接在整流模块1和逆变模块2之间的供电线路上，另一端分别与燃料电池模块4、锂电池模块10连接。
可以理解的是，燃料电池模块4和锂电池模块10作为备用电源，为突变的负载供电；而燃料电池模块4和锂电池模块10输出直流电，通过直接母线接入整流模块1和逆变模块2之间，逆变模块2将直流电转换成交流电为负载供电；另外，燃料电池模块4可以为氢燃料电池。
第一开关6设置在直流母线3与燃料电池模块4之间，第一开关6用于控制燃料电池模块4的供电。
燃料电池模块4与直流母线3的工作电压相同，且大于锂电池模块10的工作电压；
开关管模块9设置在直流母线3与锂电池模块10之间；
当直流母线3的实际电压高于锂电池模块10的工作电压时，开关管模块9关断；
当直流母线3的实际电压低于锂电池模块10的工作电压时，开关管模块9导通。
需要说明的是，如图2所示，不间断应急电源在工作过程中的瞬时响应时序图。在图2中，曲线B代表负载功率的变化情况，曲线C代表燃料电池输出功率的变化情况，曲线D代表直线母线电压的变化情况，直线E代表逆变器输入电压的变化情况，曲线F代表燃料电池输出电流的变化情况。
从图2可以看出，在t1时刻，负载功率突然增加，然而，由于燃料电池模块4输出较软的特征，即不能立即增加输出功率，所以在t1-t3段，燃料电池输出功率由于短暂的延迟而保持不变，进而导致直流母线3的实际电压不断下降并很快低于锂电池模块10的工作电压，当直流母线3的实际电压低于锂电池模块10的工作电压时，锂电池模块10开始放电供给负载，弥补了燃料电池输出软的缺陷，使得逆变器输入电压保持不变；所以直流母线3的实际电压在t2-t3段一直保持不变，为锂电池模块10的工作电压；从t3开始，燃料电池模块4开始放电，燃料电池模块4的输出功率和输出电流均不断上升，使得直流母线3电压也同时上升，待直流母线3电压上升到超过锂电池模块10的输出电压后，锂电池模块10停止供电，从而由燃料电池单独为负载供电。
在燃料电池模块4不能供电的情况下，本申请实施例通过锂电池模块10进行供电，从而实现不间断应急电源的不间断供电，弥补了燃料电池模块4对突变负荷适应能力弱的缺陷。
进一步地，不间断应急电源还可以包括第一二极管8和第二开关7。
第一二极管8和第二开关7串联在燃料电池模块4和锂电池模块10之间，且第一二极管8的负极与燃料电池模块4连接。
如图1所示，燃料电池模块4通过一线路单独与锂电池模块10电性连接，在该线路上，串联有第一二极管8和第二开关7，通过第二开关7和第一二极管8的控制作用，使得燃料电池模块4可单独为锂电池模块10充电，从而将锂电池模块10的电量维持在一定范围内。
进一步地，不间断应急电源还可以包括变流器5；
变流器5设置在第一开关6和燃料电池模块4之间。
进一步地，开关管模块9可以包括第二二极管，且第二二极管的正极与锂电池模块10连接。
第二二极管的单向导通作用使得锂电池模块10的电流单向流入直流母线3。
进一步地，燃料电池模块4的工作电压比锂电池模块10的工作电压高10-15V。
需要说明的是，本申请实施例将燃料电池模块4和直流母线3的工作电压均设置为高于锂电池模块10的工作电压10-15V，使得燃料电池模块4工作时，第二二极管截至，保证了锂电池模块10不供电的同时，保证了不间断电源的快速响应和自稳定能力；可以理解的是，若电压差过大，将影响锂电池模块10供电的响应时间。
在本申请实施例中，锂电池模块10的放电路径上，没有设置任何有动作延时的器件或开关，确保直流母线3不断电，实现零毫秒切换。
根据图1所示的不间断应急电源的结构图可知，不间断应急电源有多种工作方式，例如可以仅通过市电对负载进行供电，可以通过市电对锂电池模块10进行充电，可以通过市电对负载供电的同时还对锂电池模块10进行充电，可以仅通过锂电池模块10对负载进行供电，可以仅通过燃料电池模块4对负载进行供电，可以仅通过燃料电池对锂电池模块10进行充电，还可以通过燃料电池对锂电池模块10进行充电的同时对负载进行供电。
以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种不间断应急电源，其特征在于，包括：整流模块、逆变模块、燃料电池模块、锂电池模块、直流母线、开关管模块和第一开关；
所述整流模块和逆变模块依次串联在市电到负载的供电线路上；
所述直流母线一端连接在所述整流模块和所述逆变模块之间的供电线路上，另一端分别与所述燃料电池模块、所述锂电池模块连接；
所述第一开关设置在所述直流母线与所述燃料电池模块之间；
所述开关管模块设置在所述直流母线与所述锂电池模块之间；
所述燃料电池模块与所述直流母线的工作电压相同，且大于所述锂电池模块的工作电压；
当所述直流母线的实际电压高于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块关断；
当所述直流母线的实际电压低于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块导通。
2.根据权利要求1所述的不间断应急电源，其特征在于，还包括第一二极管和第二开关；
所述第一二极管和所述第二开关串联在所述燃料电池模块和所述锂电池模块之间，且所述第一二极管的负极与所述燃料电池模块连接。
3.根据权利要求1所述的不间断应急电源，其特征在于，还包括变流器；
所述变流器设置在所述第一开关和所述燃料电池模块之间。
4.根据权利要求1所述的不间断应急电源，其特征在于，所述开关管模块包括第二二极管，且所述第二二极管的正极与所述锂电池模块连接。
5.根据权利要求1所述的不间断应急电源，其特征在于，所述燃料电池模块的工作电压比所述锂电池模块的工作电压高10-15V。
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