CN113178939A - 隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统、方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，包括多个电池组，多个电压检测电路，多个电压检测电路与多个电池组一一对应连接，切换电路，多个电压检测电路同时与切换电路连接，根据电压检测结果，切换电路选择接通电压正常的一个电池组为负载供电，当该电池组的电压低于阈值电压时，切换电路切换另一个电压正常的电池组为负载供电；防爆壳体，多个电池组、多个电压检测电路及切换电路均安装于防爆壳体内，且多个电池组与多个电压检测电路之间采用浇封剂浇封。本发明在不增大整机体积的情况下实现了电池容量的扩大和双重防爆，切换电路控制多个电池组之间的切换，实现电源的不间断供电。

Description

隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统、方法及电子设备
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统及方法。
背景技术
目前，我国煤矿井下供电设备正在逐步采用隔爆或者本安型配置，但是由于隔爆或者本安型设备都是钢制外壳的密闭设备，一经封闭便很少打开，内部器件更换维修困难，一旦发生主电源故障，在没有后备电源的情况下，供电中断所引起的通信和信息传输中断对煤矿井下生产作业的影响相当严重。由此，隔爆兼本安不间断电源越来越成为是煤矿各类系统中的关键设备，如何提高隔爆电源的电池容量成为一个技术热点。
现有的隔爆电源只能采用三种防爆方式，一是本安的防爆方式，电池采用本安型，意味着功率很小，难以满足多路隔爆兼本安电源的技术要求；二是采用浇封的防爆方式，但是浇封的防爆电池的串联节数不能超过六节，也难以满足多路隔爆兼本安电源的容量要求；三是采用隔爆分腔的方式，即电池组单独分腔放置，但是由于隔爆分腔导致了整机体积变大，重量变重，不方便搬运。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的隔爆电源在不增大整机体积的情况下电池容量无法满足不间断为负载供电的技术问题，本发明提供一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，通过多个电池组同时接入切换电路，具有各自的电压检测电路，通过切换电路完成多个电池组之间的切换，实现电源不间断地供电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，包括：多个电池组，所述电池组被配置为为负载供电；多个电压检测电路，所述多个电压检测电路与所述多个电池组一一对应连接，所述电压检测电路被配置为采集所述电池组的电压信息；切换电路，所述多个电压检测电路同时与所述切换电路连接，所述切换电路被配置为接收所述多个电压检测电路对所述多个电池组的电压检测结果，根据所述电压检测结果，所述切换电路选择接通电压正常的一个所述电池组为所述负载供电，当所述切换电路检测到该所述电池组的电压低于阈值电压时，所述切换电路切换另一个电压正常的所述电池组为所述负载继续供电；防爆壳体，所述多个电池组、所述多个电压检测电路及所述切换电路均安装于所述防爆壳体内，且所述多个电池组与所述多个电压检测电路之间采用浇封剂密封，且所述浇封剂在所述多个电池组与所述多个电压检测电路的表面形成浇封层。
本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，通过将多个电池组和电压检测电路浇封在防爆壳体内，在不增大整机体积的情况下实现电池容量的扩大且能够实现双重防爆，通过电压检测电路对各自的电池组进行电压信息采集，切换电路控制多个电池组之间的切换，实现电源的不间断供电。
进一步，为了增大单组电池组的容量，每个所述电池组内设有六节电池，所述六节电池之间依次串联连接。单组电池组的容量最大可达144Wh。
进一步，具体的，所述电压检测电路为电阻分压采集电路。通过电阻分压采集电路实时采集电池组的输出电压，并发送给切换电路进行记录。
进一步，为了使电池组能够持续工作，所述阈值电压的范围为6V-6.2V。当切换电路监测到电池组的电压低于阈值电压时，立即切换另一个电池组进行供电。
进一步，具体的，所述电池组为镍氢电池组。镍氢电池内部使用了大量的金属材料，导电性能良好，可以适应大功率放电；相同体积情况下，镍氢电池的比普通电池的容量更大；镍氢电池的循环寿命更长。
进一步，具体的，所述电池组与所述电压检测电路之间设有断电开关。断电开关为机械式旋钮开关，在发生紧急情况时，可以进行手动断电。
进一步，具体的，所述切换电路包括控制器和多个继电器，所述控制器与所述多个继电器电连接，所述控制器与所述多个电压检测电路连接，所述多个继电器与所述负载连接。继电器的数量与电池组的数量相等，一个继电器对应一个电池组，通过控制器接收多个电压检测电路采集到的电池组的电压信息，选择接通其中一个电压正常的电池组对应的继电器为负载供电。
本发明还提供了一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，采用如上所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，包括以下步骤：
S1：通过多个电压检测电路对多个电池组的电压信息进行一一检测；
S2：利用切换电路获取每个所述电池组的电压信息并进行记录，所述切换电路设置所述多个电池组的阈值电压；
S3：根据电压检测结果，所述切换电路选择接通其中一个所述电池组为负载供电，当所述切换电路检测到该电池组的电压低于所述阈值电压时，所述切换电路关闭该电池组切换为另一个电压正常的电池组为所述负载继续供电。
本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，通过电压检测电路分别对各自的电池组进行电压采集并发送给切换电路，切换电路接通其中一组电压正常的电池组为负载供电，当发现该电池组的电压低于阈值电压时，切换电路切换另一组电压正常的电池组为负载供电，实现电源不间断的供电，同时也能延长电池组的使用寿命。
进一步，具体的，所述切换电路每次仅接通一个所述电池组为所述负载供电。当某一个电池组在为负载供电时，其他几个电池组可以进行充电或者空载，以便不时之需。
进一步，具体的，所述电池组与所述电压检测电路的数量相等。每一个电池组都有自己独立的电压检测电路，相互之间不会受影响，提高电压检测的准确性。
本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法。
本发明的有益效果是，本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统及方法，通过将多个电池组和电压检测电路浇封在防爆壳体内，在不增大整机体积的情况下实现电池容量的扩大并且能够实现双重防爆，进一步提高安全性；通过电压检测电路对各自的电池组进行电压信息采集，切换电路控制多个电池组之间的切换供电，实现电源的不间断供电；每个电池组内设有六节电池，一组电池组的容量可达144Wh；每一个电池组都有自己独立的电压检测电路，相互之间不会受影响，提高电压检测的准确性；当某一个电池组在为负载供电时，其他几个电池组可以进行充电或者空载，以便不时之需。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统的结构示意图。
图2是本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法的流程图。
图3是本发明的一种电子设备的结构示意图。
图中：1、电池组，2、电压检测电路，3、切换电路，31、控制器，32、继电器，4、防爆壳体，5、断电开关，6、存储器，7、处理器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
【实施例1】
如图1所示，一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，包括：多个电池组1，电池组1被配置为为负载供电；多个电压检测电路2，多个电压检测电路2与多个电池组1一一对应连接，电压检测电路2被配置为采集电池组1的电压信息；切换电路3，多个电压检测电路2同时与切换电路3连接，切换电路3被配置为接收多个电压检测电路2对多个电池组1的电压检测结果，根据电压检测结果，切换电路3选择接通电压正常的一个电池组1为负载供电，当切换电路3检测到该电池组1的电压低于阈值电压时，切换电路3切换另一个电压正常的电池组1为负载继续供电；防爆壳体4，多个电池组1、多个电压检测电路2及切换电路3均安装于防爆壳体4内，且多个电池组1与多个电压检测电路2之间采用浇封剂密封。
在本实施例中，切换电路3包括控制器31(可以采用单片机)和多个继电器32，控制器31与多个继电器32电连接，控制器31与多个电压检测电路2连接，多个继电器32与负载连接。一个继电器32对应一个电池组1，继电器32可以接通或者断开电路连接。每个电池组1内设有六节电池，六节电池之间依次串联连接，一组电池组1的电池容量最大可以达到144Wh，电池组1最多可以设置五组，电池容量可以增大到500Wh。电压检测电路2为电阻分压采集电路，电阻分压采集电路对电压信息的采集是最直接的，电压检测电路2的数量与电池组1的数量相匹配，每个电池组1均有各自的电压检测电路2，每个电压检测电路2均与切换电路3连接，相互之间独立设置，没有主次之分，实时地将电池组1的电压信息反馈至切换电路3。电池组1的阈值电压的范围可以为6V-6.2V，保证电池组1不会被损坏，可以延长电池组1的使用寿命。电池组1优选为镍氢电池组，镍氢电池内部使用了大量的金属材料，导电性能良好，可以适应大功率放电；相同体积情况下，镍氢电池的比普通电池的容量更大；镍氢电池的循环寿命更长。每个电池组1与电压检测电路2之间均设有断电开关5，断电开关为机械式旋钮开关，在发生紧急情况时，可以进行手动断电。
本实施中，多个电池组1、多个电压检测电路2和切换电路3均设置在一个防爆壳体4内，多个电池组1之间可以叠放，以使得充分利用空间，电池组1与电压检测电路2之间采用浇封剂密封，浇封剂在多个电池组与多个电压检测电路的表面形成浇封层，浇封剂可以是环氧树脂，切换电路3的部分没有进行浇封，浇封剂在50℃的环境下是液体状态，当处于常温状态时可以立即固化，也就是说，在浇封剂浇封在电池组1和电压检测电路2上时，可以立即固化，浇封剂不会渗透至切换电路3的部分，如果把切换电路3也进行浇封会导致后续接线困难。由于在供电时，电池组容易发烫，进行浇封处理可以避免电池组和电压检测电路与爆炸性混合物接触，在矿井下，瓦斯的含量较高，电气产品防爆性能是一个重要指标，可以保证工作人员的安全。本实施例在不增大整机体积的情况下，将隔爆兼本安电源的电池容量扩大且能够实现双重防爆，多个电池组1可以为负载持续供电，不再需要工作人员频繁地更换电池，节约人力成本；同时，电池组1不间断为负载供电，负载能够持续工作，减少因为供电不足而停止的次数，提高工作效率。
【实施例2】
一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，采用实施例1的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，包括以下步骤：
S1：通过多个电压检测电路对多个电池组的电压信息进行一一检测；
S2：利用切换电路获取每个所述电池组的电压信息并进行记录，所述切换电路设置所述多个电池组的阈值电压；
S3：根据电压检测结果，所述切换电路选择接通其中一个所述电池组为负载供电，当所述切换电路检测到该电池组的电压低于所述阈值电压时，所述切换电路关闭该电池组切换为另一个电压正常的电池组为所述负载继续供电。
需要说明的是，切换电路每次仅接通一个电池组为负载供电，其余电池组进行待命，电池组与电压检测电路的数量相等，每一个电池组都有自己独立的电压检测电路，相互之间不会受影响，提高电压检测的准确性。切换电路包括控制器和多个继电器，一个继电器和一个电池组对应，实现该路电池组与负载的接通或断开。每个电池组内设有六节电池，六节电池之间依次串联连接，一组电池组的电池容量最大可以达到144Wh，电池组最多可以设置五组，电池容量可以增大到500Wh。
本发明的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，通过电压检测电路分别对各自的电池组进行电压采集并发送给切换电路，切换电路接通其中一组电压正常的电池组为负载供电，当发现该电池组的电压低于阈值电压时，切换电路切换另一组电压正常的电池组为负载供电，实现电源不间断的供电，同时也能延长电池组的使用寿命。
【实施例3】
如图3所示，一种电子设备，包括存储器6与处理器7，存储器6与处理器7通过总线或其他方式连接，其中，处理器7被配置为控制该计算机的整体操作，以完成上述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法中的全部或部分步骤。存储器6被配置为存储各种类型的数据以支持在该电子设备的操作，该存储器6可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。电子设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable LogicDevice，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、切换电路、微切换电路、微处理器或其他电子元件实现，被配置为执行上述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，包括：
多个电池组(1)，所述电池组(1)被配置为为负载供电；
多个电压检测电路(2)，所述多个电压检测电路(2)与所述多个电池组(1)一一对应连接，所述电压检测电路(2)被配置为采集所述电池组(1)的电压信息；
切换电路(3)，所述多个电压检测电路(2)同时与所述切换电路(3)连接，所述切换电路(3)被配置为接收所述多个电压检测电路(2)对所述多个电池组(1)的电压检测结果，根据所述电压检测结果，所述切换电路(3)选择接通电压正常的一个所述电池组(1)为所述负载供电，当所述切换电路(3)检测到该所述电池组(1)的电压低于阈值电压时，所述切换电路(3)切换另一个电压正常的所述电池组(1)为所述负载继续供电；
防爆壳体(4)，所述多个电池组(1)、所述多个电压检测电路(2)及所述切换电路(3)均安装于所述防爆壳体(4)内，且所述多个电池组(1)与所述多个电压检测电路(2)之间采用浇封剂密封，且所述浇封剂在所述多个电池组(1)与所述多个电压检测电路(2)的表面形成浇封层。
2.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，每个所述电池组(1)内设有六节电池，所述六节电池之间依次串联连接。
3.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，所述电压检测电路(2)为电阻分压采集电路。
4.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，所述阈值电压的范围为6V-6.2V。
5.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，所述电池组(1)为镍氢电池组。
6.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，所述电池组(1)与所述电压检测电路(2)之间设有断电开关(5)。
7.如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，所述切换电路(3)包括控制器(31)和多个继电器(32)，所述控制器(31)与所述多个继电器(32)电连接，所述控制器(31)与所述多个电压检测电路(2)连接，所述多个继电器(32)与所述负载连接。
8.一种隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，采用如权利要求1所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过多个电压检测电路对多个电池组的电压信息进行一一检测；
S2：利用切换电路获取每个所述电池组的电压信息并进行记录，所述切换电路设置所述多个电池组的阈值电压；
S3：根据电压检测结果，所述切换电路选择接通其中一个所述电池组为负载供电，当所述切换电路检测到该电池组的电压低于所述阈值电压时，所述切换电路关闭该电池组并切换为另一个电压正常的电池组为所述负载继续供电。
9.如权利要求7所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，其特征在于，所述切换电路每次仅接通一个所述电池组为所述负载供电。
10.如权利要求7所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法，其特征在于，所述电池组与所述电压检测电路的数量相等。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器(6)、处理器(7)及存储在所述存储器(6)上并可在所述处理器(7)上运行的计算机程序，所述处理器(6)执行所述计算机程序时，实现如权利要求8至10中任一项所述的隔爆兼本安电源中电池组冗余切换方法。
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