CN114243820A - 不间断供电的电源电路及其供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不间断供电的电源电路及其供电方法，该电源电路包括锂电池储能系统、第一电压转换器和选通模块；锂电池储能系统通过第一电压转换器连接至选通模块；选通模块与负载相连，选通模块还与外部电源相连；选通模块用于选择由外部电源或锂电池储能系统为负载供电。本发明提供的不间断供电的电源电路实现了使用外部电源与锂电池储能系统的冗余配置作为辅助设备的后备供电电源，当外部电源正常时，优先使用外部电源给辅助设备供电；而当外部电源断电时，则切换至锂电池储能系统为辅助设备供电。因此，通过使用锂电池储能系统本身作为后备供电电源，有效提高了辅助设备的供电电源的可靠性，并极大地降低了时间和空间成本。

Description

不间断供电的电源电路及其供电方法
技术领域
本发明涉及供电电源技术领域，特别涉及一种不间断供电的电源电路及其供电方法。
背景技术
安全问题已逐渐成为锂电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。为确保锂电池储能电站安全和稳定运行，首先需要保证其辅助设备(包括BMS电池管理系统、消防系统、门禁系统、控制和保护系统)可靠的工作。因此，辅助设备供电电源的可靠性尤为重要。
目前，集装箱式锂电池储能辅助设备均由在线式UPS(不间断电源)供电。图1A和图1B示出了外部电源11正常工作和断电时的辅助设备供电电源的不同选通情况。如图1A所示，当外部电源11正常时，由外部电源11作为用户设备14供电电源；而当外部电源11断电时，如图1B所示，由UPS(不间断电源)12自带的蓄电池13为用户设备14供电。
但是，蓄电池存在以下几个问题：1、寿命短，蓄电池的常规寿命仅有3年，而锂电池储能系统的使用年限为10年；2、故障率高，蓄电池每隔4～6个月需深充深放一次，而在储能应用场景，UPS内的蓄电池一直处于浮充电的状态，极少进行深充深放，导致蓄电池故障率较高；3、备电时间短，常规配置的蓄电池，其备电时间只有30min，随着对锂电池安全性的要求的提高，部分控制和保护设备的备电时间要求2h或更长，若要满足该要求，需增加蓄电池的容量，导致安装空间和成本增加。
由于蓄电池有以上问题，用其作为后备供电电源为储能系统的辅助设备供电，既无法满足可靠性，又无法满足备电时间的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中使用蓄电池作为锂电池储能系统的辅助设备的后备供电电源时其寿命短、故障率高且备电时间短的缺陷，提供一种不间断供电的电源电路及其供电方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
第一方面，本发明提供一种不间断供电的电源电路，包括锂电池储能系统、第一电压转换器和选通模块；
所述锂电池储能系统通过所述第一电压转换器连接至所述选通模块；
所述选通模块与负载相连，所述选通模块还与外部电源相连；
所述选通模块用于选择由所述外部电源或所述锂电池储能系统为所述负载供电。
较佳地，所述选通模块为二极管式选通模块；
所述电源电路还包括第二电压转换器，所述外部电源通过所述第二电压转换器连接至所述二极管式选通模块。
较佳地，所述第一电压转换器为DC/DC降压转换器，所述第二电压转换器为AC/DC降压转换器。
较佳地，所述电源电路还包括第三电压转换器，所述二极管式选通模块通过所述第三电压转换器连接至所述负载，所述第三电压转换器为DC/AC升压转换器。
较佳地，所述选通模块为继电器式选通模块。
较佳地，所述电源电路还包括第四电压转换器，所述所述第一电压转换器通过所述第四电压转换器连接至所述继电器式选通模块。
较佳地，所述第一电压转换器为DC/DC降压转换器，所述第四电压转换器为DC/AC升压转换器。
第二方面，本发明提供一种不间断供电的方法，使用如上所述的不间断供电的电源电路实现，所述不间断供电的方法包括：
选通模块检测外部电源的供电电压；
当检测到所述供电电压低于供电电压阈值时，所述选通模块将由所述外部电源为负载供电切换至由锂电池储能系统为负载供电。
本发明的积极进步效果在于：本发明所公开的不间断供电的电源电路实现了使用外部电源与锂电池储能系统的冗余配置作为辅助设备的后备供电电源，当外部电源正常时，优先使用外部电源给辅助设备供电；而当外部电源断电时，则切换至锂电池储能系统为辅助设备供电。因此，通过使用锂电池储能系统本身作为后备供电电源，有效地提高了辅助设备的供电电源的可靠性，并极大地降低了时间和空间成本。此外，相较于蓄电池，锂电池作为供电电源还具有使用寿命长、故障率低、备电时间长等优点。
附图说明
图1A和图1B分别为现有技术中外部电源正常工作和断电时锂电池储能系统的辅助设备的供电电源的两种选通方式的示意图。
图2为本发明实施例1的不间断供电的电源电路的第一结构示意图。
图3为本发明实施例1的不间断供电的电源电路的第二结构示意图。
图4为本发明实施例1的不间断供电的电源电路的第三结构示意图。
图5为本发明实施例1的不间断供电的电源电路的第四结构示意图。
图6为本发明实施例2的不间断供电的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例公开了一种不间断供电的电源电路，该电源电路用于将锂电池储能系统的冗余配置作为系统的辅助设备的后备供电电源，以提高为辅助设备进行供电的效率和可靠性。
参见图2，上述不间断供电的电源电路包括锂电池储能系统21、第一电压转换器22和选通模块23；
锂电池储能系统21通过第一电压转换器22连接至选通模块23；
选通模块23与负载24相连，选通模块23还与外部电源25相连；
选通模块23用于选择由外部电源25或锂电池储能系统21为负载24供电。
本实施例中，以交流220V的市电作为外部电源25、锂电池储能系统21的辅助设备作为负载24为例进行详细说明。应当理解，此处的交流220V市电仅作为举例说明之用，并不因此将其局限于此。
通过第一电压转换器22，可以将锂电池储能系统21的输出电压控制在大于0且低于外部电源25的输出电压220V的范围内，以实现优先由外部电源25来为辅助设备进行供电。然后，当外部电源25的电压低于电压阈值，如断电时，其输出电压为0，此时第一电压转换器22的输出电压高于外部电源25的输出电压，从而能够实现由使用外部电源25进行供电的状态无缝切换至使用锂电池储能系统21来为辅助设备进行供电的状态。
因此，本实施例中的不间断供电的电源电路实现了使用外部电源25与锂电池储能系统的冗余配置作为辅助设备的后备供电电源，当外部电源25正常时，优先使用外部电源25给辅助设备供电；而当外部电源25断电时，则切换至锂电池储能系统为辅助设备供电。因此，通过使用锂电池储能系统本身作为后备供电电源，有效地提高了辅助设备的供电电源的可靠性，并极大地降低了时间和空间成本。此外，相较于蓄电池，锂电池作为供电电源还具有使用寿命长、故障率低、备电时间长等优点。
在具体实施过程中，不同的辅助设备能够允许的中断供电的时间级有所不同，因此，需要根据辅助设备能够允许的中断供电的时间级来相应地设置选通模块23的类型。
当辅助设备能够允许的中断供电时间为毫秒级时，为保证选通速度，在一种较佳的实施方式中，如图3所示，选通模块23为二极管式选通模块231；上述电源电路还包括第二电压转换器31，外部电源25通过第二电压转换器31连接至二极管式选通模块231。
基于此，本实施方式中具体限定的二极管式选通模块231能够将选通时间控制在毫秒级内，即将辅助设备的中断供电时间控制在允许的时间范围内，从而确保在供电电源切换的过程中所产生的中断供电时间不会影响辅助设备的连续正常工作。
此外，为了适配二极管式选通模块231，本实施方式中还在外部电源25和二极管式选通模块231之间加入了第二电压转换器31，以满足二极管式选通模块231对电压类型的要求。
具体地，将BMS(电池管理系统)、水浸、温湿度控制器、继电器、分励脱扣所需的供电电压为直流24V，且允许中断供电的时间为毫秒级的辅助设备作为第一类辅助设备，对于此类辅助设备，优选的实施方式为：第一电压转换器22为DC/DC降压转换器，第二电压转换器31为AC/DC降压转换器。
故在本实施方式中，外部电源25将交流220V的市电输出至第二电压转换器31，第二电压转换器31作为AC/DC降压转换器，将交流220V的市电转换为第一类辅助设备所需的直流24V，以进行供电。
并且，在本实施例中，锂电池储能系统21的输出为直流1500V，因此，第一电压转换器22作为DC/DC降压转换器，将锂电池储能系统21输出的直流1500V电压降压转换为略低于直流24V，如直流23.5V，以确保由外部电源25优先进行供电的同时，在外部电源25断电而切换至由锂电池储能系统21进行供电后，该电池储能系统21输出的电压也能满足第一类辅助设备所需的供电电压，从而实现了在外部电源25断电时切换至电池储能系统21作为后备供电电源对第一类辅助设备进行不间断供电。
由于在上述实施方式中，二极管式选通模块231的输出电压为直流电压，因此对于如EMS(能量管理系统)、服务器、交换机、监控主机等允许中断供电的时间同样为毫秒级，但需要交流220V进行供电的第二类辅助设备来说，需要再次进行电压转换，才能实现为此类辅助设备进行供电。
因此，对于上述需要交流电的第二类辅助设备，如图4所示，优选的实施方式为：上述电源电路还包括第三电压转换器41，所述二极管式选通模块231通过第三电压转换器41连接至负载24，第三电压转换器41为DC/AC升压转换器。
本实施方式基于如图3所示的不间断供电的电源电路进一步在二极管式选通模块231与辅助设备之间加入作为第三电压转换器41的DC/AC升压转换器，从而能够将二极管式选通模块231输出的直流24V电压转换为第二类辅助设备所需的交流220电压，因此扩大了本实施例中的不间断供电的电源电路的适用范围。
除了上述两类辅助设备外，在锂电池储能系统21中，负载24还包括例如排烟风机、消防设备等允许中断供电时间为秒级辅助设备的第三类辅助设备，由于此类辅助设备对中断供电时间的要求无需精确到毫秒级，因此，作为一种较佳的实施方式，不间断供电的电源电路的选通模块为继电器式选通模块232。
基于此，本实施方式中具体限定的继电器式选通模块232能够将选通时间控制在秒级，以保证供电电源切换过程中所产生的中断供电时间不会影响辅助设备的连续正常工作。此外，相较于二极管式选通模块231，继电器式选通模块232还能够对交流电进行选通，因此，其有效地提高了本实施例中的不间断供电的电源电路的普适性。
对于上述允许的中断供电时间为秒级的第三类辅助设备，其所需的供电电压通常为交流220V，因此，优选的实施方式为：基于如图2所示的电源电路，其中还包括第四电压转换器51，第一电压转换器22通过第四电压转换器51连接至继电器式选通模块232，上述为第三类辅助设备进行不间断供电的电源电路的具体结构如图5所示。
在本实施方式中，外部电源25直接通过继电器式选通模块232将交流220V的市电输出至辅助设备以进行供电。其中，本实施方式中的电源电路进行供电电源切换的原理与如图2所示的电源电路进行电源切换的原理相同，故在此不再进行赘述。
由于本实施方式中的第三类辅助设备需要交流电作为供电电压，而本实施例中的锂电池储能系统21输出的为直流电且其电压远大于第三类辅助设备所需的供电电压，故为了满足此类辅助设备的需求，作为一种优选的实施方式，在如图5所示的电源电路中，第一电压转换器22为DC/DC降压转换器，第四电压转换器51为DC/AC升压转换器。
具体地，第一电压转换器22将锂电池储能系统21输出的直流1500V降压为直流24V后，再通过第四电压转换器51升压为交流220V再输出至继电器式选通模块232，从而能够满足第三类辅助设备对供电电压的要求。
需要说明的是，第三类辅助设备同样可以通过如图4所示的电源电路实现不间断供电，但是，在外部电源25正常运行时，辅助设备均从外部电源25取电，基于此，在正常运行情况下，如图5所示的电源电路较如图4所示的电源电路减少了AD/DC降压(通过第二电压转换器31实现)和DC/AC升压(通过第三电压转换器41实现)两级变换，从而减低了损耗，故采用如图5所示的电源电路对第三类辅助设备进行供电可以获得更好的效果。
实施例2
本实施例公开了一种不间断供电的方法，该方法使用实施例1中的不间断供电的电源电路实现，如图6所示，该不间断供电的方法包括：
S1、选通模块检测外部电源的供电电压；
S2、当检测到所述供电电压低于供电电压阈值时，选通模块将由使用外部电源为负载供电切换至使用锂电池储能系统为负载供电。
在具体实施过程中，将锂电池储能系统的输出电压控制在大于0且低于外部电源的输出电压的范围内，以实现优先由外部电源来为辅助设备进行供电。然后，当选通模块检测到外部电源的供电电压低于供电电压阈值时，此时第一电压转换器的输出电压高于外部电源的输出电压，从而触发选通模块由使用外部电源为负载进行供电的状态无缝切换至使用锂电池储能系统来为负载进行供电的状态。
此外，上述不间断供电的方法同样适用于实施例1中的其他优选或较佳实施方式中的不间断供电的电源电路，由于其实现原理相同，故此处不再一一进行赘述。
因此，本实施例中的不间断供电的方法实现了使用外部电源与锂电池储能系统的冗余配置作为辅助设备的后备供电电源，当外部电源正常时，优先使用外部电源给辅助设备供电；而当外部电源断电时，则切换至锂电池储能系统为辅助设备供电。因此，通过使用锂电池储能系统本身作为后备供电电源，有效地提高了辅助设备的供电电源的可靠性，并极大地降低了时间和空间成本。此外，相较于蓄电池，锂电池作为供电电源还具有使用寿命长、故障率低、备电时间长等优点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种不间断供电的电源电路，其特征在于，包括锂电池储能系统、第一电压转换器和选通模块；
所述锂电池储能系统通过所述第一电压转换器连接至所述选通模块；
所述选通模块与负载相连，所述选通模块还与外部电源相连；
所述选通模块用于选择由所述外部电源或所述锂电池储能系统为所述负载供电。
2.如权利要求1所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述选通模块为二极管式选通模块；
所述电源电路还包括第二电压转换器，所述外部电源通过所述第二电压转换器连接至所述二极管式选通模块。
3.如权利要求2所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述第一电压转换器为DC/DC降压转换器，所述第二电压转换器为AC/DC降压转换器。
4.如权利要求3所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括第三电压转换器，所述二极管式选通模块通过所述第三电压转换器连接至所述负载，所述第三电压转换器为DC/AC升压转换器。
5.如权利要求1所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述选通模块为继电器式选通模块。
6.如权利要求5所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括第四电压转换器，所述第一电压转换器通过所述第四电压转换器连接至所述继电器式选通模块。
7.如权利要求6所述的不间断供电的电源电路，其特征在于，所述第一电压转换器为DC/DC降压转换器，所述第四电压转换器为DC/AC升压转换器。
8.一种不间断供电的方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的不间断供电的电源电路实现，所述不间断供电的方法包括：
选通模块检测外部电源的供电电压；
当检测到所述供电电压低于供电电压阈值时，所述选通模块将由使用所述外部电源为负载供电切换至使用锂电池储能系统为负载供电。
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