CN117096978A - 一种双电压输出的锂离子直流屏电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电压输出的锂离子直流屏电源，包括壳体、第一模组、第二模组、BMS和电气盒；第一模组负极通过220V输出开关串联第二模组，第一模组正极通过110V第一输出开关并联第二模组正极，第一模组负极通过110V第二输出开关并联第二模组负极；电气盒包括供电模块、显示模块、高压模块和保护模块；显示模块包括SOC指示灯、故障指示灯和运行指示灯，高压模块包括放电继电器、充电继电器、第一二极管、第二二极管和霍尔传感器。本发明通过一台直流屏电源提供两种供电电压，在满足用户对两种电压的需求的同时，减少了用户的设备投入量。与传统电源设备相比，从资金投入，场地投入，操作简易性、使用效率等方面有了极大的改善。

Description

一种双电压输出的锂离子直流屏电源

技术领域

本发明属于电力系统用的直流电源屏技术领域，尤其涉及一种双电压输出的锂离子直流屏电源。

背景技术

直流电源屏简称直流屏，直流屏是提供稳定直流电源的设备，总体分为两个部分，其中一部分是电池屏，另一部分是充电屏，电池屏是用来摆放电池组的机柜，这些电池可为直流系统提供直流电源。在有市电输入时，充电屏对电池组进行充电的同时向经常性负载(微机保护装置、控制设备等)提供直流电源。在市电和备用电都无输入时，可通过电池组供电输出直流220V或110V,实际上直流屏也是一种工业专用的应急电源。

在电力控制系统中，直流屏主要是给高低压开关设备提供直流分合闸操作电源及电力仪器仪表控制电源、临时照明等；在市电断电后，能够在短时间内给负载提供应急供电；所带负载一般为应急照明、金属灯、风机、电梯、防火卷帘门之类的电气设备，是当代电力系统控制、保护的基础。

当前技术一种直流屏只能提供一种供电电压，在以上需要两种供电电压的地区，客户至少要购买两种电压的直流屏才能满足两种电压下的需求，造成了一定资源和空间的浪费。本发明提供一种双电压输出的锂离子直流屏电源，在一台直流屏中，根据需要，客户可自行选择需要输出110V直流电或者220V直流电，同时，本直流屏电源采用锂离子电池供电，锂离子能量密度远远高于以往直流屏电源中使用的铅酸电池，在相同的电量需求下，减少了设备体积，减轻了设备重量，同时因其寿命远远高于行业内使用的铅酸电池，极大的提升了设备投资的经济性。本直流屏电源通过在底部增加福马轮，左右两侧增加把手的方式，使用时可以轻松移动，极大的方便其作为应急电源设备的操作性。本发明中还配备了电池管理系统，实时监控锂离子电池的状态，有故障时，可断开对外输出并向外发出告警。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电压输出的锂离子直流屏电源，以解决当前行业内一台直流屏只能提供一种固定电压的问题。

本发明提供一种双电压输出的锂离子直流屏电源，包括壳体、第一模组、第二模组、BMS(电池管理系统)和电气盒；壳体底部设有福马轮，两侧设有把手；第一模组、第二模组、BMS和电气盒均放置于壳体内：

第一模组负极通过220V输出开关串联第二模组，第一模组正极通过110V第一输出开关并联第二模组正极，第一模组负极通过110V第二输出开关并联第二模组负极；

电气盒包括供电模块、显示模块、高压模块和保护模块；供电模块分别连接保护模块、显示模块和高压模块，为保护模块、显示模块和高压模块供电，显示模块和保护模块分别连接高压模块；供电模块由电源按钮和DCDC组成，电源按钮一端和DCDC串联，另一端连接第一模组，当按下电源按钮时，DCDC即通过第一模组取电；显示模块包括SOC指示灯、故障指示灯和运行指示灯，SOC指示灯、故障指示灯和运行指示灯分别设置于BMS上，SOC指示灯用于向外界显示当前电池的剩余电量，当有故障时由故障指示灯向外显示报警，运行指示灯向外界显示当前是否处于运行状态；高压模块包括放电继电器、充电继电器、第一二极管、第二二极管和霍尔传感器，放电继电器和第一二极管串联，放电继电器连接电源系统的高压放电回路，充电继电器和第二二极管串联，充电继电器连接电源系统的高压充电回路，霍尔传感器连接在电源负极，通过BMS采集高压回路电流，霍尔传感器连接断路器一极，高压模块的一端连接断路器另一级；保护模块包括急停按钮和熔断器，急停按钮的一端连接DCDC，另一端连接BMS；在危险紧急时刻可以按下急停按钮及时断开回路，保护设备及工作人员安全，熔断器一端连接霍尔传感器，另一端连接第二模组负极，如果电源系统内有短路、过电流等情况发生时，熔断器可自行熔断达到断开回路的目的，断路器作为正极和负极的输出开关，安装于壳体上，使用前，闭合断路器，直流屏电源即对外输出电压，不使用时，断开断路器，保证直流屏电源对外是无输出状态，防止意外触电等情况的发生。

本发明中，第一模组和第二模组均有36颗磷酸铁锂电池通过串联组成，第一模组可以提供的电压为3.2*36＝115.2V，将第一模组和第二模组并联输出，可以提供115.2V电压，供110V供电系统使用，将第一模组和第二模组串联输出，可以提供115.2+115.2＝230.4V电压，供220V供电系统使用。

本发明中，所述壳体采用钣金壳体。电芯的容量可根据实际供电需求来选择。

本发明中，壳体1的背面有充电接口和负载接口。

本发明中，第一二极管28为放电二极管，保证放电过程中电流从放电回路正确流通，第二二极管29为充电二极管，保证充电过程中电流从充电回路正确流通。

将本发明的直流屏电源接入直流屏充电系统，在有交流供电时，由直流屏充电系统将交流电转换为直流电为本电源充电，充电系统与本电源的BMS进行信息交互，当电池电压充至设定的最高电压阈值时，停止充电，当电池电压降至设定的充电释放电压阈值时，重新启动充电。当市电停电后，无交流电输入，本电源通过释放电池模组内存储的电量为现场提供110V或220V直流电共现场直流分合闸操作、抢修、应急照明等使用。

本发明中，所述直流屏电源还可以单独作为室外应急电源使用，直接将用电负载接入本电源的负载接口，根据需要选择输出110V电压或220V电压即可。

本发明的工作过程如下：

采用小型断路器作为第一模组与第二模组之间串并联的输出开关，输出开关安装在设备壳体上，由使用者根据需要输出的电压来闭合对应输出开关实现对应电压的输出。

将第一模组的正极作为直流屏电源的输出总正，第二模组的负极作为直流屏电源的输出总负，第一模组的负极与第二模组的正极通过220V输出开关串联连接，将220V输出开关安装在直流屏电源的钣金外壳上并标记为220V输出开关；第一模组的负极与第二模组的负极通过110V第二输出开关并联连接，将110V第二输出开关安装在直流屏电源的板金外壳上并标记为110V第二输出开关；第一模组的正极与第二模组的正极通过110V第一输出开关并联连接，将110V第一输出开关安装在直流屏电源的钣金外壳上并标记为110V第一输出开关。电源需要工作时，通过电气盒内的供电模块，给电源系统供电，当需要输出220V直流电时，使用者手动闭合220V输出开关，第一模组与第二模组串联连接，电气盒内的高压模块控制电源对外输出220V；当需要输出110V直流电时，使用者先手动闭合110V第一输出开关，再闭合110V第二输出开关，第一模组与第二模组并联连接，电气盒内高压控制模块控制电源对外输出110V。同时通过电气盒内的显示模块对外显示当前电源工作状态，当电源工作出现危险紧急状况时，电气盒内保护模块启动，高压回路断开，电源将停止工作。

显示模块中的状态显示通过BMS实现，BMS会实时采集电池模组中的单体电压、温度、总压、电流等信息，实时分析电源的系统状态，计算当前电池模组的SOC，并通过显示模块对外显示信息。

本发明的有益效果在于：

1、用锂离子电池代替传统的铅酸电池，提高了本电源系统的能量密度，减小了设备重量与体积，提高了设备的使用寿命。

2、系统增加BMS，保证各个单体电芯工作在最佳状态，保证安全性能的同时也增加了电池的循环寿命。

3、对设备增加轮子和把手，方便了设备的移动与搬运，增加了设备使用的便捷性。

4、双电压输出，满足了用户对两种电压的需求，减少了用户的设备投资与场地投资。

5、作为移动电源，保障使用者户外应急使用，一台设备满足户外110V和220V用电器的共同使用需求。

附图说明

图1为本直流屏电源的构成示意图；

图2为本直流屏电源电气盒的构成示意图；

图3为本直流屏电源第一模组与第二模组的连接示意图；

图4为本直流屏电源的正面示意图；

图5为本直流屏电源的背面示意图；

图6为本直流屏电源的电气原理图；

图中标号：1为壳体，2为第一模组，3为第二模组，4为BMS，5为电气盒，6为供电模块，7为显示模块，8为高压模块，9为保护模块，10为220V输出开关，11为110V第一输出开关，12为110V第二输出开关，13为SOC指示灯，14为电源按钮，15为运行指示灯，16为故障指示灯，17为急停按钮，18为把手，19为福马轮，23为断路器，24为充电接口，25为负载接口，26为放电继电器，27为充电继电器，28为第一二极管，29为第二二极管，30为熔断器，31为霍尔传感器，32为DCDC。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

实施例1：如图1-6所示，一种双电压输出的锂离子直流屏电源，包括壳体1、第一模组2、第二模组3、BMS4和电气盒5。壳体1内放置有电气盒5，第一模组2、第二模组3和BMS4；壳体1上左右两侧各安装一个把手18，底部安装有四个福马轮19，通过把手18和福马轮19可以轻松移动本直流屏电源，方便安装过程中的搬运、移动，也提高其作为户外电源时的操作性。

在壳体1的背面安装断路器23、充电接口24和负载接口25。断路器23用于手动控制输入和输出，充电口24用于连接充电屏给电源充电，负载接口25用于连接用电负载。

第一模组2由36串磷酸铁锂电池组成，可以提供36*3.2＝115.2V直流电。第二模组3由36串磷酸铁锂电池组成，可以提供36*3.2＝115.2V直流电。第一模组2与第二模组3通过220V输出开关10串联连接，220V输出开关10安装于壳体1上，通过闭合220V输出开关10，本直流屏电源可以输出220V直流电。第一模组2与第二模组3通过110V第一输出开关11和110V第二输出开关12并联连接，110V第一输出开关11和110V第二输出开关12安装于壳体1上，通过闭合110V第一输出开关11和110V第二输出开关12，本直流屏电源可以输出110V直流电。

BMS4具有信息采集与处理功能，采集的信息包括电池温度，单体电压，充放电电流，电池总压，根据采集到的信息对电池的SOC进行计算，通过SOC指示灯13对外显示电量。同时BMS可以与直流屏系统的充电屏进行信息交互，根据系统预设的电压阈值，给充电屏发送充电请求和停止充电的请求，充电屏根据BMS发送的信号开启或停止充电。当第一模组2与第二模组3电压低于系统预设的充电开启电压阈值时，充电屏开启充电，当电池电压达到系统预设的充电停止电压阈值时，充电屏停止充电。当电池出现过温、过压、过流、欠压、绝缘故障时，BMS可以控制放电继电器26及充电继电器27断开，使高压输出断开，同时通过故障指示灯16对外显示报警状态。

电气盒5包括供电模块6、显示模块7、高压模块8和保护模块9。供电模块6分别连接保护模块6、显示模块7和高压模块8，为保护模块6、显示模块7和高压模块8供电，显示模块7和保护模块9分别连接高压模块8；供电模块6包括电源按钮14和DCDC32。电源按钮14一端和DCDC32串联连接，电源按钮14另一端连接第一模组2，按下电源按钮14，DCDC32通过第一模组2取电，转换为BMS4所需的工作电压，给BMS4供电，BMS4得电后驱动放电继电器26、充电继电器27闭合。显示模块7包括SOC指示灯13、故障指示灯16、运行指示灯15。SOC指示灯13用于向外界显示当前电池的剩余电量，当有故障时由故障指示灯16向外显示报警，运行指示灯15向外界显示当前是否处于运行状态。高压模块8包括：放电继电器26、充电继电器27、第一二极管28、第二二极管29和霍尔传感器31。放电继电器26用于连接高压放电回路，充电继电器27用于连接高压充电回路，第一二极管28为放电二极管，保证放电过程中电流从放电回路正确流通，第二二极管29为充电二极管，保证充电过程中电流从充电回路正确流通，霍尔传感器31用于采集高压回路电流。保护模块9包括：急停按钮17、熔断器30，在危险紧急时刻可以按下急停按钮17及时断开回路，保护设备及工作人员安全，如果电源系统内有短路、过电流等情况发生时，熔断器30可自行熔断达到断开回路的目的。

Claims (7)

1.一种双电压输出的锂离子直流屏电源，包括壳体、第一模组、第二模组、BMS（电池管理系统）和电气盒；其特征在于：壳体底部设有福马轮，两侧设有把手；第一模组、第二模组、BMS和电气盒均放置于壳体内：

第一模组负极通过220V输出开关串联第二模组，第一模组正极通过110V第一输出开关并联第二模组正极，第一模组负极通过110V第二输出开关并联第二模组负极；

电气盒包括供电模块、显示模块、高压模块和保护模块；供电模块分别连接保护模块、显示模块和高压模块，为保护模块、显示模块和高压模块供电，显示模块和保护模块分别连接高压模块；供电模块由电源按钮和DCDC组成，电源按钮一端和DCDC串联，另一端连接第一模组，当按下电源按钮时，DCDC即通过第一模组取电；显示模块包括SOC指示灯、故障指示灯和运行指示灯，SOC指示灯、故障指示灯和运行指示灯分别设置于壳体上，通过BMS进行控制，SOC指示灯用于向外界显示当前电池的剩余电量，当有故障时由故障指示灯向外显示报警，运行指示灯向外界显示当前是否处于运行状态；高压模块包括放电继电器、充电继电器、第一二极管、第二二极管和霍尔传感器，放电继电器和第一二极管串联，放电继电器连接电源系统的高压放电回路，充电继电器和第二二极管串联，充电继电器连接电源系统的高压充电回路，霍尔传感器连接在电源负极，通过BMS采集高压回路电流，霍尔传感器连接断路器一极，高压模块的一端连接断路器另一极；保护模块包括急停按钮和熔断器，急停按钮的一端连接DCDC，另一端连接BMS；在危险紧急时刻可以按下急停按钮及时断开回路，保护设备及工作人员安全，熔断器一端连接霍尔传感器，另一端连接第二模组负极，如果电源系统内有短路、过电流等情况发生时，熔断器可自行熔断达到断开回路的目的，断路器作为正极和负极的输出开关，安装于壳体上，使用前，闭合断路器，直流屏电源即对外输出电压，不使用时，断开断路器，保证直流屏电源对外是无输出状态，防止意外触电情况的发生。

2.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于第一模组和第二模组均有36颗磷酸铁锂电池通过串联组成，第一模组提供的电压为3.2*36=115.2V，将第一模组和第二模组并联输出，提供115.2V电压，供110V供电系统使用，将第一模组和第二模组串联输出，提供115.2+115.2=230.4V电压，供220V供电系统使用。

3.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于所述壳体采用钣金壳体。电芯的容量根据实际供电需求来选择。

4.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于壳体1的背面有充电接口和负载接口。

5.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于第一二极管为放电二极管，保证放电过程中电流从放电回路正确流通，第二二极管为充电二极管，保证充电过程中电流从充电回路正确流通。

6.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于将直流屏电源接入直流屏充电系统，在有交流供电时，由直流屏充电系统将交流电转换为直流电为本电源充电，充电系统与直流屏电源的BMS进行信息交互，当电池电压充至设定的最高电压阈值时，停止充电，当电池电压降至设定的充电释放电压阈值时，重新启动充电；当市电停电后，无交流电输入，直流屏电源通过释放电池模组内存储的电量为现场提供110V或220V直流电共现场直流分合闸操作、抢修、应急照明等使用。

7.根据权利要求1所述的一种双电压输出的锂离子直流屏电源，其特征在于所述直流屏电源还单独作为室外应急电源使用，直接将用电负载接入直流屏电源的负载接口，根据需要选择输出110V电压或220V电压即可。