CN207652031U - 一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，该装置包括锂电池系统以及与锂电池系统电连接的直流母线，直流母线一端连接直流负载、另一端连接开关电源的一端，开关电源另一端连接市电；本实用新型在市电正常时，市电通过开关电源给直流负载供电，并给锂电池系统充电，当市电断开时，由锂电池系统放电，供电给直流负载，从而达到不间断直流供电的效果，在市电断电时实现后备锂电池的Oms响应供电，避免直流负载出现瞬间断电的情况。
Description
技术领域
本实用新型属于不间断直流供电技术领域，具体是一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置。
背景技术
在能源危机和环境污染问题的压力下，原有的铅酸电池因密度低、寿命短、维护麻烦、污染性等问题日益突出，锂离子电池的能量由于密度高、质量轻、安全性能好，易维护等优势应用范围和领域越来越广，随着锂离子电池技术的成熟，越来越多的场合取代铅酸电池。
在不间断直流电源系统中，对后备电池系统在线性要求较高，不仅需要常规的短路、过充过放断开保护等，更要求在交流停电时需0ms切换至电池供电以保障直流负载不能断电。
现有的锂电池系统主回路大多使用熔断器加接触器的组合，目前锂电池常规的保护方法是，当电池管理单元检测到锂电池到充电截止电压或放电截止电压时，断开接触器，对锂电池进行保护。当电池需要投入使用时，再合上接触器。而接触器作为继电器型开关，切换速度较慢，不能满足不间断直流电源系统对后备电池要求的0ms投入，从而造成短暂的断电事故。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，采用双向可控硅与接触器并联，并与熔断器和隔离开关串联的方式，作为锂离子电池的主回路保护器件，当锂电池组需要保护时，切断正/负极接触器和双向可控硅，当锂电池组需要投入负载时，先合上所述双向可控硅，可控硅作为无触点开关，可以0ms打开，实现后备电池不间断供电，避免负载断电事故。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，包括锂电池系统以及与所述锂电池系统电连接的直流母线；所述直流母线一端连接直流负载，另一端连接开关电源的一端；所述开关电源另一端连接市电，其特征在于，所述锂电池系统包括：锂电池组、正极熔断器、负极熔断器、正极接触器、负极接触器、双向可控硅、电池管理装置、DC/DC电源、电流互感器和隔离开关；所述锂电池组用于在市电断开时给所述直流母线供电；所述正极熔断器和负极熔断器用于保护所述锂电池组；所述正极接触器/负极接触器与所述双向可控硅并联，用于连通所述锂电池组和所述直流母线；所述DC/DC电源用于给所述电池管理装置供电；所述电流互感器用于检测所述锂电池系统的回路电流；所述隔离开关用于控制所述直流母线与所述锂电池组的连通/断开；所述电池管理装置用于对所述锂电池组的电压和回路电流以及所述直流母线的电压进行检测，并用于对所述正极接触器、负极接触器和双向可控硅的开/合状态进行控制。
当市电正常时，市电通过所述开关电源给直流负载供电，并给所述锂电池组充电；当检测到所述直流母线的电压为零时，即表示市电断开，所述电池管理装置先控制所述双向可控硅闭合，再控制所述正极接触器和负极接触器闭合，从而实现所述锂电池系统的快速响应供电，即0ms响应供电。
优选地，所述电池管理装置包括：工作电源模块、电流检测模块、电池电压检测模块、开/合控制模块、接触器控制模块和母线电压检测模块。
具体地，所述工作电源模块的正极和负极分别连接所述DC/DC电源输出端的正极和负极，所述DC/DC电源输入端的正极和负极分别连接所述正极熔断器和所述负极熔断器，所述正极熔断器和所述负极熔断器分别连接所述锂电池组的正极和负极；
所述正/负极熔断器用于保护所述锂电池组，当所述锂电池组电路出现短路时，所述正/负极熔断器会过流发热熔断从而切断电流回路达到保护所述锂电池组的作用。
具体地，所述电流检测模块连接所述电流互感器，所述电流互感器设置在所述锂电池组的电流回路上，所述电流互感器用于检测所述锂电池组电路的电流，并将检测到的电流反馈给所述电流检测模块。
具体地，所述电池电压检测模块的正极和负极分别连接所述正极熔断器和所述负极熔断器，所述电池电压检测模块用于检测所述锂电池组的电池电压。
具体地，所述开/合控制模块与所述双向可控硅电连接，所述开/合控制模块用于控制所述双向可控硅的闭合与断开。
具体地，所述接触器控制模块的正极与负极分别连接所述正极接触器和所述负极接触器，所述接触器控制模块用于控制所述正极接触器和所述负极接触器的连通和断开。
具体地，所述母线电压检测模块与所述隔离开关电连接，当所述隔离开关连通时，所述母线电压检测模块用于检测所述直流母线的端电压。
具体地，所述正极熔断器与所述正极接触器和所述双向可控硅电连接，所述负极熔断器与所述负极接触器电连接；
所述正极接触器与所述双向可控硅并联后再与所述正极熔断器和所述隔离开关串联，所述负极熔断器与所述负极接触器和所述隔离开关串联；
作为锂电池组的主回路保护器件，当锂电池组需要保护时，切断所述正/负极接触器和所述双向可控硅，当锂电池需要投入负载时，先合上所述双向可控硅，可控硅作为无触点开关，可以0ms打开，实现后备电池不间断供电，避免负载断电事故。
当锂电池组需要维修时，通过断开所述隔离开关实现所述直流母线与所述锂电池组的完全分离，从而保障人员安全。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、通过接触器和双向可控硅并联的保护方案，不仅实现锂电池组的自身保护，且能0ms投入使用，避免直流负载瞬时断电，并解决了双向可控硅的发热和损耗问题；2、本实用新型的锂电池系统是独立设置于直流母线上的，不仅可以用于不间断直流电源系统，还可以用于其他不间断供电系统，使得本实用新型的应用领域更加宽泛。
附图说明
图1为本实用新型中不间断直流电源系统拓扑图；
图2为本实用新型中锂电池系统原理图；
图中：100、开关电源；200、直流母线；300、锂电池系统；301、锂电池组；302、正极熔断器；303、负极熔断器；304、正极接触器；305、双向可控硅；306、负极接触器；307、电池管理装置；3071、工作电源模块；3072、电流检测模块；3073、电池电压检测模块；3074、开/合控制模块；3075、接触器控制模块；3076、母线电压检测模块；308、DC/DC电源；309、电流互感器；310、隔离开关。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1、2所述，本实施例提供了一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，包括锂电池系统300以及与所述锂电池系统300电连接的直流母线200；所述直流母线200一端连接直流负载，另一端连接开关电源100的一端；所述开关电源100另一端连接市电，其特征在于，所述锂电池系统300包括：锂电池组301、正极熔断器302、负极熔断器303、正极接触器304、负极接触器306、双向可控硅305、电池管理装置307、DC/DC电源308、电流互感器309和隔离开关310；所述锂电池组301用于在市电断开时给所述直流母线200供电；所述正极熔断器302和负极熔断器303用于保护所述锂电池组301；所述正极接触器304/负极接触器306与所述双向可控硅305并联，用于连通所述锂电池组301和所述直流母线200；所述DC/DC电源308用于给所述电池管理装置307供电；所述电流互感器309用于检测所述锂电池系统300的回路电流；所述隔离开关310用于控制所述直流母线200与所述锂电池组301的连通/断开；所述电池管理装置307用于对所述锂电池组301的电压和回路电流以及所述直流母线200的电压进行检测，并用于对所述正极接触器304、负极接触器306和双向可控硅305的开/合状态进行控制。
当市电正常时，市电通过所述开关电源100给直流负载供电，并给所述锂电池组301充电；当检测到所述直流母线200的电压为零时，即表示市电断开，所述电池管理装置307先控制所述双向可控硅305闭合，再控制所述正极接触器304和负极接触器306闭合，从而实现所述锂电池系统300的0ms响应供电。
优选地，所述电池管理装置307包括：工作电源模块3071、电流检测模块3072、电池电压检测模块3073、开/合控制模块3074、接触器控制模块3075和母线电压检测模块3076。
具体地，所述工作电源模块3071的正极和负极分别连接所述DC/DC电源308输出端的正极和负极，所述DC/DC电源308输入端的正极和负极分别连接所述正极熔断器302和所述负极熔断器303，所述正极熔断器302和所述负极熔断器303分别连接所述锂电池组301的正极和负极；
所述正/负极熔断器用于保护所述锂电池组301，当所述锂电池组301电路出现短路时，所述正/负极熔断器会过流发热熔断从而切断电流回路达到保护所述锂电池组301的作用。
具体地，所述电流检测模块3072连接所述电流互感器309，所述电流互感器309设置在所述锂电池组301的电流回路上，所述电流互感器309用于检测所述锂电池组301电路的电流，并将检测到的电流反馈给所述电流检测模块3072。
具体地，所述电池电压检测模块3073的正极和负极分别连接所述正极熔断器302和所述负极熔断器303，所述电池电压检测模块3073用于检测所述锂电池组301的电池电压。
当所述电池电压检测模块3073检测到所述锂电池组301放电到截止电压时，为保护锂电池组301进一步放空，电池管理装置307切断正极接触器304，并给上级发出电池电压低报警信号。
具体地，所述开/合控制模块3074与所述双向可控硅305电连接，所述开/合控制模块3074用于控制所述双向可控硅305的闭合与断开。
具体地，所述接触器控制模块3075的正极与负极分别连接所述正极接触器304和所述负极接触器306，所述接触器控制模块3075用于控制所述正极接触器304和所述负极接触器306的连通和断开。
具体地，所述母线电压检测模块3076与所述隔离开关310电连接，当所述隔离开关310连通时，所述母线电压检测模块3076用于检测所述直流母线200的端电压。
具体地，所述正极熔断器302与所述正极接触器304和所述双向可控硅305电连接，所述负极熔断器303与所述负极接触器306电连接；
所述正极接触器304与所述双向可控硅305并联后再与所述正极熔断器302和所述隔离开关310串联，所述负极熔断器303与所述负极接触器306和所述隔离开关310串联；
作为所述锂电池组301的主回路保护器件，当所述锂电池组301需要保护时，切断接触器和所述双向可控硅305，当所述锂电池组301需要投入负载时，先合上所述双向可控硅305，所述双向可控硅305作为无触点开关，可以0ms打开，实现后备电池不间断供电，避免负载断电事故。
实施例2
如图1、2所示，本实施例提供了一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，与上述实施例1的区别在于，所述锂电池系统300是独立设置于直流母线200上的，不仅可以用于不间断直流电源系统，还可以用于其他不间断供电系统，不仅可以实现0ms快速响应供电，还能节省能源。
具体地，所述双向可控硅305作为电力电子开关，能实现0ms的打开或关断，但其导通阻抗高，大电流通过时，发热量大，而锂电池组301作为后备电池，自消耗过高造成备电时间变短，故与接触器并联使用，接触器作为继电器型开关，闭合后导通阻抗小、损耗小，当所述锂电池组301需要投入负载时，先由所述双向可控硅305快速投入供给负载，再合上接触器，由接触器作为主通电回路，再慢慢关断所述双向可控硅305，避免所述双向可控硅305热损耗。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，包括锂电池系统(300)以及与所述锂电池系统(300)电连接的直流母线(200)；所述直流母线(200)一端连接直流负载，另一端连接开关电源(100)的一端；所述开关电源(100)另一端连接市电，其特征在于，所述锂电池系统(300)包括：锂电池组(301)、正极熔断器(302)、负极熔断器(303)、正极接触器(304)、负极接触器(306)、双向可控硅(305)、电池管理装置(307)、DC/DC电源(308)、电流互感器(309)和隔离开关(310)；
所述锂电池组(301)用于在市电断开时给所述直流母线(200)供电；
所述正极熔断器(302)和负极熔断器(303)用于保护所述锂电池组(301)；
所述正极接触器(304)/负极接触器(306)与所述双向可控硅(305)并联，用于连通所述锂电池组(301)和所述直流母线(200)；
所述DC/DC电源(308)用于给所述电池管理装置(307)供电；
所述电流互感器(309)用于检测所述锂电池系统(300)的回路电流；
所述隔离开关(310)用于控制所述直流母线(200)与所述锂电池组(301)的连通/断开；
所述电池管理装置(307)用于对所述锂电池组(301)的电压和回路电流以及所述直流母线(200)的电压进行检测，并用于对所述正极接触器(304)、负极接触器(306)和双向可控硅(305)的开/合状态进行控制；当市电正常时，市电通过所述开关电源(100)给直流负载供电，并给所述锂电池组(301)充电；当检测到所述直流母线(200)的电压为零时，即表示市电断开，所述电池管理装置(307)先控制所述双向可控硅(305)闭合，再控制所述正极接触器(304)和负极接触器(306)闭合，从而实现所述锂电池系统(300)的快速响应供电。
2.根据权利要求1所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述电池管理装置(307)包括：工作电源模块(3071)、电流检测模块(3072)、电池电压检测模块(3073)、开/合控制模块(3074)、接触器控制模块(3075)和母线电压检测模块(3076)。
3.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述工作电源模块(3071)的正极和负极分别连接所述DC/DC电源(308)输出端的正极和负极，所述DC/DC电源(308)输入端的正极和负极分别连接所述正极熔断器(302)和所述负极熔断器(303)，所述正极熔断器(302)和所述负极熔断器(303)分别连接所述锂电池组(301)的正极和负极。
4.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述电流检测模块(3072)连接所述电流互感器(309)，所述电流互感器(309)设置在所述锂电池组(301)的电流回路上。
5.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述电池电压检测模块(3073)的正极和负极分别连接所述正极熔断器(302)和所述负极熔断器(303)，所述电池电压检测模块(3073)用于检测所述锂电池组(301)的电池电压。
6.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述开/合控制模块(3074)与所述双向可控硅(305)电连接，所述开/合控制模块(3074)用于控制所述双向可控硅(305)的闭合与断开。
7.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述接触器控制模块(3075)的正极与负极分别连接所述正极接触器(304)和所述负极接触器(306)，所述接触器控制模块(3075)用于控制所述正极接触器(304)和所述负极接触器(306)的连通和断开。
8.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述母线电压检测模块(3076)与所述隔离开关(310)电连接，当所述隔离开关(310)连通时，所述母线电压检测模块(3076)用于检测所述直流母线(200)的端电压。
9.根据权利要求2所述的一种用于不间断直流电源系统的锂电池控制保护装置，其特征在于，所述正极熔断器(302)与所述正极接触器(304)和所述双向可控硅(305)电连接，所述负极熔断器(303)与所述负极接触器(306)电连接；
所述正极接触器(304)与所述双向可控硅(305)并联后再与所述正极熔断器(302)和所述隔离开关(310)串联，所述负极熔断器(303)与所述负极接触器(306)和所述隔离开关(310)串联。
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