CN208522480U - 一种启动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种启动电源，包括机箱壳体，设在机箱壳体内的DC‑DC模块、BMS电源管理模块、继电器、锂离子电池模组、防反流二极管和电容器，设在机箱壳体侧面上的电源开关，将超级电容器的功率特性和电池的高能量存储特性结合应用，经实践反复应用测试的结果证明，能够为大功率柴油发电机组应急启动提供安全可靠的供电保障。

Description

一种启动电源

技术领域

本实用新型属于大功率发电机组启动电源技术领域，具体的涉及一种启动电源。

背景技术

大功率柴油发电机组因其具有很高的技术成熟度和可靠性能，被广泛安装应用于各居民生活小区、商业中心、酒店、人防工程、生产工厂的供电机房，主要用于停电时的照明应急、电梯运行应急和重点设施的后备供电。但由于柴油机组的启动机要求短时提供较大输入功率，对后备电源的输出电流要求较高，在需要启动柴油机组应急供电时，往往由于传统后备电源的缺点或不足造成发电机组启动困难。

传统的柴油发电机组启动机绝大多数是依靠成本低且安全的铅酸电池组启动。然而由于铅酸电池普遍寿命只有两三年时间，且存在体积和重量大、充放电效率低、自放电率高、比功率小、大电流输出能力差、内部开路难以发现、维护成本高、低温性能差的缺点，电池极易亏电，导致发电机组无法正常应急启动，给实际工作带来很多困扰；且铅酸蓄电池的倍率放电性能不佳，常常需要配置所需容量的5～10倍才能满足备用时间要求，造成大量容量浪费。此外，铅酸电池在生产和回收过程中对环境污染严重，欧美许多国家都已限制其使用。

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大、自放电小、无记忆效应，循环效率高、可快速充放电、工作温度范围宽、免维护、无污染、使用寿命长等优点，面世20多年时间内，迅速在数码类电子产品电池、电动工具电池组、无人机电源、电动汽车电源、储能系统电源等领域得到广泛推广与应用，逐步取代了传统了铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池在这些领域的应用。

多数小区及商业中心的应急柴油发电机组输出功率均达到数百千瓦，因而启动机的启动功率相应地也比较高。但由于应急工作的特点，对电池组的储能总量要求并不高，平常基本上处于市电浮充状态，重点是在停电时能够瞬间输出满足启动要求的大电流，通常要求达到1000A～3000A，这就需要锂电池组具备足够的功率输出能力，常规的做法是通过大规模增加电池组的并联数量满足锂电池组大功率输出要求，这必然大大增加电源的整体体积、重量和制造成本。另外，如果不采取有效的防护手段，发电机组启动前后的浪涌电流对电源系统的冲击非常大，极易造成电源电路及锂离子电池组的损坏。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种将电容器的功率特性和锂离子电池的高能量存储特性相结合实现柴油机启动的启动电源。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案，一种启动电源，包括机箱壳体，设在机箱壳体内的DC-DC模块、BMS电源管理模块、继电器、锂离子电池模组、防反流二极管和电容器，设在机箱壳体侧面上的电源开关；

所述的继电器包括充电继电器、预充继电器和放电继电器；

所述的锂离子电池模组的充电端与充电继电器电连接，所述的锂离子电池模组与BMS电源管理模块电连接，所述的锂离子电池模组与DC-DC模块通过电源开关电连接；

所述的锂离子电池模组放电端分别与预充继电器和放电继电器电连接，所述的预充继电器和放电继电器并联后与充电端电容器电连接，所述的电容器的放电端电连接有防反流二极管；

所述的BMS电源管理模块分别与DC-DC模块、充电继电器、预充继电器和放电继电器电连接，且所述的BMS电源管理模块控制电继电器、预充继电器和放电继电器的开合状态。

所述的机箱壳体的侧面镶嵌有显示屏，该显示屏与BMS电源管理模块电连接，所述的预充继电器和放电继电器并联合后与电容器之间还连接有防反流二极管。

所述的预充继电器串联有一与放电继电器并联的熔断器。

所述的显示器与电源开关位于机箱壳体的同一侧。

所述的锂离子电池模组是由若干锂离子电池单体串并联而成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的启动动电源重量明显减轻，采用电容器的功率特性和锂离子电池的高能量存储特性相结合，既拥有高于传统的铅酸电池数倍的比能量，又比单一的锂电池组节约相当多的成本、重量和体积，产品的经济性、可靠性、安全性大大提高。产品的功率输出能力远优于各种常规的解决方案，瞬间输出电流能力可达到铅酸电池和锂电池的数十倍，相同负载条件下可缩短柴油发电机组的启动时间至少20％以上。

可通过BMS智能电源管理系统设置为与其他用电器件联动，一旦遇到停电需要启动柴油发电机组应急时，BMS及时控制放电继电器输出，自动启动发电机组供电输出，降低停电等待时间，免去人为工干预的过程。

本实用新型将超级电容器的功率特性和电池的高能量存储特性结合应用，经实践反复应用测试的结果证明，能够为大功率柴油发电机组应急启动提供安全可靠的供电保障。

附图说明

图1是本实用新型的电连接关系图；

图2是本实用新型结构示意图；

图中：1.机箱壳体；2.显示屏；3.电源开关；4.DC-DC模块；5.BMS电源管理模块；6.分流器；7.继电器；8.锂离子电池模组；9.防反流二极管；10.熔断器；11.电容器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1和图2所示的一种启动电源，包括机箱壳体1，设在机箱壳体1内的DC-DC模块4、BMS电源管理模块5、、继电器7、锂离子电池模组8、防反流二极管9和电容器11，设在机箱壳体1侧面上的电源开关3；

所述的继电器包括充电继电器、预充继电器和放电继电器；

所述的锂离子电池模组8的充电端与充电继电器电连接，所述的锂离子电池模组8与BMS电源管理模块5电连接，所述的锂离子电池模组8与DC-DC模块4通过电源开关3电连接；

所述的锂离子电池模组8放电端分别与预充继电器和放电继电器电连接，所述的预充继电器和放电继电器并联后与充电端电容器11电连接，所述的电容器11的放电端电连接有防反流二极管9；

所述的BMS电源管理模块5分别与DC-DC模块4、充电继电器、预充继电器和放电继电器电连接，且所述的BMS电源管理模块5控制电继电器、预充继电器和放电继电器的开合状态。

所述的机箱壳体1的侧面镶嵌有显示屏2，该显示屏2与BMS电源管理模块5电连接。

所述的预充继电器串联有一与放电继电器并联的熔断器10，所述的预充继电器和放电继电器并联合后与电容器11之间还连接有防反流二极管9。

所述的显示器2与电源开关3位于机箱壳体1的同一侧。

所述的锂离子电池模组8是由若干锂离子电池单体串并联而成。

如图1所示由若干锂离子电池单体串并联后的锂离子电池模组8的正极和负极分别与充电端的正极和负极连接，充电继电器连接在锂离子电池模组8的正极端部，锂离子电池模组8的正极与负极之间与电源开关3和DC-DC模块进行串联，所述的DC-DC模块的正极与BMS电源管理模块5的正极端连接，DC-DC模块的负极与BMS电源管理模块5的负极端连接，锂离子电池模组8的正极依次与相互并联的预充继电器和放电继电器、防反流二极管9和电容器11的正极进行串联，锂离子电池模组8的负极与电容器11的负极进行连接，电容器的正极和负极放电端分别与柴油机的正极和负极相接，用于启动柴油机，在电容器的正极放电端和负极放电端连接有电量显示装置，在电流表与电容器之间还连接有分流器6，该分流器6本质上是一个相对精确的定值电阻，用于串接在直流电路中,使经过分流器的电流在其两端产生毫伏级的直流电压信号,经转换后可得到该直流电路的电流值，在电容器的正极放电端连接有防反流二极管，BMS电源管理模块5的正极和负极分别与充电继电器、预充继电器和放电继电器的正极和负极相连，BMS电源管理模块5与锂离子电池模组8的正极和负极相连；

所述的锂离子电池组8由若干锂离子电池单体串并联而成，串联数量取决于启动机的工作电压，常见工作电压为DC12V、DC24V、DC48V等规格，然后依据锂离子电池的单体电压平台进行串联。如采用磷酸铁锂电池，其单体电池的典型电压平台为3.2V，启动机工作电压为12V时，则串联数量为4串；启动机工作电压为24V时，则串联数量为8串；启动机工作电压为48V时，则串联数量为16串。如采用三元体系、钴酸锂、锰酸锂等体系的锂电池，其单体电池的典型电压平台为3.7V，启动机工作电压为12V时，则串联数量优选4串；启动机工作电压为24V时，则串联数量优选7串；启动机工作电压为48V时，则串联数量为14串。并联数量取决于单体容量和启动机输出电流、启动时间、启动次数的要求。如电池单体容量3Ah，启动机输出电流为1700A，启动时间3s，后备启动10次，则并联数量为：1700×3÷3600×10÷3≈5，并联5组即可满足储能总量需求。

所述的BMS电源管理模块5主要用于采集单体电压信息、采用均衡方式使电池达到一致性，使电池始终工作在合适的充、放电电压、电流和温度范围内，延长电池组的使用寿命，保障电池组的安全性和可靠性。BMS电源管理模块5可通过通讯接口为用户实时输出各种电池检测参数，如总电压、总电流、单体电压、温度、绝缘状况、碰撞检测、系统阻抗、烟雾检测等，并及时反馈电池状态包括荷电状态SOC、健康状态SOH、功能状态SOF等，防止出现电池过充、过放、过流、短路等故障。BMS的采集线负端与电池组总负连接，采集线正端按序分别与电池组的每串正端相连接。

所述的DC-DC电源模块4将电池组的电压转换并稳压后(常见的如24V转12V)，为BMS电源管理模块、继电器、显示仪表等相关功能器件提供稳定的工作电压。

所述的充电继电器、预充继电器、放电继电器分别通过BMS电源管理模块控制其开合状态，完成市电对电池组充电、电池组对电容器预充电、电池组及电容器对启动机放电输出等动作。

所述的防反流二极管MDA用于保护电池组和超级电容器免逆流电流的冲击，确保电源系统安全可靠的运行。

所述的电容器为超级电容为满足启动机工作电流和电压需求、能够瞬时输出大功率、高能量的器件。

进一步地，所述其他辅助器件包括电源保护熔断器、开关单元、温度检测、电流检测、电压检测及相应显示单元、输入输出接口等，所述电源保护熔断器为电池组的二级过流和短路保护元件，可在BMS电源管理模块电池保护电路失效时起到保护作用；所述电源开关用于控制电池组的接通或断开；所述温度检测装置用于实时监控电池组工作时的工作温度；电流监测、电压监测装置用于检测电池组工作时的电流及电压参数；所述显示单元可为用户显示系统电流、电压、功率、温度、SOC、SOD、SOF等信息，并可为操作人员提供电源工作参数设置时的人机交互界面；所述的输入输出接口分别用于对大功率锂离子电池启动电源的充、放电输入和输出。

具体的是电源开关用于控制整个输出系统的通断；BMS用于对电池组中各串联的单体电池(或组)进行充放电管理，并根据充电、放电状态分别对充电继电器、预充继电器、放电继电器进行控制；DC-DC模块用于将电池组的输出电压转换为继电器和BMS的工作电压；充电继电器在BMS控制下负责充电器(CHARGE端)对电池组的充电通断；预充继电器在BMS控制下负责对电容器预充电；放电继电器在BMS控制下负责直接对外输出。

以上实施例仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种启动电源，其特征在于，包括机箱壳体(1)，设在机箱壳体(1)内的DC-DC模块(4)、BMS电源管理模块(5)、继电器(7)、锂离子电池模组(8)、防反流二极管(9)和电容器(11)，设在机箱壳体(1)侧面上的电源开关(3)；

所述的继电器包括充电继电器、预充继电器和放电继电器；

所述的锂离子电池模组(8)的充电端与充电继电器电连接，所述的锂离子电池模组(8)与BMS电源管理模块(5)电连接，所述的锂离子电池模组(8)与DC-DC模块(4)通过电源开关(3)电连接；

所述的锂离子电池模组(8)放电端分别与预充继电器和放电继电器电连接，所述的预充继电器和放电继电器并联后与电容器(11)电连接，所述的电容器(11)的放电端电连接有防反流二极管(9)；

所述的BMS电源管理模块(5)分别与DC-DC模块(4)、充电继电器、预充继电器和放电继电器电连接，且所述的BMS电源管理模块(5)控制充电继电器、预充继电器和放电继电器的开合状态。

2.根据权利要求1所述的一种启动电源，其特征在于，所述的机箱壳体(1)的侧面镶嵌有显示屏(2)，该显示屏(2)与BMS电源管理模块(5)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种启动电源，其特征在于，所述的预充继电器串联有一与放电继电器并联的熔断器(10)，所述的预充继电器和放电继电器并联后与电容器(11)之间还连接有防反流二极管(9)。

4.根据权利要求1所述的一种启动电源，其特征在于，所述的锂离子电池模组(8)是由若干锂离子电池单体串并联而成。