CN212033828U - 一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，包括防爆箱体；防爆箱体内由隔板分割为电池仓、控制设备仓和接线仓；电池仓内安装有至少8个单体电池串联而成的电池组；控制设备仓内安装有与电池组连接的BMS管理系统及与BMS管理系统连接的输出电路；防爆箱体的外侧壁上对应接线仓的部分设有引入装置，引入装置包括与BMS管理系统连接的输入接线端子，及与输出电路连接的输出接线端子；输出电路包括直流输出电路和交流输出电路。采用至少8个电池单体串接的电池组，大大提高了电源的输出功率，并且采用交流和直流输出电路，适用各种负载，为煤矿井下作业人员的逃生和救援工作提供保障。

Description

一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源

技术领域

本实用新型涉及矿用电源设备领域，特别涉及一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源。

背景技术

煤矿井下的安全隐患，例如水灾、火灾、瓦斯与煤尘爆炸等事故时刻威胁着矿工的生命安全。由于煤矿井下的环境恶劣，煤矿井下作业人员逃生避险的难度很大。在现有技术中，用于煤矿井下的不间断电源的功率较小，当紧急事件发生时，该不间断电源远远不能满足井下作业人员的逃生需求。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于提供一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，以解决用于煤矿井下的不间断电源的功率较小，当紧急事件发生时，该不间断电源远远不能满足井下作业人员的逃生需求的问题。

根据本实用新型的实施例，提供了一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，包括防爆箱体；

所述防爆箱体内由隔板分割为电池仓、控制设备仓和接线仓；

所述电池仓内安装有至少8个单体电池串联而成的电池组；

所述控制设备仓内安装有与所述电池组连接的BMS管理系统及与所述BMS管理系统连接的输出电路；

所述防爆箱体的外侧壁上对应所述接线仓的部分设有引入装置，所述引入装置包括与所述BMS管理系统连接的输入接线端子，及与所述输出电路连接的输出接线端子；

所述BMS管理系统包括电池监测电路、充放电电路、MCU控制电路及单电池均衡电路，所述MCU控制电路分别与所述电池监测电路、充放电电路及单电池均衡电路连接；

所述输出电路包括直流输出电路和交流输出电路，所述直流输出电路包括第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路，所述第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路均包括DC/DC转换电路及与所述DC/DC转换电路连接的本质安全栅，所述第一本安直流输出电路的输出电压与第二本安直流输出电路的输出电压不同；

所述交流输出电路包括DC/AC逆变器。

具体地，所述单电池均衡电路包括场效应管M1和场效应管Q1，所述场效应管M1的源极和漏极分别通过电阻R3和电阻R2与电池组连接，所述场效应管M1的源极和漏极还并联有电容C3；

所述场效应管Q1的漏极通过电阻R24与电池组连接，所述场效应管Q1的源极与所述电池组连接，所述场效应管Q1的栅极通过电阻R23连接于所述场效应管M1与电阻R2 之间，所述电阻R23的阻值小于电阻R2的阻值。

具体地，所述隔板上安装有用于插入连接线的穿墙端子。

具体地，所述防爆箱体的前面板上设有可视屏组件，所述可视屏组件包括与所述BMS 管理系统连接的显示屏、橡胶垫和压板；所述压板将显示屏固定在所述前面板上，所述显示屏的前方还设有钢化玻璃。

具体地，所述钢化玻璃与所述压板之间设有橡胶垫和紫铜垫。

具体地，所述电池仓位于所述防爆箱体的下部，所述控制设备仓和接线仓位于所述电池仓的上方且并排排列；

所述防爆箱体的外侧壁上对应所述电池仓的部分设有可拆卸的盖板；所述防爆箱体的顶壁上对应所述电池仓和接线仓的部分也设有可拆卸的盖板。

具体地，所述BMS管理系统还包括与所述MCU控制电路连接的本安RS485通讯电路；

所述本安RS485通讯电路包括依次连接的非本安RS485通讯电路和网络隔离器。

具体地，所述第一本安直流输出电路输出24V的本安直流电压，所述第二本安直流输出电路输出12V的本安直流电压，所述交流输出电路输出127V的交流电压。

具体地，所述电池组的额定容量为60AH，额定输出电压为25.6V，最大输出电压为8V。

具体地，所述电池组与所述BMS管理系统之间串接有防爆开关，且所述防爆开关安装在所述防爆箱体的外侧壁上。

本实用新型提供了一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，采用至少8个电池单体串接的电池组，大大提高了电源的输出功率，并且采用交流和直流输出电路，适用各种负载，为煤矿井下作业人员的逃生和救援工作提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源的立体图；

图2为可视组件的结构图；

图3为矿用隔爆兼本安不间断稳压电源的剖面图；

图4为矿用隔爆兼本安不间断稳压电源的电路原理图；

图5为电池监测电路的电路图；

图6为单电池均衡电路的电路图；

图7为充放电电路的电路图；

图8为本安RS485通讯电路的电路图。

其中，100-接线仓，101-控制设备仓，102-电池仓，103-引入装置，104-可视屏组件，1041-显示屏，1042-压板，1043-橡胶垫，1044-钢化玻璃，1045-紫铜垫，105-盖板， 106-BMS管理系统，1061-电池监测电路，1062-单电池均衡电路，1063-充放电电路， 1064-MCU控制电路，1065-本安RS485通讯电路，107-穿墙端子，108-防爆开关，109- 电池组，110-输出电路，1101-DC/DC转换电路，1102-本质安全栅，1103-交流输出电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，如图1、图3和图4所示，提供了一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，包括防爆箱体；防爆箱体内由隔板分割为电池仓102、控制设备仓101 和接线仓100；电池仓102内安装有至少8个单体电池串联而成的电池组109；控制设备仓101内安装有与电池组109连接的BMS管理系统106及与BMS管理系统106连接的输出电路110；防爆箱体的外侧壁上对应接线仓100的部分设有引入装置103，引入装置 103包括与BMS管理系统106连接的输入接线端子，及与输出电路110连接的输出接线端子；BMS管理系统106包括电池监测电路1061、充放电电路1063、MCU控制电路1064 及单电池均衡电路1062，MCU控制电路1064分别与电池监测电路1061、充放电电路1063 及单电池均衡电路1062连接；输出电路110包括直流输出电路和交流输出电路1103，直流输出电路包括第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路，第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路均包括DC/DC转换电路1101及与DC/DC转换电路1101连接的本质安全栅1102，第一本安直流输出电路的输出电压与第二本安直流输出电路的输出电压不同；交流输出电路1103包括DC/AC逆变器。

其中，防爆箱体可由Q235钢板制成，能够承受通过防爆箱任何接合面或结构件间隙进入外壳内部的爆炸性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性气体环境的点燃，进一步提高了使用的安全性。具体地，防爆箱为长方体结构。并在防爆箱体划分为电池仓102、控制设备仓101和接线仓100可提高安全性。

单体电池可采用锂电池，当然也可采用其他类型的电池，本实施例不做严格限定。电池组109的额定容量为60AH，额定输出电压为25.6V，最大输出电压为8V。

BMS管理系统106是监测电池组109的单体电池电压、温度、电流、容量及均衡管理为一体的综合装置，并采用差分方式，提高了电压采集精度，监测芯片MAX11080对电池组109中每个电池单体的单体电压、总电压和环境温度进行测量，运用MCU(LPC1768) 作为控制核心、通过I2C总线采集MAX11068的信息，并对电池当前状态做出判断，通过电流传感器ACS758实时监控主回路电流、以控制整个电池组109充放电电路1063。在电池发生过充、过放、过温、短路等现象后立即进行反应、同时还设计了均衡电路以保持单体电池电量的一致性。

具体地，如图5所示，电池监测电路1061采用可编程监测芯片MAX11080对电池组109中8个单体电池的单体电压、总电压和环境温度进行测量，可编程监测芯片MAX11080 为可编程、高精度、低功耗的12通道电池组109监测接口芯片，其高速的12位逐次逼近A/D转换器可以在0.5～4.7V范围内确保测量精度。该芯片内部设有46个8位可编程寄存器储存控制信息、报警参数和测量结果，通过I2C总线与MCU进行数据交互；同时使用热敏电阻分压电路监视电池组109的实时温度。

MCU(LPC1768)作为控制核心、通过I2C总线采集MAX11068的信息，并对电池当前状态做出判断，通过电流传感器ACS758实时监控主回路电流、以控制整个电池组109充放电电路1063。在电池发生过充、过放、过温、短路等现象后立即进行反应。

如图7所示，充放电电路1063采用充放电负级分离控制电路，即电池组109、负载和充电器的正极始终保持连接，采用MOSFET作为开关控制器件控制3个负极，为了实现大功率的工作特性，在放电回路中将4个常温耐压为104A的IRFB4115PbF型MOSFET进行并联，从而放电回路可承受百安培电流。在电池组109发生过流和短路时，为保证系统安全需立即切断放电回路。当电池组109发生过流和短路时，在关断放电MOSFET之前打开过流保护加速三级管Q1，可使MOSFET关断速度大幅提升。

如图6所示，单电池均衡电路1062包括场效应管M1和场效应管Q1，场效应管M1 的源极和漏极分别通过电阻R3和电阻R2与电池组109连接，场效应管M1的源极和漏极还并联有电容C3；场效应管Q1的漏极通过电阻R24与电池组109连接，场效应管Q1的源极与电池组109连接，场效应管Q1的栅极通过电阻R23连接于场效应管M1与电阻R2 之间，电阻R23的阻值小于电阻R2的阻值。在充电过程中，当其中两个单体电池的压差超过允许范围后，通过I2C总线打开监测芯片MAX11068内部相应的均衡开关，及场效应管M1导通，由于R23的阻值远小于R2，使场效应管Q1导通，在R24上形成放电回路，降低电量过高的单体电池电压，直到压差恢复到安全范围内，从而达到均衡的目的。

第一本安直流输出电路的DC/DC转换电路1101和本质安全栅1102将MCU控制电路1064输出的直流电压转换成24V的本安直流电压，第二本安直流输出电路的DC/DC转换电路1101和本质安全栅1102将MCU控制电路1064输出的直流电压转换成12V的本安直流电压，以满足要求本安输入的电器设备的能源需求。交流输出电路1103的DC/AC逆变器将输出MCU控制电路1064输出的直流电压转换成127V的交流电压，以满足要求交流输入的电器设备的能源需求。其中，DC/DC转换电路1101、本质安全栅1102和DC/AC逆变器可采用现有的电路和器件，本实施例中不再赘述。

本实用新型提供了一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，采用至少8个电池单体串接的电池组109，大大提高了电源的输出功率，并且采用交流和直流输出电路110，适用各种负载，为煤矿井下作业人员的逃生和救援工作提供保障。

在上述实施例中，如图3所示，隔板上安装有用于插入连接线的穿墙端子107。穿墙端子107提高了布线的绝缘性和防护等级，并且工作人员只需直接在外部接线即可，简化接线步骤。

在上述实施例中，如图2所示，防爆箱体的前面板上设有可视屏组件104，可视屏组件104包括与BMS管理系统106连接的显示屏1041、橡胶垫1043和压板1042；压板 1042将显示屏1041固定在前面板上，显示屏1041的前方还设有钢化玻璃1044。显示屏 1041可用来显示电池组109的全部参数，即电池组109的输出电压、电流、温度及剩余电量，以及每一路输出电压值和电流值，方便工作人员查看。其中，钢化玻璃1044与压板1042之间设有橡胶垫1043和紫铜垫1045，以提高密封性和防爆性。

在上述实施例中，如图3所示，电池仓102位于防爆箱体的下部，控制设备仓101 和接线仓100位于电池仓102的上方且并排排列；防爆箱体的外侧壁上对应电池仓102 的部分设有可拆卸的盖板105；防爆箱体的顶壁上对应电池仓102和接线仓100的部分也设有可拆卸的盖板105。

其中，盖板105可采用螺栓与防爆箱体连接，当然也可采用其他可拆卸方式，本实施例不做严格限定。利用可拆卸的盖板105可方便工作人员对防爆箱体内的器件进行维护和更换。

在上述实施例中，BMS管理系统106还包括与MCU控制电路1064连接的本安RS485通讯电路1065；本安RS485通讯电路1065包括依次连接的非本安RS485通讯电路和网络隔离器。

其中，如图8所示，网络隔离器包括两个光耦和DC-DC电源模块。利用两个光耦和一个DC-DC电源模块对非本安RS485通讯电路进行隔离，元器件的选型主要注意耐压值的要求，耐压值符合1500VAC，漏电流不大于5mA即可，光耦选型也要注意速率，RS485 通讯波特率为9600bps，为了保证良好的性能，选用一个高速光耦。

在上述实施例中，如图3所示，电池组109与BMS管理系统106之间串接有防爆开关108，且防爆开关108安装在防爆箱体的外侧壁上。防爆开关108可以在检修时，断开BMS管理系统106与电池组109的连接，以检修的提高安全性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，包括防爆箱体；

所述防爆箱体内由隔板分割为电池仓(102)、控制设备仓(101)和接线仓(100)；

所述电池仓(102)内安装有至少8个单体电池串联而成的电池组(109)；

所述控制设备仓(101)内安装有与所述电池组(109)连接的BMS管理系统(106)及与所述BMS管理系统(106)连接的输出电路(110)；

所述防爆箱体的外侧壁上对应所述接线仓(100)的部分设有引入装置(103)，所述引入装置(103)包括与所述BMS管理系统(106)连接的输入接线端子，及与所述输出电路(110)连接的输出接线端子；

所述BMS管理系统(106)包括电池监测电路(1061)、充放电电路(1063)、MCU控制电路(1064)及单电池均衡电路(1062)，所述MCU控制电路(1064)分别与所述电池监测电路(1061)、充放电电路(1063)及单电池均衡电路(1062)连接；

所述输出电路(110)包括直流输出电路和交流输出电路(1103)，所述直流输出电路包括第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路，所述第一本安直流输出电路和第二本安直流输出电路均包括DC/DC转换电路(1101)及与所述DC/DC转换电路(1101)连接的本质安全栅(1102)，所述第一本安直流输出电路的输出电压与第二本安直流输出电路的输出电压不同；

所述交流输出电路(1103)包括DC/AC逆变器。

2.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述单电池均衡电路(1062)包括场效应管M1和场效应管Q1，所述场效应管M1的源极和漏极分别通过电阻R3和电阻R2与电池组(109)连接，所述场效应管M1的源极和漏极还并联有电容C3；

所述场效应管Q1的漏极通过电阻R24与电池组(109)连接，所述场效应管Q1的源极与所述电池组(109)连接，所述场效应管Q1的栅极通过电阻R23连接于所述场效应管M1与电阻R2之间，所述电阻R23的阻值小于电阻R2的阻值。

3.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述隔板上安装有用于插入连接线的穿墙端子(107)。

4.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述防爆箱体的前面板上设有可视屏组件(104)，所述可视屏组件(104)包括与所述BMS管理系统(106)连接的显示屏(1041)、橡胶垫(1043)和压板(1042)；所述压板(1042)将显示屏(1041)固定在所述前面板上，所述显示屏(1041)的前方还设有钢化玻璃(1044)。

5.根据权利要求4所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述钢化玻璃(1044)与所述压板(1042)之间设有橡胶垫(1043)和紫铜垫(1045)。

6.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述电池仓(102)位于所述防爆箱体的下部，所述控制设备仓(101)和接线仓(100)位于所述电池仓(102)的上方且并排排列；

所述防爆箱体的外侧壁上对应所述电池仓(102)的部分设有可拆卸的盖板(105)；所述防爆箱体的顶壁上对应所述电池仓(102)和接线仓(100)的部分也设有可拆卸的盖板(105)。

7.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述BMS管理系统(106)还包括与所述MCU控制电路(1064)连接的本安RS485通讯电路(1065)；

所述本安RS485通讯电路(1065)包括依次连接的非本安RS485通讯电路和网络隔离器。

8.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述第一本安直流输出电路输出24V的本安直流电压，所述第二本安直流输出电路输出12V的本安直流电压，所述交流输出电路(1103)输出127V的交流电压。

9.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述电池组(109)的额定容量为60AH，额定输出电压为25.6V，最大输出电压为8V。

10.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安不间断稳压电源，其特征在于，所述电池组(109)与所述BMS管理系统(106)之间串接有防爆开关(108)，且所述防爆开关(108)安装在所述防爆箱体的外侧壁上。

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