CN214707288U - 一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、储能电池供电单元、金属空气电池供电单元、监测单元和控制单元；市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元均通过DC/AC模块与负荷电连接；监测单元包括市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块，控制单元用于控制市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电；本实用新型将可充电储能电池作为不间断电源的直接供电机构，将金属空气电池作为不间断电源的后备供电机构，不仅能够满足不间断供电的需求，还能够有效的延长不间断供电的时长；市电故障时间短时，利用可充电储能电池作为不间断电源，避免了金属空气电池的反复启动。

Description

一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统

技术领域

本实用新型涉及金属空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统。

背景技术

不间断电源在电力、港口、医院、车站、金融、石油等不可缺乏电力的场所被广泛应用，目前使用的不间断电源多为储能电池，当市电故障后，由储能电池为负荷供电，以等待市电修复，达到不间断供电的效果。

但是由于储能电池比能量低，特别是铅酸电池，占有体积大，重量大，且供电时间短（约2小时），还存在自放电问题，导致储能电池的应用瓶颈日益突出；为了延长不间断供电的时长，技术人员提出了使用金属空气电池代替传统的储能电池的思路，但是由于金属空气电池反复启用时，需要清洁发电模块内部在上个工作周期内残留的电解液，因此还需增加清洁系统，这又导致了系统复杂的问题出现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，以解决储能电池作为不间断电源比能量低、体积重量大和供电时间短的问题，还用于解决金属空气电池作为不间断电源在反复启用时需要频繁清洗的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、储能电池供电单元、金属空气电池供电单元、监测单元和控制单元；所述的市电供电单元的电源为市电，所述的储能电池供电单元采用可充电储能电池；

所述的市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元均通过DC/AC模块与负荷电连接；

所述的监测单元包括市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块，所述的市电电压监测模块用于监测市电电压，所述的储能电池剩余电量监测模块用于监测可充电储能电池的剩余电量；

所述的控制单元用于控制市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块均与所述的控制单元电连接。

所述的控制单元包括控制器、第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器的常开触点是否动作，所述的第一接触器的常开触点串联在市电供电单元的供电回路中，所述的第二接触器的常开触点串联在储能电池供电单元的供电回路中，所述的第三接触器的常开触点串联在金属空气电池供电单元的供电回路中，所述的第四接触器的常开触点的第一端与第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第四接触器的常开触点的第二端与可充电储能电池的充电端电连接。

所述的金属空气电池供电单元包括启动继电器、启动电压转换模块、金属空气电池和金属空气电池输出机构；所述的可充电储能电池的放电端依次通过启动继电器和启动电压转换模块与金属空气电池的启动泵的输入端电连接，所述的金属空气电池的放电端依次通过金属空气电池输出机构、第三接触器的常开触点和DC/AC模块与负荷电连接。

所述的金属空气电池单元还包括自供电继电器和金属空气电池输出电压采集模块，所述的启动电压转换模块与所述的金属空气电池的放电端通过所述的自供电继电器的常开触点电连接，所述的自供电继电器的线圈由控制器控制是否带电，所述的金属空气电池输出电压采集模块用于采集所述的金属空气电池的输出电压，且与控制器的输入端电连接。

所述的金属空气电池包括启动泵、电解液箱、发电模块和电解液管路，所述启动泵用于为电解液提供在电解液箱、电解液管路和发电模块之间循环的动力，所述的发电模块内集成有金属阳极和空气阴极。

所述的金属空气电池输出机构采用DC/DC稳压模块。

所述的市电供电单元包括依次连接的滤波模块和AC/DC模块。

所述的控制器采用PLC。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，将可充电储能电池作为不间断电源的直接供电机构，将金属空气电池作为不间断电源的后备供电机构，不仅能够满足不间断供电的需求，还能够有效的延长不间断供电的时长；进一步的，市电故障时间短时，利用可充电储能电池作为不间断电源，利用后还能在市电恢复正常时补充可充电储能电池的电量，避免了金属空气电池的反复启动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合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。

如图1所示：本实用新型所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、储能电池供电单元、金属空气电池供电单元、监测单元和控制单元；所述的市电供电单元的电源为市电，所述的储能电池供电单元采用可充电储能电池；

所述的市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元均通过DC/AC模块与负荷电连接；

所述的监测单元包括市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块，所述的市电电压监测模块用于监测市电电压，所述的储能电池剩余电量监测模块用于监测可充电储能电池的剩余电量；

所述的控制单元用于控制市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块均与所述的控制单元电连接。

优选的：所述的控制单元包括控制器、第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器的常开触点是否动作，所述的第一接触器的常开触点串联在市电供电单元的供电回路中，所述的第二接触器的常开触点串联在储能电池供电单元的供电回路中，所述的第三接触器的常开触点串联在金属空气电池供电单元的供电回路中，所述的第四接触器的常开触点的第一端与第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第四接触器的常开触点的第二端与可充电储能电池的充电端电连接；控制器通过接触器控制电路控制接触器的常开触点是否动作属于现有成熟技术，比如，控制器可通过控制与控制器输出端连接的接触器的线圈是否带电的方式，进而控制接触器的常开触点是否动作，这里不再赘述；由于所述的第一接触器的常开触点串联在市电供电单元的供电回路中，所述的第二接触器的常开触点串联在储能电池供电单元的供电回路中，所述的第三接触器的常开触点串联在金属空气电池供电单元的供电回路中，因此，控制器可通过控制第一接触器、第二接触器和第三接触器的常开触点是否动作来控制市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电；具体的，当所述的市电电压监测模块监测的市电电压处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器的常开触点闭合，第二接触器和第三接触器的常开触点断开，市电供电单元为负荷供电；当所述的市电电压监测模块监测的市电电压没有处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器的常开触点断开，第二接触器的常开触点闭合，第三接触器的常开触点断开，储能电池供电单元为负荷供电；当所述的市电电压监测模块监测的市电电压没有处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量没有处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器的常开触点断开，第二接触器的常开触点断开，第三接触器的常开触点闭合，金属空气电池供电单元为负荷供电；进一步的，当所述的市电电压监测模块监测的市电电压处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量没有处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第四接触器的常开触点闭合，利用市电为可充电储能电池充电，直至所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量达到最大值时，控制器控制第四接触器的常开触点断开。

优选的：所述的金属空气电池供电单元包括启动继电器、启动电压转换模块、金属空气电池和金属空气电池输出机构；所述的可充电储能电池的放电端依次通过启动继电器和启动电压转换模块与金属空气电池的启动泵的输入端电连接，所述的金属空气电池的放电端依次通过金属空气电池输出机构、第三接触器的常开触点和DC/AC模块与负荷电连接；因为金属空气电池工作时，需要启动泵为金属空气电池的电解液提供循环动力，因此，金属空气电池供电单元供电初期，可通过控制器闭合启动继电器，进而利用可充电储能电池的剩余电量启动金属空气电池的启动泵，进而使金属空气电池放电，实现利用金属空气电池供电单元供电的功能。

优选的：所述的金属空气电池单元还包括自供电继电器和金属空气电池输出电压采集模块，所述的启动电压转换模块与所述的金属空气电池的放电端通过所述的自供电继电器的常开触点电连接，所述的自供电继电器的线圈由控制器控制是否带电，所述的金属空气电池输出电压采集模块用于采集所述的金属空气电池的输出电压，且与控制器的输入端电连接；当金属空气电池输出电压采集模块采集到金属空气电池的输出电压稳定时，即金属空气电池达到最大放电功率时，可利用控制器控制启动继电器断开，自供电继电器闭合，即使用金属空气电池自身释放的电能为启动泵提供稳定的电能，防止可充电储能电池的剩余电量不足以驱动启动泵的情况出现。

优选的：所述的金属空气电池包括启动泵、电解液箱、发电模块和电解液管路，所述启动泵用于为电解液提供在电解液箱、电解液管路和发电模块之间循环的动力，所述的发电模块内集成有金属阳极和空气阴极，金属阳极和空气阴极可在电解液的作用下释放电能并由发电模块的放电端输出。

优选的：所述的金属空气电池输出机构采用DC/DC稳压模块，以保证负荷能够获取稳定的供电电压。

优选的：所述的市电供电单元包括依次连接的滤波模块和AC/DC模块，所述的滤波模块用于消除市电的不稳定波动，所述的AC/DC模块用于将市电转换成直流电，供后端负荷使用；进一步的，市电的输出端还连接有用于保护市电免遭雷击损坏的避雷器。

优选的：所述的控制器采用响应速度快且可靠的PLC。

本实用新型所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统的工作原理为：

初始状态时，市电正常，第一接触器的常开触点闭合，第二接触器和第三接触器的常开触点断开，市电供电单元为负荷供电；市电故障时，即当所述的市电电压监测模块监测的市电电压没有处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器的常开触点断开，第二接触器的常开触点闭合，第三接触器的常开触点断开，储能电池供电单元为负荷供电；当所述的市电电压监测模块监测的市电电压没有处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量没有处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器的常开触点断开，第二接触器的常开触点断开，第三接触器的常开触点闭合，金属空气电池供电单元为负荷供电；进一步的，当所述的市电电压监测模块监测的市电电压处于正常的供电电压阈值内，且所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量没有处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第四接触器的常开触点闭合，利用市电为可充电储能电池充电，直至所述的储能电池剩余电量监测模块监测到可充电储能电池的剩余电量达到最大值时，控制器控制第四接触器的常开触点断开；上述过程中，由于可充电储能电池的比能量低，供电时间短，因此，市电短时间故障时可由可充电储能电池作为不间断电源，避免了金属空气电池的反复启动，进而有效的减少了金属空气电池的清洁次数，即将金属空气电池作为后备供电，不仅能够保证市电长时间故障时的不间断供电，还可以使金属空气电池只在长时间工作时使用，甚至可一次使用完，消除了金属空气电池作为不间断电源直接供电时，即使遇到短时间市电故障也需要反复启动的缺陷。

上述过程中，由于可充电储能电池的供电时间短，因此还可在控制器中设置储能电池供电单元的供电时间，比如半个小时；半个小时后，若市电还未恢复，则控制器控制启动继电器闭合，使金属空气电池进入预工作阶段，金属空气电池预工作阶段，由于电解液温度低，电化学反应不充分，因此输出的功率有限，此时还由储能电池供电单元为负荷供电；直至金属空气电池输出电压采集模块采集到金属空气电池的输出电压达到上限且保持稳定时，控制器直接控制第二接触器和启动继电器断开，控制自供电继电器和第三接触器闭合，由金属空气电池为负荷供电。

本实用新型所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统的有益效果为：

本实用新型所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，将可充电储能电池作为不间断电源的直接供电机构，将金属空气电池作为不间断电源的后备供电机构，不仅能够满足不间断供电的需求，还能够有效的延长不间断供电的时长；进一步的，市电故障时间短时，利用可充电储能电池作为不间断电源，利用后还能在市电恢复正常时补充可充电储能电池的电量，避免了金属空气电池的反复启动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：包括市电供电单元、储能电池供电单元、金属空气电池供电单元、监测单元和控制单元；所述的市电供电单元的电源为市电，所述的储能电池供电单元采用可充电储能电池；

所述的市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元均通过DC/AC模块与负荷电连接；

所述的监测单元包括市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块，所述的市电电压监测模块用于监测市电电压，所述的储能电池剩余电量监测模块用于监测可充电储能电池的剩余电量；

所述的控制单元用于控制市电供电单元、储能电池供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的市电电压监测模块和储能电池剩余电量监测模块均与所述的控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的控制单元包括控制器、第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器的常开触点是否动作，所述的第一接触器的常开触点串联在市电供电单元的供电回路中，所述的第二接触器的常开触点串联在储能电池供电单元的供电回路中，所述的第三接触器的常开触点串联在金属空气电池供电单元的供电回路中，所述的第四接触器的常开触点的第一端与第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第四接触器的常开触点的第二端与可充电储能电池的充电端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的金属空气电池供电单元包括启动继电器、启动电压转换模块、金属空气电池和金属空气电池输出机构；所述的可充电储能电池的放电端依次通过启动继电器和启动电压转换模块与金属空气电池的启动泵的输入端电连接，所述的金属空气电池的放电端依次通过金属空气电池输出机构、第三接触器的常开触点和DC/AC模块与负荷电连接。

4.根据权利要求3所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的金属空气电池单元还包括自供电继电器和金属空气电池输出电压采集模块，所述的启动电压转换模块与所述的金属空气电池的放电端通过所述的自供电继电器的常开触点电连接，所述的自供电继电器的线圈由控制器控制是否带电，所述的金属空气电池输出电压采集模块用于采集所述的金属空气电池的输出电压，且与控制器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的金属空气电池包括启动泵、电解液箱、发电模块和电解液管路，所述启动泵用于为电解液提供在电解液箱、电解液管路和发电模块之间循环的动力，所述的发电模块内集成有金属阳极和空气阴极。

6.根据权利要求5所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的金属空气电池输出机构采用DC/DC稳压模块。

7.根据权利要求6所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的市电供电单元包括依次连接的滤波模块和AC/DC模块。

8.根据权利要求7所述的一种金属空气电池后备供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的控制器采用PLC。

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