CN214707289U - 一种金属空气电池直接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直接供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、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；所述的监测单元用于监测市电电压；所述的控制单元用于控制市电供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的监测单元与所述的控制单元电连接；本实用新型将替代市电的不间断电源由传统的储能电池如铅酸电池等替换为金属空气电池，且提供了一种完备的金属空气电池供电单元，由于金属空气电池具有比能量高的优势，持续放电时间大于12个小时，因此能够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。

Description

一种金属空气电池直接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直接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。

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直接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。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种金属空气电池直接供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、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；

所述的市电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；

所述的监测单元用于监测市电电压；

所述的控制单元用于控制市电供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的监测单元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、第二接触器和第三接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器和第三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。

所述的金属空气电池供电单元包括启动电池、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；所述的第二接触器的常开触点的第一端与所述的第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第二接触器的常开触点的第二端与所述的启动电池的充电端电连接；所述的启动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、第三接触器和DC/AC模块与负荷电连接。

所述的金属空气电池供电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还包括清洁箱和清洁管路，所述的清洁箱、启动泵和发电模块通过清洁管路构成清洁回路。

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直接供电的不间断电源系统，将传统的替代市电的不间断电源由传统的储能电池如铅酸电池等替换为金属空气电池，且提供了一种完备的金属空气电池供电单元，由于金属空气电池具有比能量高的优势，持续放电时间大于12个小时，因此能够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。

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直接供电的不间断电源系统，包括市电供电单元、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；

所述的市电供电单元包括依次连接的滤波模块和AC/DC模块，且所述的市电供电单元通过DC/AC模块与负荷电连接；即市电的输出端依次通过滤波模块、AC/DC模块、DC/AC模块与负荷电连接，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；

所述的金属空气电池供电单元通过DC/AC模块与负荷电连接，用于作为不间断电源，在市电故障时为负荷不间断供电；

所述的监测单元用于监测市电电压，所述的监测单元可采用电压传感器；

所述的控制单元用于控制市电供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的监测单元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、第二接触器和第三接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器和第三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；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，控制器通过采用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和第三接触器的常开触点是否动作来控制市电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，当所述的监测单元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；当所述的监测单元监测的市电电压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，所述的控制器采用响应速度快且可靠的PLC。

优选的：所述的金属空气电池供电单元包括启动电池、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；由于金属空气电池是利用金属和空气在电解液作用下发生化学反应进行发电的，主要由启动泵、电解液箱、发电模块和电解液管路组成；工作时，所述的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构成的循环管路之间循环的动力，发电模块内部集成有金属阳极和空气阴极，在电解液作用下发生反应放出电能，因此金属空气电池发电之前，需由外界提供电能用于使启动泵动作；所述的启动电池用于为启动泵提供电能；所述的第二接触器的常开触点的第一端与所述的第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第二接触器的常开触点的第二端与所述的启动电池的充电端电连接，当监测单元监测到市电电压正常时，控制器可通过控制第二接触器的常开触点闭合的方式使市电为启动电池充电；所述的启动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，所述的启动电压转换模块用于为启动泵提供稳定的工作电压，如24V直流电压；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、第三接触器和DC/AC模块与负荷电连接；优选的，为了保证负荷高品质的电能供应，所述的金属空气电池输出机构采用DC/DC稳压模块；进一步的，所述的电解液箱与启动泵之间的电解液管路上、所述的电解液箱与发电模块之间的电解液管路上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀的控制端均与所述的控制器的输出端连接。

优选的：所述的金属空气电池供电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；因启动电池的容量有限，因此，不能长时间为金属空气电池的启动泵供给电能，因此，当所述的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位于金属空气电池正常工作的电压阈值区间内时，控制器控制启动继电器断开、自供电继电器闭合，此时，可由金属空气电池的放电端即发电模块的输出端为启动泵供电，保证启动泵获得持续的电能供应。

优选的：所述的金属空气电池还包括清洁箱和清洁管路，所述的清洁箱、启动泵和发电模块通过清洁管路构成清洁回路；进一步的，所述的清洁箱与启动泵之间的清洁管路上、所述的清洁箱与发电模块之间的清洁管路上分别设置有第三电磁阀和第四电磁阀，第三电磁阀和第四电磁阀的控制端均与所述的控制器的输出端连接。

本实用新型所述的一种金属空气电池直接供电的不间断电源系统的工作原理为：

初始状态下，市电电压正常，第一接触器、第二接触器的常开触点闭合，第三接触器的常开触点断开；市电供电单元为负荷提供电能，且为启动电池充电；当监测单元监测到市电电压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和第二接触器的常开触点断开，第三接触器的常开触点闭合，转由金属空气电池供电单元为负荷供电；此时，控制器同时控制第一继电器的常开触点闭合，第一电磁阀和第二电磁阀导通，打开电解液循环回路；在金属空气电池供电单元前期供电阶段，由于金属空气电池本身的属性导致金属空气电池放电电压小，此时由启动电池通过启动继电器为金属空气电池的启动泵提供电能，使金属空气电池放电；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位于金属空气电池正常工作的电压阈值区间内时，控制器控制启动继电器断开、自供电继电器闭合，此时，可由金属空气电池的放电端即发电模块的输出端为启动泵供电，保证启动泵获得持续的电能供应；当市电修复后，即监测单元监测到市电电压重新处于正常的供电电压阈值内时，控制器控制第一接触器和第二接触器的常开触点闭合，第三接触器的常开触点断开，自供电继电器的常开触点断开，第一电磁阀和第二电磁阀关闭，转由市电供电单元为负荷提供电能，同时为启动电池充电。

上述过程中，在启动金属空气电池后，由于电解液进入发电模块和启动泵，当金属空气电池停止工作时，空气阴极和金属阳极会滞留、残存电解液，对后续金属空气电池放电会有影响；因此，当市电恢复正常后，需对发电模块和启动泵进行清洁；此时，可将第三接触器由闭合变为断开的信号作为清洁信号，控制器接收到第三接触器的由闭合变为断开的信号后，打开第三电磁阀和第四电磁阀，打开清洁回路，且控制器控制启动继电器闭合一段时间后断开，在启动继电器闭合的时间内，由启动电源为启动泵提供电能，通过清洁回路对发电模块和启动泵内滞留、残存电解液进行清洁；启动继电器断开后，由控制器控制第三电磁阀和第四电磁阀关闭。

需要注意的是，由于利用电磁阀控制管路通断属于现有成熟技术，因此，在不影响本领域技术人员理解本实用新型的前提下，图1中并未标出第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀。

本实用新型所述的一种金属空气电池直接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直接供电的不间断电源系统，将传统的替代市电的不间断电源由传统的储能电池如铅酸电池等替换为金属空气电池，且提供了一种完备的金属空气电池供电单元，由于金属空气电池具有比能量高的优势，持续放电时间大于12个小时，因此能够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。

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 (9)

1.一种金属空气电池直接供电的不间断电源系统，其特征在于：包括市电供电单元、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；

所述的市电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；

所述的监测单元用于监测市电电压；

所述的控制单元用于控制市电供电单元和金属空气电池供电单元是否为负荷供电，且所述的监测单元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直接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、第二接触器和第三接触器，所述的控制器用于通过接触器控制电路控制第一接触器、第二接触器和第三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。

3.根据权利要求2所述的一种金属空气电池直接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电池、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；所述的第二接触器的常开触点的第一端与所述的第一接触器的常开触点的第一端电连接，所述的第二接触器的常开触点的第二端与所述的启动电池的充电端电连接；所述的启动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直接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直接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直接供电的不间断电源系统，其特征在于：所述的金属空气电池还包括清洁箱和清洁管路，所述的清洁箱、启动泵和发电模块通过清洁管路构成清洁回路。

7.根据权利要求3所述的一种金属空气电池直接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。

8.根据权利要求1所述的一种金属空气电池直接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。

9.根据权利要求2所述的一种金属空气电池直接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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