CN216436812U - 一种供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电系统，涉及供电技术领域，用于将不同种类的电池联合为负载供电，为负载提供长时间且有效而稳定的供电。该系统包括:市电供电系统、双向电压变换器、负载、燃料电池系统、锂电池组以及铅酸电池组；双向电压变换器的第一端分别与市电供电系统和负载连接，双向电压变换器的第二端通过第一控制开关与铅酸电池组连接，双向电压变换器的第三端通过第二控制开关与锂电池组连接，双向电压变换器的第四端与燃料电池系统连接。

Description

一种供电系统

技术领域

本申请涉及供电技术领域，尤其涉及一种供电系统。

背景技术

很多重要的用电设备需要不间断的电力供应，一旦停电，则会造成很大的损失。通常情况下会使用备用电源来作为停电时的应急措施。

现有技术中主要采用铅酸电池或磷酸铁锂电池备电，例如铅酸电池中存在铅污染，电池功率不稳定且充电时间长及使用时间短等问题。且随着第五代移动通信技术(5thGeneration Mobile Communication Technology，5G)时代的到来，5G基站对电源的要求越来越高，铅酸电池或锂电池备电方案所存在的弊端会大大影响网络信号的稳定，也满足不了客户的使用状况及体验，因此纯电池备电将逐步被淘汰。

但不同种类的电池一般不允许并联使用，因为不同种类电池放电平台不一样、充电性能不一样，会导致组间环流，从而会造成某组电池始终过充或欠充，进而影响电池寿命及备电时间。

实用新型内容

本申请提供一种供电系统，解决了多种电池联合为负载供电时会引起组间环流的问题，能够为负载提供长时间且有效而稳定的供电。

第一方面，提供一种供电装置，包括：市电供电系统、双向电压变换器、负载、燃料电池系统、锂电池组以及铅酸电池组；双向电压变换器的第一端分别与市电供电系统和负载连接，双向电压变换器的第二端通过第一控制开关与铅酸电池组连接，双向电压变换器的第三端通过第二控制开关与锂电池组连接，双向电压变换器的第四端与燃料电池系统连接；燃料电池系统通过第三控制开关与锂电池组连接。

本申请提供的技术方案至少带来以下有益效果：将锂电池组和铅酸电池组作为市电供电系统的备用电源，在市电故障时，通过控制不同的控制开关使锂电池组或铅酸蓄电池组单独为负载供电，避免了不同种类电池并联使用会导致组间环流的问题。同时将燃料电池系统作为锂电池和市电供电系统的备用电源，在锂电池组和铅酸电池组都无法满足供电要求时，燃料电池系统可以为市电供电，由于燃料电池的备电时间较长，保障了在市电供电系统长时间故障的情况下负载不断电。

可选的，供电系统还包括与市电供电系统、锂电池组以及铅酸电池组连接的监控装置；监控装置，用于监控市电供电系统的工作状态，以及监测锂电池组的性能数据以及铅酸电池组的性能数据，性能数据包括电压、电流、容量以及输出功率中的一项或多项。

可选的，供电系统还包括分别与监控装置、燃料电池系统、锂电池组、铅酸电池组、第一控制开关、第二控制开关以及第三控制开关连接的电池控制装置；电池控制装置，用于从监控装置获取市电供电系统的工作状态、锂电池组的性能数据以及铅酸电池组的性能数据。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统正常工作时，在所锂电池组满足第一预设条件的情况下，控制第一控制开关断开铅酸电池组与双向电压变换器之间的电路；并且，控制第二控制开关导通锂电池组与双向电压变换器之间的电路，以使得市电供电系统能够为锂电池组充电；其中，第一预设条件包括以下至少一项：锂电池组的电压小于第一预设电压，或者锂电池组的容量小于第一预设容量。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统正常工作时，在锂电池组不满足第一预设条件情况下，控制第二控制开关断开锂电池组与双向电压变换器之间的电路；并且，控制第一控制开关导通铅酸电池组与双向电压变换器之间的电路，以使得市电供电系统能够为铅酸电池组充电。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统出现故障时，在锂电池组满足第二预设条件的情况下，控制第一控制开关断开铅酸电池组与双向电压变换器之间的电路；并且，控制第二控制开关导通锂电池组与双向电压变换器之间的电路，以使得锂电池组能够为负载供电；其中，第二预设条件包括以下至少一项：锂电池组的电压大于或等于第二预设电压，或者锂电池组的容量大于或等于第二预设容量。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统出现故障时，在锂电池组不满足第二预设条件，且铅酸电池组满足第三预设条件的情况下，控制第二控制开关断开锂电池组与双向电压变换器之间的电路；并且，控制第一控制开关导通铅酸电池组与双向电压变换器之间的电路，以使得铅酸电池组能够为负载供电；其中，第三预设条件包括以下至少一项：铅酸电池组的电压大于或等于第三预设电压，或者铅酸电池组的容量大于或等于第三预设容量。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统出现故障时，在锂电池组不满足第二预设条件，且铅酸电池组不满足第三预设条件的情况下，控制燃料电池系统工作，以使得燃料电池系统能够为负载供电。

可选的，电池控制装置，还用于在市电供电系统出现故障时，在锂电池组不满足第二预设条件，且铅酸电池组不满足第三预设条件的情况下，若燃料电池系统的输出功率大于负载需要的功率，则控制第三控制开关和第二控制开关导通燃料电池系统与锂电池组之间的电路，以使得燃料电池系统能够为锂电池组充电；若燃料电池系统的输出功率小于负载需要的功率时，则控制第二控制开关导通锂电池组与双向电压变换器之间的电路，以使得燃料电池系统和锂电池组同时为所述负载供电。

可选的，锂电池组为磷酸铁锂电池组。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种燃料电池系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图9为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图10为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图11为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图；

图12为本实用新型实施例的另一种供电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如背景技术所述，同种类的电池一般不允许并联使用，因为不同种类电池放电平台不一样、充电性能不一样，会导致组间环流，也会造成某组电池始终过充或欠充，进而影响电池寿命及备电时间。

基于上述问题，本申请提供了一种供电系统，将锂电池组和铅酸电池组作为市电供电系统的备用电源，在市电故障时，通过控制不同的开关使锂电池组或铅酸蓄电池组为负载供电，避免负载长时间停电。同时将燃料电池作为锂电池和市电供电系统的备用电源，在锂电池组和铅酸电池组都无法满足供电要求时，燃料电池可以为市电供电，进一步的，通过在燃料电池系统和锂电池系统之间设置控制开关，还可以使燃料控制系统为锂电池组供电。由于燃料电池的备电时间较长，既保障了在市电供电系统长时间故障的情况下负载不断电，又通过设置控制开关，避免了不同种类电池并联使用会导致组间环流的问题。

下面结合说明书附图，对本申请的实施例进行具体说明。

如图1所示，本申请实施例提供一种供电系统100，该系统包括：

市电供电系统1，双向电压变换器2、负载3、燃料电池系统4、锂电池组5以及铅酸电池组6。

其中，双向电压变换器2的第一端分别与市电供电系统1和负载3连接，双向电压变换器2的第二端通过第一控制开关K1与铅酸电池组6连接，双向电压变换器2的第三端通过第二控制开关K2与锂电池组5连接，双向电压变换器2的第四端与燃料电池系统4连接。

可选的，如图2所示，燃料电池系统4通过第三控制开关K3与锂电池组5连接。

具体的，本申请实施例中的负载3为通信数据机房中用于集中式收集、存储、处理和发送数据的核心用电设备。当然，负载3还可以为其他需要消耗电力的用电设备。

可选的，燃料电池系统4可以为氢燃料电池、铝空气电池或者甲醇电池等。

示例性的，以燃料电池系统4包括铝空气电池和氢燃料电池为例，如图3所示，燃料电池系统4可以包括存储单元41、输送单元42、风热综合管理单元43、供氧单元44、电池反应单元45。

其中，存储单元41中存储有电解液和氢气，输送单元42用于输送存储单元41中的电解液和氢气到电池反应单元45中；风热综合管理单元43用于提供电池反应所需要的风和热量；供氧单元44用于从空气中提取氧气传送到电池反应单元45中。

电池反应单元45中存储有高纯度的铝堆和氢燃料电池反应堆，当电池反应单元45接收到输送单元42传输的电解液和氢气，以及供氧单元44传输的氧气时，电池反应单元45开始进行化学反应，释放电能。

可选的，锂电池组5为磷酸铁锂电池组，其具体可以为分立式磷酸铁锂电池组，也可以为组合式磷酸铁锂电池组。

可选的，铅酸电池组6可以为高倍率电池组、胶体电池组或低温电池组。

可选的，锂电池组5的容量远小于铅酸电池组6的容量。

基于图2所示的系统，如图4所示，供电系统100还包括与市电供电系统1、锂电池组5以及铅酸电池组6连接的监控装置7。具体的，监控装置7，用于监控市电供电系统1的工作状态，以及监测锂电池组5的性能数据以及铅酸电池组6的性能数据。其中，性能数据包括电压、电流、容量以及输出功率中的一项或多项。

可选的，市电供电系统1的工作状态包括正常工作状态和故障状态。

可选的，如图5所示，供电系统100还包括分别与监控装置7、燃料电池系统4、锂电池组5、铅酸电池组6、第一控制开关K1、第二控制开关K2以及第三控制开关K3连接的电池控制装置8。具体的，电池控制装置8，用于从监控装置7获取市电供电系统1的工作状态、锂电池组5的性能数据以及铅酸电池组6的性能数据。

在一些实施例中，如图6所示，监控装置7还可以与燃料电池系统4相连接，以便电池控制装置8能够从监控装置7获取燃料电池系统4的性能数据。

以下分别就市电供电系统1在正常工作和出现故障时，供电系统100如何工作进行具体介绍。

一、市电供电系统1正常工作：

如图7所示，在市电供电系统1正常工作时，且锂电池组5满足第一预设条件的情况下，电池控制装置8，还用于控制第一控制开关K1断开铅酸电池组6与双向电压变换器2之间的电路。进一步的，控制第二控制开关K2导通锂电池组5与双向电压变换器2之间的电路，以使得市电供电系统1能够为锂电池组5充电。其中，第一预设条件包括以下至少一项：锂电池组5的电压小于第一预设电压，或者锂电池组5的容量小于第一预设容量。

可选的，如图8所示，在锂电池组5不满足第一预设条件情况下，电池控制装置8，还用于控制第二控制开关K2断开锂电池组5与双向电压变换器2之间的电路。进一步的，控制第一控制开关K1导通铅酸电池组6与双向电压变换器2之间的电路，以使得市电供电系统1能够为铅酸电池组6充电。这样一来，锂电池组5充满电后处于离线状态，铅酸电池组6充满电后处于浮充状态。

可选的，在市电供电系统正常工作的情况下，燃料电池系统4与锂电池组5之间的第三控制开关K3始终断开。

这样一来，通过判断锂电池组5的电压和容量，来选择为锂电池组5或铅酸电池组6充电，既能够保证锂电池组5和铅酸电池组6均是满容量状态，又能够避免由于锂电池组5和铅酸电池组6因为电压或容量不均衡导致二者产生电池间充放。

二、市电供电系统1出现故障：

可选的，如图9所示，在市电供电系统1出现故障时，且锂电池组5满足第二预设条件的情况下，电池控制装置8，还用于控制第一控制开关K1断开铅酸电池组6与双向电压变换器2之间的电路。进一步的，控制第二控制开关K2导通锂电池组5与双向电压变换器2之间的电路，以使得锂电池组5能够为负载3供电。其中，第二预设条件包括以下至少一项：锂电池组5的电压大于或等于第二预设电压，或者锂电池组5的容量大于或等于第二预设容量。

由于锂电池组5的重复放电性能要优于铅酸电池组6的重复放电性能，燃料电池系统7启动又耗费时间和能量，因此，在市电供电系统1出现故障时，若锂电池组5的电压或容量足够多，电池控制装置8首先控制锂电池组5为负载供电，避免了因市电供电系统1故障时间较短而消耗铅酸电池组6和燃料电池系统7的储能，影响其备电时长和寿命。

进一步的，如图10所示，在锂电池组5不满足第二预设条件，且铅酸电池组6满足第三预设条件的情况下，电池控制装置8，还用于控制第二控制开关K2断开锂电池5与双向电压变换器2之间的电路。进一步的，控制第一控制开关K1导通铅酸电池组6与双向电压变换器2之间的电路，以使得铅酸电池组6能够为负载3供电。其中，第三预设条件包括以下至少一项：铅酸电池组6的电压大于或等于第三预设电压，或者铅酸电池组6的容量大于或等于第三预设容量。

当监控装置7监测到锂电池组5的电压或容量低于预设值时，说明市电供电系统1的故障时间较长，锂电池组5的容量已不足以继续为负载3供电，此时电池控制装置8控制铅酸电池组6为负载3供电，避免负载3断电。

可选的，在锂电池组5不满足第二预设条件，且铅酸电池组6不满足第三预设条件的情况下，电池控制装置8，还用于控制燃料电池系统4工作，以使得燃料电池系统4能够为负载3供电。

进一步的，基于图6所示的实施例，监控装置7可以用于监控燃料电池系统4的输出功率，若燃料电池系统4的输出功率大于负载需要的功率，如图11所示，电池控制装置8控制第三控制开关K3和第二控制开关K2导通燃料电池系统4与锂电池组5之间的电路，以使得燃料电池系统4能够为锂电池组5充电。若燃料电池系统4的输出功率小于负载需要的功率时，如图12所示，电池控制装置8控制第二控制开关K2导通锂电池组与双向电压变换器2之间的电路，以使得燃料电池系统4和锂电池组5同时为负载供电。

这样一来，当燃料电池系统4的输出功率大于负载需要的功率时，电池控制装置8控制第三控制开关K3和第二控制开关K2导通燃料电池系统4与锂电池组5之间的电路，既可以保证燃料电池系统4只为容量小的锂电池组5充电，不给容量大的铅酸电池组6充电，减少燃料电池系统4的能量消耗，同时锂电池组5还可以在燃料电池系统4功率输出不稳定时起到平滑系统输出功率和稳定输出电压的作用。

综上，本申请提供了一种供电系统，将锂电池组和铅酸电池组作为市电供电系统的备用电源，在市电故障时，通过控制不同的控制开关使锂电池组或铅酸蓄电池组单独为负载供电，避免了不同种类电池并联使用会导致组间环流的问题。同时将燃料电池系统作为锂电池和市电供电系统的备用电源，在锂电池组和铅酸电池组都无法满足供电要求时，燃料电池系统可以为市电供电，由于燃料电池的备电时间较长，保障了在市电供电系统长时间故障的情况下负载不断电。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：市电供电系统、双向电压变换器、负载、燃料电池系统、锂电池组以及铅酸电池组；

所述双向电压变换器的第一端分别与所述市电供电系统和所述负载连接，所述双向电压变换器的第二端通过第一控制开关与所述铅酸电池组连接，所述双向电压变换器的第三端通过第二控制开关与所述锂电池组连接，所述双向电压变换器的第四端与所述燃料电池系统连接。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括与所述市电供电系统、所述锂电池组以及所述铅酸电池组连接的监控装置；

所述监控装置，用于监控所述市电供电系统的工作状态，以及监测所述锂电池组的性能数据以及所述铅酸电池组的性能数据，所述性能数据包括电压和/或容量。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括分别与所述监控装置、所述燃料电池系统、所述锂电池组、所述铅酸电池组、所述第一控制开关、所述第二控制开关以及第三控制开关连接的电池控制装置；

所述电池控制装置，用于从所述监控装置获取所述市电供电系统的工作状态、所述锂电池组的性能数据以及所述铅酸电池组的性能数据。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统正常工作时，在所述锂电池组满足第一预设条件的情况下，控制所述第一控制开关断开所述铅酸电池组与所述双向电压变换器之间的电路；并且，控制所述第二控制开关导通所述锂电池组与所述双向电压变换器之间的电路，以使得所述市电供电系统能够为所述锂电池组充电；其中，所述第一预设条件包括以下至少一项：所述锂电池组的电压小于第一预设电压，或者所述锂电池组的容量小于第一预设容量。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统正常工作时，在所述锂电池组不满足第一预设条件情况下，控制所述第二控制开关断开所述锂电池组与所述双向电压变换器之间的电路；并且，控制所述第一控制开关导通所述铅酸电池组与所述双向电压变换器之间的电路，以使得所述市电供电系统能够为所述铅酸电池组充电。

6.根据权利要求3至5任一项所述的供电系统，其特征在于，

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统出现故障时，在所述锂电池组满足第二预设条件的情况下，控制所述第一控制开关断开所述铅酸电池组与所述双向电压变换器之间的电路；并且，控制所述第二控制开关导通所述锂电池组与所述双向电压变换器之间的电路，以使得所述锂电池组能够为所述负载供电；其中，所述第二预设条件包括以下至少一项：所述锂电池组的电压大于或等于第二预设电压，或者所述锂电池组的容量大于或等于第二预设容量。

7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统出现故障时，在所述锂电池组不满足所述第二预设条件，且所述铅酸电池组满足第三预设条件的情况下，控制所述第二控制开关断开所述锂电池组与所述双向电压变换器之间的电路；并且，控制所述第一控制开关导通所述铅酸电池组与所述双向电压变换器之间的电路，以使得所述铅酸电池组能够为所述负载供电；其中，所述第三预设条件包括以下至少一项：所述铅酸电池组的电压大于或等于第三预设电压，或者所述铅酸电池组的容量大于或等于第三预设容量。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统出现故障时，在所述锂电池组不满足第二预设条件，且所述铅酸电池组不满足第三预设条件的情况下，控制所述燃料电池系统工作，以使得所述燃料电池系统能够为所述负载供电。

9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池系统通过第三控制开关与所述锂电池组连接；

所述电池控制装置，还用于在所述市电供电系统出现故障时，在所述锂电池组不满足第二预设条件，且所述铅酸电池组不满足第三预设条件的情况下，若所述燃料电池系统的输出功率大于所述负载需要的功率，则控制所述第三控制开关和所述第二控制开关导通所述燃料电池系统与所述锂电池组之间的电路，以使得所述燃料电池系统能够为所述锂电池组充电；若所述燃料电池系统的输出功率小于所述负载需要的功率时，则控制所述第二控制开关导通所述锂电池组与所述双向电压变换器之间的电路，以使得所述燃料电池系统和所述锂电池组同时为所述负载供电。

10.根据权利要求1至5任一项所述的供电系统，其特征在于，所述锂电池组为磷酸铁锂电池组。

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