CN218829639U - 一种直流电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种直流电源系统，当输入的交流电正常时，由数字变频电源将交流电转换成稳定的直流电，并通过直流母线输出至直流稳压单元，经过直流稳压单元转换成多种规格的直流电，可为多路不同供电规格需求的直流负载供电；数字变频电源还与电池单元通过直流母线连接，通过监控单元和采样单元实时采集、监控直流母线电压、电池单元的电池电压和电池充电电流，当检测到满足充电条件时，给电池单元充电，当满足充电完成条件时，停止充电。

Description

一种直流电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种直流电源系统。

背景技术

当前，城市轨道交通已经成为大中城市最便捷、经济和高效的交通方式，成为市民出行的首选，对城市轨道交通的安全、可靠运行也提出了越来越高的要求。

城市轨道交通系统包含很多弱电子系统，比如：通信、信号、综合监控、火灾自动报警、机电设备监控、门禁系统、自动售检票、自动灭火、屏蔽门控制等，都要求不能失效，因此，这些弱电子系统的供电保证至关重要。在城市轨道交通系统建设中，通常是分别为车站、车辆段或控制中心的各弱电子系统配置分散的带在线式UPS(Uninterruptible PowerSupply，不间断电源)的电源系统，使得建设成本和运营维护成本都很高，并且由于各弱电子系统分散配置的UPS相互之间不能相互冗余备用，使得整体可靠性不高。另外多套分散的电源系统使得能耗更高，不利于节能和环保。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直流电源系统，可以为有不同要求的多个负载供电。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种直流电源系统，其中，所述直流电源系统包括：

数字变频电源，电池单元，直流稳压单元，采样单元和监控单元，其中，

所述数字变频电源通过直流母线与所述电池单元、所述直流稳压单元电连接，用于将输入的交流电转换成直流电，向所述直流稳压单元供电，以及当所述电池单元需要充电时，向所述电池单元充电；

当所述交流电异常时，由所述电池单元输出直流电，通过所述直流母线向所述直流稳压单元供电；

所述直流稳压单元与若干负载电连接，用于将输入的直流电转换成若干路符合目标电压的直流电，向所述负载供电；

所述采样单元与所述监控单元电连接，用于采集所述直流母线电压及电流并发送至所述监控单元；

所述监控单元分别与所述数字变频电源、所述电池单元、所述直流稳压单元和所述采样单元电连接。

进一步地，其中，所述数字变频电源用于将输入的交流电转换成直流电并稳定在稳态电压。

进一步地，其中，所述电池单元包括：电池充电模块、电池升压模块和电池组，其中，

所述电池充电模块用于对电池组的充电管理；

所述电池升压模块用于完成电池组升压并稳定在稳态电压。

进一步地，其中，所述目标电压是5V至24V范围内的直流电压。

进一步地，其中，所述采样单元包括分流器。

进一步地，其中，所述监控单元分别与所述数字变频电源、所述电池单元、所述直流稳压单元和所述采样单元电连接的实现方式包括：

通过CAN总线。

进一步地，其中，所述直流电源系统还包括接触器。

进一步地，其中，所述监控单元通过RS-232总线与上位机电连接，以使所述监控单元将获取到的参数发送至所述上位机进行分析及排查故障。

本实用新型的工作原理如下：

在工作模式下，当输入的交流电正常时，通过本直流电源系统中的数字变频电源，将交流电转换成直流电，并通过直流母线输出至直流稳压单元，经过直流稳压单元转换成多种规格的直流电，可为多路不同供电规格需求的负载供电；数字变频电源还与电池单元通过直流母线连接，通过监控单元和采样单元实时采集、监控直流母线电压、电池单元的电池电压和电池充电电流，当检测到满足充电条件时，给电池单元充电，当满足充电完成条件时，停止充电。当输入的交流电异常或数字变频电源工作异常时，直流母线上的电压会开始下降，此时电池单元会启动升压电路，当通过监控单元和采样单元检测到直流母线电压下降至与电池单元的升压电路电压相等时，由电池单元通过直流母线向直流稳压单元供电，以通过该直流电源系统向多路负载不间断提供不同规格的直流电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：

可通过一套直流电源系统提供多路不同规格的稳定直流电输出，为多个负载供电，提升了集成度和可靠性，降低了建设成本和维护成本。进一步地，还可实现多路输入之间的无缝切换，进一步提升了系统可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出本申请的实施例1的一种直流电源系统的结构示意图；

图2示出本申请的实施例1的一种直流电源系统的直流稳压单元的输入直流电压切换示意图；

图3示出本申请的实施例2的一种直流电源系统的结构示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

以下将结合示意图对本实用新型所提供的一种直流电源系统的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。其中表示了本实用新型的可选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

下面结合具体实施例作进一步说明。

实施例1

如图1所示本申请的一种直流电源系统的结构示意图，其中，所述直流电源系统100包括：

数字变频电源110，电池单元120，直流稳压单元130，采样单元140和监控单元150。

在该实施例的直流电源系统中，数字变频电源110通过直流母线160与电池单元120、直流稳压单元130电连接，用于将输入的交流电转换成稳定的直流电，向直流稳压单元130供电，以及当电池单元120需要充电时，向电池单元120充电。

其中，数字变频电源110可以自行设计，也可以采购市场中满足需求的第三方现有数字变频电源产品。其中，数字变频电源110还支持PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)功能，可将输入的市电交流电转换成直流电，并经PFC校正，得到稳定的直流电压。其中，支持通信功能，向第三方提供输入的市电交流电压、输出的直流电压等信息，具有输入过、欠压保护、输出过流保护、输出过压保护，输出短路保护，有热插拔，并机自动均流等功能。

一个可选实施例中，数字变频电源110支持的交流电输入电压范围为85～300VAC，额定的输出直流电压为53.5VDC，经PFC校正，可输出稳定的直流电压48VDC。支持CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线通信。

其中，电池单元120包括：电池充电模块121，电池升压模块122和电池组123，其中，当检测到电池组123需要充电且直流母线电压正常时，电池充电模块121对电池组123进行恒流恒压充电，并具备过充保护功能；当检测到输入的市电交流电异常或数字变频电源110工作异常时，直流母线160的直流母线电压开始下降，电池升压模块122启动升压，电池单元120的供电电压开始上升，当直流母线电压下降至与电池单元120的供电电压相等时，切换至电池单元120供电，由电池单元120通过直流母线160向直流稳压单元130供电，以确保通过该直流电源系统向多路负载的直流供电不间断。

设数字变频电源110输出的直流母线电压为U1，电池单元120的供电电压为U2，如图3所示，在T0时刻，当数字变频电源110的市电输入交流电压异常或数字变频电源110工作状态异常，数字变频电源110输出的直流母线电压U1会下降，监控单元150会控制电池单元120延迟一段时间，至T1时刻开始启动升压电路，U2开始上升，经过一段时间，在T2时刻，U2与U1相等时，电池单元120的升压电路开始接管，向直流稳压单元130供电。其中，电池单元120延迟启动升压电路的时间，以及升压速度可通过管理软件设置。

一个可选实施例中，电池单元120包括48V/5Ah的蓄电池组，当数字变频电源110通过直流母线160向电池单元120充电时，采用恒流恒压方式，其中，恒压50V充电时，若充电电流小于100mA，停止充电；而但电池单元120的电压小于48V时，启动恒流1A对电池充电。

在该实施例的直流电源系统中，当输入数字变频电源110的交流电异常时，由电池单元120输出直流电，通过直流母线160向直流稳压单元130供电。

在该实施例的直流电源系统中，直流稳压单元130与若干负载电连接，用于将数字变频电源110或者电池单元120通过直流母线160输入的直流电转换成若干路符合目标电压的直流电，向若干负载供电。

一个可选实施例中，目标电压是5V至24V范围内的直流电压。比如，在城市轨道交通项目中，各弱电子系统作为直流电源系统的直流负载系统，支持24V、12V、5.3V等规格的直流电压。

在该实施例的直流电源系统中，采样单元120与监控单元150电连接，可采集直流母线160上的直流电压及电流并发送至监控单元150。

其中，采样单元140采集直流母线电压和直流母线电流，当电池单元120处于充电状态下，采集的是电池单元130的供电电压和充电电流。并将采集的电压和电流发送至监控单元150，用于判断直流母线电压、直流母线电流和/或电池单元130的供电电压、充电电流，为直流稳压模块130的双路输入(数字变频电源110和电池单元120)之间的无缝切换提供保障。

其中，采样单元140包括分流器141，通过分流器采集直流母线电流和/或充电电流。

在该实施例的直流电源系统中，监控单元150分别与数字变频电源110、电池单元120、直流稳压单元130和采样单元140电连接。

一个可选实施例中，监控单元150可以通过CAN总线获取数字变频电源110的市电交流电的输入电压、转换后的直流电的输出电压、电源温度、电源故障信息、电源软件版本信息等，可通过CAN总线获取电池单元120的电池供电电压、电池充电电流以及电池单元120的若干状态参数，比如：电池单元所处的状态(充电、供电等)、电池容量、电池充电次数、电池在线时间，可通过CAN总线获取直流稳压单元130的各路负载电流等信息。

一个可选实施例中，监控单元150还将获取的信息通过RS-232总线传输给上位机，以便对相关信息进行分析及排查故障，以提升维护效率。

实施例2

如图3所述本申请的一个实施例的一种直流电源系统的结构示意图，其中，该直流电源系统还包括接触器170，该接触器170与电池单元120、直流稳压单元130电连接，当检测到电池单元120供电处于过流、短路或过功率状态时，接触器170切换至断开状态，中断电池单元120对直流稳压单元130的供电，以确保电池单元120不会因过热导致故障或事故发生。

该实施例中的其它单元及其连接关系与前述实施例1中的相同，在此不再赘述。

本实用新型请求保护的一种直流电源系统，可支持工作模式和旁路模式(维护模式)。在工作模式下，当输入的交流电正常时，通过本直流电源系统中的数字变频电源，将交流电转换成稳定的直流电，并通过直流母线输出至直流稳压单元，经过直流稳压单元转换成多种规格的直流电，可为多路不同供电规格需求的直流负载供电；数字变频电源还与电池单元通过直流母线连接，通过监控单元和采样单元实时采集、监控直流母线电压、电池单元的电池电压和电池充电电流，当检测到满足充电条件时，给电池单元充电，当满足充电完成条件时，停止充电。在工作模式下，当输入的交流电异常或数字变频电源工作异常时，直流母线上的电压会开始下降，此时电池单元会启动升压电路，当通过监控单元和采样单元检测到直流母线电压下降至与电池单元的升压电路电压相等时，由电池单元通过直流母线向直流稳压单元供电，以通过该直流电源系统向多路负载不间断提供不同规格的直流电。

需要说明的是，上述内容及实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并不对本实用新型起到任何限制作用案。本领域技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

此外，显然“包括”一词不排除其他组成部件、单元或电路，单数不排除复数。权利要求中陈述的多个组成部件、单元或电路也可以以一个组成部件、单元或电路来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (8)

1.一种直流电源系统，其特征在于，所述直流电源系统包括：

数字变频电源，电池单元，直流稳压单元，采样单元和监控单元，其中，

所述数字变频电源通过直流母线与所述电池单元、所述直流稳压单元电连接，用于将输入的交流电转换成直流电，向所述直流稳压单元供电，以及当所述电池单元需要充电时，向所述电池单元充电；

当所述交流电异常时，由所述电池单元输出直流电，通过所述直流母线向所述直流稳压单元供电；

所述直流稳压单元与若干负载电连接，用于将输入的直流电转换成若干路符合目标电压的直流电，向所述负载供电；

所述采样单元与所述监控单元电连接，用于采集所述直流母线电压及电流并发送至所述监控单元；

所述监控单元分别与所述数字变频电源、所述电池单元、所述直流稳压单元和所述采样单元电连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字变频电源用于将输入的交流电转换成直流电并稳定在稳态电压。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池单元包括：电池充电模块、电池升压模块和电池组，其中，

所述电池充电模块用于对电池组的充电管理；

所述电池升压模块用于完成电池组升压并稳定在稳态电压。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标电压是5V至24V范围内的直流电压。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样单元包括分流器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控单元分别与所述数字变频电源、所述电池单元、所述直流稳压单元和所述采样单元电连接的实现方式包括：

通过CAN总线。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流电源系统还包括接触器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流电源系统与上位机电连接，其中，所述监控单元与所述上位机通过RS-232总线电连接，以使所述监控单元将获取到的参数发送至所述上位机进行分析及排查故障。

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