CN221126941U - 能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路及供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路及供电系统。其中，备用电池组供电电路设有备用电池组及放电支路，放电支路上设有相互并联的第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路上串接有DC/DC电路，第二放电支路上串接有放电二极管，第二放电支路的输入端连接于DC/DC电路输出侧的第一放电支路，第一放电支路的输入端接入备用电池组。供电系统采用上述备用电池组供电电路。本实用新型能够自动切换备用电池组向负载供电的模式，有利于减少DC/DC工作时间，方便使用者。

Description

能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路及供电系统

技术领域

本实用新型涉及能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路及供电系统。

背景技术

参见图1，现有直流供电系统通常设有直流母线，连接在直流母线上的负载（或者说负载电路，例如，用电设备或用电系统）从直流母线获得电能。为保证在直流母线断电等异常情形下负载依然能够工作，可以设置备用电池组作为备用电源，备用电池组通过直流变电（升压）电路（或称DC/DC电路，可简称为DC/DC）接入直流母线和负载之间的连接电路（线缆），通过直流母线充电储能，必要时向负载供电，且能够依据备用电池组的实际状况，在相应控制系统的控制下，通过DC/DC的变换调节，使输出电压符合负载的用电要求,必要时，可以通过开关断开备用电池组（DC/DC）的连接。例如，中国专利文献CN209389776U公开了一种含压差控制电子开关的工业驱动不间断电源装置，包括充电模块、电池储能模块、至少一组直流供电电路、压差控制电子开关、变频器电路及中央控制器；充电模块的输入端与市电连接，充电模块的输出端分别与直流供电电路的输入端、电池储能电路连接，直流供电电路的输出端与压差控制电子开关的输入端连接，所述压差控制电子开关的输出端与变频器连接，所述的充电模块、电池储能模块、直流供电电路、压差控制电子开关、变频器电路均与中央控制器连接，这种电源装置可以根据当前变频器直流母线电压值，快速分合开关，保证工业现场发生电压暂降/短时中断情况下，变频器拖动的设备不停机，扭矩不波动。然而，这种供电电路尽管构造简单，控制方便，但在由备用电池组供电的状态下，DC/DC电路需要持续工作，由此增加了电耗，且DC/DC电路温升高，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种设有储能备用电池组的能够自动切换备用电池组供电模式的直流供电系统，这种供电系统能够自动切换备用电池组向负载供电的模式，有利于减少DC/DC工作时间，方便使用者。

本实用新型的技术方案是：能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路，设有备用电池组及放电支路，放电支路上设有相互并联的第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路上串接有DC/DC电路，第二放电支路上串接有放电二极管，第二放电支路的输入端连接DC/DC电路的输出侧（例如，DC/DC电路的输出侧的第一放电支路），第一放电支路的输入端接入备用电池组。

进一步的，第一放电支路上可以设有放电开关，也可以不设有放电开关。

放电开关可以串接在DC/DC电路的输入侧。

在上述情形下，第二放电支路的输入端可以连接于放电开关的电池组侧。

放电开关也可以串接在DC/DC电路的输出侧。

在上述情形下，第二放电支路的输出端可以连接于放电开关的负载侧（包括使用状态下通过共同接入供电支路所实现的相互连接）。

进一步地，第二放电支路上可以设有与放电二极管并联的放电二极管旁路开关，放电二极管旁路开关的一端连接放电二极管的正极，另一端连接放电二极管的负极。

能够自动切换供电模式的直流供电系统，包括直流母线、供电支路及备用电池组供电电路，供电支路的电源侧接入直流母线，备用电池组供电电路采用本实用新型公开的任一种备用电池组供电电路，备用电池组设有充电电路，充电支路的一端连接直流母线或供电支路的母线侧，另一端接入备用电池组，第一放电支路和第二放电支路的负载侧均连接于供电电路的负载侧。

可选地，供电支路上设有供电开关，供电开关的一端连接供电支路的母线侧，另一端连接供电支路的负载侧。

可选地，供电支路上设有供电二极管，供电二极管的正极连接供电支路的母线侧，负极连接供电支路的负载侧。

在上述情形下，放电二极管可以设有与其并联的供电二极管旁路开关，也可以不设有与其并联的供电二极管旁路开关。

本实用新型的有益效果是：由于这种备用电池组供电电路在DC/DC电路上并联了放电二极管，在备用电池组输出符合需求的情形下，可以控制DC/DC电路停止工作，电池组的输出通过放电二极管（第二放电支路）输出，为负载供电，在备用电池组输出不符合需求的情形下，控制DC/DC电路依据实际需要的升压幅度进行升压，将DC/DC的输出接入负载（供电支路的负载侧）为负载供电，同时由于DC/DC的输出高于电池组的输出，向放电二极管施加反向电压，放电二极管截止，因此，只需要依据现有技术进行DC/DC电路的控制，即可自动切换第一放电支路（DC/DC电路）和第二放电支路（放电二极管）的工作状态，无需通过设置开关进行第二放电支路的切换，不仅使负载从备用电池组获得所需的供电，而且还方便了使用者，同时还避免了DC/DC不必要的工作时间，有利于降低温升，有利于延长使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型涉及的现有供电系统的示意图；

图2是本实用新型的一种实施方式的示意图；

图3是本实用新型的一种实施方式的示意图；

图4是本实用新型的一种实施方式的示意图；

图5是本实用新型的一种实施方式的示意图；

图6是本实用新型的一种实施方式的示意图；

图7是本实用新型的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

参见图2-图7，本实用新型的主要技术构思/基本技术方案在于在DC/DC电路上并联了一个放电二极管，以放电二极管形成的支路作为第二放电支路，依靠DC/DC电路的升压作用，当DC/DC工作时，自动使放电二极管截止，由DC/DC所在的第一放电支路输出；当DC/DC不工作时，放电二极管在电池组电压的作用下自动导通，由放电二极管所在的第二放电支路输出，由此只需要依据现有技术或其他适宜技术进行DC/DC的控制及工作参数调节，就能实现符合需求的输出。

DC/DC电路采用直流升压电路，可以采用任意适宜的现有技术，例如，市售的DC/DC模块/装置。DC/DC电路的电池组侧（备用电池组侧，也就是其输入侧）可以设有/自带输入侧开关（未绘出），当不需要DC/DC工作时，可断开该开关。

放电支路上可以设置/串联用作放电二极管的第二二极管D2，用于限定第二放电支路的单向性，控制通断。在需要电池组供电的情形下，如DC/DC电路不工作/无输出，第二二极管D2导通，备用电池组的输出经第二放电支路输出。

通常情况下，第二二极管D2的正极可以直接连接（包括阻抗可以忽略不计的导线连接）备用电池组，或者接入第一放电支路的电池组侧。

当DC/DC的电池组侧设有用作放电开关（或者说，第一放电支路的放电开关）的第二开关K2时，第二二极管D2的负极可以连接于DC/DC电路的输出侧（负载侧），例如，可以是直接连接于DC/DC电路的输出侧，也可以是连接于供电支路的负载侧。第二二极管D2的正极可以连接于第二开关K2的电源侧（电池组侧），也可以连接于第二开关K2的负载侧（或者说DC/DC侧）。当第二二极管D2的正极连接于第二开关K2的电源侧时，第二开关K2仅用于第一放电支路的通断；当第二二极管D2的正极连接于第二开关K2的负载侧时，第二开关K2用于整个放电支路的通断。

当用作放电开关的第二开关K2连接在DC/DC的输出侧（负载侧）时，第二二极管D2的正极可以连接于DC/DC的输入侧（电池组侧），负极可以连接于第二开关K2的电源侧（或者说DC/DC侧），也可以连接于第二开关K2的负载侧。当第二二极管D2的负极连接于第二开关K2的电源侧时，第二开关K2用于整个放电支路的通断；当第二二极管D2的负极连接于第二开关K2的负载侧时，第二开关K2仅用于第一放电支路的通断。

第二放电支路上可以设有与第二二极管K2并联的第五开关K5，该开关为第二二极管K2的旁路开关，可称为放电二极管旁路开关。使用时，可以依据实际需要通过第五开关K5控制放电二极管K2的旁路通断。

第五开关K5的两端分别连接第二二极管D2的两端（或称正负极），依据第二二极管D2的两端与其他部分连接。在产品工作中，K5处于断开状态，DCDC也处于关断或未开机状态，当系统检测到二极管D2有电流流过时，控制K5闭合，保证电流从K5流过以降低功率损耗和发热量；当电池输出电压较低接近不满足负载电压需求时，启动DCDC输出，DCDC输出电压为电池输出电压或略低，以保证电流流向负载而不能流向电池，然后断开K5，提升DCDC输出电压，以降低线路损耗；或者在DCDC启动前断开K5，直接以较高电压向负载供电。

采用直流母线、一个或多个供电支路（或称母线供电支路）以及一个或多个备用电池组供电电路组成一个直流供电电路。通常情形下，由直流母线作为电源向各供电支路连接的负载供电，并作为电源为备用电池组充电。当直流母线出现异常情况时，由备用电池组向负载供电。供电支路的数量依据实际需要设置，当设有多个供电支路时，各供电支路分别用于向各自的负载供电。

备用电池组供电电路的数量依据实际需要设置，与需要备用电源的供电支路负载配套，以便在母线供电出现异常时通过相应的备用电池组向负载供电。在供电支路（供电支路涉及的负载）不需要配备备用电源时，该供电支路可以不配备备用电池组供电电路。在需要配备备用电池组供电电路的情形下，一个供电支路所配备的备用电池组供电电路数量通常为一个，必要时也可以为多个。备用电池组可以设有充放电管理电路（或称电池管理系统，或BMS），以实现充放电控制。

供电支路的一端（电源侧）接入（连接）直流母线，另一端（负载侧）连接负载（例如，连接在负载的电源接线端子上）。充电支路的一端（电源侧）连接直流母线（包括直接连接直流母线，或者连接在供电支路的母线侧，通过供电支路与直流母线的连接等），另一端（负载侧）连接（接入）备用电池组；放电支路的一端（电源侧）连接备用电池组，另一端（负载侧）连接负载（包括直接连接，或者连接在供电支路的负载侧，通过供电支路与负载的连接等）。

供电支路上可以设有/串接有第一开关K1（可称为母线供电开关，或供电开关）或第一二极管D1（可称为母线供电二极管，或供电二极管）。第一开关K1用于控制供电支路的通断，其两端分别连接位于其两侧（母线侧和负载侧）的供电支路，目的在于防止电池通过DCDC放电时电流反灌至直流母线或者电池充电端。第一二极管D1的正极接在母线侧的供电支路上，负极接在负载侧的供电支路上，用于实现供电支路电流的单向性，只允许由母线至负载方向的电流，作用与K1类似，但是当母线恢复供电后可以立即恢复母线向负载的供电。

可以设置与第一二极管D1并联的第四开关K4,将第四开关K4用作第一二极管D1的旁路开关，可称为供电二极管旁路开关，在二极管有正向电流时K4闭合实现低阻抗导通，降低二极管发热；当直流母线供电故障时，K4断开，防止电流反灌。

充电支路与供电支路的连接节点（或称结点）位于第一开关K1的电源侧，使备用电池组充电不受第一开关K1的限制。放电支路（第一放电支路和第二放电支路的负载侧，或者第一放电支路的负载侧与第二放电支路的负载侧相互连接后）与供电支路的连接节点位于第一开关K1的负载侧，当采用备用电池组供电时，可以断开第一开关K1。

当供电支路上设置第一二极管D1时，放电支路与供电支路的连接节点位于第一二极管D1的负载侧，以避免向母线充电（反向充电）。

充电支路上可以设置/串联第三二极管D3（可称为充电二极管），用于限定充电支路的单向性。

充电支路上可以设置/串联第三开关K3（可称为充电开关），用作控制该支路的通断，以实现电池充电启动与停止的控制。

可以依据实际需要设置电流和电压等电传感器或信号/数据采集器，依据实际需要设置开关和单向二极管等电气元器件，依据现有技术及其他适宜技术进行相应的控制。

各元器件均可以采用现有技术及其他适宜技术。例如，各开关可以采用能够进行电控的继电器。

可以依据现有技术实现对备用电池组、DC/DC电路及各开关的控制。

可以依据实际需要选择各电子、电气元件/模块的工作参数及具体形式。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定时，均可以任意组合，形成若干不同的具体实施方式。

Claims (10)

1.能够自动切换供电模式的备用电池组供电电路，设有备用电池组及放电支路，其特征在于放电支路上设有相互并联的第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路上串接有DC/DC电路，第二放电支路上串接有放电二极管，第二放电支路的输入端连接于DC/DC电路输出侧的第一放电支路，第一放电支路的输入端接入备用电池组。

2.如权利要求1所述的备用电池组供电电路，其特征在于第一放电支路上设有或者不设有放电开关。

3.如权利要求1所述的备用电池组供电电路，其特征在于放电开关串接在DC/DC电路的输入侧。

4.如权利要求3所述的备用电池组供电电路，其特征在于第二放电支路的输入端连接于放电开关的电池组侧。

5.如权利要求1所述的备用电池组供电电路，其特征在于放电开关串接在DC/DC电路的输出侧。

6.如权利要求5所述的备用电池组供电电路，其特征在于第二放电支路的输出端连接于放电开关的负载侧。

7.如权利要求5所述的备用电池组供电电路，其特征在于第二放电支路上设有与放电二极管并联的放电二极管旁路开关，放电二极管旁路开关的一端连接放电二极管的正极，另一端连接放电二极管的负极。

8.能够自动切换供电模式的直流供电系统，包括直流母线、供电支路及备用电池组供电电路，供电支路的电源侧接入直流母线，其特征在于备用电池组供电电路采用如权利要求1-7中任一项所述的所述的备用电池组供电电路，备用电池组设有充电电路，充电支路的一端连接直流母线或供电支路的母线侧，另一端接入备用电池组，第一放电支路和第二放电支路的负载侧均连接于供电电路的负载侧。

9.如权利要求8所述的直流供电系统，其特征在于供电支路上设有供电开关，供电开关的一端连接供电支路的母线侧，另一端连接供电支路的负载侧。

10.如权利要求8所述的直流供电系统，其特征在于供电支路上设有供电二极管，供电二极管的正极连接供电支路的母线侧，负极连接供电支路的负载侧，供电二极管设有或者不设有与其并联的供电二极管旁路开关。