一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，涉及電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，充電機(jī)的輸入端通過整流開關(guān)與380VAC的主電源輸入端相連，輸出端與電池開關(guān)的一端以及逆變器的輸入端相連，電池開關(guān)的另一端與后備鋰離子電源相連；逆變器的輸出端與靜態(tài)切換開關(guān)的逆變輸入端相連，靜態(tài)切換開關(guān)的旁路輸入端通過市電旁路開關(guān)與380VAC的主電源輸入端連接，靜態(tài)切換開關(guān)的輸出端連接輸出開關(guān)的輸入端，輸出開關(guān)的輸出端連接負(fù)載；維修旁路開關(guān)一端與380VAC的主電源輸入端相連，另一端直接連接負(fù)載。本發(fā)明提供的應(yīng)急電源系統(tǒng)為儲能式的充電、放電、監(jiān)控一體化電源，具有環(huán)保、節(jié)能、無污染、不間斷供電的特點(diǎn)。
【專利說明】一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，尤其是一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，對供電可靠性的要求越來越高，一旦某些重要設(shè)施供電系統(tǒng)突然發(fā)生故障而中斷供電，將會破壞社會的正常秩序，甚至造成重大的政治影響和經(jīng)濟(jì)損失。然而，電力故障突發(fā)性強(qiáng)，斷電情況必須考慮，因此就需要做到供電電源的不間斷，即考慮應(yīng)急電源。重要的保供電場所,應(yīng)急搶修,應(yīng)急救災(zāi)等也迫切地需要應(yīng)急電源。
[0003]目前廣泛使用的應(yīng)急電源有柴油機(jī)發(fā)電和以鉛酸電池為后備的應(yīng)急電源。其中，柴油發(fā)電的缺點(diǎn)是不能長時間空載運(yùn)行、無法做到不間斷供電、噪音大、廢氣污染、耗費(fèi)一次能源等。鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)是重金屬污染、能量比小、壽命短、笨重等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有柴油發(fā)電不能長時間空載運(yùn)行、無法做到不間斷供電、噪音大、廢氣污染、耗費(fèi)一次能源等問題和鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)是重金屬污染、能量比小、壽命短、笨重等問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括后備鋰離子電源1、整流開關(guān)3、充電機(jī)4、逆變器5、電池開關(guān)6、靜態(tài)切換開關(guān)
7、市電旁路開關(guān)8、維修旁路開關(guān)9、輸出開關(guān)10 ;所述充電機(jī)4的輸入端通過所述整流開關(guān)3與380VAC的主電源輸入端相連，輸出端與所述電池開關(guān)6的一端以及所述逆變器5的輸入端相連，所述電池開關(guān)6的另一端與所述后備鋰離子電源I相連；所述逆變器5的輸出端與靜態(tài)切換開關(guān)7的逆變輸入端相連，所述靜態(tài)切換開關(guān)7的旁路輸入端通過所述市電旁路開關(guān)8與380VAC的主電源輸入端連接，所述靜態(tài)切換開關(guān)7的輸出端連接輸出開關(guān)10的輸入端，所述輸出開關(guān)10的輸出端連接負(fù)載；所述維修旁路開關(guān)9 一端與380VAC的主電源輸入端相連，另一端直接連接負(fù)載。
[0006]優(yōu)選地，所述后備鋰離子電源I包括:智能監(jiān)測模塊11、電池組12、充放電保護(hù)模組13 ;所述電池開關(guān)6和電池組12相連；所述電池組12和智能監(jiān)測模塊11連接，用于為智能監(jiān)測模塊11提供電源；所述智能監(jiān)測模塊11還和充放電保護(hù)模組13連接，所述充放電保護(hù)模組13還和所述電池組12連接；所述智能監(jiān)測模塊11用于監(jiān)測所述電池組12的工作狀態(tài)并控制充放電保護(hù)模組13對電池組12的充放電過程進(jìn)行保護(hù)；所述充放電保護(hù)模組13采用功率器件對所述電池組12的充放電回路分?jǐn)嗷蛘唛]合，是實(shí)現(xiàn)電池組12充放電過程的保護(hù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述充放電保護(hù)模組13包括48VDC線圈操作電源14和充放電負(fù)荷開關(guān)15 ;所述充放電負(fù)荷開關(guān)15的一端與所述48VDC線圈操作電源14相連，另一端與所述電池組12連接；所述48VDC線圈操作電源14還與所述智能監(jiān)控模塊11連接。
[0008]優(yōu)選地，所述智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)還包括液晶面板32、測控裝置29、絕緣檢測模塊30和用于采集電池組12的母線總電流的電流傳感器33 ;所述智能監(jiān)測模塊11包括:主控模塊111、采集模塊112、DC/DC雙向恒流模塊113和主電源模塊114 ;所述主控模塊111、采集模塊112、DC/DC雙向恒流模塊113通過CAN總線相連；所述主電源模塊114是一個輸入范圍為300VDC到450VDC，輸出為48VDC的電源模塊，其輸入端分別連接所述電池組12母線的總正極和總負(fù)極，輸出端分別與所述主控模塊111、采集模塊112的電源進(jìn)線端子連接，為所述主控模塊111和采集模塊112提供電源；所述采集模塊112用于實(shí)時采集所述電池組12中的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給所述主控模塊111 ;所述DC/DC雙向恒流模塊113是一個具有雙向換能的分布式智能均衡充電模塊，通過CAN總線與所述主控模塊111通訊，用于根據(jù)所述主控模塊111下發(fā)的均衡指令將所述電池組12中單節(jié)電壓過高的電池的能量傳輸?shù)诫姵亟M12母線的總正極和總負(fù)極上，并用于從電池組12母線上取能單獨(dú)對電池組12中單節(jié)電壓過低的電池充電；所述主控模塊111用于實(shí)時采集所述電池組12的總電壓和母線總電流，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)判斷電池組12是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，如有異常則發(fā)充電保護(hù)或放電保護(hù)指令給充放電保護(hù)模組13以實(shí)現(xiàn)對電池組12的充放電保護(hù)功能；主控模塊111還根據(jù)采集模塊112發(fā)來的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，在單節(jié)電池能量失衡時向DC/DC雙向恒流模塊113下發(fā)均衡指令；所述主控模塊111采用具有ARM架構(gòu)的32位微處理器stm32fl07作為CPU平臺，其硬件資源包括5個串口、I個以太網(wǎng)通信口和2個CAN控制器；所述5個串口選為RS232或RS485總線，分別對接所述液晶面板32、程序維護(hù)串口、充電機(jī)4、逆變器5以及測控裝置與絕緣檢測模塊；所述以太網(wǎng)通信口用于和后臺上位機(jī)連接；所述2個CAN控制器分別定義為內(nèi)CAN和外CAN，所述內(nèi)CAN通過CAN總線與所述采集模塊112和DC/DC雙向恒流模塊113通信；所述微處理器stm32fl07的電流采集端子連接所述電流傳感器33，充放電控制端子24連接所述充放電保護(hù)模組13，母線電壓采集端子連接所述電池組12母線；其中，所述測控裝置29和絕緣檢測模塊30共用一個主控模塊111的串口，所述測控裝置29用于測量系統(tǒng)總輸入和總輸出的電壓、電流、功率及功率因數(shù)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況并計算系統(tǒng)效率；所述絕緣檢測模塊30用于監(jiān)測所述電池組12的母線對地的絕緣情況，如有異常則發(fā)告警信號；所述液晶面板32用于顯示所述主控模塊111發(fā)來的數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選地，所述電池組12為由120節(jié)標(biāo)稱電壓為3.2V的磷酸鐵鋰電池依次串聯(lián)得到的384V母線。
[0010]優(yōu)選地，所述電池組12以15個磷酸鐵鋰電池為一組，共8組依次串聯(lián)得到標(biāo)稱電壓為384V的母線；所述智能監(jiān)測模塊11包含8個分別采集每組15個串聯(lián)的磷酸鐵鋰電池數(shù)據(jù)的采集模塊112。
[0011]優(yōu)選地，所述采集模塊112還用于實(shí)時計算其所采集的電池組的剩余電量百分t匕、單體電池的最高電壓、最低電壓和電池溫度，通過CAN總線與主控模塊111實(shí)時通訊并將自身采集及計算出的所有數(shù)據(jù)上傳給主控模塊111 ;主控模塊111用于將采集模塊112發(fā)來的數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶面板32顯示。
[0012]優(yōu)選地，上述任一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)中靜態(tài)切換開關(guān)7通過進(jìn)行雙電源快速切換，實(shí)現(xiàn)為負(fù)載無間斷供電的目的；當(dāng)380VAC主電源輸入帶負(fù)載工作時，斷開所述維修旁路開關(guān)9，380VAC主電源輸入依次經(jīng)過所述市電旁路開關(guān)8、靜態(tài)切換開關(guān)7的旁路輸入端、輸出開關(guān)10給負(fù)載進(jìn)行供電；當(dāng)靜態(tài)切換開關(guān)7檢測到380VAC主電源故障時，則會在5ms內(nèi)切換到逆變輸入端，連接逆變器5的輸出，此時所述后備鋰離子電源I中的電池組12經(jīng)過電池開關(guān)6、逆變器5、靜態(tài)切換開關(guān)7和輸出開關(guān)10給負(fù)載提供電源。
[0013]優(yōu)選地，上述任一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)中，當(dāng)380VAC主電源帶負(fù)載工作時，若所述智能監(jiān)測模塊11檢測到其監(jiān)控的任一部件發(fā)生故障，則斷開所述整流開關(guān)3、電池開關(guān)6、市電旁路開關(guān)8和輸出開關(guān)10，閉合所述維修旁路開關(guān)9，380VAC主電源輸入經(jīng)過所述維修旁路開關(guān)9直接對負(fù)載進(jìn)行供電。
[0014]優(yōu)選地，所述380VAC主電源輸入、整流開關(guān)3、充電機(jī)4、電池開關(guān)6、后備鋰離子電源I構(gòu)成充電回路，所述智能監(jiān)測模塊11與充電機(jī)4通過RS485通訊，設(shè)定所述380VAC主電源為后備鋰離子電源I充電時的充電參數(shù)，并監(jiān)測充電過程。
[0015]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括與所述后備鋰離子電源I連接的電動汽車直流充電接口 2，所述電動汽車直流充電接口 2與電動汽車充電站的直流充電樁相連，所述智能監(jiān)測模塊11中的所述外CAN通過CAN總線連接電動汽車充電站的直流充電樁；所述智能監(jiān)測模塊11通過CAN總線與電動汽車充電站的直流充電樁通信，設(shè)置電動汽車充電站的直流充電樁為所述后備鋰離子電源I充電時的充電參數(shù)并監(jiān)測充電過程。
[0016]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0017]本發(fā)明利用最新的電力電子技術(shù)及嵌入式技術(shù)，設(shè)計智能化儲能式的充電、放電、監(jiān)控一體化電源，具有可以用市電充電也可以用電動汽車充電站的直流充電樁快速充電的靈活充電方式，達(dá)到對傳統(tǒng)應(yīng)急電源系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計和產(chǎn)品級實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，并解決了現(xiàn)有柴油發(fā)電不能長時間空載運(yùn)行、無法做到不間斷供電、噪音大、廢氣污染、耗費(fèi)一次能源等問題，同時也解決了鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)是重金屬污染、能量比小、壽命短、笨重等問題。本發(fā)明提供的系統(tǒng)具有環(huán)保、節(jié)能、無污染、不間斷供電的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為智能監(jiān)測模塊11的優(yōu)選實(shí)施方式；
[0021]圖4所示為圖3中的以32位微處理器stm32fl07作為CPU平臺的主控模塊111的各端口和外部模塊的連接示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]附圖標(biāo)記說明:
[0024]1、后備鋰離子電源，2、電動汽車直流充電接口，3、整流開關(guān)，4、充電機(jī)，5、逆變器，6、電池開關(guān)，7、靜態(tài)切換開關(guān)，8、市電旁路開關(guān)，9、維修旁路開關(guān)，10、輸出開關(guān)，11、智能監(jiān)測模塊，12、電池組，13、充放電保護(hù)模組，14、48VDC線圈操作電源，15充放電負(fù)荷開關(guān)，16?20、串口，21、以太網(wǎng)通信口，23、電流采集端子，24、充放電控制端子，25、內(nèi)CAN，26、外CAN, 27、母線電壓采集端子，28、驅(qū)動出口，29、測控裝置，30、絕緣檢測模塊，31、上位機(jī)，32、液晶面板，33、電流傳感器，34、斷路器，111、主控模塊，112、采集模塊，113、DC/DC雙向恒流模塊，114、主電源模塊，115、15節(jié)串聯(lián)池組。
【具體實(shí)施方式】[0025]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括后備鋰離子電源1、整流開關(guān)3、充電機(jī)4、逆變器5、電池開關(guān)6、靜態(tài)切換開關(guān)7、市電旁路開關(guān)8、維修旁路開關(guān)9、輸出開關(guān)10。充電機(jī)4的輸入端通過整流開關(guān)3與380VAC的主電源輸入端相連，輸出端與電池開關(guān)6的一端以及逆變器5的輸入端相連，電池開關(guān)6的另一端與后備鋰離子電源I相連；逆變器5的輸出端與靜態(tài)切換開關(guān)7的逆變輸入端相連，靜態(tài)切換開關(guān)7的旁路輸入端通過市電旁路開關(guān)8與380VAC的主電源輸入端連接，靜態(tài)切換開關(guān)7的輸出端連接輸出開關(guān)10的輸入端，輸出開關(guān)10的輸出端連接負(fù)載；維修旁路開關(guān)9 一端與380VAC的主電源輸入端相連，另一端直接連接負(fù)載。
[0027]優(yōu)選地，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)中后備鋰離子電源I包括:智能監(jiān)測模塊11、電池組12、充放電保護(hù)模組13。其中，電池開關(guān)6和電池組12相連；電池組12和智能監(jiān)測模塊11連接，用于為智能監(jiān)測模塊11提供電源；智能監(jiān)測模塊11還和充放電保護(hù)模組13連接，充放電保護(hù)模組13還和電池組12連接，智能監(jiān)測模塊11用于監(jiān)測電池組12的工作狀態(tài)并控制充放電保護(hù)模組13對電池組12的充放電過程進(jìn)行保護(hù)；充放電保護(hù)模組13采用功率器件對電池組12的充放電回路分?jǐn)嗷蛘唛]合，是實(shí)現(xiàn)電池組12充放電過程的保護(hù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0028]優(yōu)選地，圖2中的充放電保護(hù)模組13包括48VDC線圈操作電源14和充放電負(fù)荷開關(guān)15 ;充放電負(fù)荷開關(guān)15的一端與48VDC線圈操作電源14相連，另一端與電池組12連接；48VDC線圈操作電源14還與智能監(jiān)控模塊11連接。
[0029]圖3所示為智能監(jiān)測模塊11的優(yōu)選實(shí)施方式，該智能監(jiān)測模塊包括:主控模塊111、至少一個采集模塊112、DC/DC雙向恒流模塊113和主電源模塊114。其中，主控模塊
111、采集模塊112、DC/DC雙向恒流模塊113通過CAN總線相連。
[0030]主電源模塊114是一個輸入范圍為300VDC到450VDC，輸出為48VDC的電源模塊，其輸入端分別連接電池組12母線的總正極BA+和總負(fù)極BA-，輸出端分別與主控模塊111、采集模塊112的電源進(jìn)線端子連接，為主控模塊111和采集模塊112提供電源。
[0031]采集模塊112用于實(shí)時采集電池組12中的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給主控模塊111。
[0032]DC/DC雙向恒流模塊113是一個具有雙向換能的分布式智能均衡充電模塊，通過CAN總線與主控模塊111通訊，用于根據(jù)主控模塊111下發(fā)的均衡指令將電池組12中單節(jié)電壓過高的電池的能量傳輸?shù)诫姵亟M12母線的總正極和總負(fù)極上，并用于從電池組12母線上取能單獨(dú)對電池組12中單節(jié)電壓過低的電池充電。
[0033]主控模塊111用于實(shí)時采集電池組12的總電壓和母線總電流，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)判斷電池組12是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，如有異常則發(fā)充電保護(hù)或放電保護(hù)指令給充放電保護(hù)模組13以實(shí)現(xiàn)對電池組12的充放電保護(hù)功能；主控模塊111還根據(jù)采集模塊112發(fā)來的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，在單節(jié)電池能量失衡時向DC/DC雙向恒流模塊113下發(fā)均衡指令。
[0034]優(yōu)選地，電池組12為由120節(jié)標(biāo)稱電壓為3.2V的磷酸鐵鋰電池依次串聯(lián)得到的384V母線。更佳地，電池組12的120節(jié)電池以15個為一組，共分為8組，8組依次串聯(lián)得到標(biāo)稱電壓為384V的母線，此時智能監(jiān)測模塊11包含8個分別用于采集每個15節(jié)串聯(lián)池組115數(shù)據(jù)的采集模塊112，具體如圖3中所示。
[0035]優(yōu)選地，上述智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)還包括與智能監(jiān)測模塊11連接的液晶面板32、測控裝置29、絕緣檢測模塊30和用于采集電池組12的母線總電流的電流傳感器33。測控裝置29用于測量系統(tǒng)總輸入和總輸出的電壓、電流、功率及功率因數(shù)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況并計算系統(tǒng)效率；所述絕緣檢測模塊30用于監(jiān)測所述電池組12的母線對地的絕緣情況，如有異常則發(fā)告警信號；液晶面板32用于顯示智能監(jiān)測模塊11發(fā)來的數(shù)據(jù)。其中，主控模塊111采用如圖3所示的具有ARM架構(gòu)的32位微處理器stm32fl07作為CPU平臺，其硬件資源包括5個串口 16?20、I個以太網(wǎng)通信口 21和2個CAN控制器。5個串口可選為RS232或RS485總線，圖中串口 16?19采用RS485總線，串口 20為程序維護(hù)串口，具體如圖4所示，圖3中的微處理器stm32fl07的串口 16對接測控裝置29和接絕緣檢測模塊30，串口 17接逆變器5，串口 18接充電機(jī)4、串口 19接液晶面板32 ;以太網(wǎng)通信口 21用于和后臺上位機(jī)31連接；2個CAN控制器分別定義為內(nèi)CAN25和外CAN26，內(nèi)CAN25通過CAN總線與采集模塊112和DC/DC雙向恒流模塊113通信；微處理器stm32f 107的電流采集端子23連接電流傳感器33，充放電控制端子24連接充放電保護(hù)模組13，母線電壓采集端子27連接電池組12母線，驅(qū)動出口 28外接斷路器34，圖4中為方便表示，將圖3中微處理器stm32fl07的外接端口僅用端口對應(yīng)的附圖標(biāo)記在直線上表示。
[0036]優(yōu)選地，采集模塊112還用于實(shí)時計算其所采集的電池組的剩余電量百分比、單體電池的最高電壓、最低電壓和電池溫度，通過CAN總線與主控模塊111實(shí)時通訊并將自身采集及計算出的所有數(shù)據(jù)上傳給主控模塊111 ;主控模塊111用于將采集模塊112發(fā)來的數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶面板32顯示。
[0037]本發(fā)明提供的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)中，靜態(tài)切換開關(guān)7通過進(jìn)行雙電源快速切換，實(shí)現(xiàn)為負(fù)載無間斷供電的目的。當(dāng)380VAC主電源輸入帶負(fù)載工作時，斷開維修旁路開關(guān)9，380VAC主電源輸入依次經(jīng)過市電旁路開關(guān)8、靜態(tài)切換開關(guān)7的旁路輸入端、輸出開關(guān)10給負(fù)載進(jìn)行供電；當(dāng)靜態(tài)切換開關(guān)7檢測到380VAC主電源故障時，則會在5ms內(nèi)切換到逆變輸入端，連接逆變器5的輸出，此時后備鋰離子電源I中的電池組12經(jīng)過電池開關(guān)6、逆變器5、靜態(tài)切換開關(guān)7和輸出開關(guān)10給負(fù)載提供電源。
[0038]優(yōu)選地，當(dāng)380VAC主電源帶負(fù)載工作時，若智能監(jiān)測模塊11檢測到其監(jiān)控的任一部件發(fā)生故障，則斷開整流開關(guān)3、電池開關(guān)6、市電旁路開關(guān)8和輸出開關(guān)10，閉合維修旁路開關(guān)9，380VAC主電源輸入經(jīng)過維修旁路開關(guān)9直接對負(fù)載進(jìn)行供電。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例提供的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)中，可以利用市電為電池組(12)充電，具體充電原理為:380VAC主電源輸入、整流開關(guān)3、充電機(jī)4、電池開關(guān)6、后備鋰尚子電源I構(gòu)成充電回路，智能監(jiān)測模塊11與充電機(jī)4通過RS485通訊，設(shè)定380VAC主電源為后備鋰離子電源I充電時的充電參數(shù)，并監(jiān)測充電過程。
[0040]優(yōu)選地，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)還包括與后備鋰離子電源I連接的電動汽車直流充電接口 2，電動汽車直流充電接口 2與電動汽車充電站的直流充電樁相連,智能監(jiān)測模塊11中的外CAN通過CAN總線連接電動汽車充電站的直流充電樁；智能監(jiān)測模塊11通過CAN總線與電動汽車充電站的直流充電樁通信，設(shè)置電動汽車充電站的直流充電樁為后備鋰離子電源I充電時的充電參數(shù)并監(jiān)測充電過程。這樣既可實(shí)現(xiàn)市電和電動汽車充電站的直流充電樁為后備鋰離子電源快速充電的兩種可選充電方式。
[0041]綜上，本發(fā)明利用最新的電力電子技術(shù)及嵌入式技術(shù)設(shè)計智能化儲能式的充電、放電、監(jiān)控一體化電源，其中用環(huán)保型的磷酸鐵鋰電池作為儲能介質(zhì)解決了現(xiàn)有的鉛酸蓄電池重金屬污染、壽命短和笨重的問題；本發(fā)明提供的系統(tǒng)中設(shè)計了智能化監(jiān)測模塊實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中各模塊的狀態(tài)，并設(shè)計了快速雙電源切換，因此在市電發(fā)生故障時，系統(tǒng)會通過靜態(tài)切換開關(guān)快速切換到電池組逆變供電，從而實(shí)現(xiàn)不間斷供電，解決了現(xiàn)有柴油發(fā)電不能長時間空載運(yùn)行、無法做到不間斷供電、噪音大、廢氣污染、耗費(fèi)一次能源等問題；此外，本發(fā)明提供的應(yīng)急電源系統(tǒng)具有可以用市電充電也可以用電動汽車充電站的直流充電樁快速充電的靈活充電方式，達(dá)到對傳統(tǒng)應(yīng)急電源系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計和產(chǎn)品級實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)具有環(huán)保、節(jié)能、無污染、不間斷供電的特點(diǎn)。
[0042]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括后備鋰離子電源(I)、整流開關(guān)(3)、充電機(jī)(4)、逆變器(5)、電池開關(guān)(6)、靜態(tài)切換開關(guān)(7)、市電旁路開關(guān)(8)、維修旁路開關(guān)(9)、輸出開關(guān)(10)； 所述充電機(jī)(4)的輸入端通過所述整流開關(guān)(3)與380VAC的主電源輸入端相連，輸出端與所述電池開關(guān)(6)的一端以及所述逆變器(5)的輸入端相連，所述電池開關(guān)(6)的另一端與所述后備鋰離子電源(I)相連；所述逆變器(5)的輸出端與靜態(tài)切換開關(guān)(7)的逆變輸入端相連，所述靜態(tài)切換開關(guān)(7)的旁路輸入端通過所述市電旁路開關(guān)(8)與380VAC的主電源輸入端連接，所述靜態(tài)切換開關(guān)(7)的輸出端連接輸出開關(guān)(10)的輸入端，所述輸出開關(guān)(10)的輸出端連接負(fù)載；所述維修旁路開關(guān)(9) 一端與380VAC的主電源輸入端相連，另一端直接連接負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述后備鋰離子電源(I)包括:智能監(jiān)測模塊(11)、電池組(12)、充放電保護(hù)模組(13);所述電池開關(guān)(6)和電池組(12)相連；所述電池組(12)和智能監(jiān)測模塊(11)連接，用于為智能監(jiān)測模塊(11)提供電源；所述智能監(jiān)測模塊(11)還和充放電保護(hù)模組(13)連接，所述充放電保護(hù)模組(13)還和所述電池組(12)連接；所述智能監(jiān)測模塊(11)用于監(jiān)測所述電池組(12)的工作狀態(tài)并控制充放電保護(hù)模組(13)對電池組(12)的充放電過程進(jìn)行保護(hù)；所述充放電保護(hù)模組(13)采用功率器件對所述電池組(12)的充放電回路分?jǐn)嗷蛘唛]合，是實(shí)現(xiàn)電池組(12)充放電過程的保護(hù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電保護(hù)模組(13)包括48VDC線圈操作電源(14)和充放電負(fù)荷開關(guān)(15);所述充放電負(fù)荷開關(guān)(15)的一端與所述48VDC線圈操作電源(14)相連，另一端與所述電池組(12)連接；所述48VDC線圈操作電源(14 ) 還與所述智能監(jiān)控模塊(11)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括液晶面板(32)、測控裝置(29)、絕緣檢測模塊(30)和用于采集電池組(12)的母線總電流的電流傳感器(33 );所述智能監(jiān)測模塊(11)包括:主控模塊(111)、采集模塊(112)、DC/DC雙向恒流模塊(113 )和主電源模塊(114 );所述主控模塊(111)、采集模塊(112)、DC/DC雙向恒流模塊(113)通過CAN總線相連； 所述主電源模塊(I 14)是一個輸入范圍為300VDC到450VDC，輸出為48VDC的電源模塊，其輸入端分別連接所述電池組(12)母線的總正極和總負(fù)極，輸出端分別與所述主控模塊(111)、采集模塊(112 )的電源進(jìn)線端子連接，為所述主控模塊(111)和采集模塊(112 )提供電源； 所述采集模塊(112)用于實(shí)時采集所述電池組(12)中的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給所述主控模塊(111)； 所述DC/DC雙向恒流模塊(113)是一個具有雙向換能的分布式智能均衡充電模塊，通過CAN總線與所述主控模塊(111)通訊，用于根據(jù)所述主控模塊(111)下發(fā)的均衡指令將所述電池組(12)中單節(jié)電壓過高的電池的能量傳輸?shù)诫姵亟M(12)母線的總正極和總負(fù)極上，并用于從電池組(12 )母線上取能單獨(dú)對電池組(12 )中單節(jié)電壓過低的電池充電； 所述主控模塊(111)用于實(shí)時采集所述電池組(12)的總電壓和母線總電流，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)判斷電池組(12 )是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，如有異常則發(fā)充電保護(hù)或放電保護(hù)指令給充放電保護(hù)模組(13)以實(shí)現(xiàn)對電池組(12)的充放電保護(hù)功能；主控模塊(111)還根據(jù)采集模塊(112)發(fā)來的各節(jié)單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，在單節(jié)電池能量失衡時向DC/DC雙向恒流模塊(113)下發(fā)均衡指令； 所述主控模塊(111)采用具有ARM架構(gòu)的32位微處理器stm32fl07作為CPU平臺，其硬件資源包括5個串口、1個以太網(wǎng)通信口和2個CAN控制器；所述5個串口選為RS232或RS485總線，分別對接所述液晶面板(32)、程序維護(hù)串口、充電機(jī)(4)、逆變器(5)以及測控裝置與絕緣檢測模塊；所述以太網(wǎng)通信口用于和后臺上位機(jī)連接；所述2個CAN控制器分別定義為內(nèi)CAN和外CAN，所述內(nèi)CAN通過CAN總線與所述采集模塊(112)和DC/DC雙向恒流模塊(113)通信；所述微處理器stm32fl07的電流采集端子連接所述電流傳感器(33)，充放電控制端子(24)連接所述充放電保護(hù)模組(13)，母線電壓采集端子連接所述電池組(12)母線； 其中，所述測控裝置(29 )和絕緣檢測模塊(30 )共用一個主控模塊(111)的串口，所述測控裝置(29)用于測量系統(tǒng)總輸入和總輸出的電壓、電流、功率及功率因數(shù)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況并計算系統(tǒng)效率；所述絕緣檢測模塊(30)用于監(jiān)測所述電池組(12)的母線對地的絕緣情況，如有異常則發(fā)告警信號；所述液晶面板(32)用于顯示所述主控模塊(111)發(fā)來的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組(12)為由120節(jié)標(biāo)稱電壓為3.2V的磷酸鐵鋰電池依次串聯(lián)得到的384V母線。
6.如權(quán)利要求5所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組(12)以15個磷酸鐵鋰電池為一組，共8組依次串聯(lián)得到標(biāo)稱電壓為384V的母線；所述智能監(jiān)測模塊(11)包含8個分別采集每組15個串聯(lián)的磷酸鐵鋰電池數(shù)據(jù)的采集模塊(112)。
7.如權(quán)利要求6所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊(112)還用于實(shí)時計算其所采集的電池組的剩余電量百分比、單體電池的最高電壓、最低電壓和電池溫度，通過CAN總線與主控模塊(111)實(shí)時通訊并將自身采集及計算出的所有數(shù)據(jù)上傳給主控模塊(111);主控模塊(111)用于將采集模塊(112)發(fā)來的數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶面板(32)顯示。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述靜態(tài)切換開關(guān)(7)通過進(jìn)行雙電源快速切換，實(shí)現(xiàn)為負(fù)載無間斷供電的目的； 當(dāng)380VAC主電源輸入帶負(fù)載工作時，斷開所述維修旁路開關(guān)(9)，380VAC主電源輸入依次經(jīng)過所述市電旁路開關(guān)(8)、靜態(tài)切換開關(guān)(7)的旁路輸入端、輸出開關(guān)(10)給負(fù)載進(jìn)行供電； 當(dāng)靜態(tài)切換開關(guān)(7)檢測到380VAC主電源故障時，則會在5ms內(nèi)切換到逆變輸入端，連接逆變器(5)的輸出，此時所述后備鋰離子電源(I)中的電池組(12)經(jīng)過電池開關(guān)(6)、逆變器(5)、靜態(tài)切換開關(guān)(7)和輸出開關(guān)(10)給負(fù)載提供電源。
9.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)380VAC主電源帶負(fù)載工作時，若所述智能監(jiān)測模塊(11)檢測到其監(jiān)控的任一部件發(fā)生故障，則斷開所述整流開關(guān)(3)、電池開關(guān)(6)、市電旁路開關(guān)(8)和輸出開關(guān)(10)，閉合所述維修旁路開關(guān)(9)，380VAC主電源輸入經(jīng)過所述維修旁路開關(guān)(9)直接對負(fù)載進(jìn)行供電。
10.如權(quán)利要求2所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，所述380VAC主電源輸入、整流開關(guān)(3)、充電機(jī)(4)、電池開關(guān)(6)、后備鋰離子電源(I)構(gòu)成充電回路，所述智能監(jiān)測模塊(11)與充電機(jī)(4 )通過RS485通訊，設(shè)定所述380VAC主電源為后備鋰離子電源Cl)充電時的充電參數(shù)，并監(jiān)測充電過程。
11.如權(quán)利要求4所述的智能化儲能式應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與所述后備鋰離子電源(1)連接的電動汽車直流充電接口( 2 )，所述電動汽車直流充電接口( 2 )與電動汽車充電站的直流充電樁相連，所述智能監(jiān)測模塊(11)中的所述外CAN通過CAN總線連接電動汽車充電站的直流充電樁；所述智能監(jiān)測模塊(11)通過CAN總線與電動汽車充電站的直流充電樁通信，設(shè)置電動汽車充電站的直流充電樁為所述后備鋰離子電源(I)充電時的充電參數(shù)并監(jiān)測充電過程。
【文檔編號】H02J9/04GK103825351SQ201410061656
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】張閣, 楊藝云, 司傳濤, 高立克, 周柯, 肖靜, 肖園園, 劉建敏, 張永強(qiáng) 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 北京安通尼電子技術(shù)有限公司