本實用新型涉及礦山設備技術領域，更具體地說，特別涉及一種礦用隔爆兼本安型鋰離子蓄電池不間斷電源。

背景技術：

受煤礦安全運行規(guī)程和相關法規(guī)的限制，當前煤礦井下不間斷后備電源全部采用的是小容量(7Ah以下)鉛酸蓄電池作為儲能單元；由于鉛酸蓄電池在使用中會釋放出氫氣，且氫氣濃度達到一定數值時，還會引發(fā)氫氣爆炸。所以，煤礦安全運行規(guī)程和相關法規(guī)、標準規(guī)定，大容量的鉛酸蓄電池，不得安裝在煤礦井下隔爆箱中。

鉛酸蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，蓄電池內部鉛板表面易氧化，蓄電池容量衰減嚴重，加上鉛酸蓄電池容量很小，易造成煤礦井下后備電源延時很短(0.5～1小時)，不能滿足井下監(jiān)測監(jiān)控技術的發(fā)展及網絡化信息化建設對于大容量長時間后備電源的需要。

為此，采用新型的鋰離子蓄電池作為不間斷電源的儲能單元，成為今后煤礦井下不間斷后備電源發(fā)展的必然。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種采用鋰離子蓄電池作為儲能單元的礦用隔爆兼本安型鋰離子蓄電池不間斷電源。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

礦用隔爆兼本安型鋰離子蓄電池不間斷電源，包括隔爆箱、以及設于隔爆箱內的電源輸入輸出電路、鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)、充電模塊、電源變換裝置、電壓和溫度監(jiān)測電路、鋰離子蓄電池組和本質安全型通信模塊，多種不同電壓等級的電網電源的輸入采用選擇開關進行控制并實現閉鎖，所述電源變換裝置具有交流輸入端和直流輸入端，所述電源變換裝置的交流輸入端與電網電源輸入電路相連接，所述電源變換裝置的直流輸入端與鋰離子蓄電池組連接，所述充電模塊與電網電源輸入電路相連接，所述充電模塊的輸出端與鋰離子蓄電池組連接，所述鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)負責管理和監(jiān)測鋰離子蓄電池組的運行狀態(tài)，所述電壓和溫度監(jiān)測電路、充電模塊、電源變換裝置均通過通信總線與鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)連接，鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)還負責管理和監(jiān)測電源變換裝置的工作狀態(tài)。

進一步地，還包括與鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)連接的LCD顯示模塊。

進一步地，所述電源輸入電路包括兩路，其中一路包括第一電網電源輸入開關，以及連接在第一電網電源輸入開關輸出端的第一過流保護元件，所述第一電網電源輸入開關輸入端連接AC127V電網電源；另一路包括第二電網電源輸入開關，以及連接在第二電網電源輸入開關輸出端的第二過流保護元件，所述第二電網電源輸入開關輸入端連接AC1140V或AC660V電網電源。

進一步地，所述充電模塊輸出端、電源變換裝置的直流輸入端與鋰離子蓄電池組之間連接有蓄電池保護電路，所述第一過流保護元件和第二過流保護元件為熔斷器或斷路器等其他過流保護元件。

進一步地，還包括連接在充電模塊的正極輸出端與充電回路正極之間的防倒灌二極管。

進一步地，所述鋰離子蓄電池組上還連接有蓄電池投退開關，所述蓄電池投退開關與蓄電池組過流保護元件熔斷器連接，所述蓄電池投退開關為斷路器、真空接觸器、電磁繼電器或固態(tài)繼電器等。

進一步地，所述電源變換裝置為UPS電源。

進一步地，所述電源變換裝置為逆變器，所述逆變器上連接有穩(wěn)壓模塊或整流模塊。

進一步地，所述隔爆箱包括外殼，以及設于外殼內相對獨立的接線腔、設備腔和蓄電池腔，所述電源輸入輸出電路、鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)、充電模塊、電源變換裝置、電壓和溫度監(jiān)測電路和本質安全型通信模塊均設于設備腔內，所述鋰離子蓄電池組設于蓄電池腔內。

進一步地，所述隔爆箱設備腔內的鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)還可以通過隔爆箱外部的控制器進行參數設置和信息查詢，控制器與鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)的連接可以通過本質安全型通信總線、紅外線或藍牙方式實現。

與現有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于：

1、本實用新型摒棄鉛酸蓄電池作為不間斷電源的儲能單元，采用鋰離子蓄電池作為不間斷電源的儲能單元，防爆性好、工作穩(wěn)定性高、使用壽命長。

2、本實用新型采用隔爆結構設計，能夠滿足煤礦井下防爆隔爆要求，安全性高；

3、本實用新型將鉛酸蓄電池不間斷電源中充電和電源變換功能合為一體的架構，分解成電源變換裝置、鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)(充放電功能)兩大獨立部分，很好地解決了鋰離子蓄電池均衡充電管理的難題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例一的的框架圖。

圖2是本實用新型實施例二的的框架圖。

圖3是本實用新型實施例三的的框架圖。

圖4是本實用新型實施例四的的框架圖。

圖5是本實用新型中核心器件的接線圖。

圖6是本實用新型接線中隔爆箱的主視圖。

圖7是本實用新型接線中隔爆箱的俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

實施例一

參閱圖1和圖5所示，本實用新型提供一種礦用隔爆兼本安型鋰離子蓄電池不間斷電源，包括隔爆箱、以及設于隔爆箱內的電源輸入輸出電路、鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)、充電模塊、電源變換裝置、電壓和溫度監(jiān)測電路、鋰離子蓄電池組和本質安全型通信模塊，多種不同電壓等級的電網電源的輸入采用選擇開關進行控制并實現閉鎖，所述電源變換裝置具有交流輸入端和直流輸入端，所述電源變換裝置的交流輸入端與電網電源輸入電路相連接，所述電源變換裝置的直流輸入端與鋰離子蓄電池組連接，所述充電模塊與電網電源輸入電路相連接，所述充電模塊的輸出端與鋰離子蓄電池組連接，所述鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)負責管理和監(jiān)測鋰離子蓄電池組的運行狀態(tài)，所述電壓和溫度監(jiān)測電路、充電模塊、電源變換裝置均通過通信總線與鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)連接，鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)還負責管理和監(jiān)測電源變換裝置的工作狀態(tài)。

參閱圖6和圖7所示，在本實用新型中，隔爆箱的作用在于：防爆隔爆，使不間斷電源滿足煤礦井下高防護性、高安全性要求。所述隔爆箱包括外殼，以及設于外殼內相對獨立的接線腔、設備腔和蓄電池腔，所述電源輸入輸出電路、鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)、充電模塊、電源變換裝置、電壓和溫度監(jiān)測電路和本質安全型通信模塊均設于設備腔內，所述鋰離子蓄電池組設于蓄電池腔內。

電源輸入輸出電路的作用在于：將電網電源接入礦用隔爆兼本安型不間斷電源內部，同時將電源變換裝置輸出的逆變電源(交流)輸出至隔爆箱外部，供負載設備使用。

所述電源輸入電路包括多路，其中一路包括第一電網電源輸入開關JQX1、JQX2，以及連接在第一電網電源輸入開關JQX1、關JQX2輸出端的第一過流保護元件熔斷器FU1，所述第一電網電源輸入開關JQX、JQX2輸入端連接AC127V電網電源；另一路包括第二電網電源輸入開關P105以及連接在第二電網電源輸入開關P105輸出端的過流保護元件熔斷器FU2，所述第三電網電源輸入開關P105輸入端連接AC1140V或AC660V電網電源。

所述電源輸入電路的過流保護元件還可以選擇斷路器。

所述電源輸入開關JQX1、JQX2、P105的通斷由隔爆箱前門上的四檔選擇開關或按鈕進行控制。

所述鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)的作用在于：全面控制充電模塊對鋰離子蓄電池的充電，并監(jiān)測和管理鋰離子蓄電池的放電過程；為鋰離子蓄電池的充放電過程提供必要的保護；完成各類運行參數、故障信息的顯示；實現通信功能，將不間斷電源的運行參數和各類信息通過本質安全型通信模塊上傳至調度中心。

所述鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)用于控制充電模塊的充電方式、充電電壓和充電電流的大小；蓄電池管理系統(tǒng)還負責采集并顯示每只蓄電池的實時電壓和溫度數據，出現故障或異常時發(fā)出告警；蓄電池管理系統(tǒng)還具有各種蓄電池充放電保護功能，保證蓄電池穩(wěn)定和安全地工作。

所述鋰離子蓄電池組上還連接有獨立于鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)之外的蓄電池投退開關(GL+、GL-)，所述蓄電池投退開關還與蓄電池過流保護元件熔斷器FU3連接，所述蓄電池投退開關為斷路器、真空接觸器、電磁繼電器或固態(tài)繼電器。

所述蓄電池投退開關的通斷，由隔爆箱前門上的選擇開關或按鈕進行控制。

當鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)的過流保護功能失效時，第二過流保護元件熔斷器FU3提供第二級保護，保證鋰離子蓄電池的安全運行。

所述蓄電池第二過流保護元件還可以選擇斷路器。

礦用鋰離子蓄電池為礦用隔爆兼本安型不間斷電源的電能儲存單元，串聯(lián)連接成組。

電源變換裝置的作用在于：當電網電源正常時，通過旁路或交流逆變回路、輸出電路向負載設備輸出交流電源；當電網電源出現故障或停電時，無間斷地切換至直流逆變模式，將鋰離子蓄電池的電能轉換為交流電源，向負載設備供電。

本實用新型還包括與鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)連接的LCD顯示模塊。

在使用時，通過電纜將外部電網電源接入隔爆箱的接線腔中，通過接線腔中的隔爆型接線端子將電源輸入到設備腔。由于電源輸入電路可以同時接入多路不同電壓等級的電網電源如AC127V、AC660V、AC1140V等，接入的多路電源不能同時工作，只能選擇其一。為了防止誤操作，在隔爆箱的設備腔防爆前門上設計有一選擇開關(SA)，可以通過此開關選擇電網電源并進行防誤操作閉鎖。

設備腔前門設計有選擇開關(SA)，能夠實現不間斷電源輸入電源的選擇和閉鎖。設備腔前門還設計有隔爆指示燈，負責輸入輸出電路狀態(tài)的顯示。設備腔前門還設計有若干隔爆按鈕，控制輸入輸出電路的通斷。

選擇開關(SA)具有四個檔位，分別是：交流Ⅰ、交流Ⅱ、逆變、開門?！敖涣鳍衤贰睘榈谝宦冯娫摧斎耄x擇開關旋至此檔，不間斷電源使用此路電網電源；“交流Ⅱ路”為第二路電源輸入，選擇開關旋至此檔，不間斷電源使用此路電網電源；“逆變”檔位外部電網電源無法接通，只能使用蓄電池電源。選擇此檔，可以在沒有電網電源，需要為外部設備提供臨時電源的情況下使用。另外，此檔還可以作為蓄電池的放電激活檔位，無論有沒有電網電源，置于此檔時，蓄電池為放電工作模式；“開門”檔位不間斷電源完全斷開輸入輸出電路、為需要開啟防爆前門時的檔位。選擇開關置于此檔，隔爆箱設備腔內部全部斷電，不間斷電源無電源輸入輸出。設備腔內部檢修時，可以置于此檔位后開啟前門。

由于煤礦井下使用的單相交流電源絕大多數為AC127V，本實施例僅就不間斷電源輸出電壓為AC127V加以說明，其他輸出電壓等級類似。

由于不間斷電源的輸出電壓為AC127V，因此井下單相AC127V電網電源接入設備腔后無需經過變壓器(T1)變換電壓，可直接輸入至電源變換裝置(DU)和充電模塊(MK)的交流輸入端。電源變換裝置(DU)和充電模塊(MK)的交流輸入電壓均為AC127V。當不間斷電源的輸入電壓等級不符合輸出電壓時，則需要經過隔離變壓器(T1)將電網電源變換到AC127V。例如:當輸入的電網電壓為AC1140V時，隔離變壓器的變壓比應選擇為：AC1140V/AC127V。

所述電源變換裝置的直流輸入端與鋰離子蓄電池組之間還連接有蓄電池保護電路。

在鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)中充電模塊的交流輸入與電源變換裝置同源。充電回路用于給鋰離子蓄電池充電并維持電能，并以均衡充電方式保證鋰離子蓄電池的能量充足，具體的，還包括連接在充電模塊的正極輸出端與充電回路正極之間的防倒灌二極管，防倒灌二極管能夠阻止蓄電池組的電流反向輸入到充電模塊內部，防止充電模塊損壞。

所述電源變換裝置不具備充電功能，不能直接對鋰離子蓄電池充電。鋰離子蓄電池的充電，需要通過鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)控制充電模塊的充電模式來實現。蓄電池管理系統(tǒng)的充電模式分為：恒壓充電模式和恒流充電模式。

本實施例中，所述電源變換裝置為UPS電源。

通常UPS電源使用普通鉛酸蓄電池作為儲能單元時，UPS電源自帶充電功能，但是，由于其充電方式簡單，蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，鉛酸蓄電池的內部鉛板容易氧化，對蓄電池的容量保持和使用壽命影響很大。

本實施例采用鋰離子蓄電池，UPS不具有充電功能，鋰離子蓄電池的充電功能獨立于UPS之外。

鋰離子蓄電池與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池有著如下優(yōu)點：

1、鋰離子蓄電池使用中不會釋放氫氣，不會因為氫氣濃度超標而發(fā)生爆炸，使用安全性高；

2、鋰離子蓄電池使用壽命較鉛酸蓄電池長。鋰離子蓄電池充放電循環(huán)次數大于1200次，使用壽命可達十年以上。而鉛酸蓄電池充放電循環(huán)次數只有500次左右，實際使用壽命只有3-5年左右；

3、鉛酸蓄電池應用于不間斷電源時，絕大多數時間蓄電池處于浮充電狀態(tài)，蓄電池內部的鉛板宜在其表面形成硫化層，嚴重影響鉛酸蓄電池的充放電特性和使用壽命，所以鉛酸蓄電池需要定期進行充放電維護。而鋰離子蓄電池內部沒有硫酸，不存在極板硫化，在使用壽命年限內，無需進行多次充放電來激活蓄電池；

4、鋰離子蓄電池具有很好的防爆性和安全性，可以用于煤礦及石化等行業(yè)多易燃易爆氣體環(huán)境中，適合煤礦井下等具有防爆要求場所；

5、鋰離子蓄電池生產過程中不會像鉛酸蓄電池一樣帶來嚴重環(huán)保問題，發(fā)展前景廣闊。

本實施例中每一路輸出都具有風電和瓦斯閉鎖功能，它是運用外部風機或瓦斯信號控制輸出開關的通斷來實現的；所述每一路輸出電路具有接地保護或漏電保護功能。

本實施例具有UPS三種工作模式：①交流逆變②直流逆變③旁路。默認“交流逆變”模式優(yōu)先。在“交流逆變”模式下，電網電源輸入至UPS后會經過濾波穩(wěn)壓處理，這樣可以保證UPS輸出的電源穩(wěn)定性好。當電網電源出現異?；蛲ｋ姇r，UPS無間斷地切換至“直流逆變”模式工作，利用蓄電池組的放電電流，經UPS逆變穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的交流電源。當UPS逆變電路出現故障時，還可以無間斷地切換至“旁路”模式保持輸出，保證輸出無掉電情況。

在電網電源供電模式下，交流AC127V交流經過雙BOOST升壓為較高直流電壓，后級通過半橋逆變器，經LC濾波后輸出AC127V穩(wěn)定交流電源；當電網電源故障和停電時，UPS無間斷切換到蓄電池組供電，蓄電池輸出的直流電源輸入經隔離的高頻全橋變換后，升壓為隔離的較高直流電壓，供后級逆變使用。采用UPS的優(yōu)點是：市電通過UPS處理后，輸出的電壓穩(wěn)定，電能質量提高。

UPS具有通信功能，通過通信總線，可以將其運行數據傳輸到鋰離子蓄電池管理系統(tǒng)，并通過管理西顯示器LCD顯示運行數據和故障告警信息。

交流逆變電路和旁路的區(qū)別在于：逆變電路輸出的電源經過濾波穩(wěn)壓處理，輸出電源質量高。旁路為直通電路，沒有經過UPS(DU)做任何處理，輸出電源和電網電源為同一電源。

經過UPS處理后的逆變電源輸出至輸出電路。輸出電路帶漏電保護器LB。漏電保護器承擔輸出回路的漏電保護,當漏電電流達到設定值時瞬時自動切斷輸出電路。

實施例二

參閱圖2所示，所述電源變換裝置為逆變器TN，沒有穩(wěn)壓單元WY和整流單元RSP。其余部分和實施例一樣。實施例二架構簡單，制造成本較低。圖2中，逆變器有兩個工作模式：①直流逆變模式②旁路模式。逆變器默認工作在“旁路”旁路模式，當電網電源出現異?；蛲ｋ姇r，逆變器在極短時間內切換至“直流逆變模式”運行。逆變器工作在旁路狀態(tài)下時，不間斷電源輸出的電源與電網電源相同，電源質量差，不利于用電設備的安全。

實施例三

參閱圖3所示，所述電源變換裝置為逆變器，即逆變器+穩(wěn)壓單元WY架構。其它部分與圖1實施例一、圖2實施例二相同。工作模式和實施例二一樣。實施例三與實施例二的區(qū)別在于：在逆變器TN的旁路輸入端的前端，增加了穩(wěn)壓器WY，對輸入電網電源進行了穩(wěn)壓濾波處理。它的優(yōu)點是：通過穩(wěn)壓器的濾波穩(wěn)壓處理，保證旁路輸出電源電壓穩(wěn)定可靠，利于用電設備安全。

實施例四

參閱圖4所示，所述電源變換裝置為逆變器，即逆變器TN+整流單元RSP的架構。其它部分和圖1實施例一、圖2實施例二相同。實施例四與實施例二的區(qū)別在于：在逆變器TN的直流輸入端并聯(lián)連接了整流模塊RSP。整流模塊RSP的作用在于：把輸入的電網電源經整流變換成直流電源后輸入至逆變器TN，同時逆變器TN的工作模式設置為“逆變”模式，優(yōu)先使用整流模塊RSP提供的直流電源。它的優(yōu)點是：逆變器TN優(yōu)先運行在“逆變”工作模式，保證了不間斷電源輸出電源的質量。

本實施例還適用于不帶“旁路”工作模式的逆變器，在逆變器工作正常時，不間斷電源的輸出全部通過逆變器TN逆變輸出，當逆變器TN出現故障時，再通過逆變器外部繼電器切換至電網電源輸出。

雖然結合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是專利所有者可以在所附權利要求的范圍之內做出各種變形或修改，只要不超過本實用新型的權利要求所描述的保護范圍，都應當在本實用新型的保護范圍之內。