一种负载供电自动切换系统的制作方法

1.本实用新型涉及负载供电控制技术领域，尤其涉及一种负载供电自动切换系统。


背景技术：

2.很多重要负载的用电是刚性需求，不能断电，比如基站，如图1所示，后备电池的作用就是市电掉电时，给负载不间断的供电，等市电恢复后，电池重新充上电，保证重要负载不断电；其中，开关s1、s2为不同重要等级负载的控制开关；ac/dc电源即给电池充电，又给负载供电。
3.随着社会经济的发展，人们对电力的需求越来越大，电力供应矛盾愈加突出。企业和居民的耗电量在一天24小时内变化很大，通常，夜晚尤其是深夜耗电量远小于白天。为了应对一天中的高峰需求，供电系统必须按高峰时间的需求来设计，而其中一部分设备在用电低谷时间内是停转闲置的，极大的降低了电力系统的经济效益。为了应对峰谷时段用电量的差异，国家采用峰谷电价的措施引导消费者用电习惯，但是很多刚性需求仍难以改变。
4.随着储能电池的发展，使得把很多刚性用电从高峰时段平移到低谷时段的方案成为了可能。在低谷时段，电池充电，高峰时段放电给负载使用，既降低电力系统的压力，还能赚取峰谷电价差。现在行业上的现有架构如下图2所示，在重要负载的供电系统中加入储能电池，其中储能电池通常为锂电池，需要带bms管理系统，保证锂电池安全运行；由于增加了电池容量，以及为了保证储能电池在谷电时段充满电，相对于图1的技术方案，系统增加了ac/dc电源模块2。远程调控系统根据不同地方的峰谷时段，设置ac/dc电源模块每天在谷电时启动，给负载供电，并给储能电池充电，在高峰时段关闭ac/dc电源模块，由储能电池给负载工作。然而，该技术方案至少存在如下缺陷：
5.(1)后备电池与储能电池一起充放电，如果在高峰时段快结束时电网突然断电，储能电池和后备电池已经接近放完电，那就没有了备电的功能，负载也会断电，影响重要负载的运行。
6.(2)后备电池正常情况下都处于备电状态，很少充放电运行，对循环寿命要求不高，为了降低成本，后备电池通常采用铅酸电池。后备电池随着储能电池每天进行充放电，很快就电池寿命终结，影响系统工作。
7.(3)后备电池与储能电池型号不同、串数不同、化学类型不同，需要的充放电控制策略也不同，直接并联在一起很难充分发挥他们的性能，以及影响寿命和安全使用。
8.故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。


技术实现要素：

9.有鉴于此，确有必要提供一种负载供电自动切换系统，至少设置两个独立的供电支路确保后备电池和储能电池不会同时放电，从而能够在确保后备电池备电能力的同时通过储能电池实现峰谷电控制。
10.为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：
11.一种负载供电自动切换系统，至少设置与负载连接的后备电池供电支路和储能电池供电支路，其中，后备电池供电支路至少设置第一电源模块、后备电池、第一反向阻断模块和第一开关模块；储能电池供电支路至少设置第二电源模块、储能电池、第二反向阻断模块和第二开关模块；所述第一开关模块和第二开关模块受控于开关控制模块，所述开关控制模块用于根据市电检测模块的输出信号控制第一开关模块和第二开关模块，当市电正常时，开关控制模块产生第一控制信号使第一开关模块断开以切断后备电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第二控制信号使第二开关模块闭合以使储能电池供电支路与负载连接；当市电掉电时，开关控制模块产生第三控制信号使第二开关模块断开以切断储能电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第四控制信号使第一开关模块闭合以使后备电池供电支路与负载连接，由后备电池给负载供电；
12.所述第二电源模块受控于远程调控系统，在谷电时段开启工作，用于给储能电池充电，并同时给负载供电；在峰电时段关闭工作，由储能电池给负载供电。
13.作为进一步的改进方案，所述储能电池采用多节锂电池，还设置与储能电池配套的bms模块，所述bms模块用于检测储能电池状态参数，并进行均衡控制以及对储能电池的异常状态进行保护。
14.作为进一步的改进方案，所述第一开关模块和第二开关模块采用mos管或接触器、继电器。
15.作为进一步的改进方案，所述第一开关模块和第二开关模块设置在负载供电的正端支路或者负端支路。
16.作为进一步的改进方案，所述第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用二极管实现。
17.作为进一步的改进方案，所述第一开关模块和第二开关模块采用nmos管实现，所述第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用nmos管和理想二极管控制器实现。
18.作为进一步的改进方案，理想二极管控制器采用专用芯片或者采用运放电路或者比较器实现。
19.作为进一步的改进方案，储能电池为超级电容。
20.作为进一步的改进方案，备用电池为铅酸电池。
21.作为进一步的改进方案，所述市电检测模块与交流输入相连接，用于检测市电是否正常并输出市电状态信号；所述开关控制模块根据市电状态信号输出两路相互独立且状态相反的控制信号分别控制第一开关模块和第二开关模块。
22.与现有技术相比较，本实用新型至少具有如下技术效果：
23.(1)由于后备电池和储能电池分处两个独立的供电支路，在不影响负载原有后备电池的备电能力的基础上，同时能够利用储能电池实现峰谷电控制；
24.(2)在市电正常的时候，后备电池没有充放循环，不影响后备电池的寿命；
25.(3)后备电池和储能电池切换时，有时间交叠，先合后断，重要负载不会出现断电；
26.(4)后备电池与储能电池根据各自的特性独立控制，能够充分发挥他们的性能，不影响寿命，无安全使用问题。
附图说明
27.图1为现有技术负载供电系统的原理示意图。
28.图2为现有技术负载供电自动切换系统的原理示意图。
29.图3为本实用新型负载供电自动切换系统的原理示意图。
30.图4为本实用新型负载供电自动切换系统一种优选实施方式的电路原理图。
31.图5为本实用新型负载供电自动切换系统另一种优选实施方式的电路原理图。
32.如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
33.以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。
34.参见图3，所示为本实用新型提供一种负载供电自动切换系统优选实施例的结构示意图，至少设置与负载连接的后备电池供电支路和储能电池供电支路，其中，后备电池供电支路至少设置第一电源模块、后备电池、第一反向阻断模块和第一开关模块；储能电池供电支路至少设置第二电源模块、储能电池、第二反向阻断模块和第二开关模块；第一电源模块和第二电源模块均为ac/dc电源模块，用于将市电转化为直流输出，市电正常时，第一电源模块用于对后备电池进行充电，市电掉电时，后备电池为负载提供供电；第二电源模块受控于远程调控系统，由于储能电池支路的第二电源模块由远程调控系统控制，能够根据峰谷电时段决定开启和关闭的工作方式。市电正常时，在谷电时段开启工作，用于给储能电池充电，并同时给负载供电；在峰电时段关闭工作，由储能电池给负载供电；市电掉电时，切断供电回路。
35.第一开关模块和第二开关模块可以设置在负载供电的正端支路或者负端支路，其受控于开关控制模块，开关控制模块用于根据市电检测模块的输出信号控制第一开关模块和第二开关模块，当市电正常时，开关控制模块产生第一控制信号使第一开关模块断开以切断后备电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第二控制信号使第二开关模块闭合以使储能电池供电支路与负载连接；当市电掉电时，开关控制模块产生第三控制信号使第二开关模块断开以切断储能电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第四控制信号使第一开关模块闭合以使后备电池供电支路与负载连接，由后备电池给负载供电。
36.采用上述技术方案，储能电池和后备电池分开为2个独立支路，并分别由不同ac/dc电源模块供电，在不影响负载原有后备电池的备电能力基础上，同时能够利用储能电池实现峰谷电控制；2支路的切换由市电状态控制，并在切换时，立即开通，延时关断的控制方式，保证负载不断电。
37.进一步的，储能电池采用多节锂电池，还设置与储能电池配套的bms模块，所述bms模块用于检测储能电池状态参数，并进行均衡控制以及对储能电池的异常状态进行保护。bms模块对储能电池的过充、过放、过流、短路、过温、欠温等各种异常状态进行保护，在储能电池正常时，bms主回路默认打开，储能电池既可以充电，也可以放电，保证ac/dc电源模块2启停时，负载不会断电。
38.作为优选的技术方案，市电检测模块与交流输入相连接，用于检测市电是否正常并输出市电状态信号；开关控制模块根据市电状态信号输出两路相互独立且状态相反的控
制信号分别控制第一开关模块和第二开关模块。其中，市电正常时，市电检测模块输出使能信号，经过电平切换电路后，驱动第二开关模块s2导通，负载由储能电池支路供电，同时使能信号经过逻辑非和延时电路后，驱动第一开关模块s1断开，后备电池支路与负载断开，负载由储能电池支路提供供电。当市电掉电时，市电检测模块输出disable信号，经过电平切换电路后，驱动第一开关模块s1导通，第二开关模块s2经过延时后关断，负载由后备电池供电。开关s1和s2开通都是立即执行，关断都需要经过一定的延时，保证市电在来电和掉电切换时，开关s1、s2有共同导通的时间，不会出现两个都断开的情况，保证负载连续供电。
39.由于市电掉电的时间是随机的，无法预知和控制，所以储能电池支路供电切换到后备电池支路供电时，有可能存在储能电池已经接近放完电，而后备电池是充满电的情况(比如，峰电时段末尾，储能电池接近放完电，而后备电池是满电的，此时市电掉电)，此时开关切换时，s1、s2共同导通的时段内，后备电池与储能电池之间存在大电流环流(因为s1支路和s2支路都是功率环路，线路阻抗很小)，后备电池放电给储能电池。这个电流远超负载电流，而开关s1、s2支路功率等级是根据负载电流的大小设计的，这个环流会引起开关s1、s2过流而保护，影响正常使用；同时，这个环流也远超电池安全使用的电流范围，影响电池使用寿命，甚至引起电池安全问题。所以储能电池支路需要增加反向阻断模块，防止后备电池给储能电池充电。
40.市电恢复(上电)的时间也是随机的，无法预知和控制，所以s1支路供电切换到s2支路供电时，有可能存在后备电池已经接近放完电，而储能电池是充满电的情况(比如，谷电时段掉电，储能电池接近充满电，待后备电池接近放完电时，市电恢复)，此时开关切换时，s1、s2共同导通的时段内，后备电池与储能电池之间存在大电流环流，储能电池放电给后备电池。这个环流远超负载电流，会引起开关s1、s2过流而保护，影响正常使用；同时，这个环流也远超电池安全使用的电流范围，影响电池使用寿命，甚至引起电池安全问题。所以后备电池支路也需要增加反向阻断模块，防止储能电池给后备电池充电。
41.反向阻断模块的功能是电流单向流动，电流只可以从ac/dc电源模块或者电池流向负载，防止s1和s2都导通时，电流从后备电池流向储能电池，或者从储能电池流向后备电池。
42.进一步的，第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用相同的电路结构，第一开关模块s1和第二开关模块s2也采用相同的电路结构，可以采用mos管、接触器或继电器。参加图4，所示为本实用新型一种优选实施方式的电路原理图，第一开关模块s1和第二开关模块s2可以为接触器、继电器；第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用二极管实现，或者采用理想二极管，降低功耗，增大电流能力。
43.参见图5，所示为本实用新型另一种优选实施方式的电路原理图，第一开关模块s1和第二开关模块s2由nmos管q1和q2实现，实现电池到负载方向的电流控制。第一反向阻断模块和第二反向阻断模块由nmos管q3和q4实现，阻断负载端到电池端的电流；同时，q3、q4由理想二极管控制器驱动，理想二极管控制器检测q3(q4)中的电流方向，当电流方向为从左向右时，控制mos管q3(q4)导通，当电流方向从右向左时，控制mos管q3(q4)关断。其中，理想二极管控制器采用专用芯片或者采用运放电路或者比较器实现。
44.进一步的，储能电池为超级电容。备用电池为铅酸电池。
45.以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指
出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种负载供电自动切换系统，其特征在于，至少设置与负载连接的后备电池供电支路和储能电池供电支路，其中，后备电池供电支路至少设置第一电源模块、后备电池、第一反向阻断模块和第一开关模块；储能电池供电支路至少设置第二电源模块、储能电池、第二反向阻断模块和第二开关模块；所述第一开关模块和第二开关模块受控于开关控制模块，所述开关控制模块用于根据市电检测模块的输出信号控制第一开关模块和第二开关模块，当市电正常时，开关控制模块产生第一控制信号使第一开关模块断开以切断后备电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第二控制信号使第二开关模块闭合以使储能电池供电支路与负载连接；当市电掉电时，开关控制模块产生第三控制信号使第二开关模块断开以切断储能电池供电支路与负载连接，同时，开关控制模块产生第四控制信号使第一开关模块闭合以使后备电池供电支路与负载连接，由后备电池给负载供电；所述第二电源模块受控于远程调控系统，在谷电时段开启工作，用于给储能电池充电，并同时给负载供电；在峰电时段关闭工作，由储能电池给负载供电。2.根据权利要求1所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述储能电池采用多节锂电池，还设置与储能电池配套的bms模块，所述bms模块用于检测储能电池状态参数，并进行均衡控制以及对储能电池的异常状态进行保护。3.根据权利要求1或2所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块采用mos管或接触器、继电器。4.根据权利要求3所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块设置在负载供电的正端支路或者负端支路。5.根据权利要求3所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用二极管实现。6.根据权利要求3所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块采用nmos管实现，所述第一反向阻断模块和第二反向阻断模块采用nmos管和理想二极管控制器实现。7.根据权利要求3所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，理想二极管控制器采用专用芯片或者采用运放电路或者比较器实现。8.根据权利要求1所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，储能电池为超级电容。9.根据权利要求1所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，备用电池为铅酸电池。10.根据权利要求3所述的负载供电自动切换系统，其特征在于，所述市电检测模块与交流输入相连接，用于检测市电是否正常并输出市电状态信号；所述开关控制模块根据市电状态信号输出两路相互独立且状态相反的控制信号分别控制第一开关模块和第二开关模块。

技术总结
本实用新型公开了一种负载供电自动切换系统，至少设置与负载连接的后备电池供电支路和储能电池供电支路，其中，后备电池供电支路至少设置第一电源模块、后备电池、第一反向阻断模块和第一开关模块；储能电池供电支路至少设置第二电源模块、储能电池、第二反向阻断模块和第二开关模块；所述第一开关模块和第二开关模块受控于开关控制模块，开关控制模块用于根据市电检测模块的输出信号控制第一开关模块和第二开关模块；第二电源模块受控于远程调控系统，实现峰谷电控制。采用本实用新型的技术方案，后备电池和储能电池分处两个独立的供电支路，在不影响负载原有后备电池的备电能力的基础上，同时能够利用储能电池实现峰谷电控制。制。制。


技术研发人员：奚淡基 黄杰 吴传靖
受保护的技术使用者：杭州衡驰科技有限公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/7/19