CN221828614U - 一种高压直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压直流供电系统，其包括：一种高压直流供电系统，其包括：整流模块，其输入端连接交流电源，输出端连接负载；电池模块，其与整流单元的输出端并接；和第一开关模块，其串接于电池模块和整流模块输出端之间，并在电池模块需要充电时闭合整流模块至电池模块的充电回路，及在电池模块充电完成后断开整流模块至电池模块的充电回路。该供电系统设置第一开关模块，该第一开关模块可在电池模块需要充电时闭合整流模块至电池模块的充电回路，并在电池模块完成充电后断开该充电回路，在该充电回路断开的时候，电池模块即使出现短路的情况，也不会导致负载掉电。

Description

一种高压直流供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电系统领域，具体涉及一种高压直流供电系统。

背景技术

在高压直流供电系统中，一般包括整流模块、电池模块和负载，整流模块的输出端连接电池模块和负载，电池模块连接负载，从而使整流模块可以给电池模块和负载供电，也可以通过电池模块给负载供电。现有的供电系统中，整流模块同时为负载供电并为电池模块充电，当某一电池模块出现短路时，会导致负载侧掉电，无法正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种高压直流供电系统，其能够改善电池模块短路导致负载掉电的问题。

为达成上述目的，本实用新型及其优选实施方式采用如下技术方案但实施方式不限于下述方案：

一种高压直流供电系统，其包括：整流模块，其输入端连接交流电源，输出端连接负载；电池模块，其与所述整流单元的输出端并接；和第一开关模块，其串接于所述电池模块和整流模块输出端之间，并在所述电池模块需要充电时闭合所述整流模块至电池模块的充电回路，及在所述电池模块充电完成后断开所述整流模块至电池模块的充电回路。

作为一种优选实施方式，所述第一开关模块在所述电池模块电量低于第一阈值后闭合所述整流模块至电池模块的充电回路，并在所述电池模块电量高于第二阈值后立即断开所述整流模块至电池模块的充电回路。

作为一种优选实施方式，所述第一开关模块在所述电池模块电量低于第一阈值后闭合所述整流模块至电池模块的充电回路，并在所述电池模块电量高于第二阈值后经过预设期间断开所述整流模块至电池模块的充电回路。

作为一种优选实施方式，所述第一开关模块包括并联的单向导通元件和可控开关；所述单向导通元件用于导通从所述电池模块至整流模块输出端的放电回路；所述可控开关在所述电池模块需要充电时闭合，并在所述电池模块充电完成后断开。

作为一种优选实施方式，所述整流模块通过直流母线连接所述电池模块和负载；所述电池模块与所述第一开关模块串接后并接至所述直流母线。

作为一种优选实施方式，所述单向导通元件为二极管。

作为一种优选实施方式，所述第一开关模块连接至所述直流母线中的直流正母线；所述单向导通元件的正极连接至所述电池模块，其负极连接至所述直流母线。

作为一种优选实施方式，所述第一开关模块连接至所述直流母线中的直流负母线；所述单向导通元件的正极连接至所述直流母线，其负极连接至所述电池模块。

作为一种优选实施方式，还包括第二开关模块，其串接于所述第一开关模块和电池模块之间，其包括第一开关和第二开关；所述第一开关串接于所述第一开关模块和电池模块的第一极之间；所述第二开关串接于所述整流模块输出端和电池模块的第二极之间。

作为一种优选实施方式，所述电池模块、第一开关模块和第二开关模块的数量一致且均为多个；各所述第一开关模块、第二开关模块一一对应地连接各所述电池模块，各所述电池模块并联地通过对应的所述第一开关模块、第二开关模块并接至所述直流母线。

由上述对本实用新型及其优选实施方式的描述可知，相对于现有技术，本实用新型的技术方案及其优选实施方式由于采用如下技术手段从而具备如下有益效果：

相关技术方案及其优选实施方式中，在高压直流供电系统中设置有整流模块、电池模块和开关模块，整流模块可向负载供电，也可向电池模块充电，电池模块可在交流电源异常时负载供电。同时，设置第一开关模块，该第一开关模块可在电池模块需要充电时闭合整流模块至电池模块的充电回路，并在电池模块完成充电后断开该充电回路，在该充电回路断开的时候，电池模块即使出现短路的情况，也不会导致负载掉电。

相关技术方案及其优选实施方式中，令可控开关在电池模块完成充电后立即断开，可在保证电池模块能够具有充足电量的同时，又可起到延长电池循环寿命的作用。

相关技术方案及其优选实施方式中，令可控开关在电池模块完成充电后经过一段预设期间再断开，可对电池模块进行涓流充电，保证电池模块的电量充足。

相关技术方案及其优选实施方式中，第一开关模块包括单向导通元件和可控开关，其中可控开关可在电池模块需要充电时闭合，并在电池模块完成充电后断开；同时，第一开关模块中的单向导通元件，可保证电池模块的放电回路导通，第一开关模块仅能影响到电池模块的充电回路，因此可在保证电池模块为负载正常供电的情况下，按照需要控制电池模块的充电回路的通断。

相关技术方案及其优选实施方式中，设置直流母线，可便于整流模块和第一开关模块的接线。

相关技术方案及其优选实施方式中，单向导通元件采用二极管，成本低，且无需再对其进行信号控制。

相关技术方案及其优选实施方式中，第一开关模块可连接至直流母线的直流正母线或直流负母线，对应的其中的单向导通元件的安装方式存在区别，二者均可令第一开关模块保证电池模块的放电回路的正常运行，同时还可阻断整流模块至电池模块的充电回路，该充电回路仅能通过可控开关控制。

相关技术方案及其优选实施方式中，设置第二开关模块，通过第二开关模块控制电池模块与第一开关模块的通断，可便于电池模块的热插拔安装及检修。

相关技术方案及其优选实施方式中，设置多个电池模块、第一开关模块和第二开关模块，多个电池模块可提高该高压直流供电系统为负载供电的能力，每一电池模块对应设置一组第一开关模块和第二开关模块，可针对每个电池模块进行充放电的独立控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的高压直流供电系统的实施例1的模块示意图；

图2为本实用新型提供的高压直流供电系统的实施例1的电路示意图；

图3为本实用新型提供的高压直流供电系统的实施例2的电路示意图。

主要附图标记说明：

整流模块1；交流电源2；负载3；电池模块4；第一开关模块5；单向导通元件6；可控开关7；直流母线8；直流正母线9；直流负母线10；第二开关模块11；第一开关12；第二开关13；第一熔断器14；第二熔断器15；直流配电模块16。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

实施例1

本实施例提供一种高压直流供电系统，参照图1，该系统一端与交流电源2连接，另一端与负载3连接。此处的交流电源2可以是市电，此处的负载3可以是服务器等需要直流供电的设备。

参照图1，该高压直流供电系统主要包括整流模块1、电池模块4、第一开关模块5、第二开关模块11和直流配电模块16。

首先，参照图2，图2示出的电路结构图中，包括有一直流配电模块16，该直流配电模块16包括直流母线8、若干第一熔断器14和若干第二熔断器15。其中，直流母线8包括直流正母线9和直流负母线10，其形成多个适于连接至负载3的输出端。应当注意的是，此处的负载3是用于使用电能的所有设备的总称，其可包括多个相对独立的用电设备，因此直流母线8所形成的多个输出端，每一输出端可连接至一个用电设备，或者多个输出端连接至一个用电设备，在此不多限定。每一输出端，在负载3和直流母线8之间串接有第二熔断器15，每一输出端均设置有接入直流正母线9和直流负母线10的两个第二熔断器15。

同理，参照图2，可视为直流母线8也包括多个适于连接至电池模块4的输入端，每一输入端可连接至一个电池模块4，在每一输入端上，在电池模块4和直流母线8之间串接有第二熔断器15，每一输入端均设置有接入直流正母线9和直流负母线10的两个第一熔断器14。

直流配电模块16在实际使用场景中，可集成为一个独立的电气设备，与整流模块1、电气模块等通过对插或线束等方式实现电气连接。直流配电模块16设置第一熔断器14和第二熔断器15，可在电池模块4供电时实现过载保护，在检修过程中实现隔离功能，并且配合形成的直流配电模块16，可提高接线便利程度

继续参照图2，整流模块1输入端连接交流电源2，输出端连接负载3。在本实施例中，整流模块1具有多个，各个整流模块1的输入端与交流电源2连接，各个整流模块1的输出端并接至直流母线8。整流模块1可为AC/DC变换器，其可将输入端接入的交流电转为直流电输出。设置多个整流模块1，可有效提升为负载3供电的冗余性。

继续参照图2，电池模块4与整流单元的输出端并接至直流母线8，用于在交流电源2异常时为负载3供电。此处的交流电源2异常可以是交流电源2断电，或是交流电源2电压相较正常电压降低。电池模块4内为多个串联的蓄电池，设置多个并联的电池模块4，每个电池模块4均通过对应的第一开关模块5和第二开关模块11连接至直流母线8的各个输入端，从而与直流配电模块16中的第一熔断器14连接。其中，每个电池模块4包括极性相反的第一极和第二极，在本实施例中，第一极为正极，第二极为负极，第一极对应连接至直流正母线9，第二极对应连接至直流负母线10。

多个电池模块4在实际应用场景中，每个电池模块4可插接安装至电池机柜中，通过电池机柜与外部电气设备连接。

参照图1，第一开关模块5串接与电池模块4和整流模块1之间，并在所述电池模块4需要充电时闭合所述整流模块1至电池模块4的充电回路，及在所述电池模块4充电完成后断开所述整流模块1至电池模块4的充电回路。具体的，参照图2，在本实施例中，第一开关模块5包括并联的单向导通元件6和可控开关7，单向导通元件6用于导通从电池模块4至整流模块1输出端的放电回路，可控开关7在电池模块4需要充电时闭合，并在电池模块4充电完成后断开，从而实现对电池模块4充电回路的通断控制。

第二开关模块11串接于第一开关模块5和电池模块4之间，其包括第一开关12和第二开关13；第一开关12串接于第一开关模块5和电池模块4的第一极之间，第二开关13串接于整流模块1输出端和电池模块4的第二极之间。

其中，电池模块4、第一开关模块5和第二开关模块11的数量一致且均为多个，各第一开关模块5、第二开关模块11一一对应地连接各电池模块4，各电池模块4并联地通过对应的第一开关模块5、第二开关模块11并接至直流母线8。

具体的，每个第一开关模块5中，包括并联的单向导通元件6和可控开关7，此处的单向导通元件6为二极管，可控开关7可为继电器。在本实施例中，第一开关模块5连接至直流母线8中的直流正母线9，单向导通元件6的正极连接至电池模块4，负极连接至直流母线8。在其他实施例中，第一开关模块5可连接至直流母线8中的直流负母线10，单向导通元件6的正极连接至直流母线8，负极连接至电池模块4。

第一开关模块5和第二开关模块11在实际应用中可集成为一开关箱，该开关箱一端连接至直流配电模块16，另一端连接至电池模块4。

其中，由整流模块1起始，经过直流配电模块16中的直流母线8、第一熔断器14，之后经过第一开关模块5和第二开关模块11，到达电池模块4，形成一充电回路；由电池模块4起始，经过第二开关模块11、第一开关模块5、第一熔断器14、直流母线8和第二熔断器15，形成一放电回路。第一开关模块5中的单向导通元件6可保证电池模块4的放电回路不会受第一开关模块5的状态影响，第一开关模块5中的可控开关7可受控地控制电池模块4的充电回路的通断。

其中，在第一开关模块5中，可控开关7在电池模块4电量低于第一阈值后闭合。具体而言，在电池模块4需要充电时，可控开关7闭合，电池模块4的充电回路导通，电池模块4可进行充电。之后电池模块4充电完成，可控开关7断开，整流模块1仅为负载3供电，电池模块4不与整流模块1连接。其中，电池模块4是否需要充电，以及电池模块4是否充电完成，可通过电池管理系统(BMS)进行判断，或者，可在电池模块4中设置一电量采集单元，通过该电量采集单元采集电池模块4的电量，可控开关7即可根据该电量采集单元采集到的信息，控制电池模块4充电回路的通断。例如，电池管理系统在判定电池模块4电量低于第一阈值后，即可控制可控开关7闭合，此处的第一阈值可通过电池管理系统设定，例如设定为额定电量的50％。当然，该第一阈值也可通过电量采集单元采集后再通过一处理器进行判断，其结果是同样的。

此外，第一开关模块5中，可控开关7可在电池模块4电量高于第二阈值后断开。具体而言，在电池模块4充电完成后，可控开关7断开，电池模块4的充电回路断开，电池模块4不与整流模块1连接，此时即使出现电池模块4短路的情况，也不会导致负载3掉电。其中，可通过电池管理系统判定电池模块4电流是否高于第二阈值，此处的第二阈值可通过电池管理系统设定，例如设定为额定电量的98％。当然，同样可通过电量采集单元达到相同目的。

应当理解的是，上述对电池模块4电量的采集或者判断，均为本领域的常规技术手段，其具体实现方法在此不多赘述。

同时，在电池模块4充电至电量高于第二阈值后，还可选择直接断开可控开关7，或是经过预设期间后再断开可控开关7。具体而言，对可控开关7的控制可根据实际需要设定。其中，可控开关7在一些情况下，可在电池模块4充电完成后立即断开，也就是在判断确定电池模块4已经充电完成时，立即断开整流模块1至电池模块4的充电回路；或者，在其他情况下，可在电池模块4充电完成后经过预设期间才断开，例如在判断确定电池模块4已经充电完成后，再经过10分钟、20分钟等期间，才将整流模块1至电池模块4的充电回路断开，在该期间内，电池模块4可持续地小电流对电池模块4进行充电，保证电池模块4能够充满电量，之后再将充电回路断开。

本实施例中，在高压直流供电系统中设置有整流模块1、电池模块4和开关模块，整流模块1可向负载3供电，也可向电池模块4充电，电池模块4可在交流电源2异常时负载3供电。同时，设置第一开关模块5，该第一开关模块5可在电池模块4需要充电时闭合整流模块1至电池模块4的充电回路，并在电池模块4完成充电后断开该充电回路，在该充电回路断开的时候，电池模块4即使出现短路的情况，也不会导致负载3掉电。

实施例2

参照图3，本实用新型还提供实施例2，实施例2与实施例1的区别是，实施例2中的第一开关模块5仅包括可控开关7。

在实施例2中，可控开关7不仅可控制电池模块4的充电回路，还可控制电池模块4的放电回路。应当注意的是，此时对于可控开关7的控制精度要求与实施例1相比更高。在通常情况下，可控开关7处于断开状态，此时电池模块4的放电回路和充电回路均断开，整流模块1向负载3供电；此时若交流电源2异常，则可控开关7需要在极短时间内闭合，从而通过电池模块4向负载3供电。

具体而言，可控开关7的控制可通过与整流模块1输出端和电池模块4输出端直接连接的电压检测器件直接联系的方式来实现，当该电压检测器件检测到整流模块1输出端的电压开始低于电池模块4输出端的电压时，即可闭合可控开关7。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压直流供电系统，其特征是，包括：

整流模块(1)，其输入端连接交流电源(2)，输出端连接负载(3)；

电池模块(4)，其与所述整流模块(1)的输出端并接；和

第一开关模块(5)，其串接于所述电池模块(4)和整流模块(1)输出端之间，并在所述电池模块(4)需要充电时闭合所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路，及在所述电池模块(4)充电完成后断开所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路。

2.如权利要求1所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述第一开关模块(5)在所述电池模块(4)电量低于第一阈值后闭合所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路，并在所述电池模块(4)电量高于第二阈值后立即断开所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路。

3.如权利要求1所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述第一开关模块(5)在所述电池模块(4)电量低于第一阈值后闭合所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路，并在所述电池模块(4)电量高于第二阈值后经过预设期间断开所述整流模块(1)至电池模块(4)的充电回路。

4.如权利要求3所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述第一开关模块(5)包括并联的单向导通元件(6)和可控开关(7)；所述单向导通元件(6)用于导通从所述电池模块(4)至整流模块(1)输出端的放电回路；所述可控开关(7)在所述电池模块(4)需要充电时闭合，并在所述电池模块(4)充电完成后断开。

5.如权利要求4所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述整流模块(1)通过直流母线(8)连接所述电池模块(4)和负载(3)；所述电池模块(4)与所述第一开关模块(5)串接后并接至所述直流母线(8)。

6.如权利要求5所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述单向导通元件(6)为二极管。

7.如权利要求6所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述第一开关模块(5)连接至所述直流母线(8)中的直流正母线(9)；所述单向导通元件(6)的正极连接至所述电池模块(4)，其负极连接至所述直流母线(8)。

8.如权利要求6所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述第一开关模块(5)连接至所述直流母线(8)中的直流负母线(10)；所述单向导通元件(6)的正极连接至所述直流母线(8)，其负极连接至所述电池模块(4)。

9.如权利要求7或8所述的一种高压直流供电系统，其特征是，还包括第二开关模块(11)，其串接于所述第一开关模块(5)和电池模块(4)之间，其包括第一开关(12)和第二开关(13)；所述第一开关(12)串接于所述第一开关模块(5)和电池模块(4)的第一极之间；所述第二开关(13)串接于所述整流模块(1)输出端和电池模块(4)的第二极之间。

10.如权利要求8所述的一种高压直流供电系统，其特征是，所述电池模块(4)、第一开关模块(5)和第二开关模块(11)的数量一致且均为多个；各所述第一开关模块(5)、第二开关模块(11)一一对应地连接各所述电池模块(4)，各所述电池模块(4)并联地通过对应的所述第一开关模块(5)、第二开关模块(11)并接至所述直流母线(8)。