CN202363924U - 一种多功能电源管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是关于一种多功能电源管理系统，包括PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组、超级电容器组和电源系统管理板，其中：PT双路切换装置用于接收外部电力，并提供电力；锂离子蓄电池充放电装置用于控制锂离子蓄电池组进行充放电；超级电容器充放电装置用于控制超级电容器组进行充放电；电源系统管理板用于为外部终端提供电力。本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，将锂离子蓄电池组和超级电容器组作为主要电池，互为备用，优势互补，实现了对整个配电系统供电的智能管理，可以提高电源的可靠性，延长了电池寿命并简化了电池维护操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电源技术领域，具体涉及一种户外终端设备的电源管理系统，特别是一种多功能电源管理系统。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的户外终端设备需要独立设置在户外，如用于监测森林火情的监测终端、用于监测风力发电设备的监测终端，以及移动通信基站等。这些户外终端设备往往需要24小时不间断的运转，因此其对电源的要求也较高，需要为每个户外终端设备配置电源管理系统，以保证电源不间断的提供电力，从而使终端设备稳定运行。
现有技术中，户外终端设备的电源管理系统主要采用电压互感器(PT，potentialtransformer)给终端设备提供电源，并在终端设备控制箱内配备铅酸蓄电池，作为后备电源，当主线路停电时后备电源能够满足终端设备、开关设备以及通信模块等的正常运行。
近些年有些户外终端设备采用太阳能加蓄电池组合模式给终端设备供电。
有些户外终端用于监控发电设备，或配置在离变压器较近的位置，如TTU(distributionTransformer supervisory Terminal Unit，配电变压器监测终端)、电能量采集终端、负控终端等，可以从配电变压器二次侧直接取电。
以上三种电源管理系统中，使用电压互感器给终端设备供电并利用铅酸蓄电池做为后备电源的管理系统较为容易实现，但在实际使用过程中也存在很多问题，主要体现以下几个方面，至少包括：
铅酸蓄电池需要设置在户外操作控制箱内，电池寿命、容量受高低温影响较大，电池长时间不进行活化，在主线路交流电源失电的情况下，铅酸蓄电池持续供电时间短，不能为供电企业提供足够的设备检修时间，并且大部分铅酸蓄电池使用寿命只有1-2年，使用维护成本高，给供电企业生产安全带来很大人力财力的浪费。
除此之外，安装在主线路上的电压互感器一般为干式互感器，干式互感器对生产工艺要求很严格，在使用过程中存在爆炸现象，存在安全隐患。
实用新型内容
为克服现有技术电源管理系统电池性能低，维护成本高并存在安全隐患的问题，本实用新型提供一种多功能电源管理系统。
本实用新型实施例提供一种多功能电源管理系统，所述的多功能电源管理系统包括PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组、超级电容器组和电源系统管理板，其中：
PT双路切换装置，与所述的锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和电源系统管理板相连，用于接收外部电力，并为锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和电源系统管理板提供电力；
锂离子蓄电池充放电装置，与所述的PT双路切换装置、电源系统管理板和锂离子蓄电池组相连，用于接收PT双路切换装置提供的电力，控制锂离子蓄电池组进行充电，或接收锂离子蓄电池组提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板；
超级电容器充放电装置，与所述的PT双路切换装置、电源系统管理板和超级电容器组相连，用于接收PT双路切换装置提供的电力，控制超级电容器组进行充电，或接收超级电容器组提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板；
电源系统管理板，与所述的锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和PT双路切换装置相连，用于为外部终端提供电力。
本实用新型实施例还提供一种多功能电源管理系统，所述的多功能电源管理系统还包括DC/DC 500W电源和动作开关，其中：
DC/DC 500W电源与所述的电源系统管理板相连，用于接收所述的电源系统管理板提供的电力，并为所述的动作开关供电；
动作开关，用于控制现场电机的分合闸。
根据本实用新型实施例还提供的一种多功能电源管理系统，当外部电源正常供电时，所述的电源系统管理板接收PT双路切换装置提供的电力，并控制锂离子蓄电池充放电装置对锂离子蓄电池组进行充电，以及控制超级电容器充放电装置对超级电容器组进行充电；
当外部电源停止供电时，所述的电源系统管理板控制超级电容器充放电装置使用超级电容器组提供电力，并且在超级电容器组电力耗尽前控制锂离子蓄电池充放电装置使用锂离子蓄电池组提供电力。
根据本实用新型实施例还提供的一种多功能电源管理系统，所述的电源系统管理板包括温度采集电路、电压采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、SPI通讯接口电路、RS232通讯接口电路、RTC实时时钟电路和CPU单元，其中：
温度采集电路，与所述的锂离子蓄电池组连接，用于采集锂离子蓄电池组的温度数据；
电压采集电路，用于采集PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组和超级电容器组的输出电压；
开关量输入电路，与锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置连接，用于采集充放电装置输出的状态量；
开关量输出电路，与锂离子蓄电池充放电装置连接，用于控制锂离子蓄电池组的活化；
SPI通讯接口电路，与主控板连接，用于与主控板进行信息交互；
RS232通讯接口电路，与外部PC机连接，用于与外部PC机进行信息交互；
RTC实时时钟电路，用于记录外部电源的停电时间和来电时间；
CPU单元，与所述的温度采集电路、电压采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、SPI通讯接口电路、RS232通讯接口电路和RTC实时时钟电路连接，用于各种信息的采集与处理。
根据本实用新型实施例还提供的一种多功能电源管理系统，所述的电源系统管理板接收PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组和超级电容器组发送的状态信息并进行处理。
根据本实用新型实施例还提供的一种多功能电源管理系统，所述的多功能电源管理系统还包括主控板，所述的电源系统管理板通过SPI通讯接口电路及/或RS232通讯接口电路与所述的主控板相连，将处理后的状态信息发送至所述的主控板；
所述的主控板用于处理状态信息，并与主站进行信息交互。
本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，将锂离子蓄电池组和超级电容器组作为主要电池，互为备用，优势互补，实现了对整个配电系统供电的智能管理，可以提高电源的可靠性，延长了电池寿命并简化了电池维护操作。
本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，可以通过通讯接口电路输出状态信息，使用户能够及时了解电池的运行状况，并进行针对性的维护。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
图1是本实用新型实施例提供的一种多功能电源管理系统硬件结构图；
图2是本实用新型实施例提供的一种多功能电源管理系统硬件结构图；
图3是本实用新型实施例提供的电源系统管理板206的结构图；
图4是ZBC300-2D24E电池充放电模块内部原理图；
图5是ZCC100-2D24B电容充放电模块示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
实施例一
图1是本实用新型实施例提供的一种多功能电源管理系统硬件结构图，如图1所示，多功能电源管理系统包括：PT双路切换装置101、锂离子蓄电池充放电装置102、超级电容器充放电装置103、锂离子蓄电池组104、超级电容器组105和电源系统管理板106，其中：
PT双路切换装置101，与所述的锂离子蓄电池充放电装置102、超级电容器充放电装置103和电源系统管理板106相连，用于接收外部电力，并为锂离子蓄电池充放电装置102、超级电容器充放电装置103和电源系统管理板106提供电力。
在本实用新型实施例中，PT双路切换装置101可以从PT取电或者直接从配电变压器二次侧取电，PT双路切换装置101取电后同时给锂离子蓄电池充放电装置102、超级电容器充放电装置103和电源系统管理板106供电。
在本实用新型实施例中，PT双路切换装置101采用的是SDQ-20双路电源切换装置，该装置为两路电源输入，一路作为常用电源，另一路作为备用电源，当常用电源出现故障时，双路切换装置将把供电电源从常用电源自动切换至备用电源，从而完成电源系统的切换。
锂离子蓄电池充放电装置102，与所述的PT双路切换装置101、电源系统管理板106和锂离子蓄电池组104相连，用于接收PT双路切换装置101提供的电力，控制锂离子蓄电池组104进行充电，或接收锂离子蓄电池组104提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板106。
在本实用新型实施例中，锂离子蓄电池充放电装置102采用的是ZBC300-2D24E电池充放电模块，如图4所示，图4是ZBC300-2D24E电池充放电模块内部原理图，该型号的充放电模块可以满足电力需求，并具有体积小，转换效率高，原副边隔离，隔离强度高，性能稳定的优点；采用金属外壳模块化封装，防尘防潮、抗干扰能力强，输入、输出端为接线端子形式便于连接，适用于电力配网自动化系统、电力智能箱变、环网柜等不间断直流供电场合；锂离子蓄电池组104采用的是25.6V15Ah锂离子蓄电池组，该蓄电池组储能系统由1组蓄电池组、1块保护板、1套加热系统、外框和接插件组成，其中蓄电池组由8块15Ah LiFePO4锂离子蓄电池串联组(标称3.2V*8)。
超级电容器充放电装置103，与所述的PT双路切换装置101、电源系统管理板106和超级电容器组105相连，用于接收PT双路切换装置101提供的电力，控制超级电容器组105进行充电，或接收超级电容器组105提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板106。
在本实用新型实施例中，超级电容器充放电装置103采用的是ZCC100-2D24B电容充放电模块，图5是ZCC100-2D24B电容充放电模块示意图，如图5所示，该型号的充放电模块可以满足需求，并具有金属外壳模块化封装，体积小巧，防尘防震；端子方式连接，可直接安装，方便使用；原副边隔离，隔离强度高；具有输出限流功能；具有充电功能，可直接对外接的大容量电容进行充电；输出电压连续可调；适用于大容量电容充电器、电力永磁开关控制器、电力操作电源等场合；超级电容器组105采用的是24V80F的超级电容器组，该电容器组由20个超级电容器组成，其中由每两个2.7V400F先并联，然后再由10组串联组成。
电源系统管理板106，与所述的锂离子蓄电池充放电装置105、超级电容器充放电装置103和PT双路切换装置101相连，用于为外部终端提供电力。
在本实用新型实施例中，电源系统管理板106可以对外提供12V、24V、48V三种电源，可作为通信电源、终端电源或开关动作电源使用。
在本实用新型实施例中，当外部电源正常供电时，电源系统管理板106接收PT双路切换装置101提供的电力，并控制锂离子蓄电池充放电装置102对锂离子蓄电池组104进行充电，以及控制超级电容器充放电装置103对超级电容器组105进行充电。
当外部电源停止供电时，电源系统管理板106控制超级电容器充放电装置103使用超级电容器组105提供电力，并且在超级电容器组105电力耗尽前控制锂离子蓄电池充放电装置102使用锂离子蓄电池组104提供电力。
本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，将锂离子蓄电池组和超级电容器组作为主要电池，互为备用，优势互补，实现了对整个配电系统供电的智能管理，可以提高电源的可靠性，延长了电池寿命并简化了电池维护操作。
实施例二
图2是本实用新型实施例提供的一种多功能电源管理系统硬件结构图，如图2所示，多功能电源管理系统包括：PT双路切换装置201、锂离子蓄电池充放电装置202、超级电容器充放电装置203、锂离子蓄电池组204、超级电容器组205、电源系统管理板206、DC/DC 500W电源207、动作开关208和主控板209。其中PT双路切换装置201、锂离子蓄电池充放电装置202、超级电容器充放电装置203、锂离子蓄电池组204和超级电容器组205与图1中的相应装置相同，故在此不再赘述。
电源系统管理板206除了与所述的锂离子蓄电池充放电装置202、超级电容器充放电装置203和PT双路切换装置201相连，用于为外部终端提供电力外，还与锂离子蓄电池组204和超级电容器组205相连，接收PT双路切换装置201、锂离子蓄电池充放电装置202、超级电容器充放电装置203、锂离子蓄电池组204和超级电容器组205发送的状态信息并进行处理。
DC/DC 500W电源207，与电源系统管理板206相连，用于接收电源系统管理板206提供的电力，并为动作开关208供电。
在本实用新型实施例中，在PT失电时，由锂离子蓄电池组204或者超级电容器组205通过其充放电模块202或203放电，作为DC/DC 500W电源207的输入电源；在PT有电时，则由PT和锂离子蓄电池组204或者超级电容器组205共同来提供DC/DC 500W电源207的输入电源，其中优先选择超级电容器组205，当超级电容器组205能量不足时，可以选择锂离子蓄电池组204。
动作开关208，用于控制现场电机的分合闸。
图3是本实用新型实施例提供的电源系统管理板206的结构图，如图3所示，电源系统管理板206包括温度采集电路301、电压采集电路302、开关量输入电路303、开关量输出电路304、SPI通讯接口电路305、RS232通讯接口电路306、RTC实时时钟电路307和CPU单元308，其中：
温度采集电路301，与所述的锂离子蓄电池组204连接，用于采集锂离子蓄电池组204的温度数据。
在本实用新型实施例中，温度采集电路301采集锂离子蓄电池组204的温度数据后，讲温度数据输出至CPU单元308，温度采集电路301与CPU单元308之间可以采用单总线方式进行数据通讯。多功能电源管理系统可以根据温度数据控制是否需要对锂离子蓄电池组204进行加热、并可定期对锂离子蓄电池组204进行活化等，提高锂离子蓄电池组204的使用寿命。
电压采集电路302，用于采集PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组和超级电容器组的输出电压。
在本实用新型实施例中，各路电压采集电路均采用隔离变送器的方式，将输入与输出，各路采集电压之间进行相互隔离。
开关量输入电路303，与锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置连接，用于采集充放电装置输出的状态量。
开关量输出电路304，与锂离子蓄电池充放电装置连接，用于控制锂离子蓄电池组的活化。
在本实用新型实施例中，开关量输入电路303和开关量输出电路304与CPU单元308之间均采用光耦隔离的模式进行隔离。
SPI通讯接口电路305，与主控板连接，用于与主控板进行信息交互。
RS232通讯接口电路306，与外部PC机连接，用于与外部PC机进行信息交互。
RTC实时时钟电路307，用于记录外部电源的停电时间和来电时间。
在本实用新型实施例中，RTC实时时钟电路307可记录最近一次PT失电和来电的时间。
CPU单元308，与所述的温度采集电路、电压采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、SPI通讯接口电路、RS232通讯接口电路和RTC实时时钟电路连接，用于各种信息的采集与处理。
主控板209，用于处理状态信息，并与主站进行信息交互。
在本实用新型实施例中，电源系统管理板206通过SPI通讯接口电路及/或RS232通讯接口电路与主控板209相连，将处理后的状态信息发送至所述的主控板209，电源系统管理板206可上传实时数据，并与主控板209进行信息交互。
在本实用新型实施例中，电源系统管理板106主要是对多功能电源管理系统中的其他装置进行综合监控管理，并与多功能电源管理系统中的主控板进行信息交互，并将重要信息上传，采集PT电压、锂离子蓄电池组及其充放电模块输出电压、超级电容器组及其充放电模块输出电压、DC/DC 500W电源模块输出电压，及其工作状态，还可以采集充电、放电、过充、过热、过压、PT失电等状态信息。
本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，将锂离子蓄电池组和超级电容器组作为主要电池，互为备用，优势互补，实现了对整个配电系统供电的智能管理，可以提高电源的可靠性，延长了电池寿命并简化了电池维护操作。
本实用新型实施例提供的多功能电源管理系统，可以通过通讯接口电路输出状态信息，使用户能够及时了解电池的运行状况，并进行针对性的维护。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多功能电源管理系统，其特征在于，所述的多功能电源管理系统包括PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组、超级电容器组和电源系统管理板，其中：
PT双路切换装置，与所述的锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和电源系统管理板相连，用于接收外部电力，并为锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和电源系统管理板提供电力；
锂离子蓄电池充放电装置，与所述的PT双路切换装置、电源系统管理板和锂离子蓄电池组相连，用于接收PT双路切换装置提供的电力，控制锂离子蓄电池组进行充电，或接收锂离子蓄电池组提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板；
超级电容器充放电装置，与所述的PT双路切换装置、电源系统管理板和超级电容器组相连，用于接收PT双路切换装置提供的电力，控制超级电容器组进行充电，或接收超级电容器组提供的电力，并将电力输送至所述的电源系统管理板；
电源系统管理板，与所述的锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置和PT双路切换装置相连，用于为外部终端提供电力。
2.根据权利要求1所述的多功能电源管理系统，其特征在于，所述的多功能电源管理系统还包括DC/DC 500W电源和动作开关，其中：
DC/DC 500W电源与所述的电源系统管理板相连，用于接收所述的电源系统管理板提供的电力，并为所述的动作开关供电；
动作开关，用于控制现场电机的分合闸。
3.根据权利要求1或2所述的多功能电源管理系统，其特征在于，所述的电源系统管理板包括温度采集电路、电压采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、SPI通讯接口电路、RS232通讯接口电路、RTC实时时钟电路和CPU单元，其中：
温度采集电路，与所述的锂离子蓄电池组连接，用于采集锂离子蓄电池组的温度数据；
电压采集电路，用于采集PT双路切换装置、锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置、锂离子蓄电池组和超级电容器组的输出电压；
开关量输入电路，与锂离子蓄电池充放电装置、超级电容器充放电装置连接，用于采集充放电装置输出的状态量；
开关量输出电路，与锂离子蓄电池充放电装置连接，用于控制锂离子蓄电池组的活化；
SPI通讯接口电路，与主控板连接，用于与主控板进行信息交互；
RS232通讯接口电路，与外部PC机连接，用于与外部PC机进行信息交互；
RTC实时时钟电路，用于记录外部电源的停电时间和来电时间；
CPU单元，与所述的温度采集电路、电压采集电路、开关量输入电路、开关量输出电路、SPI通讯接口电路、RS232通讯接口电路和RTC实时时钟电路连接，用于各种信息的采集与处理。
4.根据权利要求3所述的多功能电源管理系统，其特征在于，所述的多功能电源管理系统还包括主控板，所述的电源系统管理板通过SPI通讯接口电路及/或RS232通讯接口电路与所述的主控板相连，将处理后的状态信息发送至所述的主控板；
所述的主控板用于处理状态信息，并与主站进行信息交互。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHANG WENBIN SONG CHUNLIANG CAI HAO FANG JINGUO CHEN AIMING TO: ZHANG WENBIN SONG CHUNLIANG CAI HAO FANG JINGUO CHEN AIMING ZHANG YIMEI |
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