一种矿用应急备用电源的制作方法

1.本实用新型涉及备用电源技术领域，具体涉及了一种矿用应急备用电源。


背景技术：

2.煤矿是一个高危险行业，生产场所在几百米深的地下，存在瓦斯、水、火、顶板、地应力等多种灾害，电力除了用于生产，还是安全设施设备正常工作的必要条件，电网一旦停电，就会对矿井下各种设备断电。
3.应急备用电源是由充电器、逆变器、蓄电池、隔离变压器、切换开关等装置组成，在有外界供电时，为蓄电池充电，在外界断电时，蓄电池作为电源向外放电。但目前矿用的应急备用电源在充放电过程中，监控和保护做得并不太充分，电池可能出现过压、过流、过温等情况。


技术实现要素：

4.本实用新型所解决的技术问题在于提供一种矿用应急备用电源，能够在电池充放电过程中对电池状态进行监控和保护。
5.本实用新型提供的基础方案：一种矿用应急备用电源，包括电源箱体，所述电源箱体包括隔离变压器、整流电路、稳压电路、充放电电路、电池组、电池管理模块和嵌入式控制模块；
6.隔离变压器的输出端与整流电路的输入端电连接，所述整流电路的输出端与充放电电路的输入端以及稳压电路的输入端电连接，所述稳压电路的输出端与输出电路的输入端电连接，所述充放电电路与电池组电连接，所述电池组与电池管理模块电连接，所述电池管理模块与嵌入式控制模块电连接，嵌入式控制模块与充放电电路电连接以及整流电路电连接，所述嵌入式控制模块与整流电路之间还连接有驱动电路，所述充放电电路包括充电电路和放电电路；
7.所述嵌入式控制模块用于控制充放电电路在充电电路和放电电路之间转换，还用于驱动驱动电路工作；
8.所述电池管理模块用于采集电池状态，将所采集到的电池状态上传至嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块还用于根据接收到的电池状态，给出反馈信息，电池管理模块根据反馈信息进行故障处理。
9.本实用新型的原理及优点在于：当外部电源供电时，不同等级输入的交流电进入隔离器进行电压转换，之后进入整流电路，嵌入式控制模块发出pwm波驱动驱动电路发生作用，控制整流电路将交流电转换为直流电，通过输出电路供给其他设备。同时，充放电电路在嵌入式控制模块的控制下，转换为充电电路，经整流后的直流电进入充电电路为电池组充电，而当外部电源不供电时，控制充放电电路转换为放电电路，由电池组提供电源。电池管理模块在充放电过程中，实时采集电池状态，并将采集到的电池状态上传至嵌入式控制模块，嵌入式控制模块根据所采集到的电池状态进行判断，并给出反馈信息，电池控制模块
根据反馈信息进行故障处理。相比于现有技术，在电池充放电过程中，时刻监控电池状态，并判断电池状态是否处于异常，在异常时进行故障处理，保护电路安全。
10.进一步，所述电池组包括八节串联的蓄电池，所述蓄电池为磷酸铁锂电池。
11.磷酸铁锂电池的安全性、成本以及使用寿命较好，可以提高电池组的持续工作时间。
12.进一步，所述电池管理模块包括电池监视器、监控电路以及均衡电路，所述监控电路电连接在各节电池两端，并与电池监视器电连接，所述电池监视器还与嵌入式控制模块电连接，用于将监控电路采集各个电池电压上传至嵌入式控制模块，并接收嵌入式控制模块发出的反馈信息，所述均衡电路与电池监控器电连接，用于对电池电压进行均衡。
13.电池监控器对各节电池的电压实时进行监控，将各节电池的电压上传至嵌入式控制模块，根据接收到的电池电压判断电池是否过压，并给出反馈信息，当电池过压时，电池监控器根据反馈信息，控制均衡电路对过压的电池进行电压均衡，防止电池过充。
14.进一步，所述电池管理模块包括电池电流采集电路，用于采集电池充放电时的电流大小，并将采集到的电流上传至嵌入式控制模块。
15.采集电池电流，充放电过程中对电池电流进行监控。
16.进一步，所述电池管理模块包括电池温度采集电路，用于采集电池充放电时的电池温度，并将采集到的电池温度上传至嵌入式控制模块。
17.采集电池温度，充放电过程中对电池温度进行监控。
18.进一步，还包括rs485通信电路，与嵌入式控制模块电连接，用于发送电池状态。
19.外界主机可以通过rs485接口访问电池箱内的电池组参数。
20.进一步，所述输出电路包括本安输出电路和非本安输出电路。
21.经过整流电路的直流电压为非本安电压，通过本安输出电路进行相对稳定的本安输出，通过非本安输出电路进行非本安输出。
22.进一步，所述电源箱体还包括显示装置，所述显示装置的输入端与电池管理模块电连接，用于显示电池状态。
23.通过显示装置可以查看电池状态。
24.进一步，所述电源箱体包括电池腔、电器腔和接线腔。
25.提供电池、电器、接线的位置。
附图说明
26.图1为本实用新型一种矿用应急备用电源实施例的逻辑框图；
27.图2为本实用新型一种矿用应急备用电源实施例嵌入式控制模块原理图；
28.图3为本实用新型一种矿用应急备用电源实施例充放电电路原理图；
29.图4为本实用新型一种矿用应急备用电源电压采集及均衡电路原理图；
30.图5为本实用新型一种矿用应急备用电源电池电流采集原理图；
31.图6为本实用新型一种矿用应急备用电源电池温度采集原理图；
32.图7为本实用新型一种矿用应急备用电源rs485通信电路原理图；
33.图8为本实用新型一种矿用应急备用电源电源箱体的结构图。
具体实施方式
34.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
35.实施例基本如附图1所示：包括外部电源、隔离变压器、整流电路、稳压电路、输出电路、充放电电路、电池组、电池管理模块、嵌入式控制模块。
36.外部电源与隔离变压器的输入端电连接，隔离变压器输出端与整流电路的输入端电连接，整流电路的输出端与输出电路和充放电电路的输入端电连接，充放电电路的输入端与电池组的输入端电连接，电池组与电池管理模块电连接，电池管理模块与嵌入式控制模块电连接，嵌入式控制模块与驱动电路电连接，驱动电路与整流电路电连接。
37.本实施例中，外部电源可提供电压为380v、660v或者1140v的交流电，输入的不同等级电压的交流电进入隔离变压器后进行电压装换，而后进入整流电路。嵌入式控制模块优选stc12c5a60s2单片机，其电连接关系如图2所示，整流电路中设有mos管，因为mos管的存在，嵌入式控制模块通过发出pwm波驱动驱动电路发动作用，控制mos管的开断，从而使交流电经整流电路后转换为直流电压。
38.整流后的直流电进入输出电路，输出电路包括并联的本安输出电路和非本安输出电路，进入本安输出电路的直流电，经稳压电路的稳压环节后，进行本安处理，得到12v/0.65a的直流电。进入非本安输出电路的直流电，经稳压电路的稳压环节后，通过切换开关，能够分别得到12v/2.5a的直流电和24v/2.5a的直流电。
39.图3为充放电电路的电路图。
40.同时，在充放电过程中电池管理模块和嵌入式控制模块实时对电池状态进行检测、保护，保证不会出现异常情况，具体的，如图4所示，电池管理模块包括电池监视器、监控电路及均衡电路，监控电池组中各节电池的电压，以及进行电压均衡，在本实施例中，电池组组由8节60ah的锂电池串联而成，电池单体电压3.2v，总的输出电压约为24v。电器监控器优选为ltc6803芯片，其c0、c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8引脚分别连接在各节电池的正负极两端，用于采集各节电池的电压。scb、sdo、sck引脚与嵌入式控制模块电连接，将采集到的各节电池的电压与上传至嵌入式控制模块。嵌入式控制模块通过单体电池电压与平均单体电池电压相比较，若单个电池电压高于平均电池20mv，给出反馈信息。电器监控器的s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8引脚分别形成与电源并联的均衡电路，均衡电路中串联有三级管和电阻，用于平衡电池组中的电池，根据嵌入式控制模块给出的反馈信息，通过s引脚控制三级管开通，通过均衡电路的分流，电压高的电池通过的电流就会减小，电压低的电池通过的电流会逐渐增大，因此所有单体电池电压在均衡电路的作用下趋于平均电池电压。
41.电池管理模块还包括有电池电流采集电路，电池电流采集电路如图5所示，包括双运放芯片tl082以及外围电路，用于采集电池充放电时的电流大小，并将采集到的电流大小上传至嵌入式控制模块。
42.电池管理模块还包括有电池温度采集电路，电池温度采集电路如图6所示，包括ntc热敏电阻、4.7千欧的标准电阻，通过将热敏电阻的阻值上传至嵌入式控制模块，嵌入式控制模块根据热敏电阻的阻值判断出电池温度。
43.还包括有rs485通信电路，rs485通信电路如图7所示，包括sn65hvd3082edr接口芯片和外围电路，与嵌入式控制模块电连接，外接的主机可以通过接口访问电池组的电压、电路和温度。
44.电源箱体的内部结构示意图如图8所示，包括电池腔1、电器腔2、接线腔3，电池组设于电池腔1内，隔离变压器、充电器及各个电路的电路板设于电器腔2内，电源的输入通过接线腔3引入电器腔，电源的输出通过接线腔引出。电源箱体还包括有显示装置，显示装置与电池管理模块电连接，用于显示电池状态，在本实施例中，显示装置优选为lcd显示屏。
45.以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。