專利名稱：一種智能型的救生艙不間斷電源的制作方法
—種智能型的救生艙不間斷電源技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明專利涉及一種新電源，特別是涉及一種救生艙用的智能型不間斷電源。
背景技術(shù)：
煤礦安全是安全生產(chǎn)重中之重，直接關(guān)系到煤礦職工的生命安全和社會的穩(wěn)定， 也是“保增長、保民生、保穩(wěn)定”的內(nèi)在要求。
然而，我國煤礦事故發(fā)生率較高，負(fù)面影響很大。在煤礦事故中，只有極少數(shù)井下 人員是在事故發(fā)生現(xiàn)場第一時(shí)間受到傷害遇難的。絕大多數(shù)人員傷亡是由于長時(shí)間被困井 下災(zāi)變環(huán)境中窒息、中毒等原因造成的。因此，在井下事故發(fā)生后，我國礦山安全防護(hù)體系 如何有效保障井下被困人員避險(xiǎn)，已成為改善煤礦安全形式的關(guān)鍵?？梢苿邮骄壬?，避 難硐室就是為了礦難時(shí)，防護(hù)井下被困人員避險(xiǎn)而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的?？梢苿邮骄壬摚茈y硐 室內(nèi)的不間斷電源是救生艙的重要組成部分，不間斷電源的穩(wěn)定性，質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到 救生艙的使用性能、使用價(jià)值，安全性。
現(xiàn)有的救生艙不間斷電源，其鋰電池的保護(hù)方式主要是采用過壓、過流保護(hù)和自 動恢復(fù)功能，溫度，電壓，電流等采集?，F(xiàn)有的救生艙不間斷電源生存艙內(nèi)無生存環(huán)境無 智能管理功能；只能對3CT40W風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟，?？刂疲徊荒芨鶕?jù)生存艙的生存環(huán)境的要求，自 動保持生活艙具有必要的生存條件。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種智能型的救生艙不間斷電源，安全性能高，且能保證艙 內(nèi)的溫濕度，一氧化碳，二氧化碳等有毒有害氣體，艙內(nèi)氧氣的濃度，艙壓為正壓，壓力大 小，完全滿足《礦用隔爆〈兼本安〉型鋰離子蓄電池電源安全技術(shù)要求》的。即能自動保持 生活艙具有良好的生活條件。
智能型的救生艙不間斷電源，由兩大部分組成。
第一部分是智能型的電池管理。它包括變壓器，開關(guān)電源，智能充電器，均衡器 (含在鋰電池管理系統(tǒng)里)、顯示屏和電池組。
控制變壓器:將外接交流電源660V或220V，127V變壓為220V的交流電，供開關(guān)電 源，智能充電器用；開關(guān)電源:開關(guān)電源將220V的交流電整流為24V的直流電；在外接電源正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 由開關(guān)電源給救生艙用電設(shè)備供電。
智能充電器:鋰電池專用充電機(jī)，輸入電壓為220VAC，頻率50HZ;輸出電壓為 29.2VDC,恒流輸出10A，截止電流IA ;與管理系統(tǒng)的單片機(jī)通過窗口通信連接，當(dāng)(單體) 電池充滿時(shí)自動關(guān)斷，當(dāng)電量下降到90%時(shí)重新啟動充電。
充電器通過對電池組的每節(jié)電池真值電壓進(jìn)行檢測，并根據(jù)電池組中每節(jié)電池的 真值電壓，決定充電器的充電工作狀態(tài)，是充電，還是停止充電，從而確保電池不會過充。
智能管理系統(tǒng)主要功能有:電池狀態(tài)參數(shù)的采集，電池狀態(tài)的預(yù)測，電池組故障診斷，均衡保護(hù)(含在單片機(jī)里)，CAN總線，RS485通信等。
均衡器:電池均衡與每個(gè)單體電芯之間均有連線，任何工作狀態(tài)均對電池組進(jìn)行 主動均衡。均衡方式是通過一個(gè)均衡電源對單只電芯進(jìn)行補(bǔ)充電，當(dāng)某串聯(lián)電池組中某一 只單體電芯出現(xiàn)不平衡時(shí)對其進(jìn)行單獨(dú)充電，使其電壓保持和其它電芯一致。從而彌補(bǔ)了 電芯的不一致性缺陷，延長了電池組的使用時(shí)間和電芯的使用壽命，使電池組的能源利用 率達(dá)到最優(yōu)化。
顯示屏:實(shí)時(shí)顯示和查看電池總電壓、電池總電流、儲備能量、單體電池最高電壓、 單體電池最低電壓、單體電池溫度，電池組最高溫度，電池工作的環(huán)境溫度，均衡狀態(tài)等。
第二部分是智能型的生存條件管理系統(tǒng):開關(guān)電源通過第一繼電器輸出的24V直流電，分兩路，一路送多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊，通過 多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊，分別輸出12V，24V，36V，48V非本安直流電電源。供智能型的生存條件 管理系統(tǒng)MCU控制器用電，MCU控制器對移動式救生艙內(nèi)非本安直流負(fù)載供電進(jìn)行智能控 制，控制艙內(nèi)的溫濕度，有毒有害氣體，氧氣濃度，過渡艙壓力；使其指標(biāo)完全符合《礦用隔 爆(兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》。MCU輸入信號來自救生艙內(nèi)的溫濕度傳感器， 一氧化碳，二氧化碳傳感器，氧氣傳感器，壓力傳感器。
另一路送至三組本安電源電路，通過三個(gè)隔離模塊和與三個(gè)隔離模塊對應(yīng)連接為 移動式救生艙內(nèi)的本安用電負(fù)載供電。
充電器的電壓輸出端與第二繼電器的電壓輸入端接線端子對應(yīng)連接，充電器通過 第二個(gè)繼電器輸出DC29.2V，第二個(gè)繼電器的控制端與CAN總線連接。
多個(gè)電池組結(jié)構(gòu)相同，每一組電池組均由一個(gè)電池和一個(gè)繼電器串聯(lián)構(gòu)成，其中 繼電器并聯(lián)在充電器輸出的DC29.2V的供電電路中，繼電器的控制端接CAN總線，電池的電 池狀態(tài)信號輸出端通過CAN總線與單板機(jī)的對應(yīng)接口連接。
采用的技術(shù)方案是:一種智能型的救生艙不間斷電源，包括電源控制變壓器，開關(guān)電源、充電器、多個(gè)電池 組、單片機(jī)、顯示屏，數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，串行通信接口、多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊、通訊控制插件板、 I/o輸入輸出插件板和三組本安電源電路。
電源控制變壓器，將外接660V (220V, 127V)的交流電，通過控制變壓器，變?yōu)?20V 的交流電，供開關(guān)電源和充電器用。
開關(guān)電源與第一繼電器對應(yīng)連接，第一繼電器的控制端通過CAN總線與單片機(jī)的 對應(yīng)接口連接。
開關(guān)電源通過第一繼電器輸出24V直流電，在開關(guān)電源的DC24V供電電路中并聯(lián) 有多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊和三組本安電源電路，三組本安電源電路分別由一個(gè)隔離模塊和與該 隔離模塊對應(yīng)連接的雙重保護(hù)電路構(gòu)成。
開關(guān)電源通過第一繼電器輸出的24V直流電，分兩路，一路送多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊， 通過多個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊，分別輸出12V，24V, 36V, 48V四路非本安直流電，通過對應(yīng)的MCU 控制器，對移動式救生艙內(nèi)非本安直流負(fù)載供電，MCU輸入信號來自救生艙內(nèi)的傳感器。
另一路送至三組本安電源電路，通過三個(gè)隔離模塊和與三個(gè)隔離模塊對應(yīng)連接的 雙重保護(hù)電路，分別輸出DC12V、DC12V和DC18V三路本安直流電，供移動式救生艙內(nèi)的本安 用電負(fù)載用電。
充電器的電壓輸出端與第二繼電器的電壓輸入端接線端子對應(yīng)連接，充電器通過第二個(gè)繼電器輸出DC29.2V，第二個(gè)繼電器的控制端與CAN總線連接。
多個(gè)電池組結(jié)構(gòu)相同，每一組電池組均由一個(gè)電池和一個(gè)繼電器串聯(lián)構(gòu)成，其中繼電器并聯(lián)在充電器輸出的DC29.2V的供電電路中，繼電器的控制端接CAN總線，電池的電池狀態(tài)信號輸出端通過CAN總線與單板機(jī)的對應(yīng)接口連接；顯示屏的信號輸入端通過窗口及導(dǎo)線與單片機(jī)的窗口對應(yīng)接口連接。
通訊控制插件板和I/O輸入輸出插件板分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接； 通訊控制插件板設(shè)有多個(gè)接線端子，能分別外接檢測傳感器的通信端，如溫度傳感器、氣體測定儀等；I/o輸入輸出插件板設(shè)有多個(gè)接線端子，終點(diǎn)輸出控制救生艙內(nèi)設(shè)置的用電設(shè)備，如調(diào)節(jié)閥等。
數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、溫度采樣模塊；電壓采樣模塊、 電流采樣模塊、溫度采樣模塊的信號輸出端分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接。
上述開關(guān)電源的DC24V供電電路中還并聯(lián)一個(gè)放電組件，放電組件由放電電阻和第十三繼電器對應(yīng)電連接構(gòu)成，第十三繼電器的控制端接CAN總線。
上述開關(guān)電源的正壓輸出端與第一繼電器的正壓輸入端的連線上串接有二級管。
本發(fā)明能保證救生艙內(nèi)達(dá)到下述技術(shù)指標(biāo):I控制氧氣濃度在19%±0.3 ；2保證溫度 34.5±0.50C ;度為 85%土 1% ；3保證艙內(nèi)為正壓力，控制壓力210Pa±5Pa ；4.保證一氧化碳彡24X 10-6±3 ； 二氧化碳〈1.0%±0.3%。
本發(fā)明的有益效果:1、開關(guān)電源外接電源:開關(guān)電源將外接220V的交流電，整流為24V的直流電輸送給用電設(shè)備，在外接電源不停電時(shí)，供本安用電負(fù)載用電及非本安用電負(fù)載用電。
2、智能鋰電池充電器:對電池組充電。同時(shí)對每節(jié)電池真值電壓進(jìn)行測試，并根據(jù)電池組中每節(jié)電池的測試電壓，決定充電器的充電工作狀態(tài)；是充電還是停止充電，從而確保不會過充。
鋰電池充電器，將充電工作狀態(tài)傳遞給主控單元，即單片機(jī)。
3、電池管理系統(tǒng)由主從機(jī)構(gòu)組成?？刂?4V，60AH電池組，最大可帶10組電池組。
4、均衡功能:充電時(shí)對不一致的電池進(jìn)行均衡。
5、電池組的回流保護(hù):在充放電負(fù)極端增加了一個(gè)二極管，防止電池組并聯(lián)后的不同電池模塊間產(chǎn)生環(huán)流。
6、放電保護(hù):即可對各電池模塊進(jìn)行充放電保護(hù)，也可對整個(gè)電源系統(tǒng)進(jìn)行放電保護(hù)。
7、電流檢測:實(shí)時(shí)檢測充放電電流值。
8、串行總線通訊:可以讀取各從機(jī)的數(shù)據(jù)信息。
9、顯示及報(bào)警控制: 將電池組的各種信息傳輸給顯示屏進(jìn)行顯示，并在必要時(shí)做出報(bào)警處理。
10、生存艙的智能管理系統(tǒng):能根據(jù)生存艙的標(biāo)準(zhǔn)《礦用隔爆(兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》，通過智能型控制，達(dá)到如下效果:10-1.通過智能型的生存條件管理系統(tǒng)，保證艙內(nèi)溫濕度完全符合《礦用隔爆(兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》的條件；10-2.通過智能型的生存條件管理系統(tǒng)，保證有毒有害氣體一氧化碳，二氧化碳，完全符合《礦用隔爆(兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》的條件；10-3.通過智能型的生存條件管理系統(tǒng)，保證控制艙內(nèi)氧氣濃度完全符合《礦用隔爆 (兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》的條件；10-4.通過智能型的生存條件管理系統(tǒng)，保證過渡艙為正壓，壓力完全符合《礦用隔爆 (兼本安)型鋰離子蓄電池電源安全要求》的條件。
智能型的生存條件管理系統(tǒng)，通過MCU進(jìn)行控制。MCU輸入信號來自可移動式救生艙內(nèi)的各種傳感器，MCU控制的負(fù)載為移動式救生艙內(nèi)的相應(yīng)的用電負(fù)載。自動保持生活艙具有的最佳生存條件。最大限度的利用生存艙的有限資源。


圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例電路原理圖。
具體實(shí)施方式
:一種智能型的救生艙不間斷電源，包括電源控制變壓器6，開關(guān)電源1、充電器2、多個(gè)電池組、單片機(jī)26、顯示屏15、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、串行通訊接口 44、通訊控制插件板13、1/0輸入輸出插件板14和本安電源電路，其特征在于:開關(guān)電源I的電壓輸出端子與第一繼電器4的電壓輸入接線端子對應(yīng)連接，輸出DC24V 電壓，第一繼電器4的控制端與CAN總線5連接，CAN總線5與單片機(jī)26的對應(yīng)接口連接； 在開關(guān)電源I輸出的DC24V供電電路中并聯(lián)有第一穩(wěn)壓輸出模塊29、第二穩(wěn)壓輸出模塊30、第三穩(wěn)壓輸出模塊31和第四穩(wěn)壓輸出模塊27，分別輸出12V，24V，36V，48V非本安直流電。
本安電源電路包括第一雙重保護(hù)電路8、第二雙重保護(hù)電路10和第三雙重保護(hù)電路12 ;第一雙重保護(hù)電路8、第二雙重保護(hù)電路10和第三雙重保護(hù)電路12分別經(jīng)對應(yīng)的第一隔尚模塊7、第二隔尚模塊9和第三隔尚模塊11并聯(lián)在開關(guān)電源I輸出的DC24V供電電路中，分別為本安設(shè)備提供DC12V，DC12V, DC18V電源。
充電器2的電壓輸出端與第二繼電器3的電壓輸入端接線端子對應(yīng)連接，充電器2 通過第二繼電器3輸出DC29.2V電壓，第二繼電器3的控制端與CAN總線5連接。多個(gè)電池組由第一電池組、第二電池組、第三電池組、第四電池組、第五電池組、第六電池組、第七電池組、第八電池組、第九電池組和第十電池組組成。
第一電池組由第一電池16和第三繼電器48對應(yīng)連接構(gòu)成，第二電池組由第二電池17和第四繼電器49對應(yīng)連接構(gòu)成，第三電池組由第三電池18和第五繼電器50對應(yīng)連接構(gòu)成，第四電池組由第四電池19和第六繼電器51對應(yīng)連接構(gòu)成，第五電池組由第五電池20和第七繼電器52對應(yīng)連接構(gòu)成，第六電池組由第六電池21和第八繼電器53對應(yīng)連接構(gòu)成，第七電池組由第七電池22和第九繼電器54對應(yīng)連接構(gòu)成，第八電池組由第八電池 23和第十繼電器55對應(yīng)連接構(gòu)成，第九電池組由第九電池24和第i^一繼電器56對應(yīng)連接構(gòu)成，第十電池組由 第十電池25和第十二繼電器57對應(yīng)連接；第三繼電器48、第四繼電器49、第五繼電器50、第六繼電器51、第七繼電器52、第八繼電器53、第九繼電器54、第十繼電器55、第i^一繼電器56和第十二繼電器57并聯(lián)在充電器2的DC29.2V電路中；上述第三至十二繼電器的控制端與CAN總線5連接；上述第一至第十電池的電池狀態(tài)信號輸出端通過RS485總線與單片機(jī)26的對應(yīng)接口連接；通訊控制插件板13和I/O輸入輸出插件板14分別通過導(dǎo)線與單片板26的對應(yīng)接口連接；通訊控制插件板13設(shè)有多個(gè)接線端子，能分別外接多個(gè)檢測傳感器的通信端；1/0輸入輸出插件板14設(shè)有多個(gè)接線端子，終點(diǎn)輸出控制救生艙內(nèi)設(shè)置的調(diào)節(jié)設(shè)備，如調(diào)節(jié)閥等。
數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括電壓采樣模塊37、電流采樣模塊40、溫度采樣模塊41 ；電壓采樣模塊37、電流采樣模塊40、溫度采樣模塊41的信號輸出端分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)26的對應(yīng)接口連接，串行通訊接口 44和顯示屏15分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)26的對應(yīng)接口連接。
開關(guān)電源I的DC24V供電電路中分別并聯(lián)有第一穩(wěn)壓輸出模塊29、第二穩(wěn)壓輸出模塊30、第三穩(wěn)壓輸出模塊31和第四穩(wěn)壓輸出模塊27 ；第一穩(wěn)壓輸出模塊29、第二穩(wěn)壓輸出模塊30、第三穩(wěn)壓輸出模塊31和第四穩(wěn)壓輸出模塊27分別經(jīng)第一隔尚輸出32、第二隔尚輸出33、第三隔尚輸出34和第四隔尚輸出59,并通過對應(yīng)第一 MCU控制器35、第二 MCU控制器38、第三MCU控制器42和第四MCU控制器45 分別對應(yīng)控制第一電機(jī)36、第二電機(jī)39、第一閥43和第二閥46。上述MCU控制器的輸入信號來自救生艙內(nèi)的傳感器。
開關(guān)電源I的DC24V供電電路中并聯(lián)一個(gè)放電組件，放電組件由放電電阻58和第十三繼電器47對應(yīng)電連接構(gòu)成，第十三繼電器47的控制端接CAN總線5。
開關(guān)電源I的正壓 輸出端與第一繼電器4的正壓輸入端的連線上串接有二級管 28。
權(quán)利要求
1.一種智能型的救生艙不間斷電源，包括電源控制變壓器，開關(guān)電源、充電器、多個(gè)電池組、單片機(jī)、顯示屏、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、串行通訊接口、四個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊、通訊控制插件板、 I/o輸入輸出插件板和三組本安電源電路；其特征在于:開關(guān)電源與第一繼電器對應(yīng)連接，第一繼電器的控制端通過CAN總線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接；開關(guān)電源通過第一繼電器輸出24V直流電，在開關(guān)電源的DC24V供電電路中并聯(lián)有四個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊和三組本安電源電路，三組本安電源電路分別由一個(gè)隔離模塊和與該隔離模塊對應(yīng)連接的雙重保護(hù)電路構(gòu)成；開關(guān)電源通過第一繼電器輸出的24V直流電，分兩路，一路送至四個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊，通過四個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊，分別輸出12V，24V, 36V, 48V四路非本安直流電，通過智能型的生存條件管理系統(tǒng)MCU控制器，對移動式救生艙內(nèi)非本安直流負(fù)載供電，MCU輸入信號來自救生艙內(nèi)的傳感器；輸出控制信號來自救生艙內(nèi)的用電設(shè)備；另一路送至三組本安電源電路，三組本安電源電路由三個(gè)隔離模塊和與三個(gè)隔離模塊對應(yīng)連接的雙重保護(hù)電路構(gòu)成， 分別輸出DC12V、DC12V和DC18V三路本安直流電電源，供移動式救生艙內(nèi)的本安用電負(fù)載用電；充電器的電壓輸出端與第二繼電器的電壓輸入端接線端子對應(yīng)連接，充電器通過第二個(gè)繼電器輸出DC29.2V，第二個(gè)繼電器的控制端與CAN總線連接；多個(gè)電池組結(jié)構(gòu)相同，每一個(gè)電池組均由一個(gè)電池和一個(gè)繼電器串聯(lián)構(gòu)成，其中繼電器并聯(lián)在充電器輸出的DC29.2V的供電電路中，繼電器的控制端接CAN總線，電池狀態(tài)信號輸出端通過CAN總線與單板機(jī)的對應(yīng)接口連接；顯示屏的信號輸入端通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接；通訊控制插件板和I/O輸入輸出插件板分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接；通訊控制插件板設(shè)有多個(gè)接線端子，能分別外接檢測傳感器的通信端；數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括電壓采樣模塊、電流采樣模塊、溫度采樣模塊；電壓采樣模塊、電流采樣模塊、溫度采樣模塊的信號輸出端分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)的 對應(yīng)接口連接，串行通訊接口通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對應(yīng)接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能型的救生艙不間斷電源，其特征在于:開關(guān)電源的 DC24V供電電路中還并聯(lián)一個(gè)放電組件，放電組件由放電電阻和第十三繼電器對應(yīng)電連接構(gòu)成，第十三繼電器的控制端接CAN總線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能型的救生艙不間斷電源，其特征在于:能保證救生艙內(nèi)達(dá)到下述指標(biāo):I控制氧氣濃度在19%±0.3 ；2保證溫度 34.5±0.50C ;度為 85%土 1% ；3保證艙內(nèi)為正壓力，控制壓力210Pa±5Pa ；保證一氧化碳≤24X 10_6±3 ； 二氧化碳〈1.0%±0.3%。
全文摘要
一種智能型的救生艙不間斷電源，包括開關(guān)電源、充電器、多個(gè)電池組、單片機(jī)、顯示屏。開關(guān)電源輸出DC24V，在開關(guān)電源輸出的DC24V電源電路中，并聯(lián)有四個(gè)穩(wěn)壓輸出模塊(分別輸出12V、23V、36V和48V四路非本安直流電)和三組本安電源電路(分別輸出12V、12V和18V直流電)。充電器輸出DC29.2V，在充電器輸出的DC29.2V電路中并聯(lián)有十個(gè)電池組，十個(gè)電池組中的每一個(gè)電池的信號狀態(tài)輸出端通過CAN總線與單片機(jī)對應(yīng)接口連接。本發(fā)明安全性能高，且能保證艙內(nèi)的溫濕度，一氧化碳，二氧化碳等有害氣體，艙內(nèi)氧氣的濃度，艙壓為正壓，壓力大小。完全滿足《礦用隔爆〈兼本安〉型鋰離子蓄電池電源安全技術(shù)要求》的。即能自動保持生活艙內(nèi)具有良好的生活條件。
文檔編號H02J9/00GK103219789SQ20121001808
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者鄭萬林, 石秀英, 張貴良 申請人:沈陽華礦新能源裝備科技有限公司