專(zhuān)利名稱(chēng)：一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施提供動(dòng)力的大容量備用電源。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界產(chǎn)煤大國(guó)，由于作業(yè)設(shè)備和工藝相對(duì)落后，各類(lèi)礦難事故頻繁發(fā)生，導(dǎo)致煤礦事故死亡人數(shù)居世界首位。井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施是在井下發(fā)生災(zāi)害事故時(shí)，為無(wú)法及時(shí)撤離的遇險(xiǎn)人員提供生命保障的密閉空間，是井下救援的重要組成部分。在礦難發(fā)生后外電中斷時(shí)，井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施的備用電源擔(dān)負(fù)著為避險(xiǎn)設(shè)施提供動(dòng)力，維持其繼續(xù)工作的任務(wù)，重要性不言而喻。但由于井下環(huán)境復(fù)雜，極易發(fā)生爆炸，加之緊急避險(xiǎn)設(shè)施內(nèi)空間有限，因此要求備用電源安全可靠、比能量高、維護(hù)方便或免維護(hù)。現(xiàn)有的井下電源均容量較小，體積龐大，且沒(méi)有安全可靠的控制系統(tǒng)，無(wú)法滿(mǎn)足緊急避險(xiǎn)設(shè)施的使用要求。目前尚未發(fā)現(xiàn)適用于井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施的大容量動(dòng)力備用電源。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有備用電源不適用于井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種比能量高、安全可靠的大容量動(dòng)力的井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:該電源采用分布式結(jié)構(gòu)，即為主控備用電源和從屬備用電源，其中主控備用電源包括電源防爆箱和與其電源連接的液晶顯示模塊；其中，電源防爆箱內(nèi)分為電池腔、接線腔、電控腔和開(kāi)關(guān)腔，電池腔內(nèi)設(shè)有電池模塊，電控腔內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)；接線腔內(nèi)裝有本安接線端子和非本安接線端子；從屬備用電源由電源防爆箱和其電池腔中的電池模塊組成，根據(jù)需要可配置相應(yīng)數(shù)量的從屬備用電源，各從屬備用電源與主控備用電源的電池模塊并聯(lián)，由主控備用電源控制。電源防爆箱電池腔內(nèi)包括3路溫度傳感器和電池模塊，通過(guò)各溫度傳感器用作多點(diǎn)溫度采集，其輸出端的多點(diǎn)溫度信號(hào)送至主控板CPU輸入端，電池模塊接電源主控板輸入端。電池模塊采用鋰\亞硫酰氯一次電池，該電池模塊由各支路的電池組成，每支路的各單體電池分別并聯(lián)一個(gè)二極管，各支路上還增設(shè)有電池的保護(hù)電路。液晶顯示模塊為本質(zhì)安全型式，包括增設(shè)了保護(hù)電路和光耦隔離模塊，外部電源經(jīng)保護(hù)電路限流輸出的安全電壓分別接至液晶顯示屏和液晶模塊CPU輸入端，主控板CPU通過(guò)光耦隔離模塊與液晶模塊CPU通訊。電控腔內(nèi)的控制系統(tǒng)包括電源主控板、電源轉(zhuǎn)換模塊、本安電源模塊、3路本安電源輸出模塊及2路非安輸出端子；外部電源一路直接通過(guò)本安電源模塊接至液晶顯示模塊輸入端，另一路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊輸出的4路電壓，其中一路接至電源主控板，另3路輸出電壓分別與電源主控板輸出端3路電壓并聯(lián)，再分別接至3路本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子；電源主控板與液晶顯示模塊互連接，電源主控板輸出的一路電壓接至本安電源模塊輸入端。電源主控板主要包括主控板CPU、電流傳感器、繼電器、隔離模塊，其中，各本安電源輸出模塊輸出端A的電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)隔離模塊接至主控板CPU輸入端，電池腔中各溫度傳感器輸出端的溫度檢測(cè)信號(hào)接至主控板CPU輸入端，電池模塊輸出端一路經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊接主控板CPU，另一路經(jīng)電流傳感器輸出端分別接至繼電器的輸入端，各繼電器輸出信號(hào)分別接至3路本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子，電流傳感器前端的總電壓信號(hào)接至主控板CPU，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池模塊輸出總電壓、總電流及電池腔溫度和本安電源輸出模塊輸出電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果及優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明備用電源結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便。針對(duì)避險(xiǎn)設(shè)施內(nèi)空間狹小的問(wèn)題，采用分布式結(jié)構(gòu)，為主控備用電源和多個(gè)從屬備用電源，可以根據(jù)用戶(hù)需要選取相應(yīng)數(shù)量從屬備用電源與主控備用電源組合使用；每個(gè)備用電源體積小，重量輕，便于安裝及搬運(yùn)。2.本發(fā)明備用電源響應(yīng)迅速，安全可靠。通過(guò)電源主控板結(jié)合其配備的軟件不僅能夠在外電斷電時(shí)實(shí)現(xiàn)迅速切換，還能對(duì)電池進(jìn)行安全控制，降低了井下作業(yè)設(shè)備的危險(xiǎn)性。3.本發(fā)明備用電源工作時(shí)間長(zhǎng)，輸出接口多。選用的鋰\亞硫酰氯電池是所有防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電池中比能量最高的，可以支持用電設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作；設(shè)有3路本安電源輸出模塊及2路非安電源模塊輸出，用戶(hù)可根據(jù)負(fù)載電壓的大小選擇相應(yīng)本安電源輸出模塊進(jìn)行配置。4.本發(fā)明備用電源維護(hù)方便。通過(guò)電源主控板設(shè)有對(duì)信號(hào)采集和處理電路，結(jié)合其配備的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)元器件損壞時(shí)的故障定位功能，能夠通過(guò)內(nèi)部的邏輯判斷準(zhǔn)確定位出現(xiàn)問(wèn)題的元器件并將其通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)，操作人員可直接將問(wèn)題器件更換而不用自行花費(fèi)時(shí)間排故。5.本發(fā)明備用電源用戶(hù)使用方便?？刂葡到y(tǒng)設(shè)有電源轉(zhuǎn)換模塊、電源主控板及本安電源輸出模塊，使用戶(hù)不必給負(fù)載另備電源轉(zhuǎn)換模塊，而只需把用電設(shè)備與備用電源連接好即可。6.本發(fā)明備用電源應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明不僅可以作為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施的備用電源，還可以作為井下重要設(shè)備的電源使用。


圖1為本發(fā)明備用電源整體結(jié)構(gòu)圖。圖2圖1中電池組保護(hù)電路原理圖。圖3為單個(gè)井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源結(jié)構(gòu)原理方框圖。圖4為圖1中主控板結(jié)構(gòu)原理方框圖。圖5為圖1中液晶顯示模塊結(jié)構(gòu)原理方框圖。圖6為本發(fā)明井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源組合使用原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明是一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，該電源采用分布式結(jié)構(gòu)，即為主控備用電源和從屬備用電源，其中主控備用電源包括電源防爆箱I和與其電源連接的液晶顯示模塊4 ;其中，電源防爆箱I內(nèi)分為電池腔、接線腔、電控腔和開(kāi)關(guān)腔，電池腔內(nèi)設(shè)有電池模塊2，電控腔內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)3 ;接線腔內(nèi)裝有本安接線端子和非本安接線端子；從屬備用電源由電源防爆箱和其電池腔中的電池模塊組成，根據(jù)需要可配置相應(yīng)數(shù)量的從屬備用電源，各從屬備用電源與主控備用電源的電池模塊2并聯(lián)，由主控備用電源控制。如圖6所示，為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源組合使用原理圖。每個(gè)備用電源為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施提供7200Wh的電力，用戶(hù)可以根據(jù)電力需求的容量大小，配備多個(gè)從屬備用電源，受主控備用電源控制；從屬備用電源箱內(nèi)只包括電池模塊，各從屬備用電源的電池模塊和主控備用電源中的電池模塊并接。如圖2所示，為電池組保護(hù)電路原理圖。電池模塊2采用鋰\亞硫酰氯一次電池，該電池模塊2由各支路上的電池組成，每支路的各單體電池分別并聯(lián)一個(gè)二極管D2，各支路上還增設(shè)有電池的保護(hù)電路。電池的保護(hù)電路由各支路上串聯(lián)的二極管Dl和保險(xiǎn)絲L組成。所述保護(hù)電路的二極管Dl可以防止電池之間反向充電，保險(xiǎn)絲L用于為電池模塊提供過(guò)流或短路保護(hù)。如圖3所示，為井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用主控備用電源結(jié)構(gòu)原理方框圖。本發(fā)明電池腔內(nèi)包括3個(gè)溫度傳感器I 3和電池模塊2，通過(guò)各溫度傳感器實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集，其輸出端的溫度信號(hào)送至主控板CPU輸入端，電池模塊2接電源主控板輸入端。電控腔內(nèi)的控制系統(tǒng)包括電源主控板、電源轉(zhuǎn)換模塊、本安電源模塊、3路本安電源輸出模塊及2路非安輸出端子1、2 ;其中，外部電源一路直接通過(guò)本安電源模塊接至液晶顯示模塊4的輸入端，另一路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊輸出的4路電壓，其中一路接至電源主控板，另3路輸出電壓分別與電源主控板輸出端3路電壓并聯(lián)，再分別接至3路本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子1、2 ;電源主控板與液晶顯示模塊4互連接，電源主控板輸出的一路電壓接至本安電源模塊輸入端。3路本安電源輸出模塊輸出端經(jīng)接線腔內(nèi)的本安接線端子后分別連接緊急避險(xiǎn)設(shè)施內(nèi)的本安負(fù)載I 3，為其提供電力；同時(shí)3路本安電源輸出模塊輸出端A的電壓經(jīng)隔離模塊送至主控板CPU。該3路本安電源輸出模塊，用戶(hù)可根據(jù)負(fù)載電壓的大小，在24V、18V、12V、9V中選擇相應(yīng)本安電源輸出模塊進(jìn)行任意配置。2路非安輸出端子輸出經(jīng)接線腔內(nèi)的非安接線端子后分別連接非安負(fù)載。電源控制系統(tǒng)的具體控制功能:對(duì)電池組的輸出總電壓、輸出總電流及電池腔溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；各溫度傳感器將電池腔內(nèi)溫度上傳到電源主控板，采用多點(diǎn)溫度采集，通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)溫度采集智能判斷功能；當(dāng)檢測(cè)到電池組短路、過(guò)流、超溫、過(guò)放時(shí)，主控板CPU控制繼電器Jl J3通斷，提供相應(yīng)的故障診斷與保護(hù)功能；當(dāng)外電斷電時(shí)，控制系統(tǒng)在0.1S內(nèi)自動(dòng)切換為由備用電源給緊急避險(xiǎn)設(shè)施負(fù)載供電；控制系統(tǒng)結(jié)合軟件還具有智能保護(hù)功能，當(dāng)檢測(cè)到總電流過(guò)大時(shí)，控制繼電器J2 J3通斷并檢測(cè)總電流，可以判斷出現(xiàn)故障的非安負(fù)載，并切斷該電路，一定時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)該電路，若外部電流仍過(guò)大，系統(tǒng)將智能延長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間后循環(huán)此功能；由于控制系統(tǒng)設(shè)有電源轉(zhuǎn)換模塊、電源主控板及本安電源輸出模塊，使用戶(hù)不必給負(fù)載另備電源轉(zhuǎn)換模塊，而只需把用電設(shè)備與備用電源連接好即可。主控板CPU對(duì)本安電源輸出模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端電壓進(jìn)行信號(hào)米集和處理，結(jié)合其配備的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)元器件損壞時(shí)的故障定位功能，即能夠通過(guò)內(nèi)部的邏輯判斷準(zhǔn)確定位出現(xiàn)問(wèn)題的元器件并將其通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)，操作人員可直接將問(wèn)題器件更換而不用自行花費(fèi)時(shí)間排故。如圖4所示，為主控板結(jié)構(gòu)原理方框圖。電源主控板主要包括主控板CPU、電流傳感器、繼電器、隔離模塊，各本安電源輸出模塊輸出端A的電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)隔離模塊接至主控板CPU輸入端，從電池腔溫度傳感器輸出端的溫度檢測(cè)信號(hào)接至主控板CPU輸入端，電池模塊輸出端一路經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊接主控板CPU，另一路經(jīng)電流傳感器輸出端分別接至繼電器Jl J3的輸入端，各繼電器輸出接至本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子，電流傳感器前端的總電壓信號(hào)接至主控板CPU，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池模塊輸出總電壓、總電流及電池腔溫度和本安電源輸出模塊輸出端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。主控板通過(guò)對(duì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理，結(jié)合其內(nèi)軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組荷電狀態(tài)的精確估計(jì)。主控板還包括RS-485模塊和CAN模塊，分別與上位機(jī)連接；用于與井上或檢測(cè)人員計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，報(bào)告電池工作狀態(tài)。還包括指示燈和硬件看門(mén)狗。如圖5所示，為液晶顯示模塊結(jié)構(gòu)原理方框圖。液晶顯示模塊4為本質(zhì)安全型式，包括增設(shè)了保護(hù)電路和光耦隔離模塊，外部電源經(jīng)保護(hù)電路限流輸出的安全電壓分別接至液晶顯示屏和液晶模塊CPU輸入端，主控板CPU通過(guò)光耦隔離模塊與液晶模塊CPU通訊。該保護(hù)電路包括電子安全柵和二極管，起到限流作用。井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源的操作過(guò)程及工作原理:按照?qǐng)D3所示連接控制系統(tǒng)，將負(fù)載通過(guò)本安接線端子連接到備用電源的3路本安電源輸出模塊輸出端和接2路非安輸出端子1、2 ;當(dāng)外電輸入正常時(shí)，夕卜部輸入電源一路通過(guò)本安電源模塊給液晶顯示模塊4供電，另一路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊給電源主控板及本安和非安用電負(fù)載供電。當(dāng)外電斷電時(shí)，主控板檢測(cè)到外部無(wú)電力輸入，自動(dòng)切換到電池模塊供電；電池模塊2電力一路經(jīng)過(guò)電源主控板給本安和非安各負(fù)載供電，一路經(jīng)本安電源模塊給液晶顯示模塊4供電。此時(shí)液晶顯示模塊4上顯示電池供電,并實(shí)時(shí)顯示電池組工作狀態(tài)。當(dāng)備用電源運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)外部過(guò)流、短路故障時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)智能保護(hù)功能軟件，并在液晶顯示模塊上顯示報(bào)警信息；當(dāng)電池模塊2過(guò)放或溫度過(guò)高時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)切斷外部電路并報(bào)警顯示。
權(quán)利要求
1.一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:該電源采用分布式結(jié)構(gòu)，即為主控備用電源和從屬備用電源，其中主控備用電源包括電源防爆箱(I)和與其電源連接的液晶顯示模塊⑷；其中，電源防爆箱⑴內(nèi)分為電池腔、接線腔、電控腔和開(kāi)關(guān)腔，電池腔內(nèi)設(shè)有電池模塊(2)，電控腔內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)(3);接線腔內(nèi)裝有本安接線端子和非本安接線端子；從屬備用電源由電源防爆箱和其電池腔中的電池模塊組成，根據(jù)需要可配置相應(yīng)數(shù)量的從屬備用電源，各從屬備用電源與主控備用電源的電池模塊(2)并聯(lián)，由主控備用電源控制。
2.按權(quán)利要求1所述的一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:電源防爆箱(I)電池腔內(nèi)包括溫度傳感器(I 3)和電池模塊(2)，通過(guò)各溫度傳感器用作多點(diǎn)溫度采集，其輸出端的多點(diǎn)溫度信號(hào)送至主控板CPU輸入端，電池模塊(2)接電源主控板輸入端。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:電池模塊(2)采用鋰\亞硫酰氯一次電池，該電池模塊(2)由各支路的電池組成，每支路的各單體電池分別并聯(lián)一個(gè)二極管D2，各支路上還分別增設(shè)有電池的保護(hù)電路。
4.按權(quán)利要求1所述的一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:液晶顯示模塊(4)為本質(zhì)安全型式，包括增設(shè)了保護(hù)電路和光耦隔離模塊，外部電源經(jīng)保護(hù)電路限流輸出的安全電壓分別接至液晶顯示屏和液晶模塊CPU輸入端，主控板CPU通過(guò)光耦隔離模塊與液晶模塊CPU通訊。
5.按權(quán)利要求1所述的一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:電控腔內(nèi)的控制系統(tǒng)包括電源主控板、電源轉(zhuǎn)換模塊、本安電源模塊、3路本安電源輸出模塊及2路非安輸出端子(1、2);外部電源一路直接通過(guò)本安電源模塊接至液晶顯示模塊(4)輸入端，另一路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊輸出4路電壓，其中一路接至電源主控板，另3路輸出電壓分別與電源主控板輸出端3路電壓并聯(lián)，再分別接至3路本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子(1、2);電源主控板與液晶顯示模塊(4)互連接，電源主控板輸出的一路電壓接至本安電源模塊輸入端。
6按權(quán)利要求5所述的一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，其特征在于:電源主控板主要包括主控板CPU、電流傳感器、繼電器(Jl J3)、隔離模塊，其中，各本安電源輸出模塊輸出端(A)的電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)隔離模塊接至主控板CPU輸入端，各溫度傳感器輸出端的溫度檢測(cè)信號(hào)接至主控板CPU輸入端，電池模塊輸出端一路經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊接主控板CPU，另一路經(jīng)電流傳感器輸出端分別接至繼電器(Jl J3)的輸入端，各繼電器輸出信號(hào)分別接至3路本安電源輸出模塊輸入端及2路非安輸出端子，電流傳感器前端的總電壓信號(hào)接至主控板CPU,實(shí)現(xiàn)對(duì)電池模塊輸出總電壓、總電流及電池腔溫度和本安電源輸出模塊輸出電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施用備用電源，該電源采用分布式結(jié)構(gòu)，為一個(gè)主控備用電源和多個(gè)從屬備用電源，其主控備用電源包括電源防爆箱和液晶顯示模塊；電源防爆箱內(nèi)分電池腔、接線腔、電控腔和開(kāi)關(guān)腔，電池腔內(nèi)設(shè)有電池模塊，電控腔內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)；從屬備用電源由電源防爆箱和其電池模塊組成，各從屬備用電源可以與主控備用電源的電池模塊并聯(lián)，由主控備用電源控制；本發(fā)明能夠在礦難發(fā)生后外電中斷時(shí)，迅速切換，為緊急避險(xiǎn)設(shè)施內(nèi)的用電負(fù)載提供電力。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速、安全可靠，輸出接口多，應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，適合在煤礦井下緊急避險(xiǎn)設(shè)施中應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02J9/06GK103178606SQ20111044188
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者袁學(xué)慶, 劉曉明, 劉偉軍, 王雷, 李博, 辛榮健 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所, 江蘇新力科技實(shí)業(yè)有限公司