一种千瓦级不间断供电电源的制作方法

1.本实用新型涉及供电电源的技术领域，尤其涉及一种千瓦级不间断供电电源。


背景技术：

2.不间断电源(ups)是一种含有储能装置的供电电源，主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的供电电源。不间断电源广泛应用于工业、国防、医院、网络设备、交通、电厂、消防等不同领域，当用电设备的主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由不间断电源提供电能。
3.现有的不间断电源是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。受制于铅酸蓄电池的比能量和使用寿命，需要经常更换蓄电池，且操作不便，不易维护，给普通用户的使用造成了极大困扰。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术的不足之处，本实用新型提供了一种千瓦级不间断供电电源，以解决现有不间断电源使用寿命短，不易维护等问题。
5.为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种千瓦级不间断供电电源，所述供电电源包括：
7.金属燃料电源单元，所述金属燃料电源单元包括至少一个电堆模块，所述电堆模块由若干单电池构成；
8.储能电源单元，所述储能电源单元与金属燃料电源单元建立电连接关系；及
9.控制单元，所述控制单元与金属燃料电源单元和储能电源单元分别建立信号连接关系；
10.其中，所述金属燃料电源单元和储能电源单元可切换的输出不间断电能，当所述供电电源工作时，所述金属燃料电源单元和储能电源单元各自独立地输出至少1.5千瓦的功率。
11.优选地，所述供电电源还包括一体化机柜，所述一体化机柜内分为上层、中间层和下层，所述储能电源单元和控制单元设置在所述一体化机柜的上层，所述电堆模块设置在所述一体化机柜的中间层。
12.优选地，所述一体化机柜的面板上设置有触摸屏和操作按钮，所述触摸屏和操作按钮分别与控制单元建立电连接关系。
13.优选地，所述金属燃料电源单元还包括电解液箱和循环泵，所述电解液箱和循环泵设置在一体化机柜的下层；所述电解液箱、循环泵和电堆模块沿电解液进液流动方向通过管路依次连通，且所述电堆模块出口管路连通至电解液箱进口，构成电解液循环管路。
14.优选地，所述金属燃料电源单元还包括散热器，所述散热器置在一体化机柜的下层；所述散热器包括进液口和出液口，所述进液口和出液口均与电解液箱连通，且在电解液箱和散热器进液口的连接管路上设有散热泵，所述散热器上设有散热风扇。
15.优选地，所述控制单元包括电池管理系统、市电检测模块和堆控制模块，所述市电检测模块输入端连接至市电端口，所述市电检测模块输出端分别连接至电池管理系统和堆控制模块，所述电池管理系统还被配置为与堆控制模块和储能电源单元分别建立电连接关系，所述堆控制模块还被配置为与金属燃料电源单元和储能电源单元分别建立电连接关系。
16.优选地，所述供电电源在金属燃料电源单元和储能电源单元与负载连接的电能输出线路上均设置有dc/dc转换器和至少一个二极管，所述金属燃料电源单元和储能电源单元之间另设置有dc/dc转换器和二极管。
17.优选地，所述供电电源还包括一ac/dc转换器，所述ac/dc转换器输入端连接至市电端口，输出端连接至负载，且在与所述负载连接的线路上还至少设有一个二极管。
18.优选地，所述供电电源的循环泵、散热风扇、换气风扇分别与堆控制模块建立电连接关系，且在连接线路上设置有dc/dc转换器。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型的千瓦级不间断供电电源，是集发电机组、蓄电池组、开关电源功能于一体的应急电源，可实现储能电源单元和金属燃料电源单元的在线切换，无需停机操作，可保证用电设备的连续用电需求，而且操作方便，易于维护。
21.本实用新型的千瓦级不间断供电电源，集成度高、比能量大、使用寿命长，可满足工业、民用、消防、应急求援等不同领域不同工况下不同负载的用电需求。
附图说明
22.图1为本实用新型千瓦级不间断供电电源的整体结构示意图。
23.图2为本实用新型千瓦级不间断供电电源的内部结构布置示意图。
24.图3为本实用新型千瓦级不间断供电电源的爆炸图。
25.图4为本实用新型千瓦级不间断供电电源的控制电路示意图。
26.其中，金属燃料电源单元1、储能电源单元2、控制单元3、一体化机柜4、触摸屏5、操作按钮6、电堆模块101、电解液箱102、循环泵103、散热泵104、散热器105、电池管理系统301、市电检测模块302、堆控制模块303。
具体实施方式
27.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。
28.实施例
29.如图1至图4所示，本实施例的千瓦级不间断供电电源，其包括金属燃料电源单元1、储能电源单元2及控制单元3，其中，所述金属燃料电源单元1和储能电源单元2可切换的输出不间断电能，当所述供电电源工作时，所述金属燃料电源单元1和储能电源单元2各自独立地输出至少1.5千瓦的功率。如图2和图3所示，所述金属燃料电源单元1包括两个电堆模块101，金属燃料电源也可以称之为金属空气电池，所述电堆模块101由若干单电池构成。每个单电池内设有独立的空腔，空腔侧壁上设有阴极片，中间可插拔地设置有阳极板，以便后期维护更换，同时空腔内可填充有电解液，所述单电池中的阳极板和阴极片在电解液的作用下，可以独立以恒定电流或电压的方式输出电能，本实施例的阳极板可以选用金属镁
板，铝板，锌板中的一种，优选的是铝板；阴极片具有催化氧化空气中氧分子的作用，其可采用现有技术中应用的任一种材料，优选的是银和二氧化锰复合催化剂或者有催化性能材料和防水透气层构成的阴极材料。电堆模块101可以通过串并联的连接方式组装成至少1.5千瓦的功率，可以理解的是，可以采用模块化连接的方式，进行供电电源输出电量的拓展，比如5千瓦，10千瓦，20千瓦，50千瓦等不同功率大小的供电电源，举例说明，本实施例的两个电堆模块101可组装成1.5千瓦的供电电源。本实施例的电堆模块101检修、故障或停止工作时可以单独在线更换或维护。本实施例的储能电源单元2选用锂电池，其独立工作时，供电能力同样至少为1.5千瓦功率。本实施例的不间断供电电源具有比能量高，易于维护，使用寿命长的特点，满足千瓦级用电设备的电力保障需求。通过金属燃料电源单元1、储能电源单元2(锂电池)及控制单元3的耦合，当金属燃料电源单元1需要更换电解液或者金属阳极板时，控制单元3自动切换至锂电池输出，当电解液或者金属阳极板更换完毕后，控制系统又能切换至金属燃料电源单元1输出，从而能够实现不间断对外部进行供电。
30.所述储能电源单元2与金属燃料电源单元1建立电连接关系。所述控制单元3与金属燃料电源单元1和储能电源单元2分别建立信号连接关系，所述金属燃料电源单元1和储能电源单元2之间设置有dc/dc转换器和二极管。当金属燃料电源单元1中的铝燃料电堆模块101开始工作时，其既可以对外部供电，又可以将多余电量输送给储能电源单元2锂电池，以保证锂电池后面的连续使用。而当铝燃料电堆模块101停止工作时，通过锂电池对外部进行供电。控制单元3接收储能电源单元2与金属燃料电源单元1的电流和电压信号，通过合理分配铝燃料电堆模块101和锂电池的电力输出，从而有效解决整个系统长时间不间断供电的问题。
31.在其中一个实施例中，所述供电电源还包括一体化机柜4，所述一体化机柜4内分为上层、中间层和下层，所述储能电源单元2和控制单元3设置在所述一体化机柜4的上层，所述电堆模块101设置在所述一体化机柜4的中间层。靠近电堆模块101附近还设置有换气风扇，并在一体化机柜4面板上开设有相应的换气风道，以利于空气进入电堆模块101阴极片表面。所述换气风扇与堆控制模块303建立电连接关系，从而保障了换气风扇由本实施例的供电电源直接供电，无需外接电源。通过将金属燃料电源单元1、储能电源单元2和控制单元3的合理布局，使得一体化机柜4具有集成度高，操作方便的特点。
32.在其中一个实施例中，所述一体化机柜4的面板上设置有触摸屏5和操作按钮6，所述触摸屏5和操作按钮6分别与控制单元3建立电连接关系。通过触摸屏5可以实时监控储能电源单元2和控制单元3的电流、电压情况，并完成两者电力的合理分配和输出。本实施例的供电电源操作方式分为手动操作模式和自动操作模式两种；交互界面有系统信息显示、工作参数设置、数据记录与查询、报警查询等功能。
33.在其中一个实施例中，所述金属燃料电源单元1还包括电解液箱102和循环泵103，所述电解液箱102和循环泵103设置在一体化机柜4的下层；所述电解液箱102、循环泵103和电堆模块101沿电解液进液流动方向通过管路依次连通，且所述电堆模块101出口管路连通至电解液箱102进口，构成电解液循环管路。所述供电电源的循环泵103与堆控制模块303建立电连接关系，且在连接线路上设置有dc/dc转换器，从而保障了循环泵103由本实施例的供电电源直接供电，无需外接电源。通过循环泵103的启停，使得电解液流入或流出电堆模块101，从而有效控制电堆模块101的工作状态。
34.在其中一个实施例中，所述金属燃料电源单元1还包括散热器105，所述散热器105置在一体化机柜4的下层；所述散热器105包括进液口和出液口，所述进液口和出液口均与电解液箱102连通，且在电解液箱102和散热器105进液口的连接管路上设有散热泵104，所述散热器105上设有散热风扇，在散热风扇对应位置的一体化机柜4面板上开设若干风道，以利于空气的流通。通过设置散热器105，起到降低电解液温度的作用，更加利于系统长期稳定运行。所述散热风扇与堆控制模块303建立电连接关系，从而保障了散热风扇由本实施例的供电电源直接供电，无需外接电源。
35.在其中一个实施例中，如图4所示，所述控制单元3包括电池管理系统301(bms)、市电检测模块302和堆控制模块303，所述市电检测模块302输入端连接至市电端口，所述市电检测模块302输出端分别连接至电池管理系统301和堆控制模块303，所述电池管理系统301还被配置为与堆控制模块303和储能电源单元2分别建立电连接关系，所述堆控制模块303还被配置为与金属燃料电源单元1和储能电源单元2分别建立电连接关系。所述供电电源还包括一ac/dc转换器，所述ac/dc转换器输入端连接至市电端口，输出端连接至负载，且在与所述负载连接的线路上还至少设有一个二极管。通过接入一路市电，使得用电设备第一级优先由市电进行长期稳定供电。所述供电电源在金属燃料电源单元1和储能电源单元2与负载连接的电能输出线路上均设置有dc/dc转换器和至少一个二极管。通过金属燃料电源单元1、储能电源单元2及控制单元3的耦合，使得在市电网络出现故障或检修时，本实用新型的供电电源可以提供不间断的供电保障，进一步地，用电设备可以将储能电源单元2锂电池作为第二级优先供电保障单元，而金属燃料电源单元1作为第三级优先供电保障单元，以便更好地通过控制单元3进行电力分配和输出。同时，通过设置dc/dc转换器和二极管，使得供电电源以直流稳压的方式输出电能，并有效保障用电设备安全。
36.本实用新型千瓦级不间断供电电源的工作原理：当不间断供电电源需要使用时，将事先配好的电解液倒入液箱中，利用不间断供电电源系统内置的锂电池作为启动电源，接通循环泵103，不间断供电电源系统开始正常工作，铝燃料电堆在电解液的作用下开始发电，为系统自身的循环泵103、散热泵104、换气风扇、散热风扇等提供电源。当电解液温度达到45℃之后，开启散热泵104、散热风扇，低于40℃时，关闭散热泵104、散热风扇，以降低系统自身能耗。当需要对外供电时，闭合输出空气开关，通过稳压电源对外提供1.5kw的输出，系统工作期间，控制程序分配铝燃料电堆和锂电池的电力输出，实现系统不间断供电。
37.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。