CN206602400U - 一种矿用直流供电***和一种矿用工作站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿用直流供电***和一种矿用工作站，直流供电***包括直流供电电源和若干个工作站，工作站包括一个主机和至少一个从机，主机和各从机上均设置有供电端口，直流供电电源的电能输出端输出连接一条直流供电母线，主机的供电端口连接该直流供电母线；各从机中均设置有储能单元，各从机的供电端口用于在低功耗工作模式下与直流供电母线连接，在正常工作模式下与对应的储能单元连接。不同的工作模式由不同的电源供电，满足从机的可靠电能供给，保证从机的可靠运行。

Description

一种矿用直流供电***和一种矿用工作站

技术领域

本实用新型涉及一种矿用直流供电***和一种矿用工作站，属于矿用设备供电电源技术领域。

背景技术

受煤矿井下交流电源、巷道距离等复杂条件及相关安全规定的约束，设备供电是***设计及安装、布局首要考虑的问题。公开号为CN202535139U的中国专利申请文件中公开了一种新型矿用紧急避险设施后备电源装置，包括一个主机和至少一个从机。其中，每个从机中设置有变压器，变压器的输出电源经过AC/DC转换和整流后输出的直流电用于供电。所以，该电源装置中的每个从机中均设置有变压器和AC/DC转换器，结构较为复杂，相应地，控制可靠性较低，投入成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种矿用直流供电***，用以解决现有的电源装置结构复杂的问题。本实用新型同时提供一种矿用工作站。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种矿用直流供电***，包括直流供电电源和若干个工作站，所述工作站包括一个主机和至少一个从机，主机和各从机上均设置有供电端口，所述直流供电电源的电能输出端输出连接一条直流供电母线，所述主机的供电端口连接该直流供电母线；各从机中均设置有储能单元，各从机的供电端口用于在低功耗工作模式下与所述直流供电母线连接，在正常工作模式下与对应的储能单元连接。

主机和各从机上还均设置有通讯端口，主机的通讯端口输出连接一条通讯总线，各从机的通讯端口均连接该通讯总线。

所述主机的供电端口包括电能输入端和电能输出端，所述直流供电母线分为三部分，第一部分连接所述直流供电电源的电能输出端与所述主机的电能输入端；第二部分设置在主机内部，连接所述主机的电能输入端和所述主机的电能输出端；第三部分由所述主机的电能输出端输出连接，用于在低功耗工作模式下与各从机的供电端口连接。

所述第三部分的直流供电母线与所述通讯总线集成设置为四芯总线，其中两芯为所述第三部分的直流供电母线，另外两芯为所述通讯总线，且主机和各从机之间通过T型接线端子连接。

所述供电***还包括与所述直流供电电源、主机和各从机一一对应的保护罩，直流供电电源、主机和各从机均固设在对应的保护罩内。

所述储能单元为磷酸铁锂电池组。

各从机均包括从机控制板，以及与储能单元对应的充放电管理板，储能单元设置在一个长方体电池箱体内，所述电池箱体的长度方向上的一侧固设对应的充放电管理板，所述电池箱体的高度方向上的一侧固设从机控制板，且所述电池箱体设置在对应从机控制板与从机的供电端口之间。

所述直流供电电源为AC/DC变换器，所述AC/DC变换器的交流端用于连接交流电网。

一种矿用工作站，包括一个主机和至少一个从机，主机和各从机上均设置有供电端口，所述主机的供电端口用于连接直流供电母线；各从机中均设置有储能单元，各从机的供电端口用于在低功耗工作模式下与所述直流供电母线连接，在正常工作模式下与对应的储能单元连接。

本实用新型提供的矿用直流供电***中包括一个直流供电电源，该直流供电电源为主机和所有的从机进行供电，由于主机和从机中的各个组成部分所需的电能均为直流电，所以，该直流供电电源输出的直流电能能够直接被主机和所有的从机使用，无需再经过电能转换，比如通过AC/DC变换器进行变换，也就无需在各从机中专门设置AC/DC变换器来进行电能转换，以及无需设置变压器等变压设备，所以，该供电***中的各从机的结构较为简单，而且，由于无需设置变压器和AC/DC变换器等设备，所以，从机的控制可靠性较高，当然，投入成本也就大幅度降低。

更重要的是，供电线路和储能单元能够实现对从机的两种供电模式，在低功耗模式下由供电线路供电，在正常工作模式下由储能单元供电，不同的工作模式由不同的电源供电，满足从机的可靠电能供给，保证从机的可靠运行。

附图说明

图1是直流供电***的结构示意图；

图2是图1中圆圈部分的放大图；

图2中，输出箭头代表放电接口，输入箭头代表充电接口，方波代表控制& 反馈信号。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，矿用直流供电***整体上包括两部分：直流供电电源和工作站，其中工作站为主机和从机。其中，直流供电电源可以为现有已使用的直流稳压电源，也可以采用其他形式的直流电源，在本实施例中，该直流稳压电源包括AC/DC变换器，AC/DC变换器的交流侧连接交流电网，经过电能变换后输出直流电。主机的个数是1个；从机的个数为至少一个，根据实际需要进行具体的个数设置。另外，主机和从机均为矿用常见设备，具体的构成以及工作原理均属于常规技术，所以，这里不再具体说明，本实施例只对与本实用新型的发明点相关的主机和从机的部分结构进行说明。

如图1所示，主机2上设置有供电端口，其中，主机2上的供电端口包括电能输入端和电能输出端，直流稳压电源1的直流电能输出端通过供电线路连接主机2的电能输入端，供主机使用，比如为主机中的主机控制板3提供电能。

主机2还包括电能输出端，相应地，直流供电母线分为三部分，第一部分连接直流供电电源的电能输出端与主机2的电能输入端；第二部分设置在主机 2内部，连接主机2的电能输入端和主机2的电能输出端；第三部分由主机2 的电能输出端输出连接，用于与各从机的供电端口连接。

主机2和各从机上还均有通讯端口，主机2的通讯接口输出连接一条通讯总线，各从机的通讯端口均与该通讯总线连接，实现主机2与各个从机之间的通讯。

在本实施例中，为了实现线缆的集成化，并且便于接线和线缆的统一管理，将上述第三部分的直流供电母线和通讯总线集成设置，集成设置为四芯总线，其中两芯为该第三部分的直流供电母线，另外两芯为通讯总线，并且主机和各从机之间通过该四芯总线以T型方式连接，即各从机与主机之间通过T型接线端子连接。而且，采用总线的形式同时实现供电和通讯，并且各从机均连接到通讯总线和直流供电母线上，在某个从机出现故障时，只需将故障从机从总线上断开，并不会影响整个供电***的运行。

以下重点对从机的相关结构进行说明。由于各从机的结构相同，所以，以下针对其中一个从机进行说明。

各从机中均设置有储能单元，用于对对应的从机进行供电，并且，为了实现对储能单元进行充电，各储能单元能够连接对应从机上的供电端口。在本实施例中，储能单元为磷酸铁锂电池组4。

由于直流供电电源功率较小，所以，从机在低功耗运行模式(比如：休眠) 下，各从机的供电端口与直流供电母线连接，利用直流供电电源为各从机供电；从机在正常工作模式下，各从机的供电端口与对应的磷酸铁锂电池组连接，利用各从机中的磷酸铁锂电池组为各从机供电，通过两种供电方式能够实现从机的可靠供电。另外，供电端口与直流供电母线的连接或者与磷酸铁锂电池组的连接可以通过切换开关实现，这部分属于常规技术，这里就不再具体说明。

另外，本实施例给出供电***的一种启动方式：在工作时，***上电后沿线从机的软启动装置会避免多台从机启动冲击电流造成直流供电电源进入过流保护状态，第一台从机启动后会立刻进入低功耗运行模式 (LowPower_RunMode，以下简称LP_RM)，此模式下从机电流一般不足 20mA，紧接着第二台、第三台、……、第N台从机依次启动并进入LP_RM。

当主机对沿线从机进行巡检时，从机会通过编码判断是否需要进入正常工作模式，如满足条件，从机控制板则向充放电管理板BTM发送放电指令，从而从机的供电电源由直流供电电源切换为磷酸铁锂电池组，否则从机依旧处于 LP_RM，同时主机根据所有从机电池电量统筹控制从机控制板，进而控制充放电管理板BTM以允许直流供电电源会以十几毫安的充电电流对磷酸铁锂电池组充电。

因此，本供电***供电的总体方法即为：从机低功耗运行时由直流供电电源供电，主机会根据从机对应电池组的剩余容量设置从机充电优先级；从机正常工作时由对应的电池组供电。

如图1所示，各从机均包括有从机控制板5，以及与磷酸铁锂电池组4对应的充放电管理板BTM6。因此利用充放电管理板BTM6来实现磷酸铁锂电池组4与对应供电端口之间的连接。

在本实施例中，磷酸铁锂电池组4设置在一个长方体的电池箱体内，在该电池箱体的长度方向上的一侧固设对应的充放电管理板BTM6，如图2所示，以此构成磷酸铁锂电池组4与对应的充放电管理板BTM6的集成结构，两者的这种位置关系能够有效降低磷酸铁锂电池组4和对应的充放电管理板BTM6的集成结构的高度方向的大小。而且，磷酸铁锂电池组4的电池箱体的高度方向上的一侧固定从机控制器5，从机控制器5与从机的供电端口和通讯端口分别设置在磷酸铁锂电池组4与对应的充放电管理板BTM6的集成结构的高度方向上的两侧。从机在工作时，从机控制板5与相应的供电端口和通讯端口连接，从机控制板5与充放电管理板BTM6连接，由于从机控制板5的体积较大，磷酸铁锂电池组4与对应的充放电管理板BTM6的集成结构的体积较小，所以，将该集成结构设置在从机控制板5和供电端口和通讯端口之间，能够缩短从机控制板5与供电端口和通讯端口之间的连接线缆的长度，节约投入成本，并且由于线缆长度较短，所以，能够便于线缆的管理，防止从机内部线缆连接的杂乱。

另外，为了保证供电***的防爆性和安全性，该供电***还包括若干个保护罩，直流稳压电源、主机和各从机固设在对应的保护罩内，保护直流稳压电源、主机和各从机免受矿下恶劣环境的影响。保护罩可以由金属制成，也可以由硬度较强的阻燃、表面电阻率高的塑料制成。

为了避免从机的启动冲击电流造成直流稳压电源进入过流保护状态，每个从机中还设置有软启动装置。这些软启动装置为现有的设备，所以，关于软启动装置的结构、以及与从机中的其他设备的连接关系等均为现有技术，这里均不再具体说明。

假设供电***的某一组关联设备参数如表1所示：

表1

现有的供电***(电源和主机距离忽略)中，电源可接负载(从机)数量 N和最远传输距离L关系为：

原公式

简化后

本实用新型提供的供电***：

原公式

简化后

所以，本实用新型应用在实时性要求不高的监测***上，可有效增加供电网络距离。另外，从机可使用模块化设计，方便安装及替换。本实用新型提供的供电***可以使用在煤矿、石油、天然气、化工、冶金等领域，有极大的应用前景。

上述实施例中，直流稳压电源连接直流母线，各个从机均连接该直流母线实现各从机的供电，作为其他的实施例，直流稳压电源的电能输出端还可以直接连接主机和各个从机，即以直流稳压电源为中心，以放射状的连接方式供电连接主机和各个从机，这样的话，主机就不再专门设置电能输入端和电能输出端，而是和从机类似，只有一个供电端，该供电端直接连接该直流母线，并且，直流供电母线也无需分为三部分。

上述实施例中，主机和各个从机之间不但有供电连接，还有通讯连接，这只是一种优化的实施方式，作为其他的实施例，若主机和从机之间无需通讯的话，主机和各从机之间还可以只有供电连接，不必进行通讯连接。

另外，本实用新型还提供一种具体的矿用工作站，该工作站的结构与上述从机的结构相同，由于上述已对从机的结构做出了详细的描述，这里就不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于供电***的硬件结构，关于该供电***的运行策略则不做限定性要求，可以采用本实施例中提出的运行策略，当然，还可以采用其他的运行策略。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种矿用直流供电***，其特征在于，包括直流供电电源和若干个工作站，所述工作站包括一个主机和至少一个从机，主机和各从机上均设置有供电端口，所述直流供电电源的电能输出端输出连接一条直流供电母线，所述主机的供电端口连接该直流供电母线；各从机中均设置有储能单元，各从机的供电端口用于在低功耗工作模式下与所述直流供电母线连接，在正常工作模式下与对应的储能单元连接。

2.根据权利要求1所述的矿用直流供电***，其特征在于，主机和各从机上还均设置有通讯端口，主机的通讯端口输出连接一条通讯总线，各从机的通讯端口均连接该通讯总线。

3.根据权利要求2所述的矿用直流供电***，其特征在于，所述主机的供电端口包括电能输入端和电能输出端，所述直流供电母线分为三部分，第一部分连接所述直流供电电源的电能输出端与所述主机的电能输入端；第二部分设置在主机内部，连接所述主机的电能输入端和所述主机的电能输出端；第三部分由所述主机的电能输出端输出连接，用于在低功耗工作模式下与各从机的供电端口连接。

4.根据权利要求3所述的矿用直流供电***，其特征在于，所述第三部分的直流供电母线与所述通讯总线集成设置为四芯总线，其中两芯为所述第三部分的直流供电母线，另外两芯为所述通讯总线，且主机和各从机之间通过T型接线端子连接。

5.根据权利要求1所述的矿用直流供电***，其特征在于，所述供电***还包括与所述直流供电电源、主机和各从机一一对应的保护罩，直流供电电源、主机和各从机均固设在对应的保护罩内。

6.根据权利要求1所述的矿用直流供电***，其特征在于，所述储能单元为磷酸铁锂电池组。

7.根据权利要求1所述的矿用直流供电***，其特征在于，各从机均包括从机控制板，以及与储能单元对应的充放电管理板，储能单元设置在一个长方体电池箱体内，所述电池箱体的长度方向上的一侧固设对应的充放电管理板，所述电池箱体的高度方向上的一侧固设从机控制板，且所述电池箱体设置在对应从机控制板与从机的供电端口之间。

8.根据权利要求1所述的矿用直流供电***，其特征在于，所述直流供电电源为AC/DC变换器，所述AC/DC变换器的交流端用于连接交流电网。

9.一种矿用工作站，其特征在于，包括一个主机和至少一个从机，主机和各从机上均设置有供电端口，所述主机的供电端口用于连接直流供电母线；各从机中均设置有储能单元，各从机的供电端口用于在低功耗工作模式下与所述直流供电母线连接，在正常工作模式下与对应的储能单元连接。