[发明专利]用于煤矿井下监测监控的磷酸铁锂不间断电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下不间断电源技术领域，特别是涉及采用磷酸铁锂电池的用于煤矿井下监测监控的不间断电源。

背景技术

煤矿井下含有多种易燃、易爆危险性气体(如甲烷、CO等)，需实时采用探头监控，以采取措施保证井下安全。井下监控分站承担着对监控探头信号处理、电路控制的重要任务，主要采用不间断备用电源对井下监控分站实现实时供电。其中电池组是不间断电源(UPS)系统中最为核心的组件之一，电池的重量与体积、放电容量的多少、放电电流特性、高低温放电特性以及使用寿命，直接影响到不间断电源(UPS)的重量、体积、放电时间和可靠性。煤矿井下做为高安全等级的本质安全性场所，要求输出电压、电流实现二级保护，以免引起外部火花造成煤矿井下安全性事故。

目前，市场上的可用于煤矿井下监控分站供电的不间断电源都是由“免维护铅酸蓄电池”来实现，现有铅酸蓄电池存在明显不足：①在3倍率以上电流放电时，只能放出电池容量的30％以下，而充电时，其充电电流必须控制在0.25倍率以上，在完全放电后，其充电时间需要在8小时才能充到电池容量的80％，电池循环性能差、备电时间短的缺点突出；②铅酸蓄电池在寿命周期内，容量逐年下降，其动态变化难于保证输出电压、电流的二级保护，严重制约了煤矿井下不间断电源的指标；③铅酸蓄电池放电的循环寿命在300次左右，在低温环境下放电容量更差，煤矿井下环境温度接近0度，铅酸蓄电池不适宜于煤矿井下应用；④铅酸蓄电池的主要原料是“铅”，其使用及“铅”排放直接影响到地下水环境；⑤铅酸蓄电池在充电过程中存在析氢副反应，而氢气做为高危险性气体严重影响煤矿井下安全。

目前，多数井下监控分站不间断电源的蓄电池技术指标仅为24V/4Ahr，仅能维持井下监控分站工作2小时。随着矿井开采深度的不断加深、开掘面的不断加长，2小时已远不能满足井下实际应用需要。由于铅酸电池组没有内部放电、充电控制机制，其放电输出电压及电流难于处于保持稳定，很难实现输出电流、电压的二级保护性输出，从而显著影响到煤矿井下产品的可靠性、安全性、实用性等多项指标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有煤矿井下使用的铅酸蓄电池技术中的不足和缺陷，提供一种用于煤矿井下监测监控的磷酸铁锂不间断电源装置，可实现电源的电压、电流的二级保护性输出，并防止在电池起火、爆炸时的安全性保护。

本发明的技术方案如下：

一种用于煤矿井下监测监控的磷酸铁锂不间断电源装置，其特征在于：所述不间断电源装置含有电路转换模块、输出电路、电池组控制电路和外围防爆装置；所述电路转换模块的输入端与外部交流电源相连，电路转换模块的输出端经过开关和二级管，与输出电路和电池组及电池组控制电路的输入端呈串联连接，其中输出电路和电池组控制电路呈并联连接；所述电池组采用磷酸铁锂电池组，电池组和电池组控制电路为混联连接；所述的外围防爆装置包括电池腔和本安腔，电池腔和本安腔之间由防爆隔板分隔，磷酸铁锂电池组置于电池腔内，电路部分置于本安腔内，并采用机械过桥方式实现电学连接。

本发明的技术特征还在于：所述的输出电路包括一级过流保护元件、二级过流保护元件、一级过压保护元件、二级过压保护元件和开关处理单元；一级过流保护元件、二级过流保护元件、一级过压保护元件和二级过压保护元件之间串联连接，所述的开关处理单元与过流、过压保护元件并联连接。

上述技术方案中，所述的电池组控制电路包括信号处理单元、功率MOS管、均衡电路、平衡负载和温度监控单元；所述的信号处理单元通过均衡电路和平衡负载实现对磷酸铁锂电池组在充、放电时的电压均衡处理，以及对功率MOS管和温度监控单元实现温度处理；均衡电路在电池组表面取磷酸铁锂电池组各子电池的电位，上传至信号处理单元；温度监控单元在电池组表面取磷酸铁锂电池组各子电池的温度信号，上传至信号处理单元。

本发明具有以下优点及突出性效果：本发明的不间断电源的核心储能电池采用新型材料的磷酸铁锂电池组，该电池具有体积小、充放电循环性能好、高低温环境适用、快速充电、超长使用寿命、不含对环境污染元素等优点；在现有锂电家族中，磷酸铁锂电池具有最高安全性，可有效避免众多锂电池发生的明火、爆炸现象；通过外围防爆装置的采用，该装置的安全性等级进一步提高，已具备在高安全性场合煤矿井下应用的基础。