一種雙電源的混合供電型移動供電裝置的製作方法

2023-10-10 21:59:44

本發明屬於電動工具技術領域，特別涉及通信技術、控制技術的一種雙電源的混合供電型移動供電裝置。

背景技術：

例如電動工程機械這樣的用電設備工作往往需要較大的電力，而且有時瞬時所需電力會超過正常電力的2-3倍，如果把這樣的設備直接接入電網，需要電網有很大的預備電力，因此這樣的用電設備常常被拒絕介入電網。而一些發電機型的供電電源也會因為瞬間的發電能力不足而熄火。另外，如在荒漠中可以很容易建立小型的太陽能或風能發電機，但這些發動機的發電量不足以供電動工程機械工作，可這些發電站發出一天發出的總電量其實是足夠工作的。

用儲電型電源的供電車為用電設備供電是一種解決方案，即先在電網上為供電車的蓄電池充好電，然後把供電車移至用電設備附近，為其供電。但是這種供電方案往往需要很大的電池，充電的時間很長，但使用時間卻不長，用電設備需要大功率電力的時候蓄電池負荷較大，要縮短電池的使用壽命。

技術實現要素：

本發明為解決現有技術的問題而發明的一種雙電源的混合供電型移動供電裝置可以很好地克服上述問題，使用電設備能夠在各種工作狀態連續長時間的工作。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案如下：

一種雙電源的混合供電型移動供電裝置，包括可移動供電車和用電設備，可移動供電車為用電設備提供電力，可移動供電車包括可移動車體及電纜收放裝置，電纜收放裝置中設有可自動收放的電纜，可移動車體內設有蓄電池、輸入電力變換裝置、穩壓限流裝置和輸出電力變換裝置，以及控制輸出電力變換裝置和穩壓限流裝置的控制裝置，可移動供電車的電源線路分為兩條：第一條電源線路為蓄電池的電力通過輸出電力變換裝置後經電纜收放裝置的電纜輸送至用電設備；第二條電源線路為外接電源的電力通過輸入電力變換裝置、穩壓限流裝置及輸出電力變換裝置後經電纜收放裝置的電纜輸送至用電設備。其中，在位於輸出電力變換裝置之前的兩條電源線路上設有電力疊加控制裝置。在穩壓限流裝置上可設定外接電源容許的最大電流，當用電設備所要求的電力小於外接電源的容許最大電流時，控制裝置自動調節穩壓限流裝置的穩壓值，使之高於蓄電池電壓，而使電池電壓不能輸出，從而用電設備直接由外接電源供電；當用電設備要求的電流大於外接電源容許電流時，控制裝置自動調節穩壓限流裝置的穩壓值，使穩壓限流裝置的電壓接近或低於蓄電池電壓，而使蓄電池中的電流可以輸出，同外接電源的電流疊加經輸出電力變換裝置轉變為用電設備所需要頻率的電力，經電纜收放裝置輸出。

優選的，位於所述電力疊加控制裝置之前的兩條電源線路上各設有一個電壓傳感器，用於檢測兩條電源線路的電壓，且兩電壓信號被送到控制裝置中。

優選的，所述電力疊加控制裝置包括位於第一條電源線路的輸入電力變換裝置與輸出電力變換裝置之間的第一二極體和位於第二條電源線路的蓄電池輸出端和輸出電力變換裝置之間的第二二極體。

優選的，所述電力疊加控制裝置還包括連接第一條電源線路和第二條電源線路的第三二極體，第三二極體用於外接電源為蓄電池充電。

優選的，所述可移動供電車和所述用電設備中都設有通訊裝置a，用於可移動供電車和用電設備之間信號的傳輸，所述可移動車體中設有控制裝置與通訊裝置a相相連。

優選的，當所述用電設備的用電需求增大時，所述控制裝置接受用電設備的供電指令，下調穩壓限流裝置的穩壓值，使第一條電源線路和第二條電源線路上的電壓值想接近，使蓄電池中的電流可以輸出，與外接電源的電流混合供電。

優選的，本發明的混合供電系統還包括供電調度中心，供電調度中心中設有通訊裝置b，可與移動供電車和用電設備中的通訊裝置a聯繫，供電調度中心通過通訊裝置b可向控制裝置發送指令。

優選的，所述電纜收放裝置和所述輸出電力變換裝置之間設有開關裝置。

優選的，當第一電源線路的電壓傳感器檢測的電壓值低於預先設定的第一容許值時，控制裝置通過通訊裝置a向用電設備一方發出報警，令其降低工作負載，或停歇工作，而用電設備不服從警告而繼續工作，以致使電壓傳感器檢測的電壓值低於預先設定的第二容許值時，也就是有可能損傷蓄電池壽命時，控制裝置自動切斷開關裝置。

優選的，當第一電源線路的電壓傳感器檢測的電壓值低於預先設定的第一容許值時，控制裝置上調穩壓限流裝置的穩壓值，使第二條電源線路上的電壓值高於第一條電源線路的電壓值，而使外接電源可以為蓄電池充電，但因外接電源的電流受穩壓限流器的控制，如果用電設備不減少用電量時，蓄電池電量還會繼續流出，直到電壓繼續下降，而迫使控制裝置切斷開關裝置。

優選的，所述電纜收放裝置中設有拉力檢測裝置及自動收放裝置，根據拉力檢測裝置檢測的電纜拉力，自動收放裝置對電纜進行調節，使電纜處於適度張緊狀態，保證電纜不拖地。

優選的，所述用電設備上設有拉力傳感器及電纜斷開裝置，當拉力傳感器檢測到電纜所受拉力超過臨界值時，電纜斷開裝置可自動斷開電纜的連接。在正常工作下電纜經過電纜收放裝置的自動收放及可移動供電車的驅動，電纜拉力在安全範圍內，但也有意外的情況，如電纜纏繞在其他物體上，或者電纜收放裝置中的電纜完全放出，如果繼續被用電設備拉伸拖拽，此時電纜所受拉力增大，容易造成電纜、插頭或可移動供電車的損壞，因此設置拉力傳感器及電纜斷開裝置，並為拉力傳感器設定一個臨界值。

本發明的有益效果在於：本發明的混合型供電系統，把有只能提供一定容量電力的電源電纜，接到可移動電源的外接電源接口上，由外接電源和電源車內的電池電源混合為工程機械供電，能滿足用電設備的大功率使用需求，充分發揮外接電源或電網電力的能量，延長用電設備持續工作時間，提高蓄電池的使用壽命。尤其對於一些在偏遠地區設有分布式小型太陽能或風能發電站的地方，其直接發電量雖不足以供那些工程機械設備用電，但通過這種混合型供電裝置就可以運行很多大型的工程機械或農機電動設備，而能充分發揮這些地區的電力資源，做更多的建設工作。

附圖說明

圖1是本發明正常工作時的系統關係示意圖。

圖2是本發明中可移動供電車的結構示意圖。

圖中：1、可移動供電車；1.1、可移動車體；1.2、電纜收放裝置；1.3、蓄電池；1.4、輸入電力變換裝置；1.5、穩壓限流裝置；1.6、輸出電力變換裝置；1.7、電力疊加控制裝置；1.7.1、第一二極體；1.7.2、第二二極體；1.7.3、第三三極體；1.8、電壓傳感器；1.9、控制裝置；1.10、開關裝置；2、用電設備；3、供電調度中心；4、外接電源；5、通訊裝置a；6、通訊裝置b。

具體實施方式

下面通過具體實施方式和附圖對本發明作進一步的說明。

實施例一：如圖1和圖2表示了用一臺混合型可移動供電車1為用電設備2（挖掘機）供電的工作系統，可移動供電車1為用電設備2提供電力，可移動供電車1並不一定是專門為一臺用電設備2服務，當本臺用電設備2不工作時，也可能被調度給其它用電設備2供電。下次這臺用電設備2再需要工作時，也可能調其它可移動供電車1來服務。可移動供電車1的調度由供電調度中心3來掌控。用電設備2和可移動供電車1中都有通訊裝置a5，供電調度中心3中有通訊裝置b6。用電設備2可以通過通訊裝置a5向供電調度中心3要求供電服務，則供電調度中心3可調度可移動供電車1前來服務，同時供電調度中心3存有所有可移動供電車1和登錄過的用電設備2，以及周邊供電電源的信息，它通過通訊裝置b6可以遠程設置可移動供電車1中的一些工作參數，而使無論哪一臺可移動供電車1前來做供電服務時，都能提供同樣的供電性能。

可移動供電車1包括可移動車體1.1及電纜收放裝置1.2，電纜收放裝置1.2中設有可自動收放的電纜，可移動車體1.1內設有蓄電池1.3、輸入電力變換裝置1.4（如：把電網的三相交流電變成直流的AC/DC轉換裝置）、穩壓限流裝置1.5（穩壓限流裝置1.5：可以把輸出壓力穩定在一定的範圍內，但不容許電流輸出電流超出預先設定的電流）和輸出電力變換裝置1.6（如：如果用電設備2為交流電機時，輸出電力變換裝置1.6就是把直流電在變成所需要頻率的三相交流電的逆變器；如果用電設備2為直流電機時，輸出電力變換裝置1.6就是直流對直流變換器），可移動供電車1的電源線路分為兩條：

第一條電源線路為蓄電池1.3的電力通過輸出電力變換裝置1.6後經電纜收放裝置1.2的電纜輸送至用電設備2；

第二條電源線路為外接電源4的電力通過輸入電力變換裝置1.4、穩壓限流裝置1.5及輸出電力變換裝置1.6後經電纜收放裝置1.2的電纜輸送至用電設備2。

並且在位於輸出電力變換裝置1.6之前的兩條電源線路上設有電力疊加控制裝置1.7，位於電力疊加控制裝置1.7之前的兩條電源線路上各設有一個可檢測電壓值的電壓傳感器1.8。

電力疊加控制裝置1.7包括位於第一條電源線路的第一二極體1.7.1和位於第二條電源線路的第二二極體1.7.2，以及連接第一條電源線路和第二條電源線路的第三二極體1.7.3。

事先把穩壓限流裝置1.5的輸出電壓調到比蓄電池1.3電壓高的程度，當用電設備2所需的電流小於穩壓限流裝置1.5所設定的電流值時，外接電源4可以給電池充電；當用電設備2所需的電流大於穩壓限流裝置1.5所設定的電流值時，輸出電力變換裝置1.6的輸入口得不到足夠的電流，而使其入口處的電壓降低，低到蓄電池1.3電壓以下時，蓄電池1.3電流經第一二極體1.7.1流出，與從第二二極體1.7.2中流出的電流混合流入輸出電力變換裝置1.6，然後變頻為三相交流電後，經電纜收放裝置1.2中的電纜輸送到用電設備2（如挖掘機的電機），而驅動用電設備2的運轉。

可移動供電車1和用電設備2中聯絡用的通訊裝置a5，其通訊方式可以是有線通訊，也可以是無線通訊。用電設備2通過通訊裝置a5可以向控制裝置1.9發送指令，來控制穩壓限流裝置1.5和輸出電力變換裝置1.6，包括輸出所需電力的電壓，電流或頻率，以滿足用電設備2上的電機轉速的需求。

因為蓄電池1.3電壓的從充滿狀態到不足狀態的變化幅度很大，如果一直保持穩壓限流裝置1.5的穩壓電壓一直不變，會造成兩路電壓過大，而容易增加電力疊加控制裝置1.7內的能耗損失。為防止這種狀態，可通過控制裝置1.9下調穩壓限流裝置1.5的穩壓電壓值並增大容許電流值（但保證總功率不變），而提高整個系統的工作效率。

可移動供電車1和用電設備2中的通訊裝置a5還可以同外部的供電調度中心3的通訊裝置b6進行通訊,通訊方式可以是網際網路或其它無線通訊方式。供電調度中心3可以通過通訊裝置b6，給可移動供電車1上的通訊裝置a5發送使控制裝置1.9去設定穩壓限流裝置1.5的容許電流值這類的指令。這樣，一些常用的外接電源4的最大容許功率就可以提前輸入到供電調度中心3中，只要一接上該電源，控制裝置1.9就可以根據供電調度中心3的資料庫而直接設定電源容許值，而避免造成一些不必要的手續和差錯。

在電纜收放裝置1.2和輸出電力變換裝置1.6之間設有開關裝置1.10，開關裝置的目的是簡化移動供電車的操作。 一般來說，輸出電力變換裝置1.6中會包含很多電源保護或漏電安全措施，很多原因可能會造成這些保護機能的啟動，但這些機能並不經常發生。而一旦這些停止機能啟動後，就必須要有人來重新啟動輸出電力變換裝置1.6，可是如果輸出電力變換裝置1.6經常停止，就需要用電設備2上的操作人員，停止正常作業而到可移動供電車1上來重新啟動輸出電力變換裝置1.6，這很容易破壞施工的連續性。

本發明中設置的開關裝置1.10就是專門為蓄電池1.3電力不足時而專門設置的開關。當蓄電池1.3的電量不足時，開關裝置1.10會自動切斷電路，但當蓄電池1.3的電量回復到正常值範圍後，開關裝置1.10又可以自動復位，使供電系統恢復正常使用，用電設備2的操作人員，不用離開崗位，就能繼續工作。此機能可以讓用電設備2進行一種間歇工作方式。實際上，向挖掘機這樣的工程機械，並不需要總是滿負荷的工作，頻繁的停止和啟動可能不利於發動機的壽命，而電動機，則並不必在意頻繁的啟動停止。利用這個特點，就可以讓挖掘機在怠速時積極停機，而讓外接電源4及時給蓄電池1.3充電，而在需要大負載時，就能讓蓄電池1.3提供更多的電力而讓挖掘機更有力的工作。

歸納起來，本發明可以有下列6種電源工作方式：

方式一：由蓄電池1.3單獨供電，適用於沒有連接外接電源4的情況，蓄電池1.3的電力通過第一條電源線路為用電設備2供電。

方式二：由外接電源4單獨供電，適用於用電設備2所要求的電力小於在穩壓限流裝置1.5上設定的外接電源4容許最大電流的情況，電力疊加控制裝置1.7自動調節穩壓限流裝置1.5的穩壓值，使之高於蓄電池1.3電壓，使蓄電池1.3電力不能輸出，外接電源4的電力通過第二條電源線路為用電設備2供電。

方式三：由蓄電池1.3和外接電源4混合供電，適用於用電設備2所要求的電力大於在穩壓限流裝置1.5上設定的外接電源4容許最大電流的情況，電力疊加控制裝置1.7自動調節穩壓限流裝置1.5的穩壓值，使穩壓限流裝置1.5的電壓接近或低於蓄電池1.3電壓，而使蓄電池1.3中的電流可以輸出，同外接電源4的電流疊加後經輸出電力變換裝置1.6轉變為用電設備2所需要頻率的電力，經電纜收放裝置1.2輸送至用電設備2。

方式四：外界電源4為用電設備2和蓄電池1.3同時供電，適用於用電設備2用電量不大的時段，比如工程機械在怠速工作狀態時，其耗電量不超過外接電源4的容許電流，從而控制裝置1.9可以調高穩壓限流裝置1.5的電壓，而可以使外接電源4能夠同時為蓄電池1.3充電及向用電設備2提供一定的電量。

方式五：間歇工作方式，在用電設備2上的操作手柄都位於空檔狀態時，可通過通訊裝置a5給可移動供電車1發出停機指令，控制裝置1.9自動切斷開關裝置1.10，使外界電源4為蓄電池1.3充電，而當用電設備2上任意一個手柄被觸及後，就會通過通訊裝置a5發出啟動信號，而使開關裝置1.10連接，回復工作狀態。

方式六：由外接電源4為蓄電池1.3單獨充電，適用於用電設備2停止非工作狀態，此時電纜收放裝置1.2的電纜不與用電設備2連接或開關裝置1.10處於斷開狀態，控制裝置1.9將穩壓限流裝置1.5的穩壓值高於蓄電池1.3電壓，使外接電源4的電流通過電力疊加控制裝置1.7的第三二極體1.7.3進入蓄電池1.3為其充電。

實施例二：結合實施例一，外接電源4可以是一個發電機，發電機可以放在可移動車體1.1上，也可以放在其它車上，發電機的輸出電纜被接到外接電源4接口上。發電機可以是柴油發電機，汽油發電機，燃氣發電機，燃料電池等任何形式的發電機。對於工程機械等野外使用的用電設備2來說，找到發電機其實並不困難，但找到合適發電量的發動機則並不容易。發電量大的發電機，如果用電設備2用不完，其實也是浪費。發電量小的發電機，用電設備2稍一用力，發動機就會熄火。兩種情況都不能讓用電設備2合理的工作。

在本實施例中，如果遇到大的發電機時，可以一邊給用電設備2供電，一邊給蓄電池1.3充電，等蓄電池1.3充滿後，就關掉發電機，而完全用蓄電池1.3供電，等蓄電池1.3消耗到一定量後，重新啟動發電機，重複上述過程。這種發電機分時啟動管理，可以由供電調度中心3來簡單實現。可移動供電車1的蓄電池1.3殘量可以通過通訊裝置a5傳給供電調度中心3，供電調度中心3檢測到蓄電池1.3電量已滿的時候，就可以通過通訊裝置b6通知發電機一方（手動或自動）讓發電機停機。因為可移動供電車1上的蓄電池1.3容量最少也能夠維持用電設備2一、二個小時以上的工作時間，所以這種操作並不頻繁，即使是用人工管理，也並不困難。這樣就可以使發電機工作在最佳發電效率電，而減少燃料消費。

如果遇到小型的發電機，發電量不足以滿足用電設備2的用電時，可以讓發電機一直工作在最佳發電效率工作電上，不足部分由蓄電池1.3補充。等到用電設備2中間休息和或負載較低時，就可以用發電機發出的電力給蓄電池1.3充電，從而延長可移動供電車1的供電時間。

本實施例中，用發電機和蓄電池1.3對用電設備2進行混合供電的原理，其特點在於根據野外用電設備2（工程機械）的工作特點，通過電力疊加控制裝置1.7和通訊裝置而把任意形態、任意大小的發電機變成野外用電設備2可以用、並可以自由控制的可移動供電電源，從而能保證電動工程機械、農機等用電設備2在任何地方都可以方便地獲得所需要的電力。

實施例三：結合實施例一，外接電源4可以是一個直流電流源，如電池組，或是太陽能電池等可產生直流電流和電壓的電源，在這種狀態下，輸入電力變換裝置1.4可以是一個DC/DC變換裝置，把外接電源4的電壓轉換成高於電池電壓，其它工作方法同實施例一相同。

實施例四：結合實施例一，用電設備2為直流電機，或需要用直流電力進行驅動的設備時，輸出電力變換裝置1.6也可以是DC/DC變換裝置，用控制裝置1.9控制輸出電力變換裝置1.6而使其對用電設備2提供所需的電壓和電流，其它工作方法同實施例一相同。

以上所述僅為本發明的具體實施例，但本發明的結構特徵並不局限於此，本發明可以用於類似的產品上，任何本領域的技術人員在本發明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發明的專利範圍之中。