CN106849273A - 一种双电源的混合供电型移动供电装置 - Google Patents

Abstract

一种双电源的混合供电型移动供电装置，包括可移动供电车和用电设备，可移动供电车为用电设备提供电力，可移动供电车包括可移动车体及电缆收放装置，电缆收放装置中设有可自动收放的电缆，可移动车体内设有蓄电池、输入电力变换装置、稳压限流装置和输出电力变换装置，可移动供电车的电源线路分为两条，位于输出电力变换装置之前的两条电源线路上设有电力叠加控制装置。本发明提供了一种混合型供电方案，把由只能提供一定容量电力的电源电缆，接到可移动电源的外接电源接口上，用外接电源和电源车内的电池电源混合为工程机械供电，能满足用电设备的大功率使用需求，充分发挥外接电源或电网电力的能量，提高蓄电池的使用寿命。

Description

一种双电源的混合供电型移动供电装置

技术领域

本发明属于电动工具技术领域，特别涉及通信技术、控制技术的一种双电源的混合供电型移动供电装置。

背景技术

例如电动工程机械这样的用电设备工作往往需要较大的电力，而且有时瞬时所需电力会超过正常电力的2-3倍，如果把这样的设备直接接入电网，需要电网有很大的预备电力，因此这样的用电设备常常被拒绝介入电网。而一些发电机型的供电电源也会因为瞬间的发电能力不足而熄火。另外，如在荒漠中可以很容易建立小型的太阳能或风能发电机，但这些发动机的发电量不足以供电动工程机械工作，可这些发电站发出一天发出的总电量其实是足够工作的。

用储电型电源的供电车为用电设备供电是一种解决方案，即先在电网上为供电车的蓄电池充好电，然后把供电车移至用电设备附近，为其供电。但是这种供电方案往往需要很大的电池，充电的时间很长，但使用时间却不长，用电设备需要大功率电力的时候蓄电池负荷较大，要缩短电池的使用寿命。

发明内容

本发明为解决现有技术的问题而发明的一种双电源的混合供电型移动供电装置可以很好地克服上述问题，使用电设备能够在各种工作状态连续长时间的工作。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双电源的混合供电型移动供电装置，包括可移动供电车和用电设备，可移动供电车为用电设备提供电力，可移动供电车包括可移动车体及电缆收放装置，电缆收放装置中设有可自动收放的电缆，可移动车体内设有蓄电池、输入电力变换装置、稳压限流装置和输出电力变换装置，以及控制输出电力变换装置和稳压限流装置的控制装置，可移动供电车的电源线路分为两条：第一条电源线路为蓄电池的电力通过输出电力变换装置后经电缆收放装置的电缆输送至用电设备；第二条电源线路为外接电源的电力通过输入电力变换装置、稳压限流装置及输出电力变换装置后经电缆收放装置的电缆输送至用电设备。其中，在位于输出电力变换装置之前的两条电源线路上设有电力叠加控制装置。在稳压限流装置上可设定外接电源容许的最大电流，当用电设备所要求的电力小于外接电源的容许最大电流时，控制装置自动调节稳压限流装置的稳压值，使之高于蓄电池电压，而使电池电压不能输出，从而用电设备直接由外接电源供电；当用电设备要求的电流大于外接电源容许电流时，控制装置自动调节稳压限流装置的稳压值，使稳压限流装置的电压接近或低于蓄电池电压，而使蓄电池中的电流可以输出，同外接电源的电流叠加经输出电力变换装置转变为用电设备所需要频率的电力，经电缆收放装置输出。

优选的，位于所述电力叠加控制装置之前的两条电源线路上各设有一个电压传感器，用于检测两条电源线路的电压，且两电压信号被送到控制装置中。

优选的，所述电力叠加控制装置包括位于第一条电源线路的输入电力变换装置与输出电力变换装置之间的第一二极管和位于第二条电源线路的蓄电池输出端和输出电力变换装置之间的第二二极管。

优选的，所述电力叠加控制装置还包括连接第一条电源线路和第二条电源线路的第三二极管，第三二极管用于外接电源为蓄电池充电。

优选的，所述可移动供电车和所述用电设备中都设有通讯装置a，用于可移动供电车和用电设备之间信号的传输，所述可移动车体中设有控制装置与通讯装置a相相连。

优选的，当所述用电设备的用电需求增大时，所述控制装置接受用电设备的供电指令，下调稳压限流装置的稳压值，使第一条电源线路和第二条电源线路上的电压值想接近，使蓄电池中的电流可以输出，与外接电源的电流混合供电。

优选的，本发明的混合供电系统还包括供电调度中心，供电调度中心中设有通讯装置b，可与移动供电车和用电设备中的通讯装置a联系，供电调度中心通过通讯装置b可向控制装置发送指令。

优选的，所述电缆收放装置和所述输出电力变换装置之间设有开关装置。

优选的，当第一电源线路的电压传感器检测的电压值低于预先设定的第一容许值时，控制装置通过通讯装置a向用电设备一方发出报警，令其降低工作负载，或停歇工作，而用电设备不服从警告而继续工作，以致使电压传感器检测的电压值低于预先设定的第二容许值时，也就是有可能损伤蓄电池寿命时，控制装置自动切断开关装置。

优选的，当第一电源线路的电压传感器检测的电压值低于预先设定的第一容许值时，控制装置上调稳压限流装置的稳压值，使第二条电源线路上的电压值高于第一条电源线路的电压值，而使外接电源可以为蓄电池充电，但因外接电源的电流受稳压限流器的控制，如果用电设备不减少用电量时，蓄电池电量还会继续流出，直到电压继续下降，而迫使控制装置切断开关装置。

优选的，所述电缆收放装置中设有拉力检测装置及自动收放装置，根据拉力检测装置检测的电缆拉力，自动收放装置对电缆进行调节，使电缆处于适度张紧状态，保证电缆不拖地。

优选的，所述用电设备上设有拉力传感器及电缆断开装置，当拉力传感器检测到电缆所受拉力超过临界值时，电缆断开装置可自动断开电缆的连接。在正常工作下电缆经过电缆收放装置的自动收放及可移动供电车的驱动，电缆拉力在安全范围内，但也有意外的情况，如电缆缠绕在其他物体上，或者电缆收放装置中的电缆完全放出，如果继续被用电设备拉伸拖拽，此时电缆所受拉力增大，容易造成电缆、插头或可移动供电车的损坏，因此设置拉力传感器及电缆断开装置，并为拉力传感器设定一个临界值。

本发明的有益效果在于：本发明的混合型供电系统，把有只能提供一定容量电力的电源电缆，接到可移动电源的外接电源接口上，由外接电源和电源车内的电池电源混合为工程机械供电，能满足用电设备的大功率使用需求，充分发挥外接电源或电网电力的能量，延长用电设备持续工作时间，提高蓄电池的使用寿命。尤其对于一些在偏远地区设有分布式小型太阳能或风能发电站的地方，其直接发电量虽不足以供那些工程机械设备用电，但通过这种混合型供电装置就可以运行很多大型的工程机械或农机电动设备，而能充分发挥这些地区的电力资源，做更多的建设工作。

附图说明

图1是本发明正常工作时的系统关系示意图。

图2是本发明中可移动供电车的结构示意图。

图中：1、可移动供电车；1.1、可移动车体；1.2、电缆收放装置；1.3、蓄电池；1.4、输入电力变换装置；1.5、稳压限流装置；1.6、输出电力变换装置；1.7、电力叠加控制装置；1.7.1、第一二极管；1.7.2、第二二极管；1.7.3、第三三极管；1.8、电压传感器；1.9、控制装置；1.10、开关装置；2、用电设备；3、供电调度中心；4、外接电源；5、通讯装置a；6、通讯装置b。

具体实施方式

下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。

实施例一：如图1和图2表示了用一台混合型可移动供电车1为用电设备2（挖掘机）供电的工作系统，可移动供电车1为用电设备2提供电力，可移动供电车1并不一定是专门为一台用电设备2服务，当本台用电设备2不工作时，也可能被调度给其它用电设备2供电。下次这台用电设备2再需要工作时，也可能调其它可移动供电车1来服务。可移动供电车1的调度由供电调度中心3来掌控。用电设备2和可移动供电车1中都有通讯装置a5，供电调度中心3中有通讯装置b6。用电设备2可以通过通讯装置a5向供电调度中心3要求供电服务，则供电调度中心3可调度可移动供电车1前来服务，同时供电调度中心3存有所有可移动供电车1和登录过的用电设备2，以及周边供电电源的信息，它通过通讯装置b6可以远程设置可移动供电车1中的一些工作参数，而使无论哪一台可移动供电车1前来做供电服务时，都能提供同样的供电性能。

可移动供电车1包括可移动车体1.1及电缆收放装置1.2，电缆收放装置1.2中设有可自动收放的电缆，可移动车体1.1内设有蓄电池1.3、输入电力变换装置1.4（如：把电网的三相交流电变成直流的AC/DC转换装置）、稳压限流装置1.5（稳压限流装置1.5：可以把输出压力稳定在一定的范围内，但不容许电流输出电流超出预先设定的电流）和输出电力变换装置1.6（如：如果用电设备2为交流电机时，输出电力变换装置1.6就是把直流电在变成所需要频率的三相交流电的逆变器；如果用电设备2为直流电机时，输出电力变换装置1.6就是直流对直流变换器），可移动供电车1的电源线路分为两条：

第一条电源线路为蓄电池1.3的电力通过输出电力变换装置1.6后经电缆收放装置1.2的电缆输送至用电设备2；

第二条电源线路为外接电源4的电力通过输入电力变换装置1.4、稳压限流装置1.5及输出电力变换装置1.6后经电缆收放装置1.2的电缆输送至用电设备2。

并且在位于输出电力变换装置1.6之前的两条电源线路上设有电力叠加控制装置1.7，位于电力叠加控制装置1.7之前的两条电源线路上各设有一个可检测电压值的电压传感器1.8。

电力叠加控制装置1.7包括位于第一条电源线路的第一二极管1.7.1和位于第二条电源线路的第二二极管1.7.2，以及连接第一条电源线路和第二条电源线路的第三二极管1.7.3。

事先把稳压限流装置1.5的输出电压调到比蓄电池1.3电压高的程度，当用电设备2所需的电流小于稳压限流装置1.5所设定的电流值时，外接电源4可以给电池充电；当用电设备2所需的电流大于稳压限流装置1.5所设定的电流值时，输出电力变换装置1.6的输入口得不到足够的电流，而使其入口处的电压降低，低到蓄电池1.3电压以下时，蓄电池1.3电流经第一二极管1.7.1流出，与从第二二极管1.7.2中流出的电流混合流入输出电力变换装置1.6，然后变频为三相交流电后，经电缆收放装置1.2中的电缆输送到用电设备2（如挖掘机的电机），而驱动用电设备2的运转。

可移动供电车1和用电设备2中联络用的通讯装置a5，其通讯方式可以是有线通讯，也可以是无线通讯。用电设备2通过通讯装置a5可以向控制装置1.9发送指令，来控制稳压限流装置1.5和输出电力变换装置1.6，包括输出所需电力的电压，电流或频率，以满足用电设备2上的电机转速的需求。

因为蓄电池1.3电压的从充满状态到不足状态的变化幅度很大，如果一直保持稳压限流装置1.5的稳压电压一直不变，会造成两路电压过大，而容易增加电力叠加控制装置1.7内的能耗损失。为防止这种状态，可通过控制装置1.9下调稳压限流装置1.5的稳压电压值并增大容许电流值（但保证总功率不变），而提高整个系统的工作效率。

可移动供电车1和用电设备2中的通讯装置a5还可以同外部的供电调度中心3的通讯装置b6进行通讯,通讯方式可以是互联网或其它无线通讯方式。供电调度中心3可以通过通讯装置b6，给可移动供电车1上的通讯装置a5发送使控制装置1.9去设定稳压限流装置1.5的容许电流值这类的指令。这样，一些常用的外接电源4的最大容许功率就可以提前输入到供电调度中心3中，只要一接上该电源，控制装置1.9就可以根据供电调度中心3的数据库而直接设定电源容许值，而避免造成一些不必要的手续和差错。

在电缆收放装置1.2和输出电力变换装置1.6之间设有开关装置1.10，开关装置的目的是简化移动供电车的操作。 一般来说，输出电力变换装置1.6中会包含很多电源保护或漏电安全措施，很多原因可能会造成这些保护机能的启动，但这些机能并不经常发生。而一旦这些停止机能启动后，就必须要有人来重新启动输出电力变换装置1.6，可是如果输出电力变换装置1.6经常停止，就需要用电设备2上的操作人员，停止正常作业而到可移动供电车1上来重新启动输出电力变换装置1.6，这很容易破坏施工的连续性。

本发明中设置的开关装置1.10就是专门为蓄电池1.3电力不足时而专门设置的开关。当蓄电池1.3的电量不足时，开关装置1.10会自动切断电路，但当蓄电池1.3的电量回复到正常值范围后，开关装置1.10又可以自动复位，使供电系统恢复正常使用，用电设备2的操作人员，不用离开岗位，就能继续工作。此机能可以让用电设备2进行一种间歇工作方式。实际上，向挖掘机这样的工程机械，并不需要总是满负荷的工作，频繁的停止和启动可能不利于发动机的寿命，而电动机，则并不必在意频繁的启动停止。利用这个特点，就可以让挖掘机在怠速时积极停机，而让外接电源4及时给蓄电池1.3充电，而在需要大负载时，就能让蓄电池1.3提供更多的电力而让挖掘机更有力的工作。

归纳起来，本发明可以有下列6种电源工作方式：

方式一：由蓄电池1.3单独供电，适用于没有连接外接电源4的情况，蓄电池1.3的电力通过第一条电源线路为用电设备2供电。

方式二：由外接电源4单独供电，适用于用电设备2所要求的电力小于在稳压限流装置1.5上设定的外接电源4容许最大电流的情况，电力叠加控制装置1.7自动调节稳压限流装置1.5的稳压值，使之高于蓄电池1.3电压，使蓄电池1.3电力不能输出，外接电源4的电力通过第二条电源线路为用电设备2供电。

方式三：由蓄电池1.3和外接电源4混合供电，适用于用电设备2所要求的电力大于在稳压限流装置1.5上设定的外接电源4容许最大电流的情况，电力叠加控制装置1.7自动调节稳压限流装置1.5的稳压值，使稳压限流装置1.5的电压接近或低于蓄电池1.3电压，而使蓄电池1.3中的电流可以输出，同外接电源4的电流叠加后经输出电力变换装置1.6转变为用电设备2所需要频率的电力，经电缆收放装置1.2输送至用电设备2。

方式四：外界电源4为用电设备2和蓄电池1.3同时供电，适用于用电设备2用电量不大的时段，比如工程机械在怠速工作状态时，其耗电量不超过外接电源4的容许电流，从而控制装置1.9可以调高稳压限流装置1.5的电压，而可以使外接电源4能够同时为蓄电池1.3充电及向用电设备2提供一定的电量。

方式五：间歇工作方式，在用电设备2上的操作手柄都位于空档状态时，可通过通讯装置a5给可移动供电车1发出停机指令，控制装置1.9自动切断开关装置1.10，使外界电源4为蓄电池1.3充电，而当用电设备2上任意一个手柄被触及后，就会通过通讯装置a5发出启动信号，而使开关装置1.10连接，回复工作状态。

方式六：由外接电源4为蓄电池1.3单独充电，适用于用电设备2停止非工作状态，此时电缆收放装置1.2的电缆不与用电设备2连接或开关装置1.10处于断开状态，控制装置1.9将稳压限流装置1.5的稳压值高于蓄电池1.3电压，使外接电源4的电流通过电力叠加控制装置1.7的第三二极管1.7.3进入蓄电池1.3为其充电。

实施例二：结合实施例一，外接电源4可以是一个发电机，发电机可以放在可移动车体1.1上，也可以放在其它车上，发电机的输出电缆被接到外接电源4接口上。发电机可以是柴油发电机，汽油发电机，燃气发电机，燃料电池等任何形式的发电机。对于工程机械等野外使用的用电设备2来说，找到发电机其实并不困难，但找到合适发电量的发动机则并不容易。发电量大的发电机，如果用电设备2用不完，其实也是浪费。发电量小的发电机，用电设备2稍一用力，发动机就会熄火。两种情况都不能让用电设备2合理的工作。

在本实施例中，如果遇到大的发电机时，可以一边给用电设备2供电，一边给蓄电池1.3充电，等蓄电池1.3充满后，就关掉发电机，而完全用蓄电池1.3供电，等蓄电池1.3消耗到一定量后，重新启动发电机，重复上述过程。这种发电机分时启动管理，可以由供电调度中心3来简单实现。可移动供电车1的蓄电池1.3残量可以通过通讯装置a5传给供电调度中心3，供电调度中心3检测到蓄电池1.3电量已满的时候，就可以通过通讯装置b6通知发电机一方（手动或自动）让发电机停机。因为可移动供电车1上的蓄电池1.3容量最少也能够维持用电设备2一、二个小时以上的工作时间，所以这种操作并不频繁，即使是用人工管理，也并不困难。这样就可以使发电机工作在最佳发电效率电，而减少燃料消费。

如果遇到小型的发电机，发电量不足以满足用电设备2的用电时，可以让发电机一直工作在最佳发电效率工作电上，不足部分由蓄电池1.3补充。等到用电设备2中间休息和或负载较低时，就可以用发电机发出的电力给蓄电池1.3充电，从而延长可移动供电车1的供电时间。

本实施例中，用发电机和蓄电池1.3对用电设备2进行混合供电的原理，其特点在于根据野外用电设备2（工程机械）的工作特点，通过电力叠加控制装置1.7和通讯装置而把任意形态、任意大小的发电机变成野外用电设备2可以用、并可以自由控制的可移动供电电源，从而能保证电动工程机械、农机等用电设备2在任何地方都可以方便地获得所需要的电力。

实施例三：结合实施例一，外接电源4可以是一个直流电流源，如电池组，或是太阳能电池等可产生直流电流和电压的电源，在这种状态下，输入电力变换装置1.4可以是一个DC/DC变换装置，把外接电源4的电压转换成高于电池电压，其它工作方法同实施例一相同。

实施例四：结合实施例一，用电设备2为直流电机，或需要用直流电力进行驱动的设备时，输出电力变换装置1.6也可以是DC/DC变换装置，用控制装置1.9控制输出电力变换装置1.6而使其对用电设备2提供所需的电压和电流，其它工作方法同实施例一相同。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种双电源的混合供电型移动供电装置，包括可移动供电车（1）和用电设备（2），可移动供电车（1）为用电设备（2）提供电力，其特征在于：

可移动供电车（1）包括可移动车体（1.1）及电缆收放装置（1.2），电缆收放装置（1.2）中设有可自动收放的电缆，可移动车体（1.1）内设有蓄电池（1.3）、输入电力变换装置（1.4）、稳压限流装置（1.5）和输出电力变换装置（1.6），以及控制输出电力变换装置（1.6）和稳压限流装置（1.5）的控制装置（1.9），可移动供电车（1）的电源线路分为两条：

第一条电源线路为蓄电池（1.3）的电力通过输出电力变换装置（1.6）后经电缆收放装置（1.2）的电缆输送至用电设备（2）；

第二条电源线路为外接电源（4）的电力通过输入电力变换装置（1.4）、稳压限流装置（1.5）及输出电力变换装置（1.6）后经电缆收放装置（1.2）的电缆输送至用电设备（2）；

位于输出电力变换装置（1.6）之前的两条电源线路上设有电力叠加控制装置（1.7）。

2.根据权利要求1所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：位于所述电力叠加控制装置（1.7）之前的两条电源线路上各设有一个电压传感器（1.8）。

3.根据权利要求1所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：所述电力叠加控制装置（1.7）包括位于第一条电源线路的第一二极管（1.7.1）和位于第二条电源线路的第二二极管（1.7.2）。

4.根据权利要求3所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：所述电力叠加控制装置（1.7）还包括连接第一条电源线路和第二条电源线路的第三二极管（1.7.3）。

5.根据权利要求1所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：所述可移动供电车（1）和所述用电设备（2）中设有通讯装置a（5），用于可移动供电车（1）和用电设备（2）之间信号的传输；

所述可移动车体（1.1）中的控制装置（1.9）与通讯装置a（5）相连接。

6.根据权利要求5所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：当所述用电设备（2）的用电需求增大时，所述控制装置（1.9）接受用电设备（2）的供电指令，下调稳压限流装置（1.5）的稳压值，使第一条电源线路和第二条电源线路上的电压值想接近。

7.根据权利要求5所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：系统还包括供电调度中心（3），供电调度中心（3）中设有通讯装置b（6），可与移动供电车（1）和用电设备（2）中的通讯装置a（5）联系，

供电调度中心（3）通过通讯装置b（6）可向控制装置（1.9）发送指令。

8.根据权利要求5所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：所述电缆收放装置（1.2）和所述输出电力变换装置（1.6）之间设有开关装置（1.10），其开闭受控制装置（1.9）控制。

9.根据权利要求8所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：当第一电源线路的电压传感器（1.8）检测的电压值低于预先设定的第一容许值时，控制装置（1.9）通过通讯装置a（5）向用电设备（2）一方发出报警，当电压传感器(1.8) 检测的电压值低于预先设定的第二容许值时，控制装置（1.9）自动切断开关装置（1.10）。

10.根据权利要求8所述的一种双电源的混合供电型移动供电装置，其特征在于：当第一电源线路的电压传感器（1.8）检测的电压值低于预先设定的第一容许值时，控制装置（1.9）上调稳压限流装置（1.5）的稳压值，使第二条电源线路上的电压值高于第一条电源线路的电压值。