CN210234713U - 一种新型动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种新型动力系统。该新型动力系统包括：第一供电模块，包括至少两个电池模块，每个电池模块包括正极输出端和负极输出端、蓄电池以及连接有上位机的电池管理模块，蓄电池串联在正极输出端和负极输出端之间，电池管理模块用于检测蓄电池的工作参数；变流器模组，包括至少两组电池输入端和两个母线连接端，母线连接端和每组电池输入端之间串联有变流器，变流器根据上位机的控制信号控制至少两个电池模块之一进行平衡校正的同时，控制至少两个电池模块的其它电池模块对母线连接端供电。本实用新型实施例实现了蓄电池供电的同时进行平衡校正。

Description

一种新型动力系统

技术领域

本实用新型实施例涉及工程机械技术，尤其涉及一种新型动力系统

背景技术

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。

现有起重机的动力系统有柴油机供电、柴油机和市电切换供电以及电池与柴油机共同供电等，采用的蓄电池为锂电池。

但是锂电池在起重机行业频繁大电流放电、大电流充电的使用过程中，电池智能管理系统对电池电量的估算非常容易产生大的误差，电池组内电芯容易产出电压不平衡，继续使用将严重降低电池寿命，甚至发生电池事故，而使用蓄电池组供电时需要专门停机对电池做电量校正和电芯电压平衡。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种新型动力系统，以实现蓄电池组供电的同时进行平衡校正。

为达此目的，本实用新型实施例提供了一种新型动力系统，包括：

第一供电模块，包括至少两个电池模块，每个电池模块包括正极输出端和负极输出端、蓄电池以及连接有上位机的电池管理模块，所述蓄电池串联在所述正极输出端和负极输出端之间，所述电池管理模块用于检测蓄电池的工作状态；变流器模组，包括至少两组电池输入端和两个母线连接端，每组电池输入端包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端连接所述电池模块的正极输出端，所述负极输入端连接所述电池模块的负极输出端，所述母线连接端和每组电池输入端之间串联有变流器，所述变流器根据上位机的控制信号控制所述至少两个电池模块之一基于所述工作参数进行平衡校正的同时，控制至少两个电池模块的其它电池模块对所述母线连接端供电。

进一步的，该新型动力系统还包括负载电机模块，所述负载电机模块包括两个直流供电端、变频器和电机，所述两个母线连接端通过母线对应连接至两个直流供电端，所述变频器将两个直流供电端提供的直流电压转换为交流电以驱动所述电机，或将所述电机的反馈的交流电能量转换为直流电提供至所述两个直流供电端。

进一步的，该新型动力系统还包括第二供电模块和第三供电模块，第二供电模块包括三相输入电源，第三供电模块包括直流输入电源，所述三相输入电源和所述变流器模组的交流输入端相连用于对所述两个母线连接端供电，所述直流输入电源和所述变流器模组的直流输入端相连用于对所述两个母线连接端供电，所述直流输入电源的正极和所述母线之间串联有二极管。

进一步的，所述变流器模组还包括第一整流器，所述第一整流器包括三个输入口和两个输出口，所述三个输入口连接至所述变流器模组的交流输入端，所述两个输出口通过母线连接至所述两个母线连接端。

优选的，所述第二供电模块还包括在三相输入电源和三相输入电源输出端之间设有的第一预设接触器，所述第三供电模块还包括在所述直流输入电源和直流输入电源输出端之间设有的第二预设接触器。

优选的，所述变流器模组还包括在母线与所述第一整流器的一个输出口之间串联的霍尔直流电流检测装置，所述霍尔直流电流检测装置与所述上位机相连。

优选的，所述变流器模组进一步包括低压电涌保护器，所述低压电涌保护器三个输入端连接所述第一整流器的三个输入口，所述低压电涌保护器输出端接地。

进一步的，该新型动力系统还包括辅助模块，所述辅助模块包括辅助变压器和辅助输出接口，所述辅助变压器包括从所述母线串联的第二逆变器。

优选的，变流器采用碳化硅开关管封装，并且用40K开关频率控制。

本实用新型实施例通过电池管理模块用于检测蓄电池中的工作参数信息并反馈至上位机，上位机发送控制信号给变流器控制所述至少两个电池模块之一进行平衡校正的同时，控制至少两个电池模块的其它电池模块对所述负载电机模块供电。达到了蓄电池为起重机供电时不需要停机就可以进行电量校正和电芯电压平衡的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的新型动力系统电路图；

图2是本实用新型实施例二中的新型动力系统的变流器模组电路图；

图3是本实用新型实施例三中的新型动力系统电路图；

图4是本实用新型实施例三中的新型动力系统的变流器模组电路图；

图5是本实用新型实施例三中的新型动力系统的负载电机模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例一提供一种新型动力系统，包括第一供电模块100和变流器模组200。

其中，第一供电模块100包括至少两个电池模块，每个电池模块包括正极输出端和负极输出端、蓄电池以及连接有上位机的电池管理模块，所述蓄电池串联在所述正极输出端和负极输出端之间，所述电池管理模块用于检测蓄电池中的工作参数；变流器模组200包括至少两组电池输入端和两个母线连接端C1+和D1-，每组电池输入端包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端连接所述电池模块的正极输出端，所述负极输入端连接所述电池模块的负极输出端，所述母线连接端C1+和D1-和每组电池输入端之间通过母线串联有变流器，所述变流器根据上位机的控制信号控制所述至少两个电池模块之一进行平衡校正的同时，控制至少两个电池模块的其它电池模块对所述直流供电端供电。

本实施例中，第一供电模块100包括三个电池模块，分别为电池模块B1、电池模块B2和电池模块B3。电池模块B1包括正极输出端B1+和负极输出端B1-、蓄电池B11以及连接有上位机的电池管理模块BMS1。所述蓄电池B11串联在所述正极输出端B1+和负极输出端B1-之间。所述蓄电池B11包括开关、电源和直流熔断器。电池模块B2包括正极输出端B2+和负极输出端B2-、蓄电池B21以及连接有上位机的电池管理模块BMS2，所述蓄电池B21串联在所述正极输出端B2+和负极输出端B2-之间，所述蓄电池B21包括开关、电源和直流熔断器。电池模块B3包括正极输出端B3+和负极输出端B3-、蓄电池B31以及连接有上位机的电池管理模块BMS3，所述蓄电池B31串联在所述正极输出端B3+和负极输出端B3-之间，所述蓄电池B31包括开关、电源和直流熔断器。当其中任一电池模块的蓄电池损坏或无法使用时，可通过开关将蓄电池断开，第一供电模块100就可以继续正常工作。

优选的，蓄电池的工作参数包括蓄电池中电芯的电流、电量、温度和绝缘状态等参数。

示例性的，变流器模组200包括三组电池输入端，每组电池输入端包括正极输入端和负极输入端，本实施例正极输入端A1+连接电池模块B1的正极输出端B1+，负极输入端A1-连接电池模块B1的负极输出端B1-。正极输入端A2+连接电池模块B2的正极输出端B2+，负极输入端A2-连接电池模块B2的负极输出端B2-。正极输入端A3+连接电池模块B3的正极输出端B3+，负极输入端A3-连接电池模块B3的负极输出端B3-。母线连接端C1+和D1-和电池输入端A1+和A1-之间串联有变流器DC/DC1；母线连接端C1+和D1-和电池输入端A2+和A2-之间串联有变流器DC/DC2；母线连接端C1+和D1-和电池输入端A3+和A3-之间串联有变流器DC/DC3。

示例性的，变流器根据母线的电压自动进行调控，进行放电电流的平衡，上位机通过变流器模块200里一个总的微处理器MPU给每个变流器的微处理器MPU限制调控的最高或最低电压，微处理器MPU与变流器中的每个三极管相连。

当三组电池模块的电池管理模块BMS1、BMS2和BMS3接收上位机的指令检测完蓄电池中电芯的电量、电流、温度和绝缘状态后，将信息传输至上位机，上位机对变流器模块200里总的微处理器MPU发送平衡校正的指令，变流器DC/DC1接收微处理器MPU平衡校正的指令，变流器DC/DC1开始自动对其放电电压进行调整，从而对蓄电池B11进行平衡校正，同时变流器DC/DC2和DC/DC3使蓄电池B21和蓄电池B31进行正常放电。当蓄电池B11平衡校正结束之后，蓄电池B21进行平衡校正，同时蓄电池B11和蓄电池B31进行正常放电，当蓄电池B21平衡校正结束之后，蓄电池B31进行平衡校正，同时蓄电池B11和蓄电池B21进行正常放电。本实用新型实施例通过电池管理模块检测蓄电池的电量和电芯电压等信息并反馈至上位机，上位机发送信号给变流器控制所述三个电池模块之一进行平衡校正的同时，其他两个电池模块对正常放电，达到了蓄电池供电时不需要停机就可以进行电池的电量校正和电芯电压平衡的效果，因此，蓄电池因为可以一直进行平衡校正，其使用寿命和利用率提高，蓄电池的适用类别也相应扩大了。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例二是在实施例一中的变流器模组的基础上对本实用新型进一步的改进。

在本实施例中，变流器模组200还包括第一整流器AC/DC，所述第一整流器AC/DC包括三个输入口和两个输出口，所述三个输入口连接至所述变流器模组200的交流输入端R1、S1、T1，所述两个输出口通过母线连接至所述两个母线连接端C1+和D1-，所述两个输出口通过二极管G1整流与直流输入端C1、D1相连。

示例性的，所述变流器模组200还包括所述在母线与所述第一整流器AC/DC的一个输出口之间依次串联的预充电回路A0。

作为优选的，所述变流器模组200还包括从所述母线依次串联的第二逆变器DC/AC和正弦波滤波器LC，正弦波滤波器LC和变流器模组200的辅助输出端U1、V1、W1接口相连。

作为优选的，变流器DC/DC1、DC/DC2和DC/DC3和正极A1+、A2+和A3+上还分别串联有直流电抗器L1、L2、L3和预充电回路A1、A2、A3，直流电抗器用于将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值，保持整流电流连续，减小电流脉动值，改善输入功率因数，并可以抑制变流装置产生的谐波，预充电回路用于限制电源接通瞬间对电容器充电电流的作用，以保护整流器AC/DC的元件不会因电容器瞬间的短路电流而损坏。

作为优选的，所述变流器DC/DC采用碳化硅开关管封装，并且用40kHz开关频率控制，即电源的脉冲宽度调制控制芯片驱动脉冲工作频率为40kHz，这样设置开关损耗小、对走线要求低，采用良好的半导体材料碳化硅做开关管封装，高温可抗氧化，且电流波动小，直流电抗器所需的重量和体积减小，因此直流电抗器可设于变流器模块内。

本实施例中的变流器模组200包含第一整流器AC/DC、第二逆变器DC/AC和三个变流器DC/DC1、DC/DC2和DC/DC3以及其他必要元件，实现了蓄电池组供电的同时进行平衡校正，还提供了直流和交流电源输入口，保证了供电的稳定性，此外，变流器DC/DC采用碳化硅开关管封装，40kHz开关频率控制，直流电抗器所需的重量和体积减小，实现了直流电抗器的内置。

实施例三

如图3、图4和图5所示，本实用新型实施例三是在实施例一的基础上对本实用新型进一步的改进，图3为本实用新型实施例提供的一种新型动力系统，图4为图3提供的一种新型动力系统的变流器具体电路图，图5为图3提供的一种新型动力系统的负载电机模块电路图。

本实施例中，新型动力系统还包括负载电机模块300，包括两个直流供电端C+和D-、变频器INV和电机M，所述两个母线连接端C1+和D1-通过母线对应连接至两个直流供电端C+和D-，所述变频器INV将两个直流供电端C+和D-提供的直流电压转换为交流电以驱动所述电机M，或将所述电机M的反馈的交流电能量转换为直流电提供至所述两个直流供电端C+和D-。

示例性的，所述电机M可以为起重机和汽车等多个领域使用的电机，本实施例采用起重电机M。

优选的，微处理器MPU与逆变器DC/AC中的每个三极管相连，负载电机模块的另一上位机通过微处理器MPU控制变频器INV，调整电流的流向和频率，所述变频器INV将两个直流供电端C+和D-提供的直流电压转换为交流电以驱动所述起重电机M和控制其转速，或将所述起重电机M的反馈的交流电能量转换为直流电提供至所述两个直流供电端C+和D-。其中，变频器INV的逆变器DC/AC与起重电机M的三相接入口U1、V1、和W1串联。

示例性的，起重机吊起重物时，通过蓄电池B11、蓄电池B21和蓄电池B31共同向起重电机M提供能量，三个变流器实时调节放电电流，使三组电池模块放电负载基本相同；然后由母线通过两个母线连接端C1+和D1-连接变频器INV的两个直流供电端C+和D-，变频器INV中的逆变器DC/AC自动调整输出电源的电压和频率，根据起重电机M的实际需要来提供其所需要的电源电压，将两个直流供电端提供的直流电压转换为交流电以驱动所述起重电机M。

进一步的，新型动力系统还包括第二供电模块400，第二供电模块400包括三相输入电源，所述三相输入电源输出端R接口和所述变流器模组200的交流输入端R1接口相连，所述三相输入电源输出端S接口和所述变流器模组200的交流输入端S1接口相连，所述三相输入电源输出端T接口和所述变流器模组200的交流输入端T1接口相连，用于对所述两个母线连接端C1+和D1-供电，所述第二供电模块还包括三相输入电源和三相输入电源输出端R、S、T接口之间设有的第一预设接触器-KM1，用于预充电和低电压释放保护。

作为优选的，所述变流器模组200进一步包括PE1接口，与第二供电模块400的PE接口相连，PE接口接地，用于变流器外壳发生漏电时起保护作用。

进一步的，新型动力系统还包括第三供电模块500，第三供电模块500包括直流输入电源，所述直流输入电源输出端D0和CO和所述变流器模组200的直流输入端D1和C1相连用于对所述两个母线连接端C1+和D1-供电，直流输入电源的正极P+和直流输入端的C0接口相连，直流输入端的C0接口和变流器模组200的C1接口相连，直流输入电源的负极N-和直流输入端的D0接口相连，直流输入端的D0接口和变流器模组200的D1接口相连。所述直流输入电源的正极P+和直流供电端D-之间通过母线连接串联有用于整流的二极管G1，所述第三供电模块500还包括在直流输入电源和直流输入电源输出端D0和CO之间设有的第二预设接触器-KM2，用于预充电和低电压释放保护。

进一步的，新型动力系统还包括辅助模块600。所述辅助模块600包括辅助变压器和辅助输出接口，辅助输出接口包括从辅助变压器的次级线头对应接出的空调接口L1、L2、照明系统接口L3和零线N，辅助模块输入端U、V、W与辅助变压器的初级线头对应相连，辅助模块输入端的U接口与变流器模组200的U1接口相连；辅助模块输入端的V接口与变流器模组200的V1接口相连；辅助模块输入端的W接口与变流器模组200的W1接口相连。

进一步的，所述变流器模组200还包括第一整流器AC/DC，所述第一整流器AC/DC包括三个输入口和两个输出口，所述三个输入口连接至所述变流器模组200的交流输入端R1、S1、T1，所述两个输出口通过母线连接至所述两个母线连接端C1+和D1-。

作为优选的，所述变流器模组200进一步包括低压电涌保护器F0，所述低压电涌保护器F0的三个输入端连接所述第一整流器的三个输入口，所述低压电涌保护器F0的输出端接地。

作为优选的，所述变流器模组200还包括所述在母线与所述第一整流器AC/DC的一个输出口之间依次串联的预充电回路A0、霍尔直流电流检测装置T1和第一预设直流熔断器F1。

进一步的，新型动力系统还包括辅助模块，所述辅助模块包括辅助变压器和辅助输出接口，所述辅助变压器包括从所述母线串联的第二逆变器DC/AC。

作为优选的，所述变流器模组200包括从所述母线依次串联的第二预设直流熔断器F2、第二逆变器DC/AC和正弦波滤波器LC，正弦波滤波器LC和变流器模组200的辅助输出端U1、V1、W1接口相连。

作为优选的，所述变流器DC/DC采用碳化硅开关管封装，并且用40kHz开关频率控制，即电源的脉冲宽度调制控制芯片驱动脉冲工作频率为40kHz，这样设置开关损耗小、对走线要求低，采用良好的半导体材料碳化硅做开关管封装，高温可抗氧化，且电流波动小，因此直流电抗器可设于变流器模块内。

作为优选的，变流器DC/DC1、DC/DC2、DC/DC3和第二逆变器DC/AC都连接有微处理器MPU，这些微处理器MPU和霍尔直流电流检测装置T1都连接至变流器模块200里一个总的微处理器MPU并接收变流器模块200的总微处理器MPU的控制，变频器INV也连接有微处理器MPU，该微处理器MPU与负载电机模块300的另一上位机之间相连并接收该上位机的控制。

可选的，如图5所示，负载电机模块300可以包括多个负载电机，即在母线上还可以并联大车电机M2和小车电机M3，大车电机M2串联有变频器INV2，小车电机M3串联有变频器INV3，变频器INV2的逆变器DC/AC2与大车电机M2的三相接入口U2、V2、和W2串联，变频器INV3的逆变器DC/AC3与小车电机M3的三相接入口U3、V3、和W3串联，大车电机M2和小车电机M3的被供电方式以及变频器的调节方式与上述实施例中的起重电机M相同。

示例性的，起重机吊起重物时，通过外部接入电源与蓄电池B1、蓄电池B2和蓄电池B3共同向起重机提供能量。其中，外部接入电源可以是小柴油发动机组接入三相输入电源提供的电源；或者是市电滑触交流电源接入三相输入电源提供的电源；或者是市电滑触直流电源接入直流输入电源提供的电源。微处理器MPU根据母线电压的变化实时调节放电电流，使三组电池模块放电负载基本相同，同时确保外部接入电源的不过载；然后由母线通过两个母线连接端C1+和D1-连接变频器INV的两个直流供电端C+和D-，变频器INV调整输出电源的电压和频率，根据起重电机M的实际需要来提供其所需要的电源功率，将两个直流供电端C+和D-提供的直流电压转换为交流电以驱动所述起重电机M。

当起重机待机等待时，小柴油发电机继续运行，此时提供的电能会给三组电池模块的蓄电池B1、B2和B3充电，三个变流器自动实时调节该充电电流，使三组电池模块充电负载基本相同。

示例性的，起重机吊起重物时，霍尔直流电流检测装置T1检测第二供电模块400和第三供电模块500的输出负载电流、三个蓄电池B11、B21和B31的放电电流，将该数据传输至上位机，三个变流器自动实时调节第一供电模块100的放电电流和限定第二供电模块400和第三供电模块500电源的输入功率，使三个蓄电池B11、B21和B31的放电负载基本相同，同时确保外部接入电源的不过载。

作为优选的，每个电池模块B1、B2和B3中的变流器DC/DC1、DC/DC2和DC/DC3和蓄电池B11、B21和B31之间的正极B1+、B2+和B3+上还分别串联有直流电抗器L1、L2、L3和预充电回路A1、A2、A3，直流电抗器用于将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值，保持整流电流连续，减小电流脉动值，改善输入功率因数，并可以抑制变流装置产生的谐波；每个电池模块中母线和变流器DC/DC1、DC/DC2和DC/DC3之间的变流器正极上还分别串联有直流熔断器F3、F4和F5。

示例性的，预充电回路用于限制电源接通瞬间对电容器充电电流的作用，以保护整流器AC/DC的元件不会因电容器瞬间的短路电流而损坏，直流熔断器用于电流过大时保护电路。

示例性的，第一供电模块100、第二供电模块400和第三供电模块500提供的电能和负载电机模块300反馈的电能都可以为辅助模块600提供电能，正常工作时，通过第一供电模块100、第二供电模块400和第三供电模块500提供的电能给辅助模块600供电，负载电机模块300反馈电能时，通过连接负载电机模块300的另一上位机的微处理器MPU来控制电流反向，逆变器DC/AC和变流器自动调节使第一供电模块100、第二供电模块400和第三供电模块500提供的电能的电压和负载电机模块300反馈的电能的电压平衡，使其共同给辅助模块600提供电能。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种新型动力系统，其特征在于，包括：

第一供电模块，包括至少两个电池模块，每个电池模块包括正极输出端和负极输出端、蓄电池以及连接有上位机的电池管理模块，所述蓄电池串联在所述正极输出端和负极输出端之间，所述电池管理模块用于检测蓄电池的工作参数；

变流器模组，包括至少两组电池输入端和两个母线连接端，每组电池输入端包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端连接所述电池模块的正极输出端，所述负极输入端连接所述电池模块的负极输出端，所述母线连接端和每组电池输入端之间串联有变流器，所述变流器根据上位机的控制信号控制所述至少两个电池模块之一基于所述工作参数进行平衡校正的同时，控制至少两个电池模块的其它电池模块对所述母线连接端供电。

2.根据权利要求1所述的一种新型动力系统，其特征在于，还包括负载电机模块，所述负载电机模块包括两个直流供电端、变频器和电机，所述两个母线连接端通过母线对应连接至所述两个直流供电端，所述变频器将所述两个直流供电端提供的直流电压转换为交流电以驱动所述电机，或将所述电机的反馈的交流电能量转换为直流电提供至所述两个直流供电端。

3.根据权利要求1所述的一种新型动力系统，其特征在于，还包括第二供电模块和第三供电模块，第二供电模块包括三相输入电源，第三供电模块包括直流输入电源，所述三相输入电源和所述变流器模组的交流输入端相连用于对所述两个母线连接端供电，所述直流输入电源和所述变流器模组的直流输入端相连用于对所述两个母线连接端供电，所述直流输入电源的正极和所述母线之间串联有二极管。

4.根据权利要求3所述的一种新型动力系统，其特征在于，所述变流器模组还包括第一整流器，所述第一整流器包括三个输入口和两个输出口，所述三个输入口连接至所述变流器模组的交流输入端，所述两个输出口通过母线连接至所述两个母线连接端。

5.根据权利要求3所述的一种新型动力系统，其特征在于，所述第二供电模块还包括在三相输入电源和三相输入电源输出端之间设有的第一预设接触器，所述第三供电模块还包括在所述直流输入电源和直流输入电源输出端之间设有的第二预设接触器。

6.根据权利要求4所述的一种新型动力系统，其特征在于，所述变流器模组还包括在母线与所述第一整流器的一个输出口之间串联的霍尔直流电流检测装置，所述霍尔直流电流检测装置与所述上位机相连。

7.根据权利要求4所述的一种新型动力系统，其特征在于，所述变流器模组进一步包括低压电涌保护器，所述低压电涌保护器三个输入端连接所述第一整流器的三个输入口，所述低压电涌保护器输出端接地。

8.根据权利要求1所述的一种新型动力系统，其特征在于，进一步包括辅助模块，所述辅助模块包括辅助变压器和辅助输出接口，所述辅助变压器包括从所述母线串联的第二逆变器。

9.根据权利要求1所述的一种新型动力系统，其特征在于，所述变流器采用碳化硅开关管封装，并且用40kHz开关频率控制。

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