CN220272904U - 柔性电源系统及其开关连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性电源系统及其开关连接器，包括：第一电源端子、第二电源端子、可控开关、通讯端子、采集单元、监控单元，本实用新型不再是在户外电源中固定预配仅具备电气连接作用和高防护等级作用的连接器，而是设计了单独的具备电流保护的断路器功能的开关连接器，可按照需求选择需要数量的开关连接器灵活插接到户外电源的接口中，而且该开关连接器具有电流采集功能，可与户外电源建立通讯连接设置任意电流阈值，当采集的电流超过电流阈值即控制可控开关断开进行保护，总之，本实用新型能够根据客户要求，柔性配置开关连接器的数量，柔性设置电流阈值，极大提高产品可靠性和可用性。

Description

柔性电源系统及其开关连接器

技术领域

本实用新型涉及户外电源领域，尤其涉及一种柔性电源系统及其开关连接器。

背景技术

在户外一体化电源中，为了达到IP65高防护等级使用要求,其必须使用IP65电源连接器连接外部的交流电源、直流负载、蓄电池。然而目前的IP65电源连接器无法采集各交流支路、直流支路和电池支路的电流、电压等支路数据，无法进行自动分合闸，电源连接器仅是实现电气连接作用和高防护等级作用，支路数据的采集和分合闸控制必须集成在一体化电源内部，而且一体化电源是必须预先全部配满IP65电源连接器来作为各支路的连接端子，当发生电路过载和短路故障，各支路通过回路中的熔断器保护，而熔断器熔断后，就需要更换熔断器，但是对于抱杆安装的电源，需要爬杆登高更换，更好熔断器极为困难，而且这些熔断器安装在电源后，不能灵活设置熔断电流，总而言之，现有的户外一体化电源无论是支路的拓展还是过流保护都不够柔性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述户外一体化电源在支路拓展和保护方面缺乏柔性的缺陷，提供一种柔性电源系统及其开关连接器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关连接器，包括：

第一电源端子，用于连接外部支路以实现电源输入或者输出；

第二电源端子，用于与户外电源插接后实现电源连接；

可控开关，串在所述第一电源端子和所述第二电源端子之间的电源路径中；

通讯端子，用于与户外电源插接后实现通讯连接，所述户外电源通过所述通讯端子设置所述电源路径的电流阈值；

采集单元，连接至所述电源路径上，用于采集所述电源路径的电气参数信号并反馈给所述监控单元；

监控单元，与所述通讯端子、采集单元和可控开关分别连接，用于在所述采集单元采集的电流信号超过所述电流阈值时断开所述可控开关。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，所述可控开关为级联导通开关，包括作为主开关的可控式半导体开关和作为副开关的可控式机械开关；所述可控式机械开关和可控式半导体开关串联于所述第一电源端子和所述第二电源端子之间，所述可控式机械开关和可控式半导体开关的受控端连接所述监控单元。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，所述可控式半导体开关为MOS管。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，所述第二电源端子、通讯端子集成在一个直插式接头中。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，所述直插式接头为与单层PCB金手指或者双层PCB金手指或者多层PCB金手指插接的金手指或者导电排。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，所述通讯端子与所述户外电源通过RS485或者CAN通讯。

进一步地，在本实用新型所述的开关连接器中，还包括与所述监控单元连接的告警模块，用于在所述采集单元采集的电流信号超过电流阈值时进行告警。

二方面，构造一种柔性电源系统，包括户外电源，所述户外电源具有多个与所述的开关连接器插接的接口。

进一步地，在本实用新型所述的柔性电源系统中，所述户外电源的部分接口插接所述开关连接器，其余接口通过防护盖板塞住密封。

进一步地，在本实用新型所述的柔性电源系统中，所述防护盖板为塑料片，所述塑料片插入所述户外电源的接口内并通过螺丝或压紧件锁紧。

本实用新型的柔性电源系统及其开关连接器，具有以下有益效果：本实用新型不再是在户外电源中固定预配仅具备电气连接作用和高防护等级作用的连接器，而是设计了单独的具备开关功能的开关连接器，可按照需求选择需要数量的开关连接器灵活插接到户外电源的接口中，而且该开关连接器具有采集功能，可与户外电源建立通讯连接设置任意电流阈值，电流超过设置的电流阈值即控制可控开关断开进行保护，总之，本实用新型能够根据客户要求，柔性配置开关连接器的数量以及电流阈值，极大提高产品可靠性和可用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型柔性电源系统的结构示意图；

图2是本实用新型开关连接器的电路结构示意图；

图3是本实用新型开关连接器的连接方式示意图；

图4是两种直插式端子的结构示意图；

图5是本实用新型开关连接器的两种直插式连接方式示意图；

图6是防护盖板密封方式示意图；

其中：1—高防护等级户外电源，2—开关连接器；3—外部支路，21—第一电源端子，22—第二电源端子，23—通讯端子，24—可控式机械开关，25—可控式半导体开关，26—采集单元，27—监控单元，10—接口，11—PCB板，12—防护盖板，13—螺丝。

具体实施方式

针对现有技术中户外一体化电源在支路拓展和保护方面缺乏柔性的缺陷，本实用新型提出一种柔性电源系统及其开关连接器，主要思路是，本实用新型不再是在户外电源中固定预配仅具备电气连接作用和高防护等级作用的连接器，而是设计了单独的具备开关功能的开关连接器，其包括第一电源端子、第二电源端子、通讯端子、采集单元、可控开关和监控单元，通过第二电源端子、通讯端子与户外电源插接，户外电源可通过通讯端子为开关连接器设置具体的电流阈值，开关连接器通过采集单元采集电源路径的电气参数信号，通过可控开关实现电气连接的通断控制，在所述采集单元采集的电流信号超过电流阈值时断开可控开关即可；本实用新型能够根据客户要求，柔性配置开关连接器的数量以及电流阈值，极大提高产品可靠性和可用性。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，本实用新型的柔性电源系统包括高防护等级户外电源1，如图5，所述高防护等级户外电源1具有多个接口10，每一接口10用于供本实用新型的开关连接器2插接，通过开关连接器2连接外部支路3，外部支路3具体是交流输入电源、直流输出负载、电池中的任一种。

参考图2，具体的，开关连接器2包括第一电源端子21、第二电源端子22、通讯端子23、采集单元26、可控开关和监控单元27。

第一电源端子21，用于连接外部支路3以实现电源输入或者输出。具体的，若第一电源端子21连接的是交流输入电源，则是实现电源输入；若第一电源端子21连接的是直流输出负载或者电池，则是实现电源输出。

第二电源端子22用于与高防护等级户外电源1插接后实现电源连接。

通讯端子23用于与高防护等级户外电源1插接后实现与户外电源1的监控通讯连接，户外电源1的监控可以基于此通信连接获得开关连接器2的信息，并可相应控制开关连接器2。具体的，所述通讯端子23与户外电源1的监控通过RS485或者CAN通讯。基于此通讯连接，户外电源1的监控得以与开关连接器2通信，从而实现交互。

本实施例中，所述第二电源端子22、通讯端子23集成在一个直插式接头中。如图3所示，高防护等级户外电源1具有多个与开关连接器2插接的接口10，单个开关连接器2是通过一个直插式接头插入户外电源1的一个接口10，这样各个外部支路3可以通过开关连接器2快速连接到高防护等级户外电源1中。

户外电源1内部有PCB板11，其可以通过图4、5中的图(a)所示的单层PCB金手指，或者图4、5中的图(b)所示的双层PCB金手指，还可以是多层PCB金手指等方式，实现与开关连接器2的直插式接头互插互联。开关连接器2的所述直插式接头为与单层PCB金手指或者双层PCB金手指或者多层PCB金手指插接的金手指或者导电排。

图3中展示了户外电源1的五个接口10全部插入开关连接器2的情况。实际上，可以根据所要连接的交流输入电源、直流输出负载、电池的数量，选择插入对应数量的开关连接器2，如图6所示，其余无需连接开关连接器2的接口10通过防护盖板12塞住密封，保证IP65防护。具体来说，所述防护盖板12为塑料片，所述塑料片插入所述高防护等级户外电源1的接口10内并通过螺丝13或者压紧件锁紧。

继续参考图2，本实用新型的可控开关，串在所述第一电源端子21和第二电源端子22的电源路径中。优选地，所述可控开关为级联导通开关，包括作为主开关的可控式半导体开关25和作为副开关的可控式机械开关24；所述可控式机械开关24和可控式半导体开关25串联于所述第一电源端子21和所述第二电源端子22之间，所述可控式机械开关24和可控式半导体开关25的受控端连接所述监控单元27。

具体来说，可控式机械开关24可以是类似接触器的通过线圈供电触发衔铁闭合的电磁开关，所述可控式半导体开关25可以为MOS管，通过控制MOS管可以断开或闭合外部支路3。当需要MOS管去闭合外部支路3前，先确保可控式机械开关24闭合，再闭合MOS管，以避免机械开关24带电闭合。当MOS开关25断开后，再通过断开串联的机械开关24，可实现支路的机械断点要求。采用MOS管作为分合闸控制，分断时间在几十微秒内，实现快速分断故障回路，而铁锂电池的分断时间是几百微秒，不会在开关连接器2动作前断开，从而保持铁锂电池在线工作，这样其他正常负载继续工作，提高系统可靠性。

采集单元26连接至所述电源路径上，用于采集所述电源路径的电气参数信号并反馈给所述监控单元27。电气参数信号包括但不限于电压、电流、温度等参数，采集单元26的实现可以参考既有的电压、电流、温度采样电路，这是一种非常成熟的技术，此处不再赘述。

监控单元27，与所述通讯端子23、采集单元26和可控开关分别连接，用于在所述采集单元26采集的电流信号超过电流阈值时断开所述可控开关。

监控单元27包含具有RS485或者CAN通讯功能的MCU，其可通过通讯端子23实现与所述高防护等级户外电源1的数据交互，比如说，监控单元27可以将采集单元26采集的信息通过建立的通信连接给到户外电源1的监控，这样户外电源1的监控就不需要负责对所有的外部支路3的数据采集了，而是由各个外部支路3所对应的开关连接器2来负责。户外电源1的监控还可以通过此通信连接下发电源路径的电流阈值等信息给到监控单元27，从而实现电流阈值的灵活配置(不同的产品额定电流不同，所以通过灵活配置电流阈值，可以适用各种产品的电流保护)，阈值可以是对外部支路3进行过载、短路保护的开关额定电流阈值、保护电流阈值等，可以通过比较器来监控电流是否超过阈值。进一步地，户外电源1的监控还可以基于该通信连接自动或远程控制开关连接器2的可控开关的通断。监控单元27也可以在本地帮忙户外电源1分担一些处理任务，比如说计量电量等，当然这些任务本身的处理方法是既有的，只不过是将这些任务的执行主体从所述户外电源1转移到监控单元27而已，因此本实用新型无需对方法本身进行改进，只不过是依赖于开关连接器2本地的监控单元27这个硬件的存在，将原本是由所述高防护等级户外电源1负责的任务匀出来部分给到各路监控单元27分担而已。

优选地，还可以设置与所述监控单元27连接的告警模块，用于在所述采集单元26采集的电流信号超过电流阈值时进行告警，例如欠压告警、过压告警、过流告警，过温告警等，可由户外电源1负责通过通信连接远程设置告警值。告警模块可以参考常见的蜂鸣报警、闪烁报警等。

需要说明的是，外部支路3并非一定要通过本实施例的开关连接器2插入户外电源1，也可以是只有直流输出负载采用开关连接器2接入户外电源1，或者只有交流输入电源采用开关连接器2接入户外电源1，或者只有电池采用开关连接器2接入户外电源1，还可以交流输入电源、直流输出负载、电池的排列组合使用开关连接器2接入户外电源1。

本实施例的有益效果在于：开关连接器2采用直插式连接方式，方便客户负载设备扩容，客户可根据实际负载路数，柔性选择开关连接器2的数量，节省投资，后续根据需要，随时新增插入开关连接器2，实现即插即用；开关连接器2的电流阈值的柔性设置功能，可以根据实际负载设备的工作电流，具体设置电流阈值；采用开关连接器2，每个开关连接器2可以采集电路参数、控制上下电、告警等，便于户外电源1实现电路高效管理；开关连接器2能够快速分断故障回路，从而保持铁锂电池在线工作，这样其他正常负载继续工作，提高系统可靠性；不同的开关连接器2都是独立工作，实现精准定位控制功能。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

这里，要说明的是，本实用新型涉及的功能、算法、方法等仅仅是现有技术的常规适应性应用，比如说电气参数的采集、电量的计算等，此前都是户外电源负责的，本申请只是将这些功能转移给到开关连接器来分担而已。因此，本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、算法、方法本身，也即本实用新型虽然涉及一点功能、算法、方法，但并不包含对功能、算法、方法本身提出的改进。本实用新型对于功能、算法、方法的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种开关连接器，其特征在于，包括：

第一电源端子，用于连接外部支路以实现电源输入或者输出；

第二电源端子，用于与户外电源插接后实现电源连接；

可控开关，串在所述第一电源端子和所述第二电源端子之间的电源路径中；

通讯端子，用于与所述户外电源插接后实现通讯连接，所述户外电源通过所述通讯端子设置所述电源路径的电流阈值；

采集单元，连接至所述电源路径上，用于采集所述电源路径的电气参数信号并反馈给所述监控单元；

监控单元，与所述通讯端子、采集单元和可控开关分别连接，用于在所述采集单元采集的电流信号超过所述电流阈值时断开所述可控开关。

2.根据权利要求1所述的开关连接器，其特征在于，所述可控开关为级联导通开关，包括作为主开关的可控式半导体开关和作为副开关的可控式机械开关；所述可控式机械开关和可控式半导体开关串联于所述第一电源端子和所述第二电源端子之间，所述可控式机械开关和可控式半导体开关的受控端连接所述监控单元。

3.根据权利要求2所述的开关连接器，其特征在于，所述可控式半导体开关为MOS管。

4.根据权利要求1所述的开关连接器，其特征在于，所述户外电源为高防护等级电源，所述第二电源端子、通讯端子集成在一个直插式接头中。

5.根据权利要求4所述的开关连接器，其特征在于，所述直插式接头为与单层PCB金手指或者双层PCB金手指或者多层PCB金手指插接的金手指或者导电排。

6.根据权利要求1所述的开关连接器，其特征在于，所述通讯端子与所述户外电源通过RS485或者CAN通讯。

7.根据权利要求1所述的开关连接器，其特征在于，还包括与所述监控单元连接的告警模块，用于在所述采集单元采集的电流信号超过电流阈值时进行告警。

8.一种柔性电源系统，其特征在于，包括户外电源，所述户外电源具有多个与如权利要求1-7任一项所述的开关连接器插接的接口。

9.根据权利要求8所述的柔性电源系统，其特征在于，所述户外电源的部分接口插接所述开关连接器，其余接口通过防护盖板塞住密封。

10.根据权利要求9所述的柔性电源系统，其特征在于，所述户外电源为高防护等级电源，所述防护盖板为塑料片，所述塑料片插入所述户外电源的接口内并通过螺丝或压紧件锁紧。