电源切换设备、配电系统和工程机械的制作方法

1.本实用新型涉及供配电技术领域，具体涉及一种电源切换设备、配电系统和工程机械。


背景技术：

2.近年来，随着环保要求的愈加严格以及燃料成本的逐年增加，以混合动力或者纯电力作为动力源的工程机械，因其具备节能环保、噪音低、响应快、可大幅减少作业过程中的能耗费用、降低使用成本等优势，受到人们的青睐。
3.但是，部分工程机械的耗电量大，例如，起重机、电动搅拌车等工程机械。现有技术中，为了满足这部分工程机械的工作用电需求，一般会配备大容量的蓄电池，然而这种大容量蓄电池的充电时长往往很长，影响工程机械的作业效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型致力于提供一种电源切换设备、配电系统和工程机械，以解决现有技术中大容量的蓄电池充电占用的时间较长，影响工程作业效率的问题。
5.本实用新型一方面提供了一种电源切换设备，所述电源切换设备与电源相连，所述电源包括第一电源和第二电源，所述电源切换设备包括：第一切换电路和第二切换电路；
6.所述第一切换电路的电源端口与所述第一电源相连，所述第一切换电路的负载端口与用电设备相连；
7.所述第二切换电路的电源端口与所述第二电源相连，所述第二切换电路的负载端口分别与所述第一切换电路的负载端口、所述用电设备相连；
8.所述电源通过所述第一切换电路和所述第二切换电路中的至少一路为所述用电设备供电。
9.进一步的，以上所述的电源切换设备，所述第一切换电路包括第一可控开关；
10.所述第一可控开关处于闭合状态时，所述第一切换电路的电源端口与所述第一切换电路的负载端口导通；
11.所述第一可控开关处于断开状态时，所述第一切换电路的电源端口与所述第一切换电路的负载端口断开。
12.进一步的，以上所述的电源切换设备，还包括第一缓起电路；
13.所述第一缓起电路与所述第一切换电路并联连接。
14.进一步的，以上所述的电源切换设备，所述第一电源包括市电电源；
15.所述电源切换设备还包括整流变压电路；
16.所述整流变压电路串联于所述市电电源以及所述第一切换电路的电源端口之间。
17.进一步的，以上所述的电源切换设备，所述第二切换电路包括第二可控开关；
18.所述第二可控开关处于闭合状态时，所述第二切换电路的电源端口与所述第二切换电路的负载端口导通；
19.所述第二可控开关处于断开状态时，所述第二切换电路的电源端口与所述第二切换电路的负载端口断开。
20.进一步的，以上所述的电源切换设备，还包括第二缓起电路；
21.所述第二缓起电路与所述第二切换电路并联连接。
22.进一步的，以上所述的电源切换设备，还包括控制器；
23.所述控制器分别与所述第一切换电路和所述第一切换电路相连。
24.进一步的，以上所述的电源切换设备中，设置在所述第一切换电路的第一可控开关和设置在第二切换电路的第二可控开关为结构相同的切换开关，所述切换开关包括电磁继电器；
25.所述电磁继电器中的驱动线圈与所述控制器相连。
26.本实用新型另一方面提供了一种配电系统，包括蓄电池和以上任一项所述的电源切换设备；
27.所述蓄电池与所述电源切换设备中的第二切换电路的电源端口相连。
28.本实用新型另一方面提供了一种工程机械，包括以上任一项所述的配电系统；
29.所述配电系统与所述工程机械的用电设备相连。
30.根据本实用新型提供的电源切换设备、配电系统和工程机械，电源切换设备用于与电源相连，电源切换设备包括第一切换电路和第二切换电路，上述电源通过第一切换电路和第二切换电路中的至少一路为用电设备供电。上述电源包括第一电源和第二电源，第一切换电路导通时，第一电源与用电设备导通，仅由第一电源为用电设备供电；第二切换电路导通时，第二电源与用电设备导通，仅由第二电源为用电设备供电；第一切换电路和第二切换电路均导通时，第一电源和第二电源均与用电设备导通，可以由第一电源和第二电源为用电设备供电，同时，由于第一电源与第二电源导通，在第二电源电压较低无法供电的情况下，第一电源能够为第二电源充电。将本实用新型应用于工程机械中，将外部电源作为第一电源，将工程机械的蓄电池作为第二电源，由于可以通过外部电源为工程机械的用电设备供电，工程机械设置小容量的蓄电池也能满足作业过程中的用电需求，进而有效减少工程机械的蓄电池充电占用的时间，而且，工程机械能够实现边作业边充电，充电过程不影响工程机械作业，保证工程作业效率。
附图说明
31.图1所示为本实用新型一实施例提供的电源切换设备的结构示意图。
32.图2所示为本实用新型另一实施例提供的电源切换设备的结构示意图。
33.图3所示为本实用新型一实施例提供的集成示意图。
34.图4所示为本实用新型一实施例提供的配电系统的结构示意图。
35.图5所示为本实用新型一实施例提供的工程机械的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本技术保护的范围。
37.近年来，以混合动力或者纯电力作为动力源的工程机械越来越多。工程机械的电机功率通常较大，导致工程机械的耗电量大。现有技术中，为了满足工程机械的耗电需求，通常会在工程机械上安装较大容量的蓄电池。但是，这种大容量的蓄电池的充电时间往往很长，影响工程机械的作业效率。
38.基于此，本实用新型提供了一种电源切换设备、配电系统和工程机械，以解决现有技术中蓄电池的充电时间长，影响工程机械的作业效率的问题。
39.图1所示为本实用新型一实施例提供的电源切换设备的结构示意图。如图1所示，本实施例的电源切换设备用于与电源相连，其中电源包括第一电源s1和第二电源s2。电源切换设备包括第一切换电路11和第二切换电路12。其中，第一切换电路11和第二切换电路12均具备电源、负载两个接线端口。
40.第一切换电路11的电源端口与第一电源s1相连，第一切换电路11的负载端口与用电设备h相连；第二切换电路12的电源端口与第二电源s2相连，第二切换电路12的负载端口分别与第一切换电路11的负载端口、用电设备h相连。
41.如图1所示，当第一切换电路11导通时，第一电源s1和用电设备h导通，由第一电源s1为用电设备h供电；当第二切换电路12导通时，第二电源s2和用电设备h导通，由第二电源s2为用电设备h供电；当第一切换电路11和第二切换电路12均导通时，第一电源s1和第二电源s2均与用电设备h导通，可以由第一电源s1和第二电源s2同时为用电设备供电，而且在第二电源s2电压较低无法供电的情况下，第一电源s1为用电设备h供电的同时，还能够为第二电源s2充电。
42.上述第一电源s1一般为市电电源或工业电源，第二电源s2一般为蓄电池，可以通过设置整流器将第一电源s1转换为直流电后接入本实施例的电源切换设备，在第一切换电路11和第二切换电路12的作用下，为用电设备h和/或第二电源s2供电。若用电设备h的作业场所存在直流电源，可以将该直流电作为第一电源s1接入本实施例的电源切换设备，在第一切换电路11和第二切换电路12的作用下，为用电设备h和/或第二电源s2供电。而且，为了将第一电源s1的电压调整至用电设备所要求的电压，还应设置变压器，将第一电源s1的输出电压进行升压或者降压处理后，再输入到电源切换设备中。
43.本实施例中，用电设备为工程机械中的设备，例如电机控制器等。工程机械中的第一电源为外部电源，第二电源为蓄电池，由于可以通过电源切换设备使用外部电源为工程机械的用电设备供电，工程机械设置小容量的蓄电池也能满足用电设备作业过程中的用电需求，进而有效减少工程机械的蓄电池充电占用的时间，而且，工程机械能够实现边作业边充电，充电过程不影响工程机械作业，保证工程作业效率。
44.示例性的，若工程机械为挖掘机等移动作业机械，则可以设置一定长度的充电线路，以使移动作业机械能够在来回移动作业过程中与第一电源保持连接，为了避免充电线路影响移动作业机械的正常作业，还可以将充电线路架设一定的高度，或者将充电线路埋设在地下；若工程机械为起重机、电动搅拌车等静止作业机械，则仅需要设置正常长度的充电线路，使静止作业机械与第一电源保持连接即可。为了避免充电线路损坏，导致工程施工人员触电，还可以在工程机械与第一电源之间的充电线路外部设置线路保护套管。
45.此外，车载泵在作业的同时具备发电的功能。因此，车载泵既是一台泵送设备，同
时也是一台发电设备，可以将车载泵作为第一电源，将工程机械的蓄电池作为第二电源，在电源切换设备中第一切换电路和第二切换电路的作用下，为工程机械的用电设备和/或蓄电池供电。本实施例中，车载泵在作业的同时能够为其他的作业设备供电，能够有效节约燃料成本，保护环境。
46.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的第一切换电路11可以包括第一可控开关k1以及相应的负载母线，当第一可控开关k1闭合时，第一切换电路11的电源端口与所述第一切换电路11的负载端口导通。在第一切换电路11导通，第二切换电路12未导通的情况下，第一电源s1与用电设备h导通，由第一电源s1为用电设备h供电。
47.本实施例中，通过第一可控开关k1控制第一切换电路11的电源端口与负载端口的连接情况，线路连接简洁，能够有效降低电源切换设备的生产成本。
48.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的电源切换设备还包括第一缓起电路13。其中，第一缓起电路13与以上实施例中的第一切换电路11并联连接。
49.由于工程机械中用电设备h的用电电压较高，用电设备在作业前需要经历上电启动阶段，为了抑制用电设备h上电启动阶段的瞬时电流，保证电路中各个器件的安全，可以设置第一缓起电路13，对使用第一电源s1为用电设备h供电时，用电设备的上电过程进行管控。第一缓起电路13由可控开关和多个电阻串联组成。图2所示的实施例中，第一缓起电路13包括第三可控开关k3和两个电阻，分别为第一电阻r1和第二电阻r2。需要说明的是，此处第一缓起电路13中设置两个电阻仅是为了举例说明第一缓起电路13的具体结构，并未形成限定，本领域的技术人员可以根据实际情况确定第一缓起电路13中电阻的数量和电阻的阻值，本实施例不做限定。
50.具体的，在通过导通第一切换电路11，使第一电源s1为用电设备h供电时，先闭合第一缓起电路13中的第三可控开关k3，使用电设备h的电压缓慢提升，当用电设备h的电压提升至一定值时，将第三可控开关k3断开，将第一切换电路11导通即可。
51.本实施例中，在第一切换电路11处并联第一缓起电路13，能够抑制用电设备h上电启动阶段的瞬时电流，保证各个器件的安全。
52.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的电源切换设备还包括整流变压电路14。其中，整流变压电路14串联与第一电源s1和第一切换电路11的电源端口之间。
53.在采用市电电源或者工业电源的情况下，整流变压电路14能够将市电和工业电整流为直流电，并且对市电或者工业电的输出电压进行调整，使其符合用电设备h的电压需求。
54.可选的，整流变压电路14可以由变压器和整流桥两部分组成，市电或者工业电可以先经过变压器进行压力调整后再通过整流桥进行整流，之后输入电源切换设备，通过电源切换设备为用电设备h供电；或者，市电或者工业电可以先经过整流桥进行整流后再通过变压器进行压力调整，之后输入电源切换设备，通过电源切换设备为用电设备h供电，本实施例不做限定。
55.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的电源切换设备还包括稳压滤波电路15。其中稳压滤波电路15串联与以上实施例的整流变压电路14与以上实施例的第一切换电路11的电源端口之间。
56.如图2所示，稳压滤波电路15可以包括电抗器，电抗器的正极端与整流变压电路14
相连，电抗器的负极端与第一切换电路11的电源端口相连。
57.此外，稳压滤波电路15还可以采用其他电器元件，例如使用电容器实现滤波的作用，使用稳压二极管实现稳压的作用，只要该电器元件能够实现稳压滤波的作用即可，本实施例不做限定。
58.本实施例中，设置稳压滤波电路15能够滤除整流变压电路14输出的电流中的交流干扰信号，而且使电路中的电压不随第一电源s1的变化而变化，保持稳定。
59.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的第二切换电路12包括第二可控开关k2以及相应的负载母线。当第二可控开关k2闭合时，第二切换电路12的电源端口与所述第二切换电路12的负载端口导通。在第一切换电路11未导通，第二切换电路12导通的情况下，第二电源s2与用电设备h导通，由第二电源s2为用电设备h供电。在第一切换电路11导通，第二切换电路12也导通的情况下，由第一电源s1为用电设备h供电，同时由第一电源s1为第二电源s2充电。
60.本实施例中，通过第二可控开关k2控制第一切换电路11的电源端口与负载端口的连接情况，线路连接简洁，能够有效降低电源切换设备的生产成本。
61.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的电源切换设备还包括第二缓起电路16。其中，第二缓起电路16与以上实施例的第二切换电路12并联连接。
62.工程机械中的第二电源一般采用高压电池，在单独使用第二电源s2为用电设备h供电时，用电设备h上电启动阶段的瞬时电流依旧很大，为了抑制使用第二电源s2为用电设备h供电时的瞬时电流，设置第二缓起电路16。第二缓起电路16由可控开关和多个电阻串联组成。图2所示的实施例中，第二缓起电路16包括第四可控开关k4和两个电阻，分别为第三电阻r3和第四电阻r4。需要说明的是，此处第二缓起电路16中设置两个电阻仅是为了举例说明第二缓起电路16的具体结构，并未形成限定，本领域的技术人员可以根据实际情况确定第二缓起电路16中电阻的数量和电阻的阻值，本实施例不做限定。
63.与第一缓起电路13相同，在通过导通第二切换电路12，使第二电源s2为用电设备h供电时，先闭合第二缓起电路16中的第四可控开关k4，使用电设备h的电压缓慢提升，当用电设备h的电压提升至一定值时，将第四可控开关k4断开，将第二切换电路12导通即可。
64.本实施例中，在第二切换电路12处并联第二缓起电路16，能够抑制用电设备h上电启动阶段的瞬时电流，保证各个器件的安全。
65.进一步的，在第一切换电路11导通，第二切换电路12也导通，由第一电源s1为用电设备h供电，同时由第一电源s1为第二电源s2充电的情况下，为了抑制瞬时电流，可以先闭合第一缓起电路13中的第三可控开关k3，和/或，闭合第二缓起电路16中的第四可控开关k4，使用电设备h的电压缓慢提升，当用电设备h的电压提升至一定值时，控制第三可控开关k3和第四可控开关k4均处于断开状态，将第一切换电路11和第二切换电路12导通即可。
66.在另外一个可选的实施例中，以上实施例的电源切换设备还包括控制器，控制器分别与以上实施例的第一切换电路11和以上实施例的第二切换电路12相连。用户可以通过控制器发送控制第一切换电路11和/或第二切换电路12的导通状态的控制指令，控制器接收到该控制指令后，控制第一切换电路11和/或第二切换电路12切换导通状态。
67.具体的，控制器分别与以上实施例的第一可控开关k1和第二可控开关k2相连，控制器在接收到上述来自用户的控制指令后，通过控制第一可控开关k1的通断，切换第一切
换电路11的导通状态；通过控制第二可控开关k2的通断，切换第二切换电路12的导通状态。
68.需要说明的是，控制器接收控制指令控制开关的通断，是本领域中非常成熟的现有技术，这一过程中所涉及到的控制方法本领域的技术人员不需要付出创造性劳动即可得到，此处不作赘述。
69.在另外一个可选的实施例中，如图2所示，以上实施例的第一切换电路11中的第一可控开关k1，以及，以上实施例的第二切换电路12中的第二可控开关k2为结构相同的切换开关。
70.其中，上述切换开关可以包括电磁继电器。
71.示例性的，第一可控开关k1为第一电磁继电器。第一电磁继电器的一个触点作为第一切换电路11的电源端口，第一电磁继电器的另一个触点作为第一切换电路11的负载端口。第二可控开关k2为第二电磁继电器。第二电磁继电器的一个触点作为第二切换电路12的电源端口，第二电磁继电器的另一个触点作为第二切换电路12的负载端口。第一电磁继电器的第一驱动线圈l1和第二电磁继电器的第二驱动线圈l2均与以上实施例的控制器相连。
72.用户若希望仅使用第一电源s1为用电设备h供电，可以通过控制器控制第一驱动线圈l1得电，第二驱动线圈l2失电，使得第一电磁继电器的两个触点导通，第一切换电路11处于导通状态，使得第二电磁继电器的两个触点断开，第二切换电路12处于断开状态，使第一电源s1为用电设备h供电；
73.用户若希望仅使用第二电源s2为用电设备h供电，可以通过控制器控制第二驱动线圈l2得电，第一驱动线圈l1失电，使得第二电磁继电器的两个触点导通，第二切换电路12处于导通状态，使得第一电磁继电器的两个触点断开，第一切换电路11处于断开状态，使第二电源s2为用电设备h供电；
74.用户若希望使用第一电源s1和第二电源s2为用电设备h供电，或者，希望使用第一电源s1为用电设备h供电的同时为第二电源s2充电，可以通过控制器控制第一驱动线圈l1得电，第二驱动线圈l2得电，使得第一电磁继电器的两个触点导通，第一切换电路11处于导通状态，使得第二电磁继电器的两个触点导通，第二切换电路12处于导通状态，使第一电源s1和第二电源s2为用电设备h供电，或者，第一电源s1为用电设备h供电的同时为第二电源s2充电。
75.其中，上述切换开关还可以包括绝缘栅双极型晶体管或者金氧半场效晶体管等功率开关，控制器与功率开关的控制端相连，控制器通过控制功率开关的导通和截止状态，实现对第一切换电路、第二切换电路的状态切换。
76.在另外一个可选的实施例中，以上实施例的第三可控开关k3、第四可控开关k4可以采用电磁继电器，控制器与第三可控开关k3、第四可控开关k4的驱动线圈相连，实现对第三可控开关k3、第四可控开关k4的开关状态进行控制。
77.在另外一个可选的实施例中，以上实施例的第一切换电路11和以上实施例的第二切换电路12集成设置。如此设置，可以提高电源切换设备的集成性，使线路更加简洁，操作更加方便。
78.为了进一步提高电源切换设备的集成性，如图3所示，可以将以上实施例的第一切换电路11、以上实施例的第二切换电路12、以上实施例的第一缓起开关13、以上实施例的第
二缓起开关16和以上实施例的整流变压电路14集成设置于高压配电盒内，使操作更加简便，同时减少了操作人员的触电风险。
79.示例性的，工程机械的用电设备h一般为用电设备的电机，如图2所述，电源切换设备可以通过电机控制器t与电机相连。
80.在另外一个可选的实施例中，如图4所示，本实用新型还提供了一种配电系统，配电系统包括蓄电池和以上实施例中的电源切换设备21。蓄电池与电源切换设备21相连，具体的，蓄电池可以作为第二电源与所述电源切换设备21中的第二切换电路的电源端口相连。
81.在另外一个可选的实施例中，如图5所示，本实用新型还提供了一种工程机械，工程机械包括以上实施例的配电系统31，配电系统31与工程机械的用电设备h相连。
82.工程机械的用电设备h一般为用电设备的电机，配电系统31可以通过电机控制器与电机相连。本实施例中，将外部电源作为第一电源，将工程机械的蓄电池作为第二电源，由于可以通过外部电源为工程机械的用电设备供电，工程机械设置小容量的蓄电池也能满足作业过程中的用电需求，进而有效减少工程机械的蓄电池充电占用的时间，而且，工程机械能够实现边作业边充电，充电过程不影响工程机械作业，保证工程作业效率。
83.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
84.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
85.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
86.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
87.应当理解，本技术实施例描述中所用到的限定词“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”仅用于更清楚的阐述技术方案，并不能用于限制本技术的保护范围。
88.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。