一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及矿用电源技术领域，具体涉及一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统。


背景技术：

[0002]
煤矿井下由蓄电池电源供电的纯电动辅助运输车辆由于功能和工矿不同，额定载重量以及驱动功率也不同，因而所需要的蓄电池电源规格也存在较大差异，同时煤矿井下供电系统的电压等级存在380v、660v、1140v，差别巨大，然而目前井下充电系统额定输入电压范围有限，输出方式单一，为此通常需要在同一矿井针对不同车型配备对应的充电系统。此外，现有充电系统功率等级和智能化程度通常较低，且因防爆要求体积较大，导致充电硐室空间利用率低、运维成本高的同时，也严重影响了充电效率和蓄电池电源使用寿命。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于此，本实用新型提供一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统，能够解决现有技术中矿用充电系统输入输出电压固定，无法满足各类蓄电池的充电需求以及充电硐室空间利用率低等问题。
[0004]
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
[0005]
本实用新型实施例提供了一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统，包括整流单元、主直流变换单元和n个分直流变换单元；其中：
[0006]
所述整流单元包括整流电路，所述整流电路包括第一整流输入端、第一整流输出端和第二整流输出端，所述第一整流输入端用于与交流电源连接；
[0007]
所述主直流变换单元包括主直流变换电路、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述主直流变换电路包括第一主输入端、第二主输入端、第一主输出端和第二主输出端，所述第一主输入端通过第一开关与所述第一整流输出端连接，所述第二主输入端通过第二开关与所述第二整流输出端连接，所述第一主输出端与第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端用于连接负载，所述第二主输出端与第四开关的第一端连接，所述第四开关的第二端用于连接负载；
[0008]
每一所述分直流变换单元包括一分直流变换电路、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关，第十一开关和第十二开关，所述分直流变换电路包括第一分输入端、第二分输入端、第一分输出端、第二分输出端，所述第一分输入端通过第五开关与所述第一整流输出端连接，所述第二分输入端通过第六开关与所述第二整流输出端连接，所述分直流变换电路的第一分输出端与所述第十一开关的第一端连接，所述第十一开关的第二端用于连接负载，所述分直流变换电路的第二分输出端与所述第十二开关的第一端连接，所述第十二开关的第二端用于连接负载；
[0009]
第一个分直流变换单元的第一分输入端通过第七开关与所述第二主输入端连接，第i个分直流变换单元的第一分输入端通过第七开关与第i－1个分直流变换单元的第二分
输入端连接，第一个分直流变换单元的第一分输出端通过第八开关与所述第二主输出端连接以及通过第九开关与所述第一主输出端连接，第i个分直流变换单元的第一分输出端通过第八开关与第i－1个分直流变换单元的第二分输出端连接以及通过第九开关与第i－1个分直流变换单元的第一分输出端连接，第一个分直流变换单元的第二分输出端通过第十开关与所述第二主输出端连接，第i个分直流变换单元的第二分输出端通过第十开关与第i－1个分直流变换单元的第二分输入端连接；
[0010]
其中，i和n均为正整数且2≤i≤n。
[0011]
可选的，所述整流电路为单相整流电路、三相整流电路中的任一者。
[0012]
可选的，所述整流电路为不控整流电路、可控整流电路中的任一者。
[0013]
可选的，所述主直流变换电路和/或所述分直流变换电路由直流-直流变换器构成。
[0014]
可选的，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十开关，所述第十一开关和所述第十二开关中的任意一个为机械开关、继电器、半导体开关中的任一者或任意多者的组合形式。
[0015]
本实用新型上述技术方案的有益效果如下：
[0016]
根据本实用新型实施例的可重构型矿用蓄电池电源充电系统，通过控制主直流变换单元和多个分直流变换单元协同工作，使得系统可以工作在多种输入输出模式，以适应矿井不同电压等级的供电系统，满足各类蓄电池的充电需求，大幅提高了矿用充电系统的使用灵活性，提高了井下充电硐室的空间使用率。
附图说明
[0017]
图1为本实用新型实施例提供的一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统的结构示意图；
[0018]
图2为本实用新型实施例提供的分直流变换单元的数量为两个的情况下的结构示意图；
[0019]
图3为本实用新型实施例提供的工作于输入串联输出串联模式的充电系统的结构示意图；
[0020]
图4为本实用新型实施例提供的工作于输入串联输出并联模式的充电系统的结构示意图；
[0021]
图5为本实用新型实施例提供的工作于输入串联输出各自独立模式的充电系统的结构示意图；
[0022]
图6为本实用新型实施例提供的工作于输入串联输出串联独立混联模式的充电系统的结构示意图；
[0023]
图7为本实用新型实施例提供的工作于输入串联输出并联独立混联模式的充电系统的结构示意图；
[0024]
图8为本实用新型实施例提供的工作于输入输入并联输出串联模式的充电系统的结构示意图；
[0025]
图9为本实用新型实施例提供的工作于输入并联输出并联模式的充电系统的结构
示意图；
[0026]
图10为本实用新型实施例提供的工作于输入并联输出各自独立模式的充电系统的结构示意图；
[0027]
图11为本实用新型实施例提供的工作于输入并联输出串联独立混联模式的充电系统的结构示意图；
[0028]
图12为本实用新型实施例提供的工作于输入并联输出并联独立混联模式的充电系统的结构示意图；
[0029]
图13为本实用新型实施例提供的工作于输入混联输出串联模式的充电系统的结构示意图；
[0030]
图14为本实用新型实施例提供的工作于输入混联输出并联模式的充电系统的结构示意图；
[0031]
图15为本实用新型实施例提供的工作于输入混联输出各自独立模式的充电系统的结构示意图；
[0032]
图16为本实用新型实施例提供的工作于输入混联输出串联独立混联模式的充电系统的结构示意图；
[0033]
图17为本实用新型实施例提供的工作于输入混联输出并联独立混联模式的充电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0034]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0035]
请参考图1，本实用新型实施例提供一种可重构型矿用蓄电池电源充电系统的结构示意图，所述系统可以包括整流单元1、主直流变换单元2和n个分直流变换单元3，其中，整流单元1包括整流电路，所述整流电路包括第一整流输入端、第一整流输出端和第二整流输出端，所述第一整流输入端用于与交流电源连接，所述整流电路用于将输入的交流电进行整流处理以输出直流电，第一整流输出端可以作为输出的直流电的正极，而第二整流输出端可以作为输出的直流电的负极。
[0036]
本实用新型实施例中，主直流变换单元2包括主直流变换电路21、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3和第四开关k4，主直流变换电路21包括第一主输入端、第二主输入端、第一主输出端和第二主输出端，其中，主直流变换电路21的第一主输入端通过第一开关k1与整流单元1的整流电路的第一整流输出端连接，主直流变换电路21的第二主输入端通过第二开关k2与整流单元1的整流电路的第二整流输出端连接，主直流变换电路21的第一主输出端与第三开关k3的第一端连接，第三开关k3的第二端用于连接负载，主直流变换电路21的第二主输出端与第四开关k4的第一端连接，第四开关k4的第二端用于连接负载，直流变换电路21用于将输入的直流电进行变换以输出不同特性的直流电，第一主输出端可以作为输出的直流电的正极，而第二主输出端可以作为输出的直流电的负极。
[0037]
本实用新型实施例中，所述系统可以包括n个可拓展的分直流变换单元3，n为正整
数，每一个分直流变换单元3包括一个分直流变换电路31、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7、第八开关k8、第九开关k9、第十开关k10，第十一开关k11和第十二开关k12，分直流变换电路31包括第一分输入端、第二分输入端、第一分输出端和第二分输出端；其中，分直流变换电路31的第一分输入端通过第五开关k5与所述整流电路的第一整流输出端连接，分直流变换电路31的第二分输入端通过第六开关k6与所述整流电路的第二整流输出端连接，分直流变换电路31的第一分输出端与第十一开关k11的第一端连接，第十一开关k11的第二端用于连接负载，分直流变换电路31的第二分输出端与第十二开关k12的第一端连接，第十二开关k12的第二端用于连接负载；分直流变换电路31用于对输入的直流电进行变换以输出不同特性的直流电，分直流变换电路31的第一分输出端可以作为输出的直流电的正极，而第二分输出端可以作为输出的直流电的负极。
[0038]
在本实用新型实施例中，第一个分直流变换单元3的第一分输入端通过第七开关k7与主直流变换电路21的第二主输入端连接，第i个分直流变换单元的第一分输入端通过第七开关k7与第i－1个分直流变换单元的第二分输入端连接，例如，第2个分直流变换单元的第一分输入端通过第七开关k7与第1个分直流变换单元的第二分输入端连接，第3个分直流变换单元的第一分输入端通过第七开关k7与第2个分直流变换单元的第二分输入端连接，以此类推；第一个分直流变换单元3的第一分输出端通过第八开关k8与主直流变换电路21的第二主输出端连接，第一个分直流变换单元3的第一分输出端还通过第九开关k9与主直流变换电路21的第一主输出端连接，第i个分直流变换单元3的第一分输出端通过第八开关k8与第i－1个分直流变换单元的第二分输出端连接，并且第i个分直流变换单元3的第一分输出端还通过第九开关k9与第i－1个分直流变换单元3的第一分输出端连接，例如，第2个分直流变换单元3的第一分输出端通过第八开关k8与第1个分直流变换单元的第二分输出端连接，并且第2个分直流变换单元3的第一分输出端还通过第九开关k9与第1个分直流变换单元3的第一分输出端连接，以此类推；第一个分直流变换单元3的第二分输出端通过第十开关k10与主直流变换电路21的第二主输出端连接，第i个分直流变换单元3的第二分输出端通过第十开关k10与第i－1个分直流变换单元3的第二分输入端连接，例如，第2个分直流变换单元3的第二分输出端通过第十开关k10与第1个分直流变换单元3的第二分输入端连接，第3个分直流变换单元3的第二分输出端通过第十开关k10与第2个分直流变换单元3的第二分输入端连接，以此类推；其中，其中，i为正整数且2≤i≤n。
[0039]
根据本实用新型实施例的可重构型矿用蓄电池电源充电系统，通过控制不同开关的通断状态，可以使系统工作于不同的工作模式下，以适应不同的应用场景，满足不同的充电需求。
[0040]
在本实用新型的一些实施例中，整流单元1的整流电路可以是单相整流电路、也可以是三相整流电路，具体可以根据适用的场景进行选择。
[0041]
本实用新型的一些实施例中，整流单元1的整流电路可以采用二极管构成的不控整流电路，也可以为采用可控型半导体开关器件构成的可控整流电路中，具体可以根据使用的场景进行选择。
[0042]
在本实用新型的一些实施例中，主直流变换电路21可以由直流-直流变换器构成，分直流变换电路31也可以由直流-直流变换器构成，直流-直流变换器可以用于对输入的直流电进行处理，以输出不同特性的直流电，满足蓄电池充电需求。
[0043]
在本实用新型的另一些实施例中，第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7、第八开关k8、第九开关k9、第十开关k10、第十一开关k11、第十二开关k12中的任意一个可以是机械开关、继电器、半导体开关中的任一者或者任意多者的组合形式，也就是说，上述的开关可以选用手动的机械开关，也可以采用继电器或者由可控型半导体器件构成，还可以是机械开关、继电器和可控型半导体器件的任意组合形式。
[0044]
下面举例说明本实用新型实施例提供的可重构型矿用蓄电池电源充电系统的不同工作模式。
[0045]
请参考图2，本实用新型实施例中，n取值为2，即包含的分直流变换单元3的数量为两个。
[0046]
请参考图3，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第七开关k7、第八开关k8均接通，第二个分直流变换单元3的第六开关k6和第十二开关k12接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入串联输出串联模式。
[0047]
请参考图4，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4、第七开关k7、第九开关k9和第十开关k10均接通，第二个分直流变换单元3的第六开关k6接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入串联输出并联模式。
[0048]
请参考图5，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4、第七开关k7、第十一开关k11和第十二开关k12均接通，第二个分直流变换单元3的第六开关k6接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入串联输出各自独立模式。
[0049]
请参考图6，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第七开关k7和第十二开关k12均接通，第一个分直流变换单元3的第八开关k8接通，第二个分直流变换单元3的第六开关k6和第十一开关k11接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入串联输出串联独立混联模式。
[0050]
请参考图7，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4和第七开关k7均接通，第一个分直流变换单元3的第九开关k9和第十开关k10接通，第二个分直流变换单元3的第六开关k6、第十一开关k11和第十二开关k12接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入串联输出并联独立混联模式。
[0051]
请参考图8，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第五开关k5、第六开关k6和第八开关k8均接通，第二个分直流变换单元3的第十二开关k12接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入并联输出串联模式。
[0052]
请参考图9，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第九开关k9和第十开关k10均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入并联输出并联模式。
[0053]
请参考图10，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第五开关k5、第六开关k6、第十一开关k11和第十二开关k12均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入并联输出各自独立模式。
[0054]
请参考图11，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第五开关k5、第六开关k6和第十二开关k12均接通，第一个分直流变换单元3的第八开关k8接通，第二个分直流变换单元3的第十一开关k11接通，其余开关均断开时，所述系统
将工作于输入并联输出串联独立混联模式。
[0055]
请参考图12，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第五开关k5和第六开关k6均接通，第一个分直流变换单元3的第九开关k9和第十开关k10均接通，第二个分直流变换单元3的第十一开关k11和第十二开关k12均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入并联输出并联独立混联模式。
[0056]
请参考图13，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第六开关k6和第八开关k8均接通，第一个分直流变换单元3的第七开关k7接通，第二个分直流变换单元3的第五开关k5和第十二开关k12均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入混联输出串联模式。
[0057]
请参考图14，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4、第六开关k6、第九开关k9和第十开关k10均接通，第一个分直流变换单元3的第七开关k7接通，第二个分直流变换单元3的第五开关k5接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入混联输出并联模式。
[0058]
请参考图15，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4、第六开关k6、第十一开关k11和第十二开关k12均接通，第一个分直流变换单元3的第七开关k7接通，第二个分直流变换单元3的第五开关k5接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入混联输出各自独立模式。
[0059]
请参考图16，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第六开关k6和第十二开关k12均接通，第一个分直流变换单元3的第七开关k7、第八开关k8均接通，第二个分直流变换单元3的第五开关k5和第十一开关k11均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入混联输出串联独立混联模式。
[0060]
请参考图17，本实用新型实施例中，当n取值为2，且第一开关k1、第三开关k3、第四开关k4和第六开关k6均接通，第一个分直流变换单元3的第七开关k7、第九开关k9和第十开关k10均接通，第二个分直流变换单元3的第五开关k5、第十一开关k11和第十二开关k12均接通，其余开关均断开时，所述系统将工作于输入混联输出并联独立混联模式。
[0061]
根据本实用新型实施例的可重构矿用蓄电池电源充电系统，可重构电路拓扑，以使充电系统可以工作于输入串联输出串联、输入串联输出并联、输入串联输出各自独立、输入串联输出混联、输入并联输出串联、输入并联输出并联、输入并联输出各自独立、输入并联输出混联、输入混联输出串联、输入混联输出并联、输入混联输出各自独立、输入混联输出混联等多种工作模式，以适应矿井不同电压等级的供电系统，满足各类蓄电池的充电需求，大幅提高了矿用充电系统的使用灵活性，提高了井下充电硐室的空间使用率和无人（少人）值守程度，很大程度上促进了煤炭行业的节能和智能化发展。
[0062]
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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