CN111347143A - 一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机 - Google Patents
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Abstract
一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，所述闪光焊机包括电池储能供电系统(1)和闪光焊机组(2)，其中电池储能供电系统(1)中设置储能电池组(11)、汇流柜(12)、储能变流器(13)和隔离变压器(14)；闪光焊机组(2)中设置移动式交流焊机(22)、移动式直流焊机(23)和焊机辅助设备负载(21)。该此种闪光焊机系统以集装箱形式装配，可固定在轨道交通工具上，方便的运输于施工现场，采用超级储能电池供电，完全消除了配置柴油发电机组的传统闪光焊机工作时带来的浓烟、噪声及有害气体污染，绿色环保，改善了施工环境，极其有利于地铁、隧道的钢轨焊接施工。
Description
技术领域
本发明属于铁路作业技术领域，更具体讲就是涉及一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机。
背景技术
钢轨闪光焊机基本原理是利用电流通过电阻时所产生的热量溶接焊件，再经顶锻已达焊接的目的。一般移动钢轨闪光焊机按电源种类可分为两种，一种是交流电源，一种是直流电源。目前移动式钢轨闪光焊机普遍采用交流电源，以柴油发电机组发电。
钢轨闪光焊机是大功率专用焊接设备，具有能耗较低、焊接效率高、焊接质量好等特点。钢轨闪光焊机的电源直接影响焊接质量和生产效率，由于钢轨闪光焊在焊接时需要低压、大电流、大负载的剧烈变化，要求焊机电源在功率因数剧烈变化、谐波较大的条件下能够稳定、可靠的输出所需电能以满足钢轨闪光焊接的工艺要求。目前国内外焊机研究机构的代表机型包括Holland公司K355；Paton Welding Instituted的K900；铁科院集团公司的YHG-1200TH、UN200型等；上述机型一般用于现场移动闪光焊接。
目前，国内外现有移动式交流钢轨闪光焊机均采用三相柴油发电机组供电，主电路通常采用三相取两相作为单项电源向交流闪光焊机主电路供电。造成低压侧三相负荷不均衡。在预闪和顶锻阶段，柴油发电机组处于短时过载工况，这种供电过渡过程直接影响闪光焊稳定性和顶锻速度，进而影响接头质量，由于柴油机短时过载，造成气缸缸体、活塞环、曲轴过度磨损，使缸体间隙增大，压缩比下降而使燃油燃烧不充分，柴油机发生冒黑烟、噪声增大、寿命缩短、一氧化碳等有毒气体排放量增加等许多问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，所述闪光焊机包括电池储能供电系统和闪光焊机组，其中电池储能供电系统中设置储能电池组、汇流柜、储能变流器和隔离变压器；闪光焊机组中设置移动式交流焊机、移动式直流焊机和焊机辅助设备负载。
其中，电池组通过汇流柜连通储能变流器，储能变流器通过隔离变压器分别连通移动式交流焊机、移动式直流焊机和焊机辅助设备负载。
其中，电池储能供电系统设置于第一集装箱内；闪光焊机组设置于第二集装箱内。
其中，电池组中，电池单体串联成电池包，电池包进而串联成电池簇，电池簇并联后将直流电汇流于汇流柜中，汇流柜中配置高压箱，高压箱为电池簇高压控制单元；
所述高压箱体内集成本簇总正、总负继电器，其中预充回路为本簇电池组并离网的控制单元；
所述高压箱集成电池管理系统的二级主控单元，并监测电池簇实时状态，将电池信息显示在显示屏及焊机上位机软件，同时与储能变流器进行信息交互。
其中，电池组电池单体采用锂类电池、三元电池、铅酸类电池、锂硫化学储能电池。
其中，电池储能供电系统还包括电池柜、电池管理系统、空调系统和消防系统。
其中，焊机辅助设备负载中设置液压站、冷水机、自耦变压器和电控柜。
本发明提出的技术方案因为主要是靠超级电池组来放电，相对传统柴油发电机组整个焊接施工过程零尾气排放、无噪音污染，绿色环保，在节能减排上取得很好的效果并且有利于保护施工人员健康；
超级电池的瞬间放电能力非常强，在焊轨的瞬间根据焊轨的电流需求，瞬间能放出上千安的电流，极大提高了焊轨的效率及焊轨质量；
采用超级储能电池组供电经汇流、调压后直接给焊机供电，对输出的功率可根据不同的钢轨做出不同的功率输出控制，这样有利于提高闪光焊机适应性。
附图说明
图1为一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机的示意图。
图2为基于超级电池储能并作为主放电设备的闪光焊机电气结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机进行详细描述。
如图1和2所示的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，所述闪光焊机包括电池储能供电系统1和闪光焊机组2，其中电池储能供电系统1中设置储能电池组11、汇流柜12、储能变流器13和隔离变压器14；闪光焊机组2中设置移动式交流焊机22、移动式直流焊机23和焊机辅助设备负载21。储能变流器13能够输出恒定的电压和频率。
电池组11通过汇流柜12连通储能变流器13，储能变流器13通过隔离变压器14分别连通移动式交流焊机22、移动式直流焊机23和焊机辅助设备负载21。电池组11将直流电通过汇流柜12输入到储能变流器13，储能变流器13将直流电变为具有一定频率和电压的交流电，储能变流器3将交流电通过隔离变压器14为焊机辅助设备和焊机提供电力。
池储能供电系统1设置于第一集装箱内；闪光焊机组2设置于第二集装箱内。进行焊接作业时电池储能供电系统通过电缆为焊机和焊机辅助设备供电，焊接程序启动后电池储能系统为焊机供电。
电池组11中，电池单体串联成电池包，电池包进而串联成电池簇，电池簇并联后将直流电汇流于汇流柜12中，汇流柜12中配置高压箱121，高压箱为电池簇高压控制单元；
所述高压箱121体内集成本簇总正、总负继电器122，其中预充回路为本簇电池组并离网的控制单元；
所述高压箱121集成电池管理系统123的二级主控单元，并监测电池簇实时状态，将电池信息显示在显示屏124及焊机上位机软件，同时与储能变流器13进行信息交互。
电池组充电时网电或小型发电机将三相交流电通过隔离变压器14输入到储能变流器13，储能变流器3将三相交流电变为直流电通过汇流柜12为电池组11充电，电池组11充满电后，电池管理系统给出提示，切断充电电源，电池组充电过程结束。
电池组11电池单体采用锂类电池、三元电池、铅酸类电池、锂硫化学储能电池。
电池储能供电系统1还包括电池柜15、电池管理系统123、空调系统和消防系统。电池储能系统充电方式可以采用三相网电或小功率柴油发电机充电。
焊机辅助设备负载21中设置液压站、冷水机、自耦变压器和电控柜。
交流闪光焊机具体工作方式为：电池组放电模式，电池组通过汇流柜将直流电汇流，并传给储能变流器，储能变流器将直流电变为三相交流电，并通过隔离变压器将三相交流电供给交流移动闪光焊机和焊机辅助设备负载，包括冷水机、液压站电机。供电过程中储能变流器实时控制输出电压稳定在350～480V之间。电池组充电模式，三相网电或小型发电机将三相交流电通过隔离变压器进入储能变流器，储能变流器把交流电变为直流电，直流电经汇流柜给电池组充电。
直流闪光焊机具体工作方式为：电池组放电模式，电池组通过汇流柜将直流电汇流，并传给储能变流器，储能变流器将直流电通过隔离变压器将直流电供给直流移动闪光焊机和焊机辅助设备负载，包括冷水机、液压站电机。供电过程中储能变流器实时控制输出电压稳定在350～480V之间。电池组充电模式，三相网电或小型发电机将三相交流电通过隔离变压器进入储能变流器，储能变流器把交流电变为直流电，直流电经汇流柜给电池组充电。
在一个实施例中，采用磷酸铁锂电池组对移动交流闪光焊机进行供电。
供电系统主要由储能电池组、电池管理系统、储能变流器、变压器、空调系统、消防系统、电池柜、汇流柜组成。电池组采用单体电芯2.8～6.2V的磷酸铁锂电池组成，先并后串组成一个电池包，电池包串联成一簇，系统共2～8簇。每个电池包容量：3～12KWH；电池容量：50～200KWH；系统容量：200～1000KWH。电池簇通过电缆将直流电汇流于汇流柜，汇流柜对直流电进行汇流并将直流电输入储能变流器，储能变流器将直流电逆变成交流电输出到变压器，变压器通过总控开关16给闪光焊机供电。供电系统设备固定方式采用地脚固定，上进上出线方式。移动闪光焊机采用交流焊机。
在另一个实施例中，采用磷酸铁锂电池组对移动直流闪光焊机进行供电。
供电系统主要由储能电池组、电池管理系统、变压器、空调系统、消防系统、电池柜、汇流柜等组成。电池组采用单体电芯2.8～6.2V的磷酸铁锂电池组成，先并后串组成一个电池包，电池包串联成一簇，系统共2～8簇。每个电池包容量：3～12KWH；电池容量：50～200KWH；系统容量：200～1000KWH。电池簇通过电缆将直流电汇流于汇流柜，汇流柜对直流电进行汇流并将直流电输出到变压器，变压器通过总控开关16给闪光焊机供电。系统设备固定方式采用地脚固定，上进上出线方式。移动闪光焊机采用直流焊机。
基于超级电池储能并作为主放电设备的闪光焊机实际焊接接头的焊接曲线传统的柴油发电机组闪光焊机焊接曲线比较，超级电池储能闪光焊机的电压、电流更平稳，对于闪光焊工艺来说电流和电压对钢轨焊接接头质量有重要的影响，超级电池储能闪光焊机供电系统可以提供更加平稳的电压和电流，焊接工艺更稳定接头质量更好。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
Claims (9)
1.一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述闪光焊机包括电池储能供电系统(1)和闪光焊机组(2)，其中电池储能供电系统(1)中设置储能电池组(11)、汇流柜(12)、储能变流器(13)和隔离变压器(14)；闪光焊机组(2)中设置移动式交流焊机(22)、移动式直流焊机(23)和焊机辅助设备负载(21)。
2.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述电池组(11)通过汇流柜(12)连通储能变流器(13)，储能变流器(13)通过隔离变压器(14)分别连通移动式交流焊机(22)、移动式直流焊机(23)和焊机辅助设备负载(21)。
3.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述电池组(11)中，电池单体串联成电池包，电池包进而串联成电池簇，电池簇并联后将直流电汇流于汇流柜(12)中，汇流柜(12)中配置高压箱(121)，高压箱为电池簇高压控制单元；
所述高压箱(121)体内集成本簇总正、总负继电器(122)，其中预充回路为本簇电池组并离网的控制单元；
所述高压箱(121)集成电池管理系统(123)的二级主控单元，并监测电池簇实时状态，将电池信息显示在显示屏(124)及焊机上位机软件，同时与储能变流器(13)进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述池储能供电系统(1)设置于第一集装箱内；闪光焊机组(2)设置于第二集装箱内。
5.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述电池组(11)电池单体采用锂类电池、三元电池、铅酸类电池、锂硫化学储能电池。
6.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述电池储能供电系统(1)还包括电池柜(15)、空调系统和消防系统。
7.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述焊机辅助设备负载(21)中设置液压站、冷水机、自耦变压器和电控柜。
8.根据权利要求1所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机，其特征在于，所述储能变流器(13)包括直流滤波器(131)、变流单元(133)和直流滤波器(132)。
9.根据权利要求1或3所述的一种大功率超级电池储能供电的闪光焊机的工作方法，
焊机上位机软件将指令传给电池管理系统的二级主控单元；
二级主控单元将指令传给电池簇和储能变流器，总正继电器闭合，电池簇处于离网状态；
由高压箱输出的高压直流电经直流开关进入储能变流器，直流电经过直流滤波器和变流单元的三相半桥变换器逆变成正弦波电压，三相正弦波电压经隔离变压器为焊机和辅助负载供电，焊机启动进行焊接作业；
焊接完成后焊机上位机软件将充电指令传给电池管理系统二级主控单元，预充回路继电器闭合，电池簇处于并网状态；
电网将三相交流电经储能逆变器变流单元整流、经过直流滤波器滤波后进入预充回路，继而为电池组充电。
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