CN215601193U - 供电装置和焊机系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种供电装置和焊机系统。该供电装置包括：直流母线；接入直流母线的第一变换模块，其将外部电源的交流电转换为在直流母线上传输的直流电；接入直流母线的第二变换模块，其将直流母线上的直流电转换为适配于外部负载的直流电或交流电；以及接入直流母线的储能模块，包含储能单元和耦合在直流母线与相应的储能单元之间的双向切换单元，在第一工作模式下，双向切换单元处于仅允许电流从直流母线单向流入储能单元的导通状态，使得外部电源在向外部负载供电的同时还对储能模块充电，以及在第二工作模式下，双向切换单元处于仅允许电流从储能单元单向流入直流母线的导通状态，使得外部电源和储能模块同时向外部负载供电。

Description

供电装置和焊机系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术，具体涉及一种供电装置和焊机系统。

背景技术

目前，我国的运营铁路的运营里程已经超过14万公里，其中高铁的运营里程已经超过3.5万公里，二者均居于世界首位。钢轨的焊接技术(例如，无缝焊接技术)是保障高铁安全、舒适运行的关键环节之一。作为一种先进的钢轨焊接技术，闪光焊技术具有焊接质量好、作业效率高等优点。因而，闪光焊技术在高速铁路、城市轨道交通等无缝线路建设中得到了大量的应用。

焊机系统通常需要大功率电源供电，例如闪光焊机大多采用大功率交流柴油发电机组作为供电装置。然而，应用环境的多样性和复杂性使得供电装置的设计面临诸多挑战。例如，现有钢轨焊接技术中往往采用柴油发电机组三相中的两相作为焊机的主供电电源，而焊机的其他辅助设备往往采用其中的三相作为辅供电电源，这将导致柴油发电机组三相严重不平衡，缩短了设备的使用寿命，提高了维护成本。此外，在城市轨道交通钢轨焊接施工时，尤其是地铁隧道、长大隧道施工时，柴油发电机组存在噪音大、尾气黑烟排放多，污染严重并且伤害作业人员身体健康等问题。再者，在高原环境下，柴油发电机组又存在功率下降快，发电效率低，难以满足正常作业等问题。

实用新型内容

为了解决或至少缓解诸如以上所述的现有问题中的一个或多个，本申请提供了以下技术方案。

根据本申请的一方面，提供一种供电装置。所述供电装置包括：

直流母线；

接入所述直流母线的第一变换模块，配置为将来自外部电源的交流电转换为在所述直流母线上传输的直流电；

接入所述直流母线的第二变换模块，配置为将所述直流母线上传输的直流电转换为适配于外部负载的直流电或交流电；以及

接入所述直流母线的储能模块，包含一个或多个储能单元和耦合在所述直流母线与相应的储能单元之间的双向切换单元，

其中，在第一工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述直流母线单向流入所述储能单元的导通状态，使得所述外部电源在向所述外部负载供电的同时还对所述储能模块充电，以及在第二工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述储能单元单向流入所述直流母线的导通状态，使得所述外部电源以及所述储能模块同时向所述外部负载供电。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置进一步包括与所述第一变换模块和所述双向切换单元耦合的控制单元，配置为至少基于所述外部电源的供电能力、所述外部负载的功率需求和所述储能模块的储能水平中的一项或多项来生成控制命令。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，否则，生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述控制单元以下方式生成所述控制命令：

如果所述外部电源的供电能力小于或等于预先确定的供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值并且所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值并且所述外部负载的功率需求小于或等于所述功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平大于预先确定的电量阈值或所述外部电源不可用，则生成使所述供电装置处于第三工作模式的控制命令，在所述第三工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述储能单元单向流入所述直流母线的导通状态，并且所述第一变换模块切断所述外部电源与所述直流母线的连接或所述外部电源停止电能输出，使得仅有所述储能模块向所述外部负载供电。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力小于或等于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力小于或等于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述外部电源包含下列中的至少一项：电网电源、发电机。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，所述外部电源的供电能力以所述充电机的设定功率表示。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述第一变换模块为充电机，并且所述第二变换模块至少包括DC-AC变换器。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述储能单元包括锂离子混合电容。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述双向切换单元为位于所述储能单元的进线端和/或出线端的电力电子双向开关，所述电力电子开关由IGBT构成。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的供电装置，其中，所述外部负载为闪光焊机，所述控制单元配置为实时地基于所述外部电源的供电能力、所述外部负载的功率需求和所述储能模块的储能水平来生成控制命令，从而使所述供电装置在所述闪光焊过程的不同阶段都处于匹配的工作模式。

此外，根据本申请的另一方面，提供一种焊机系统。所述焊机系统包括：

闪光焊机；以及

上述任意供电装置，其中，所述供电装置供电的外部负载包括所述闪光焊机。

作为上述方案的替代或补充，进一步包括辅助装置，所述供电装置供电的外部负载还包括所述辅助装置，其中，所述辅助装置包括下列中的至少一个：冷水机组、泵站、空调。

作为上述方案的替代或补充，根据本申请一实施例的焊机系统，其中，所述焊机为用于钢轨焊接的交流闪光焊机或直流闪光焊机。

此外，根据本申请的又一方面，提供一种用于控制供电装置的方法，其中，所述供电装置包括直流母线、适于将来自外部电源的交流电转换为在直流母线上传输的直流电的第一变换模块、适于将所述直流母线上传输的直流电转换为适配于外部负载的直流电或交流电的第二变换模块以及包含一个或多个储能单元和耦合在所述直流母线与相应的储能单元之间的双向切换单元的储能模块，所述方法包含下列步骤：

获取所述外部电源、外部负载和/或储能单元的状态；

基于所获取的状态生成使所述供电装置处于第一工作模式或第二工作模式的控制命令，

其中，在所述第一工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述直流母线单向流入所述储能单元的导通状态，使得所述外部电源在向所述外部负载供电的同时还对所述储能模块充电，以及在所述第二工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述储能单元单向流入所述直流母线的导通状态，使得所述外部电源以及所述储能模块同时向所述外部负载供电。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本申请的上述和其他目的及优点更加完整清楚。

图1示出根据本申请的一个实施例的供电装置100。

图2示出根据本申请的另一个实施例的供电装置200。

图3示出根据本申请的另一个实施例的用于控制供电装置的方法300。

具体实施方式

下面参照其中图示了本申请示意性实施例的附图更为全面地说明本申请。但本申请可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本申请的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

应理解，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，除非另外特别指明，术语“包括”、“包含”、“具有”以及类似表述意在表示不排他的包含。

图1示出根据本申请的一个实施例的供电装置100。其中，供电装置100包括直流母线110，第一变换模块120，第二变换模块130以及储能模块140。第一变换模块120接入直流母线110并且配置为将来自外部电源102的交流电转换为在直流母线110上传输的直流电。第二变换模块130接入直流母线110并且配置为将直流母线110上传输的直流电转换为适配于外部负载103的直流电或交流电。并且，储能模块140包含一个或多个储能单元1421、1422……142n和耦合在直流母线110与相应的储能单元之间的双向切换单元141。

进一步，响应于来自于供电装置内部或外部的控制命令，供电装置处于第一工作模式，在该模式下，双向切换单元141处于仅允许电流从直流母线110单向流入储能单元1421、1422……142n的导通状态，使得外部电源102在向外部负载103供电的同时还对储能模块140充电。此外，响应于来自于供电装置内部或内部的控制命令，供电装置还可处于第二工作模式，在该模式下，双向切换单元141处于仅允许电流从储能单元1421、1422……142n单向流入直流母线110的导通状态，使得外部电源102以及储能模块140同时向外部负载103供电。

在图1以及下面借助图2描述的实施方式中，由供电装置供电的外部负载具有多样性。示例性的外部负载包括焊机系统中的闪光焊机和辅助装置，其中，供电装置既可以向闪光焊机和辅助装置的其中一个供电，也可以向闪光焊机和辅助装置二者供电。需要说明的是，辅助装置也可以根据实际需要，采用与焊机不一样的供电模式。这里所述的闪光焊机可以是交流闪光焊机，也可以是直流闪光焊机。这里所述的辅助装置可包括下列中的至少一个：冷水机组、泵站和空调。

供电装置100可以响应于不同的控制命令在不同的工作模式之间切换：使得外部电源102一边为外部负载103供电的同时一边为储能模块140充电，从而节约了充电时间；或者使得外部电源102与储能模块140同时为外部负载103供电，从而保证一些工况下稳定的供电功率(例如在高原环境下或者在网电供应的功率(受限于电缆的线径)较小的情况下)。本供电装置可以基于外部负载需求和储能模块的储能水平、外部电源的供电状态中的一项或多项来生成控制命令，从而使供电装置在使用过程中处于最合适的供电模式，由此提供稳定、充足的电量，更好地满足外部负载103的供电需要，并且在同样电能的供给下可以提供更持久的续航供电能力。

优选地，供电装置100被用于向闪光焊机供电，为了使供电装置在闪光焊过程的不同阶段都处于匹配的工作模式，可实时地基于外部电源的供电能力、外部负载的功率需求和储能模块的储能水平来生成控制命令。图2示出根据本申请的另一个实施例的供电装置200。其中，供电装置200包括直流母线210，第一变换模块220，第二变换模块230以及储能模块240，由一个或多个储能单元构成，所述储能单元可以选用具有高能量密度和高功率特性的储能电池，最好还具有较快的充、放电速度，例如选用锂离子混合电容。可选地，供电装置200可集中放置在独立的壳体内。但本申请所要求保护的供电装置不限于此，其也可以分立地放置在多个不同的壳体或其他载体内。

第一变换模块220接入直流母线210并且配置为将来自外部电源202的交流电转换为在直流母线210上传输的直流电。第一变换模块220为充电机(包括AC-DC变换器)，可具有过压保护装置、过流保护装置等。

外部电源202指的是作为供电装置外部设备或单元的电源，其例如可包括电网电源和/或发电机(例如柴油发电机组)。可选地，为柴油发电机组配置尾气净化装置，从而有效去除柴油机尾气中的黑烟颗粒等其他有害物质。这对降噪消音也有一定效果。可选地，柴油发电机组的额定功率为110KW-150KW。优选地，柴油发电机组的功率为120KW。

通过采用多种类型的能量源(包括上述外部电源和供电装置内的储能模块)以及多供电模式的配置，能够使供电装置适合于更多的应用场合。例如，当电网与发电机互为备份电源时，配合储能模块，可以在满足低噪音、低排放等环保要求的同时，还能满足高海拔、长大隧道等钢轨焊接要求。可选地，可以为供电装置200配置可快速拆装的充电输入接头，而在电网电源和发电机两个电力来源之间切换。这样的切换可以根据实际工况来选择，例如，当现场具有电网供电条件时，将开关切换至电网电源，而当现场不具有电网供电条件时，将开关切换至发电机。此类切换可以通过实际工况由控制系统来自动切换，也可以通过操作人员进行手动切换。应当注意的是，本申请的保护范围不限于此，当现场具有电网供电条件时，供电装置200也可同时利用电网电源和发电机两者来供电。又如，通过引入储能化学电池作为能量源，可以摆脱对电网的依赖，因此使供电装置具有更好的机动性；与此同时，多能源的协同配置减少或避免了大功能率柴油发电机的使用也有利于应对日益严格的环保要求的挑战。

第二变换模块230接入直流母线210并且配置为将直流母线210上传输的直流电转换为适配于外部负载203的直流电或交流电。此处，外部负载203可以包括用于钢轨焊接的闪光焊机2031及其辅助装置2032。具体地，辅助装置2032可以包括焊机泵站、吊机泵站、冷水机组、空调、插座等设备。示例性地，第二变换模块230可以包括主DC-AC变换器231和辅DC-AC变换器232。主DC-AC变换器231可将直流母线210上的直流电转换为适用于闪光焊机2031的单相交流电，而辅DC-AC变换器232可将直流母线210上的直流电转换为适用于辅助装置2032的三相交流电。应当注意的是，本申请不限于此，当焊机2031为直流焊机时，可在主DC-AC变换器231后续配置整流变压器等部件，将直流母线210上的直流电转换为适用于直流焊机2031的直流电。可以为该变换模块设计有输出短路、电池侧过欠压、输出接地、功率模块故障、交流侧短路等保护功能，用以保障供电的可靠性和安全性。

储能模块240包含多个储能单元2421、2422和2423。但本申请所要求保护的储能单元的个数不限于此，其可以是任意适当的个数。示例性地，储能模块可包含多个并联连接的储能单元或储能电池包，并且储能模块的设计电量可设置为不少于480KWh。在一个典型的应用场景下，即使没有其它电源参与供电，设计电量为483.84KWh并且处于满电状态的储能模块也足以提供焊接不少于60个接头所需的电能，持续作业时间大于15个小时。储能单元可包括锂离子混合电容，从而兼具了锂离子电池和超级电容器的优点：高能量密度、高功率密度、长寿命等。这些优点使得储能单元能够匹配闪光焊闪光阶段或顶锻阶段(此时焊接负载相对较大)的短时间大电流的电能功率需求特点，这有利于电能的稳定供应。可选地，这些储能单元通过并联的方式运行，能够有效增加储能模块240的总电量，进一步提高焊轨施工作业的续航能力。

可选地，储能模块240配置有自动加热装置，在环境温度较低情况下，也可以保证储能模块240的正常工作。可选地，为储能模块240配备有顶置冷水机组以使储能模块工作在合适的温度范围内(例如一个围绕25℃的区间)。例如，当储能模块的温度较低时，冷水机组将热水泵入锂离子混合电容内以加热锂离子混合电容，从而确保锂离子混合电容工作在能发挥最高效率的温度范围；又如，当储能模块的温度较高时，冷水机组将冷水泵入锂离子混合电容内以对锂离子混合电容降温，从而确保锂离子混合电容工作在能发挥最高效率的温度范围。在高温持续工作的条件下，通过循环液冷却为储能模块240降温。可选地，储能模块240具有综合电池管理系统，从而完成内部电池状态采集、电池能量均衡以及电池故障分析等功能，保证储能模块240运行的稳定性。

储能模块240还包含耦合在直流母线210与相应的储能单元之间的双向切换单元241。双向切换单元241可以是由IGBT、SCR等器件构成的双向电力电子开关。优选地，可采用IGBT构成双向电力电子开关。在第一工作模式下，双向切换单元241处于仅允许电流从直流母线210单向流入储能单元的导通状态，使得外部电源202在向外部负载203供电的同时还对储能模块240充电。此外，在第二工作模式下，双向切换单元241处于仅允许电流从储能单元单向流入直流母线210的导通状态，使得外部电源202以及储能模块240同时向外部负载203供电。

根据本申请的一个实施例的供电装置(例如，供电装置100、200)进一步包括控制单元。控制单元配置为至少基于外部电源(例如，外部电源102、202)的供电能力、外部负载(例如，外部负载103、203)的功率需求和储能单元(例如，储能单元140、240)的储能水平等因素来生成使供电装置进入各种工作模式(例如第一和第二工作模式)的控制命令。需要指出的是，作为实现控制命令生成功能的单元，控制单元可以是供电装置的内部单元，也可以是供电装置的外部单元(例如与外部负载的控制单元集成在一起)。可选地，外部电源的供电能力可以以充电机的设定功率来表示。

以下进一步描述控制命令的生成方式。

可选地，控制单元可基于外部负载的功率需求与预先确定的负载功率阈值之间的比较结果来生成相应的控制命令。具体而言，如果外部负载的功率需求小于或等于预先确定的负载功率阈值，则表明负载功率需求较小，因此生成使供电装置进入第一工作模式的控制命令；否则，则表明负载功率需求较大，为确保电力供应充足，此时应生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令。其中，外部负载的功率需求可以通过配置于闪光焊机的传感器(例如包括但不限于采样电路和滤波电路等)而获得。负载功率阈值可以基于负载的功率需求特性(例如时间分布特性和动态变化速率等)等来确定。例如在焊机应用中，可以将焊接最大负载的百分比值(例如最大负载的60％)取作负载功率阈值。负载功率阈值可以是固定的，也可以是动态调整的，其例如可根据焊机所处的工作阶段而确定。

基于外部负载的功率需求与负载功率阈值之间的比较结果来生成控制命令尤其有利于外部负载易波动的工况，例如，闪光焊机在一个完整的工作周期中，其功率往往会根据所处的不同工作阶段而出现显著的波动。当外部负载波动为大负载时(例如，满足轨道闪光焊过程中顶锻阶段以及部分闪光阶段所需的大供电功率)，该控制策略使得外部电源与储能模块同时为外部负载供电，从而保证稳定的供电功率。当外部负载波动为小负载时，该控制策略使得外部电源一边为外部负载供电的同时一边为储能模块充电，从而节约了充电时间。上述基于不同工作阶段动态调整负载功率阈值的方式，能够在满足电力供应的同时，使储能单元储存尽可能多的电能。

可选地，控制单元还可基于外部电源的供电能力和外部负载的功率二者来生成控制命令。具体而言，可以基于外部电源的供电能力与供电功率阈值的比较结果以及外部负载的功率需求与负载功率阈值之间的比较结果来生成控制命令。

其中，外部电源的实时供电能力可以由外部电源提供。供电功率阈值可例如基于负载的功率需求特性等因素来确定(例如将供电功率阈值设定为确保小焊接负载的需求能够被满足)。供电功率阈值可以是固定的，也可以是动态调整的，例如根据应用环境确定。

示例性地，当外部电源为柴油机并且施工地点海拔较高时，可以将供电功率阈值设置得较大以更不容易触发进入第一工作模式的条件，从而在这样的应用环境下确保有充足的电力被提供给负载。

可选地，控制单元可以将外部电源的供电能力与预先确定的供电功率阈值进行比较，如果外部电源的供电能力小于或等于预先确定的供电功率阈值，则表明不满足边充边焊的条件，因此控制单元生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令，否则，则将外部负载的功率需求与预先确定的负载功率阈值进行比较。在后续比较中，如果外部负载的功率需求小于或等于负载功率阈值，则表明边充边焊导致电力供应不足的风险较小，因此控制单元生成使供电装置进入第一工作模式的命令，如果外部负载的功率需求大于负载功率阈值，则表明边充边焊导致电力供应不足的风险较大，因此控制装置生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令。

可选地，在控制命令的生成过程中，还可引入储能模块的储能水平作为考虑因素。具体而言，控制单元可将储能模块的储能水平(在多个储能单元的情况下，该储能水平可以是各个储能单元的储能水平的平均值、总和、最大值或最小值)与预先确定的电量阈值进行比较并将比较结果作为控制命令生成的依据。

可选地，如果外部电源不可用(例如无法连接到外部电网并且柴油发电机无法工作或不适合使用(例如在长大隧道进行钢轨焊接时发电过程中产生的气体不易排放或工作环境对噪声水平有限制等))或如果此时储能模块的储能水平大于预先确定的电量阈值(例如剩余电量大于电池容量的30％以上)，则控制单元可生成使供电装置进入第三工作模式的控制命令，在该工作模式下，双向切换单元141处于仅允许电流从储能单元单向流入直流母线210的导通状态，第一变换模块切断外部电源与直流母线的连接。

可选地，如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，则控制单元可基于其它条件生成使供电装置进入第一或第二工作模式的控制命令，例如与如上所述的生成第一和第二工作模式的各种方式相结合。

例如，在将储能模块的储能水平和外部负载的功率需求同时纳入考虑因素时，可以按照下列方式生成控制命令：

如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令。另一方面，如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值，则控制单元生成使供电装置处于第一工作模式的控制命令。

又如，在将储能模块的储能水平、外部负载的功率需求和外部电源的供电能力同时纳入考虑因素时，可以按照下列方式生成控制命令：

如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第一工作模式的控制命令；

如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力大于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令；

如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力小于或等于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令；以及

如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力小于或等于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令。

其中，储能单元的储能水平可以通过为储能单元配置的传感器、综合电池管理系统等设备来获得。电量阈值可基于储能单元的额定电量等因素来确定，例如设定为额定电量的30％。电量阈值可以是固定的，也可以根据实时工况而确定。

需要指出的是，以上所描述的控制命令的生成方式可以被实时地执行。也就是说，控制单元可以根据供电能力、功率需求和储能水平的当前状态，实时生成相应的控制命令。示例性地，当供电装置被用于向闪光焊机供电时，由于闪光焊过程不同阶段的功率需求是动态变化的，因此通过上述实时生成控制命令的方式能够使供电装置在闪光焊过程的各个阶段都处于匹配的工作模式。

在根据本申请的一个实施例的焊机系统中，包括焊机以及根据本申请所要求保护的供电装置(例如，供电装置100、200等)。其中，焊机与该供电装置耦合。进一步地，该焊机系统还可包括辅助装置，例如，焊机泵站、吊机泵站、冷水机组、空调、插座等。进一步地，该焊机系统中的焊机为用于钢轨焊接的闪光焊机。

图3示出根据本申请的另一个实施例的用于控制供电装置的方法300。其中，供电装置(例如，供电装置100、200)包括直流母线、第一变换模块、第二变换模块和储能模块。第一变换模块适于将来自外部电源的交流电转换为在直流母线上传输的直流电。第二变换模块适于将直流母线上传输的直流电转换为适配于外部负载的直流电或交流电。储能模块包含一个或多个储能单元和耦合在直流母线与相应的储能单元之间的双向切换单元。方法300包括以下步骤。

在步骤301，获取外部电源、外部负载、储能单元等状态。这可以通过为各部件配置的传感器，例如，电流表、电压表、功率计、综合电池管理系统来实现。

在步骤302，基于所获取的状态生成使供电装置处于各种工作模式的控制命令。例如，在第一工作模式下，双向切换单元处于仅允许电流从直流母线单向流入储能单元的导通状态，使得外部电源在向外部负载供电的同时还对储能模块充电。又如，在第二工作模式下，双向切换单元处于仅允许电流从储能单元单向流入直流母线的导通状态，使得外部电源以及储能模块同时向外部负载供电。用于控制供电装置的方法300可以在不同的场景下响应于不同的控制命令使得供电装置切换于不同的工作模式之间：使得外部电源在为外部负载供电的同时为储能模块充电，从而节约了充电时间；或者使得外部电源与储能模块同时为外部负载供电，从而保证特定工况下稳定的供电功率。

具体地，可通过外部负载的功率需求与预先确定的负载功率阈值之间的比较来实现步骤302。具体而言，如果外部负载的功率需求大于负载功率阈值，则生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令；否则，则生成第一控制命令。其中，外部负载的功率需求可以通过配置于负载侧的传感器(例如包括但不限于采样电路和滤波电路等)而获得。负载功率阈值可以基于外部电源的额定功率、实际输出功率等来确定。负载功率阈值可以是固定的，也可以是根据实时工况而先于上述比较操作而确定的。

作为上述方案的补充或备选，还可通过外部电源的供电能力与预先确定的供电功率阈值之间的比较来实现步骤302。具体而言，如果外部电源的供电能力小于或等于预先确定的供电功率阈值，则表明不满足边充边焊的条件，因此控制单元生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令，否则，则将外部负载的功率需求与预先确定的负载功率阈值进行比较。在后续比较中，如果外部负载的功率需求小于或等于负载功率阈值，则表明边充边焊导致电力供应不足的风险较小，因此控制单元生成使供电装置进入第一工作模式的命令，如果外部负载的功率需求大于负载功率阈值，则表明边充边焊导致电力供应不足的风险较大，因此控制装置生成使供电装置进入第二工作模式的控制命令。其中，外部电源的供电能力可以由外部电源提供。供电功率阈值可例如基于负载的功率需求特性等因素来确定(例如将供电功率阈值设定为确保小焊接负载的需求能够被满足)。供电功率阈值可以是固定的，也可以是根据实时工况而先于上述比较操作而确定的。

作为上述方案的补充或备选，在步骤302中控制命令的生成除了考虑外部负载的功率以外，还包含储能水平与预先确定的电量阈值之间的比较。具体而言，如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令。另一方面，如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值，则控制单元生成使供电装置处于第一工作模式的控制命令。

作为上述方案的补充或备选，在步骤302中控制命令的生成除了考虑外部负载的功率和外部电源的供电能力以外，还包含储能水平与预先确定的电量阈值之间的比较。例如，如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第一工作模式的控制命令；如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力大于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令；如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力小于或等于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令；以及如果储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且外部电源的供电能力小于或等于供电能力阈值，则控制单元生成使供电装置处于第二工作模式的控制命令。

其中，储能模块的储能水平可以通过为储能单元配置的传感器、综合电池管理系统等设备来获得。电量阈值可基于储能单元的额定电量等因素来确定，例如设定为额定电量的30％。电量阈值可以是固定的，也可以是根据实时工况而先于上述比较操作而确定的。

需要指出的是，本申请的附图中所示的一些方框图仅是用来示意性地表示功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

还应当理解，在一些备选实施例中，方法中所包括的功能/步骤可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个功能/步骤可以基本同时执行或甚至逆序执行。这具体取决于所涉及的功能/步骤。

以上尽管只对其中一些本申请的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本申请可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本申请精神及范围的情况下，本申请可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (16)

1.一种供电装置，其特征在于，包括：

直流母线；

接入所述直流母线的第一变换模块，配置为将来自外部电源的交流电转换为在所述直流母线上传输的直流电；

接入所述直流母线的第二变换模块，配置为将所述直流母线上传输的直流电转换为适配于外部负载的直流电或交流电；以及

接入所述直流母线的储能模块，包含一个或多个储能单元和耦合在所述直流母线与相应的储能单元之间的双向切换单元，

其中，在第一工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述直流母线单向流入所述储能单元的导通状态，使得所述外部电源在向所述外部负载供电的同时还对所述储能模块充电，以及在第二工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述储能单元单向流入所述直流母线的导通状态，使得所述外部电源以及所述储能模块同时向所述外部负载供电。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，进一步包括与所述第一变换模块和所述双向切换单元耦合的控制单元，配置为至少基于所述外部电源的供电能力、所述外部负载的功率需求和所述储能模块的储能水平中的一项或多项来生成控制命令。

3.根据权利要求2所述的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，否则，生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

4.根据权利要求2所述的供电装置，其中，所述控制单元以下方式生成所述控制命令：

如果所述外部电源的供电能力小于或等于预先确定的供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值并且所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值并且所述外部负载的功率需求小于或等于所述功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

5.根据权利要求2所述的供电装置，其中，所述控制单元以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平大于预先确定的电量阈值或所述外部电源不可用，则生成使所述供电装置处于第三工作模式的控制命令，在所述第三工作模式下，所述双向切换单元处于仅允许电流从所述储能单元单向流入所述直流母线的导通状态，并且所述第一变换模块切断所述外部电源与所述直流母线的连接或所述外部电源停止电能输出，使得仅有所述储能模块向所述外部负载供电。

6.根据权利要求5所述的供电装置，其中，所述控制单元还以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值并且所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令。

7.根据权利要求5所述的供电装置，其中，所述控制单元还以下列方式生成所述控制命令：

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第一工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力大于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求大于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力小于或等于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令，

如果所述储能模块的储能水平小于或等于预先确定的电量阈值，所述外部负载的功率需求小于或等于预先确定的功率需求阈值并且所述外部电源的供电能力小于或等于所述供电能力阈值，则生成使所述供电装置处于所述第二工作模式的控制命令。

8.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述第一变换模块为充电机，并且所述第二变换模块至少包括DC-AC变换器。

9.根据权利要求2-7中任意一项所述的供电装置，其中，所述外部电源包含下列中的至少一项：电网电源、发电机。

10.根据权利要求8所述的供电装置，其中，所述外部电源的供电能力以所述第一变换模块的设定功率表示。

11.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述储能单元包括锂离子混合电容。

12.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述双向切换单元为位于所述储能单元的进线端和/或出线端的双向电力电子开关，所述电力电子开关由IGBT构成。

13.根据权利要求2-7中任意一项所述的供电装置，其中，所述外部负载为闪光焊机，所述控制单元配置为实时地基于所述外部电源的供电能力、所述外部负载的功率需求和所述储能模块的储能水平来生成控制命令，从而使所述供电装置在所述闪光焊过程的不同阶段都处于匹配的工作模式。

14.一种闪光焊机系统，其特征在于，包括：

闪光焊机；以及

如权利要求1-13中任意一项所述的供电装置，其中，所述供电装置供电的外部负载包括所述闪光焊机。

15.根据权利要求14所述的闪光焊机系统，其中，进一步包括辅助装置，所述供电装置供电的外部负载还包括所述辅助装置，其中，所述辅助装置包括下列中的至少一个：冷水机组、泵站、空调。

16.根据权利要求14所述的闪光焊机系统，其中，所述闪光焊机为用于钢轨焊接的交流闪光焊机或直流闪光焊机。

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