用于电驱工程设备的电能控制系统的制作方法

1.本技术涉及一种用于电驱工程设备的电能控制系统。


背景技术：

2.工程设备电驱化是目前发展的一个趋势。传统工程设备的动力电池通常为辅助电池，例如80v电池。对于一些大型设备来说，辅助电池不能满足高输出功率的要求，因此动力电池需要采用高压电池，例如400v以上的电池。配备这种高压动力电池，对设备安全性提出了更高的要求。工程设备通常包括下车(行走部分)和上车(作业部分)。上车和下车的操作通常是彼此分开的。例如，经常有在下车停止的状态下执行上车操作的情况，即在下车停止行走时，上车执行作业并消耗大量电能。这一点是与电动车辆不同的，因此，适用于电动车辆的充电方案，就不适用于电驱工程设备了。尤其是，在给电驱工程设备的动力电池充电时，希望禁止工程设备、尤其是其上车的操作，以提高安全性。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种安全性提高的用于电驱工程设备的电能控制系统。
4.为此，本技术提供了一种用于电驱工程设备的电能控制系统，其包括：用于为电驱工程设备的动力电池进行交流充电的交流充电口和车载充电机；用于为动力电池进行直流充电的直流充电口；用于管理动力电池的电池管理系统；控制器，其与所述车载充电机和电池管理系统连接；充电信号线路，其由电驱工程设备的辅助电池通向所述控制器，所述充电信号线路中布置着交流充电信号开关的交流充电信号开关触点和直流充电信号开关的直流充电信号开关触点，所述交流充电信号开关触点和直流充电信号开关触点的开闭状态组合形成能够由控制器检测到的交流充电使能信号，所述控制器配置成在检测到交流充电使能信号的状态下禁止电驱工程设备的全部动作。
5.在一种实施方式中，所述交流充电信号开关触点为常开触点，所述直流充电信号开关触点为常闭触点。
6.在一种实施方式中，所述直流充电信号开关由所述电池管理系统控制。
7.在一种实施方式中，所述充电信号线路的导通状态对应于交流充电使能信号有效，所述充电信号线路的断开状态对应于交流充电使能信号无效。
8.在一种实施方式中，所述充电信号线路包括彼此平行的第一充电信号线路和第二充电信号线路，所述交流充电信号开关触点包括布置在第一充电信号线路中的第一交流充电信号开关触点和布置在第二充电信号线路中的第二交流充电信号开关触点，所述直流充电信号开关触点包括布置在第一充电信号线路中的第一直流充电信号开关触点和布置在第二充电信号线路中的第二直流充电信号开关触点。
9.在一种实施方式中，所述电能控制系统还包括点火开关线路，电驱工程设备的点火开关设置在所述点火开关线路中。
10.在一种实施方式中，所述第一充电信号线路连接到所述控制器的交流充电使能信
号端口，所述第二充电信号线路和所述点火开关线路连接到控制器的通电信号端口。
11.在一种实施方式中，所述电能控制系统具有由所述控制器控制的交流充电模式，进入交流充电模式的条件为：交流充电口接入交流充电电源，并且交流充电使能信号有效。
12.在一种实施方式中，所述电能控制系统具有由所述电池管理系统控制的直流充电模式，进入直流充电模式的条件为：直流充电口接入直流充电电源；并且在直流充电模式中，所述直流充电信号开关触点被切换开闭状态而使得所述交流充电使能信号无效。
13.在一种实施方式中，在所述直流充电模式中：在电驱工程设备的点火开关断开的状态下，所述控制器处在睡眠状态；在电驱工程设备的点火开关接通的状态下，所述控制器处在唤醒状态，允许所述辅助电池向工程设备中的辅助设备供电。
14.本技术的用于电驱工程设备的电能控制系统采用了交流充电信号开关和直流充电信号开关，用以在高压动力电池ac和直流充电时禁止工程设备的各种动作，提高了充电中的工程设备安全性。
附图说明
15.通过参照附图阅读下面的详细描述，可进一步理解本技术，在附图中：
16.图1示意性展示了根据本技术的一种可行实施方式的电能控制系统的架构；
17.图2是图1所示电能控制系统的操作模式。
具体实施方式
18.本技术总体上涉及一种充电系统，用于为电驱工程设备的高压动力电池充电。这里所说的电驱工程设备包括诸如高空作业平台、挖掘机、旋转钻机等非公路设备，采用高压电池形式的动力电池作为工程设备的动力源，用于向的工程设备中的高电压耗电元件供应高电压。这里所说的高压电池是指输出电压在400v(含)以上的电池，例如输出电压在400v～700v的电池，与高电压耗电元件的工作电压相适配。
19.本技术还涉及用于电驱工程设备的电能控制系统，其包含所述高压电池和充电系统、以及控制器。
20.工程设备具有上车和下车，上车可回转地支撑在下车上。上车具有各种执行机构，下车具有行走机构(诸如车轮、履带等)。上车和下车都是电驱型的，由所述高压电池供应电能。可以配备一块高压电池为上车和下车供电，也可以为上车和下车分别配备相应的高压电池。
21.本技术的电能控制系统的一种构架在图1中示意性展示。如图1所示，该电能控制系统包括：用于为高压电池hvb充电的充电系统，以及用于控制高压电池hvb向工程设备的用电部件(诸如上车的执行机构、下车的行走机构)供电的控制器cpu。
22.所述充电系统具有交流充电和直流充电功能，适用于交流和直流充电电源。为此，充电系统包括交流充电口cac和直流充电口cdc。直流充电口cdc连接到用于升压的dc-dc转换器hvdc。交流充电口cac连接着车载充电机obc，车载充电机obc连接到电池管理系统bms。电池管理系统bms连接到dc-dc转换器hvdc，dc-dc转换器hvdc连接到高压电池hvb。这样，可由交流充电口cac经车载充电机obc将交流充电电源的交流电转换为直流电，再由电池管理系统bms经dc-dc转换器hvdc为高压电池hvb充电；另一方面，可由直流充电口cdc将直流充
电电源的直流电供应给电池管理系统bms，电池管理系统bms经dc-dc转换器hvdc为高压电池hvb充电。也可以将dc-dc转换器hvdc集成在电池管理系统bms内。此外，电池管理系统bms还管理及维护高压电池的各个电池单元，防止高压电池出现过充电和过放电，监控高压电池的状态，延长高压电池的使用寿命。
23.控制器cpu与车载充电机obc连接，以便向车载充电机obc发送模式控制信号以及接收车载充电机obc状态信号。控制器cpu还与电池管理系统bms连接，以便接收电池管理系统bms充电状态信号。控制器cpu通过电池管理系统bms间接控制高压电池hvb的输入输出。
24.上面描述的充电系统中的各个元件，可以采用本领域已有的元件，对于本领域技术人员来说是容易理解的，这里不再详细描述。本技术的充电系统的改进之处在于添加了充电保护功能，用于在高压电池hvb充电时提供保护功能。
25.为了实现该充电保护功能，所述电能控制系统包括由工程设备的辅助电池lvb(例如输出电压为12v、24v等)的正极通向控制器cpu的第一充电信号线路l1、第二充电信号线路l2、点火开关线路l3。其中，第一充电信号线路l1和点火开关线路l3连接到控制器cpu的通电信号端口pop，第二充电信号线路l2连接到控制器cpu的交流充电使能信号端口cep。
26.在第一充电信号线路l1中，布置着交流充电信号开关cs的第一交流充电信号开关触点cs1和直流充电信号开关km的第一直流充电信号开关触点km1；在第二充电信号线路l2中，布置着交流充电信号开关cs的第二交流充电信号开关触点cs2和直流充电信号开关km的第二直流充电信号开关触点km2。
27.交流充电信号开关cs为供操作者手工操控的充电开关，其第一交流充电信号开关触点cs1和第二交流充电信号开关触点cs2常态下断开。
28.直流充电信号开关km为设置在电池管理系统bms中的接触器的形式，其第一直流充电信号开关触点km1和第二直流充电信号开关触点km2常态下闭合。
29.在点火开关线路l3中，布置着工程设备的点火开关is，点火开关is常态下断开。
30.通过第一、第二充电信号线路、点火开关线路，以及控制器cpu与车载充电机obc、电池管理系统bms之间的连接线路，控制器cpu确认交流充电口cac、直流充电口cdc的充电电源接入状态以及交流充电信号开关cs、直流充电信号开关km、点火开关is的开关状态，并且基于充电电源接入状态以及各开关状态控制高压电池hvb的充电和电能输出。例如，在交流充电信号开关cs被操作者手工操控接通时，控制器cpu会从交流充电使能信号端口cep接收到来自第二充电信号线路l2的交流充电使能信号。由于第二直流充电信号开关触点km2布置在第二充电信号线路l2中，因此第二直流充电信号开关触点km2的断开能够关断交流充电使能信号。控制器cpu能够从交流充电使能信号端口cep确认是否存在交流充电使能信号。
31.下面描述本技术的电能控制系统的控制逻辑。
32.在交流充电口cac接入交流充电电源，直流充电口cdc未接入直流充电电源，并且交流充电信号开关cs被操作者手工操控而接通(即第一交流充电信号开关触点cs1和第二交流充电信号开关触点cs2闭合)时，控制器cpu检测到上述状态并且切换到交流充电模式，其中启动高压电池hvb充电、并且禁止工程设备的全部动作。
33.在交流充电口cac接入交流充电电源，直流充电口cdc未接入直流充电电源，并且交流充电信号开关cs未被操作者手工操控而没有接通(即第一交流充电信号开关触点cs1
和第二交流充电信号开关触点cs2保持断开)时，控制器cpu检测到上述状态并且切换到待机模式，其中禁止高压电池hvb充电、并且禁止工程设备的全部动作。
34.在直流充电口cdc接入直流充电电源，点火开关is保持断开时，不论交流充电口cac是否接入交流充电电源，电池管理系统bms将直流充电信号开关km切断(即第一直流充电信号开关触点km1和第二直流充电信号开关触点km2断开)，控制器cpu检测到上述状态并且切换到睡眠模式，其中禁止工程设备的全部动作。此时，完全由电池管理系统bms执行高压电池hvb的直流充电。
35.在直流充电口cdc接入直流充电电源，点火开关is被接通时，不论交流充电口cac是否接入交流充电电源，电池管理系统bms将直流充电信号开关km切断(即第一直流充电信号开关触点km1和第二直流充电信号开关触点km2断开)，控制器cpu检测到上述状态并且切换到唤醒模式，其中禁止工程设备的全部动作，但是保持从辅助电池lvb向工程设备的低电压耗电辅助设备(诸如照明、仪表盘、音响等)供应低压电。此时，完全由电池管理系统bms执行高压电池hvb的直流充电。
36.可以看到，通过交流充电信号开关cs(常开)与直流充电信号开关km(常闭)的配合，产生交流充电使能信号。其中，在交流充电信号开关cs被手工接通，并且直流充电信号开关km保持闭合时，存在交流充电使能信号(或者说交流充电使能信号有效)；在交流充电信号开关cs未被手工接通，或者电池管理系统bms将直流充电信号开关km断开时，不存在交流充电使能信号(或者说交流充电使能信号无效)。控制器cpu基于交流充电使能信号有效确定高压电池hvb的交流充电以及禁止工程设备的全部动作。另一方面，在对高压电池hvb进行直流充电时，电池管理系统bms将直流充电信号开关km断开，使得交流充电使能信号不存在、或者说无效。控制器cpu基于交流充电使能信号无效以及电池管理系统bms的充电状态确定高压电池hvb的直流充电以及禁止工程设备的全部动作。
37.因此，不论是对高压电池hvb进行交流充电还是直流充电期间，控制器cpu都禁止工程设备的所有动作，以提高工程设备充电期间的安全性。在高压电池hvb交流充电结束后，操作者操控交流充电信号开关cs回到断开状态，控制器cpu检测到交流充电使能信号由有效变为无效，从而确定交流充电过程结束，控制器cpu返回高压模式。在高压电池hvb直流充电结束后，控制器cpu通过电池管理系统bms确定直流充电过程结束，控制器cpu返回高压模式。
38.在高压模式下，控制器cpu使得高压电池hvb能够向工程设备的各高电压耗电元件供应高电压，操作人员可以操控工程设备执行各种动作。
39.本技术的电能控制系统的工作流程在图2中示意性展示。如图2所示，在步骤s1，控制器cpu接通。
40.接下来在步骤s2，判断高压电池hvb是否接入了交流充电电源、并且交流充电使能信号是否有效。在两个判断的结果都为“是”的情况下，转到步骤s3；在两个判断的结果中的一个或两个为“否”的情况下，转到步骤s4。
41.在步骤s3，进入高压电池hvb的交流充电模式，禁止工程设备所有动作。在步骤s3之后，返回步骤s2。
42.在步骤s4，判断高压电池hvb是否接入了直流充电电源。如果判断结果为“是”，转到步骤s5；如果判断结果为“否”，转到步骤s6。
43.在步骤s5，进入高压电池hvb的直流充电模式，禁止工程设备所有动作。在步骤s5之后，返回步骤s4。
44.在步骤s6，控制器cpu进入高压模式，允许高压电池hvb能够向工程设备的各高电压耗电元件供应高电压。
45.本领域技术人员可以对上面描述的电能控制系统的特征做出各种改造。例如，交流充电信号开关cs和直流充电信号开关km的形式和触点常态开闭状态不局限于图中所示的，只要能够通过它们的组合提供出交流充电使能信号的有效和无效状态即可。
46.综上所述，本技术提供了一种用于电驱工程设备的电能控制系统，能够在高压电池的交流或直流充电时，禁止工程设备的各种动作，因此防止充电期间发生各种误操作，从而提高了工程设备的安全性。
47.虽然这里参考具体的实施方式描述了本技术，但是本技术的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本技术的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。