CN104578294B - 用于蓄电池供电系统的控制设备、系统、方法及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蓄电池供电系统的控制设备、系统、方法及工程机械，其中，所述控制设备包括：接收装置，用于接收所述蓄电池的性能参数；以及控制装置，用于根据所述性能参数，执行以下至少一者：在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接；在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，在所述多个蓄电池中的一蓄电池完成充电时，断开该蓄电池与发电机的连接；及在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率。实现了对蓄电池的有效管理，合理利用了蓄电池的电能，避免蓄电池过充或过热。

Description

用于蓄电池供电系统的控制设备、系统、方法及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于蓄电池供电系统的控制设备、系统、方法及工程机械。

背景技术

目前，工程机械供电系统通常采用单组蓄电池-发电机并联来为整车电器供电，其中，从蓄电池正极引出三条线：一条线与发电机直接连接；一条线经过保险开关与部分传统电器连接；一条线与其他传统电器连接。

现有的供电系统采用单组蓄电池进行供电，但是日益增长的电气元件的功率超过了蓄电池容量和性能的发展速度，如此，在大功率长时间用电的情况下，蓄电池长时间放电，可能会进入亏点状态而无法再次起动，这很可能导致车辆抛锚的事故。而且，现有的供电系统缺少蓄电池的状态监控管理，无法估计蓄电池的荷电状态，从而不能有效的防止蓄电池过充电、过热的现象，不能有效的对蓄电池进行管理，无法实现对蓄电池电能的合理利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于蓄电池供电系统的控制设备、系统、方法及工程机械，该控制设备能够有效对蓄电池进行管理，合理利用蓄电池的电能，避免蓄电池过充或过热。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于蓄电池供电系统的控制设备，该蓄电池供电系统包括多个蓄电池，所述控制设备包括：接收装置，接收所述蓄电池的性能参数；以及控制装置，用于根据所述性能参数，执行以下至少一者：在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值时，断开该蓄电池与发电机或外围负载的连接；在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，在所述多个蓄电池中的一蓄电池完成充电时，断开该蓄电池与发电机的连接；及在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率。

相应地，本发明还提供一种用于蓄电池供电系统的控制系统，所述控制系统包括：上述控制设备；以及检测设备，与所述接收装置连接，用于检测所述蓄电池的性能参数。

相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括：上述用于蓄电池供电系统的控制系统；以及多个蓄电池，与发电机并联。

相应地，本发明还提供一种用于蓄电池供电系统的控制方法，该蓄电池供电系统包括多个蓄电池，所述控制方法包括：接收所述蓄电池的性能参数；以及根据所述性能参数执行以下至少一者：在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值时，断开该蓄电池与发电机或外围负载的连接；在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，在所述多个蓄电池中的一蓄电池完成充电时，断开该蓄电池与发电机的连接；及在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率。

通过上述技术方案，根据蓄电池的性能参数，在蓄电池过热时，断开其与发电机和/或外围负载的连接，在蓄电池充电完成时，断开其与发电机的连接，根据外围负载功率，选择一定数量的蓄电池进行供电，如此能够防止蓄电池过热、过充电的现象，并合理使用蓄电池的电能，以实现对电能的节约。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的用于蓄电池供电系统的控制系统的结构框图；

图2是根据本发明的用于蓄电池供电系统的控制方法的流程图；以及

图3是根据本发明的工程机械的结构框图。

附图标记说明

10 检测设备 20 控制设备

210 接收设备 220 控制装置

1 控制系统 31 发电机

32 蓄电池管理模块 33 多个蓄电池

34 外围负载 35 手动电源开关

36 稳压模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的用于蓄电池供电系统的控制系统的结构框图。如图1所示，本发明提供的用于蓄电池供电系统的控制系统可以包括：检测设备10，用于检测蓄电池的性能参数；控制设备20，该控制设备20可以包括接收装置210和控制装置220，接收装置210用于接收所述蓄电池的性能参数，控制装置220用于根据所述性能参数，执行以下至少一者：在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值(该预设值可以根据实际情况进行设置)时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接；在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，在所述多个蓄电池中的一蓄电池完成充电时，断开该蓄电池与发电机的连接；及在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率。其中，检测设备10和接收装置210连接。所述蓄电池供电系统采用了多个蓄电池来为整车电器供电，通过上述控制，有效提高了蓄电池的使用寿命，实现了整个供电系统的高效节能。

其中，检测设备10实时检测蓄电池的性能参数并将其传送至接收装置210，该性能参数包括以下至少一者：蓄电池的容量SOC、蓄电池的端路电压V、流经蓄电池的电流I、蓄电池的温度T及蓄电池内部的液体密度ρ。为了兼顾蓄电池电流的宽泛范围并保证在常用电流范围内的精确度问题，蓄电池电流I的监测采用双电流双量程来进行，例如可以选用双向电流测量的霍尔电流传感器H1、H2；蓄电池端路电压V可以通过PLC控制器采集；蓄电池温度T的监测可以选用MBT3560系列温度传感器，并且可以将传感器贴在蓄电池表面来进行温度测量；蓄电池的液体密度ρ的测量可以采用振动管式液体密度传感器。

控制装置220根据电流值的正负值对蓄电池的工作模式进行判别，以确定蓄电池的工作状态是放电状态还是充电状态。例如，可以设定监测电流值为正时，蓄电池处于放电状态；电流值为负时，蓄电池处于充电状态。以下将分别详细描述蓄电池的工作状态为充电装置和放电状态时，控制系统的操作过程。

蓄电池的工作状态为充电状态

检测设备10检测每个蓄电池的温度T并将其传送至接收装置210，当蓄电池的温度T大于预设的最大允许温度T_max时，控制装置220确定该蓄电池过热，并断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接，以防止蓄电池充电过热而损坏蓄电池。控制装置220还可以针对蓄电池过热来控制报警装置(例如组合仪表)进行报警，以提示工作人员对蓄电池进行检修。

控制装置220根据以下公式计算每个蓄电池的容量SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，当一蓄电池的SOC大于预设的最大允许容量SOC_max且所述电流I小于预设的最小电流I_min时，确定该蓄电池充电完成，并断开该蓄电池与发电机的连接，防止蓄电池过充。

在一蓄电池的温度T等于T₁(T₁的取值范围可以为50～70℃)时，如果该蓄电池的SOC小于所述最大允许容量SOC₁、电流I小于充电电流的最小电流I_min且液体密度ρ小于预设的最小密度ρ_min，控制装置220则计算t₁至t₂时间段内该蓄电池荷电状态的变化量的绝对值ΔSOC和所述电流的变化量的绝对值ΔI，如果所述ΔSOC小于预设的最小SOC变化量ΔSOC_min且所述ΔI小于预设的最小电流变化量ΔI_min，控制装置220则确定该蓄电池无法充电并断开该蓄电池的连接，并提示检修人员更换蓄电池。其中，ΔSOC_min和ΔI_min为T等于T₁情况下t₁至t₂时间内段蓄电池容量和充电电流的最小允许变化量。

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，控制装置220判定线路出现过流，控制供电线路断开，以对蓄电池进行相应保护，防止对蓄电池造成损失。

在蓄电池的性能参数不满足上述情况时，即所述蓄电池不满足所述SOC大于所述SOC_max且所述I小于所述I_min、不满足所述ΔSOC小于所述ΔSOC_min、所述ΔI小于所述ΔI_min且所述ρ小于所述ρ_min、并不满足所述I大于所述I_max时，控制装置220确定供电线路故障或发电机故障，并报警信号，以提示操作人员进行线路检修。

蓄电池的工作状态为充电状态

检测设备10检测每个蓄电池的温度T并将其传送至接收装置210，当蓄电池的温度T大于预设的最大允许温度T_max时，控制装置220确定该蓄电池过热，并断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接，以防止蓄电池放电过热而损坏蓄电池。控制装置220还可以针对蓄电池过热来控制报警装置进行报警，以提示工作人员对蓄电池进行检修。

控制装置220根据以下公式计算每个供电蓄电池的荷电状态SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，如果一供电蓄电池的容量SOC小于预设的最小允许容量SOC_min，则禁止该蓄电池进行供电，防止出现过放现象。

如果供电蓄电池的端路电压V_p小于外围负载功率所需的最小电压V_min，控制装置220则控制增加供电的蓄电池的数量，直至所述供电蓄电池的端路电压V_p大于外围负载功率所需的最小电压V_min。

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，控制装置220判定供电线路过流，并断开供电线路，以对电气元件进行相应的保护，防止被烧毁。

在蓄电池的性能参数不满足上述情况时，即所述蓄电池不满足每个供电蓄电池的SOC小于所述SOC_min且所述V_p小于所述V_min、不满足每个供电蓄电池的SOC大于所述SOC_min且所述V_p大于所述V_min、并不满足所述I大于所述I_max时，发出线路故障或发电机故障的报警信号。

其中，可以通过CAN总线将相应的数据和信息传送至组合仪表，以实时显示蓄电池的性能参数，并对过热、过充电、过放电、过流等危险状态报警。

相应地，如图3所示，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述用于蓄电池供电系统的控制系统1；以及多个蓄电池33，与发电机31并联。

另外，所述工程机械还可以包括以下至少一者：蓄电池管理模块32，与所述发电机31、所述多个蓄电池33及所述控制系统1连接，用于根据所述控制系统1的判断来管理所述多个蓄电池33中每个蓄电池的充电和放电，例如，发电机31的负极与每个蓄电池的负极连接，发电机31的正极通过蓄电池管理模块32与每个蓄电池的正极连接；手动电源开关35，与外围负载34、所述发电机31及所述多个蓄电池33连接，用于控制对所述外围负载34的供电，例如外围负载(例如功率电供电系统和控制器电供电系统)34故障时，通过手动电源开关35来切断与发电机31或蓄电池组33的连接，以对外围负载34进行检修；稳压模块36，与所述外围负载34、所述发电机31及所述多个蓄电池33连接，以确保为外围负载34供应稳定电压。

本发明还提供一种用于蓄电池供电系统的控制方法，图2给出了根据本发明的用于蓄电池供电系统的控制方法的流程图。如图2所示，所述控制方法包括：在步骤201处，接收所述蓄电池的性能参数；根据所述性能参数执行以下至少一者：在步骤202处，在所述多个蓄电池中的蓄电池过热时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接；在步骤203处，在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，在所述多个蓄电池中的一蓄电池完成充电时，断开该蓄电池与发电机的连接；及在步骤204处，在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率。应该理解的是，步骤202、203、204之间不存在先后顺序，在实际控制过程中，可以以任何合适的顺序进行上述控制。有关该方法的具体细节及益处与上述针对控制系统的细节及益处相同，于此不再赘述。

由于在工作过程中各个蓄电池之间的电池内阻、端电压、电池容量等一系列的参数值存在差异性，这导致了蓄电池的充电和放电不一致，从而容易出现蓄电池过充、过放电或过热等现象。本发明提供的控制系统对蓄电池的充放电进行管理，保证蓄电池正确充放电，防止过充、过放或过热，保证蓄电池在允许温度范围内正常工作，有效的延长了蓄电池的使用寿命。同时，本发明还能够实时显示蓄电池的性能参数，并对蓄电池的过热、过充电、过放电、过流等危险状态进行报警，如此能够有效提醒司机以避免因疏忽而造成的长时间放电的情况，有效防止蓄电池进入亏电状态而导致发电机无法起动，车辆抛锚的事故发生。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于蓄电池供电系统的控制设备，该蓄电池供电系统包括多个蓄电池，其特征在于，所述控制设备包括：

接收装置，用于接收所述蓄电池的性能参数，所述性能参数包括以下至少一者：所述蓄电池的容量SOC、所述蓄电池的端路电压V、流经所述蓄电池的电流I、所述蓄电池的温度T及所述蓄电池内部的液体密度ρ；以及

控制装置，用于根据所述性能参数，

在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接；

在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率；以及

在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，用于执行以下至少一者：

根据以下公式计算每个蓄电池的容量SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，当一蓄电池的SOC大于预设的最大允许容量SOC_max且所述电流I小于预设的最小电流I_min时，确定该蓄电池充电完成，并断开该蓄电池与发电机的连接；

在一蓄电池的温度T在预设温度范围内时，如果该蓄电池的SOC小于所述最大允许容量SOC_max、电流I小于所述最小电流I_min且液体密度ρ小于预设的最小密度ρ_min，则计算t₁至t₂时间段内该蓄电池荷电状态的变化量ΔSOC和所述电流的变化量ΔI，如果所述ΔSOC小于预设的最小SOC变化量ΔSOC_min且所述ΔI小于预设的最小电流变化量ΔI_min，则确定该蓄电池无法充电并断开该蓄电池的连接；

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，断开供电线路；以及

在所述蓄电池不满足所述SOC大于所述SOC_max且所述I小于所述I_min、不满足所述ΔSOC小于所述ΔSOC_min、所述ΔI小于所述ΔI_min且所述ρ小于所述ρ_min、并不满足所述I大于所述I_max时，发出线路故障或发电机故障的报警信号。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，在所述蓄电池的温度T大于预设的最大允许温度T_max时，所述控制装置断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接。

3.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，所述控制装置用于执行以下至少一者：

根据以下公式计算每个供电蓄电池的荷电状态SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，如果一供电蓄电池的容量SOC小于预设的最小允许容量SOC_min，则禁止该蓄电池进行供电；

如果供电蓄电池的端路电压V_p小于外围负载功率所需的最小电压V_min，则增加供电的蓄电池的数量，直至所述供电蓄电池的端路电压V_p大于外围负载功率所需的最小电压V_min；

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，断开供电线路；以及

在所述蓄电池不满足每个供电蓄电池的SOC小于所述SOC_min且所述V_p小于所述V_min、不满足每个供电蓄电池的SOC大于所述SOC_min且所述V_p大于所述V_min、并不满足所述I大于所述I_max时，发出线路故障或发电机故障的报警信号。

4.一种用于蓄电池供电系统的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

权利要求1-3中任一项权利要求所述的控制设备；以及

检测设备，与所述接收装置连接，用于检测所述蓄电池的性能参数。

5.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括：

权利要求4所述的用于蓄电池供电系统的控制系统；以及

多个蓄电池，与发电机并联。

6.根据权利要求5所述的工程机械，其特征在于，该工程机械还包括以下至少一者：

蓄电池管理模块，与所述发电机、所述多个蓄电池及所述控制系统连接，用于根据所述控制系统的判断来管理所述多个蓄电池中每个蓄电池的充电和放电；

手动电源开关，与外围负载、所述发电机及所述多个蓄电池连接，用于控制对所述外围负载的供电；

稳压模块，与所述外围负载、所述发电机及所述多个蓄电池连接。

7.一种用于蓄电池供电系统的控制方法，该蓄电池供电系统包括多个蓄电池，其特征在于，所述控制方法包括：

接收所述蓄电池的性能参数，所述性能参数包括以下至少一者：所述蓄电池的容量SOC、所述蓄电池的端路电压V、流经所述蓄电池的电流I、所述蓄电池的温度T及所述蓄电池内部的液体密度ρ；以及

根据所述性能参数执行以下项：

在所述多个蓄电池中的蓄电池的温度大于预设值时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接；

在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，根据外围负载功率，从所述多个蓄电池中选择一定数量的蓄电池进行供电以满足所述外围负载功率；

在所述蓄电池的工作状态为充电状态的情况下，所述控制方法还包括以下至少一者：

根据以下公式计算每个蓄电池的容量SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，当一蓄电池的SOC大于预设的最大允许容量SOC_max且所述电流I小于预设的最小电流I_min时，确定该蓄电池充电完成，并断开该蓄电池与发电机的连接；

在一蓄电池的温度T在预设温度范围内时，如果该蓄电池的SOC小于所述最大允许容量SOC_max、电流I小于所述最小电流I_min且液体密度ρ小于预设的最小密度ρ_min，则计算t₁至t₂时间段内该蓄电池荷电状态的变化量ΔSOC和所述电流的变化量ΔI，如果所述ΔSOC小于预设的最小SOC变化量ΔSOC_min且所述ΔI小于预设的最小电流变化量ΔI_min，则确定该蓄电池无法充电并断开该蓄电池的连接；

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，断开供电线路；以及

在所述蓄电池不满足所述SOC大于所述SOC_max且所述I小于所述I_min、不满足所述ΔSOC小于所述ΔSOC_min、所述ΔI小于所述ΔI_min且所述ρ小于所述ρ_min、并不满足所述I大于所述I_max时，发出线路故障或发电机故障的报警信号。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述蓄电池的温度T大于预设的最大允许温度T_max时，断开该蓄电池与发电机和/或外围负载的连接。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述蓄电池的工作状态为放电状态的情况下，所述控制方法还包括以下至少一者：

根据以下公式计算每个蓄电池组的荷电状态SOC：SOC＝αV²+βV+λ，其中α、β、λ为常数，如果一供电蓄电池的容量SOC小于预设的最小允许容量SOC_min，则禁止该蓄电池进行供电；

如果供电蓄电池的端路电压V_p小于外围负载功率所需的最小电压V_min，则增加供电的蓄电池的数量，直至所述供电蓄电池的端路电压V_p大于外围负载功率所需的最小电压V_min，

在流经所述蓄电池的电流I大于预设的最大电流I_max时，断开供电线路；以及

在所述蓄电池不满足每个供电蓄电池的SOC小于所述SOC_min且所述V_p小于所述V_min、不满足每个供电蓄电池的SOC大于所述SOC_min且所述V_p大于所述V_min、并不满足所述I大于所述I_max时，发出线路故障或发电机故障的报警信号。