CN110667382B - 农业机械供电方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农业机械供电方法和系统，一种农业机械供电系统，包括：农业机械发电子系统和多路电压供电子系统；农业机械发电子系统包括：农业机械发动机、ISG、ECU、电控器、动力电池；ISG用于在启动模式中带动农业机械发动机启动，在工作模式中通过农业机械发动机的带动输出所需的直流功率；ECU用于监控农业机械发动机的状态并进行控制；电控器用于监控ISG的状态并进行控制；多路电压供电子系统，与ISG连接，用于将ISG输出的直流功率变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接。本发明公开的农业机械供电方法和系统，为农业机械提供多种稳定的供电电压。

Description

农业机械供电方法和系统
技术领域
本发明实施例涉及车辆技术，尤其涉及一种农业机械供电方法和系统。
背景技术
随着科学技术的进步，现代计算机技术、传感与检测技术、信息处理技术、控制技术和全球定位技术等的发展，农业机械也逐步向高度自动化、信息化和智能化方向发展。譬如：同步深施机配置在插秧机上，在插秧的过程同步深施化肥，组合农业机械的使用和发展，提高了劳动生产效率。
但组合农业机械中供应电力的各种电压种类增多，使用功率增大，系统稳定需求增加，现有的电力供应系统已经不能满足农业机械的复杂化，移动化，组合化，可视化，智能化等需求。
发明内容
本发明提供一种农业机械供电方法和系统，为农业机械提供了多种稳定的供电电压。
第一方面，本发明实施例提供一种农业机械供电系统，包括：农业机械发电子系统和多路电压供电子系统；
农业机械发电子系统包括：农业机械发动机、ISG、ECU、电控器、动力电池；
农业机械发动机用于通过燃料的燃烧为农业机械提供动力，并带动ISG发电；
ISG用于在启动模式中带动农业机械发动机启动，在工作模式中通过农业机械发动机的带动输出所需的直流功率；
ECU用于监控农业机械发动机的状态并进行控制；
电控器用于监控ISG的状态并进行控制；
动力电池用于在启动模式中为ISG提供电力，在工作模式中ISG发电产生的电力将发电总量扣除用电部分后剩余的电量存储至动力电池；
多路电压供电子系统，与ISG连接，用于将ISG输出的直流功率变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接。
在第一方面一种可能的实现方式中，多路电压供电子系统包括多路高压直流供电支路、多路低压直流供电支路、多路交流供电支路；
ISG输出的直流功率变压为多路高压直流供电支路，多路高压直流供电支路通过逆变器电路转换为多路交流供电支路，多路高压直流供电支路通过电压转换器转换为多路低压直流供电支路；
多路低压直流供电支路分别与独立的储能模块连接。
在第一方面一种可能的实现方式中，电控器还用于监测多路低压直流供电支路分别连接的储能模块的电量，控制与电量低于预设阈值的储能模块连接的低压直流供电支路为连接的储能模块充电。
在第一方面一种可能的实现方式中，农业机械发电子系统还包括：直流电流检测模块，用于检测ISG输出到用电总支路的电流，并将检测到的用电总支路电流输入电控器，用电总支路与多路电压供电子系统连接；
电控器用于根据直流电流检测模块检测到的电流控制ISG的输出功率。
在第一方面一种可能的实现方式中，农业机械发电子系统还包括：显示及控制模块，与电控器和ECU连接，用于显示农业机械发动机和ISG的状态，接收用户输入的控制信息，根据控制信息通过ISG控制农业机械发动机的工作模式和ISG输出的直流功率。
在第一方面一种可能的实现方式中，农业机械发动机为灵活燃料压燃式发动机。
第二方面，本发明实施例还提供了一种农业机械供电方法，包括：
在启动模式中，控制ISG使用动力电池的电力带动农业机械发动机启动；
在工作模式中，控制ISG通过农业机械发动机的带动输出所需直流功率，并将ISG输出的电力优先分配至用电总支路，多余的电力存储至动力电池；
控制ISG输出的电流，同时逐级变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接。
在第二方面一种可能的实现方式中，控制ISG输出的电流变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接，包括：
控制ISG输出的直流功率变压为多路高压直流供电支路；
控制多路高压直流供电支路通过逆变器电路转换为多路交流供电支路；
控制多路高压直流供电支路通过电压转换器转换为多路低压直流供电支路，多路低压直流供电支路分别与独立的储能模块连接。
在第二方面一种可能的实现方式中，该方法还包括：
监测多路低压直流供电支路分别连接的储能模块的电量；
控制与电量低于预设阈值的储能模块连接的低压直流供电支路为连接的储能模块充电。
在第二方面一种可能的实现方式中，该方法还包括：
检测ISG输出到用电总支路的电流，用电总支路与多路电压供电子系统连接；
根据用电总支路的电流，控制农业机械发动机的转速和ISG的输出功率。
本发明实施例提供的农业机械供电方法和系统，包括农业机械发电子系统和多路电压供电子系统，农业机械发电子系统包括：农业机械发动机、ISG、ECU、电控器、动力电池，多路电压供电子系统，与ISG连接，用于将ISG输出的直流功率变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接，通过ISG与多路电压供电子系统的连接，使得农业机械供电系统能够提供多级、多路的直流和/或交流的供电支路，可提供给组合农业机械中的各种用电设备所使用，其便于调试与扩展。
附图说明
图1为本发明实施例提供的农业机械供电系统实施例一的结构示意图；
图2为一实施例提供的多路电压供电子系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的农业机械供电系统实施例二的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的农业机械供电方法实施例一的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
农业机械的复杂化，将会使多种农机出现在同一供电系统内，分别供电容易使电源接口分散，增加多余电源变换模块。农业机械的移动化，由于农业机械工作在田间地头，现有外部供电系统采用柴油机动力发电，燃料品种单一，污染较大。再者现有的交直流同时存在农机供电系统高低压电压种类比较单一，不能满足多种农机协同的移动化作业模式。农业机械的组合化，如同步深施机配置在插秧机上，在插秧的过程同步深施化肥，多种工具的农机组合更加方便化，由于供电原因导致的系统不匹配，由于电力续航不足，导致系统性能下降的矛盾突出。农业机械的可视化，随着5G等信息网络的使用，使农业机械的可视化作业的低压设备用电功率消耗大，稳定的高效的低压直流供电系统尤为重要，现有的农机设备低压供电设备不能满足长时间大负荷工作。农业机械的智能化，随着农业机械的多路多功能协作系统的出现，控制系统更加智能化，导致多路电压、高低压、交直流供电系统同时存在，系统的供电系统各自独立，重复变压设计的使系统更加繁琐。
综上，随着农业机械技术的发展，现有的农业机械供电系统已经无法满足农业机械复杂化、移动化、组合化、可视化、智能化等方面的需求。
图1为本发明实施例提供的农业机械供电系统实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的农业机械供电系统包括农业机械发电子系统11和多路电压供电子系统12。
农业机械发电子系统11包括：农业机械发动机111、启动和发电一体机(Integrated Starter and Generator，ISG)112、电控单元(Electronic Control Unit，ECU)113、电控器114、动力电池115。
农业机械发动机111用于通过燃料的燃烧为农业机械提供动力，并带动ISG112发电。ISG 112用于在启动模式中带动农业机械发动机111启动，在工作模式中通过农业机械发动机111的带动输出所需的直流功率。启动模式即农业机械发动机111上电启动时，ISG112通过连接盘带动农业机械发动机111转动，实现燃料在农业机械发动机111的燃烧室内的稳定点火。当农业机械发动机111正常运行，处于工作模式时，农业机械发动机111在可变转速下通过连接盘带动ISG 112发电，将燃料燃烧产生的机械能转化为电能，ISG 112可以通过可调扭矩与转速控制发电输出功率。
ECU 113用于监控农业机械发动机111的状态并进行控制，包括启动与停止农业机械发动机111，实时监控农业机械发动机111状态信息，与电控器114通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通信。电控器114用于监控ISG 112的状态并进行控制，包括启动与停止ISG 112，实时监控ISG 112状态信息，控制ISG 112输出相应转速与扭矩。动力电池115用于在启动模式中为ISG 112提供电力，在工作模式中存储ISG 112发电产生的电力扣除用电部分后剩余的电量。上电启动时，动力电池115为ISG 112提供电力，ISG 112通过连接盘带动农业机械发动机111转动；正常运行时农业机械发动机111通过连接盘带动ISG 112发电，将产生的电能用于用电总支路，多余的电量储存至动力电池115。
多路电压供电子系统12，与ISG 112连接，用于将ISG 112输出的直流功率变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接。多路电压供电子系统12中包括多个、多级供电支路，每个供电支路包括多级供电支路。图1中以多路电压供电子系统12包括第一供电支路121、第二供电支路122、第三供电支路123共三个供电支路为例。并且每个供电支路中均包括三级供电支路。每个供电支路中包括的各级供电支路的输出电压不同。第一供电支路121、第二供电支路122、第三供电支路123可以为直流供电支路、交流供电支路或者直流供电支路和交流供电支路的组合。由于农业机械的复杂化，将会使多种农机设备出现在同一供电系统内，分别供电容易使电源接口分散，增加多余电源变换模块。在通过多路电压供电子系统12提供多级、多路供电支路后，提供了多路的电压接口，满足多种电压的可选择输出，同时安装结构集成在一个模块内，方便调试及扩展。
在一实施例中，多路电压供电子系统12中的第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中分别包括多级直流和交流组合而成的供电支路，例如每个供电支路中分别包括高压直流供电支路、低压直流供电支路和交流供电支路。ISG 112输出的直流功率变压为第一供电支路121中的高压直流供电支路，然后第一供电支路121中的高压直流供电支路通过逆变器电路转换为第一供电支路121中的交流供电支路，第一供电支路121中的高压直流供电支路还通过电压转换器转换为第一供电支路121中的低压直流供电支路。第二供电支路122和第三供电支路123中的各级供电支路的具体结构与第一供电支路121类似。第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的低压直流供电支路分别与独立的储能模块124连接。具体地，ISG 112输出的直流功率为稳定的直流电压，此直流电压经电压转换器降压后，形成第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路高压直流输出电压，分别为直流110V，直流220V，直流380V，第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路高压直流电压经过逆变器电路分别转换为三路交流输出电压，分别为交流110V，交流220V，交流380V，第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路高压直流电压经电压转换器分别形成的三路低压直流输出电压，分别为直流12V，直流24V，直流48V。其中第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路高压直流输出电压为农业机械中大功率直流设备使用，也可为农业机械直流充电。第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路交流输出电压为农业机械中大功率交流设备使用，第一供电支路121、第二供电支路122和第三供电支路123中的三路低压直流电压为农业机械中储能模块124及其他设备提供稳定的直流低压电源。多路电压供电子系统12采用串联式降压拓扑，方便各支路引出，可有效避免各电压相互串扰。储能模块124提供稳定的低压直流的长续航输出。储能模块124的工作电压与连接的直流供电支路的电压对应。储能模块124可以为蓄电池。
进一步地，电控器114还用于监测多路低压直流供电支路分别连接的储能模块124的电量，控制与电量低于预设阈值的储能模块124连接的低压直流供电支路为连接的储能模块124充电。电控器114可检测多路电压供电子系统12中各供电支路的电压是否欠压，如欠压开启各供电支路发电系统，并监测各供电支路充电电流，待充电达到连接的储能模块124额定电压后，自动关闭各供电支路发电系统，保障了各储能模块124持续稳定的工作在可输出电压状态。采用了电控器114检测各供电支路电压，如各供电支路欠压，将启动相应供电支路发电系统自动向储能模块124续流，增加了续航时间，满足了农业机械低压供电设备长时间大负荷工作，也保障了控制及监控系统的稳定性。
储能模块124中可以包括多个串并联可拆卸的蓄电池的组合。为了避免系统由于人为疏忽带来的储能模块124电量不足导致系统工作的不确定性，添加了备用储能模块组，采用串联设计。例如储能模块124包括蓄电池1、蓄电池4和蓄电池7，蓄电池1为12V，蓄电池4为24V，蓄电池7为48V。蓄电池2为12V，蓄电池3为12V，串联后为24V，作为蓄电池1的备用蓄电池组。蓄电池5为24V，蓄电池6为24V，串联后为48V，作为蓄电池4的备用蓄电池组。蓄电池8为48V，蓄电池9为48V，串联后为96V，作为蓄电池7的备用蓄电池组。也可级联更多的蓄电池，满足更多种类的直流电压输出。可拆卸蓄电池的设计，可避免由于单个蓄电池故障导致系统工作不正常，同时级联的蓄电池可为外部提供稳定的直流电压，也可为外部提供移动的电力支持。
组合农业机械上的用电机构包括仪表、照明灯及交流用电设备、直流用电设备、大功率风机、蓄电池和车载其它电器设备等。需要供电的设备较多，接口不集中管理，必将干扰系统正常工作，存在安全隐患。通过采用本发明实施例提供的农业机械供电系统中的多路电压供电子系统12，第一供电支路121中的各供电支路为一整体模块，第二供电支路122中的各供电支路为一整体模块，第三供电支路123中的各供电支路为一整体模块。储能模块124为一整体模块。各模块之间通过排线连接，可有效避免干扰发生。各模块引出供电接口通过排线与外部电气连接，高低压分离，交直流分离的设计，保障了外部用电设备的供电稳定。
图2为一实施例提供的多路电压供电子系统的结构示意图，如图所示，多路电压供电子系统12中的第一供电支路121包括直流110V、交流110V、直流12V三个供电支路，第二供电支路122包括直流220V、交流220V、直流24V三个供电支路，第三供电支路123包括直流380V、交流380V、直流48V三个供电支路。直流12V、直流24V和直流48V三个供电支路分别与蓄电池1、蓄电池4、蓄电池7连接。另外蓄电池2和蓄电池3串联连接，作为蓄电池1的备份，蓄电池5和蓄电池6串联连接，作为蓄电池4的备份，蓄电池8和蓄电池9串联连接，作为蓄电池7的备份。
本实施提供的农业机械供电系统，包括农业机械发电子系统和多路电压供电子系统，农业机械发电子系统包括：农业机械发动机、ISG、ECU、电控器、动力电池，多路电压供电子系统，与ISG连接，用于将ISG输出的直流功率变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接，通过ISG与多路电压供电子系统的连接，使得农业机械供电系统能够提供多级、多路的直流和/或交流的供电支路，可提供给组合农业机械中的各种用电设备所使用，其便于调试与扩展。
图3为本发明实施例提供的农业机械供电系统实施例二的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的农业机械供电系统在图1的基础上，农业机械发电子系统11还包括直流电流检测模块116。直流电流检测模块116用于检测ISG112输出到用电总支路的电流，并将检测到的用电总支路电流输入电控器114，用电总支路与多路电压供电子系统12连接；电控器114用于根据直流电流检测模块116检测到的电流控制ISG 112的输出功率。
可选地，农业机械发电子系统11还包括：显示及控制模块117。显示及控制模块117与电控器114和ECU 113连接，用于显示农业机械发动机111和ISG112的状态，接收用户输入的控制信息，根据控制信息通过ISG 112控制农业机械发动机111的工作模式和ISG 112输出的直流功率。显示及控制模块117与电控器114实时通信，显示农业机械发动机111和ISG112状态信息，通过按键手动控制及调节农业机械发动机111启停和可变功率输出。
直流电流检测模块116通过CAN总线发送检测电流值至电控器114，电控器114通过CAN总线解析动力电池115的电量信息，作为系统发电的判断条件。当动力电池115电量小于设定电量时，系统进入发电准备状态，当显示及控制模块117的自动按键按下，根据外部功率的实际需求，电控器114实时采集用电总支路电流信号，根据用电总支路与转速一定的线性关系，将对应转速值通过CAN总线传送至ECU 113，通知农业机械发动机111调整到相应转速，由此控制农业机械发动机111，改变发电功率的输出值。
进一步地，图1和图3所示农业机械供电系统中，农业机械发动机111包括灵活燃料压燃式发动机。灵活燃料的压燃式发动机，通过灵活燃料经济燃烧，压燃式发动机在可变转速下带动ISG 112发电，将压燃式发动机中燃料燃烧产生的机械能转化为电能，同时通过监控用电电流即时调整发电功率，满足外部供电使用需求。其中，灵活燃料压燃式发动机所使用的燃料可选，例如为醇类燃料，更具体地，可以为M100甲醇。醇类燃料燃烧排放的污染较小，对环境的影响可以有效降低。
图4为本发明实施例提供的农业机械供电方法实施例一的流程图，如图4所示，本实施例提供的农业机械供电方法包括：
步骤S401，在启动模式中，控制ISG使用动力电池的电力带动农业机械发动机启动。
步骤S402，在工作模式中，控制ISG通过农业机械发动机的带动输出所需直流功率，并将ISG输出的电力用于用电总支路，多余的电量存储至动力电池。
步骤S403，控制ISG输出的电流，同时逐级变压为多级、多路的直流和/或交流的供电支路，至少一路直流供电支路与独立的储能模块连接。
本实施例提供的农业机械供电方法应用于图1所示农业机械供电系统，其具体的实现方法和技术效果在图1所示实施例中已经进行了详细说明，此处不再赘述。
进一步地，图4所示实施例中，步骤S403，具体包括：控制ISG输出的直流功率变压为多路高压直流供电支路；控制多路高压直流供电支路通过逆变器电路转换为多路交流供电支路；控制多路高压直流供电支路通过电压转换器转换为多路低压直流供电支路，多路低压直流供电支路分别与独立的储能模块连接。
进一步地，图4所示实施例的基础上，还包括：监测多路低压直流供电支路分别连接的储能模块的电量；控制与电量低于预设阈值的储能模块连接的低压直流供电支路为连接的储能模块充电。
进一步地，图4所示实施例的基础上还包括：检测ISG输出到用电总支路的电流，用电总支路与多路电压供电子系统连接；根据用电总支路的电流，控制农业机械发动机的转速和ISG的输出功率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种农业机械供电系统，其特征在于，包括：农业机械发电子系统和多路电压供电子系统；
所述农业机械发电子系统包括：农业机械发动机、启动和发电一体机ISG、电控单元ECU、电控器、动力电池；
所述农业机械发动机用于通过燃料的燃烧为农业机械提供动力，并带动所述ISG发电；
所述ISG用于在启动模式中带动所述农业机械发动机启动，在工作模式中通过所述农业机械发动机的带动输出所需的直流功率；
所述ECU用于监控所述农业机械发动机的状态并进行控制；
所述电控器用于监控所述ISG的状态并进行控制；
所述动力电池用于在所述启动模式中为所述ISG提供电力，在所述工作模式中存储所述ISG发电产生的电力；
所述多路电压供电子系统，与所述ISG连接，用于将所述ISG输出的直流功率变压为多级、多路的直流和交流的供电支路，所述多路电压供电子系统中包括多个供电支路，每个供电支路包括多级供电支路；
所述多路电压供电子系统包括多路高压直流供电支路、多路低压直流供电支路和多路交流供电支路；
所述ISG输出的直流功率变压为所述多路高压直流供电支路，所述多路高压直流供电支路通过逆变器电路转换为多路交流供电支路，所述多路高压直流供电支路通过电压转换器转换为多路低压直流供电支路；
所述多路低压直流供电支路分别与独立的储能模块连接。
2.根据权利要求1所述的农业机械供电系统，其特征在于，所述电控器还用于监测所述多路低压直流供电支路分别连接的储能模块的电量，控制与电量低于预设阈值的储能模块连接的低压直流供电支路为连接的储能模块充电。
3.根据权利要求1～2任一项所述的农业机械供电系统，其特征在于，所述农业机械发电子系统还包括：直流电流检测模块，用于检测所述ISG输出到直流用电总支路的电流，并将检测到的直流用电总电流输入所述电控器，所述直流用电总支路与所述多路电压供电子系统连接；
所述电控器用于根据所述直流电流检测模块检测到的电流控制所述ISG的输出功率。
4.根据权利要求1～2任一项所述的农业机械供电系统，其特征在于，所述农业机械发电子系统还包括：显示及控制模块，与所述电控器和所述ECU连接，用于显示所述农业机械发动机和所述ISG的状态，接收用户输入的控制信息，根据所述控制信息通过所述ISG控制所述农业机械发动机的工作模式和所述ISG输出的直流功率。
5.根据权利要求1～2任一项所述的农业机械供电系统，其特征在于，所述农业机械发动机为灵活燃料压燃式发动机。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的农业机械供电系统的农业机械供电方法，其特征在于，包括：
在启动模式中，控制启动和发电一体机ISG使用动力电池的电力带动农业机械发动机启动；
在工作模式中，控制所述ISG通过所述农业机械发动机的带动输出所需直流功率，并将所述ISG输出的电力优先分配至用电总支路，多余的电力存储至所述动力电池；
控制所述ISG输出的电流，同时逐级变压为多级、多路的直流和交流的供电支路，所述多路电压供电子系统中包括多个供电支路，每个供电支路包括多级供电支路；
所述控制所述ISG输出的电流，同时逐级变压为多级、多路的直流和交流的供电支路，所述多路电压供电子系统中包括多个供电支路，每个供电支路包括多级供电支路，包括：
控制所述ISG输出的直流功率变压为所述多路高压直流供电支路；
控制所述多路高压直流供电支路通过逆变器电路转换为多路交流供电支路；
控制所述多路高压直流供电支路通过电压转换器转换为多路低压直流供电支路，所述多路低压直流供电支路分别与独立的储能模块连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
监测所述多路低压直流供电支路分别连接的储能模块的电量；
控制与电量低于预设阈值的储能模块连接的低压直流供电支路为连接的储能模块充电。
8.根据权利要求6～7任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
检测所述ISG输出到用电总支路的电流，所述用电总支路与所述多路电压供电子系统连接；
根据所述用电总支路的电流，控制所述农业机械发动机的转速和所述ISG的输出功率。
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