CN111231761A - 一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池数据采集领域，具体涉及一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，包括电动的隧道施工牵引车，所述牵引车由锂电池供电，所述牵引车上设置带有存储功能的锂电池系统控制器，所述锂电池系统控制器与锂电池电性连接；位于隧道中、牵引车卸泥土的位置设置有牵引车存充器，所述牵引车存充器内设置有电源和控制器，所述电源和控制器通过存充器的充电端分别与牵引车上锂电池的充电端和锂电池系统控制器连接；所述牵引车存充器与地面上的PC端相连接。目的在于通过在牵引车每次从隧道中把泥土运出卸泥的时间，完成牵引车的充电同时进行锂电池的数据传输，节省了数据传输的等待时间，也保证了数据传输的可靠性。

Description

一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统
技术领域
本发明属于领域，具体涉及一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统。
背景技术
目前国家正在很多城市大力建设地铁，建设地铁最重要的建设之一是隧道牵引车掘进隧道。目前隧道牵引车是纯电动的驱动方式，常配的电池是铅酸电池，随着电池技术的进步，锂电池在市场上得到认可，逐渐在替换铅酸电池；锂电池相对于铅酸电池具有免维护、充电快等优点。地铁施工掘进隧道的隧道牵引车也开始使用锂电池作为动力源，锂电池的快充、免维护优点正好是隧道牵引车迫切需要的，传统的铅酸电池需要专人负责维护，充电需要很长时间。
隧道牵引车使用锂电池时，锂电池系统控制器仍然不够完善，具有一定的故障率，当隧道牵引车锂电池出现故障时，锂电池系统控制器对运行数据进行监测，通过运行数据的分析可以处理故障，完善锂电池系统控制器的不足。但锂电池发展处于初级阶段(探索阶段)，各项性能仍然不是非常稳定，经常会出现各种问题，当出现问题时就必须对电动车行驶的数据进行分析，因此针对锂电池数据的采集就显得非常重要。
常用采集数据方法有两种：一是通过电动车CAN线进行数据传输至PC(车载)端，然后通过PC(车载)端软件可以查看行驶数据；二是利用T-BOX无线发送数据至数据库。但是，隧道牵引车是在位于地下几十米的隧道中运行，一旦进入隧道中工作是不可能时常返回地面上的PC端附近传输数据；且在地下几十米的隧道中，几乎没有无线信号，因此通过无线的方式将牵引车上的数据发送至PC端也无法实现。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：包括电动的隧道施工牵引车，所述牵引车由锂电池供电，所述牵引车上设置带有存储功能的锂电池系统控制器，所述锂电池系统控制器与锂电池电性连接；位于隧道中、牵引车卸泥土的位置设置有牵引车存充器，所述牵引车存充器内设置有电源和控制器，使用时，所述电源和控制器通过牵引车存充器的充电端分别与牵引车上锂电池的充电端和锂电池系统控制器电性连接；所述牵引车存充器与地面上的PC端相连接。
优选的：所述牵引车存充器包括基座，所述基座内设置电源和控制器，所述牵引车存充器的充电端可通过前后调节机构自动插入充电。
优选的：所述前后调节机构包括中空的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的轴线与基座的轴线垂直，所述第二伸缩杆的空腔中滑动配合总线束；所述总线束由与电源连接的第一线束和与控制器连接的第二线束缠绕而成，所述总线束的另一端与充电接头连接，所述充电接头与牵引车上的锂电池的充电口相适配；所述第二伸缩杆的伸缩端与充电接头固定连接，所述第二伸缩杆的外部设置有第二电动推杆，所述第二电动推杆的两端分别固定连接基座和充电接头。
优选的：所述第二电动推杆的伸缩端与充电接头之间设置有俯仰机构，所述充电接头通过俯仰机构调整俯仰角度。
优选的：所述俯仰机构包括由第二伸缩杆到充电接头依次设置的固定套筒和转动套筒，所述固定套筒和转动套筒套设在总线束上、并与总线束固定连接；所述固定套筒的一侧与第二伸缩杆伸缩端固定连接，所述固定套筒内设置齿轮，所述转动套筒上、靠近固定套筒的一侧固定连接圆弧齿条，所述圆弧齿条圆弧两端之间的距离与转动套筒的直径相当，所述齿轮与圆弧齿条啮合；所述转动套筒内设置第三电动推杆，所述第三电动推杆的伸缩端伸出转动套筒、与充电接头固定连接。
优选的：所述充电接头靠近转动套筒的一侧设置有弹性套管，所述弹性套管的另一端固定连接推动板，所述第三电动推杆的伸缩端与推动板固定连接，所述推动板与总线束滑动连接。
优选的：所述牵引车存充器还包括高度调节机构。
优选的：所述高度调节机构包括在所述基座上设置的中空的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆外部设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的两端分别与基座的上端和第一伸缩杆的伸缩端固定连接。
优选的：所述第一伸缩杆和第二伸缩杆中间的空腔相连通，所述总线束设置在连通的空腔中。
优选的：所述牵引车存充器与地面上的PC端无线连接。
本发明具有以下有益效果：1、隧道牵引车进入隧道施工中，仅仅需要将数据保存在牵引车上的存储器中，不需要直接传输数据，节省了能耗，保证了牵引车的续航里程；2、通过在牵引车每次从隧道中把泥土运出卸泥的时间，完成牵引车的充电同时进行锂电池的数据传输，节省了数据传输的等待时间，同时通过有线的方式进行传输，保证了数据传输的可靠性；3、将隧道牵引车停靠在指定位置后，存充器的充电端自动伸出进行充电，工作人员可不必进行操作即可完成充电和数据传输的工作，便捷操作，节省人力。
附图说明
图1为隧道牵引车与存充站的示意图；
图2为存充站的结构示意图；
图3为存充站的局部放大图；
图4为充电端头插口的示意图；
图5为工作流程图。
图中：1-牵引车；2-牵引车存充器；3-PC端；21-基座；22-第一伸缩杆；23-第二伸缩杆；24-第二电动推杆；25-总线束；26-固定套筒；27-转动套筒；28-充电接头；261-齿轮；262-圆弧齿条；271-第三电动推杆；281-推动板；282-弹性套管。
具体实施方式
本发明涉及一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，如图1所示，一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，包括电动的隧道施工牵引车1，所述牵引车1由锂电池供电，所述牵引车1上设置带有存储功能的锂电池系统控制器，所述锂电池系统控制器与锂电池电性连接，锂电池系统控制器将电压、电流、SOC、故障情况等参数记录下来保存在硬盘中，便于后期进行锂电池的数据分析。
位于隧道中、牵引车卸泥土的位置设置有牵引车存充器2，所述存充器2内设置有电源和控制器，存充器2中也可以直接使用蓄电池进行充电。使用时，所述电源和控制器通过牵引车存充器2的充电端分别与牵引车1上锂电池的充电端和锂电池系统控制器电性连接；所述牵引车存充器2与地面上的PC端3相连接。可以理解的是，存充器具备两个功能，一是传输数据，二是给隧道牵引车电池充电，由于隧道牵引车需要拖动约60吨泥土等货物运行，非常耗电，利用每次卸泥土的时间(每次固定在一个位置卸泥土在10min以上)进行充电和数据传输，能够保证施工进度的快速进行，不需要单独进行数据传输，费电费时。如图4所示，是存充器2的充电端头的示意图，在标准充电端头(现有技术，因此不再赘述)上增加DATA+和DATA-两条线来传输数据，DATA+和DATA-两条线与存充器2内的控制器连接，保证数据的传输。存充器2内的控制器包括复制、解析、压缩，通讯等功能。复制是指将隧道牵引车电池系统中CAN数据复制到存充器中；解析是指将CAN数据按照通讯协议的方式解析成excel易读内容的文档；压缩是指将excel文档压缩成rar格式文档，提高传输速度，节约存储空间；通讯是指控制器与隧道牵引车电池控制器之间需要进行交互，可以反馈数据传输完成信息给隧道牵引车上的锂电池系统控制器，还可以反馈连接不正确信息给隧道牵引车上的锂电池系统控制器。
锂电池系统控制器将记录的数据保存在硬盘，硬盘以CAN报文格式文档保存，每帧温度CAN格式共8位，第1、3、5、7位是温度的顺序数，第2、4、6、8位是温度传感器测得的电池温度值，因此温度至少需要15个扩展帧类型，每帧单体电压CAN格式共8位，与温度位数规则一样，也可以表示4位单体电压顺序数及对应的单体电压值，至少需要75个扩展帧类型，以及SOC占用一个标准帧类型、电流占用一个标准帧类型、故障码占用标准帧类型、总电压占用一个标准帧类型等，总共约100帧报文以上。锂电池系统控制器0.25秒钟记录一次数据，1分钟需要240次，四个小时需要57600次，因此牵引车工作四个小时所记录的数据量是非常大的，将牵引车上锂电池进行充电的同时进行数据传输，可以节省单独数据传输的时间。
当工作人员将存充站与牵引车连接上时，锂电池系统控制器会暂停记录数据，同时存充站中的拷贝软件将此时硬盘中的CAN文件全部复制并保存到存充站中，存充站中解析软件通过约定的通讯协议解析成excel文档，且通过压缩软件将文档压缩成rar格式文件(压缩文件)，以本次连接的时间为本次文件的文件名，以便后期查找分析。完成文件转移后，锂电池系统控制器接收到存充站发出的复制完成信号反馈，锂电池系统控制器将硬盘空间释放(释放硬盘的空间，为下一次记录数据做准备)且从此刻起重新开始记录数据。
如图2所示，所述存充器2包括基座21，所述基座21内设置电源和控制器，所述存充器2的充电端可通过前后调节机构自动插入充电。当隧道牵引车行驶至指定位置后，前后调节机构收到指令开始动作，将充电端自动插入到牵引车上的充电口处进行充电。
所述前后调节机构包括中空的第二伸缩杆23，所述第二伸缩杆23的轴线与基座21的轴线垂直，所述第二伸缩杆23的空腔中滑动配合总线束25；所述总线束25由与电源连接的第一线束和与控制器连接的第二线束缠绕而成，所述总线束25的另一端与充电接头28连接，所述充电接头28与牵引车1上的锂电池的充电口相适配；所述第二伸缩杆23的伸缩端与充电接头28固定连接，所述第二伸缩杆23的外部设置有第二电动推杆24，所述第二电动推杆24的两端分别固定连接基座21和充电接头28。当牵引车停至指定位置后，第二电动推杆24接收到控制器发出的指令开始向牵引车1的方向推动，使得充电接头28插入到牵引车1上的充电口处，由于充电接头28前端呈梯形设置，因此当充电接头28插入时，可进行相应的导入调整，保证插入的位置准确。
所述第二电动推杆24的伸缩端与充电接头28之间设置有俯仰机构，所述充电接头28通过俯仰机构调整俯仰角度。充电接头28可以在平行于纸面的方向上，上下调整俯仰角度，便于对准牵引车上的充电口。
如图3所示，所述俯仰机构包括由第二伸缩杆23到充电接头28依次设置的固定套筒26和转动套筒27，所述固定套筒26和转动套筒27套设在总线束25上、并与总线束25固定连接；所述固定套筒26的一侧与第二伸缩杆23伸缩端固定连接，所述固定套筒26内设置齿轮261，所述转动套筒27上、靠近固定套筒26的一侧固定连接圆弧齿条262，所述齿轮261与圆弧齿条262啮合，圆弧齿条262呈一定宽度，圆弧齿条262的圆弧两端之间的距离与转动套筒27的直径相当，总线束25从圆弧齿条262的中间穿过、并与圆弧齿条262相离一定距离，当齿轮261转动时，圆弧齿条262转动，带动转动套筒27上下摆动一定角度，从而带动充电接头28上下摆动一定角度，保证充电接头28与牵引车上的充电口对准；所述转动套筒27内设置第三电动推杆271，所述第三电动推杆271的伸缩端伸出转动套筒27、与充电接头28固定连接。工作时，第二电动推杆24先向牵引车的方向伸出，当靠近牵引车上充电口处停止，齿轮261由微型电机控制进行转动，带动充电接头28俯仰一定角度，使得充电接头28完全对准牵引车的充电口后，第三电动推杆271向牵引车的方向伸出，使得充电接头28插入到牵引车的充电口中，进行充电。
所述充电接头28靠近转动套筒27的一侧设置有弹性套管282，所述弹性套管282的另一端固定连接推动板281，所述第三电动推杆271的伸缩端与推动板281固定连接，所述推动板281与总线束25滑动连接。弹性套管282可以使得充电接头28在插入到牵引车充电口处时进行微调，保证充电接头28在自动对准插入时有一定的调节余量。当第三电动推杆271推动推动板281时，此时的弹性套管282为压缩状态，从而可带动充电接头28向牵引车的方向移动。
所述存充器2还包括高度调节机构，所述高度调节机构包括在所述基座21上设置的中空的第一伸缩杆22，所述第一伸缩杆22外部设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的两端分别与基座21的上端和第一伸缩杆22的伸缩端固定连接。存充器2的高度可以直接根据牵引车充电口处的高度定制，也可以设置高度调节机构对存充器的高度进行调节，以增加存充器的普适性。
所述第一伸缩杆22和第二伸缩杆23中间的空腔相连通，所述总线束25设置在连通的空腔中，总线束25在基座21内为盘旋设置，从而保证充电接头28向牵引车方向移动时，总线束25的拉出长度；总线束25位于充电接头28与固定套筒26之间的部分也可设置有一定余量，从而保证第三电动推杆271向牵引车方向伸出时，总线束25的伸出长度。
所述存充器2与地面上的PC端无线连接。存充器2与地面上的PC端可采用有线的方式连接，有线方式连接传输速度快也能够保证数据传输的稳定性；也可以采用无线的方式连接，数据传输至PC端后，PC端将数据包上传至大数据云端，大数据云端便可以实时显示上一次地铁隧道牵引车锂电池使用情况，为锂电池设备管控提供非常便捷的方式。
具体工作方式为：如图5所示工作流程，隧道牵引车1在隧道中工作1-4小时，隧道牵引车1上的锂电池系统控制器记录在隧道牵引车1工作期间锂电池的电压、电流、SOC、故障情况等参数，并保存在牵引车1上的硬盘中；当牵引车1返回至指定位置卸掘进隧道留下的泥土时，停在指定位置处，此时工作人员对牵引车存充器2发出充电指令，牵引车存充器2中的控制器控制存充器自动伸出并对准牵引车1上的充电口，插入充电。
在牵引车存充器2充电的同时，牵引车1上的锂电池系统控制器会暂停记录数据，同时存充站中的控制器将此时牵引车1上硬盘中的CAN文件全部复制并保存到存充站中，完成文件转移后，锂电池系统控制器接收到牵引车存充器2发出的复制完成信号反馈，锂电池系统控制将硬盘空间释放(释放硬盘的空间，为下一次记录数据做准备)且从此刻起重新开始记录数据，整个传输过程为8-15min。
上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，包括电动的隧道施工牵引车(1)，所述牵引车(1)由锂电池供电，其特征在于：所述牵引车(1)上设置带有存储功能的锂电池系统控制器，所述锂电池系统控制器与锂电池电性连接；位于隧道中、牵引车卸泥土的位置设置有牵引车存充器(2)，所述牵引车存充器(2)内设置有电源和控制器，使用时，所述电源和控制器通过牵引车存充器(2)的充电端分别与牵引车(1)上锂电池的充电端和锂电池系统控制器电性连接；所述牵引车存充器(2)与地面上的PC端(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述牵引车存充器(2)包括基座(21)，所述基座(21)内设置电源和控制器，所述牵引车存充器(2)的充电端可通过前后调节机构自动插入充电。
3.根据权利要求2所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述前后调节机构包括中空的第二伸缩杆(23)，所述第二伸缩杆(23)的轴线与基座(21)的轴线垂直，所述第二伸缩杆(23)的空腔中滑动配合总线束(25)；所述总线束(25)由与电源连接的第一线束和与控制器连接的第二线束缠绕而成，所述总线束(25)的另一端与充电接头(28)连接，所述充电接头(28)与牵引车(1)上的锂电池的充电口相适配；所述第二伸缩杆(23)的伸缩端与充电接头(28)固定连接，所述第二伸缩杆(23)的外部设置有第二电动推杆(24)，所述第二电动推杆(24)的两端分别固定连接基座(21)和充电接头(28)。
4.根据权利要求3所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述第二电动推杆(24)的伸缩端与充电接头(28)之间设置有俯仰机构，所述充电接头(28)通过俯仰机构调整俯仰角度。
5.根据权利要求4所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述俯仰机构包括由第二伸缩杆(23)到充电接头(28)依次设置的固定套筒(26)和转动套筒(27)，所述固定套筒(26)和转动套筒(27)套设在总线束(25)上、并与总线束(25)固定连接；所述固定套筒(26)的一侧与第二伸缩杆(23)伸缩端固定连接，所述固定套筒(26)内设置齿轮(261)，所述转动套筒(27)上、靠近固定套筒(26)的一侧固定连接圆弧齿条(262)，所述圆弧齿条(262)圆弧两端之间的距离与转动套筒(27)的直径相当，所述齿轮(261)与圆弧齿条(262)啮合；所述转动套筒(27)内设置第三电动推杆(271)，所述第三电动推杆(271)的伸缩端伸出转动套筒(27)、与充电接头(28)固定连接。
6.根据权利要求5项所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述充电接头(28)靠近转动套筒(27)的一侧设置有弹性套管(282)，所述弹性套管(282)的另一端固定连接推动板(281)，所述第三电动推杆(271)的伸缩端与推动板(281)固定连接，所述推动板(281)与总线束(25)滑动连接。
7.根据权利要求2-6所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述牵引车存充器(2)还包括高度调节机构。
8.根据权利要求7所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述高度调节机构包括在所述基座(21)上设置的中空的第一伸缩杆(22)，所述第一伸缩杆(22)外部设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的两端分别与基座(21)的上端和第一伸缩杆(22)的伸缩端固定连接。
9.根据权利要求8所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述第一伸缩杆(22)和第二伸缩杆(23)中间的空腔相连通，所述总线束(25)设置在连通的空腔中。
10.根据权利要求1所述的地铁隧道施工牵引车锂电池数据采集系统，其特征在于：所述牵引车存充器(2)与地面上的PC端无线连接。
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