CN111591201A - 搅拌车上装动力系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌车上装动力系统及其控制方法，该搅拌车上装动力系统包括电动机、电池系统、发电机、发动机、高压配电柜、发电机控制器、电机控制器及上装系统控制器等，电动机用于驱动搅拌罐转动，电池系统与电动机电连接，发电机与电池系统和电动机电连接，发动机带动整车行驶并驱动发电机发电，上装系统控制器通过对发电机控制器、电机控制器、电池系统的控制实现能量管理。该动力系统用于搅拌车，装料过程中，通过电池对电机供电，电机驱动搅拌罐转动，无需依赖于搅拌车的发动机的输出动力，以实现在发动机低转速、怠速或停机状态时仍能驱动搅拌罐正常进行搅拌作业，进而大大降低了油耗和排放。
Description
技术领域
本发明涉及工程车辆技术领域，具体为一种搅拌车上装动力系统及其控制方法。
背景技术
现有技术中，搅拌车一般采用柴油发动机作为动力源驱动车辆行驶，同时通过取力器驱动液压系统带动上装系统的搅拌罐旋转。在任何状态只要搅拌罐工作，柴油发动机就必须保持工作状态。造成了高油耗、高污染的后果。特别是在密闭环境(如隧道等)下作业时，空气污染和噪声污染是需要被严格控制的。
因此，有必要提供一种新的搅拌车上装动力系统及其控制方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搅拌车上装动力系统及其控制方法，以提高搅拌车的燃油经济性、减少排放、提高密闭环境下作业的安全性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种搅拌车上装动力系统，包括电动机、电池系统、发电机、发动机、搅拌罐、发电机控制器、电机控制器及上装系统控制器，所述电动机用于驱动所述搅拌罐转动，所述电池系统与所述电动机电连接，用于给所述电动机供电并存储所述发电机发出的电能，所述发电机与所述电池系统电连接，所述发动机带动整车行驶并驱动所述发电机发电，所述上装系统控制器通过对所述发电机控制器、所述电机控制器、所述电池系统的控制实现能量管理。
进一步的，所述电池系统包括动力电池包和电池管理系统。
进一步的，搅拌车上装动力系统还包括高压配电柜和车载充电机，所述车载充电机，作为辅助电能补充手段，在工作间歇可以接AC380V电源对电池进行额外的电量补充，
进一步的，搅拌车上装动力系统还包括直流充电口，所述直流充电口，作为辅助电能补充手段，可接直流充电桩对电池进行电量补充。
本发明提供另一技术方案：一种搅拌车上装系统控制方法，包括：
第一步，确认电池系统高压上电完成；
第二步，运行装料、转运、等待、卸料流程；装料流程包括：
步骤3a，获得电池SOC值，判断电池SOC值是否大于SOC阈值1；如果SOC＜SOC阈值1则进入步骤3c；如果SOC＞SOC阈值1则进入步骤3d；
步骤3b，发动机关停，电动机启动，开始装料；
步骤3c，接入电源或直流充电桩充电；
步骤3d，根据电机实时输出功率及装料时间预估装料完成后的电池SOC；
步骤3e，判断预估装料完成后的电池SOC是否大于SOC阈值2；如果SOC＞SOC阈值2则进入步骤3f；如果SOC＜SOC阈值2则进入步骤3g；
步骤3f，等待装料完成；
步骤3g，启动发动机带动发电机对电池进行充电。
进一步的，预估装料完成后的电池SOC的具体方法：
步骤3d1，获得装料时间t后电池剩余电量Q1；
步骤3d2，根据时间t时的电机输出功率和剩余装料时间，估算出剩余装料需要的电量Q2；
步骤3d3，估算出装料完成后的剩余电量Q，且Q＝Q1-Q2；
其中，估算出剩余装料需要的电量Q2过程中，电机输出功率按照时间t时定值进行预估。
与现有技术相比，本发明的有益效果：装料过程中，通过电池对电机供电，电机驱动搅拌罐转动，无需依赖于搅拌车的发动机的输出动力，以实现在发动机低转速、怠速或停机状态时仍能驱动搅拌罐正常进行搅拌作业，进而大大降低了油耗和排放；由于装料时间是固定的，电机输出功率是实时变化的，因此需要根据电机输出功率预估装料完成后的电池SOC，确定是否需要启动发电机对电池进行充电，如此，保证了搅拌车能够正常运行，避免电池电量不足导致搅拌工作不能顺利进行的情况。
附图说明
图1为本发明实施例提供的上装动力系统电路框图；
图2为本发明控制方法的主流程图；
图3为本发明控制方法的装料子流程图；
图4为本发明控制方法的转运子流程图；
图5为本发明控制方法的等待子流程图；
图6为本发明控制方法的卸料子流程图；
图7为本发明控制方法的返程子流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种搅拌车上装动力系统，包括电动机6、电池系统1、发电机2和发动机4。其中，电动机6用于驱动该搅拌车的搅拌罐转动，即电动机6通过减速箱驱动搅拌罐转动。电池系统1与电动机6和发电机2电连接，用于给电动机6供电并存储发电机2发出的电能。发电机2，用于将发动机4的机械能转换为电能，发电机2与电池系统1电连接，为电池系统1充电，发电机2同时向电动机6供电。发动机4，带动整车行驶并驱动所述发电机2发电。具体的，电池系统1包括动力电池包和电池管理系统。
搅拌车上装动力系统还包括发电机控制器3、电机控制器5、上装系统控制器7，其中，发电机控制器3，实时控制发电机输出功率。电机控制器5，用于控制电动机6的转速和转向。上装系统控制器7，通过6.根据权利要求3所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，等待流程包括：
步骤5a，发动机关停，发电机停止工作；
步骤5b，电机持续运转；
步骤5c，判断等待是否完成，如果完成，则进入步骤5f，如果没有完成，则进入步骤5d；
步骤5d，判断等待时间是否超过M分钟，如果超过M分钟，则进入步骤5e，否则返回步骤5b；
步骤5e，发动机启动，发电机使能工作；
步骤5f，发电机停止工作，发动机关停；
步骤5g，等待完成。
对发电机控制器3、电机控制器5、电池系统1、高压配电柜8的控制实现能量管理功能。
搅拌车上装动力系统还包括高压配电柜8、系统状态检测显示屏9、车载充电机10及直流充电口11。其中，高压配电柜8用于高压电源分配。系统状态检测显示屏9，是系统的人机交互界面，用于显示和控制上装系统运行状态。车载充电机10，作为辅助电能补充手段，在工作间歇可以接AC380V电源对电池进行额外的能量补充。直流充电口11，作为辅助电能补充手段，可接直流充电桩对电池进行能量补充。
其中，优选地，电动机6采用电机和减速箱一体机，以提高传动效率和空间利用率。
优选地，系统状态检测显示屏9同时具有触屏控制、蜂鸣报警等功能。
优选地，驾驶室外操控面板采用电传控制方式。
优选地，整套控制系统采用控制器局域网总线连接，信号传输稳定，可靠性高，相应速度快。
通过设置动力电池包与电机电连接，为电机的运作提供电能，进而电机驱动搅拌罐转动，可实现搅拌车上装动力系统独立运行，无需依赖于搅拌车的发动机的输出动力，以实现在发动机低转速、怠速或停机状态时仍能驱动搅拌罐正常进行搅拌作业，进而大大降低了油耗和排放。
如图2～7所示：本发明提供一种搅拌车上装动力系统的控制方法，包括主流程。主流程下细分为：装料、转运、等待、卸料、返程子流程。具体地：
1)系统自检：检测整个系统是否正常，若正常则进入步骤2)；
2)电池系统上高压；电池系统上高压完成后则进入步骤3)；
3)进入装料子流程。装料完成后进入步骤4)；
4)进入转运子流程。转运完成后进入步骤5)；
5)进入等待子流程。等待完成后进入步骤6)；
6)进入卸料子流程。卸料完成后进入步骤7)；
7)进入返程子流程；
8)继续作业则重复以上3)～7)子流程；
9)停止作业时，进入高压下电流程；
10)高压下电完毕后结束作业。
优选的，上述步骤3)具体为：
步骤3a：获得电池SOC值，判断电池SOC值是否大于SOC阈值1，如果SOC＞SOC阈值1则进入步骤3b；如果SOC＜SOC阈值1则进入步骤3c；
本步骤中，电池SOC是指电池的剩余电量，通过电池端电压、充放电电流及内阻等参数估算得到剩余电量。
电池管理系统计算出电池的剩余电量，通过预先设置SOC阈值1，上装系统控制器比较电池剩余电量与SOC阈值1的大小，自动判断完成整个装料过程剩余电量是否足够，来确定是否开启装料，减少对人工操作的依赖，准确性、灵敏性更高。
步骤3b：开始装料：发动机关停，电机启动。
步骤3c：需要接入AC380V或直流充电桩充电。
步骤3d：根据电机实时输出功率及装料时间预估装料完成后的剩余电池SOC值。
本步骤中，预估装料完成后的剩余电池SOC的具体方法：
步骤3d1,获得装料时间t后电池剩余电量Q1；
步骤3d2,根据时间t时的电机输出功率和剩余装料时间，估算出剩余装料需要的电量Q2；
步骤3d3,估算出装料完成后的剩余电量Q，且Q＝Q1-Q2。
其中，估算出剩余装料需要的电量Q2过程中，电机输出功率按照时间t时定值进行预估。
本步骤中，预先设置装料时间，装料过程中，通过电池对电机供电，电机驱动搅拌罐转动。由于装料时间是固定的，电机输出功率是实时变化的，因此需要通过实时监测电池的剩余电量，确定是否需要启动发电机对电池进行充电，如此，保证了搅拌车能够正常运行，避免电池电量不足导致搅拌工作不能顺利进行的情况。
步骤3e：实时预估装料完成后剩余SOC是否大于SOC阈值2，如果SOC＞SOC阈值2则进入步骤3f；如果SOC＜SOC阈值2则进入步骤3g；
步骤3f：等待装料完成。
步骤3g：启动发动机带动发电机对电池进行充电。
优选的，上述步骤4)具体为：
步骤4a：车辆行驶，电机启动工作；
步骤4b：发电机使能工作。
步骤4c：判断SOC是否大于SOC阈值3，如果SOC＞SOC阈值3，则进入步骤4d。如果SOC＜SOC阈值3，则返回步骤4b。
步骤4d：发电机停止工作。
步骤4e：判断SOC是否大于SOC阈值4，如果SOC＞SOC阈值4，则返回步骤4b。如果SOC＜SOC阈值4，则进入步骤4f。
步骤4f，驾驶员判断即将到达目的后电池SOC是否达到SOC阈值5。若能达到SOC阈值5，则进入步骤4g。若不能达到SOC阈值5，则进入步骤4h。
步骤4g，转运完成；
步骤4h，驾驶员强制启动发电机。
优选的，上述步骤5)具体为：
步骤5a：发动机关停，发电机停止工作；
步骤5b：电机持续运转。
步骤5c：判断等待是否完成。如果完成，则进入步骤5f。如果没有完成，则进入步骤5d。
步骤5d：判断等待时间是否超过M分钟。如果超过M分钟，则进入步骤5e。否则返回步骤5b。
本步骤中，M设置为60min。
步骤5e：发动机启动，发电机使能工作。
步骤5f：发电机停止工作，发动机关停。
步骤5g：等待完成；
优选的，上述步骤6)具体为：
步骤6a：发动机关停，发电机停止工作。
步骤6b：电机持续运转；
步骤6c：判断卸料是否完成。如果完成，则进入步骤6d。如果没有完成，则返回步骤6b。
步骤6d：电机停止工作。
步骤6e：卸料完成。
优选的，上述步骤7)具体为：
步骤7a：车辆行驶，电机停止工作。
步骤7b：发电机使能工作。
步骤7c：判断SOC是否大于SOC阈值6。如果SOC＞SOC阈值6，则转到步骤7d。如果SOC＜SOC阈值6，则返回步骤7b。
步骤7d：电机停止工作。
步骤7e：返程完成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种搅拌车上装动力系统，其特征在于，包括电动机、电池系统、发电机、发动机、搅拌罐、发电机控制器、电机控制器及上装系统控制器，所述电动机用于驱动所述搅拌罐转动，所述电池系统与所述电动机电连接，用于给所述电动机供电并存储所述发电机发出的电能，所述发电机与所述电池系统电连接，所述发动机带动整车行驶并驱动所述发电机发电，所述上装系统控制器通过对所述发电机控制器、所述电机控制器、所述电池系统的控制实现能量管理，所述电池系统包括动力电池包和电池管理系统。
2.根据权利要求1所述的搅拌车上装动力系统，其特征在于，搅拌车上装动力系统还包括高压配电柜和车载充电机，所述车载充电机作为辅助电能补充手段，在工作间歇接电源对电池进行额外的电量补充。
3.一种搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，包括：
第一步，确认电池系统高压上电完成；
第二步，运行装料、转运、等待、卸料、返程流程；装料流程包括：
步骤3a，获得电池SOC值，判断电池SOC值是否大于SOC阈值1；如果SOC＞SOC阈值1则进入步骤3b；如果SOC＜SOC阈值1则进入步骤3c；
步骤3b，发动机关停，电动机启动，开始装料；
步骤3c，接入电源或直流充电桩充电；
步骤3d，根据电机实时输出功率及装料时间预估装料完成后的电池SOC；
步骤3e，判断预估装料完成后的电池SOC是否大于SOC阈值2；如果SOC＞SOC 阈值2则进入步骤3f；如果SOC＜SOC阈值2则进入步骤3g；
步骤3f，等待装料完成；
步骤3g，启动发动机带动发电机对电池进行充电。
4.根据权利要求3所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，预估装料完成后的电池SOC的具体方法：
步骤3d1，获得装料时间t后电池剩余电量Q1；
步骤3d2，根据时间t时的电机输出功率和剩余装料时间，估算出剩余装料需要的电量Q2；
步骤3d3，估算出装料完成后的剩余电量Q，且Q＝Q1-Q2；
其中，估算出剩余装料需要的电量Q2过程中，电机输出功率按照时间t时定值进行预估。
5.根据权利要求3所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，转运流程包括：
步骤4a，车辆行驶，电机启动工作；
步骤4b，发电机使能工作；
步骤4c，判断SOC是否大于SOC阈值3，如果SOC＞SOC阈值3，则进入步骤4d，如果SOC＜SOC阈值3，则返回步骤4b；
步骤4d，发电机停止工作；
步骤4e，判断SOC是否大于SOC阈值4，如果SOC＞SOC阈值4，则返回步骤4b，如果SOC＜SOC阈值4，则进入步骤4f；
步骤4f，驾驶员判断即将到达目的后SOC是否达到SOC阈值5，若能达到SOC阈值5，则进入步骤4g，若不能达到SOC阈值5，则进入步骤4h，
步骤4g，转运完成；
步骤4h，驾驶员强制启动发电机。
6.根据权利要求3所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，等待流程包括：
步骤5a，发动机关停，发电机停止工作；
步骤5b，电机持续运转；
步骤5c，判断等待是否完成，如果完成，则进入步骤5f，如果没有完成，则进入步骤5d；
步骤5d，判断等待时间是否超过M分钟，如果超过M分钟，则进入步骤5e，否则返回步骤5b；
步骤5e，发动机启动，发电机使能工作；
步骤5f，发电机停止工作，发动机关停；
步骤5g，等待完成。
7.一种搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，包括装料、转运、等待、卸料、返程流程，转运流程包括：
步骤4a，车辆行驶，电机启动工作；
步骤4b，发电机使能工作；
步骤4c，判断SOC是否大于SOC阈值3，如果SOC＞SOC阈值3，则进入步骤4d，如果SOC＜SOC阈值3，则返回步骤4b；
步骤4d，发电机停止工作；
步骤4e，判断SOC是否大于SOC阈值4，如果SOC＞SOC阈值4，则返回步骤4b，如果SOC＜SOC阈值4，则进入步骤4f；
步骤4f，驾驶员判断即将到达目的后SOC是否达到SOC阈值5，若能达到SOC阈值5，则进入步骤4g，若不能达到SOC阈值5，则进入步骤4h，
步骤4g，转运完成；
步骤4h，驾驶员强制启动发电机。
8.一种搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，包括装料、转运、等待、卸料、返程流程，等待流程包括：
步骤5a，发动机关停，发电机停止工作；
步骤5b，电机持续运转；
步骤5c，判断等待是否完成，如果完成，则进入步骤5f，如果没有完成，则进入步骤5d；
步骤5d，判断等待时间是否超过M分钟，如果超过M分钟，则进入步骤5e，否则返回步骤5b；
步骤5e，发动机启动，发电机使能工作；
步骤5f，发电机停止工作，发动机关停；
步骤5g，等待完成。
9.根据权利要求8所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，卸料流程包括：
步骤6a：发动机关停，发电机停止工作；
步骤6b：电机持续运转；
步骤6c：判断卸料是否完成，如果完成，则进入步骤6d，如果没有完成，则返回步骤6b；
步骤6d：电机停止工作；
步骤6e：卸料完成。
10.根据权利要求8所述的搅拌车上装动力系统控制方法，其特征在于，返程流程包括：
步骤7a：车辆行驶，电机停止工作；
步骤7b：发电机使能工作；
步骤7c：判断SOC是否大于SOC阈值6，如果SOC＞SOC阈值6，则转到步骤7d，如果SOC＜SOC阈值6，则返回步骤7b；
步骤7d：电机停止工作；
步骤7e：返程完成。
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