CN111619370A - 动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法 - Google Patents

动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法 Download PDF

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CN111619370A CN202010514762.9A CN202010514762A CN111619370A CN 111619370 A CN111619370 A CN 111619370A CN 202010514762 A CN202010514762 A CN 202010514762A CN 111619370 A CN111619370 A CN 111619370A
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Abstract

本申请提供了一种动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法，动力电池系统包括动力电池、直流充电正继电器、加热继电器、电池加热元件及控制电路；动力电池通过直流充电正继电器与充电机电性连接；加热继电器及电池加热元件串联后与动力电池连接，形成加热回路，加热继电器闭合时导通动力电池的加热回路为动力电池加热；充电机还用于为加热回路供电；控制电路与动力电池、加热继电器及直流充电正继电器电性连接，用于根据动力电池的温度控制加热继电器及直流充电正继电器的开断，在低温条件下为动力电池加热，提高动力电池在低温条件下的充电效率。

Description

动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法
技术领域
本申请涉及动力电池领域，具体而言，涉及动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法。
背景技术
目前，大部分的电动挖掘机都采用锂离子电池作为首选的动力电池，但电动挖掘机的工作环境较为恶劣，需要长时间工作，且可能存在需要长时间在低温环境下作业的场景，然而锂离子电池在低温环境下进行大电流充电时可能会导致负极析锂，造成电池容量下降，析出的金属锂还有可能导致电池内部短路。
如何使电动挖掘机的动力电池在低温下(低于0℃)仍有快速充电的能力，提升电池系统在低温下的充电效率是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法。
第一方面，本发明实施例提供一种动力电池系统，动力电池系统包括动力电池、直流充电正继电器、加热继电器、电池加热元件及控制电路；
动力电池通过直流充电正继电器与充电机电性连接；
加热继电器及电池加热元件串联后与动力电池连接，形成加热回路，加热继电器闭合时导通动力电池的加热回路为动力电池加热；
充电机还用于为加热回路供电；
控制电路与动力电池、加热继电器及直流充电正继电器电性连接，用于根据动力电池的温度控制加热继电器及直流充电正继电器的开断。
在可选的实施方式中，动力电池系统还包括预充继电器和预充电阻；
预充继电器及预充电阻设置在充电机与动力电池之间，且与直流充电正继电器并联。
在可选的实施方式中，动力电池系统还包括加热熔断器；
加热熔断器串联设置在电池加热元件及加热继电器之间。
在可选的实施方式中，控制电路包括电池管理系统；
电池管理系统与动力电池电性连接，用于采集动力电池的温度并控制直流充电正继电器以及加热继电器的开断；在动力电池的温度小于第一预设值时，控制加热继电器闭合，否则控制直流充电正继电器闭合；在闭合加热继电器后，当动力电池的温度大于第二预设值时，控制直流充电正继电器闭合；在动力电池的温度大于第三预设值时，控制加热继电器断开；
电池管理系统还用于控制预充继电器的开断。
在可选的实施方式中，控制电路还包括温度传感器及比较电路；
温度传感器设置在动力电池，用于采集动力电池的温度；
多个比较电路包括第一比较电路、第二比较电路及第三比较电路；
第一比较电路与加热继电器及直流充电正继电器电性连接，用于比较动力电池的温度与第一预设值的大小，在动力电池的温度小于第一预设值时，控制加热继电器闭合，否则控制直流充电正继电器闭合；
第二比较电路与直流充电正继电器电性连接，用于比较动力电池的温度与第二预设值的大小，在加热继电器闭合后且动力电池的温度大于第二预设值时，控制直流充电正继电器闭合；
第三比较电路与加热继电器电性连接，用于比较动力电池的温度与第三预设值的大小，在动力电池的温度大于第三预设值时，控制加热继电器断开。
第二方面，本发明实施例提供一种电动挖掘机动力系统，包括集成控制器及前述实施方式任意一项的动力电池系统，集成控制器包括充电机及整车控制器；
电动挖掘机动力系统还包括显控一体机；
显控一体机与动力电池系统及集成控制器通信连接，用于接收动力电池系统及集成控制器发送的信息并显示。
第三方面，本发明实施例提供一种加热控制方法，方法应用于前述实施方式的电动挖掘机动力系统中的动力电池系统，方法包括：
获取动力电池的温度，并判断温度是否小于第一预设值；
若小于第一预设值，则闭合加热继电器，为动力电池加热；
若不小于第一预设值，则闭合直流充电正继电器，进入纯充电状态；
在闭合加热继电器后，在预设的时间周期内判断动力电池的温度是否大于第二预设值；
若大于第二预设值，则闭合直流充电正继电器，进入边充电边加热状态；
在闭合直流充电正继电器后，在预设的时间周期内判断动力电池的温度是否大于第三预设值；
若大于，则断开加热继电器，进入纯充电状态。
在可选的实施方式中，在闭合加热继电器之前，方法还包括：
判断充电机输出的充电电流是否大于第四预设值；
若充电电流大于第四预设值，则闭合加热继电器；
若充电电流不大于第四预设值，则将信息反馈至充电机，以使充电机增大输出的充电电流。
在可选的实施方式中，在获取动力电池的温度之前，方法还包括：
闭合预充继电器，进入预充控制流程，为动力电池进行电量预充。
在可选的实施方式中，闭合预充继电器，进入预充控制流程，包括：
接收显控一体机反馈的进入充电模式的信息；
判断与充电机是否握手连接成功；
若握手连接成功，则闭合预充继电器，进入预充模式；
判断预充是否成功；
若预充成功，则断开预充继电器；若预充不成功，则终止充电并上报故障。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种动力电池系统、电动挖掘机动力系统和加热控制方法，动力电池系统包括动力电池、直流充电正继电器、加热继电器、电池加热元件及控制电路；动力电池通过直流充电正继电器与充电机电性连接；加热继电器及电池加热元件串联后与动力电池连接，形成加热回路，加热继电器闭合时导通动力电池的加热回路为动力电池加热；充电机还用于为加热回路供电；控制电路与动力电池、加热继电器及直流充电正继电器电性连接，用于根据动力电池的温度控制加热继电器及直流充电正继电器的开断，在低温条件下为动力电池加热，提高动力电池在低温条件下的充电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的动力电池系统的结构图之一；
图2为本申请实施例提供的动力电池系统的结构图之二；
图3为本申请实施例提供的动力电池系统的结构图之三；
图4为本申请实施例提供的电动挖掘机动力系统的结构图；
图5为本申请实施例提供的加热控制方法的流程图之一；
图6为本申请实施例提供的加热控制方法的流程图之二；
图7为本申请实施例提供的图7中的步骤S109的子步骤流程图。
图标：10-电动挖掘机动力系统；100-动力电池系统；101-动力电池；102-直流充电正继电器；103-加热继电器；104-电池加热元件；105-控制电路；1051-电池管理系统；106-预充继电器；107-预充电阻；108-加热熔断器；200-集成控制器；201-充电机；202-整车控制器；203-显控一体机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的动力电池系统100的结构图之一。在本实施例中，动力电池系统100包括动力电池101、直流充电正继电器102、加热继电器103、电池加热元件104及控制电路105。
动力电池101通过直流充电正继电器102与充电机201电性连接，直流充电正继电器102闭合后，充电机201开始为动力电池101充电。
加热继电器103及电池加热元件104串联后与动力电池101连接，形成加热回路。加热继电器103闭合时导通动力电池101的加热回路为动力电池101加热；
充电机201还用于为加热回路供电，以使电池加热元件104正常工作，为动力电池101加热。
控制电路105与动力电池101、加热继电器103及直流充电正继电器102电性连接，用于根据动力电池101的温度控制加热继电器103及直流充电正继电器102的开断。
具体地，在本实施例中，当动力电池101的温度较低时(例如低于0℃时)，则控制电路105闭合加热继电器103，以导通加热回路，为动力电池101加热。
当动力电池101的温度达到某一定值时，则闭合直流充电正继电器102，以使充电机201开始工作，为动力电池101加热，提升了动力电池101在低温下的充电效率。
在充电和放电瞬间，瞬间电流过大或损坏绝大部分的电子元件。例如，瞬间电流过大可能会造成电容损坏，也会损坏直流接触器等开关器件。因此，请参照图2，图2为本申请实施例提供的动力电池系统100的结构图之二。在本实施例中，动力电池系统100还包括预充继电器106和预充电阻107。
预充继电器106及预充电阻107设置在充电机201与动力电池101之间，且与直流充电正继电器102并联。
在本实施例中，在为动力电池101正常充电之前，还需要先闭合预充继电器106，此时充电机201为动力电池101进行预充，预充电阻107能够防止上电瞬间的电流过大，起到保护电路和电子元件的作用。
请继续参照图2，在本实施例中，动力电池系统100还包括加热熔断器108；加热熔断器108串联设置在电池加热元件104及加热继电器103之间。
当整个加热回路的电流过大以及电池加热元件104的加热温度过高时，加热熔断器108熔断以断开加热回路，保护动力电池101，以提升动力电池101的使用寿命。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的动力电池系统100的结构图之三。在本实施例中，控制电路105包括电池管理系统1051。电池管理系统1051与动力电池101电性连接，用于采集动力电池101的温度并控制直流充电正继电器102以及加热继电器103的开断。
在动力电池101的温度小于第一预设值(例如0℃)时，电源管理系统控制加热继电器103闭合，以给动力电池101加热；若不小于第一预设值，则控制直流充电正继电器102闭合，以给动力电池101充电。
在闭合加热继电器103之后，且动力电池101的温度大于第二预设值(例如5℃)时，控制直流充电正继电器102闭合，此时既会给动力电池101加热，也可以给动力电池101充电。
在动力电池101的温度大于第三预设值(例如15℃)时，控制加热继电器103断开，此时开始进入正常充电的模式，可以直接为动力电池101充电。
电池管理系统1051还用于控制预充继电器106的开断。在闭合直流充电正继电器102之前，可以先闭合预充继电器106进行预充，避免动力电池101的瞬时电流过大。
可选地，在本实施例的其他实施方式中，控制电路105还包括温度传感器及比较电路。
温度传感器设置在动力电池101，用于采集动力电池101的温度。
多个比较电路包括第一比较电路、第二比较电路及第三比较电路；
第一比较电路与加热继电器103及直流充电正继电器102电性连接，用于比较温度传感器采集到的动力电池101的温度与第一预设值的大小，在动力电池101的温度小于第一预设值(例如0℃)时，控制加热继电器103闭合，以使电池加热元件104工作，为动力电池101加热；不小于第一预设值时，则控制直流充电正继电器102闭合，直接为动力电池101充电。
第二比较电路与直流充电正继电器102电性连接，用于比较动力电池101的温度与第二预设值的大小，在加热继电器103闭合后且动力电池101的温度大于第二预设值(例如5℃)时，控制直流充电正继电器102闭合。此时直流充电正继电器102与加热继电器103均为闭合状态，既可以为动力电池101加热也可以为动力电池101充电。
第三比较电路与加热继电器103电性连接，用于比较动力电池101的温度与第三预设值的大小，在动力电池101的温度大于第三预设值(例如15℃)时，控制加热继电器103断开。此时直流充电正继电器102依旧处于闭合状态，动力电池101进入正常充电的状态。
通过上述方式，可以在低温条件下加热动力电池101，并在加热到一定程度后，开始给动力电池101充电，使动力电池101进入边充电边加热的状态，当动力电池101的温度加热到足够高时，再闭合加热继电器103，动力电池101进入纯充电的状态。与直接将动力电池101的温度提升到设定值之后再开始充电相比，边加热边充电的方式提升了动力电池101在低温条件下的充电效率。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的电动挖掘机动力系统10的结构图，在本实施例中，电动挖掘机动力系统10包括集成控制器200及上述实施例中描述的动力电池系统100。
在本实施例中，集成控制器200包括充电机201及整车控制器202。
充电机201用于与动力电池系统100中的动力电池101连接，以对动力电池101充电。整车控制器202用于车辆动力系统的协调与控制，是电动挖掘机控制系统的核心部件，通常用来控制电动挖掘机的电机的启动、运行、进退、速度等。
请继续参照图4，电动挖掘机动力系统10还包括显控一体机203。
显控一体机203与动力电池系统100及集成控制器200通信连接，用于接收动力电池系统100及集成控制器200发送的信息并显示。
可选地，在本实施例中，显控一体机203通过CAN总线连接动力电池系统100的控制电路105及集成控制器200的整车控制器202。
请参照图5，图5为本申请实施例提供的加热控制方法的流程图之一。在本实施例中，方法应用于电动挖掘机动力系统10中的动力电池系统100，包括：
步骤S110，获取动力电池101的温度，并判断是否小于第一预设值。
步骤S120，若小于第一预设值，则闭合加热继电器103，为动力电池101加热。
步骤S130，若不小于第一预设值，则闭合直流充电正继电器102，进入纯充电状态。
步骤S140，在预设的时间周期内判断温度是否大于第二预设值。
步骤S150，若大于第二预设值，则闭合直流充电正继电器102，进入边充电边加热状态。
步骤S160，在预设的时间周期内判断动力电池101的温度是否大于第三预设值。
步骤S170，若大于，则断开加热继电器103，进入纯充电状态。
在上述步骤中，当动力电池101预充完成后，检测动力电池101的温度并判断是否小于第一预设值，若是，则进入加热流程，闭合加热继电器103，在每个预设的时间周期内(例如2分钟)，检测动力电池101的温度是否大于第二预设值，若是，则闭合直流充电正继电器102，此时进入边充电边加热的流程；在每个预设的时间周期内，检测动力电池101此时的温度是否大于第三预设值，若是，则断开加热继电器103，进入正常充电模式(仅对动力电池101充电)。
可选地，请参照图6，图6为本申请实施例提供的加热控制方法的流程图之二。在本实施例中，在步骤S120之前，方法还包括：
步骤S111，判断充电机201输出的充电电流是否大于第四预设值。
若充电电流大于第四预设值，则进入步骤S120，闭合加热继电器103；若充电电流不大于第四预设值，则将信息反馈至充电机201，以使充电机201增大输出的充电电流。
在上述步骤中，充电电流还用于保证电池加热元件104的正常工作，因此还需要检测充电电流的大小是否大于第四预设值，在大于第四预设值时，电池加热元件104才能正常工作，此时才可以闭合加热继电器103；若不大于，则需要将信息反馈至充电机201，直到充电机201输出的充电电流大于第四预设值。
可选地，请继续参照图6，在本实施例中，在步骤S110之前，方法还包括：
步骤S109，闭合预充继电器106，进入预充控制流程，为动力电池101进行电量预充。
具体地，请参照图7，图7为本申请实施例提供的图7中的步骤S109的子步骤流程图。在本实施例中，步骤S109包括：
子步骤S1091，接收显控一体机203反馈的进入充电模式的信息。
子步骤S1092，判断与充电机201是否握手连接成功。
子步骤S1093，若握手连接成功，则闭合预充继电器106，进入预充模式。
子步骤S1094，判断预充是否成功；
子步骤S1095，若预充成功，则断开预充继电器106。
子步骤S1096，若预充不成功，则终止充电并上报故障。
在上述子步骤中，在为动力电池101充电时，充电枪接地，CC信号(ConnectionConfirm，用于指示充电桩头是否插好)唤醒集成控制器200，充电机201高电平唤醒显控一体机203，用户根据显控一体机203上的提示选择充电模式，显控一体机203通过CAN总线将用户的选择反馈至整车控制器202，此时整车控制器202禁止电机动作、关闭电机使能、禁止放电使能。充电机201将CC信号发送至控制电路105(电池管理系统1051)，控制电路105(电池管理系统1051)向显控一体机203及充电机201反馈连接信号，随后充电机201及电池管理系统1051开始自检，在自检合格后开始握手连接，若自检不合格，则上报故障给CAN总线，并终止充电。在握手成功后，电子锁闭合，预充继电器106闭合开始为动力电池101预充，预充成功后，断开预充继电器106。预充结束后，即可开始通过闭合直流充电正继电器102为动力电池101充电。
以上，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统包括动力电池、直流充电正继电器、加热继电器、电池加热元件及控制电路；
所述动力电池通过所述直流充电正继电器与充电机电性连接；
所述加热继电器及所述电池加热元件串联后与所述动力电池连接，形成加热回路，所述加热继电器闭合时导通所述动力电池的加热回路为所述动力电池加热；
所述充电机还用于为所述加热回路供电；
所述控制电路与所述动力电池、所述加热继电器及所述直流充电正继电器电性连接，用于根据所述动力电池的温度控制所述加热继电器及所述直流充电正继电器的开断。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括预充继电器和预充电阻；
所述预充继电器及所述预充电阻设置在所述充电机与所述动力电池之间，且与所述直流充电正继电器并联。
3.根据权利要求2所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括加热熔断器；
所述加热熔断器串联设置在所述电池加热元件及所述加热继电器之间。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制电路包括电池管理系统；
所述电池管理系统与所述动力电池电性连接，用于采集动力电池的温度并控制所述直流充电正继电器以及所述加热继电器的开断；在所述动力电池的温度小于第一预设值时，控制所述加热继电器闭合，否则控制所述直流充电正继电器闭合；在闭合所述加热继电器后，当所述动力电池的温度大于第二预设值时，控制所述直流充电正继电器闭合；在所述动力电池的温度大于第三预设值时，控制所述加热继电器断开；
所述电池管理系统还用于控制预充继电器的开断。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制电路还包括温度传感器及比较电路；
所述温度传感器设置在所述动力电池，用于采集所述动力电池的温度；
多个所述比较电路包括第一比较电路、第二比较电路及第三比较电路；
所述第一比较电路与所述加热继电器及所述直流充电正继电器电性连接，用于比较所述动力电池的温度与第一预设值的大小，在所述动力电池的温度小于第一预设值时，控制所述加热继电器闭合，否则控制所述直流充电正继电器闭合；
所述第二比较电路与所述直流充电正继电器电性连接，用于比较所述动力电池的温度与第二预设值的大小，在所述加热继电器闭合后且所述动力电池的温度大于第二预设值时，控制所述直流充电正继电器闭合；
所述第三比较电路与所述加热继电器电性连接，用于比较所述动力电池的温度与第三预设值的大小，在所述动力电池的温度大于第三预设值时，控制所述加热继电器断开。
6.一种电动挖掘机动力系统，其特征在于，包括集成控制器及权利要求1-5任意一项所述的动力电池系统，所述集成控制器包括充电机及整车控制器；
所述电动挖掘机动力系统还包括显控一体机；
所述显控一体机与所述动力电池系统及所述集成控制器通信连接，用于接收所述动力电池系统及所述集成控制器发送的信息并显示。
7.一种加热控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求6所述的电动挖掘机动力系统中的动力电池系统，所述方法包括：
获取所述动力电池的温度，并判断所述温度是否小于第一预设值；
若小于第一预设值，则闭合所述加热继电器，为所述动力电池加热；
若不小于第一预设值，则闭合所述直流充电正继电器，进入纯充电状态；
在闭合所述加热继电器后，在预设的时间周期内判断所述动力电池的温度是否大于第二预设值；
若大于第二预设值，则闭合所述直流充电正继电器，进入边充电边加热状态；
在闭合所述直流充电正继电器后，在预设的时间周期内判断所述动力电池的温度是否大于第三预设值；
若大于，则断开所述加热继电器，进入纯充电状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在闭合所述加热继电器之前，所述方法还包括：
判断充电机输出的充电电流是否大于第四预设值；
若充电电流大于第四预设值，则闭合所述加热继电器；
若充电电流不大于第四预设值，则将信息反馈至所述充电机，以使所述充电机增大输出的充电电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在获取所述动力电池的温度之前，所述方法还包括：
闭合预充继电器，进入预充控制流程，为所述动力电池进行电量预充。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述闭合预充继电器，进入预充控制流程，包括：
接收显控一体机反馈的进入充电模式的信息；
判断与所述充电机是否握手连接成功；
若握手连接成功，则闭合所述预充继电器，进入预充模式；
判断预充是否成功；
若预充成功，则断开所述预充继电器；若预充不成功，则终止充电并上报故障。
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CN113047371A (zh) * 2021-04-06 2021-06-29 山推工程机械股份有限公司 一种纯电动装载机
CN114734875A (zh) * 2022-05-09 2022-07-12 潍柴动力股份有限公司 一种充电系统的控制方法、装置及系统

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