CN112688390B - 用于充电过程的功率自适应控制系统及高空作业设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，公开一种功率自适应控制系统及高空作业设备。所述功率自适应控制系统包括：工况确定装置，用于根据高空作业设备的动作控制信号，确定高空作业设备的行驶工况；实际功率预测装置，用于在电池的温度大于预设温度且行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据道路的坡度及速度控制信号，预测电动机将提供的实际功率；以及目标功率确定装置，用于根据电动机将提供的实际功率与电池的最大允许充电功率，确定通过回馈电流控制装置控制电动机对电池进行充电的目标充电功率，以在电动机以该目标充电功率对电池进行充电时不会出现过充现象。本发明可严格防止过充对电池造成的伤害，进而利于电池的长期健康安全运行。

Description

用于充电过程的功率自适应控制系统及高空作业设备

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体地，涉及一种功率自适应控制系统及高空作业设备。

背景技术

随着锂电池技术的发展，高空作业平台开始逐步应用锂电池作为动力电池。然而，在使用锂电池的过程中，通常忽视锂电池长时间安全运行的必要条件：在设备运行时对放电要有严格的控制。

目前，过充过放管理可由高空作业平台使用的电池管理系统(BMS)完成，该BMS有如下两个特点：(1)基于功率MAP表。功率MAP表包含持续放电功率Map表、脉冲放电功率Map表、持续充电功率Map表和脉冲充电功率Map表，这四个表反应了锂电池在不同的温度和充电状态(SOC)下的充放电能力。设备的运行功率不能超过功率Map表所允许的功率。(2)采用分级故障处理策略。BMS将接近或者超过功率MAP表的情况分为三级，针对不同级别的故障分别采用报警、龟速运行和限动措施。这种方式的优点是逻辑简单，易于实现。

然而，当前高空作业平台使用的BMS有如下不足：分级故障处理策略属于事后处理措施，即只有出现过充过放并持续一定的时间才生效。因此，所述BMS不能完全避免过充过放对电池的伤害。总之，当前技术不能严格防止过充过放对电池造成的伤害，不利于电池的长期健康安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率自适应控制系统及高空作业设备，其可提前预测电动机将提供的实际功率，并根据将提供的实际功率与最大允许充电功率来确定电池进行充电的目标充电功率，从而可严格防止过充对电池造成的伤害，进而利于电池的长期健康安全运行。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种功率自适应控制系统，所述功率自适应控制系统应用于配置有回馈电流控制装置的高空作业设备，所述功率自适应控制系统包括：工况确定装置，用于根据所述高空作业设备的动作控制信号，确定所述高空作业设备的行驶工况；实际功率预测装置，用于在所述电池的温度大于预设温度且所述行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据所述高空作业设备行驶所在的道路的坡度及所述速度控制信号，预测所述高空作业设备的电动机将提供的实际功率；以及目标功率确定装置，用于根据所述电动机将提供的实际功率与所述电池的最大允许充电功率，确定通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以该目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象。

优选地，所述实际功率预测装置包括：理想转速确定模块，用于根据所述速度控制信号及所述道路的坡度，确定所述电动机的理想转速；以及实际功率预测模块，用于根据所述电动机的理想转速、所述道路的坡度及目标充电功率预测模型，预测所述电动机将提供的实际功率。

优选地，所述理想转速确定模块用于确定所述电动机的理想转速包括：在所述道路的坡度小于所述高空作业设备的工作角度阈值的情况下，根据所述速度控制信号与第一最大允许转速，确定所述电动机的理想转速；或者在所述道路的坡度大于或等于所述工作角度阈值的情况下，根据所述速度控制信号与第二最大允许转速，确定所述电动机的理想转速，其中，所述第一最大允许转速大于所述第二最大允许转速。

优选地，所述目标功率确定装置用于确定所述目标充电功率目标充电功率包括：在所述电动机将提供的实际功率小于或等于所述最大允许充电功率的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率；或者在所述电动机将提供的实际功率大于所述最大允许充电功率的情况下，将所述最大允许充电功率作为所述目标充电功率。

优选地，所述目标充电功率预测模型为坡度、转速及最大允许充电功率三者之间的对应关系。

优选地，所述功率自适应控制系统还包括：目标功率调整装置，用于根据所述电池的实际充电功率及所述最大允许充电功率，调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以调整后的目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象。

优选地，所述目标功率调整装置用于调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率包括：在所述电池的实际充电功率大于所述最大允许充电功率的情况下，调低通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以使所述电池的实际充电功率小于或等于所述最大允许充电功率；或者在所述电池的实际充电功率小于或等于最大允许功率的情况下，保持所述目标充电功率不变。

优选地，所述功率自适应控制系统还包括：电流检测装置，用于检测所述电动机的电流；以及切断装置，用于在所述目标功率调整装置调低所述目标充电功率的过程中，在所述电动机的电流增大至预设电流阈值范围内的任一值且维持第一预设时间的情况下，切断所述电池与所述电动机之间的连接。

优选地，所述目标功率确定装置还用于，在所述电池的温度大于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为制动工况的情况下，根据所述电池的充电状态，确定所述目标充电功率。

优选地，所述目标功率确定装置用于确定所述目标充电功率包括：在所述电池的充电状态大于或等于预设充电状态的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流；或者在所述电池的充电状态小于所述预设充电状态的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率。

优选地，所述目标功率确定装置还用于，在所述电池的温度小于或者等于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为所述预设时间段内的连续下坡工况或制动工况的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流。

优选地，所述功率自适应控制系统还包括：故障处理装置，用于执行以下操作中的一者：在所述电池的实际充电功率大于第一充电功率阈值且维持第二预设时间的情况下，发出警报，以提示所述电池的充电功率超过所述第一充电功率阈值；在所述电池的实际充电功率大于第二充电功率阈值且维持第三预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获部分电流；或者在所述电池的实际充电功率大于第三充电功率阈值且维持第四预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获全部电流，其中，所述第一充电功率小于所述第二充电功率，以及所述第二充电功率小于所述第三充电功率。

通过上述技术方案，本发明创造性地首先在所述电池的温度大于预设温度且所述行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据高空作业设备行驶所在的道路的坡度及电动机的速度控制信号，预测电动机将提供的实际功率；然后根据电动机将提供的实际功率与最大允许充电功率，确定对电池进行充电的合适的目标充电功率，即在通过该目标充电功率对所述电池进行充电时不会出现过充现象，由此，可根据高空作业设备所处的工况数据提前预测电动机将提供的实际功率，并根据电动机将提供的实际功率与最大允许充电功率来确定对电池进行充电的合适的目标充电功率，从而可严格防止过充对电池造成的伤害，进而利于电池的长期健康安全运行。

本发明第二方面还提供一种高空作业设备，所述高空作业设备包括：电动机；所述的功率自适应控制系统，用于提供所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率；以及回馈电流控制装置，用于对所述电动机产生的回馈电流进行捕获，以控制所述电动机以所述目标充电功率对所述电池进行充电。

有关本发明提供的高空作业设备的具体细节及益处可参阅上述针对功率自适应控制系统的描述，于此不再赘述。

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是本发明一实施例提供的功率自适应控制系统的结构图；

图2是本发明一实施例提供的高空作业设备的结构图；

图3是本发明一实施例提供的功率自适应控制系统的结构图；

图4是本发明一实施例提供的高空作业设备的结构图；以及

图5是本发明一实施例提供的高空作业设备的结构图。

附图标记说明

10、20 工况确定装置 12、22 实际功率预测装置

14、24 目标功率确定装置 30 电池

40 加热模块 100、200 功率自适应控制系统

300 驱动器 400 回馈电流控制装置

500 BMS 600 电动机

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。

在介绍本发明的具体实施例之前，先对两个概念进行简单的说明。

再生制动：电动车制动时，(行走)电动机可被控制作为发电机运行，从而将车辆的动能或势能变换为电能，并储存在能量储存模块中。

回馈电流：再生制动过程中，驱动器将(行走)电动机产生的电能转化成可供储能模块或者其他耗能元件使用的电流，此电流被称之为回馈电流。

另外，本发明各个实施例中的电池均可指锂电池。

图1是本发明一实施例提供的功率自适应控制系统的结构图。其中，所述功率自适应控制系统应用于高空作业设备。如图1所示，所述功率自适应控制系统100可包括：工况确定装置10，用于根据所述高空作业设备的动作控制信号，确定所述高空作业设备的行驶工况；实际功率预测装置12，用于在所述行驶工况为非下坡工况的情况下，根据所述高空作业设备行驶所在的道路的坡度及所述高空作业设备的电动机的速度控制信号，预测所述高空作业设备的电动机所需的实际功率；以及目标功率确定装置14，用于根据所述电动机所需的实际功率与所述电池的最大允许放电功率，确定所述电动机的目标功率，以在通过该目标功率控制所述电动机运行时所述电池不会出现过放现象。

所述工况确定装置10可根据各种控制信号(例如手柄信号)及现有的确定高空作业设备(例如高空作业车)的工况的方式，来确定所述高空作业设备所处的工况。于此不再对其具体细节过程进行描述。

所述实际功率预测装置12可包括：理想转速确定模块，用于根据所述速度控制信号及所述高空道路的坡度，确定所述电动机的理想转速；以及实际功率预测模块，用于根据所述电动机的理想转速、所述道路的坡度及目标功率预测模型，预测所述电动机所需的实际功率。

下面分别针对所述实际功率预测装置12中的所述理想转速确定模块与所述实际功率预测模块的具体实现过程进行描述。

其中，所述理想转速确定模块的具体实现过程可包括如下内容。

所述理想转速确定模块用于确定所述电动机的理想转速可包括：在所述道路的坡度小于所述高空作业设备的工作角度阈值的情况下，根据所述速度控制信号与第一最大允许转速，确定所述电动机的理想转速；或者在所述道路的坡度大于或等于所述工作角度阈值的情况下，根据所述速度控制信号与第二最大允许转速，确定所述电动机的理想转速。其中，所述第一最大允许转速大于所述第二最大允许转速。例如，所述第一最大允许转速可为工作最高转速，所述第二最大允许转速可为爬行转速(所述工作最高转速大于所述爬行转速)。

具体地，设速度控制信号为Ka(例如百分数)，坡度为θ。所述理想转速确定模块按如下规则计算理想转速：

当坡度<工作角度阈值时，理想转速＝Ka×工作最高转速；或者

当坡度≥工作角度阈值时，理想转速＝Ka×爬行转速，

上述工作最高转速定义为高空作业设备行驶在的道路的坡度小于工作角度阈值时，允许电动机运行的最高转速；以及爬行转速定义为高空作业设备行驶在的道路的坡度等于或大于工作角度阈值时，允许电动机运行的最高转速。

其中，所述实际功率预测模块的具体实现过程可包括以下内容。

所述目标功率预测模型可为坡度、转速及最大允许放电功率三者之间的对应关系。具体地，所述目标功率预测模型可由电动机建模仿真数据和设备实测工况数据确定，如表1所示。

表1目标功率预测模型

转速(rpm)	465	465	465	2788
					坡度(°)	-16.7	2.9	18.3	2.9
扭矩(Nm)	-59.3	4.5	73.2	4.5
					功率(kW)	-2.9	0.22	3.56	1.31
电动机电流(A)	120	35	157	57
					效率(％)	57％	57％	57％	76％

所述实际功率预测模块可将理想转速、坡度作为输入数据，然后通过所述目标功率预测模型及该输入数据，预测所述电动机所需的实际功率。具体地，所述实际功率预测模块可采用查表法和/或线性插值算法，结合所述目标功率预测模型及该输入数据来预测所述电动机所需的实际功率。

低温时，电池内部活性物质的活性明显降低，其内阻、极化电压增加，故所述电池的放电/充电功率和容量均会显著降低。低温过放会引起电池容量不可逆衰减，并埋下安全隐患，最终缩短电池寿命。而高温放电也会导致电池性能衰减，从而影响高空作业设备的性能。由于电池的最大允许放电功率受温度等因素的影响，故为了实现对电池的充电或放电过程进行严格的控制，可首先结合所述电池的温度等因素实时确定电池的最大允许放电功率。

其中，所述电池的最大允许放电功率可由电池管理系统(BMS)500根据所述电池的温度、充电状态及功率MAP表来确定。具体地，所述电池管理系统(BMS)500可从功率MAP表中找到与所述电池的温度、充电状态相对应的最大允许放电功率。

所述目标功率确定装置14用于确定所述电动机的目标功率可包括：在所述电动机所需的实际功率小于或等于所述最大允许放电功率的情况下，将所述电动机所需的实际功率作为所述电动机的目标功率；或者在所述电动机所需的实际功率大于所述最大允许放电功率的情况下，将所述最大允许放电功率作为所述电动机的目标功率。

具体地，若电动机所需的实际功率小于或等于最大允许放电功率，则电动机可按电动机所需的实际功率(即电池提供的放电功率)输出；若实际需求功率大于最大允许放电功率，则电动机按最大允许放电功率输出。

由于高空作业设备属于非道路作业设备，故在本实施例中采用所述高空作业设备的动作控制信号、工况数据(例如道路坡度)及电动机的速度控制信号预测电动机所需的实际功率；并在所需的功率大于最大允许放电功率时，主动控制电动机的运行功率，以预防电池出现过放现象，即其属于事前预防措施。

在获取电动机的目标功率的情况下，接下来可通过目标转速确定装置来进一步确定电动机的尽可能大的目标转速。如图2所示，所述目标转速通过CAN总线发送给该电动机的驱动器，以由驱动器控制电动机运行在合适的工作点(控制电动机以所述目标转速运行，且其运行功率为所述目标功率)。

为了在避免电池出现过放现象的同时，能够使高空作业设备的电动机以较高的转速运行。所述功率自适应控制系统100还可包括：目标转速确定装置(未示出)，用于执行以下操作中的一者：在所述电动机所需的实际功率小于或等于所述最大允许放电功率的情况下，将所述电动机的理想转速作为所述电动机的目标转速；或者在所述电动机所需的实际功率大于所述最大允许放电功率的情况下，根据所述最大允许放电功率、所述道路的坡度及所述目标功率预测模型，确定所述电动机的目标转速。

具体地，当电动机所需的实际功率小于或等于最大允许放电功率时，所述目标功率确定装置14确定电动机的目标功率为电动机所需的实际功率，此时电池不会出现过放的现象；在此基础上，所述目标转速确定装置将电动机的理想转速作为其目标转速，从而电动机以期望的最大转速运行而不会导致电池出现过放的现象。当电动机所需的实际功率大于最大允许放电功率时，所述目标功率确定装置14确定电动机的目标功率为最大允许放电功率，此时电池也不会出现过放的现象；在此基础上，将最大允许放电功率和坡度为输入数据，所述目标转速确定装置采用查表法和/或线性插值算法，并结合所述输入数据及所述目标功率预测模型来计算电动机的目标转速，从而电动机以最接近理想转速的目标转速运行而不会导致电池出现过放的现象。

当然，在另一实施例中还可用目标扭矩确定装置代替目标转速确定装置。类似地，所述目标扭矩确定装置用于执行以下操作中的一者：在所述电动机所需的实际功率小于或等于所述最大允许放电功率的情况下，将所述电动机的理想扭矩(该理想扭矩可根据理想转速确定)作为所述电动机的目标扭矩；或者在所述电动机所需的实际功率大于所述最大允许放电功率的情况下，根据所述最大允许放电功率、所述道路的坡度及所述目标功率预测模型，确定所述电动机的目标扭矩。其中，所述目标功率预测模型可为坡度、转速、扭矩及最大运行放电功率四者之间的对应关系。

目前，BMS采用的分级故障处理策略-当电动机所需的实际功率大于电池能提供的最大允许放电功率时，只能采取简单的龟速运行或者限制动作的措施，既影响操作体验又不能充分发挥电池的性能。因此，与目前BMS采用的分级故障处理策略相比，本发明上述实施例在避免电池出现过放现象的同时，能够使高空作业设备的电动机以较高的转速运行，从而既能充分发挥电池的性能又能提升用户的操作体验。

所述功率自适应控制系统100还可包括：目标功率调整装置(未示出)，用于根据所述电池的实际放电功率及所述最大允许放电功率，调整所述电动机的目标功率，以在通过调整后的目标功率控制所述电动机运行时所述电池不会出现过放现象。

其中，所述目标功率调整装置用于调整所述电动机的目标功率可包括：在所述电池的实际放电功率大于所述最大允许放电功率的情况下，调低所述电动机的目标转速，以使所述实际放电功率小于或等于所述最大允许放电功率；或者在所述电池的实际放电功率小于或等于最大允许放电功率的情况下，保持所述电动机的目标转速不变。

具体地，当电池的实际功率大于最大允许放电功率，则所述目标功率调整装置应逐步降低所述电动机的目标转速，直至所述实际功率小于或等于最大允许放电功率。当电池的实际功率小于或等于最大允许放电功率时，维持所述电动机的目标转速不变。由此，本实施例可通过目标功率调整装置实时计算电池的放电状态，当出现过放/过充趋势时，立即进行降功率处理，将过放扼杀在萌芽状态。因此，所述目标功率调整装置所实现的上述过程属于事中保护措施。

在通过目标功率调整装置逐步降低所述电动机的目标转速的过程中，可能因某些故障导致所述电动机的电流可能增加到电动机的电流阈值，在此情况下电动机处于非常危险的运行状态。由此，在本实施例中可及时切断处于该危险运行状态下的电动机。所述功率自适应控制系统100还可包括：电流检测装置(未示出)，用于检测所述电动机的电流；以及切断装置(未示出)，用于在所述目标功率调整装置调低所述电动机的目标转速的过程中，在所述电动机的电流增大至预设电流阈值范围内的任一值且维持第一预设时间的情况下，切断所述电池与所述电动机之间的连接。其中，所述切断装置可为任何合理的开关装置。

具体地，在通过所述功率调整装置降低电动机的目标转速的过程中，若所述电动机的电流不断增加至预设电流阈值范围内的任一值(例如电动机允许的最大电流)，这时应切断电动机输出以保护电动机。

另外，在本发明一实施例中，还可设置目前的BMS所使用的分级故障控制措施。具体地，所述功率自适应控制系统100还可包括：故障处理装置(未示出)，用于执行以下操作中的一者：在所述电池的实际放电功率大于第一放电功率阈值且维持第二预设时间的情况下，发出警报，以提示所述电动机的转速超过所述第一放电功率阈值；在所述电池的实际放电功率大于第二放电功率阈值且维持第三预设时间的情况下，控制所述电动机以最小转速阈值运行；或者在所述电池的实际放电功率大于第三放电功率阈值且维持第四预设时间的情况下，控制所述电动机停止运行，其中，所述第一放电功率小于所述第二放电功率，以及所述第二放电功率小于所述第三放电功率。

上述实施例中的故障处理装置所实现的过程属于事后保护措施。由此，通过上述各个实施例的组合可实现事前准确预防、事中及时控制、事后有效保护等全方面防止过放或过充的现象，从而可极大地降低因过放或过充对电池性能和寿命的影响。

综上所述，本发明创造性地首先在所述行驶工况为非下坡工况的情况下，根据所述高空作业设备行驶所在的道路的坡度及电动机的速度控制信号，预测电动机所需的实际功率；然后根据所述电动机所需的实际功率与最大允许放电功率，确定所述电动机的合适的目标功率，即在通过该目标功率控制电动机运行时所述电池不会出现过放现象，由此，可根据高空作业设备所处的工况数据提前预测电动机所需的实际功率，并根据所需的放电功率与最大允许放电功率来确定电动机的合适的目标功率，从而可严格防止过放对电池造成的伤害，进而利于电池的长期健康安全运行。

图3是本发明一实施例提供的功率自适应控制系统的结构图。其中，所述功率自适应控制系统200应用于配置有回馈电流控制装置的高空作业设备。所述功率自适应控制系统200可包括：工况确定装置20，用于根据所述高空作业设备的动作控制信号，确定所述高空作业设备的行驶工况；实际功率预测装置22，用于在所述电池的温度大于预设温度且所述行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据所述高空作业设备行驶所在的道路的坡度及所述速度控制信号，预测所述高空作业设备的电动机将提供的实际功率；以及目标功率确定装置24，用于根据所述电动机将提供的实际功率与所述电池的最大允许充电功率，确定通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以该目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象。

其中，所述工况确定装置20的实现过程可参见关于所述工况确定装置10的描述。

其中，所述实际功率预测装置22可包括：理想转速确定模块(未示出)，用于根据所述速度控制信号及所述道路的坡度，确定所述电动机的理想转速；以及实际功率预测模块(未示出)，用于根据所述电动机的理想转速、所述道路的坡度及目标充电功率预测模型，预测所述电动机将提供的实际功率。

具体地，所述实际功率预测装置22中的所述理想转速确定模块与所述实际功率预测模块的实现过程可参见上述关于所述实际功率预测装置12中的所述理想转速确定模块与所述实际功率预测模块的描述。需要注意的是，所述目标功率预测模型可为坡度、转速及最大允许充电功率三者之间的对应关系。

所述目标功率确定装置24用于确定所述目标充电功率目标充电功率可包括：在所述电动机将提供的实际功率小于或等于所述最大允许充电功率的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率；或者在所述电动机将提供的实际功率大于所述最大允许充电功率的情况下，将所述最大允许充电功率作为所述目标充电功率。

具体地，若电动机将提供的实际功率小于或等于最大允许充电功率，则电动机可按将提供的实际功率对电池进行充电(此时电池不会出现过充现象)；若电动机将提供的实际功率大于最大允许充电功率，则通过回馈电流控制装置捕获电动机产生的部分回馈电流，以使电动机能够按最大允许放电功率(即电池的最大允许充电功率)对电池进行充电，相当于通过回馈电流控制装置吸收超过最大运行充电功率的部分功率，从而可防止电池出现过充的现象。

由于高空作业设备属于非道路作业设备，故在本实施例中采用所述高空作业设备的动作控制信号、工况数据(例如道路坡度)及电动机的速度控制信号预测电动机将提供的实际功率；并在将提供的实际功率大于最大允许充电功率时，主动控制回馈电流控制装置捕获多余的功率(例如，在满足上述条件的情况下，功率自适应控制系统可主动控制回馈电流控制装置开启，以用于捕获多余的功率)，以预防电池出现过充现象，即其属于事前预防措施。

关于所述回馈电流控制装置捕获回馈电流的过程可通过引用的方式将申请号分别为202010768953.8、202011034939.1等申请文件的全部内容并入本文中。

所述功率自适应控制系统200还可包括：目标功率调整装置(未示出)，用于根据所述电池的实际充电功率及所述最大允许充电功率，调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以调整后的目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象。

其中，所述目标功率调整装置用于调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率可包括：在所述电池的实际充电功率大于所述最大允许充电功率的情况下，调低通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以使所述电池的实际充电功率小于或等于所述最大允许充电功率；或者在所述电池的实际充电功率小于或等于最大允许功率的情况下，保持所述目标充电功率不变。

具体地，当电池的实际充电功率大于最大允许充电功率时，则所述目标功率调整装置应逐步降低所述目标充电功率，直至所述实际充电功率小于或等于最大允许充电功率。当电池的实际充电功率小于或等于最大允许充电功率时，维持所述电池的实际充电功率不变。由此，本实施例可通过目标功率调整装置实时确定电池的充电情况，当出现过放趋势时，立即进行降功率处理，将过放扼杀在萌芽状态。因此，所述目标功率调整装置所实现的上述过程属于事中保护措施。

在通过目标功率调整装置逐步降低所述目标充电功率的过程中，可能因某些故障导致所述电动机的电流可能增加到电动机的电流阈值，在此情况下电动机处于非常危险的运行状态。由此，在本实施例中可及时切断处于该危险运行状态下的电动机。所述功率自适应控制系统200还可包括：电流检测装置(未示出)，用于检测所述电动机的电流；以及切断装置(未示出)，用于在所述目标功率调整装置调低所述目标充电功率的过程中，在所述电动机的电流增大至预设电流阈值范围内的任一值且维持第一预设时间的情况下，切断所述电池与所述电动机之间的连接。

具体地，在通过所述功率调整装置降低所述目标充电功率的过程中，若所述电动机的电流不断增加至预设电流阈值范围内的任一值(例如电动机允许的最大电流)，这时应切断电动机输出以保护电动机。

在一实施例中，所述目标功率确定装置24还用于，在所述电池的温度大于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为制动工况的情况下，根据所述电池的充电状态，确定所述目标充电功率。

具体地，所述目标功率确定装置24用于确定所述目标充电功率可包括：在所述电池的充电状态大于或等于预设充电状态的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流；或者在所述电池的充电状态小于所述预设充电状态的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率。

在制动(例如减速)过程中，再生制动产生的能量(即回馈电流)持续时间短(例如，不超过2秒)，当电池的充电状态(SOC)＜95％时，若再生制动的能量(将提供的实际功率)由电池吸收，不会影响电池寿命，则无需通过回馈电流控制装置捕获所产生的回馈电流，而可将再生制动的能量(将提供的实际功率)全部用于对电池充电。当电池的SOC≥95％时，若再生制动的能量(将提供的实际功率)由电池吸收，会影响电池寿命，则开启回馈电流控制装置并通过回馈电流控制装置捕获全部能量，以防止脉冲的回馈电流伤害电池。

电驱动高空作业平台采用再生制动技术，在减速和连续下坡时会产生回馈电流对电池进行充电。试验表明，低温时回馈电流会引起电池析锂，严重时可能导致热失控。由此，当温度低于一定温度(例如0℃)时，不允许有回馈电流对电池进行充电。

在一实施例中，所述目标功率确定装置24还用于，在所述电池的温度小于或者等于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为所述预设时间段内的连续下坡工况或制动工况的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流。

具体地，当电池30的温度小于或等于预设温度(例如0℃)时，所述开启装置会通过CAN总线开启回馈电流控制装置400的捕获功能(捕获回馈电流的功能)，如图3所示。此时，无论是行走制动产生的脉冲充电电流还是预设时间段内的连续下坡时产生的持续充电电流都将被回馈电流控制装置400中的加热模块40(例如加热膜)所吸收，经加热模块40加热后电池温度升高。

在经加热模块40转化的热能等因素的作用下，电池的温度逐渐升高。当电池温度大于所述预设温度且所述电动机产生回馈电流的时，由于此时对电池充电不会产生析锂的危险，故可再次利用电动机所产生的回馈电能及回馈电流控制装置对电池进行安全充电。

所述功率自适应控制系统200还可包括：目标电流预测装置(未示出)，用于根据所述目标充电功率及所述电池的电压，预测通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电电流(即最大允许回馈电流)。

具体地，当电池30的温度大于预设温度(例如0℃)且设备处于预设时间段内的连续下坡工况时，激活目标电流预测装置。此时，所述目标电流预测装置根据BMS 500提供的所述电池30的电压及所述目标功率确定装置24提供的目标充电功率，计算出目标充电电流，由此，回馈电流控制装置400根据目标充电电流控制电动机600以对电池30充电；若还有多余的能量，则将通过加热模块40转化成热能消耗掉。其中，所述目标电流预测装置属于被动触发装置，只有满足一定条件时才进行运算。

另外，在一实施例中，还可设置目前的BMS所使用的分级故障控制措施，并结合回馈电流控制装置的功能实现故障处理过程。具体地，所述功率自适应控制系统200还可包括：故障处理装置(未示出)，用于执行以下操作中的一者：在所述电池的实际充电功率大于第一充电功率阈值且维持第二预设时间的情况下，发出警报，以提示所述电池的充电功率超过所述第一充电功率阈值；在所述电池的实际充电功率大于第二充电功率阈值且维持第三预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获部分电流；或者在所述电池的实际充电功率大于第三充电功率阈值且维持第四预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获全部电流，其中，所述第一充电功率小于所述第二充电功率，以及所述第二充电功率小于所述第三充电功率。

上述实施例中的故障处理装置所实现的过程属于事后保护措施。由此，通过上述各个实施例的组合可实现事前准确预防、事中及时控制、事后有效保护等全方面防止过放或过充的现象，从而可极大地降低因过充对电池性能和寿命的影响。

综上所述，本发明创造性地首先在电池的温度大于预设温度且行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据高空作业设备行驶所在的道路的坡度及电动机的速度控制信号，预测所述高空作业设备的电动机将提供的实际功率；然后根据所述电动机将提供的实际功率与所述电池的最大允许充电功率，确定对电池进行充电的合适的目标充电功率，由此，可根据高空作业设备所处的工况数据提前预测电动机所需的实际功率，并根据所需的放电功率与最大允许放电功率来确定电动机将提供的实际功率，从而可严格防止过充对电池造成的伤害，进而利于电池的长期健康安全运行。

图4是本发明一实施例提供的高空作业设备的结构图。如图4所示，所述高空作业设备可包括：电动机600；所述的功率自适应控制系统100，用于提供所述电动机600的目标功率；以及驱动器300，用于根据所述电动机600的目标功率，驱动所述电动机600运行。

更进一步地，所述功率自适应控制系统100还用于，提供所述电动机600的目标转速。相应地，所述驱动器300还可根据所述电动机600的目标转速，驱动所述电动机600运行。由此，在避免电池出现过放现象的同时，还能够使高空作业设备的电动机以较高的转速运行。

具体地，以图4所示的高空作业设备的放电过程为例对功率自适应控制系统的实现过程进行描述。其中，所述功率自适应控制系统100通过CAN总线与电池的BMS 500、驱动器300进行信息交互。

经由驱动器300根据功率自适应控制系统100提供的目标功率来驱动电动机600运行，由此可有效地避免电池出现过放的现象。与此同时，所述驱动器300还可根据所述功率自适应控制系统100提供的目标转速来驱动电动机600运行。由此，在避免电池出现过放现象的同时，能够使高空作业设备的电动机以较高的转速运行，从而可充分发挥电池的性能。

图5是本发明一实施例提供的高空作业设备的结构图。如图5所示，所述高空作业设备可包括：电动机600；所述的功率自适应控制系统200，用于提供所述电动机600对所述电池30进行充电的目标充电功率；以及回馈电流控制装置400，用于对所述电动机600产生的回馈电流进行捕获，以控制所述电动机600以所述目标充电功率对所述电池60进行充电。

在实际应用中，电动机600可经由驱动器300对电池30进行充电，如图5所示。

对于电池的充电过程，目前BMS使用的分级故障处理策略为了防止误报警，只有过充现象持续一段时间后才会触发报警。然而，在制动工况下由于脉冲充电电流持续时间短，系统不能及时处理，因此所产生的脉冲充电电流会被电池吸收，从而导致电池析锂，进而埋下安全隐患。

具体地，以图5所示的高空作业设备的充电过程为例对功率自适应控制系统的实现过程进行描述。其中，所述功率自适应控制系统200通过CAN总线与锂电池的BMS 500、回馈电流控制装置400、驱动器300进行信息交互。

根据功率自适应控制系统200提供的对电池30进行充电的目标充电功率，通过回馈电流控制装置400来控制电动机600对电池30的充电过程，由此可有效地避免电池出现过充的现象。

当电池30的温度小于或等于0℃且电动机600产生回馈电流时，所述功率自适应控制系统200会通过CAN总线激活回馈电流控制装置400的捕获功能。此时，无论是行走制动产生的脉冲回馈电流还是连续下坡时产生的持续回馈电流都将被回馈电流控制装置400中的加热模块40所吸收(即对电池30进行充电的目标充电功率为0)，经加热模块40加热后电池温度升高。

在经加热模块40转化的热能等因素的作用下，电池30的温度逐渐升高。当电池30的温度大于0℃且电动机600产生持续的回馈电流时，所述功率自适应控制系统200会根据其预测的电动机将提供的实际功率及BMS 500提供的最大允许充电功率，确定出合适的目标充电功率。由此，回馈电流控制装置400根据所述目标充电功率控制电动机300对电池30进行充电；若还有多余的能量，则将通过加热模块40转化成热能消耗掉。

当电池30的温度大于0℃且电动机600产生脉冲的回馈电流(在制动工况下，注意下坡过程中的制动工况也为制动工况)时，所述功率自适应控制系统200根据电池的充电状态，确定是否开启回馈电流控制装置400来捕获回馈电流。具体地，当电池的SOC＜95％时，无需开启回馈电流控制装置400来捕获所产生的回馈电流，从而可将再生制动的能量(将提供的实际功率)全部用于对电池充电；当电池的SOC≥95％时，则开启回馈电流控制装置400并通过回馈电流控制装置400捕获全部能量，以防止脉冲的回馈电流伤害电池。

本实施例运用了低温回馈电流吸收技术，利用回馈电流控制装置将设备产生的回馈电流转换成热能加热电池，即规避了低温充电析锂的风险又提升了电池的充放电性能。高温工作时，所述功率自适应控制系统可及时控制电动机对电池的充电电流以避免其超过最大允许充电电流，从而有效防止电池出现过充现象。

有关本发明提供的高空作业设备的具体细节及益处可参阅上述针对功率自适应控制系统的描述，于此不再赘述。

当然，在上述各个实施例中的功率自适应控制系统200与功率自适应控制系统100可为同一系统(即通过同一功率自适应控制系统实现功率自适应控制系统100/200的所有功能)，可为两个独立的系统。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。

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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种功率自适应控制系统，其特征在于，所述功率自适应控制系统应用于配置有回馈电流控制装置的高空作业设备，所述功率自适应控制系统包括：

工况确定装置，用于根据所述高空作业设备的动作控制信号，确定所述高空作业设备的行驶工况；

实际功率预测装置，用于在电池的温度大于预设温度且所述行驶工况为预设时间段内的连续下坡工况的情况下，根据所述高空作业设备行驶所在的道路的坡度及速度控制信号，预测所述高空作业设备的电动机将提供的实际功率；以及

目标功率确定装置，用于根据所述电动机将提供的实际功率与所述电池的最大允许充电功率，确定通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以该目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象，

其中，所述实际功率预测装置包括：

理想转速确定模块，用于根据所述速度控制信号及所述道路的坡度，确定所述电动机的理想转速；以及

实际功率预测模块，用于根据所述电动机的理想转速、所述道路的坡度及目标充电功率预测模型，预测所述电动机将提供的实际功率，其中，所述理想转速确定模块用于确定所述电动机的理想转速包括：

在所述道路的坡度小于所述高空作业设备的工作角度阈值的情况下，将所述速度控制信号与工作最高转速的乘积确定为所述电动机的理想转速；或者

在所述道路的坡度大于或等于所述工作角度阈值的情况下，将所述速度控制信号与爬行转速的乘积确定为所述电动机的理想转速，

其中，所述工作最高转速大于所述爬行转速，以及所述速度控制信号为预设比例。

2.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标功率确定装置用于确定所述目标充电功率目标充电功率包括：

在所述电动机将提供的实际功率小于或等于所述最大允许充电功率的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率；或者

在所述电动机将提供的实际功率大于所述最大允许充电功率的情况下，将所述最大允许充电功率作为所述目标充电功率。

3.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标充电功率预测模型为坡度、转速及最大允许充电功率三者之间的对应关系。

4.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述功率自适应控制系统还包括：

目标功率调整装置，用于根据所述电池的实际充电功率及所述最大允许充电功率，调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以在所述电动机以调整后的目标充电功率对所述电池进行充电时不出现过充现象。

5.根据权利要求4所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标功率调整装置用于调整通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率包括：

在所述电池的实际充电功率大于所述最大允许充电功率的情况下，调低通过所述回馈电流控制装置控制所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率，以使所述电池的实际充电功率小于或等于所述最大允许充电功率；或者

在所述电池的实际充电功率小于或等于最大允许功率的情况下，保持所述目标充电功率不变。

6.根据权利要求5所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述功率自适应控制系统还包括：

电流检测装置，用于检测所述电动机的电流；以及

切断装置，用于在所述目标功率调整装置调低所述目标充电功率的过程中，在所述电动机的电流增大至预设电流阈值范围内的任一值且维持第一预设时间的情况下，切断所述电池与所述电动机之间的连接。

7.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标功率确定装置还用于，在所述电池的温度大于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为制动工况的情况下，根据所述电池的充电状态，确定所述目标充电功率。

8.根据权利要求7所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标功率确定装置用于确定所述目标充电功率包括：

在所述电池的充电状态大于或等于预设充电状态的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流；或者

在所述电池的充电状态小于所述预设充电状态的情况下，将所述电动机将提供的实际功率作为所述目标充电功率。

9.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述目标功率确定装置还用于，在所述电池的温度小于或者等于所述预设温度且所述高空作业设备的行驶工况为所述预设时间段内的连续下坡工况或制动工况的情况下，确定所述目标充电功率为0，以通过所述回馈电流控制装置捕获所述电动机产生的回馈电流。

10.根据权利要求1所述的功率自适应控制系统，其特征在于，所述功率自适应控制系统还包括：

故障处理装置，用于执行以下操作中的一者：

在所述电池的实际充电功率大于第一充电功率阈值且维持第二预设时间的情况下，发出警报，以提示所述电池的充电功率超过所述第一充电功率阈值；

在所述电池的实际充电功率大于第二充电功率阈值且维持第三预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获部分电流；或者

在所述电池的实际充电功率大于第三充电功率阈值且维持第四预设时间的情况下，通过所述回馈电流控制装置捕获全部电流，

其中，所述第一充电功率小于所述第二充电功率，以及所述第二充电功率小于所述第三充电功率。

11.一种高空作业设备，其特征在于，所述高空作业设备包括：

电动机；

根据权利要求1-10中任一项所述的功率自适应控制系统，用于提供所述电动机对所述电池进行充电的目标充电功率；以及

回馈电流控制装置，用于对所述电动机产生的回馈电流进行捕获，以控制所述电动机以所述目标充电功率对所述电池进行充电。

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