CN116373618A - 一种工程机械供电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工程机械供电系统，包括：车载电源（B1），所述车载电源（B1）通过车载电源开关连接电机控制器；移动电源（B2），所述移动电源（B2）通过移动电源开关连接电机控制器；电源管理单元（OBC），所述电源管理单元（OBC）分别与车载电源（B1）及移动电源（B2）连接以控制车载电源（B1）与移动电源（B2）之间的电能分配；所述电机控制器连接电机；通过控制车载电源开关及移动电源开关的启闭实现工程机械不同工况下的电能分配；减小了移动电源连接至工程机械的电缆线的线径，减少多块电池集中于工程机械上同时工作的占比，降低了多块电池因为电力不均衡而可能产生的环流影响及安全风险。

Description

一种工程机械供电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电动工程机械的技术领域，具体涉及一种工程机械供电系统及控制方法。

背景技术

目前电动化已逐步从道路车辆延伸到了非道路车辆的领域，电动化成为非道路车辆、尤其是工程机械的一个重要发展方向。

但是，工程机械的工作时长远超道路车辆，特殊工况下甚至需要24小时不停息运转。此外，工程机械的驱动系统的需求功率，也远超道路车辆。由于充电时间的限制导致装配普通车载电池的工程机械无法满足长时间的工作要求。大功率供电需求，导致了常规方案下电缆线的线径非常大，不便于布置及使用；大功率供电需求还导致了单块电池无法满足电力需求，需要将多块电池并联以达到大功率的需求，这样会导致电池存在环流的风险，影响供电效率的同时也存在安全隐患。

因此，亟需提供一种工程机械供电系统及控制方法，以解决上述现有技术中存在的缺陷与不足。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种工程机械供电系统及控制方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种工程机械供电系统，其特征在于：所述系统包括：

车载电源，所述车载电源通过车载电源开关与每一电机控制器可选择性地连接；

移动电源，所述移动电源通过移动电源开关与每一电机控制器可选择性地连接；

电源管理单元，所述电源管理单元分别与车载电源及移动电源连接以控制车载电源与移动电源之间的电能分配；

所述电机控制器连接电机；

通过控制车载电源开关及移动电源开关的启闭实现工程机械不同工况下的电能分配。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述车载电源选用功率型电源且设置于工程机械上。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述移动电源设置于电源小车上。

作为本发明的进一步优选实施方式，若干个电源小车环绕于工程机械布置。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述电源管理单元设置于工程机械或设置于电源小车上。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述车载电源开关、电机控制器及电机设置于工程机械上。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述电机至少包括有行走电机、作业电机、及回转电机。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述电机控制器包括与行走电机、作业电机、及回转电机分别对应连接的行走电机控制器、作业电机控制器、及回转电机控制器。

作为本发明的进一步优选实施方式，所述车载电源开关包括行走车载电源开关、作业车载电源开关及回转车载电源开关；所述车载电源通过行走车载电源开关连接行走电机控制器、通过作业车载电源开关连接作业电机控制器、通过回转车载电源开关连接回转电机控制器；

所述移动电源开关包括行走移动电源开关、作业移动电源开关及回转移动电源开关；所述移动电源通过行走移动电源开关连接行走电机控制器、通过作业移动电源开关连接作业电机控制器、通过回转移动电源开关连接回转电机控制器。

进一步地，本发明还提供一种工程机械供电系统的控制方法，其特征在于：

工况1：工程机械空载行走时，由移动电源给行走电机供电，同时判断车载电源的电量，若非满电量，移动电源同时给车载电源充电；此时行走移动电源开关闭合，行走车载电源开关断开，且作业车载电源开关、作业移动电源开关、回转车载电源开关及回转移动电源开关断开；

工况2：工程机械进行作业时，

若工程机械未遇较大阻力的作业任务时，移动电源给作业电机供电，同时移动电源缓慢向车载电源充电；此时作业移动电源开关闭合，行走车载电源开关、行走移动电源开关、作业车载电源开关、回转车载电源开关及回转移动电源开关断开；

若工程机械遇到较大阻力的作业任务时，移动电源、车载电源同时给作业电机供电；此时作业车载电源开关、作业移动电源开关闭合，行走车载电源开关、行走移动电源开关、回转车载电源开关及回转移动电源开关断开；

工况3：工程机械满载状态行走及回转时，车载电源、移动电源同时给行走电机、作业电机、及回转电机供电；此时行走车载电源开关、行走移动电源开关、作业车载电源开关、作业移动电源开关、回转车载电源开关及回转移动电源开关全部闭合；

工况4：工程机械卸货下行时，回收能量传输给车载电源；此时作业车载电源开关闭合，行走车载电源开关、行走移动电源开关、作业移动电源开关、回转车载电源开关及回转移动电源开关断开；

工况5：工程机械空载回位，供电状态与工况1相同，如并依次循环。

本发明相对于现有技术取得的有益效果为：

1）本发明提供一种工程机械供电系统及控制方法，极大地减小了移动电源连接至工程机械的电缆线的线径，通过简单的滚筒式收放线即可实现大功率供电的需求；同时，通过多个电源小车搭载移动电源布设于工程机械的四周，可以减少多块电池集中于工程机械上同时工作的占比，降低了多块电池因为电力不均衡而可能产生的环流影响及安全风险。满足了大功率电动工程机械长时间不间断工作的需求，同时促进了大功率工程机械的电动化进程，有效实现节能减排、碳达峰、和碳中和。

附图说明

图1为本发明工程机械及电源小车的连接结构示意图。

图2为本发明供电系统的第一实施例的结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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发明中的具体含义。

[第一实施例]

如图1所示为本发明提供的一种工程机械供电系统的第一实施例，系统包括工程机械P1以及环绕于工程机械P1布置的若干个电源小车P2，通过多个电源小车P2配套服务一个工程机械P1的方式，从而实现工程机械长时间不停息工作的需求，工程机械P1上设置有车载电源B1，且车载电源B1优选功率型电源，在电源小车P2上设置有移动电源B2。本实施例中工程机械可以为多功能移动供电车、大功率打桩机、大功率装载机、大功率登高机等，也可以为本领域中常见的其他形式的工程机械。

如图2所示，在本实施例中，

电机控制器连接电机；本实施例中电机至少包括有用于驱动工程机械行走的行走电机13、用于驱动工程机械作业的作业电机14、以及用于驱动工程机械回转的回转电机15。作为优选，本实施例中的电机选用功率为400kW左右的永磁同步电机。

而电机控制器包括与行走电机13、作业电机14、及回转电机15分别对应连接的行走电机控制器10、作业电机控制器11、及回转电机控制器12。各电机控制器可以控制对应电机的例如启闭及输出功率的调节等操作。

本实施例中，车载电源B1通过车载电源开关可选择性地连接每一电机控制器；在本实施例中，车载电源开关包括行走车载电源开关4、作业车载电源开关6及回转车载电源开关8；其具体连接关系为：车载电源B1通过行走车载电源开关4连接行走电机控制器10、通过作业车载电源开关6连接作业电机控制器11、通过回转车载电源开关8连接回转电机控制器12；即可以通过行走车载电源开关4、作业车载电源开关6及回转车载电源开关8实现车载电源B1与行走电机13、作业电机14、及回转电机15的对应接通或断开。

本实施例中，移动电源B2通过移动电源开关可选择性地连接每一电机控制器；在本实施例中，移动电源开关包括行走移动电源开关5、作业移动电源开关7及回转移动电源开关9；其具体连接关系为：移动电源B2通过行走移动电源开关5连接行走电机控制器10、通过作业移动电源开关7连接作业电机控制器11、通过回转移动电源开关9连接回转电机控制器12。即可以通过行走移动电源开关5、作业移动电源开关7及回转移动电源开关9实现移动电源B2与行走电机13、作业电机14、及回转电机15的对应接通或断开。

从而通过控制车载电源开关及移动电源开关的启闭实现工程机械不同工况下的电能的合理分配。在本实施例中，车载电源开关、电机控制器及电机设置于工程机械P1上。

在本实施例中，如图2所示，还包括分别与车载电源B1及移动电源B2连接以控制车载电源B1与移动电源B2之间的电能分配的电源管理单元OBC；根据实际布设要求，电源管理单元OBC可以设置于工程机械P1上，也可以设置于电源小车P2上。

本实施例采用3个电机并联耦合的方式，通过配合6开关、3电机控制器的组合方式，已可满足大部分工程机械的行走、作业及回转使用要求。但本领域技术人员知晓，本发明请求保护的范围不仅限于该方案提出的3电机、6开关及3电机控制器的组合方式，在工程机械大功率化的趋势下，也可适用于更多的开关、电机及电机控制器的组合方式，本方案仅以3电机、3电机控制器及6开关的工程机械举例，其具体控制方法为：

工况1：工程机械空载行走时，由移动电源B2给行走电机13供电，同时判断车载电源B1的电量，若非满电量，移动电源B2同时给车载电源B1充电；此时行走移动电源开关5闭合，行走车载电源开关4断开，且作业车载电源开关6、作业移动电源开关7、回转车载电源开关8及回转移动电源开关9断开；

工况2：工程机械进行作业时，

若工程机械未遇较大阻力的作业任务时，移动电源B2给作业电机14供电，同时移动电源B2缓慢向车载电源B1充电；此时作业移动电源开关7闭合，行走车载电源开关4、行走移动电源开关5、作业车载电源开关6、回转车载电源开关8及回转移动电源开关9断开；

若工程机械遇到较大阻力的作业任务时，移动电源B2、车载电源B1同时给作业电机14供电；此时作业车载电源开关6、作业移动电源开关7闭合，行走车载电源开关4、行走移动电源开关5、回转车载电源开关8及回转移动电源开关9断开；

工况3：工程机械满载状态行走及回转时，车载电源B1、移动电源B2同时给行走电机13、作业电机14、及回转电机15供电；此时行走车载电源开关4、行走移动电源开关5、作业车载电源开关6、作业移动电源开关7、回转车载电源开关8及回转移动电源开关9全部闭合；

工况4：工程机械卸货下行时，回收能量传输给车载电源B1；此时作业车载电源开关6闭合，行走车载电源开关4、行走移动电源开关5、作业移动电源开关7、回转车载电源开关8及回转移动电源开关9断开；

工况5：工程机械空载回位，供电状态与工况1相同，如并依次循环。

本领域技术人员知晓，以上工作状态未覆盖工程机械的所有工作状态，例如工程机械还可以有空载上坡、空载回转、重载回转等多个工作状态。但是各工况下的控制方法类似，即工程机械满功率需求时，移动电源B2、车载电源B1同时给工程机械供电；工程机械常规功率需求时，移动电源B2给工程机械供电；工程机械低功率需求时，移动电源B2给工程机械供电，同时移动电源B2给车载电源B1充电；具有能量回收时，电力全部回收到车载电源B1。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种工程机械供电系统，其特征在于：所述系统包括：

车载电源（B1），所述车载电源（B1）通过车载电源开关与每一电机控制器可选择性地连接；

移动电源（B2），所述移动电源（B2）通过移动电源开关与每一电机控制器可选择性地连接；

电源管理单元（OBC），所述电源管理单元（OBC）分别与车载电源（B1）及移动电源（B2）连接以控制车载电源（B1）与移动电源（B2）之间的电能分配；

所述电机控制器连接电机；

通过控制车载电源开关及移动电源开关的启闭实现工程机械不同工况下的电能分配。

2.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述车载电源（B1）选用功率型电源且设置于工程机械（P1）上。

3.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述移动电源（B2）设置于电源小车（P2）上。

4.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：若干个电源小车（P2）环绕于工程机械（P1）布置。

5.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述电源管理单元（OBC）设置于工程机械（P1）或设置于电源小车（P2）上。

6.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述车载电源开关、电机控制器及电机设置于工程机械（P1）上。

7.根据权利要求1所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述电机至少包括有行走电机（13）、作业电机（14）、及回转电机（15）。

8.根据权利要求7所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：所述电机控制器包括与行走电机（13）、作业电机（14）、及回转电机（15）分别对应连接的行走电机控制器（10）、作业电机控制器（11）、及回转电机控制器（12）。

9.根据权利要求8所述的一种工程机械供电系统，其特征在于：

所述车载电源开关包括行走车载电源开关（4）、作业车载电源开关（6）及回转车载电源开关（8）；所述车载电源（B1）通过行走车载电源开关（4）连接行走电机控制器（10）、通过作业车载电源开关（6）连接作业电机控制器（11）、通过回转车载电源开关（8）连接回转电机控制器（12）；

所述移动电源开关包括行走移动电源开关（5）、作业移动电源开关（7）及回转移动电源开关（9）；所述移动电源（B2）通过行走移动电源开关（5）连接行走电机控制器（10）、通过作业移动电源开关（7）连接作业电机控制器（11）、通过回转移动电源开关（9）连接回转电机控制器（12）。

10.一种如权利要求9所述的工程机械供电系统的控制方法，其特征在于：

工况1：工程机械空载行走时，由移动电源（B2）给行走电机（13）供电，同时判断车载电源（B1）的电量，若非满电量，移动电源（B2）同时给车载电源（B1）充电；此时行走移动电源开关（5）闭合，行走车载电源开关（4）断开，且作业车载电源开关（6）、作业移动电源开关（7）、回转车载电源开关（8）及回转移动电源开关（9）断开；

工况2：工程机械进行作业时，

若工程机械未遇较大阻力的作业任务时，移动电源（B2）给作业电机（14）供电，同时移动电源（B2）缓慢向车载电源（B1）充电；此时作业移动电源开关（7）闭合，行走车载电源开关（4）、行走移动电源开关（5）、作业车载电源开关（6）、回转车载电源开关（8）及回转移动电源开关（9）断开；

若工程机械遇到较大阻力的作业任务时，移动电源（B2）、车载电源（B1）同时给作业电机（14）供电；此时作业车载电源开关（6）、作业移动电源开关（7）闭合，行走车载电源开关（4）、行走移动电源开关（5）、回转车载电源开关（8）及回转移动电源开关（9）断开；

工况3：工程机械满载状态行走及回转时，车载电源（B1）、移动电源（B2）同时给行走电机（13）、作业电机（14）、及回转电机（15）供电；此时行走车载电源开关（4）、行走移动电源开关（5）、作业车载电源开关（6）、作业移动电源开关（7）、回转车载电源开关（8）及回转移动电源开关（9）全部闭合；

工况4：工程机械卸货下行时，回收能量传输给车载电源（B1）；此时作业车载电源开关（6）闭合，行走车载电源开关（4）、行走移动电源开关（5）、作业移动电源开关（7）、回转车载电源开关（8）及回转移动电源开关（9）断开；

工况5：工程机械空载回位，供电状态与工况1相同，如并依次循环。

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