CN110834564A - 一种电动卡车电控气动换电***，方法及载重电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动卡车电控气动换电***，方法及载重电动汽车，其中动力电池组和电池管理器安装在换电架中，车载换电座的作用是用于承载换电架，高低压电气插座用于实现换电架与整车的高低压电气和CAN通讯网络连接。整车控制器用于接收驾驶员控制信号、驻车信号、开关信号、电池管理器信号、动力电池主接触器状态信号等，识别驾驶员意图，并通过控制策略和逻辑判断，实现对整车换电***的控制和监测。实现对电动卡车的快速换电控制，有利于减少整车停车补电时长、提升整车换电效率，实现换电操作前后的整车安全性检测、换电式电动卡车使用过程的可靠性和安全性检测，保障整车行车安全。

Description

一种电动卡车电控气动换电***，方法及载重电动汽车

技术领域

本发明涉及电动卡车，特别是涉及一种电动卡车电控气动换电***，方法及载重电动汽车。

背景技术

随着碳排放量加剧、大气环境恶化、化石资源的不可再生、社会节能减排任务艰巨，电动化已成为汽车技术发展的主流路线。储能***作为电动汽车“大三电”技术之一，决定了电动汽车的产业成熟度。目前，受到储能电池能量密度技术水平的制约，为满足汽车续驶里程要求，电动汽车一般布置较大体积和重量的动力蓄电池，尤其是重载和长途工况的重型电动汽车。但是，重型电动汽车后背式布置较大电量的动力电池，会导致电动卡车搭载动力电池体积和重量过大、整车质心高度过高致行车稳定性差、停车补电时间过长、换电安全性差、效率偏低、整车转弯半径增加、上装空间不足等问题。同时由于动力电池充电倍率技术水平限制，导致整车充电时间过长、运营效率过低。这些问题是由于目前动力电池能量密度、充电倍率等技术发展现状不能满足重型电动汽车的实际作业里程要求所致。

发明内容

本发明要解决的是基于现有动力电池技术水平导致的电动卡车搭载动力电池体积和重量过大、整车质心高度过高致行车稳定性差、停车补电时间过长、换电操作可靠性和安全性较差、换电效率偏低、换电前后整车检测效率较低、上装可利用空间不足的问题。

基于上述问题，本发明提供一种电动卡车电控气动换电***，包括：整车控制器、换电架、车载换电座、动力电池组、电池管理器以及电控气动执行单元；

动力电池组和电池管理器安装在换电架上；电池管理器与动力电池组连接，控制动力电池组输出端的通断以及监测动力电池组的状态信息，并发送给整车控制器；

换电架安装在车载换电座上；换电架上设有高低压电气插座；

电控气动执行单元包括：换电控制开关、电磁阀、气缸执行机构、储气筒和气路；

电池管理器、换电控制开关以及电磁阀分别与整车控制器连接；

储气筒通过气路连接气缸执行机构；

电磁阀设置在气路，电磁阀根据整车控制器的控制指令，气路的通断；

整车控制器用于通过换电控制开关接收用户发送的换电控制指令；监测当前车辆状态以及电池状态，当满足换电条件时，通过控制电磁阀控制气缸执行机构运行，解除对换电架的锁定状态，进入车辆换电模式。

进一步需要说明的是，电磁阀通过低压电路连接整车低压电输出端；

高低压电气插座通过整车高压电路连接整车高压电输出端；

整车控制器通过CAN通讯方式连接电池管理器、换电控制开关以及电磁阀。

进一步需要说明的是，气缸执行机构的执行机构上设有位置传感器；

整车控制器通过与位置传感器连接，获取气缸执行机构的位置信息。

本发明还提供一种电动卡车电控气动换电方法，方法包括：

整车控制器接收换电操作控制指令，并检测整车是否满足换电操作条件；

如满足换电操作条件，执行换电操作；

整车控制器确认整车状态具备换电条件后，通过低压电路，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧；

整车控制器实时获取气缸执行机构位置信息，直至达到预设位置，解锁动作完毕；

换电操作结束后，通过控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，对换电架的锁紧。

进一步需要说明的是，换电操作结束后方法还包括：

换电操作结束后，整车控制器获取驾驶员关闭换电控制开关控制指令，并向通过低压电路控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，控制气缸执行机构动作，对换电架进行锁紧；

整车控制器通过检测气缸位置信号确认执行机构锁紧动作完毕。

锁紧完毕后，整车控制器控制电池管理器执行低压上电，并向电池管理器发出通讯信号；

电池管理器低压正常上电后，判断电压是否符合预设阈值，并向整车控制器发送电压判断反馈通讯信号，

电压预设阈值后，整车控制器向电池管理器发动低压下电指令，并确认电池管理器下电完成后，整车控制器下电。

进一步需要说明的是，整车控制器通过驾驶员使用钥匙获取启动整车控制指令，执行上电自检程序，在上电自检程序中检测气缸位置信号，并与电池管理器进行通讯，确认整车换电架处于锁止状态，电池管理器电气***正常，整车上电自检程序结束；

对整车上高压端检测判断是否有故障信息；

如无故障信息，则确认整车具备启动和行驶条件，整车控制器向仪表发送READY和RUN信号。

进一步需要说明的是，整车控制器控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧，判断是否解锁成功；

如未解锁成功，间隔预设时长后，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作；

如仍未解锁成功，再次控制电磁阀动作，直至达到预设控制次数，仍未解锁成功则发出报警提示。

进一步需要说明的是，整车控制器接收换电操作控制指令，并检测整车是否满足换电操作条件之后还包括：

整车控制器依次检测钥匙开启信号、驻车信号、电池管理器电源信号和动力电池主接触器状态信号，确认整车已经下电、已实施驻车制动、动力电池组高压已断电、电池管理器已下电。

本发明还提供一种载重电动汽车，包括电动卡车电控气动换电***。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明动力电池组和电池管理器安装在换电架中，车载换电座的作用是用于承载换电架，高低压电气插座用于实现换电架与整车的高低压电气和CAN通讯网络连接。电控气动执行单元包括换电控制开关、电磁阀、气缸执行机构、储气筒和气路。整车控制器用于接收驾驶员控制信号、驻车信号、KEY ON信号、电池管理器信号、动力电池主接触器状态信号等，识别驾驶员意图，并通过控制策略和逻辑判断，实现对整车换电***的控制和监测。

本发明利用电动卡车自身的控制***、通讯网络、车载气源，增加一套换电***，实现对电动卡车的快速换电控制，有利于减少整车停车补电时长、提升整车换电效率，实现换电操作前后的整车安全性检测、换电式电动卡车使用过程的可靠性和安全性检测，保障整车行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为电动卡车电控气动换电***示意图；

图2为电动卡车电控气动换电方法流程图；

图3为电动卡车电控气动换电方法实施例流程图。

图中：1.整车控制器、2.换电架、3.车载换电座、4.动力电池组、5.电池管理器、6.高低压电气插座、7.换电控制开关、8.电磁阀、9.气缸执行机构、10.储气筒、11.高压电路、12.低压电路、13.气路。

具体实施方式

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

本发明中涉及的载重电动汽车，可以是拉货物的卡车，翻斗车，油罐车等等。当然也可以包括大客车，主要涉及大型运输车辆及大型客运车辆。

具体的本发明提供一种电动卡车电控气动换电***，如图1所示，包括：整车控制器1、换电架2、车载换电座3、动力电池组4、电池管理器5以及电控气动执行单元；

动力电池组4和电池管理器5安装在换电架2上；电池管理器5与动力电池组4连接，控制动力电池组4输出端的通断以及监测动力电池组4的状态信息，并发送给整车控制器1；

换电架2安装在车载换电座3上；换电架2上设有高低压电气插座6；

电控气动执行单元包括：换电控制开关7、电磁阀8、气缸执行机构9、储气筒10和气路13；

电池管理器5、换电控制开关7以及电磁阀8分别与整车控制器1连接；储气筒10通过气路13连接气缸执行机构9；电磁阀8设置在气路13，电磁阀8根据整车控制器1的控制指令，气路13的通断；整车控制器1用于通过换电控制开关7接收用户发送的换电控制指令；监测当前车辆状态以及电池状态，当满足换电条件时，通过控制电磁阀8控制气缸执行机构9运行，解除对换电架2的锁定状态，进入车辆换电模式。

其中，电磁阀8通过低压电路12连接整车低压电输出端；高低压电气插座6通过整车高压电路11连接整车高压电输出端；整车控制器1通过CAN通讯方式连接电池管理器5、换电控制开关7以及电磁阀8。

当然，整车控制器1不限于通过无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合与其他各个装置连接。

气缸执行机构9的执行机构上设有位置传感器；整车控制器1通过与位置传感器连接，获取气缸执行机构9的位置信息。

整车控制器1包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路ASICs，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

***中，可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。

***中包含程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

基于上述***本发明还提供一种电动卡车电控气动换电方法，如图2和图3所示，方法包括：

S1，整车控制器接收换电操作控制指令，并检测整车是否满足换电操作条件；

其中，检测整车是否满足换电操作条件具体包括：

整车控制器依次检测钥匙开启信号、驻车信号、电池管理器电源信号和动力电池主接触器状态信号，确认整车已经下电、已实施驻车制动、动力电池组高压已断电、电池管理器已下电。

S2，如满足换电操作条件，执行换电操作；

S3，整车控制器确认整车状态具备换电条件后，通过低压电路，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧；

S4，整车控制器实时获取气缸执行机构位置信息，直至达到预设位置，解锁动作完毕；

这里，整车控制器控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧，还判断是否解锁成功；

如未解锁成功，间隔预设时长后，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作；

如仍未解锁成功，再次控制电磁阀动作，直至达到预设控制次数，仍未解锁成功则发出报警提示。

S5，换电操作结束后，通过控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，对换电架的锁紧。

换电操作结束后，整车控制器获取驾驶员关闭换电控制开关控制指令，并向通过低压电路控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，控制气缸执行机构动作，对换电架进行锁紧；整车控制器通过检测气缸位置信号确认执行机构锁紧动作完毕。

作为本发明的一种具体实施例包括：动力电池组4和电池管理器5装配在换电架2中，车载换电座3用于承载换电架2，换电架2与整车高压电路11、低压电路和CAN通讯网络12的连接通过高低压电气插座6实现。电控气动执行单元包括换电控制开关7、电磁阀8、气缸执行机构9、储气筒10和气路13。整车控制器1用于接收驾驶员控制信号、驻车信号、KEY ON信号、电池管理器握手信号、动力电池主接触器状态信号等，识别驾驶员意图，并通过控制策略和逻辑判断，实现对整车换电***的控制和监测。

执行换电操作时：驾驶员开启换电控制开关7后，整车控制器1依次检测KEY ON信号、驻车信号、电池管理器电源信号和动力电池主接触器状态信号，确认整车已经下电、已实施驻车制动、动力电池组高压已断电、电池管理器已下电。整车控制器1确认整车状态具备换电条件后，通过低压电路12，控制电控气动执行单元中的电磁阀8动作，从而控制气缸执行机构9动作，解除对换电架2的锁紧，整车控制器1通过检测气缸位置信号确认执行机构解锁动作完毕。整车控制器1进入等待模式。

换电操作结束时：驾驶员关闭换电控制开关7，整车控制器1接收到控制指令后向通过低压电路12控制电控气动执行单元中的电磁阀8动作，从而控制气缸执行机构9动作，对换电架2进行锁紧，整车控制器1通过检测气缸位置信号确认执行机构锁紧动作完毕。锁紧完毕后，整车控制器1控制整车对电池管理器5进行低压上电，并向电池管理器发出通讯信号。电池管理器低压正常上电后，向整车控制器发送通讯信号，证明换电操作后动力电池电气***正常。整车控制器1向电池管理器5发动低压下电指令，确认电池管理器5下电完成后，整车控制器下电。

驾驶员使用钥匙启动整车时：整车控制器1接收到KEY ON信号，整车控制器1执行上电自检程序，在上电自检程序中检测气缸位置信号并与电池管理器5进行通讯，确认整车换电架2处于锁止状态、电池管理器5电气***正常，整车上电自检程序顺利结束后，整车控制器1等待驾驶员上高压指令，若整车上高压后无故障则确认整车具备安全启动和行驶条件，整车控制器1向仪表发送READY和RUN信号。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动卡车电控气动换电***，其特征在于，包括：整车控制器(1)、换电架(2)、车载换电座(3)、动力电池组(4)、电池管理器(5)以及电控气动执行单元；

动力电池组(4)和电池管理器(5)安装在换电架(2)上；电池管理器(5)与动力电池组(4)连接，控制动力电池组(4)输出端的通断以及监测动力电池组(4)的状态信息，并发送给整车控制器(1)；

换电架(2)安装在车载换电座(3)上；换电架(2)上设有高低压电气插座(6)；

电控气动执行单元包括：换电控制开关(7)、电磁阀(8)、气缸执行机构(9)、储气筒(10)和气路(13)；

电池管理器(5)、换电控制开关(7)以及电磁阀(8)分别与整车控制器(1)连接；

储气筒(10)通过气路(13)连接气缸执行机构(9)；

电磁阀(8)设置在气路(13)，电磁阀(8)根据整车控制器(1)的控制指令，气路(13)的通断；

整车控制器(1)用于通过换电控制开关(7)接收用户发送的换电控制指令；监测当前车辆状态以及电池状态，当满足换电条件时，通过控制电磁阀(8)控制气缸执行机构(9)运行，解除对换电架(2)的锁定状态，进入车辆换电模式。

2.根据权利要求1所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，

电磁阀(8)通过低压电路(12)连接整车低压电输出端；

高低压电气插座(6)通过整车高压电路(11)连接整车高压电输出端；

整车控制器(1)通过CAN通讯方式连接电池管理器(5)、换电控制开关(7)以及电磁阀(8)。

3.根据权利要求1所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，

气缸执行机构(9)的执行机构上设有位置传感器；

整车控制器(1)通过与位置传感器连接，获取气缸执行机构(9)的位置信息。

4.一种电动卡车电控气动换电方法，其特征在于，方法包括：

整车控制器接收换电操作控制指令，并检测整车是否满足换电操作条件；

如满足换电操作条件，执行换电操作；

整车控制器确认整车状态具备换电条件后，通过低压电路，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧；

整车控制器实时获取气缸执行机构位置信息，直至达到预设位置，解锁动作完毕；

换电操作结束后，通过控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，对换电架的锁紧。

5.根据权利要求4所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，

换电操作结束后方法还包括：

换电操作结束后，整车控制器获取驾驶员关闭换电控制开关控制指令，并向通过低压电路控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，控制气缸执行机构动作，对换电架进行锁紧；

整车控制器通过检测气缸位置信号确认执行机构锁紧动作完毕。

6.根据权利要求5所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，

锁紧完毕后，整车控制器控制电池管理器执行低压上电，并向电池管理器发出通讯信号；

电池管理器低压正常上电后，判断电压是否符合预设阈值，并向整车控制器发送电压判断反馈通讯信号，

电压预设阈值后，整车控制器向电池管理器发动低压下电指令，并确认电池管理器下电完成后，整车控制器下电。

7.根据权利要求4所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，方法还包括：

整车控制器通过驾驶员使用钥匙获取启动整车控制指令，执行上电自检程序，在上电自检程序中检测气缸位置信号，并与电池管理器进行通讯，确认整车换电架处于锁止状态，电池管理器电气***正常，整车上电自检程序结束；

对整车上高压端检测判断是否有故障信息；

如无故障信息，则确认整车具备启动和行驶条件，整车控制器向仪表发送READY和RUN信号。

8.根据权利要求4所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，方法还包括：

整车控制器控制电控气动执行单元中的电磁阀动作，使气缸执行机构动作，解除对换电架的锁紧，判断是否解锁成功；

如未解锁成功，间隔预设时长后，控制电控气动执行单元中的电磁阀动作；

如仍未解锁成功，再次控制电磁阀动作，直至达到预设控制次数，仍未解锁成功则发出报警提示。

9.根据权利要求4所述的电动卡车电控气动换电***，其特征在于，方法还包括：

整车控制器接收换电操作控制指令，并检测整车是否满足换电操作条件之后还包括：

整车控制器依次检测钥匙开启信号、驻车信号、电池管理器电源信号和动力电池主接触器状态信号，确认整车已经下电、已实施驻车制动、动力电池组高压已断电、电池管理器已下电。

10.一种载重电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至3任一所述的电动卡车电控气动换电***。

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