CN114103723B - 电动装载机换电设备锁止控制*** - Google Patents

电动装载机换电设备锁止控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公布一种电动装载机换电设备锁止控制***，属于工程车辆控制技术领域。执行单元用于连接或脱开电池与车架间的锁止机构；人机交互单元用于获取司机的操作信息；检测单元用于检测所述锁止机构的位置；控制单元用于接收检测单元的检测信息和人机交互单元的操作信息，并控制执行单元动作。本发明采用软件保护和硬件保护相结合的方式，对换电控制***进行双重保护，能避免人为操作不当引发安全事故，也能避免因人为操作不当或元器件故障导致执行器的损伤；同时，利用继电器组成的逻辑电路实现硬件控制保护，具有成本低，后期维修维护方便的优点；本发明换电操作自动化程度高，提高了装载机作业效率。

Description

电动装载机换电设备锁止控制***
技术领域
本发明涉及工程车辆控制技术领域，具体涉及一种电动装载机换电设备锁止控制***。
背景技术
当前纯电动装载机的动力电池一般固定在车架上，需要充电时，装载机需暂停施工作业并开至充电桩附近，等待充电完成后，方可继续施工作业。此种方式无法满足施工方对装载机连续施工作业的要求，极大地影响施工效率。为减少充电环节的等待时间，纯电动装载机采用换电方案。如何安全可靠地更换电池，对安全生产至关重要。
在换电操作时，需要解决如下几个问题：
（1）电池组起吊更换时，需要电池组的锁止机构完全脱开，否则会使起吊困难并引发机器损伤。新电池安装时，需要电池组的锁止机构安装到位，否则在装载机作业时，电池组与车架脱离，引发严重的安全事故；
（2）电动装载机工作时，电池组输出高压电流，此时决不可以进行换电操作，否则会引起严重的安全事故；
（3）在施工高峰期，需要多次进行换电操作，换电操作应便捷高效，自动化程度高；
（4）电动装载机上有多个作业用的操作按钮，需要防止司机误操作，引发危险。在施工现场，司机会轮班上岗，不同司机对操作电动装载机的熟悉程度存在差异，如何引导司机正确地进行换电操作，需要有一套良好的人机交互***。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动装载机换电设备锁止控制***，通过软件保护和硬件保护相结合的方式，来提高换电操作时的安全性和自动化程度。
本发明通过以下技术方案实现：一种电动装载机换电设备锁止控制***，包括人机交互单元、控制单元、执行单元和检测单元；
所述执行单元用于连接或脱开电池与车架间的锁止机构；
所述人机交互单元用于获取司机的操作信息，操作信息包括车辆的启动信息、档位信息、驻车信息和换电开锁/闭锁指令信息；
所述检测单元用于检测所述锁止机构的位置；
所述控制单元用于接收检测单元的检测信息和人机交互单元的操作信息，并控制执行单元动作。
其进一步是：所述控制单元包括用于数据分析计算的整车控制器；所述检测单元包括用于检测锁止机构位置的位置传感器，位置传感器电连接整车控制器；所述人机交互单元包括分别与整车控制器电连接的钥匙开关、档位手柄、驻车开关、换电开关、显示屏和BMS。
所述执行单元包括执行器，执行器机械连接所述锁止机构；
所述控制单元还包括与档位手柄、驻车开关、换电开关一一对应电连接的空挡保护继电器、驻车保护继电器、换电保护继电器；电源和BMS电连接有主负继电器，主负继电器电连接有主负接触器；所述主负继电器电连接空挡保护继电器，空挡保护继电器电连接驻车保护继电器、驻车保护继电器电连接换电保护继电器，换电保护继电器电连接有电源保护继电器；所述电源保护继电器电连接在整车控制器和执行器之间。
所述主负继电器的线圈85端连接BMS，线圈86端接地，触点30端连接电源，常开触点87端连接主负接触器，常闭触点87A端连接空挡保护继电器的触点30端；
所述空挡保护继电器的线圈85端连接档位手柄的空挡信号，线圈86端接地，常开触点87端连接驻车保护继电器的触点30端；
所述驻车保护继电器的线圈85端连接驻车开关，线圈86端接地，常开触点87端连接换电保护继电器的触点30端；
所述换电保护继电器的线圈85端连接换电开关，线圈86端接地，常开触点87端连接电源保护继电器的触点30端；
所述电源保护继电器的线圈85端连接整车控制器，线圈86端接地，常开触点87端连接执行器。
所述钥匙开关、档位手柄、驻车开关、换电开关和整车控制器组成的控制电路实现执行器的软件控制；所述主负继电器、主负接触器、空挡保护继电器、驻车保护继电器、换电保护继电器和电源保护继电器组成的逻辑电路实现执行器的硬件控制。
所述显示屏向司机提供操作信息和提示信息。
所述提示信息包括车辆的状态信息、操作流程提示和故障报警。
所述执行器单次动作的最大时间
Figure 46178DEST_PATH_IMAGE002
，其中s为执行器运动的位移，v为执行器运动的速度，TS为执行器过载动作的保护时间；设定执行器动作的最大频率
Figure 97180DEST_PATH_IMAGE004
，其中TA为执行器动作的最小时间间隔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用软件保护和硬件保护相结合的方式，对换电控制***进行双重保护，能避免人为操作不当引发安全事故，也能避免因人为操作不当或元器件故障导致执行器的损伤；
2、利用继电器组成的逻辑电路实现硬件控制保护，成本低，后期维修维护方便；
3、换电操作自动化程度高，提高了电动装载机的换电速度，进而提高装载机作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明一种实施例的***组成图；
图2是本发明一种实施例的电路原理图；
图3是本发明一种实施例的控制流程示意图；
图中：1、钥匙开关；2、档位手柄；3驻车开关；4、换电开关；5、显示屏；6、整车控制器；7、执行器；8、锁止机构；9、位置传感器；10、电源；11、BMS；12、主负继电器；13、主负接触器；14、空挡保护继电器；15、驻车保护继电器；16、换电保护继电器；17、电源保护继电器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
结合图1和图2所示，换电时为了安全起见，整车必须切断高压电原，同时整车必须处在空挡和驻车状态，此时司机操作换电开关，执行器7方可动作。为实现上述保护目的，本实施例一方面利用整车控制器7通过软件程序实现软件控制保护，另一方面利用继电器组成逻辑电路实现硬件控制保护。
钥匙开关1、档位手柄2、驻车开关3、换电开关4和整车控制器6组成的控制电路实现执行器7的软件控制：
具体的，执行单元包括执行器7，执行器7机械连接电池与车架间的锁止机构8，通过执行器7动作来控制锁止机构8的开锁、闭锁；
人机交互单元包括分别与整车控制器6电连接的钥匙开关1、档位手柄2、驻车开关3、换电开关4、显示屏5和BMS11；人机交互单元用于获取司机的操作信息并向司机提供提示信息，操作信息包括车辆的启动信息、档位信息、驻车信息和换电开锁/闭锁指令信息；提示信息包括车辆的状态信息、操作流程提示和故障报警；
检测单元包括位置传感器9，位置传感器9用于检测锁止机构8的位置，并将检测信息传输到控制单元；
控制单元包括整车控制器6，整车控制器6接收检测单元的检测信息和人机交互单元的操作信息，经过逻辑计算后控制执行单元动作。
软件控制保护原理如下：
整车控制器6同时采集钥匙开关的1的启动信号、档位手柄2的档位信号、驻车开关3的驻车信号、换电开关4的换电指令和位置传感器9的位置信号，进行逻辑判断，当满足换电条件时，输出控制使电源保护继电器17的线圈85端得电，电源保护继电器17的线圈86端接地，此时电源保护继电器17的触点动作，触点30端和常开触点87端连通。但此时电源保护继电器17的触点30端是否有电，还需要继电器组成的逻辑电路满足一定条件，即需要硬件控制保护同步起作用。
主负继电器12、主负接触器13、空挡保护继电器14、驻车保护继电器15、换电保护继电器16和电源保护继电器17组成的逻辑电路实现执行器7的硬件控制：
具体的，主负继电器12的线圈85端连接BMS11，线圈86端接地，触点30端连接电源10，常开触点87端连接主负接触器13，常闭触点87A端连接空挡保护继电器14的触点30端；
空挡保护继电器14的线圈85端连接档位手柄2的空挡信号，线圈86端接地，常开触点87端连接驻车保护继电器15的触点30端；
驻车保护继电器15的线圈85端连接驻车开关3，线圈86端接地，常开触点87端连接换电保护继电器16的触点30端；
换电保护继电器16的线圈85端连接换电开关4，线圈86端接地，常开触点87端连接电源保护继电器17的触点30端；
电源保护继电器17的线圈85端连接整车控制器6，线圈86端接地，常开触点87端连接执行器7。
硬件控制保护原理如下：
当需要换电操作时，换电开关4控制换电保护继电器16的线圈85端得电，换电保护继电器16的触点30端和常开触点87端连通；
当驻车开关3处在驻车状态时，驻车开关3控制驻车保护继电器15的线圈85端得电，驻车保护继电器15的触点30端和常开触点87端连通；
档位手柄2的空挡信号控制空挡保护继电器14的线圈85端得电，空挡保护继电器14的触点30端和常开触点87端连通；空挡保护继电器14的触点30端连接主负继电器12的常闭触点87A端，此时主负继电器12的线圈85端不得电，电源10将电源供给到主负继电器12的常闭触点87A端，进而电源保护继电器17的触点30端得电，执行器7得电动作，实现换电动作；
当整车处在上高压状态时，BMS11控制主负继电器12的线圈85端得电，主负继电器12的触点动作，常开触点87端与电源10连通得电，主负接触器得电动作，动力电池高压输出；主负继电器12的常闭触点87A失电，使电源保护继电器17的触点30端无法得电，执行器7无法动作，实现控制保护目的。
相同的，当档位手柄2不在空挡时，可通过空挡保护继电器14切断执行器7的电源；驻车开关不在驻车状态，可通过驻车保护继电器15切断执行器7的电源；换电开关4不操作，可通过换电保护继电器16切断执行器7的电源。因而车辆启动状态、档位状态、驻车状态和换电指令任何一个不满足换电条件时，可通过此逻辑电路切断执行器7的电源供给，实现硬件控制保护的目的。
结合图3所示，本实施例控制流程为：
判断整车是否处于上高压状态，若处于上高压状态，则关闭执行器，若不不处于上高压状态，则进一步判断是否处于空挡状态；
若整车不在空挡状态，则关闭执行器，若整车处于空挡状态，则进一步判断是否处于驻车状态；
若整车不在驻车状态，则关闭执行器，若整车处在驻车状态，则进一步判断手否有换电指令；
若没有换电指令，则关闭执行器，若有开锁指令，则需判断锁止机构的开锁位置是否到位；
若锁止机构的开锁位置已经到位，则关闭执行器，若开锁位置未到位，则开启执行器，直到开锁位置到位后关闭执行器；
若有闭锁指令，则需判断闭锁位置是否到位，若已经到位，则关闭执行器，若闭锁位置未到位，则开启执行器，直到闭锁位置到位后关闭执行器。
为避免因位置传感器故障引起位置反馈信号缺失，使执行器开启流程进入无限死循环，需对执行器的开启动作做故障保护。现实意义是可避免执行器一直得电动作，避免因过载导致执行器硬件损伤。同时还需限制执行器动作的最大频率，避免频繁动作导致执行器硬件损伤。执行器动作的保护控制方法如下：
设定执行器单次动作的最大时间
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，其中s为执行器运动的位移，v为执行器运动的速度，TS为执行器过载动作的保护时间。设定执行器动作的最大频率
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，其中TA为执行器动作的最小时间间隔。
本实施例用软件控制保护和硬件控制保护相结合的方式，提供一种电动装载机换电设备的锁止控制***，使换电操作安全高效，降低因人为操作不当和元器件故障导致的安全事故的可能，提高了安全性。利用继电器组成的逻辑电路实现硬件控制保护，具有成本低廉，便于维修的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动装载机换电设备锁止控制***，其特征在于：包括人机交互单元、控制单元、执行单元和检测单元；
所述执行单元用于连接或脱开电池与车架间的锁止机构（8）；
所述人机交互单元用于获取司机的操作信息，操作信息包括车辆的启动信息、档位信息、驻车信息和换电开锁/闭锁指令信息；
所述检测单元用于检测所述锁止机构（8）的位置；
所述控制单元用于接收检测单元的检测信息和人机交互单元的操作信息，并控制执行单元动作；
所述执行单元包括执行器（7），执行器（7）机械连接所述锁止机构（8）；
所述控制单元包括用于数据分析计算的整车控制器（6）；
所述人机交互单元包括分别与整车控制器（6）电连接的钥匙开关（1）、档位手柄（2）、驻车开关（3）、换电开关（4）、显示屏（5）和BMS（11）；
所述控制单元还包括与档位手柄（2）、驻车开关（3）、换电开关（4）一一对应电连接的空挡保护继电器（14）、驻车保护继电器（15）、换电保护继电器（16）；电源（10）和BMS（11）电连接有主负继电器（12），主负继电器（12）电连接有主负接触器（13）；所述主负继电器（12）电连接空挡保护继电器（14），空挡保护继电器（14）电连接驻车保护继电器（15），驻车保护继电器（15）电连接换电保护继电器（16），换电保护继电器（16）电连接有电源保护继电器（17）；所述电源保护继电器（17）电连接在整车控制器（6）和执行器（7）之间；
所述钥匙开关（1）、档位手柄（2）、驻车开关（3）、换电开关（4）和整车控制器（6）组成的控制电路实现执行器（7）的软件控制；所述主负继电器（12）、主负接触器（13）、空挡保护继电器（14）、驻车保护继电器（15）、换电保护继电器（16）和电源保护继电器（17）组成的逻辑电路实现执行器（7）的硬件控制；
所述主负继电器（12）的线圈85端连接BMS（11），线圈86端接地，触点30端连接电源（10），常开触点87端连接主负接触器（13），常闭触点87A端连接空挡保护继电器（14）的触点30端；
所述空挡保护继电器（14）的线圈85端连接档位手柄（2）的空挡信号，线圈86端接地，常开触点87端连接驻车保护继电器（15）的触点30端；
所述驻车保护继电器（15）的线圈85端连接驻车开关（3），线圈86端接地，常开触点87端连接换电保护继电器（16）的触点30端；
所述换电保护继电器（16）的线圈85端连接换电开关（4），线圈86端接地，常开触点87端连接电源保护继电器（17）的触点30端；
所述电源保护继电器（17）的线圈85端连接整车控制器（6），线圈86端接地，常开触点87端连接执行器（7）。
2.根据权利要求1所述的电动装载机换电设备锁止控制***，其特征在于：所述检测单元包括用于检测锁止机构（8）位置的位置传感器（9），位置传感器（9）电连接整车控制器（6）。
3.根据权利要求1所述的电动装载机换电设备锁止控制***，其特征在于：所述显示屏（5）向司机提供操作信息和提示信息。
4.根据权利要求3所述的电动装载机换电设备锁止控制***，其特征在于：所述提示信息包括车辆的状态信息、操作流程提示和故障报警。
5.根据权利要求1所述的电动装载机换电设备锁止控制***，其特征在于：所述执行器 （7）单次动作的最大时间
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中s为执行器（7）运动的位移，v为执行器（7）运动的 速度，TS为执行器（7）过载动作的保护时间；设定执行器（7）动作的最大频率
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其 中TA为执行器（7）动作的最小时间间隔。
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