电动装载机用换电系统及装载机的制作方法

1.本实用新型实施例涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种电动装载机用换电系统及装载机。


背景技术：

2.电动装载机使用节能环保的电池组作为动力源，替代了传统的柴油发动机。电动装载机使用节能环保的电池组在运行时可以将化学能转化为电能，再将电能转化成机械能，电动装载机使用这种做功方式不仅提速快噪音低、而且还能实现零排放无污染，能够满足节能减排、清洁环保的要求。
3.目前电动装载机工作时所需功率大，因此电池组能量消耗快，从而需要频繁的给电池组充电。由于电动装载机充电时间长，会影响电动装载机的作业效率。随着电动装载机的作业需求日益增加，为解决电动装载机续航能力短的问题，主机厂往往给电动装载机配备大容量电池组。但是大容量电池组不仅具有使用的电池数量多、体积庞大、电气设计结构更加复杂，造成成本高的问题，而且大容量电池组的充电速度会更慢，在电量不足时十分影响作业效率。而且对电源系统的维护保养较困难，造成电动装载机的工作效率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种电动装载机用换电系统及装载机，以解决电动装载机电池组使用周期短、充电时间长、充电速度慢以及电源模块无法更换备用电源的问题，实现电动装载机可以快速更换外部备用电源来提高电动装载机的工作效率。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电动装载机用换电系统，其换电系统用于可拆卸设置于装载机，换电系统包括电池组、电池控制器、降温模块、配电模块、连接接口和充电接口；
6.降温模块与配电模块连接，降温模块还与电池控制器通信连接，用于对电池组降温；
7.电池组通过配电模块连接充电接口和连接接口；
8.电池控制器与电池组以及配电模块连接，并与连接接口以及充电接口通信连接；连接接口用于连接装载机，电池组通过连接接口向装载机供电，并通过充电接口进行充电。
9.可选地，配电模块包括主正供电端、主负供电端、直流充电正端、直流充电负端、第一电池连接端和第二电池连接端；连接接口包括整机高压总正接口和整机高压总负接口；
10.主正供电端连接第一电池连接端，第一电池连接端连接电池组的正极；
11.主负供电端通过第一控制开关连接第二电池连接端，第二电池连接端连接电池组的负极；
12.直流充电正端通过第二控制开关连接主正供电端与第一电池连接端之间的连接线路；
13.直流充电负端通过第三控制开关连接主负供电端与第二电池连接端之间的连接
线路；
14.主正供电端和主负供电端分别连接整机高压总正接口和整机高压总负接口，直流充电正端和直流充电负端连接充电接口。
15.可选地，配电模块还包括第一水冷连接端和第二水冷连接端；
16.第一水冷连接端通过第四控制开关连接主正供电端与第一电池连接端之间的连接线路；
17.第二水冷连接端连接主负供电端与第二电池连接端之间的连接线路；
18.降温模块包括水冷机组，水冷机组包括第一供电输入端和第二供电输入端；
19.第一供电输入端和第二供电输入端分别连接第一水冷连接端和第二水冷连接端。
20.可选地，第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关均采用继电器，电池控制器用于控制继电器的上电或断电。
21.可选地，配电模块还包括第一加热输出端和第一加热输入端；
22.第一加热输出端通过第五开关连接主正供电端与第一电池连接端之间的连接线路，第一加热输出端连接电池组的第一加热供电端；
23.第一加热输入端通过第六开关连接主负供电端与第二电池连接端之间的连接线路，第一加热输入端连接电池组的第二加热供电端。
24.可选地，连接接口还包括通讯连接接口；电池控制器与通讯连接接口连接；
25.主正供电端与第一电池连接端之间的线路上串接有保护开关；
26.主负供电端与第二电池连接端之间的线路上串接有电流传感器。
27.可选地，换电系统还包括报警模块，报警模块与电池控制器连接，用于在电池组的电量不足时报警。
28.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种装载机，包括实现如第一方面中任一项的电动装载机用换电系统，换电系统可拆卸设置于装载机。
29.可选地，换电系统设置于装载机的尾部，连接接口可拆卸连接装载机。
30.可选地，换电系统顶置式设置于装载机的尾部。
31.本实用新型实施例，通过将电池组、电池控制器、降温模块、配电模块、连接接口和充电接口设计为一体的换电系统，并且该换电系统可通过连接接口与装载机连接，在换电系统电量不足时，便于将换电系统拆卸下来，更换上外部备用的换电系统为装载机继续提供电能，保障了整机作业的连续性，提高了装载机的作业效率。此外，换电系统的电池组数量少体积小，可以有效减轻整车重量，从而实现整机轻量化，减少整机消耗，提高电池组的有效利用率。相比于装载机上设置的固定式电源系统的电池数量，本方案电池组数量的减少，可以使换电系统的整体更换更加便捷，既降低了整机设计成本，也简化了换电系统的电气结构设计，提高了供电系统的安全性和可靠性。
附图说明
32.图1为本实用新型实施例提供的一种电动装载机用换电系统的结构示意图；
33.图2是本实用新型实施例提供的另一种电动装载机用换电系统的结构示意图；
34.图3为本实用新型实施例提供的另一种电动装载机用换电系统的结构示意图；
35.图4为本实用新型实施例提供的一种装载机的结构示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
37.本实用新型实施例提供了一种电动装载机用换电系统，图1为本实用新型实施例提供的一种电动装载机用换电系统的结构示意图。如图1所示，该换电系统用于可拆卸设置于装载机，换电系统包括电池组110、电池控制器120、降温模块130、配电模块140、连接接口150和充电接口160；降温模块130与配电模块140连接，降温模块130还与电池控制器120通信连接，用于对电池组110降温；电池组110通过配电模块140连接充电接口160和连接接口150；电池控制器120与电池组110以及配电模块140连接，并与连接接口150以及充电接口160通信连接；连接接口150用于连接装载机，电池组110通过连接接口150向装载机供电，并通过充电接口160进行充电。
38.示例性的，换电系统作为电源系统能够可拆卸式地设置在装载机上，用于为装载机提供电能。当换电系统电量不足时，可将换电系统拆卸下来，更换上外部备用的换电系统为装载机继续提供电能。电动装载机的换电系统的内部电路通过采用模块化设计，将电池组110、电池控制器120、降温模块130、配电模块140、连接接口150和充电接口160设计为一体的电源装置，可以简化电动装载机的换电系统的结构设计，便于对电源系统的维护和保养。其中，电池组110包括若干可充放电电池。电池控制器120用于检测电池组110的充放电信息以及电池组110的状态信息。例如电池组110的充放电信息可以是电池组110充放电过程的电压、电流等，电池组110的状态信息可以是电池组110的温度、电池组110的荷电状态等。电池控制器120还可以通过通讯连接将检测到的电池组110的充放电信息、状态信息传输给其他模块。在通过连接接口150连接作业机械例如装载机后，可以将电池组110的充放电信息、状态信息传输至装载机上的车载控制器；在通过充电接口160连接充电设备后，可以将电池组110的充放电信息、状态信息传输至外部充电设备。降温模块130包括冷却水路，其冷却水路与电池组110接触设置，例如冷却水路可以围绕电池组110安装，当电池组110温度过高时，可以为电池组110进行降温，防止电池组110过热受损。配电模块140可以使不同的模块连接。连接接口150是连接换电系统和装载机的通道，电池组110可以通过连接接口150给装载机提供电能。充电接口160是换电系统和外部电源的连接通道，电池组110可以通过充电接口160进行充电蓄能。各模块的连接关系具体为：配电模块140分别与电池组110、电池控制器120、降温模块130、连接接口150和充电接口160连接，可以导通不同的连接通道，使不同的模块进行连接。电池控制器120与降温模块130通信连接，在电池组110处于充电或放电状态时，若电池控制器120检测到电池组110温度过高，电池控制器120会控制配电模块140导通降温模块130与电池组110的连接通道，使降温模块130可以通过配电模块140与电池组110连接，使电池组110为降温模块130供电，启动降温模块130对电池组110进行降温。电池组110通过配电模块140与连接接口150连接，为装载机提供电能。与此同时，电池控制器120与电池组110连接，并与连接接口150通信连接，电池控制器120可以将电池组110的实时信息传输给连接接口150，从而控制电池组110输出给连接接口150的电流及电压。在电池组110处于充电状态时，电池组110通过配电模块140与充电接口160连接。与此同时，电池控制器120与电池组110连接，并与充电接口160通信连接，电池控制器120可以将电池组110
的实时信息传输给充电接口160，从而控制电池组110的充电电压及电流。在装载机上的换电系统电量不足时，可以断开连接接口150与装载机的连接，进而将换电系统从装载机上拆卸下来，若是有备用的满电的换电系统可以替换电量不足的换电系统，使装载机继续工作。然后通过充电接口160将拆卸下来的换电系统与外部电源进行连接，配电模块140导通电池组110与充电接口160的连接通道，实现外部电源对电池组110进行充电。由于电动装载机的换电系统采用一体化设计，可以实现高效、便捷的更换电动装载机的换电系统，同时也提高了装载机使用的安全性。相比于现有装载机的电池组设置，该换电系统的电池组110的电池数量大幅减少，由此使换电系统的设计结构简单，整车成本降低。由于电池数量的减少，可以减少装载机充电等待的时间，实现了换电系统的快速补能，节约了装载机停机时间，间接提高了装载机的作业效率。在装载机上的换电系统电量不足时，除了将换电系统拆下来进行充电补能，也可以使安装在装载机上的换电系统直接连接充电接口160进行充电，实现了兼容装载机的自行充电功能，实现了装载机充电的多样性。
39.本实用新型实施例，通过将电池组110、电池控制器120、降温模块130、配电模块140、连接接口150和充电接口160设计为一体的换电系统，并且该换电系统可通过连接接口150与装载机连接，为装载机进行充电。在换电系统电量不足时，便于将换电系统拆卸下来，更换上外部备用的换电系统为装载机继续提供电能，保障了整机作业的连续性，提高了装载机的作业效率。此外，换电系统的电池组110数量少体积小，可以有效减轻整车重量，从而实现整机轻量化，减少整机消耗，提高电池组110的有效利用率。相比于装载机上设置的固定式电源系统的电池数量，本方案电池组110数量的减少，可以使换电系统的整体更换更加便捷，既降低了整机设计成本，也简化了换电系统的电气结构设计，提高了供电系统的安全性和可靠性。
40.图2为本实用新型实施例提供的另一种电动装载机用换电系统的结构示意图，如图2所示，配电模块140包括主正供电端1、主负供电端2、直流充电正端3、直流充电负端4、第一电池连接端a1和第二电池连接端a2；连接接口150包括整机高压总正接口p1和整机高压总负接口p2；主正供电端1连接第一电池连接端a1，第一电池连接端a1连接电池组110的正极b1；主负供电端2通过第一控制开关k1连接第二电池连接端a2，第二电池连接端a2连接电池组110的负极b2；直流充电正端3通过第二控制开关k2连接主正供电端1与第一电池连接端a1之间的连接线路；直流充电负端4通过第三控制开关k3连接主负供电端2与第二电池连接端a2之间的连接线路；主正供电端1和主负供电端2分别连接整机高压总正接口p1和整机高压总负接口p2，直流充电正端3和直流充电负端4连接充电接口160。
41.其中，配电模块140可以使不同的模块连接，其包括主正供电端1，主负供电端2、直流充电正端3、直流充电负端4、第一电池连接端a1和第二电池连接端a2；连接接口150是连接换电系统和装载机的通道，其包括整机高压总正接口p1和整机高压总负接口p2。整机高压总正接口p1为装载机的电源正极接口，整机高压总负接口p2为装载机电源负极接口。充电接口160是换电系统和外部电源的连接通道。具体地，在连接接口150连接装载机和换电系统时，电池组110的正极b1与第一电池连接端a1连接，第一电池连接端a1与主正供电端1连接，主正供电端1与整机高压总正接口p1连接；电池组110的负极b2与第二电池连接端a2连接，第二电池连接端a2通过第一控制开关k1与主负供电端2连接，主负供电端2与整机高压总负接口p2连接。当第一控制开关k1闭合时，电池组110可以通过配电模块140与连接接
口150连接，此时电池组110处于放电状态，可以为装载机提供高压电。在充电接口160连接换电系统时，电池组110的正极b1与第一电池连接端a1连接，第一电池连接端a1通过第二控制开关k2与直流充电正端3连接；电池组110的负极b2与第二电池连接端a2连接，第二电池连接端a2通过第三控制开关k3与直流充电负端4连接；直流充电正端3和直流充电负端4连接充电接口160。当第二控制开关k2和第三控制开关k3同时闭合时，充电接口160可以通过配电模块140与电池组110连接，为电池组110提供电能，使电池组110处于充电状态。
42.继续参考图2，配电模块140还包括第一水冷连接端a3和第二水冷连接端a4；第一水冷连接端a3通过第四控制开关k4连接主正供电端1与第一电池连接端a1之间的连接线路；第二水冷连接端a4连接主负供电端2与第二电池连接端a2之间的连接线路；降温模块130包括水冷机组131，水冷机组131包括第一供电输入端c1和第二供电输入端c2；第一供电输入端c1和第二供电输入端c2分别连接第一水冷连接端a3和第二水冷连接端a4。
43.其中，电池组110长时间充电或给装载机长时间供电会产生热量，使电池组110的温度不断升高，当电池控制器120检测到电池组110温度过高时，电池控制器120控制配电模块140导通降温模块130与电池组110的连接通道，使电池组110通过配电模块140给降温模块130供电，启动降温模块130对电池组110进行降温。具体地，配电模块140还包括第一水冷连接端a3和第二水冷连接端a4。降温模块130可以为水冷机组131，水冷机组131可以与电池组110接触设置，水冷机组131具有第一供电输入端c1和第二供电输入端c2。电池组110的正极b1与第一电池连接端a1连接，第一电池连接端a1通过第四控制开关k4与第一水冷连接端a3连接，第一水冷连接端a3与第一供电输入端c1连接；电池组110的负极b2与第二电池连接端a2连接，第二电池连接端a2与第二水冷连接端a4连接，第二水冷连接端a4与第二供电输入端c2连接。当第四控制开关k4闭合时，电池组110可以通过配电模块140给降温模块130供电，启动降温模块130对电池组110进行降温。
44.需要注意的是，水冷机组131可以围绕电池组110设置、包覆电池组110设置或与电池组110接触设置，设计人员可根据具体实际需要进行位置调整，本公开实施例不进行限制。
45.继续参考图2，第一控制开关k1、第二控制开关k2、第三控制开关k3、第四控制开关k4均采用继电器，电池控制器120用于控制继电器的上电或断电。
46.第一控制开关k1、第二控制开关k2、第三控制开关k3、第四控制开关k4均采用继电器，配电模块140可以控继电器的上电或断电，从而控制第一控制开关k1、第二控制开关k2、第三控制开关k3以及第四控制开关k4的开启和闭合。示例性的，第一控制开关k1为第一继电器，第二控制开关k2为第二继电器，第三控制开关k3为第三继电器以及第四控制开关k4为第四继电器。当电池控制器120检测到电池组110可以输出电能给连接接口150时，控制第一继电器上电，即控制第一控制开关k1闭合，使电池组110可以通过配电模块140与连接接口150连接，为装载机提供高压电。当电池控制器120检测到电池组110待充电时，控制第二继电器和第三继电器上电，即控制第二控制开关k2和第三控制开关k3同时闭合，使充电接口160可以通过配电模块140与电池组110连接，对电池组110进行充电。当电池控制器120检测到电池组110温度过高时，控制第四继电器上电，即控制第四控制开关k4闭合，使电池组110可以通过配电模块140给降温模块130供电，启动降温模块130对电池组110进行降温。
47.继续参考图2，配电模块140还包括第一加热输出端a5和第一加热输入端a6；第一
加热输出端a5通过第五开关k5连接主正供电端1与第一电池连接端a1之间的连接线路，第一加热输出端a5连接电池组110的第一加热供电端b3；第一加热输入端a6通过第六开关k6连接主负供电端2与第二电池连接端a2之间的连接线路，第一加热输入端a6连接电池组110的第二加热供电端b4。
48.其中，在低温条件下对电池组110充电或放电会折损电池组110的寿命，由此在低温条件下使用电池组110需要对其进行预加热处理。具体地，配电模块140包括第一加热输出端a5和第一加热输入端a6。电池组110的第一加热供电端b3与第一加热输出端a5连接，第一加热输出端a5通过第五开关k5和第二控制开关k2与直流充电正端3连接；电池组110的第二加热供电端b4与第一加热输入端a6连接，第一加热输入端a6通过第六开关k6和第三控制开关k3与直流充电负端4连接；直流充电正端3和直流充电负端4连接充电接口160。当电池控制器120检测到电池组110温度过低后，控制第二控制开关k2、第三控制开关k3、第五开关k5以及第六开关k6同时闭合，使电池组110上的第一加热输出端a5和第一加热输入端a6与充电接口160连接，对电池组110进行加热，直到电池组110温度达到正常温度范围。当电池组110温度达到正常温度范围后，若电池控制器120检测到电池组110待充电时，电池控制器120控制第五开关k5以及第六开关k6断开，对电池组110进行充电。在低温条件下电池组110温度过低，并且电池控制器120检测到电池组110需要输出电能给连接接口150时，电池控制器120首先控制第五开关k5和第六开关k6闭合，对电池组110进行加热，直到电池组110温度达到正常温度范围。当电池组110温度达到正常温度范围后，电池控制器120然后控制第五开关k5和第六开关k6断开，第一控制开关k1闭合，使电池组110可以通过配电模块140与连接接口150连接，为装载机提供高压电。通过上述操作，在低温条件下使用电池组110对其进行预加热处理，可以使电池组110处于最适温度工作，避免低温对电池组110造成损伤，从而提高电池利用率。
49.继续参考图2，连接接口150还包括通讯连接接口p3；电池控制器120与通讯连接接口p3连接；主正供电端1与第一电池连接端a1之间的线路上串接有保护开关k；主负供电端2与第二电池连接端a2之间的线路上串接有电流传感器p。
50.其中，连接接口150还包括通讯连接接口p3，可以进行数据信息的传输。具体地，电池控制器120与通讯连接接口p3连接，使电池控制器120可以通过通讯连接接口p3与连接接口150进行通讯。主正供电端1与第一电池连接端a1之间的线路上串接有保护开关k，当主正供电端1与第一电池连接端a1之间的电流超出系统阈值时，保护开关k会自动断开，防止线路电流过大烧毁线路。当主正供电端1与第一电池连接端a1的连接线路存在短路风险或者对线路维修维护时，可以手动关闭保护开关k，来切断电池组110对整机提供的高压电源，确保装载机和维修人员的安全。主负供电端2与第二电池连接端a2之间的线路上串接有电流传感器p，可以检测电池组110对连接接口150的供电电流信息。
51.图3为本实用新型实施例提供的另一种电动装载机用换电系统的结构示意图，如图3所示，换电系统还包括报警模块170，报警模块170与电池控制器120连接，用于在电池组110的电量不足时报警。
52.其中，供电系统包括的报警模块170与电池控制器120连接。当电池控制器120检测到电池组110电量较低时进行报警。示例性的，报警模块170可以为指示灯，可以通过指示灯的亮灭或指示灯的亮度指示电池组110的电量状态。报警模块170可以为蜂鸣器，可以通过
鸣笛警示电池组110电量不足。
53.需要说明的是，上述实施例仅仅是示例性的示出了报警模块170可以设置为指示灯或蜂鸣器。在其他实施例中，涉及人员可根据实际需要自行设置，本公开实施例对此不进行限制。
54.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种装载机，包括上述实施例中任一项的电动装载机用换电系统，换电系统可拆卸设置于装载机。装载机包括本实用新型任意实施例提供的电动装载机用换电系统，因此具有本实用新型实施例提供的电动装载机用换电系统的有益效果，此处不再赘述。
55.图4为本实用新型实施例提供的一种装载机的结构示意图，如图4所示，换电系统100设置于装载机的尾部，连接接口可拆卸连接装载机。
56.其中，换电系统100通过连接接口与装载机进行连接，为装载机提供电能。当换电系统100电量不足时，可断开装载机与连接接口的连接，将换电系统100拆卸下来，更换上外部备用的换电系统100为装载机继续提供电能，保障了整机作业的连续性，提高了装载机的作业效率。
57.继续参考图4，换电系统100顶置式设置于装载机的尾部。
58.其中，换电系统100顶置式设置于装载机的尾部，在换电系统100电量不足时，便于快速将换电系统100拆卸下来，快速安装上外部备用的换电系统100为装载机继续提供电能，可以提高换电系统100的更换效率，保障了整机作业的连续性，提高了装载机的作业效率。
59.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。