作业机械电控系统及作业机械的制作方法

1.本实用新型涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种作业机械电控系统及作业机械。


背景技术：

2.随着技术的发展，作业机械实现了电动化。进而，大功率的电动挖掘机由于电池成本高，往往选择小电池加插电相结合的作业模式。电动挖掘机的作业模式可以包括纯电作业模式和插电作业模式，纯电模式通常用于转场，而插电模式通常用于挖掘作业。
3.高压安全是保证电动挖掘机等作业机械正常且安全运行的首要任务，而现有技术中的作业机械电控系统并没有相应的措施来实现对作业机械的高压安全控制，使得作业机械具有安全隐患，不利于作业机械高压安全故障的及时排查。
4.因此，现急需提供一种作业机械电控系统，以实现对作业机械进行高压安全控制。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种作业机械电控系统及作业机械，用以解决现有技术中存在的缺陷。
6.本实用新型提供一种作业机械电控系统，包括：漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块、电机控制器以及整车控制器；
7.所述漏电保护柜、所述主动整流模块、所述电池管理模块以及所述电机控制器依次电性连接，且所述漏电保护柜、所述主动整流模块、所述电池管理模块以及所述电机控制器均与所述整车控制器电性连接；
8.所述漏电保护柜与三相电网电性连接，所述电机控制器与作业机械的电机电性连接。
9.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述漏电保护柜包括第一继电器、互感器以及漏电保护器；
10.所述互感器用于测量所述三相电网的漏电流；
11.所述漏电保护器分别与所述第一继电器和所述互感器电性连接，所述第一继电器分别与所述三相电网以及所述主动整流模块中的第二继电器电性连接。
12.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述主动整流模块还包括第一电容以及三相变换桥，所述三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与所述第一电容并联连接；各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管，所述第二继电器电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间。
13.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述整车控制器分别与所述第一继电器、所述互感器以及所述漏电保护器电性连接。
14.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述电池管理模块包括第一绝缘电阻、第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻并联的第一前端输入电阻以及与所述第二绝缘
电阻并联的第二前端输入电阻，所述第一绝缘电阻、所述第二绝缘电阻、所述第一前端输入电阻以及所述第二前端输入电阻均接地；
15.所述第一前端输入电阻所在的支路串联有第三继电器，第二前端输入电阻所在的支路串联有第四继电器。
16.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述电池管理模块通过第五继电器和第六继电器与所述作业机械的电池电性连接；
17.所述第五继电器和所述第六继电器分别电性连接于所述电池的正极和负极。
18.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述电机控制器通过第七继电器与所述作业机械的空调电性连接。
19.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述电机控制器包括第八继电器；
20.所述第八继电器与所述电池管理模块电性连接。
21.根据本实用新型提供的一种作业机械电控系统，所述电机控制器还包括第二电容以及三相变换桥，所述三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与所述第二电容并联连接；各桥臂以及所述第二电容均与所述第八继电器电性连接；
22.各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管，所述电机电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间。
23.本实用新型还提供一种作业机械，包括上述所述的作业机械电控系统。
24.本实用新型提供的作业机械电控系统及作业机械，作业机械电控系统包括：漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块、电机控制器以及整车控制器；漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块以及电机控制器依次电性连接，且漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块以及电机控制器均与整车控制器电性连接；漏电保护柜与三相电网电性连接，电机控制器与作业机械的电机电性连接。由于存在漏电保护柜，不仅可以使作业机械电控系统实现对作业机械的高压安全控制，大大提高作业机械的安全等级，还可以对作业机械高压安全故障的及时排查。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
26.图1是本实用新型提供的作业机械电控系统的结构示意图；
27.图2是本实用新型提供的作业机械电控系统中漏电保护柜的结构示意图；
28.图3是本实用新型提供的作业机械电控系统中主动整流模块的结构示意图；
29.图4是本实用新型提供的作业机械电控系统中电池管理模块的结构示意图；
30.图5是本实用新型提供的作业机械电控系统中电机控制器的结构示意图；
31.图6是本实用新型提供的作业机械电控系统的完整结构示意图。
具体实施方式
32.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
33.由于现有技术中的作业机械电控系统并没有相应的措施来实现对作业机械的高压安全控制，使得作业机械具有安全隐患，不利于作业机械高压安全故障的及时排查。因此，本实用新型实施例中提供了一种作业机械电控系统，以实现对作业机械进行高压安全控制，弥补现有技术中的技术空白。
34.图1为本实用新型实施例中提供的一种作业机械电控系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：漏电保护柜1、主动整流模块2、电池管理模块3、电机控制器4以及整车控制器5；
35.漏电保护柜1、主动整流模块2、电池管理模块3以及电机控制器4依次电性连接，且漏电保护柜1、主动整流模块2、电池管理模块3以及电机控制器4均与整车控制器5电性连接；
36.漏电保护柜1与三相电网0电性连接，电机控制器4与作业机械的电机m1电性连接；
37.漏电保护柜1设置为基于测量的漏电流控制与三相电网0的连接状态。
38.具体地，作业机械可以包括：钻探机械、挖掘机械、装载机械、运载机械、市政机械、破碎机、以及驾驶员驾驶的车辆中的至少一种。挖掘机械是用于挖掘矿山的作业机械。装载机械是用于将货物装载到运载机械中的作业机械。装载机械包括液压挖掘机、电动挖掘机和轮式装载机中的至少一种。运载机械是用于运载货物的作业机械。市政机械是用于城市道路清扫美化的作业机械，例如清扫车、洒水车和吸尘车。破碎机是对从运载机械投入的土石进行破碎的作业机械。本实用新型实施例中，涉及的作业机械可以是拖线电动挖掘机。
39.漏电保护柜1用于实现对作业机械的高压系统用电安全保护。漏电保护柜1可以电性连接在三相电网0与主动整流模块(active front end，afe)2之间，漏电保护柜1可以及时对三相电网的漏电流进行测量，并根据测量得到的漏电流控制漏电保护柜与三相电网之间的连接状态，以对高压系统的安全故障进行及时排查。其中，连接状态可以包括连接和断开。
40.三相电网0用于为作业机械电控系统提供电能，三相电网0可以包括a、b、c三相，并分别由a、b、c三相导线引出与漏电保护柜1电性连接。主动整流模块2用于实现将三相电网0的三相交流电转为直流电给后级电池充电，主动整流模块2可以电性连接在漏电保护柜1与电池管理模块(battery management system，bms)3之间。电池管理模块3可以与电池电性连接，通过对电池的管理为作业机械电控系统提供动力源，使作业机械电控系统在存在三相电网或不存在三相电网的情况下为后级用电设备供电。电机控制器(motor control unit，mcu)4用于实现对作业机械中电机输出的转速和扭矩，以使电机输出对应的转矩和扭矩。除此之外，电机控制器4还可以用于实现对空调的控制。
41.整车控制器5用于对作业机械电控系统进行整体控制，整车控制器5可以与漏电保护柜1、主动整流模块2、电池管理模块3以及电机控制器4电性连接，分别实现对漏电保护柜
1、主动整流模块2、电池管理模块3以及电机控制器4的工作状态的控制。
42.本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，包括：漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块、电机控制器以及整车控制器；漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块以及电机控制器依次电性连接，且漏电保护柜、主动整流模块、电池管理模块以及电机控制器均与整车控制器电性连接；漏电保护柜与三相电网电性连接，电机控制器与作业机械的电机电性连接。由于存在漏电保护柜，不仅可以使作业机械电控系统实现对作业机械的高压安全控制，大大提高作业机械的安全等级，还可以对作业机械高压安全故障的及时排查。
43.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述漏电保护柜包括第一继电器、互感器以及漏电保护器；
44.所述互感器用于测量所述三相电网的漏电流；
45.所述漏电保护器分别与所述第一继电器和所述互感器电性连接，所述第一继电器分别与所述三相电网以及所述主动整流模块中的第二继电器电性连接。
46.具体地，本实用新型实施例中，如图2所示，漏电保护柜中可以包括第一继电器km1、互感器s1以及漏电保护器rc1，第一继电器km1可以是指断路保护器，用于控制漏电保护柜是否与三相电网电性连接。在三相电网的每一相导线上均设置有一个第一子继电器，三相导线上的三个第一子继电器联动以构成第一继电器km1，即三相导线上的三个第一子继电器的开关状态一致。互感器s1可以套设于三相电网的三相导线外侧，用于测量三相电网的漏电流。第一继电器km1与互感器s1之间可以电性连接有漏电保护器rc1，漏电保护器rc1可以实现将互感器s1测量得到的三相电网的漏电流与预设漏电流阈值进行比较，如果漏电流大于等于预设漏电流阈值，则断开第一继电器km1，以使三相电网无法为作业机械电控系统供电，进而使作业机械停机检修。如果漏电流小于预设漏电流阈值，则第一继电器km1继续处于闭合状态，以使三相电网继续为作业机械电控系统供电，进而使作业机械继续运行。本实用新型实施例中，预设漏电流阈值可以是30ma。
47.第一继电器不仅可以电性连接在三相电网的三相导线上，还可以通过三相导线与主动整流模块中包括的第二继电器km2电性连接，以实现漏电保护柜与主动整流模块电性连接。第二继电器km2用于控制主动整流模块是否与三相电网以及漏电保护柜电性连接。
48.本实用新型实施例中，漏电保护柜包括互感器，具有测量三相电网的漏电流的功能，同时还包括漏电保护器具有检测作业机械高压安全故障的功能。
49.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述主动整流模块还包括第一电容以及三相变换桥，所述三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与所述第一电容并联连接；各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管，所述第二继电器电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间。
50.具体地，本实用新型实施例中，如图3所示，主动整流模块不仅可以包括第二继电器km2，还包括第一电容c1以及三相变换桥，三相变换桥即三相逆变桥，其中包括u、v、w三个桥臂，分别对应于三相电网的a、b、c三相。三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与第一电容c1并联连接；各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，即三相变换桥中共可以包括六个绝缘栅双极性晶体管，分别表示为vt1、vt2、vt3、vt4、vt5以及vt6，第二继电器km2电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间。
51.由于第二继电器km2与第一继电器km1电性连接，具体可以是通过三相导线电性连接，则第二继电器km2在每一相导线上均设置有一个第二子继电器，三相导线上的三个第二子继电器联动以构成第二继电器km2，即三相导线上的三个第二子继电器的开关状态一致。每一桥臂可以对应于三相电网中的一相，即桥臂与三相导线一一对应电性连接。因此，第二继电器km2电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间，可以通过将与每一相导线连接的第二子继电器电性连接在对应的桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间实现。
52.本实用新型实施例中，由于主动整流模块中包括了第一电容，可以实现主动整流模块的性能稳定，由于包含了三相变换桥，可以实现对三相电网的交直流转换。
53.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述整车控制器分别与所述第一继电器、所述互感器以及所述漏电保护器电性连接。
54.具体地，本实用新型实施例中，整车控制器可以分别与第一继电器、互感器以及漏电保护器电性连接，以通过整机控制器实现对第一继电器、互感器以及漏电保护器的工作状态的控制。
55.本实用新型实施例中，可以通过整机控制器实现对漏电保护柜中各元件的工作状态的控制，进而实现对漏电保护柜的工作状态的控制。
56.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述电池管理模块包括第一绝缘电阻、第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻并联的第一前端输入电阻以及与所述第二绝缘电阻并联的第二前端输入电阻，所述第一绝缘电阻、所述第二绝缘电阻、所述第一前端输入电阻以及所述第二前端输入电阻均接地；
57.所述第一绝缘电阻所在的支路串联有第三继电器，第二绝缘电阻所在的支路串联有第四继电器。
58.具体地，本实用新型实施例中，如图4所示，电池管理模块可以包括第一绝缘电阻r1、第二绝缘电阻r2、与第一绝缘电阻r1并联的第一前端输入电阻r3以及与第二绝缘电阻r2并联的第二前端输入电阻r4。第一前端输入电阻r3所在的支路串联有第三继电器km3，第二前端输入电阻r4所在的支路串联有第四继电器km4。
59.第一绝缘电阻r1、第二绝缘电阻r2、第一前端输入电阻r3以及第二前端输入电阻r4均接地pe。通过第三继电器km3以及第四继电器km4的开关状态，可以使作业机械在纯电模式下确定出作业机械电控系统中第一绝缘电阻r1、第二绝缘电阻r2的绝缘电阻值，进而通过绝缘电阻值的大小判断作业机械电控系统是否出现安全故障。例如，第一绝缘电阻r1、第二绝缘电阻r2的绝缘电阻值均大于预设电阻值，则可以认为作业机械电控系统出现安全故障，可以进行报警。
60.本实用新型实施例中，电池管理模块通过第三继电器、第四继电器的开关状态实现电池管理功能以及判断作业机械在纯电模式下其电控系统是否出现安全故障。
61.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述电池管理模块通过第五继电器和第六继电器与所述作业机械的电池电性连接；
62.所述第五继电器和所述第六继电器分别电性连接于所述电池的正极和负极。
63.具体地，本实用新型实施例中，电池管理模块的作用是管理作业机械的电池。因此，如图4所示，电池管理模块可以通过第五继电器km5和第六继电器km6与作业机械的电池b1电性连接。电池b1包括正极和负极，第五继电器km5可电性连接于电池b1的正极，第六继
电器km6可电性连接于电池b1的负极。
64.本实用新型实施例中，在电池管理模块与作业机械的电池之间电性连接有第五继电器和第六继电器，可以控制电池管理模块与电池之间的通断。
65.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述电机控制器通过第七继电器与所述作业机械的空调电性连接。
66.具体地，本实用新型实施例中，如图1所示，电机控制器不仅可以用于控制作业机械的电机，还可以用于控制作业机械的空调。当电机控制器控制空调时，可以通过第七继电器km7与空调电性连接，通过控制第七继电器km7的开关状态实现对空调的控制。当电机控制器同时控制电机与空调时，第七继电器km7与空调共同所在的支路与电机所在的支路并联。
67.本实用新型实施例中，通过第七继电器，可以实现电机控制器对空调的可选择控制，不需要再引入其他控制器单独对空调进行控制，解决了空调的控制成本。
68.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述电机控制器包括第八继电器；
69.所述第八继电器与所述电池管理模块电性连接。
70.具体地，本实用新型实施例中，如图5所示，电机控制器与电池管理模块电性连接时，可以通过电机控制器内电性连接的第八继电器km8实现。如此可以通过第八继电器km8的开关状态实现控制电池管理模块电性连接的电池是否对电机控制器进行供电。
71.在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中提供的作业机械电控系统，所述电机控制器还包括第二电容以及三相变换桥，所述三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与所述第二电容并联连接；各桥臂以及所述第二电容均与所述第八继电器电性连接；
72.各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管，所述电机电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间。
73.具体地，本实用新型实施例中，如图5所示，电机控制器不仅可以包括第八继电器km8，还包括第二电容c2以及三相变换桥，三相变换桥即三相逆变桥，其中包括u、v、w三个桥臂，分别对应于三相电网的a、b、c三相。三相变换桥的各桥臂并联连接，且各桥臂均与所述第二电容c2并联连接；各桥臂以及第二电容c2均与第八继电器km8电性连接。
74.各桥臂中均包含有两个绝缘栅双极性晶体管vt，即三相变换桥中共可以包括六个绝缘栅双极性晶体管，分别表示为vt7、vt8、vt9、vt10、vt11以及vt12。由于电机m1通常由三相电源驱动，因此电机m1电性连接于各桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间，可以通过将电机m1的每一相导线电性连接在每一桥臂中的两个绝缘栅双极性晶体管之间实现。
75.本实用新型实施例中，由于电机控制器中包括了第二电容，可以实现电机控制器的性能稳定，由于包含了三相变换桥，可以实现对电机m1的控制。
76.如图6所示，为结合图2至图5后，得到的作业机械电控系统的完整结构示意图。当第一继电器km1闭合后，主动整流模块可以将三相电网的三相交流电转换为500v
‑
700v的直流电为电池供电。此为作业机械的充电模式。
77.当第二继电器km2断开后，主动整流模块不工作，第五继电器km5、第六继电器km6以及第八继电器km8闭合，电池b1提供高压直流电，电机控制器把直流电逆变成与三相电网提供的三相交流电不同频率和幅值的三相交流电，以控制电机的转速和扭矩，保证电机可
靠转动。此为作业机械的纯电模式。此时作业机械转场时的供电源为高压电池驱动。
78.当作业机械电控系统中所有的继电器都闭合时，主动整流模块把三相电网的三相交流电整流成直流电给电池b1充电，同时主动整流模块和电池b1给电机控制器和电机放电，保障作业机械可靠运行。此为作业机械的插电模式。此时作业机械作业时的供电源为三相电网插电驱动，电池电量小，成本低。
79.在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种作业机械，包括上述各实施例中所述的作业机械电控系统，用以实现对作业机械的安全用电控制。
80.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
81.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。