上下电保护装置及自动引导运输车的制作方法

1.本实用新型涉及电气设计技术领域，尤其涉及一种上下电保护装置及自动引导运输车。


背景技术：

2.自动导引运输车(agv)以其智能化的无人技术被越来越多地应用在工业制造、物流搬运等领域，随着agv性能取得长足的进步，其生产效率也得到大幅提升，在相关领域的覆盖面积也越来越广。而不断增加的载重性能也迫使agv产品在上电过冲及下电制动性上必须不断完善，以适应三元锂电池的技术指标，保护电池及其他用电设备不因过流或过压而发生故障。现有克服上电过冲的难题一般通过增加外置接触器及大功率电阻的预充回路，来降低上电瞬间的电流；而下电制动时的电机反电动势回流则需要通过另外增加泄放电路，将反电动势消耗于外置制动电阻中。
3.由此引入的系统零部件增加，不仅增加电气设计的复杂度、成本和质量，还会降低产品的集成度和安全性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种上下电保护装置及自动引导运输车，能够同时实现上电时的缓启动功能及下电时的反电动势吸收功能，实现集成化的上下电控制，降低电气设计的复杂度，降低产品的成本及重量，同时提高产品的集成度及安全性。
5.为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种上下电保护装置，包括：逻辑控制模块、开关模块和上下电保护模块；其中，
6.所述开关模块包括第一开关和第二开关，所述上下电保护模块包括功率电阻元件和二极管；第一开关串联在功率主回路上，用于控制所述功率主回路的通断；所述功率电阻元件与第二开关串联后并联在第一开关两端，所述二极管设置在第二开关与电源负极之间；
7.所述逻辑控制模块用于：响应于接收的预充电控制信号打开第二开关，响应于上电控制信号打开第一开关。
8.可选地，第一开关和/或第二开关为mosfet元件。
9.可选地，所述mosfet元件为单个mosfet或并联的mosfet矩阵。
10.可选地，所述二极管为tvs二极管。
11.可选地，所述功率电阻元件为单个功率电阻或者并联的功率电阻矩阵。
12.可选地，所述逻辑控制模块还用于：打开第一开关之后关闭第二开关。
13.可选地，所述逻辑控制模块还用于：对所述上电控制信号进行光耦隔离处理。
14.可选地，所述逻辑控制模块还用于：对所述上电控制信号进行驱动放大处理。
15.根据本实用新型实施例的再一个方面，提供一种自动引导运输车，包括：车辆本体，电源，以及本实用新型实施例第一方面提供的上下电保护装置；所述电源设置在所述车
辆本体上，用于驱动所述车辆本体；所述上下电保护装置设置在所述车辆本体上；其中，
16.在上电前，所述上下电保护装置的逻辑控制模块响应于接收的预充电控制信号打开所述上下电保护装置的第二开关，以使所述功率电阻元件闭合入所述功率主回路；
17.在上电时，所述上下电保护装置的逻辑控制模块响应于接收的上电控制信号打开第一开关，以打开所述功率主回路。
18.可选地，本实用新型实施例的自动引导运输车还包括电压检测元件，用于检测第二开关的后端电压，并在所述后端电压达到设定电压值时发出所述上电控制信号。
19.上述实用新型中的一个实施例具有如下优点或有益效果：因为采用包括逻辑控制模块、开关模块和上下电保护模块的上下电保护装置，能够将上电缓启动及制动泄放的保护功能集成于一体，克服现有技术中由于分别增加预充回路和泄放电路而导致的不足，达到能够同时实现上电时的缓启动功能及下电时的反电动势吸收功能、实现集成化的上下电控制、降低电气设计的复杂度、降低产品的成本及重量、同时提高产品的集成度及安全性的技术效果。
20.上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
21.附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：
22.图1是现有技术中上电预充电器原理图；
23.图2是现有技术中下电制动电气原理图；
24.图3是根据本实用新型实施例的上下电保护装置的示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
26.图1和2示出了现有技术中上电预充和下电制动的原理示意图。从图中可以看出，现有方案需在不同部位增加两部分电路或模块。其中，上电预充一般置于电池输入接口处，串联在电源的正极，需增加直流接触器(参见图1中的km1和km2)及缓上电电阻(参见图1中的大功率电阻)等电气元器件。而下电制动一般外置于伺服驱动器的输入接口或内部集成在伺服驱动器内，并联在电源的正负极之间，需增加电压检测(如图2中的电压采样)及开关电路或模块，以及下电制动电阻等电气元器件。由此引入的动力电系统零部件增加，接线较复杂，导致接线容错率下降，同时离散型电气布局也增加了车内占用面积，影响使用该产品的电力设备(例如agv、电动车等)的功能扩展性，同时下电制动中由于需要较多的软硬件设置配合开关电路的开启及关闭，极容易导致制动电路失效，发生制动电阻放电过热甚至爆炸的危险，另外较多的电气元器件及设备也增加了整车成本，在整车的生产、使用及售后方面既增加了难度，也增加了时间成本。
27.鉴于现有技术存在的上述不足，根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种
上下电保护装置。
28.如图3所示，本实用新型实施例的上下电保护装置包括：逻辑控制模块、开关模块10和上下电保护模块20；其中，开关模块10包括第一开关11和第二开关12，上下电保护模块20包括功率电阻元件21和二极管22。第一开关11串联在功率主回路上，用于控制功率主回路的通断。功率电阻元件21与第二开关12串联后并联在第一开关11两端。二极管22设置在第二开关12与电源负极之间。逻辑控制模块响应于接收的预充电控制信号打开第二开关12，响应于上电控制信号打开第一开关11。功率主回路是指电源对外供电的回路。如图3所示，母线电压正负极以及伺服驱动器形成功率主回路，第一开关控制功率主回路的接入或断开；第二开关、功率电阻元件、二极管以及母线电压正负极形成保护回路，第二开关控制保护回路的接入或断开。
29.在上电前，根据预充控制信号，逻辑控制模块先打开保护回路的第二开关12，使功率电阻率21先闭合入功率主回路，来限制母线电流的增加。上电时，根据上电控制信号，逻辑控制模块再打开功率主回路的第一开关11，将该保护回路短路，实现上电缓启动、降低过冲电流的目的。在下电制动时，接在功率电阻21及电源负极间的二极管22，通过功率电阻21可将功率主回路上的反向电动势被动钳位在一定电压值(通常情况下，该电压值是母线电压的上限值)，避免了下电过压损坏电源及使用该电源的电力设备内部电气元器件的可能。实际应用过程中，可以根据母线电压选择适宜的功率电阻21和二极管22。
30.本实用新型实施例能够将上电缓启动及制动泄放的保护功能集成于一体，克服现有技术中由于分别增加预充回路和泄放电路而导致的不足，达到能够降低电气设计的复杂度、降低产品的成本及重量、同时提高产品的集成度及安全性的技术效果。
31.本实用新型实施例中的开关可以根据实际情况进行选择性设置。可选地，本实用新型的开关为硬件开关。采用硬件开关控制功率主回路和保护回路，通过纯逻辑硬件控制，无需内置软件，能够提高产品的响应及可靠性，进而提高系统的安全及稳定性。可选地，第一开关和/或第二开关为mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)元件，进一步地，mosfet元件为单个mosfet或并联的mosfet矩阵。所谓mosfet矩阵，是指多个mosfet并联所形成的阵列。如图3所示，两个mosfet并联形成mosfet矩阵，作为第一开关；两个mosfet并联形成mosfet矩阵，作为第二开关。在下电制动时，功率主回路的mosfet内部寄生反向二极管，可在制动时将反向电动势反灌入未满电的电池，利用电池的电容特性来稳定电压。
32.图1采用的km1和km2在上下电时会产生氧化或烧蚀，寿命有限。本实用新型利用mosfet作为功率主回路和保护回路的开关，可扩展功率范围，具有速度快、成本低且没有机械损耗的优点。此外，依靠并联mosfet可扩展电流的适用范围，来应用于不同功率及场合的电气设备中，与直流接触器比较也极大的降低了开关控制的成本及占用面积。
33.本实用新型中，当电源向外供电时，二极管导通；反之，二极管截止。实际应用过程中可以根据应用场景选择合适类型的二极管，例如点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管等。可选地，二极管为tvs(瞬态抑制二极管)二极管。采用tvs二极管，可以保护电器设备不受导线引入的电压尖峰破坏。
34.在上电前将功率电阻接入功率主回路，能够限制母线电流的增加，避免上电过冲。功率电阻的阻值以及数量可以根据实际情况进行选择性设定，例如采用单个功率电阻或者并联的功率电阻矩阵(所谓功率电阻矩阵，是指多个功率电阻并联所形成的阵列)。通常情
况下，应用于小功率电气设备(例如agv、机器人等)时，可以采用较小阻值的单个功率电阻；应用于较大功率的电气设备(例如电动车、风机等)时，可以采用阻值较大的单个功率电阻或者多个功率电阻。
35.逻辑控制模块控制第一开关打开之后，第二开关被短路。为了提高安全性，在打开第一开关之后，逻辑控制模块还可以关闭第二开关。
36.可选地，所述逻辑控制模块还用于：对所述上电控制信号进行光耦隔离处理。通过光耦隔离处理能够是增加电源保护作用。
37.可选地，所述逻辑控制模块还用于：对所述上电控制信号进行驱动放大处理。通过驱动放大处理，能够保证控制信号可以驱动后面的开关。
38.根据本实用新型实施例的再一个方面，提供一种自动引导运输车，包括：车辆本体，电源，以及本实用新型实施例第一方面提供的上下电保护装置；所述电源设置在所述车辆本体上，用于驱动所述车辆本体；所述上下电保护装置设置在所述车辆本体上。在上电前，所述上下电保护装置的逻辑控制模块响应于接收的预充电控制信号打开所述上下电保护装置的第二开关，以使所述功率电阻元件闭合入所述功率主回路。在上电时，所述上下电保护装置的逻辑控制模块响应于接收的上电控制信号打开第一开关，以打开所述功率主回路。
39.可选地，本实用新型实施例的自动引导运输车还可以包括电压检测元件，用于检测第二开关的后端电压，并在所述后端电压达到设定电压值时发出所述上电控制信号。通常情况下，该设定电压值是母线电压的上限值。如此，能够保证上电前电源电压达到设定电压值，避免由于电压不足而导致的动力不足问题。
40.本实用新型采用包括功率电阻及二极管的上下电保护模块，利用第一开关和第二开关，能够同时实现上电时的缓启动功能及下电时的反电动势吸收功能，实现集成化的上下电控制装置，简化agv电源的电气结构，同时兼具上下电保护功能。
41.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。