在线供电充电系统及控制方法与流程

1.本技术属于车辆供电技术领域，尤其涉及一种在线供电充电系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，纯电动的工程机械车辆一般采用车载充电机直接向电机供电作业，或者采用内置电池向电机供电作业。
3.但是，内置电池的允许充电电流必须大于车载充电机的最大输出电流，否则当电机突然停转时，车载充电机无法及时响应，将会导致大电流给内置电池充电，带来内置电池的安全性问题；同时，因为内置电池的允许充电电流较高，对内置电池的容量要求较大，而内置电池的成本占整个动力系统的将近70％，导致系统成本较高。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种在线供电充电系统及控制方法，旨在解决传统在线供电充电系统安全性低、成本高的问题。
5.为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供了一种在线供电充电系统，应用于工程机械车辆，包括：
6.电机模块，被配置为控制所述工程机械车辆的作业过程；
7.电池模块，被配置为接收或释放电能；
8.车载充电机模块，与所述电机模块电连接，被配置为接入外部电源并向所述电机模块供电；
9.开关模块，与所述电机模块、所述电池模块和所述车载充电机模块电连接，被配置为接通或断开所述电池模块与所述电机模块之间的电连接，以及接通或断开所述车载充电机模块与所述电池模块之间的电连接；
10.电压变换模块，与所述开关模块、所述电机模块、所述电池模块和所述车载充电机模块电连接，被配置为对所述电池模块的输出电压进行电压变换后向所述电机模块供电，以及对所述电压变换模块的输入电压进行电压变换后向所述电池模块充电。
11.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述在线供电充电系统还包括：
12.整车控制器，与所述电机模块、所述电池模块、所述车载充电机模块和所述开关模块电连接，被配置为控制所述电机模块的工作状态、控制所述电池模块的充放电过程、控制所述车载充电机模块接入外部电源，以及控制所述开关模块的通、断状态。
13.在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述电池模块包括：
14.动力电池，与所述电压变换模块和所述开关模块电连接，被配置为存储电能；
15.电池管理单元，与所述动力电池和所述电压变换模块电连接，被配置为控制所述动力电池的充放电过程以及控制所述电压变换模块对所述动力电池的输入电压或输出电压进行电压变换。
16.在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述电机模块包括：
17.电机，被配置为向所述工程机械车辆提供动力；
18.电机控制器，与所述电机、所述车载充电机模块、所述电压变换模块和所述开关模块电连接，被配置为控制所述电机工作。
19.在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述电压变换模块包括双向dc/dc变换器。
20.第二方面，本技术实施例提供了一种在线供电充电系统的控制方法，应用于所述的在线供电充电系统，包括如下步骤：
21.控制所述电压变换模块对所述电池模块的输出电压进行电压变换后向所述电机模块供电；
22.或者，控制所述车载充电机模块向所述电机模块和所述电池模块供电，同时控制所述电压变换模块对所述电压变换模块的输入电压或所述电池模块的输出电压进行电压变换，以使所述电池模块充电或放电。
23.在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述控制所述电压变换模块对所述电池模块的输出电压进行电压变换后向所述电机模块供电，包括：
24.当断开所述车载充电机模块与所述电机模块和所述电压变换模块之间的电连接且当所述电池模块的输出电压小于所述电机模块的需求电压时，控制所述开关模块断开所述电池模块和所述电机模块之间的电连接，通过所述电压变换模块对所述电池模块的输出电压进行升压后向所述电机模块供电。
25.在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述控制所述车载充电机模块向所述电机模块和所述电池模块供电，同时控制所述电压变换模块对所述电压变换模块的输入电压或所述电池模块的输出电压进行电压变换，以使所述电池模块充电或放电，包括：
26.当接通所述车载充电机模块与所述电压变换模块和所述电机模块之间的电连接时，控制所述开关模块断开所述电池模块和所述电机模块之间的电连接，通过所述车载充电机模块向所述电压变换模块和所述电机模块供电，同时通过所述电压变换模块对所述电压变换模块的输入电压或所述电池模块的输出电压进行电压变换，以使所述电池模块充电或放电。
27.在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述控制方法还包括：
28.当断开所述开关模块且断开所述车载充电机模块与所述电压变换模块之间的电连接时，通过所述车载充电机模块向所述电机模块供电。
29.在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述控制方法还包括：
30.当断开所述车载充电机模块与所述电机模块和所述电压变换模块之间的电连接且所述电池模块的输出电压大于或等于所述电机模块的需求电压时，控制所述开关模块接通所述电池模块和所述电机模块之间的电连接，通过所述电池模块向所述电机模块供电。
31.在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述控制方法还包括：
32.当所述电机正常停机时，控制所述开关模块接通所述车载充电机模块和所述电池模块之间的电连接，通过所述车载充电机模块向所述电池模块充电。
33.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的在线供电充电系统，通过车载充电机模块接入外部电源并向电机模块供电；通过开关模块接通或断开电池模块与电机模块之间的电连接，以及接通或断开车载充电机模块与电池模块之间的电连接；通过
电压变换模块对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电，以及对电压变换模块的输入电压进行电压变换后向电池模块充电，从而能够控制电池模块充放电的电流大小，减少电池模块的充放电次数；当电机模块突然停转时，能够通过电压变换模块对电池的输入电流进行电压变换，保护电池安全；同时对电池模块的容量要求较低，大大降低整个系统的成本。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
35.图1为本技术实施例提供的在线供电充电系统的结构示意图；
36.图2为本技术实施例提供的在线供电充电系统的具体结构示意图。
37.附图标记说明：
38.1-电机模块，11-电机，12-电机控制器，2-电池模块，21-动力电池，22-电池管理单元，3-车载充电机模块，4-开关模块，5-电压变换模块，6-整车控制器。
具体实施方式
39.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.目前，传统的纯电动的工程机械车辆，一般采用车载充电机直接向电机供电作业，或者采用内置电池向电机供电作业，并且要求内置电池的允许充电电流必须大于车载充电机的最大输出电流，否则当电机突然停转时，将会导致车载充电机大电流给内置电池充电，烧毁内置电池；同时内置电池的充放电电流不受控制，频繁充放电，减少内置电池的充放电次数，降低内置电池的使用寿命；因为内置电池的允许充电电流较高，对内置电池的容量要求较大，而内置电池的成本占整个动力系统的将近70％，所以导致内置电池容量选择受限，系统成本较高，不利于整车成本的降低和电池的标准化；并且当内置电池的电压较低时，不能和车载充电机同时给电机供电，只能充电到达预设电压后才能为电机供电，从而影响车辆的最大动力。
42.为此，本技术提供一种在线供电充电系统，通过电压变换模块对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电，或者对电压变换模块的输入电压进行电压变换后向电池模块充电，从而控制电池模块充放电的电流大小，减少电池模块的充放电次数，保护电池安全，降低系统成本。
43.下面结合附图，对本技术提供的在线供电充电系统，进行实例性的说明：图1为本
申请实施例提供的一种在线供电充电系统的结构示意图，如图1所示，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，详述如下：示例性地，在线供电充电系统，应用于工程机械车辆，包括：
44.电机模块1，被配置为控制工程机械车辆的作业过程；
45.电池模块2，被配置为接收或释放电能；
46.车载充电机模块3，与电机模块1电连接，被配置为接入外部电源并向电机模块1供电；
47.开关模块4，与电机模块1、电池模块2和车载充电机模块3电连接，被配置为接通或断开电池模块2与电机模块1之间的电连接，以及接通或断开车载充电机模块3与电池模块2之间的电连接；
48.电压变换模块5，与开关模块4、电机模块1、电池模块2和车载充电机模块3电连接，被配置为对电池模块2的输出电压进行电压变换后向电机模块1供电，以及对电压变换模块5的输入电压进行电压变换后向电池模块1充电。
49.本技术实施例中，当只接通车载充电机模块与电机模块之间的电连接时，通过车载充电机模块接入外部电源(即车载充电机模块处于外部电源在线状态)并向电机模块供电，通过开关模块的导通或关闭，可以使电池模块向电机模块供电，或者使车载充电机模块向电池模块充电，通过电压变换模块可以对电池模块的输出电压进行电压变换(例如升压变换)后向电机模块供电，或者对电压变换模块的输入电压进行电压变换(例如降压变换或升压变换)后向电池模块充电，从而能够控制电池模块的输入电压和输出电压，防止过高电压损坏电池模块，不仅提高电池模块的安全性，而且对电池容量的要求也随之降低，降低系统生产成本；同时，当电池模块的电压较低时，也可以通过电压变换模块升高电压，直接为电机模块供电，避免传统的在线充电放电系统，只能为电池模块充电后，才能继续为电机模块供电，从而减少消耗电池模块的充放电次数，提高电池寿命，提高供电效率，保障车辆的最大动力。
50.图2为本技术实施例提供的在线供电充电系统的具体结构示意图，如图2所示，示例性地，在线供电充电系统还包括：
51.整车控制器6，与电机模块1、电池模块2、车载充电机模块3和开关模块4电连接，被配置为控制电机模块1的工作状态、控制电池模块2的充放电过程、控制车载充电机模块3接入外部电源以及控制开关模块4的通、断状态。
52.本技术实施例中，通过整车控制器控制电机模块的启动和停止，通过整车控制器控制电池模块的充电和放电，进而通过控制电压变换模块对电压变换模块的输入电压或电池模块的输出电压进行电压变换，从而当输入电压过高时降压，保护电池模块，或者当输出电压过低时升压，以便能够正常为电机模块供电；通过整车控制器控制车载充电机模块接入外部电源并向电机模块或电压变换模块供电，通过整车控制器控制开关模块的通、断状态。
53.如图2所示，示例性地，电池模块2包括：
54.21动力电池，与电压变换模块5和开关模块4电连接，被配置为存储电能；
55.22电池管理单元，与动力电池21和电压变换模块5电连接，被配置为控制动力电池21的充放电过程以及控制电压变换模块5对动力电池21的输入电压或输出电压进行电压变
换。
56.本技术实施例中，电池管理单元根据整车控制器下发的充电指令，向车载充电机模块发送功率需求，从而实现对动力电池的充电过程，以及同时向电压变换模块发送升压或降压指令，以便对动力电池的输出电压进行升压，使其满足电机模块的供电需求，或者对动力电池的输入电压进行降压，防止过高电压烧毁动力电池。
57.如图2所示，示例性地，电机模块1包括：
58.电机11，被配置为向工程机械车辆提供动力；
59.电机控制器12，与电机11、车载充电机模块3、电压变换模块5和开关模块4电连接，被配置为控制电机工作。
60.本实施例中，通过电机控制器从电压变换模块或车载充电机模块获取电能，完成对电机模块的驱动工作。
61.如图2所示，电压变换模块可以包括双向dc/dc变换器(即direct current-direct current converter，直流转直流变换器)。
62.本技术实施例中，通过电压变换模块可以包括双向dc/dc变换器，从而能够对电池模块的输出电压或输入电压进行升压或降压变换，既能够在电池模块处于低电压时，升高电压满足电机模块的需求电压，又能够输入电压过大时进行降压充电，保护电池模块，防止被过大电压烧坏。
63.示例性地，车载充电机模块包括直接接触式取电装置和非接触式取电装置。
64.本技术实施例中，通过车载充电机模块包括直接接触式取电装置和非接触式取电装置，从而可以采用直接接触的方式或非接触的方式从电网取电，实现本技术的在线充电。
65.示例性地，电池模块的电池容量为10～50kwh。
66.本技术实施例中，通过电池模块的电池容量为10～50kwh，例如16kwh，大大降低了电池模块的电池容量要求，从而有效降低整个系统的生成成本。
67.示例性地，开关模块包括电磁继电器。
68.本技术实施例中，通过开关模块包括电磁继电器，从而可以根据整车控制的开关指令导通或关断开关模块。
69.示例性地，工程机械车辆包括纯电动汽车。
70.本技术实施例中，通过工程机械车辆包括纯电动汽车，从而使该系统不仅适用于工程建设的大型工程机械车辆，也适用于普通的纯电动汽车，适用范围广。
71.示例性地，本实施例公开了工程机械车辆，应用在线供电充电系统。
72.本技术实施例中，工程机械车辆应用本技术的在线供电充电系统，从而当工程机械车辆内部只有接通车载充电机模块与电机模块之间的电连接时，通过车载充电机模块接入外部电源并向电机模块供电，通过开关模块的导通或关闭，可以使电池模块向电机模块供电，或者使车载充电机模块向电池模块充电，通过电压变换模块可以对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电，或者对电压变换模块的输入电压进行电压变换(例如降压变换或升压变换)后向电池模块充电。
73.示例性地，本实施例公开了一种在线供电充电系统的控制方法，包括由整车控制器执行的如下步骤：
74.控制电压变换模块对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电；
75.或者，控制车载充电机模块向电机模块和电池模块供电，同时控制电压变换模块对电压变换模块的输入电压或电池模块的输出电压进行电压变换，以使电池模块充电或放电。
76.本技术实施例中，当只接通车载充电机模块与电机模块之间的电连接时，可以通过车载充电机模块向电机模块供电；当只接通电池模块与电机模块之间的电连接时，可以通过电池模块向电机模块供电；当电机模块停机时，可以通过车载充电机模块向电池模块充电；当电池模块的输出电压低于电机模块的需求电压时，可以通过电压变换模块对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电；当车载充电机模块同时向电池模块和电机模块供电时，通过控制电压变换模块对电压变换模块的输入电压或电池模块的输出电压进行电压变换，以使电池模块充电或放电。
77.示例性地，控制电压变换模块对电池模块的输出电压进行电压变换后向电机模块供电，包括：
78.当断开车载充电机模块与电机模块和电压变换模块之间的电连接且当电池模块的输出电压小于电机模块的需求电压时，控制开关模块断开电池模块和电机模块之间的电连接，通过电压变换模块对电池模块的输出电压进行升压后向电机模块供电。
79.本技术实施例中，当断开车载充电机模块与电机模块和电压变换模块之间的电连接且当电池模块的输出电压小于电机模块的需求电压时，系统处于车载充电机离线模式，因为当电池模块的当前输出电压无法满足电机模块的需求电压，所以需要通过电压变换模块对电池模块的输出电压进行升压后，即可满足电机模块的需求电压，能够向电机模块供电，维持电机的正常工作。
80.示例性地，控制车载充电机模块向电机模块和电池模块供电，同时控制电压变换模块对电压变换模块的输入电压或电池模块的输出电压进行电压变换，以使电池模块充电或放电，包括：
81.当接通车载充电机模块与电压变换模块和电机模块之间的电连接时，控制开关模块断开电池模块和电机模块之间的电连接，通过车载充电机模块向电压变换模块和电机模块供电，同时通过电压变换模块对电压变换模块的输入电压或电池模块的输出电压进行电压变换，以使电池模块充电或放电。
82.本技术实施例中，当接通车载充电机模块与电压变换模块和电机模块之间的电连接时，系统处于车载充电机模块与电池模块均在线模式时，控制开关模块断开电池模块和电机模块之间的电连接，通过车载充电机模块同时向电压变换模块和电机模块供电，同时当电机模块突然停转、车载充电机模块无法及时响应、大电流向电池模块充电时，可以通过电压变换模块对电压变换模块的输入电压进行降压，以便保护电池模块正常充电，同时当电池模块的输出电压过低或者电机模块的需求电压过高时，可以通过电压变换模块对电池模块的输出电压进行升压，以便能够为电机模块正常供电。
83.示例性地，控制车载充电机模块向电机模块供电，控制方法还包括：
84.当断开开关模块且断开车载充电机模块与电压变换模块之间的电连接时，通过车载充电机模块向电机模块供电。
85.本技术实施例中，当断开开关模块，断开车载充电机模块与电压变换模块之间的电连接、无三相交流电输入时，系统处于电池离线模式，仅通过车载充电机模块向电机模块
供电。
86.示例性地，控制电池模块向电机模块供电，控制方法还包括：
87.当断开车载充电机模块与电机模块和电压变换模块之间的电连接且电池模块的输出电压大于或等于电机模块的需求电压时，控制开关模块接通电池模块和电机模块之间的电连接，通过电池模块向电机模块供电。
88.本技术实施例中，当断开车载充电机模块与电机模块和电压变换模块之间的电连接时，系统处于车载充电机离线模式，当电池模块的输出电压大于或等于电机模块的需求电压时，即表示电池模块的正常输出电压能够满足电机模块的需求电压，因此直接控制开关模块接通电池模块和电机模块之间的电连接，通过电池模块向电机模块供电。
89.示例性地，控制车载充电机模块向电池模块充电，控制方法还包括：
90.当电机正常停机时，控制开关模块接通车载充电机模块和电池模块之间的电连接，通过车载充电机模块向电池模块充电。
91.本技术实施例中，当电机正常停机时，系统处于电池只充电模式，因此控制开关模块接通车载充电机模块和电池模块之间的电连接，通过车载充电机模块向电池模块充电。
92.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
93.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
94.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
95.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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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技术的范围。
96.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的不间断电源并机冗余系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的不间断电源并机冗余系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，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系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，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，可以是电性，机械或其它的形式。
97.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的
部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
98.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
99.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。