一种换电系统锁紧装置及控制方法与流程

本发明涉及一种换电系统锁紧装置及控制方法，属于电动汽车充电。

背景技术：

1、随着电动汽车的广泛应用，与之相配套的电动汽车电池能源供给系统也快速发展起来,国家电网公司已提出按照"换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送"的模式,打造国家电网公司电动汽车能源供给体系。

2、近年来在电动汽车技术的支撑下，电动化装载机发展取得了显著的成效。然而，工程机械在结构形式、工况类型以及作业环境等方面与汽车存在显著差异，使得工程机械的高压系统、用电环境等方面存在技术路径繁杂、平台通用性差等问题。

3、尽管一辆纯电动工程车辆在当下的价格依然高于燃油车型，但由于其高强度工作、长时间出勤的特点，在后续使用的能源消耗、保养维护方面，能够较快地将购置成本差距缩小。

4、中重型工程车辆配电量高，充电时间长。而且这一类车型工作时间和地点十分集中，同时充电占地面积大，对充电设施要求太高。因此，充电较难满足这类车型的使用需求。而作为另一种电量补给方式，换电显然更适合。

5、而换电模式，除了能在使用上更加便利外，对于换电站、电池、电网等方面都有诸多要求。

6、中国发明专利申请号202110550767.1公开了一种电动装载机用换电系统及装载机，其换电系统可拆卸设置于装载机。本方案将各功能模块设计成一体的换电系统，通过连接接口与装载机连接，便于换电系统的安装和拆卸。此外，在电量不足时可更换备用换电系统为装载机继续提供电能，提高了装载机的作业效率。

7、中国发明专利申请号201810299937.1公开了一种新能源车的换电系统，本发明通过合理布局换电系统各个单元的功能，在传统单个拾取部完成工作的基础上，增加一个转送模块，转送模块用于临时存放满电电池，并承担将满电电池置入车身的任务，使得电池的取放可以更加紧密地衔接，从而提高换电效率。

8、中国发明专利申请号201910339855.x提供了一种用于车辆的电池锁止装置、换电系统和换电方法，该电池锁止装置包括：升举机构、多个锁止杆和锁止结构。电池锁止装置在锁紧状态时，第一卡接面和第二卡接面卡紧锁止杆；在松开状态时，升举机构伸入第一接触块和第二接触块之间，以推动第一活动块和第二活动块相向移动，使得每对第一卡接面与第二卡接面背向移动以脱开锁止杆。该电池锁止装置能够有效提高电池锁止装置的换电效率。

9、中国发明专利申请号202010584183.1公开了一种纯电动汽车换电系统及电动汽车，该换电系统包括车身固定件、锁止机构和控制器，所述锁止机构用于固定电池箱体并转动地加锁/解锁于车身固定件上，其具有两个向外延伸出的延伸轴，两所述延伸轴的近端部均固定有磁性元件，所述磁性元件的磁极方向与所述延伸轴的长度方向一致；所述车身固定件上设有与锁止机构处于加锁状态时的磁性元件位置相对应的霍尔感应器；控制器获取霍尔感应器的信号对加锁/解锁状态进行实时检测。本专利可根据控制器的检测信息直接获取锁止机构的加解锁状态，有利于保障行车安全。

10、中国发明专利申请号202110907942.8公开了一种纯电动重卡换电系统液压锁止机构，包括液压锁和与所述液压锁匹配的上吊耳。本技术具有通过换电电池框的自身重力向下压动底限位部向下转动，进而在主锁钩与副锁钩匹配时将换电电池框上的上吊耳锁止在换电底座的液压锁内，具有结构简单、配合锁止范围广和显著降低定位难度的效果；与此同时，通过液压油缸的顶部顶杆驱动副锁钩转动，进而在主锁钩转动后实现解锁效果，避免由于换电电池框形变而影响到该液压锁止机构开启。

11、上述现有技术存在以下缺点：(1)、换电锁止装置采用气路作为动力源，依赖于整车配置；工程机械无气路系统，均配置液压系统；(2)、换电锁止装置开锁与闭锁状态安全检测不完善；(3)、行业内换电系统均针对乘用车或商用车开发，未考虑工程机械整机、作业工况及路况的特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种换电系统锁紧装置及控制方法，通过液压油缸活塞杆带动销轴对换电系统进行开锁和闭锁装置；同时，能够检测每个锁止机构当前的开锁与闭锁状态，从而整机通过锁止机构状态来实现整车相关策略。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种换电系统锁紧装置，包括液压油泵电机、电机控制器、整车控制器、液压油泵、机械电控阀、以及至少一个锁止液压油缸和锁止销轴；

4、所述电机控制器用于驱动液压油泵电机；

5、所述液压油泵电机用于控制液压油泵工作；

6、所述整车控制器用于向所述电机控制器发送指令信号；

7、所述液压油泵、机械电控阀、油箱和锁止液压油缸构成液压回路，所述机械电控阀并联控制多个锁止液压油缸；

8、所述锁止液压油缸的活塞杆端部与所述锁止销轴连接，所述锁止销轴与换电系统的换电底座上的锁止孔对应。

9、进一步的，所述整车控制器具体用于，

10、与换电站交互信号，判断与换电站通信是否正常；

11、接收接近开关一和接近开关二检测信号，下发锁止液压油缸锁止和解锁指令至电机控制器，控制液压油泵电机的启停及设置液压油泵电机的转速；

12、以及，

13、进行高压互锁状态检测；

14、和所述机械电控阀的电控换向阀失效时，下发手动锁止和解锁指令。

15、进一步的，所述锁止液压油缸的活塞杆端部通过开口销轴与锁止销轴连接。

16、进一步的，所述锁止液压油缸的缸筒上设接近开关，分别为位于缸筒上端的接近开关一和位于缸筒下端的接近开关二，用于检测锁止液压油缸活塞杆的伸缩状态。

17、进一步的，所述接近开关具体用于，

18、当活塞杆完全伸出时，接近开关一无信号，接近开关二有信号，输出将换电系统与车辆底盘锁止的信号至整车控制器；否则，无动作无信号输出；

19、当活塞杆完全缩回时，接近开关一有信号，接近开关二无信号，输出将换电系统与车辆底盘解锁的信号至整车控制器；否则，无动作无信号输出。

20、伸缩过程中，接近开关一和接近开关二均无信号。

21、进一步的，所述锁止液压油缸活塞杆及端部的锁止销轴位于换电底座导向套内。

22、进一步的，所述机械电控阀采用机械手柄和电控换向阀集成式，电控换向阀失效时，通过机械手柄操作进行锁止和解锁动作。

23、进一步的，所述电机控制器具体用于，

24、根据锁止液压油缸的数量，计算锁止液压油缸锁止及解锁动作所需液压油泵输出的流量和压力；

25、根据液压油泵输出的流量和压力，计算液压油泵电机输出转速和扭矩值，驱动液压油泵电机。

26、基于前述的换电系统锁紧装置的控制方法，包括：

27、当进行充电时，进行高压互锁检测；

28、若高压互锁信号接通，则进入换电模式；否则，通过dcdc变换器进行标准充电；

29、换电模式下，通过整机控制器下发锁止指令至电机控制器，电机控制器驱动液压油泵电机，进而驱动液压油泵工作；

30、通过机械电控阀控制液压油路，使锁止液压油缸活塞杆外伸，将换电系统与车辆底盘锁止；

31、充电完成后，通过整机控制器下发解锁指令至电机控制器，电机控制器驱动液压油泵电机，进而驱动液压油泵工作；

32、通过机械电控阀控制液压油路，使锁止液压油缸活塞杆缩回，将换电系统与车辆底盘解锁；

33、当所有锁止液压油缸均进入解锁状态，进行换电系统拆卸操作。

34、进一步的，所述进行高压互锁检测，包括：

35、判断锁止液压油缸的活塞杆与换电底座的锁止孔是否对正，若对正，则换电高压接插件输出高压互锁信号接通的信号至整车控制器，否则不发送信号。

36、进一步的，所述控制方法还包括，

37、进入换电模式前，判断换电系统锁紧装置与换电站之间是否通信正常，若正常则进入换电模式，否则生成充电异常信号。

38、进一步的，所述电机控制器驱动液压油泵电机，包括，

39、根据锁止液压油缸的数量，计算锁止液压油缸锁止动作所需液压油泵输出的流量和压力；

40、根据液压油泵输出的流量和压力，计算液压油泵电机输出转速和扭矩值，驱动液压油泵电机。

41、进一步的，判断换电系统与车辆底盘锁止的方式为，

42、通过锁止液压油缸的缸筒上的接近开关检测锁止液压油缸活塞杆的伸缩状态，当活塞杆完全伸出时，接近开关一无信号，接近开关二有信号，输出将换电系统与车辆底盘锁止的信号至整车控制器；否则，无动作无信号输出。

43、进一步的，判断换电系统与车辆底盘解锁的方式为，

44、通过锁止液压油缸的缸筒上的接近开关检测锁止液压油缸活塞杆的伸缩状态，当活塞杆完全缩回时，接近开关一有信号，接近开关二无信号，输出将换电系统与车辆底盘解锁的信号至整车控制器；否则，无动作无信号输出。

45、本发明的有益效果为：

46、(1)工程机械大多配置液压系统，本发明采用液压系统锁紧配置，适应性更强，降低系统复杂度；

47、(2)本发明中，锁止销轴与油缸活塞杆之间通过销轴连接，增加自由度，避免系统颠簸导致的油缸活塞杆受侧向力过大使油缸漏油，提升系统可靠性；导向套减小油缸活塞杆外接部分的力臂，避免油缸活塞杆弯曲；

48、(3)本发明对每个锁紧装置进行锁止和解锁状态检测，避免误检测和误动作，从而降低故障率；

49、(4)本发明根据液压锁止油缸数量来计算液压油泵电机输出扭矩和转速，增强系统兼容性及可扩展性；

50、(5)本发明采用24v或12v电机驱动液压油泵提供动能，可直接通过蓄电池提供电能，适用于工程机械产品。

51、(6)本发明通过检测开关及屏幕显示器，实现操作者对换电系统锁止机构的可视体系，及时掌握换电系统的锁止状态，提高换电系统的自动化程度。