一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机。
背景技术
挖掘机是工程建设中十分重要的一种工程机械，国内电动挖掘机的控制系统大多沿用新能源汽车的三电系统，工作模式也基本沿用新能源汽车的充放电模式。由于电动挖掘机通常仅在活动范围较小的固定场所使用，对于插电工作模式有很强适用性，插电工作模式是目前电动挖掘机工作模式中十分重要的研发方向。
目前市面上插电工作模式的挖掘机主要是电缆式电动挖掘机，该电缆式电动挖掘机一般直接从电网取电。该种方式在遇到外接电源出现故障时电动挖掘机失去动力，威胁设备及人员安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机，以缓解现有插电工作的电动挖掘机供电可靠性差的问题。
本发明提供一种技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种电动挖掘机的控制系统，控制系统包括动力子系统、交流供电子系统、电池组供电子系统和控制子系统；交流供电子系统，通过第一继电器与动力子系统连接；电池组供电子系统，通过第二继电器与动力子系统连接；交流供电子系统供电正常时，第一继电器闭合，第二继电器断开；控制子系统，用于在交流供电子系统供电故障时，控制第二继电器闭合。
在一个可能的实现中，控制子系统包括数据采集模块，数据采集模块包括电压采样电路、电流传感器和温度传感器；电压采样电路与交流供电子系统连接；电压采样电路用于采集交流供电子系统的电压强度数据；电流传感器与交流供电子系统连接，电流传感器用于采集交流供电子系统的电流强度数据；温度传感器与交流供电子系统连接，温度传感器用于采集交流供电子系统的温度数据。
在一个可能的实现中，控制子系统还包括第一控制器，第一控制器通过通讯总线分别与交流供电子系统、电池组供电子系统和动力子系统连接。
在一个可能的实现中，电动挖掘机的控制系统还包括人机交互组件，人机交互组件通过通讯总线与第一控制器连接；人机交互组件包括模式切换仪表，模式切换仪表用于接收用户指令，以确定电动挖掘机当前所处模式；其中，电动挖掘机的模式包括工作模式和充电模式；其中，工作模式包括插电工作模式和纯电工作模式。
在一个可能的实现中，交流供电子系统，包括交流插座、交流直流转换器；交流插座外接有交流电源；交流插座与交流直流转换器连接。
在一个可能的实现中，交流直流转换器通过第一继电器与动力子系统连接；第一继电器闭合时，交流直流转换器将外接交流电转换成直流电为动力子系统供电。
在一个可能的实现中，第一控制器与第一继电器连接；第一控制器，用于在交流供电子系统供电正常时控制第一继电器闭合，还用于在交流供电子系统供电故障时控制第一继电器断开。
在一个可能的实现中，交流直流转换器通过第三继电器与电池组供电子系统连接；交流直流转换器，用于在第三继电器闭合时将外接交流电转换成直流电为电池组供电子系统充电。
在一个可能的实现中，第一控制器与第三继电器连接；第一控制器，用于在电池组供电子系统需要充电时控制第三继电器闭合，还用于在交流供电子系统供电正常时控制第三继电器断开。
第二方面，本发明实施例提供一种电动挖掘机，该电动挖掘机包括以上第一方面的任一实施方式的控制系统。
本发明提供了一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机，该控制系统包括动力子系统、交流供电子系统、电池组供电子系统和控制子系统；交流供电子系统，通过第一继电器与动力子系统连接；电池组供电子系统，通过第二继电器与动力子系统连接；交流供电子系统供电正常时，第一继电器闭合，第二继电器断开；控制子系统，用于在交流供电子系统供电故障时，控制第二继电器闭合。由于控制系统设置有电池组供电子系统，在外接电源出现故障时，可以通过电池组供电子系统供电，从而保障设备及人员安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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发明的一些实施方式，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。
图1为本发明提供的电动挖掘机的控制系统的示意框图；
图2为本发明实施例提供的电动挖掘机的控制系统的示意框图；
图3为本发明实施例提供的电动挖掘机的控制系统的模式选择界面；
图4为本发明实施例提供的电动挖掘机的控制系统的控制流程图。
图标：1-交流直流转换器；2-交流插座；3-第一控制器；4-人机交互组件；5-动力子系统；501-第二控制器；502-电机；6-液压泵；7-分配盒；701-第一继电器；702-第三继电器；8-动力电池组件；9-第二继电器；10-先导开关；11-钥匙；12-数据采集模块；1201-第一电流传感器；1202-第一温度传感器；1203-第二温度传感器；1204-电压采样电路；1205-第二电流传感器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
挖掘机是工程建设中十分重要的一种工程机械，国内电动挖掘机的控制系统大多沿用新能源汽车的三电系统，工作模式也基本沿用新能源汽车的充放电模式。由于电动挖掘机通常仅在活动范围较小的固定场所使用，对于插电工作模式有很强适用性，插电工作模式是目前电动挖掘机工作模式中十分重要的研发方向。
目前市面上插电工作模式的挖掘机主要是电缆式电动挖掘机，该电缆式电动挖掘机一般直接从电网取电。该种方式在遇到外接电源出现故障时电动挖掘机失去动力，威胁设备及人员安全。
基于此，本发明实施例提供的一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机，该控制系统设置有交流供电子系统和电池组供电子系统，在电动挖掘机处于正常的插电工作模式下，交流供电子系统为挖掘机供电，电池组供电子系统充当故障应急电源使用。当外接电源出现故障时，可以通过电池组供电子系统供电，从而保障设备及人员安全。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电动挖掘机的控制系统控装置进行详细介绍。
请参见图1，本发明实施例提供一种电动挖掘机的控制系统，该控制系统包括动力子系统5、交流供电子系统、电池组供电子系统和控制子系统。
交流供电子系统，通过第一继电器701与动力子系统5连接；交流供电子系统，能够在电动挖掘机处于正常插电工作模式下对动力子系统5进行供电。电池组供电子系统，通过第二继电器9与动力子系统5连接；电池组供电子系统，能够在交流供电子系统供电故障时对动力子系统5进行供电。
交流供电子系统供电正常时，第一继电器701闭合，第二继电器9断开；交流供电子系统与动力子系统连通，交流供电子系统为动力子系统供电。
控制子系统，用于在交流供电子系统供电故障时，控制第二继电器9闭合；电池组供电子系统与动力子系统连通，电池组供电子系统为动力子系统供电。
由于在控制系统中设置有电池组供电子系统，当外接电源出现故障时，可以通过电池组供电子系统作为备用电源为动力子系统临时供电，从而保障设备及人员安全。
在一些实施例中，请参见图2，该交流供电子系统，包括交流插座2、交流直流转换器1；交流插座2外接有交流电源；交流插座2与交流直流转换器1连接；交流直流转换器1通过第一继电器701与动力子系统连接；第一继电器701闭合时，交流直流转换器1将外接交流电转换成直流电为动力子系统5供电。
在一些实施例中，请参见图2，该控制子系统包括数据采集模块12，数据采集模块12包括电压采样电路、电流传感器和温度传感器。该电压采样电路与交流供电子系统连接，电压采样电路用于采集交流供电子系统的电压强度数据。该电流传感器与交流供电子系统连接，电流传感器用于采集交流供电子系统的电流强度数据。该温度传感器与交流供电子系统连接，温度传感器用于采集交流供电子系统的温度数据。通过数据采集模块能够实时采集交流供电子系统的运行数据，进而便于得知交流供电子系统的运行状态。
例如，数据采集模块12包括电压采样电路1204、第一电流传感器1201、第一温度传感器1202、第二电流传感器1205、第二温度传感器1203。第一电流传感器1201与交流插座2连接，第一电流传感器1201用于采集交流插座2的电流强度数据。第一温度传感器1202与交流插座2连接，第一温度传感器1202用于采集交流插座2的温度数据。电压采样电路1204与交流直流转换器1连接；电压采样电路用于采集交流直流转换器1输入端的电压强度数据。第二电流传感器1205与交流直流转换器1连接，第二电流传感器用于采集交流直流转换器1的电流强度数据。第二温度传感器1203与交流直流转换器1连接，第二温度传感器1203用于采集交流直流转换器1的温度数据。
在一些实施例中，请参见图2，该控制子系统还包括第一控制器3，第一控制器3通过通讯总线分别与交流供电子系统、电池组供电子系统和动力子系统5连接。
在一些实施例中，请参见图2，该电池组供电子系统包括动力电池组件8，动力电池组件8包括动力电池组以及安装在动力电池组上的电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)，BMS能够实时监测动力电池组的运行数据。
在一些实施例中，请参见图2，该动力子系统5，包括第二控制器501和电机，第二控制器501具体可采用微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)；第二控制器501与电机502连接，电机传动连接有液压泵6，通过第二控制器501控制电机502输出转矩和转速，电机驱动液压泵进而带动电动挖掘机的液压系统运行。
在一些实施例中，请参见图2，该控制子系统包括第一控制器3，第一控制器3具体可采用新能源汽车的整机控制器(Vehicle Control Unit，VCU)；第一控制器3通过通讯总线分别与交流插座2、交流直流转换器1、动力电池组、BMS和第二控制器501连接；通讯总线具体可采用整车控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)。
在一些实施例中，请参见图2，第一控制器3与第一继电器701连接；第一控制器3，用于在交流供电子系统供电正常时控制第一继电器闭合，还用于在交流供电子系统供电故障时控制第一继电器断开。
例如，在交流插座2和交流直流转换器1同时正常工作时，第一控制器3控制第一继电器701闭合。在交流插座2工作故障或交流直流转换器1工作故障时，第一控制器3控制第一继电器701断开。
交流直流转换器1通过第三继电器702与电池组供电子系统连接；在第三继电器闭合时，交流直流转换器1能够将外接交流电转换成直流电为电池组供电子系统充电。
例如，交流直流转换器1通过第三继电器702与动力电池组件8中的动力电池连接；交流直流转换器1，用于在第三继电器702闭合时将外接交流电转换成直流电为动力电池组充电。
第一控制器3与第三继电器702连接；在电池组供电子系统需要充电时，第一控制器控制第三继电器702闭合；在交流供电子系统供电正常时，第一控制器3控制第三继电器702断开。
在一些实施例中，请参见图2，第一继电器701和第三继电器702可通过分配盒7集成在一起，以节省空间。
在一些实施例中，请参见图2，该电动挖掘机的控制系统还包括人机交互组件4，该人机交互组件4通过通讯总线与第一控制器连接，通讯总线具体可采用整车CAN。
例如，该人机交互组件4包括模式切换仪表，模式切换仪表用于接收用户指令，以确定电动挖掘机当前所处模式；其中，电动挖掘机的模式包括工作模式和充电模式；其中，工作模式包括插电工作模式和纯电工作模式。
在一些实施例中，请参见图2，该控制系统还包括先导电路，该先导电路与第一控制器3连接，先导电路中设置有先导开关10，闭合先导开关10能够使先导电路与第一控制器3连通。
第一控制器3设置有ON开关，通过钥匙11控制ON开关，操作钥匙11能够触发ON开关向第一控制器3发出START信号，进而使第一控制器3控制电动挖掘机进入准备工作的状态；闭合先导开关10，先导电路与第一控制器3连通，进而通过先导电路先导触发第一控制器3进入工作状态，进而使第一控制器3控制已经处于准备工作状态的挖掘机进入放电工作模式。
本实施例还提供了一种电动挖掘机，包括上述的控制系统。具体的，该电动挖掘机包括挖掘机主体以及控制系统；控制系统设置在挖掘机主体上，且控制系统与挖掘机主体电连接。
本实施例提供的电动挖掘机与上述的控制系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明提供了一种电动挖掘机的控制系统及电动挖掘机，由于控制系统中设置有电池组供电子系统，在外接电源出现故障时，可以通过电池组供电子系统供电，从而保障设备及人员安全。
工作原理：在正常的插电工作模式下，通过电缆自动收放装置连接电网配电柜与交流供电子系统中的交流直流转换器1，交流直流转换器1将电网交流电整流成挖掘机适用的直流电源，直流电源直接供给第二控制器501驱动电机502，此工作模式中，电池组供电子系统充当故障应急电源使用。
具体工作流程请参阅图4首先把电动挖掘机的交流插枪接入交流插座2，接通交流电源；操作钥匙触发ON开关闭合，电动挖掘机整车上的所有电气部件被唤醒，第一控制器3检测到交流插座2发送的CC信号后，第一控制器3分别向交流直流转换器1、BMS、第二控制器501和模式切换仪表发出唤醒信号Hx，模式切换仪表检测到唤醒信号Hx后跳出工作模式选择界面(请参阅图3)；选择“工作模式”后，模式切换仪表将工作模式请求信息上传CAN总线，第一控制器3接收到工作模式请求信息后，第一控制器3在CAN总线上向交流直流转换器1下达运行指令；交流直流转换器1接到运行指令后，通过数据采集模块12采集交流直流转换器1的交流输入端的电压、电流、温度等信息进行自诊断，确认无异常后，交流直流转换器1开机运行并向CAN线上报运行状态；第一控制器3接收到交流直流转换器1正常运行状态后，第一控制器3控制第一继电器701闭合，使交流直流转换器1与第二控制器501导通；第一控制器3控制第二继电器9断开，使动力电池组与第二控制器断开；第一控制器3控制第三继电器702断开，使交流直流转换器1与动力电池组断开；在CAN总线上传继电器各自的运行状态，第二控制器501高压上电完成；操作钥匙触发ON开关发出START信号，第一控制器3检测到START信号后控制挖掘机进入READY状态，闭合先导开关10接通先导电路，第一控制器3接收到先导信号XD即可进入工作模式。
工作模式又可分成插电工作模式和纯电工工作模式；在插电工作模式下，交流直流转换器1将电网交流电整流成电动挖掘机适用的直流电源，直流电源直接供电给第二控制器501驱动电机502输出转速和转矩，进而带动液压泵6驱动挖掘机的液压系统，此工作模式中，动力电池组充当故障应急电源使用。
当电动挖掘机正在插电工作模式下进行作业时，外接交流电源突然断电或交流直流转换器1自身故障停止运行，交流直流转换器1立即在CAN总线上报运行故障状态，第一控制器3接收到故障信息后，第一控制器3控制第一继电器701断开，使交流直流转换器1与第二控制器501断开；第一控制器3控制第二继电器9闭合，使动力电池组与第二控制器501连通；由动力电池组提供动力电源，维持电动挖掘机的正常运行，此时电动挖掘机进入纯电工作模式，同时人机交互组件4中的仪表接收到故障信息后，通过仪表屏幕闪烁或者声音报警等方式提示挖掘机操作员停机检修。
当挖掘机在纯电工作模式下，BMS实时监测动力电池组的运行状态，当挖掘机在没有外接交流电源情况下，操作钥匙触发ON开关闭合，电动挖掘机整车上的所有电气部件被唤醒，第一控制器3分别向交流直流转换器1、BMS、第二控制器501和模式切换仪表发出唤醒信号Hx，第二继电器9闭合，第二控制器高压上电完成；操作钥匙开关发出START信号，第一控制器3检测到START信号，挖掘机进入READY模式，闭合先导开关10接通先导电路，第一控制器3接收到先导信号XD即可进入工作模式，进入纯电工作模式下的放电工作过程即可进行作业。此工作回路由动力电池组、BMS、第二控制器501、电机502组成。
当动力电池电量被耗尽后，把电动挖掘机的交流插枪插入交流插座2，接通交流电源，第一控制器3检测到交流插座2发送的CC信号后，第一控制器3分别向交流直流转换器1、BMS、第二控制器501和模式切换仪表发出唤醒信号Hx，模式切换仪表检测到唤醒信号Hx后跳出工作模式选择界面(请参阅图3)；选择“充电模式”后，仪表将充电模式请求信息上传CAN总线，第一控制器3接收到充电模式请求信息后，在CAN总线上下达可充电指令，交流直流转换器1和BMS接到运行指令后，通过数据采集模块12采集交流直流转换器1的交流输入端的电压、电流、温度等信息进行自诊断，确认无异常后，进行充电交互，BMS向CAN总线上报运行状态及充电电压、充电电流、SOC、充电温度等充电信息，仪表实时接收显示充电信息，即进入充电模式。若充电过程中，检测到过温、过流、绝缘值降低严重故障信息，第一控制器3立即下达停止充电指令，交流直流转换器1及动力电池停止充电，仪表显示故障信息。充电工作模式由交流插枪、交流插座2、交流直流转换器1、第三继电器702、动力电池组、BMS组成。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。
