技术领域
[0001] 本发明创造属于多源动力矿车的技术领域，具体涉及了一种矿用车多源动力切换控制方法及系统。
相关背景技术
[0002] 电动轮自卸矿车大多采用柴油机作为动力源，由柴油机带动发电机给变流器供电，驱动主牵引电机。而采用柴油机作为动力源的电动轮自卸矿车存在以下缺点：1)受柴油机功率限制，满载上坡速度慢，严重影响了生产效率，且燃油消耗大。2)柴油机的废气排放会造成严重的空气污染问题。3)下坡制动的能量全部由制动电阻消耗，制动能量无法回收，存在能量浪费的情况。
[0003] 为克服上述缺点，当前采用了一种电池与架线电源的双能源系统，可以实现在外部电源驱动电机工作的同时向电池组充电，但电池和架线电源不能同时在线，使用架线电源时需要切开电池部分。
[0004] 随着矿车电驱系统集成度的提高，变流器除了负责主主牵引电机的控制之外，还承担了各类辅助电源设备的控制，如转向电机、空调、液压泵、双向DC‑DC模块等，该类辅助电源设备在启机之后就不能轻易停机，否则会影响矿车的安全运行，其次受限于矿山复杂的环境条件，无法在运行道路中停车切换电池和架线电源。因此需要一种多动力源无感切换的控制方法。
具体实施方式
[0049] 为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0050] 在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
[0051] 如果申请文件中出现“第一\第二\第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
[0052] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
[0053] 实施例一
[0054] 随着矿车电驱系统集成度的提高，变流器除了负责主牵引电机的控制之外，还承担了各类辅助电源设备的控制，如转向电机、空调、液压泵、双向DC‑DC模块等，该类辅助电源设备在启机之后就不能轻易停机，否则会影响矿车的安全运行，其次受限于矿山复杂的环境条件，无法在运行道路中停车切换电池和架线电源。因此本实施例提供了一种动力源供电系统，以及应用于所述动力源供电系统的一种矿用车多源动力切换控制方法。
[0055] 如图1所示，所述动力源供电系统包括动力电池单元7、受电弓高压电气柜6和双向DC‑DC模块1、辅助逆变模块2和主逆变模块4。其中：
[0056] 所述受电弓高压电气柜6用于利用架线电网为所述动力电池单元7充电，以及为所述矿用车的辅助电机设备M2和主牵引电机M1供电。所述受电弓高压电器柜6包括受电弓接触器、断路器、电压传感器等，还用于检测架线电网电压、受电弓位置信号。
[0057] 所述动力电池单元7用于提供直流电，给所述矿用车的主牵引电机M1和所述辅助电机设备M2供电。在一些实施例中，所述动力电池单元7替换为多组动力电池单元或者柴油发电机组。
[0058] 所述辅助逆变模块2用于将交流电变为频率、赋幅值可调的交流电，驱动矿用车的辅助电机设备M2。所述辅助电机设备M2包括矿用车的转向电机、液压泵等，用于为所述矿用车提供液压动力。
[0059] 所述主逆变模块4用于将直流电变为频率、赋幅值可调的交流电，驱动所述矿用车的主牵引电机M1。所述主牵引电机M1用于驱动所述矿用车。
[0060] 所述双向DC‑DC模块1用于控制动力电池单元7的充电或放电。
[0061] 本实施例提供了一种矿用车多源动力切换控制方法，本实施例的控制方法包括：
[0062] 动力电池单元7供电切换为架线电网供电：当检测到的矿用车车速大于预设矿用车车速、所述主牵引电机M1的工作模式为牵引模式，且驾驶室的升弓信号有效时，控制受电弓升弓，然后根据实时检测到的受电弓位置信号、架线电网电压、架线电流，控制双向DC‑DC模块1、辅助电机设备M2、主牵引电机M1的工作模式，以将动力电池单元7供电切换为架线电网供电；
[0063] 架线电网供电切换为动力电池单元7供电：当检测到的驾驶室的降弓信号有效或者检测到的架线电网电压低于设定电压范围时，控制辅助电机设备M2、主牵引电机M1的工作模式，然后根据实时检测到的架线电流，控制受电弓降弓，以及控制双向DC‑DC模块1的工作模式，以将架线电网供电切换为动力电池单元7供电。
[0064] 在一些实施例中，如图2所示，所述将动力电池单元7供电切换为架线电网供电，包括：
[0065] 步骤S11，检测矿用车车速、主牵引电机M1的工作模式和驾驶室的升弓信号；当检测到的矿用车车速大于预设矿用车车速、所述主牵引电机M1的工作模式为牵引模式，且驾驶室的升弓信号有效时，则判断允许切换为架线电网供电，控制受电弓升弓。在一些实施例中所述预设矿用车车速为5km/h。
[0066] 步骤S12，检测受电弓的位置信号和架线电网电压；当检测到的受电弓的位置信号为升弓到位，且架线电网电压处于预设电压范围内时，则判断受电弓升到位。
[0067] 步骤S13，控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电高稳压模式。即将变流器直流母线电压控制在略高于架线电网电压(架线电网电压+50V)的范围，防止切换过程中有较大冲击。在一些实施例中，预设电压范围为额定电压的±10％范围。
[0068] 步骤S14，检测架线电流；当检测到的架线电流小于预设电流时，闭合所述受电弓高压电气柜6侧的接触器KM3、KM4，并调节所述双向DC‑DC模块1的输出电压，使所述双向DC‑DC模块1的输出功率由动力电池单元7向架线电网转移；直到所述双向DC‑DC模块1的输出功率降低至预设功率时，控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为充电限流模式。此时，所述架线电网同时向所述主牵引电机M1、所述辅助电机设备M2和所述动力电池单元7供电。在一些实施例中预设电流为50A，预设功率为额定功率的5％。
[0069] 在一些实施例中，在将动力电池单元7供电切换为架线电网供电的过程中，步骤S12，检测受电弓的位置信号和架线电网电压，当检测到的受电弓的位置信号为升弓到位，而架线电网电压跌落时，判断出现受电弓跳弓的情况。此时，控制所述辅助电机设备M2和所述主牵引电机M1的工作模式均切换为微制动降速模式，即辅助电机设备M2、主牵引电机M1由牵引模式切换为制动模式，但控制电机制动力矩为额定力矩的5％～10％左右，让辅助电机设备M2和主牵引电机M1均以一个较小的下降斜率来降低转速，降低主回路能量的消耗。同时控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电正常稳压模式，当所述双向DC‑DC模块1完成放电正常稳压模式切换，控制辅助电机设备M2、主牵引电机M1的工作模式切换为牵引模式，整个切换时间为20ms级响应。
[0070] 在一些实施例中，如图3所示，所述将架线电网供电切换为动力电池单元7供电，包括：
[0071] 步骤S21，当检测到的驾驶室的降弓信号有效或者检测到的架线电网电压低于设定电压范围时，控制所述辅助电机设备M2和所述主牵引电机M1的工作模式均切换为微制动降速模式，同时控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电高稳压模式，以使所述双向DC‑DC模块1的输出电压略高于架线电网电压。
[0072] 步骤S22，检测架线电流；当检测到的架线电流小于预设电流时，控制受电弓降弓，并断开所述受电弓高压电气柜6侧的接触器KM3、KM4。
[0073] 步骤S23，检测受电弓的位置信号；当检测到的受电弓的位置信号为降弓到位时，控制所述双向DC‑DC模块1进入放电正常稳压模式。此时，所述动力电池单元7同时向所述主牵引电机M1和所述辅助电机设备M2供电。
[0074] 在一些实施例中，在矿用车控制电上电后处于待机状态，所有接触器KM1、KM2、KM3、KM4均处于断开状态，默认进入纯电池模式。在所述矿用车初始开机时，所述控制方法还包括：
[0075] 步骤S31，驾驶室的强电指令开关有效后，闭合所述动力电池单元7侧的接触器KM2，所述动力电池单元7对变流器直流回路进行预充电。
[0076] 步骤S32，充电完成后，闭合所述双向DC‑DC模块1侧的接触器KM1。所述双向DC‑DC模块1侧的接触器KM1闭合后，启动所述辅助逆变模块2驱动辅助电机设备M2工作。
[0077] 步骤S33，检测到司机挂挡后，启动主逆变模,4驱动所述主牵引电机M1。
[0078] 步骤S34，根据所述主牵引电机M1当前的工作模式和所述动力电池单元7的剩余电量值，动态切换所述双向DC‑DC模块1的工作模式为充电限流模式或放电稳压模式。示例地：
[0079] 当所述主牵引电机M1的工况为处于发电机模式，控制双向DC‑DC模块1的工作模式切换为充电限流模式，维持母线电压稳定的前提下向动力电池单元7充电；
[0080] 当所述主牵引电机M1的工况为处于电动机模式，控制双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电稳压模式，维持中间电压稳定。
[0081] 本实施例具有的有益效果为：1.实现动力电池单元7与架线电网可同时在线供电，且实现无缝切换动力电池单元7与架线电网进行供电，从而满足辅助电源相关设备在动力源切换过程中不停机的需求。2.自动控制动力源的切换，简化司机操作，提升矿用车驾驶体验，提升系统的可靠性和稳定性。3.自动识别受电弓的状态，不需要根据地面导标设备的状态判断是否升降受电弓，以控制进入或退出架线电网，降低架线设备安装的复杂度，提升系统可靠性。
[0082] 实施例二
[0083] 本实施例提供了一种矿用车多源动力切换控制系统，应用于实施例一中所述的一种动力源供电系统。如图4所示，所述控制系统包括IO控制单元300、信息采集单元100和变流器主控制单元200，其中：
[0084] 所述IO控制单元300用于检测驾驶室的升弓信号和降弓信号，以及根据受电弓升弓指令或受电弓降弓指令分别控制受电弓的升弓或降弓。所述IO控制单元300还用于根据接触器断开或闭合指令，控制相应的接触器断开或者闭合。
[0085] 所述信息采集单元100用于检测受电弓的位置信号、架线电网电压和架线电流。
[0086] 所述变流器主控制单元200，用于根据检测到的矿用车车速、主牵引电机M1的工作模式、架线电网电压，以及驾驶室的升弓信号和降弓信号，判断是否允许将动力电池单元7供电切换为架线电网供电，或者将架线电网供电切换为动力电池单元7供电；然后通过控制受电弓的位置，以及双向DC‑DC模块1、辅助电机设备M2、主牵引电机M1的工作模式，对架线电网与动力电池单元7之间的供电切换。
[0087] 在一些实施例中，动力电池供电切换为架线电网供电的过程为：
[0088] 所述变流器主控制单元200获取矿用车车速和所述主牵引电机M1的工作模式，当矿用车车速大于预设矿用车车速、所述主牵引电机M1的工作模式为牵引模式，且检测到的驾驶室的升弓信号有效时，则判断允许切换为架线电网供电。此时，变流器主控制单元200向IO控制模块发送受电弓升弓指令，并且实时获取受电弓位置信号和架线电网电压，当检测到的受电弓的位置信号为升弓到位，且架线电网电压处于预设电压范围内时，则判断受电弓升到位。
[0089] 此时，所述变流器主控制单元200控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电高稳压模式。在一些实施例中，预设电压范围为额定电压的±10％范围。即将变流器直流母线电压控制在略高于架线电网电压(架线电网电压+50V)的范围，防止切换过程中有较大冲击。
[0090] 然后，所述变流器主控制单元200实时获取架线电流，当检测到的架线电流小于预设电流时，向IO控制单元300发送闭合所述受电弓高压电气柜6侧的接触器KM3、KM4的指令，并调节所述双向DC‑DC模块1的输出电压，使所述双向DC‑DC模块1的输出功率由动力电池单元7向架线电网转移。直到所述双向DC‑DC模块1的输出功率降低至预设功率时，所述变流器主控制单元200控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为充电限流模式。此时，所述架线电网同时向所述主牵引电机M1、所述辅助电机设备M2和所述动力电池单元7供电。在一些实施例中预设电流为50A，预设功率为额定功率的5％。
[0091] 在一些实施例中，架线电网供电切换为动力电池供电的过程为：
[0092] 所述信息采集单元100检测到驾驶室的降弓信号有效或者检测到的架线电网电压低于设定电压范围时，所述变流器主控制单元200控制所述辅助电机设备M2和所述主牵引电机M1的工作模式均切换为微制动降速模式，同时控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电高稳压模式，以使所述双向DC‑DC模块1的输出电压略高于架线电网电压。
[0093] 所述变流器主控制单元200实时获取架线电流；当获取到的架线电流小于预设电流时，向所述IO控制单元300发送受电弓降弓指令和断开所述受电弓高压电气柜6侧的接触器KM3、KM4的指令。
[0094] 所述变流器主控制单元200实时获取受电弓的位置信号；当获取到的受电弓的位置信号为降弓到位时，控制所述双向DC‑DC模块1进入放电正常稳压模式。此时，所述动力电池单元7同时向所述主牵引电机M1和所述辅助电机设备M2供电。
[0095] 在一些实施例中，在将动力电池单元7供电切换为架线电网供电的过程中，所述变流器主控制单元200获取到的受电弓的位置信号为升弓到位，而架线电网电压跌落时，则判断出现受电弓跳弓的情况。所述变流器主控制单元200控制所述辅助电机设备M2和所述主牵引电机M1的工作模式均切换为微制动降速模式，即辅助电机设备M2、主牵引电机M1的工作模式均由牵引模式切换为制动模式，但控制电机制动力矩为额定力矩的5％～10％左右，让辅助电机设备M2和主牵引电机M1以一个较小的下降斜率来降低转速，降低主回路能量的消耗。同时，所述变流器主控制单元200控制所述双向DC‑DC模块1的工作模式切换为放电正常稳压模式，即所述双向DC‑DC模块1的输出电压为额定电压，以维持直流母线电压的稳定。当双向DC‑DC模块1完成放电正常稳压模式的切换后，VCU主控单元8控制辅助电机设备M2、主牵引电机M1恢复到正常的牵引状态，整个切换时间为20ms级响应。
[0096] 本实施例具有的有益效果为：1.实现动力电池单元7与架线电网可同时在线供电，且实现无缝切换动力电池单元7与架线电网进行供电，从而满足辅助电源相关设备在动力源切换过程中不停机的需求。2.自动控制动力源的切换，简化司机操作，提升矿用车驾驶体验，提升系统的可靠性和稳定性。3.自动识别受电弓的状态，不需要根据地面导标设备的状态判断是否升降受电弓，以控制进入或退出架线电网，降低架线设备安装的复杂度，提升系统可靠性。
[0097] 实施例三
[0098] 本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以实现如上述实施例中的方法步骤，本实施例在此不再重复赘述。
[0099] 其中，计算机可读存储介质还可单独包括计算机程序、数据文件、数据结构等，或者包括其组合。计算机可读存储介质或计算机程序可被计算机软件领域的技术人员具体设计和理解，或计算机可读存储介质对计算机软件领域的技术人员而言可以是公知和可用的。计算机可读存储介质的示例包括：磁性介质，例如硬盘、软盘和磁带；光学介质，例如，CDROM盘和DVD；磁光介质，例如，光盘；和硬件装置，具体被配置以存储和执行计算机程序，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存；或服务器、app应用商城等。计算机程序的示例包括机器代码(例如，由编译器产生的代码)和包含高级代码的文件，可由计算机通过使用解释器来执行高级代码。所描述的硬件装置可被配置为用作一个或多个软件模块，以执行以上描述的操作和方法，反之亦然。另外，计算机可读存储介质可分布在联网的计算机系统中，可以分散的方式存储和执行程序代码或计算机程序。
[0100] 实施例四
[0101] 图5为本申请实施例提供的一种电子设备的连接框图，如图5所示，该电子设备400可以包括：一个或多个处理器410，存储器420，多媒体组件430，输入/输出(I/O)接口440，以及通信组件450。
[0102] 其中，处理器410用于执行如实施例一方法中的全部或部分步骤。存储器420用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。
[0103] 所述处理器410可以是专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例中的方法。
[0104] 所述存储器420可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read‑Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read‑Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read‑Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read‑Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
[0105] 多媒体组件430可以包括屏幕和音频组件，该屏幕可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器或通过通信组件发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。
[0106] I/O接口440为处理器410和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。
[0107] 通信组件450用于该电子设备400与其他设备之间进行有线或无线通信。
[0108] 有线通信包括通过网口、串口等进行通信；无线通信包括：Wi‑Fi、蓝牙、近场通信(Near Field Communication，简称NFC)、2G、3G、4G、5G，或它们中的一种或几种的组合。因此相应的该通信组件450可以包括：Wi‑Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
[0109] 另外应该理解到，在本申请所提供的实施例中所揭露的方法或系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的方法或系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的方法和装置的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、计算机程序段或计算机程序的一部分，模块、计算机程序段或计算机程序的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的计算机程序。
[0110] 也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生，实际上也可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机程序的组合来实现。
[0111] 在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、装置或者设备中还存在另外的相同要素；如果有描述到“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系；在本申请的描述中，除非另有说明，术语“多个”、“多”的含义是指至少两个；如果有描述到服务器，需要说明的是，服务器可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是能够提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器；在本申请中如果有描述到智能终端或移动设备，需要说明的是，智能终端或移动设备可以是手机、平板电脑、智能手表、上网本、可穿戴电子设备、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、增强现实技术设备(Augmented Reality，AR)、虚拟现实设备(Virtual Reality，VR)、智能电视、智能音响、个人计算机(Personal Computer，PC)等，但并不局限于此，本申请对智能终端或移动设备的具体形式不做特殊限定。
[0112] 最后需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“一个示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式进行结合。
[0113] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例都是示例性的，所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
