CN109378884B - 基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高空作业设备技术领域，公开了基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统、方法及其高空作业设备，方法包括以下步骤：S1.电池管理系统根据实时检测到的锂电池的电池总电压、单体电压、单体温度、放电电流和SOC进行故障分级，并发送至控制系统；S2.控制系统获取锂电池故障信息和负载信息，并作出以下控制：S21.对于锂电池故障信息处理：控制系统根据故障分级定义限制或停止负载的输出；当停止负载的输出时，此时控制系统延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；S22.对于负载信息处理：当负载出现故障，控制系统停止负载输出，并延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器。

Description

基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统及方法

技术领域

本发明属于高空作业设备技术领域，更具体地，提供一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统、方法及其高空作业设备。

背景技术

高空作业设备是一种将工作人员、机器设备举升至高空指定位置，以便从事安装、检修、救援等作业的专用设备，如消防车、高空作业平台、高空作业设备等，随着环保的要求越来越高，目前纯电动已成为未来的趋势，高空作业设备最常使用的储能装置是铅酸蓄电池，然而铅酸蓄电池使用寿命较短，一般为两年左右，能量密度低，充电时间较长，需要8个小时以上，并且每隔一段时间需要进行维护，增加工作量。

相比铅酸电池系统，锂电池系统具有更长的循环寿命、更佳的放电性能、更大的能量密度、更方便的维护管理和更快捷的充电方式，目前将锂电池直接替换铅酸电池的方案，电池管理系统和整车控制系统没有进行通讯，控制器不能对锂电池的故障进行相应的控制，存在较大的安全隐患，同时也影响工作效率。

电池管理系统的英文缩写为BMS，主要功能是监控、管理和保护锂电池，可对锂电池提供过充、过放、过流、过温、欠温等保护，并且实时检测电池的实时电压、充放电电流、单体温度和电压、故障状态等信息。

中国专利CN201810248915.2公开了一种锂电池电源控制系统和高空作业车，通过电源管理系统来控制锂电池的充电和放电过程，有效的保护锂电池，避免锂电池因为过充和过放导致锂电池损坏；该专利中电源管理系统电池管理系统为现有技术，其对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，在充电以及放电过程中根据不同阈值来切断充电或放电从而达到保护锂电池的作用，因此，上述专利其主要目的在于对锂电池的保护，而实现上述保护的电池管理系统则为现有技术。

发明内容

针对现有技术中电池管理系统和整车控制系统没有进行通讯，控制器不能对锂电池的故障进行相应的控制，存在较大的安全隐患，同时也影响工作效率的问题，本发明提供一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

提供一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，包括以下步骤：

S1.电池管理系统根据实时检测到的锂电池的电池总电压、单体电压、单体温度、放电电流和SOC进行故障分级，并发送至控制系统；

S2.控制系统获取锂电池故障信息和负载信息，并作出以下控制：

S21.对于锂电池故障信息处理：控制系统根据故障分级定义限制或停止负载的输出；当停止负载的输出时，此时控制系统延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

S22.对于负载信息处理：当负载出现故障，控制系统停止负载输出，并延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

其中，限制负载的输出是指限制上装动作，所述上装动作包括伸缩机构的举升以及转台的旋转，停止负载的输出是指停止上装动作或/和行走动作。

进一步地，步骤S1中所述电池总电压故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当电池总电压低于第三预设值限制上装动作，当电池总电压低于第二预设值时停止上装动作，当电池总电压低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

进一步地，步骤S1中所述单体电压故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当单体电压低于第三预设值限制上装动作，当单体电压低于第二预设值时停止上装动作，当单体电压低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

进一步地，步骤S1中所述单体温度和放电电流故障分级为二级，分别为第一预设值和第二预设值，当单体温度或放电电流在第一预设值和第二预设值之间限制负载的输出，大于等于第二预设值停止负载的输出。

进一步地，步骤S1中所述单体温度的第一预设值为55～60℃，第二预设值为60～65℃，限制负载的输出功率为最大功率的60～80％。

进一步地，步骤S1中所述SOC故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当SOC低于第三预设值限制上装动作，当SOC低于第二预设值时停止上装动作，当SOC低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

进一步地，步骤S1中所述SOC的第一预设值为5％，第二预设值为10％，第三预设值为20％，当10％≤SOC＜20％，限制上装动作，功率是最大功率的60～80％，行走动作功率不限，当5％≤SOC＜10％，停止上装动作，当SOC＜5％，停止上装动作和行走动作。

进一步地，还包括：

S3.停止负载输出后，待故障排除完毕，此时通过钥匙开关重启，控制系统检测整机无故障后发上电指令给电池管理系统，电池管理系统控制锂电池内的主接触器吸合。

本发明的另一目的在于提供一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统，包括电池管理系统和控制系统，所述电源管理系统根据检测到的锂电池状态进行故障分级并发送至控制系统，控制系统根据电池故障信息和负载信息限制或停止负载的输出，同时反馈给电源管理系统。

本发明还提供一种采用上述基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统的高空作业设备。

与现有技术相比，有益效果：

本发明基于电池管理系统采用故障分级，既保护到了锂电池同时也兼顾到工作效率，在锂电池放电过程中将锂电池信息进行故障分级，对于一般故障只需限制功率，然后提醒客户及时排除故障，保护锂电池的同时又不至于使用户的作业效率受到大的影响；当发生严重故障的时才断开锂电池内的主接触器，停止供电以保护锂电池。

本发明基于电池管理系统采用交互控制，负载信息和锂电池故障信息都由控制系统进行处理，当锂电池出现严重故障时，控制系统停止负载输出，延迟反馈给电池管理系统后才断开锂电池内的主接触器，当负载出现故障时，控制系统也是先停止负载输出，延迟反馈给电池管理系统后才断开锂电池内的主接触器，控制系统与电池管理系统之间通过信息交换反馈，可以相互控制，不仅能帮助用户准确掌控整机的工作状态，而且能有效提高锂电池高空中作业平台的安全性和可靠性，让事故防范于未然，使工作效率得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法流程图。

图2剪叉式高空作业平台结构示意图。

图3电池管理系统与控制系统信息交互示意图。

其中，1-操作平台，2-底盘，3-电源系统，4-控制系统，5-行走系统，6-举升系统，7-PCU及操作手柄。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法,包括以下步骤：

S1.电池管理系统根据实时检测到的锂电池的电池总电压、单体电压、单体温度、放电电流和SOC进行故障分级，并发送至控制系统；

S2.控制系统获取锂电池故障信息和负载信息，并作出以下控制：

S21.对于锂电池故障信息处理：控制系统根据故障分级定义限制或停止负载的输出；当停止负载的输出时，此时控制系统延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

S22.对于负载信息处理：当负载出现故障，控制系统停止负载输出，并延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

S3.停止负载输出后，待故障排除完毕，此时通过钥匙开关重启，控制系统检测整机无故障后发上电指令给电池管理系统，电池管理系统控制锂电池内的主接触器吸合。

步骤S1中，电池管理系统通过CAN总线将信息发送给控制系统，控制系统接收做出相应的控制。

步骤S1中，故障分级的设置根据不同高空作业设备以及锂电池的参数，结合实际工作状况进行设置，至少分为两级，分别为一般故障(限制负载)和严重故障(停止负载、停止锂电池放电)。

步骤S2中，负载根据不同的高空作业设备其负载也不相同，如剪叉式高空作业车，一般由底架、剪叉叉臂、工作平台、液压系统、电气系统组成。主控制器控制电机控制器，电机控制器控制电机的开启与转速，电机驱动液压泵转动，液压泵向液压系统提供液压能量，主控制器控制液压系统中液压阀的通断，负载就包括液压系统的液压阀、电气系统中的电机控制器、电机等。

步骤S2中，控制系统获取锂电池故障信息具体如下:

电池管理系统按照一定周期实时发送锂电池总电压、单体电压和温度、放电电流、SOC、SOH、主接触器状态、电池管理系统故障信息等，对于一般的参数信息，控制系统接收后发到显示屏显示，用户可通过显示屏上的按键查询，便于用户实时掌控锂电池状态，当锂电池发生故障时，电池管理系统会以故障代码的形式将故障信息发送给控制系统，减少通讯传输的数据量。控制系统接收后解析故障代码，在显示屏上显示具体故障信息，输出声光报警信号，根据故障定义的等级做出相应的控制，同时在历史故障存储器中记录故障。

步骤S2中，控制系统获取负载信息可以通过总线CAN或PWM脉冲波获取。

步骤S21中，限制负载的输出是指限制上装动作，所述上装动作包括伸缩机构的举升以及转台的旋转，步骤S21和步骤S22中停止负载的输出是指停止上装动作或/和行走动作，优先级是先限制上装动作、再停止上装动作，最后停止行走动作。

步骤S21和步骤S22中控制系统延迟发送指令给电池管理系统主要目的是考虑到故障可能会自动恢复，延迟时间通常在数秒左右，在此时间段内故障如自动恢复，则电池管理系统无需发送指令给电池管理系统，避免误判造成停机，而如果是电池管理系统直接断开锂电池内的主接触器，很容易造成主接触器烧坏。

步骤S3中，由于电气系统的动力部分(如电机)和非动力部分(如控制系统)是分开供电，所以主接触器断开的回路是动力回路，而非动力部分还是可以正常工作。故障排除后，非动力部分需重新上电，控制系统检测整机无故障后发上电指令给电池管理系统，然后电池管理系统控制主接触器吸合，动力部分恢复供电。

本实施例中具体故障分级如下：

对于电池总电压、单体电压、SOC，可以将故障分级分为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当其中任意一个值低于第三预设值时限制上装动作(一般故障)，低于第二预设值时停止上装动作(一般故障)，低于第一预设值时停止上装动作和行走动作(严重故障)。

其中以SOC为例，高空作业设备为剪叉式高空作业平台，第一预设值为5％，第二预设值为10％，第三预设值为20％，当10％≤SOC＜20％，限制上装动作，功率是最大功率的60～80％，行走动作功率不限，当5％≤SOC＜10％，停止上装动作，当SOC＜5％，停止上装动作和行走动作，切断动力输出。

剪叉高空作业平台的主要动作是举升，消耗功率较大；行走是辅助动作，消耗功率较小。当电池亏电时，应当优先行走动作，使得整机能顺利移动至充电插座处进行充电。电池SOC在20％至100％区间是其正常的放电范围，动作和功率不受限制；电池SOC在10％至20％区间，电量开始不足，但还能够维持一段时间的举升动作，因此为了安全和实际作业的需要，采取降低举升功率(60～80％)的控制方法；电池SOC在5％至10％区间，电量明显不足，只能优先行走动作并禁止举升，使其顺利移动至充电插座处充电；电池SOC小于5％时，为了保护电池，应切断动力输出，停止电池放电。

对于单体温度和放电电流，可以将故障分为两级，分别为第一预设值和第二预设值，当单体温度或放电电流在第一预设值和第二预设值之间限制负载的输出(一般故障)，大于等于第二预设值停止负载的输出(严重故障)。

其中以单体温度为例，高空作业设备为剪叉式高空作业平台，单体温度的第一预设值为55～60℃，第二预设值为60～65℃，限制负载的输出功率为最大功率的60～80％。

本实施例基于电池管理系统采用故障分级，既保护到了锂电池同时也兼顾到工作效率，在锂电池放电过程中将锂电池信息进行故障分级，对于一般故障只需限制功率，然后提醒客户及时排除故障，保护锂电池的同时又不至于使用户的作业效率受到大的影响；当发生严重故障的时才断开锂电池内的主接触器，停止供电以保护锂电池。

本实施例基于电池管理系统采用交互控制，负载信息和锂电池故障信息都由控制系统进行处理，当锂电池出现严重故障时，控制系统停止负载输出，延迟反馈给电池管理系统后才断开锂电池内的主接触器，当负载出现故障时，控制系统也是先停止负载输出，延迟反馈给电池管理系统后才断开锂电池内的主接触器，控制系统与电池管理系统之间通过信息交换反馈，可以相互控制，不仅能帮助用户准确掌控整机的工作状态，而且能有效提高锂电池高空中作业平台的安全性和可靠性，让事故防范于未然，使工作效率得到提高。

本实施例还提供一种用于上述方法的基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统，包括电池管理系统和控制系统，所述电源管理系统根据检测到的锂电池状态进行故障分级并发送至控制系统，控制系统根据电池故障信息和负载信息限制或停止负载的输出，同时反馈给电源管理系统。

本实施例以液驱剪叉式高空作业平台为例，应用所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统，如图2所示，剪叉式高空作业平台包括操作平台1、底盘2、电源系统3、控制系统4、行走系统5、举升系统6、PCU及操作手柄7；

其中，电源系统3包括锂电池和电池管理系统，锂电池电压平台25.5V，典型容量200Ah，支持最大连续放电电流为150A以下的应用；

其中，控制系统4包括ECU、PCU、操作手柄和各类传感器。ECU是整机的控制单元，不仅能够检测传感器的输入，控制电磁阀输出，而且还能接收平台手柄的输入信号，将其转化为0-5V的PWM信号发给电机控制器，从而实现控制举升、行走、转向动作的速度。PCU是操作平台控制器，有行走、举升、喇叭、慢速和急停等开关按钮输入，显示故障代码，并通过总线与ECU交互信息，受ECU控制。操作手柄是用户控制举升、行走和转向动作的操作部件，可以控制各个动作的速度。

其中，举升系统6包括泵电机、液压泵、各类阀和液压油缸。泵电机选用直流串励电机，由锂电池提供电源，带动液压泵持续运转，其转速和启动受控制系统的控制。从泵出来的压力油经液压阀后，推动液压油缸伸缩，使剪叉臂升高，举升操作平台，

其中，行走系统5包括左右行走轮毂电机、电机驱动器和车轮。左、右轮毂电机为并励直流电机，分别安装在两个前轮的内侧(前轮驱动转向)，电机内部自带减速机，能够起到降低输出转速、增加输出扭矩的作用，另外自带电控制动器，能调节制动力矩值。电机驱动器采用三合一的系统，一路驱动泵电机，另外两路分别控制左、右驱动电机，驱动器通过控制励磁回路、电枢回路的电流来实现控制电机转速和扭矩。

本实施例中电池管理系统与控制系统信息交互示意图如图3所示，BMS由锂电池直接供电，经钥匙信号唤醒后，可由休眠模式进入工作模式，并接通主接触器，使电池对负载放电。BMS与ECU通过CAN总线连接，可实时进行信息交换，实现交互控制。ECU通过PWM信号控制驱动器，从而实现对泵电机和行走电机工作状态的实时控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施。

Claims (10)

1.基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.电池管理系统根据实时检测到的锂电池的电池总电压、单体电压、单体温度、放电电流和SOC进行故障分级，并发送至控制系统；

S2.控制系统获取锂电池故障信息和负载信息，并作出以下控制：

S21.对于锂电池故障信息处理：控制系统根据故障分级定义限制或停止负载的输出；当停止负载的输出时，此时控制系统延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

S22.对于负载信息处理：当负载出现故障，控制系统停止负载输出，并延迟发送指令给电池管理系统，电池管理系统断开锂电池内的主接触器；

其中，限制负载的输出是指限制上装动作，所述上装动作包括伸缩机构的举升以及转台的旋转，停止负载的输出是指停止上装动作或/和行走动作。

2.根据权利要求1所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述电池总电压故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当电池总电压低于第三预设值限制上装动作，当电池总电压低于第二预设值时停止上装动作，当电池总电压低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

3.根据权利要求2所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述单体电压故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当单体电压低于第三预设值限制上装动作，当单体电压低于第二预设值时停止上装动作，当单体电压低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

4.根据权利要求1所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述单体温度和放电电流故障分级为二级，分别为第一预设值和第二预设值，当单体温度或放电电流在第一预设值和第二预设值之间限制负载的输出，大于等于第二预设值停止负载的输出。

5.根据权利要求4所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述单体温度的第一预设值为55～60℃，第二预设值为60～65℃，限制负载的输出功率为最大功率的60～80％。

6.根据权利要求1所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述SOC故障分级为三级，从小到大对应设有第一预设值、第二预设值和第三预设值，当SOC低于第三预设值限制上装动作，当SOC低于第二预设值时停止上装动作，当SOC低于第一预设值时停止上装动作和行走动作。

7.根据权利要求6所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，步骤S1中所述SOC的第一预设值为5％，第二预设值为10％，第三预设值为20％，当10％≤SOC＜20％，限制上装动作，功率是最大功率的60～80％，行走动作功率不限，当5％≤SOC＜10％，停止上装动作，当SOC＜5％，停止上装动作和行走动作。

8.根据权利要求1所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法，其特征在于，还包括：

S3.停止负载输出后，待故障排除完毕，此时通过钥匙开关重启，控制系统检测整机无故障后发上电指令给电池管理系统，电池管理系统控制锂电池内的主接触器吸合。

9.一种基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统，其特征在于，包括电池管理系统和控制系统，所述电池管理系统根据检测到的锂电池状态进行故障分级并发送至控制系统，控制系统根据电池故障信息和负载信息限制或停止负载的输出，同时反馈给电池管理系统，

其中，所述电池管理系统和控制系统用于执行如权利要求1至8中任一项所述的基于电池管理系统的故障分级及交互控制方法。

10.一种高空作业设备，其特征在于，包括权利要求9所述基于电池管理系统的故障分级及交互控制系统。

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