用于控制作业车辆中的电功率流的方法和控制器与流程

专利检索2022-05-10  180


车辆可以具有电能源和用于驱动车辆的电动马达。车辆驾驶员当前所需的马达功率可能受当前可从电能源汲取的电功率限制。

除了作为主耗电设备的电动马达之外,作业车辆还可以具有至少一个另外的主耗电设备和/或至少一个辅助耗电设备。除了用于驱动作业车辆的电动马达的马达功率之外,作业车辆的驾驶员可能还需要至少一个另外的功率用于该至少一个另外的主耗电设备和/或该至少一个辅助耗电设备。

本发明一方面涉及一种用于控制作业车辆的电能源与至少两个电动机器之间的电功率流的方法。

电功率流可以包括从电能源到该至少两个电动机器中的至少一个电动机器的至少一个单向电功率流。换句话说,电能可以从电能源传输到该至少两个电动机器中的至少一个电动机器。

作为至少一个单向电功率流的替代或补充,电功率流可以包括在电能源与该至少两个电动机器中的至少一个电动机器之间的至少一个双向电功率流。双向功率流可以呈从电能源到电动机器的电功率流或从电动机器到电能源的电功率流的形式。换句话说,电能可以从电能源传输到该至少两个电动机器中的至少一个电动机器,或者电能可以从该至少两个电动机器中的至少一个电动机器传输到电能源。

除了至少一个单向和/或双向电功率流之外,电功率流可以包括该至少两个电动机器中的两个电动机器之间的单向或双向电功率流。换句话说,电能还可以在该至少两个电动机器中的两个电动机器之间传输。

电能源可以包括用于向该至少两个电动机器供应电能的能量存储装置和/或能量发生器。电动机器可以是电能转换器。电动机器可以作为电动马达和/或作为发电机操作。电动机器可以呈作业车辆的主耗电设备或辅助耗电设备的形式。换句话说,作业车辆的电动机器可以是耗电设备。在一个实施例中,作业车辆具有至少两个主耗电设备。在另一实施例中,作业车辆另外具有至少一个辅助耗电设备。

作业车辆可以是自动驾驶作业机(sfAM),或者是自动驾驶作业车辆。自动驾驶作业机可以是移动式作业机。例如,作业车辆可以是农用多用途车、工业卡车或工程机械车辆。

作业车辆可以呈被配置为执行不旨在运送人和/或货物的至少一种作业活动的车辆的形式。为此,作业车辆可以包括用于执行至少一种这样的作业活动的作业设备或作业工具。作业设备或作业工具可以由作业车辆的电动机器致动。不旨在运送人和/或货物的作业活动可以是例如通过作业设备或作业工具来处理和/或操纵货物或物体。

作为一个步骤,该方法包括确定可从能源中汲取的电功率。可从能源汲取的电功率可以是可由能源提供的电功率。换句话说,可从能源中汲取的电功率可以是在作业车辆处可用的电功率。

作为进一步的步骤,该方法包括确定该至少两个电动机器所需的至少两个电功率。该至少两个所需的电功率可以由至少两个电动机器需要或者可以由这两个电动机器的需要设备需要。需要设备可以包括功率电子设备。所需电功率可以包括该至少两个电动机器从电能源要求的电功率。所需的电功率可能超过可汲取的电功率。换句话说,只有当所需的电功率超过可汲取的电功率时,才执行这种方法。这种情况可能在作业车辆的运行期间暂时或长期存在。

这两个确定步骤中的至少一个可以包括相应电功率的确立和/或检测。相应电功率的确定、确立和/或检测可以经由相应的功率电子设备进行。

作为进一步的步骤,该方法包括按照该至少两个所需电功率的比率向该至少两个电动机器分配可汲取的电功率。分配步骤在该至少两个所需电功率的总和大于可汲取的电功率时执行。仅在这种情况下才执行这一步骤。总和可以是该至少两个所需电功率相加的结果。该比率可以是该至少两个所需电功率之间的数量关系或百分比。该比率可以进一步包括该至少两个所需电功率的预定义权重。

可汲取的电功率的分配可以包括将可汲取的电功率分摊给该至少两个电动机器。换言之,分配或分摊可以根据该至少两个所需电功率的比率来进行。

分配还可以包括向该至少两个电动机器中的至少一个电动机器调配或分派可汲取的电功率。调配或分派可以包括向该至少一个电动机器调配或分派全部、部分或零电功率。

通过本发明,可以提供用于可电操作的作业车辆的能量流管理。如果作业车辆当前需要的电功率超过作业车辆当前可用的电功率,则可以按照当前需求比率来请求当前可用的电功率。因此,作业车辆的操作者针对该至少两个电动机器所需的电功率最初可能超过可用电功率。取决于当前可从电能源中汲取的电功率,然后可以以定量的方式将该电功率调配给多个电动机器,即,至少两个电动机器。

在该方法的一个实施例中,分配步骤包括向该至少两个电动机器之一调配可汲取的电功率的预定义最小比例,该调配可以独立于所需的电功率而执行。换句话说,可汲取的电功率的一部分可以被预留用于调配给该至少两个电动机器中的一个电动机器。因此,可以在作业车辆的运行期间优先考虑可以向其调配预留电功率的电动机器的能量供应。作为对预定义最小比例的调配或优先级的替代,分配步骤还可以包括向该至少两个电动机器之一调配可汲取的电功率的预定义最大比例,该调配可以独立于所需的电功率而执行。通过最小比例或最大比例的调配,可以有利地在向该至少两个电动机器分配可汲取的电功率时定义最小电功率或最大电功率。

在本发明的另一实施例中,分配步骤包括取决于能源的状态来分配可汲取的电功率的一部分。能源的状态可以包括能源的充电状态、能源的工作寿命或能源的工作温度。通过在功率流的控制中考虑能源的状态,可以有利地保持电能源的效率。因此,在示例中,可以维持电能源的预定义工作寿命。如果电能源是电池,则因此可以另外避免过热的情况。

作为另一步骤,该方法的另一实施例包括确定可以通过能量回收从该至少两个电动机器中的一个电动机器汲取的电功率。从该电动机器回收的能量可以从中再生。能量回收可以包括电动机器的发电机功率。如果可以通过能量回收从一个电动机器中汲取电功率,则该电动机器在此期间可能不需要来自电能源的电功率。相应地,该方法也可以有利地被执行以控制能源与至少一个再生电动机器之间的电功率流。因此也可以在考虑作业车辆上的再生能量系统的情况下实施该方法。换句话说,在电功率流中,能量也可以在电动机器之间传输。

在分配步骤中可以考虑可从至少一个电动机器中汲取的电功率。因此,分配步骤可以另外包括考虑可从电动机器中汲取的电功率。因此,电功率可以另外在可以通过能量回收从其汲取电功率的电动机器与该至少两个电动机器中的至少另一个电动机器之间流动。

在该方法的另一实施例中,分配步骤包括将可从该电动机器汲取的电功率调配给该至少两个电动机器中的至少另一个电动机器。该调配可以包括调配给单个其他的电动机器。可替代地,该调配可以包括将可从电动机器汲取的电功率分配给作业车辆的至少三个电动机器中的至少另外两个电动机器。也可以按照该至少另外两个电动机器所需的电功率的比率将可通过能量回收汲取的电功率分配给该至少另外两个电动机器。可替代地,还可以有利地将可从电动机器中汲取的电功率调配给车辆制动器以提高其制动能力。

作为前述实施例的替代或补充,可以将可从电动机器汲取的电功率调配给电能源。可以存在从电动机器到电能源的电功率流,以便向电能源供应能量。如果电能源是电池,则因此可以对电池进行再充电。

取决于电能源的状态,可以切断或限制这样的能量流。因此,作为进一步的步骤,该方法可以包括取决于电能源的状态来切断或限制从电动机器到电能源的电功率流。换句话说,用于对电能源进行充电的功率流可以被中断以避免电能源的过充电。为此,可以将可从中汲取功率的电动机器断电。为此,例如可以致动设置在电功率流中的开关,该开关切断通向电动机器的功率流或电流流。

在该方法的另一实施例中,该至少两个电动机器中的一个电动机器被配置为驱动作业车辆的传动系。对于传动系,或对于作业车辆的所谓“传动系统”,可能需要动力来使作业车辆移动。传动系可以包括(动力换挡)变速器、电动压力辅助装置和/或底盘,该底盘可以具有前车桥和后车桥。

可替代地或另外地,该至少两个电动机器中的另一个电动机器可以被配置为驱动作业车辆的工作液压系统。对于工作液压系统,可能需要动力来使作业设备或作业工具移动。可替代地或另外地,工作液压系统可以包括用于使作业车辆转向的液压转向系统。

对于该至少两个电动机器,可以并行或交替地需要电功率来单独地、并行地、相继地或交替地驱动传动系和工作液压系统。通过该方法,可以有利地根据传动系和工作液压系统所需功率的当前比率将当前可从电能源中汲取的功率分配给传动系和工作液压系统。因此,可以有利地在作业车辆按多个所需功率的比率向传动系和工作液压系统提供分支功率流的情况下移动的同时控制作业设备的工作功率。

在该方法的另一实施例中,电能源包括电池。作业车辆因此可以呈可通过电池操作的作业车辆的形式。作业车辆因此可以是所谓的BEV作业车辆。电池可以是牵引电池。可从作为电能源的电池汲取的功率可以取决于电池的当前充电容量。

在该方法的另一实施例中,电能源包括燃料电池。作业车辆因此可以呈可通过燃料电池操作的作业车辆的形式。作业车辆因此可以是所谓的FCEV作业车辆。如果作业车辆除了燃料电池之外还具有根据前述实施例的电池,则电池可以起到中间存储由燃料电池产生的电能的作用。因此,电能源也可以是中间电能存储装置。

本发明另一方面涉及一种用于控制作业车辆的电能源与至少两个电动机器之间的电功率流的控制器。控制器可以适于实施根据前述方面的方法。为此,控制器可以包括对应的功率流控制器。控制器可以另外包括用于调节功率流的功率流调节器。电动机器所消耗的能量可以在反馈步骤中用于调节可汲取的电功率和/或要分配给电动机器的电功率。

控制器包括用于输入可从能源中汲取的电功率的特定值的接口。控制器可以经由接口连接到用于确定值的确定单元。例如,该值可以是可从能源中汲取的电功率的物理值。

控制器另外包括用于输入该至少两个电动机器所需的至少两个电功率的特定量的接口。控制器可以经由接口连接到用于确定这些量的确定单元。这些量可以是该至少两个电动机器所需的电功率的物理量。

控制器另外包括计算单元,该计算单元适于计算按照该至少两个所需电功率的比率向该至少两个电动机器分配可汲取的电功率的分配量。分配量可以是待分配的电功率的物理量。当该至少两个所需电功率的总和大于可汲取的电功率时,由计算单元来计算分配量。

控制器另外包括用于输出所计算的分配量的接口。所计算的分配量可以由用于根据本发明向至少两个电动机器分配可汲取的功率的分配设备输出。分配设备可以包括与该至少两个电动机器中的每一个相关联的(中央)功率电子设备或相应的功率电子设备。

在另一方面,本发明涉及一种具有电能源、至少两个电动机器以及根据前一方面的控制器的作业车辆。作业车辆可以呈能够以自动化或自主方式操作的作业车辆的形式。

图1示出了用于控制电功率流的系统,以解释根据本发明的相应实施例的方法、控制器和作业车辆。

图2示意性地示出了电功率流,以进一步解释该方法、控制器和作业车辆。

图3示出了在本发明的实施例中用于控制电功率流的方法的方法步骤的流程图。

图1所示的系统100包括电能源10、第一电动机器20、第二电动机器30、第三电动机器40和控制器50。系统100布置在作业车辆(图中未示出)上。

电能源10经由第一输入接口51连接到控制器50并且在一个实施例中呈电池的形式。第一电动机器20经由第一电动机器20的功率电子设备26连接到控制器50。功率电子设备26经由第二输入接口52和第二输出接口53连接到控制器50。第二电动机器30经由第二电动机器30的功率电子设备36连接到控制器50。功率电子设备36经由另外的第二输入接口52和另外的第二输出接口53连接到控制器50。第三电动机器40经由第三电动机器40的功率电子设备46连接到控制器50。功率电子设备46经由另外的第二输入接口52和另外的第二输出接口53连接到控制器50。

第一电动机器20可操作地连接到传动系28以用于驱动该传动系。第二电动机器30可操作地连接到工作液压系统38以用于驱动该工作液压系统。传动系28和工作液压系统38的电动机器20、30在一个实施例中呈作业车辆的主耗电设备的形式。第三电动机器40可操作地连接到作业车辆的另一作业设备48以用于致动该作业设备。作业设备48的第三电动机器40在一个实施例中呈作业车辆的辅助耗电设备的形式。

控制器50与电动机器20、30、40之间的连接分别具有相应的功率流21、31、41。到第一电动机器20的功率流21行经第一电动机器20的功率电子设备26,该功率电子设备用于转换可从电能源10汲取的能量。到第二电动机器30的功率流31行经第二电动机器30的功率电子设备36,该功率电子设备用于转换可从电能源10汲取的能量。到第三电动机器40的功率流41行经第三电动机器40的功率电子设备46,该功率电子设备用于转换可从电能源10汲取的能量。

对于电动机器20、30、40,或对于传动系28、工作液压系统38和作业设备48,需要经由功率电子设备26、36、46提供相应的电功率。所需的电功率的总和超过了可从电能源10汲取的电功率。可从电能源10汲取的电功率由控制器50按照所需电功率的比率分摊为呈所需功率的比率的功率流21、31、41。为此,由控制器50的计算单元54计算要分摊给功率流21、31、41的电功率部分的物理量。

电能源10另外经由控制器50连接到充电连接60,以用于给电能源10充电。如果电能源10已经被汲取尽能量,则可以经由充电连接60由外部能源(未示出)对电能源进行再充电。为此,充电连接60经由充电连接60的功率电子设备66连接到控制器50。

在图2中,通过示例更详细地解释了从电能源10到第一电动机器10和第二电动机器20的两个能量流21、31。与电能源10相关联的是可从电能源10汲取的电功率12。与第一电动机器20相关联的是第一电动机器20所需的电功率22。同样,与第二电动机器30相关联的是第二电动机器30所需的电功率32。作为第二电动机器30所需的电功率32的替代,与第二电动机器30相关联的是可从第二电动机器30汲取的电功率34。如果第一电动机器20需要来自电能源10的电功率22,则建立从电能源10到第一电动机器20的功率流21。如果第二电动机器30需要来自电能源10的电功率32,则建立到第二电动机器30的功率流31。如果这两个所需功率22、32的总和超过可汲取的功率12,则以对应的功率流21、31按照所需电功率22、32的比率将可汲取的功率12分摊给电动机器20、30。

如果作为第二电动机器30所需的功率32的替代,电功率34可从第二电动机器30汲取,则第一电动机器20需要的电功率22可以从电能源10和/或从第二电动机器30汲取。如果第一电动机器20所需的电功率22超过可从电能源10汲取的电功率12,则将可汲取的这两个功率12、34调配给第一电动机器20。除了从电能源10到第一电动机器20的功率流21之外,然后建立从第二电动机器30到第一电动机器20的另一功率流35。如果第一电动机器20所需的电功率22小于可汲取的功率12、34,则功率流31被建立为从第二电动机器30到电能源10的功率流,以便给电能源充电(如果该电能源呈电池的形式的话)。

在图3中,方法步骤S1、S2和S3以时间顺序示出,用于执行用于控制图1中所示系统100和图2中所示的作业车辆的电能源10、第一电动机器20和第二电动机器30之间的电功率流21、31、35的方法。

在第一步骤S1中,执行抽取确定。在该步骤S1中,确定可从能源10汲取的电功率12。在与第一步骤S1并行的另一第二步骤S2中,执行需求确定。在该步骤S2中,确定电动机器20、30所需的电功率22、32。

在第三步骤S3中,进行电功率分配。在基于前述步骤S1和S2的该步骤S3中,按照所需电功率22、32的比率向电动机器20、30分配可从能源10汲取的电功率12。步骤S3在所需功率22、32的总和大于可汲取的电功率12时执行。

附图标记

10 电能源

12 可从电能源汲取的电功率

20 第一电动机器

21 到第一电动机器的功率流

22 第一电动机器所需的电功率

26 第一电动机器的功率电子设备

28 传动系

30 第二电动机器

31 到第二电动机器的功率流

32 第二电动机器所需的电功率

34 可从电动机器中汲取的电功率

35 到第二电动机器的功率流

36 第二电动机器的功率电子设备

38 工作液压系统

40 第三电动机器

41 到第三电动机器的功率流

46 第三电动机器的功率电子设备

48 作业设备

50 控制器

51 第一输入接口

52 第二输入接口

53 输出接口

54 计算单元

60 充电连接

66 充电连接的功率电子设备

100 系统

S1 抽取确定

S2 需求确定

S3 功率分配

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