CN102963268A - 一种电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统及方法 - Google Patents

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张文明
靳添絮
杨耀东
金纯�
孟宇
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Abstract

本发明提供一种电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统，其包括：发动机，交流发电机，整流器一，逆变器一、逆变器二，驱动电机一、驱动电机二，制动断路器，制动电阻和传动冷却系统，该控制系统还包括一个制动过程的控制回路；所述制动过程的控制回路包括一个整流器二和一个逆变器三。本发明的效果是通过改变制动过程中车辆能量传递路径与控制方式，达到节省发动机能量输出，总而达到节能的效果。

Description

一种电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电传动矿用汽车制动领域，具体地说是指一种电传动矿用汽车的制动(缓行)过程中节能控制系统及方法。
背景技术：
电传动矿用汽车是一种大型的非公路运输车辆，是在露天矿山为完成岩石土方剥离与矿石运输任务而使用的一种重型自卸汽车，往返于采掘点和卸矿点，其工作特点是运程中存在持续的上坡、下坡工况。
电传动矿用汽车的传动系统由柴油发动机、发电机、驱动电机构成。在电传动矿用汽车长距离下坡过程中需要进行制动(缓行)，一般要通过使驱动电动机转换成发电机的工作状态，将车辆的动能转换成为电能，并通过制动电阻转变成为热能。由于在电动机转换成为发电机工作过程中会产生热量，并且随着制动加速度的增加，所产生的热量也增加。其产生的热量要通过车身中的散热风道中的气流带走才能保证发电机的正常工作。一般车型中，散热风道的风机与发动机、发电机直接连接，即若要求风道保持足够多的风量和风压，发动机必须保持在较高的转速，以保证风机处于较高的转速状态。此时发电机并不发电，但也要随着发动机工作在较高的转速状态。由此造成发动机燃油消耗过高，并且发电机空转。本发明旨在更改电传动矿用汽车制动(缓行)过程中柴油发动机、发电机的工作状态，在保证通风系统正常工作的情况下，使得柴油发动机的工作消耗降到最低。
本发明所述的节能控制技术并未有成型矿用汽车产品使用过。
发明内容：
本发明的目的是改善电传动矿用汽在制动(缓行)过程中节能控制方式以及发动机节能控制，最终提高整车的节能性能。
本发明采用的技术方案是提供一种电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统，其包括：发动机，交流发电机，整流器一，逆变器一、逆变器二，驱动电机一、驱动电机二，制动断路器，制动电阻和传动冷却系统，该控制系统还包括一个制动过程的控制回路；
进一步的，所述发动机传动系统动力源；所述交流发电机将所述发动机的机械能转换为交流形式的电能；整流器一将所述交流发电机的交流电转换为直流电；逆变器一和逆变器二将所述直流电转变为所述驱动电机一和二需要的交流电；所述驱动电机一和驱动电机二将电能转换成驱动车辆前进的机械能，在制动过程中转变为发电机将车辆的动能转换为电能；所述制动断路器用于在车辆进入制动状态后开启制动回路；所述制动电阻用于将制动过程中驱动电机一和二所发电能转换成热能；所述传动冷却系统用于冷却所述交流发电机和驱动电机一和驱动电机二，保证其工作在合理的温度范围内，由所述交流发电机输出端驱动；所述制动过程的控制回路包括一个整流器二和一个逆变器三；
进一步的，所述整流器二将驱动电机一和驱动电机二在制动过程所发交流电转换成直流电；所述逆变器三将被所述整流器二转换的直流电再转换为交流电，供驱动所述交流发电机；
进一步的，在制动过程中驱动电机一和驱动电机二所发电的功率除去所述交流发电机作为电动机运行、以及所述整流器一、逆变器一和逆变器二工作过程中的效率损失后，需要大于所述传动冷却系统所需功率和所述发动机最低喷油状态运转的摩擦功率。在制动过程中所述驱动电机一和二转换为发电机状态，所述交流发电机转换为电动机；所述驱动电机一和驱动电机二所发电能经过所述整流器二、逆变器三的转换后，驱动已转换成电动机的所述交流发电机，使其将电能转换成机械能，这部分机械能将驱动所述传动冷却系统为所述驱动电机一和驱动电机二冷却，同时带动所述发动机以最低喷油状态运转。
本发明的效果是通过改变制动(缓行)过程中车辆能量传递路径与控制方式，达到节省发动机能量输出，总而达到节能的效果。
附图说明：
图1是电驱动矿用汽车电传动系统原理图。
具体实施例：
如图1所示的系统图中，实线部分为一般电驱动矿用汽车驱动系统示意图，本发明的技术方案如系统构成如图1中虚线路径。本发明中的电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统包括：发动机，交流发电机，整流器1、2，逆变器1、2、3，驱动电机1、2，制动断路器，制动电阻，传动冷却系统。
发动机：传动系统动力源；
交流发电机：将发动机的机械能转换为交流形式的电能；
整流器1：将交流发电机的交流电转换为直流电；
逆变器1、2：将所述直流电转变为驱动电机1、2需要的交流电；
驱动电机1、2：将电能转换成驱动车辆前进的机械能；在制动过程中转变为发电机，将车辆的动能转换为电能(交流电)；
制动断路器：用于在车辆进入制动状态后开启制动回路；
制动电阻：用于将制动过程中驱动电机1，2所发电能转换成热能；
传动冷却系统：用于冷却电传动系统的交流发电机和驱动电机1，2，保证其工作在合理的温度范围内，由交流发电机输出端驱动；
整流器2：用于将驱动电机1，2在制动过程所发交流电转换成直流电，属于本发明制动控制回路的主要部件之一；
逆变器3：用于将被整流器2转换的直流电再转换为交流电，供驱动交流发电机，属于本发明制动控制回路的主要部件之一；
IQDC：表示驱动行驶过程中经整流器1整流以后的直流电流；
IQM：表示驱动行驶过程中经逆变器1、2逆变以后的交流电流；
IB：表示一般制动过程中的制动电流。
IFDC：本发明控制回路中的电流，在制动过程中经整流器2的整流后的直流电流，经逆变器3的逆变以后驱动交流发电机工作，并带动传动冷却系统；
现有技术的制动过程为：在制动(缓行)过程中驱动电机转换为发电机状态运行，将车辆的动能转换为电能，所发电能经过制动电阻转变为热能消耗掉。由于驱动电机在发电过程中也将产生较多的热量，需要依靠传动冷却系统将驱动电机的热量散掉，才能保证驱动电机正常工作。驱动电机的冷却系统依靠发动机提供的能量，即在制动过程中仍需要发动机提供维持散热系统工作的能量，才能保证车辆的正常制动(缓行)运行。即：在一般电驱动矿用汽车的制动(缓行)工况中，车辆动能经驱动电机转换成电能由制动电阻消耗掉，同时还需要由发动机提供传动冷却系统的运行能量。
本发明的技术方案如系统构成如图1中虚线路径，在现有电传动系统基础上，增加一个整流器2和一个逆变器3，构成本发明所述制动过程控制回路。控制回路开启的条件是：在制动(缓行)过程中，驱动电机1，2所发电的功率除去交流发电机作为电动机运行、以及整流器1、逆变器1，2工作过程中的效率损失后，需要大于传动冷却系统所需功率和发动机最低喷油状态运转的摩擦功率。如果达不到这个条件，驱动电机制动过程所发电能仍由制动电阻全部消耗，传动冷却系统运行功率由发动机提供。工作原理如下：在制动(缓行)过程中驱动电机1、2转换为发电机状态，交流发电机转换为电动机。驱动电机所发电能经过整流器2、逆变器3的转换后，驱动已转换成电动机的交流发电机，使其将电能转换成机械能，这部分机械能将驱动传动冷却系统为驱动电机冷却，同时带动发动机以最低喷油状态运转。交流发电机的最高转速不超过发动机允许的最高车速，一般为1900转/分钟。驱动电机在缓行过程中所发电能如果超过交流发电机带动传动冷却系统和发动机最低喷油状态运转的需要，剩余部分经制动电阻转变为热能消耗掉。
由于目前使用的电传动矿用汽车制动控制过程中传动系统散热需要，必须维持传动冷却系统工作在较高功率状态，即下坡过程中仍需要发动机处于较高功率状态，而驱动电机制动过程中所发电能全部由制动电阻消耗。本发明充分利用车辆动能转变成的电能，驱动交流发电机以电动机模式工作，进一步驱动传动冷却系统传动系统提供散热需要的功率，并使发动机处于最低喷油工作状态，利用其摩擦功耗消耗一部分电能，避免了制动过程中发动机的消耗，从而达到节能的目的。由于矿山车辆的发动机功率较大，最大可达到3500马力以上，并且长距离下坡在其运行过程中占的比例较大，这种控制方式节能的效果较显著。

Claims (6)

1.一种电驱动矿用汽车制动过程节能控制系统，其包括：发动机，交流发电
机，整流器一，逆变器一、逆变器二，驱动电机一、驱动电机二，制动断路器，制动电阻和传动冷却系统，其特征在于，该控制系统还包括一个制动过程的控制回路。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机传动系统动力源；所述交流发电机将所述发动机的机械能转换为交流形式的电能；整流器一将所述交流发电机的交流电转换为直流电；逆变器一和逆变器二将所述直流电转变为所述驱动电机一和二需要的交流电；所述驱动电机一和驱动电机二将电能转换成驱动车辆前进的机械能，在制动过程中转变为发电机将车辆的动能转换为电能；所述制动断路器用于在车辆进入制动状态后开启制动回路；所述制动电阻用于将制动过程中驱动电机一和二所发电能转换成热能；所述传动冷却系统用于冷却所述交流发电机和驱动电机一和驱动电机二，保证其工作在合理的温度范围内，由所述交流发电机输出端驱动。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述制动过程的控制回路包括一个整流器二和一个逆变器三。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述整流器二将驱动电机一和驱动电机二在制动过程所发交流电转换成直流电；所述逆变器三将被所述整流器二转换的直流电再转换为交流电，供驱动所述交流发电机。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制回路开启的条件
是：在制动过程中， 驱动电机一和驱动电机二所发电的功率除去所述交流发电机作为电动机运行、以及所述整流器一、逆变器一和逆变器二工作过程中的效率损失后，需要大于所述传动冷却系统所需功率和所述发动机最低喷油状态运转的摩擦功率。
6.根据权利要求3-5之一所述的控制系统，其特征在于，在制动过程中所述驱
动电机一和二转换为发电机状态，所述交流发电机转换为电动机；所述驱动电机一和驱动电机二所发电能经过所述整流器二、逆变器三的转换后，驱动已转换成电动机的所述交流发电机，使其将电能转换成机械能，这部分机械能将驱动所述传动冷却系统为所述驱动电机一和驱动电机二冷却，同时带动所述发动机以最低喷油状态运转。
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