CN107225963A - 新能源矿车专用的混合动力总成 - Google Patents

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尉国钢
王珂
闵凡奇
张邦玲
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Abstract

本发明公开了一种新能源矿车专用的混合动力总成，其包括电压转换部分、动力控制部分，电压转换部分与动力控制部分相连，其中电压转换部分包括动力总成控制器、柴油发动机、发电机、高压配电箱、快充装置、电池、驱动电机、举升电机、电空调、电池管理装置、整车控制器、二合一电源装置、仪表设备、低配电压盒、气泵、其他低压电器设备等。本发明能够在满足复杂矿区路况作业要求前提下具有高的节油率及能量转换效率，大幅度降低矿山开采运输成本，能够在宽温度范围内大功率充放电，长寿命，事故率低，对于破解采矿业持续低迷的难题，具有里程碑的意义。

Description

新能源矿车专用的混合动力总成
技术领域
本发明涉及一种混合动力总成，特别是涉及一种新能源矿车专用的混合动力总成。
背景技术
随着我国经济的高速发展，我国矿山运输业已经从人拉肩扛全面转入机械化作业时代，生产效率大幅度提高，生产成本大幅度下降，采矿业进入了一个高速发展时期。但是，自2012年以后，受全球经济持续低迷的影响，采矿业持续下滑，困难重重。在供大于求的大背景下，原材料需求萎缩，价格倒挂，产业链资金循环不畅，导致用户对矿业运输设备处于买不起、用不起、耽误不起的尴尬境地，采用传统运输设备，只能在盈亏平衡线上挣扎。
矿山运输业成本中，60-80％是燃料成本。因此，大幅度降低用户的燃料成本，是矿山运输业突破当前困局的关键。以矿用车和新能源两项关键技术的融合为基础，以解决用户三大尴尬难题为目标，成为了当下的研究热点。
众所周知，矿区基本无平路，一个运输循环大约50％是上坡，50％是下坡，对于混合动力系统而言，有一半回收能量的机会，远远大于公交车等其他公路车工况。驱动电机低速大功率的特性，也正好符合矿区车辆重载爬坡的要求。此外，传统矿用车在矿区所遇到的烦恼，如持续制动、连续高效作业等，恰恰成为混合动力系统回收能量、提高节能成果可利用的资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源矿车专用的混合动力总成，其能够在满足复杂矿区路况作业要求前提下具有高的节油率及能量转换效率，大幅度降低矿山开采运输成本，能够在宽温度范围内大功率充放电，长寿命，事故率低，对于破解采矿业持续低迷的难题，具有里程碑的意义。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种新能源矿车专用的混合动力总成，其包括电压转换部分、动力控制部分，电压转换部分与动力控制部分相连，其中：
电压转换部分包括动力总成控制器、柴油发动机、发电机、高压配电箱、快充装置、电池、驱动电机、举升电机、电空调、电池管理装置、整车控制器、二合一电源装置、仪表设备、低配电压盒、气泵、其他低压电器设备，柴油发动机、发电机、电池管理装置、整车控制器、驱动电机都通过一个控制线与动力总成控制器相连，柴油发动机与发电机相连，发电机、快充装置、电池、二合一电源装置、驱动电机、举升电机、电空调都通过一个高压线缆与高压配电箱相连，电池、快充装置都与电池管理装置相连，二合一电源装置、仪表设备、高压配电箱、举升电机都通过一个高压线缆与整车控制器相连，二合一电源装置、其他低压电器设备、电池管理装置、整车控制器、仪表设备都通过一个低压线缆与低配电压盒相连，气泵与二合一电源装置相连；
动力控制部分包括油门踏板、制动踏板、档位装置、整车控制器、仪表设备、蓄电池、气泵、二合一电源装置、动力总成控制器、柴油发动机、发电机、电动机、水压传感器、电池管理装置、电池，油门踏板、制动踏板、档位装置都与整车控制器相连，仪表设备、二合一电源装置都整车控制器相连，蓄电池、气泵都与二合一电源装置相连，动力总成控制器与整车控制器相连，柴油发动机与动力总成控制器相连，发电机、电动机都与动力总成控制器相连，水压传感器、电池管理装置都与动力总成控制器相连，电池管理装置与电池相连。
优选地，所述电池管理装置的散热方式采用风冷与水冷相结合的方式，只有当风冷满足不了散热要求时，水冷才起作用。
优选地，所述举升电机为车厢举升和车辆转向提供动力。
优选地，所述气泵通过二合一电源装置为制动过程提供能量。
优选地，所述水压传感器共两个通道，为两个水箱提供温度采集信号，其中一个水箱为柴油发动机散热，另一个水箱为发电机、电动机、电池管理装置散热。
优选地，所述电压转换部分起电力分配作用。
优选地，所述动力控制部分起电力转换作用。
优选地，所述动力控制部分采用串联式混合动力，燃油消耗低；根据不同工况，采用纯电动驱动或者油电混合驱动。
优选地，所述驱动电机是大功率大扭矩的电机。
优选地，所述电池的充放电温度范围为-30℃～55℃。
本发明的积极进步效果在于：采用串联式混合动力，燃油消耗低；根据不同工况，既可以纯电动驱动，也可以采用油电混合驱动；集成方案采用小功率小扭矩发动机，大功率大扭矩驱动电机；采用整车控制器和动力总成控制器联合二级控制，起到双保险作用；电池电量配备小，能够满足在-30℃～55℃范围内的大倍率充放，20000次循环寿命能够保证动力系统与底盘同时达到10年以上的使用寿命，首次故障间隔里程达到20000小时，有制动能量回收功能；对于建设绿色矿山，大幅度降低矿山开采运输成本，破解目前采矿业持续低迷的难题，具有里程碑的意义。
附图说明
图1为本发明电压转换部分的模块示意图。
图2为本发明动力控制部分的模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图2所示，本发明新能源矿车专用的混合动力总成包括电压转换部分、动力控制部分，电压转换部分与动力控制部分相连，其中：
电压转换部分包括动力总成控制器、柴油发动机、发电机、高压配电箱、快充装置、电池、驱动电机、举升电机、电空调、电池管理装置、整车控制器、二合一电源装置、仪表设备、低配电压盒、气泵、其他低压电器设备，柴油发动机、发电机、电池管理装置、整车控制器、驱动电机都通过一个控制线与动力总成控制器相连，柴油发动机与发电机相连，发电机、快充装置、电池、二合一电源装置、驱动电机、举升电机、电空调都通过一个高压线缆与高压配电箱相连，电池、快充装置都与电池管理装置相连，二合一电源装置、仪表设备、高压配电箱、举升电机都通过一个高压线缆与整车控制器相连，二合一电源装置、其他低压电器设备、电池管理装置、整车控制器、仪表设备都通过一个低压线缆与低配电压盒相连，气泵与二合一电源装置相连；
动力控制部分包括油门踏板、制动踏板、档位装置、整车控制器、仪表设备、蓄电池、气泵、二合一电源装置、动力总成控制器、柴油发动机、发电机、电动机、水压传感器、电池管理装置、电池，油门踏板、制动踏板、档位装置都与整车控制器相连，仪表设备、二合一电源装置都整车控制器相连，蓄电池、气泵都与二合一电源装置相连，动力总成控制器与整车控制器相连，柴油发动机与动力总成控制器相连，发电机、电动机都与动力总成控制器相连，水压传感器、电池管理装置都与动力总成控制器相连，电池管理装置与电池相连。
所述电池管理装置的散热方式采用风冷与水冷相结合的方式，只有当风冷满足不了散热要求时，水冷才起作用；
所述举升电机为车厢举升和车辆转向提供动力；
所述气泵通过二合一电源装置模块为制动过程提供能量；
所述水压传感器共两个通道，为两个水箱提供温度采集信号，其中一个水箱为柴油发动机散热，另一个水箱为发电机、电动机、电池管理装置散热；
所述电压转换部分起电力分配作用；
所述动力控制部分起电力转换作用。
所述动力控制部分采用串联式混合动力，燃油消耗低；根据不同工况，采用纯电动驱动或者油电混合驱动。
所述驱动电机是大功率大扭矩的电机。
所述电池的充放电温度范围为-30℃～55℃。
本发明的工作原理如下：电压转换部分起电力分配作用，通过电池管理装置、整车控制器和动力总成控制器的控制下，电池系统电量不足时，高压配电箱通过快充装置的一个外部电力传输给电池充电；在整车在怠速、下坡或制动条件下，驱动电机通过高压配电箱给电池充电；在剩余电量百分比达到或低于维持整车正常运行下限值时，柴油发动机带动发电机通过高压配电箱为电池充电；在整车运行过程中，电池通过高压配电箱同时给整车控制器和动力总成控制器供电，此时驱动电机运转，然后是柴油发动机带动的发电机和电池同时给驱动电机供电；此时通过二合一电源装置的一个转换器将直流电转换为交流电为低压配电盒和仪表设备、其他低压电器模块供电；当需要开启电空调或举升电机时，高压配电箱将高压转换为满足举升电机或电空调运行的电能；所述的动力控制部分起电力转换作用，在整车起步阶段踩踏油门踏板，若整车控制器采集到油门踏板的轻踏信号时，通过一个控制线给动力总成控制器传输信号，控制电动机启动；若整车控制器采集到油门踏板的深踏信号时，则电动机和柴油发动机同时启动；在整车平稳行驶阶段，若动力总成控制器通过电池管理装置的信号判断电池的剩余电量满足行驶要求，则由电池供电，电动机启动；若动力总成控制器检测到电池的剩余电量不足，则柴油发动机启动，带动发电机给电池充电；在整车上坡行驶阶段，若整车控制器采集到油门踏板的轻踏信号，则一个控制线给动力总成控制器传输信号，通过电池供电的电动机启动；若采集到深踏油门踏板的信号时，则电动机和柴油发动机同时启动；若动力总成控制器检测到电池的剩余电量不足时，则柴油发动机启动，同时发电机启动给电池组充电；在整车下坡行驶阶段，若整车控制器检测到制动踏板的踩踏信号，同时动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量不满足整车运行的最低要求时，则发电机启动，为电池充电；若整车控制器检测到制动踏板被踩踏信号，动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池剩余电量高于整车运行的最低要求时，则不为电池充电；若整车控制器没有检测到制动踏板的踩踏信号，动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量不满足整车运行的最低要求时，则柴油发动机启动，通过发电机为电池组充电；若整车控制器没有检测到制动踏板的踩踏信号，动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量高于整车运行的最低要求时，则柴油发动机不启动；在整车制动阶段，若动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量不满足整车运行的最低要求时，则发电机启动为，电池充电；若动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量高于整车运行的最低要求时，则不为电池充电；在整车怠速阶段，若动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量不满足整车运行的最低要求时，则柴油发动机启动为电池充电，怠速开始；若动力总成控制器通过电池管理装置检测到电池的剩余电量高于整车运行的最低要求时，则柴油发动机不启动，怠速停止。
本发明的积极进步效果在于：采用串联式混合动力，燃油消耗低；根据不同工况，既可以纯电动驱动，也可以采用油电混合驱动；集成方案采用小功率小扭矩发动机，大功率大扭矩驱动电机；采用整车控制器和动力总成控制器联合二级控制，起到双保险作用；电池电量配备小，能够满足在-30℃～55℃范围内的大倍率充放，20000次循环寿命能够保证动力系统与底盘同时达到10年以上的使用寿命，首次故障间隔里程达到20000小时，有制动能量回收功能；对于建设绿色矿山，大幅度降低矿山开采运输成本，破解目前采矿业持续低迷的难题，具有里程碑的意义。
以上所述的具体实施例，对发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，其包括电压转换部分、动力控制部分，电压转换部分与动力控制部分相连，其中：
电压转换部分包括动力总成控制器、柴油发动机、发电机、高压配电箱、快充装置、电池、驱动电机、举升电机、电空调、电池管理装置、整车控制器、二合一电源装置、仪表设备、低配电压盒、气泵、其他低压电器设备，柴油发动机、发电机、电池管理装置、整车控制器、驱动电机都通过一个控制线与动力总成控制器相连，柴油发动机与发电机相连，发电机、快充装置、电池、二合一电源装置、驱动电机、举升电机、电空调都通过一个高压线缆与高压配电箱相连，电池、快充装置都与电池管理装置相连，二合一电源装置、仪表设备、高压配电箱、举升电机都通过一个高压线缆与整车控制器相连，二合一电源装置、其他低压电器设备、电池管理装置、整车控制器、仪表设备都通过一个低压线缆与低配电压盒相连，气泵与二合一电源装置相连；
动力控制部分包括油门踏板、制动踏板、档位装置、整车控制器、仪表设备、蓄电池、气泵、二合一电源装置、动力总成控制器、柴油发动机、发电机、电动机、水压传感器、电池管理装置、电池，油门踏板、制动踏板、档位装置都与整车控制器相连，仪表设备、二合一电源装置都整车控制器相连，蓄电池、气泵都与二合一电源装置相连，动力总成控制器与整车控制器相连，柴油发动机与动力总成控制器相连，发电机、电动机都与动力总成控制器相连，水压传感器、电池管理装置都与动力总成控制器相连，电池管理装置与电池相连。
2.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述电池管理装置的散热方式采用风冷与水冷相结合的方式，只有当风冷满足不了散热要求时，水冷才起作用。
3.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述举升电机为车厢举升和车辆转向提供动力。
4.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述气泵通过二合一电源装置为制动过程提供能量。
5.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述水压传感器共两个通道，为两个水箱提供温度采集信号，其中一个水箱为柴油发动机散热，另一个水箱为发电机、电动机、电池管理装置散热。
6.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述电压转换部分起电力分配作用。
7.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述动力控制部分起电力转换作用。
8.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述动力控制部分采用串联式混合动力，燃油消耗低；根据不同工况，采用纯电动驱动或者油电混合驱动。
9.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述驱动电机是大功率大扭矩的电机。
10.如权利要求1所述的新能源矿车专用的混合动力总成，其特征在于，所述电池的充放电温度范围为-30℃～55℃。
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