CN107554310A - 矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法，涉及自卸车动力技术领域，该自卸车动力系统包括：发电机组、蓄电池组和控制单元；控制单元与发电机组和蓄电池组分别连接；发电机组与蓄电池组连接以向蓄电池组充电；发电机组与蓄电池组并联后通过变频器与牵引电机连接，以向牵引电机供电；控制单元用于控制发电机组与蓄电池组的供电状态；在制动过程中蓄电池组通过变频器回收牵引电机产生的电能。本发明通过使用混合供电方式，可以调节蓄电池组和柴油发电机组输出电能的比例，而发电机组保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗和排放；并且可以吸收自卸车制动时反馈的能量，节约能源、提高经济效益。

Description

矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法

技术领域

本发明涉及自卸车动力技术领域，尤其是涉及一种矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法。

背景技术

现有的矿用电动轮自卸车，大部分使用以下运行方式：1.牵引主系统采用柴油发动机向发电机提供动力，发电机将机械能转化为电能，通过交流-直流-交流变化，驱动牵引电机工作；牵引辅助系统也是采用交流-直流-交流系统，由柴油发动机带动发电机，再通过变频器控制交流电机，制动能量通过电阻栅消耗掉。2.采用辅助架线供电和柴油发动机作为双能源运行。在重载上坡时，采用辅助架线直接供电驱动，柴油发动机只作怠速运行；在平道行驶时则由柴油发动机驱动；在下坡时，电制动所产生的电力经辅助架线直接返回给电网。

因此矿用电动轮自卸车采用柴油发动机、发电机通过变频器向牵引电机供电的方式，能耗高、污染严重，且制动能量通过热能白白消耗；采用辅助架线供电的方式受场地限制，灵活性差。

针对现有技术中矿用电动轮自卸车的驱动方式存在的上述问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法，可以节约能源、提高经济效益。

第一方面，本发明实施例提供了一种自卸车动力系统，包括：发电机组、蓄电池组和控制单元；控制单元与发电机组和蓄电池组分别连接；

发电机组与蓄电池组连接以向蓄电池组充电；

发电机组与蓄电池组并联后通过变频器与牵引电机连接，以向牵引电机供电；

控制单元用于控制发电机组与蓄电池组的供电状态；

在制动过程中蓄电池组通过变频器回收牵引电机产生的电能。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，控制单元在蓄电池组的电量高于阈值时，控制发电机组与蓄电池组共同向牵引电机供电；

控制单元在蓄电池组的电量低于阈值时，控制发电机组单独向牵引电机供电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，控制单元在蓄电池组的电量低于阈值时，控制发电机组向蓄电池组充电。

结合第一方面及其第一、第二种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，发电机组包括发动机和主发电机，发动机用于带动主发电机发电。

结合第一方面及其第一、第二种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，蓄电池组包括主蓄电池组和从蓄电池组；

发电机组通过桥整流器和主蓄电池组连接；

主蓄电池组通过稳压电路与从蓄电池组连接。

结合第一方面及其第一、第二种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括辅助电路；

蓄电池组通过高压柜与辅助电路连接。

结合第一方面的第五种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，辅助电路与自卸车的辅助机构连接。

结合第一方面及其第一、第二种可能的实施方式之一，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，发电机组与蓄电池组之间设置有桥整流器。

第二方面，本发明实施例还提供一种矿用电动轮自卸车，包括第一方面及其各可能的实施方式之一提供的自卸车动力系统、多个牵引电机和多个轮边减速器；牵引电机与轮边减速器连接，以驱动矿用电动轮自卸车。

第三方面，本发明实施例还提供一种自卸车动力系统的控制方法，该方法应用于第一方面及其各可能的实施方式之一提供的自卸车动力系统，包括：

根据蓄电池组的电能剩余量确定动力系统的供电状态；供电状态包括：发电机组和蓄电池组共同供电以及发电机组单独供电；

当发电机组和蓄电池组共同供电时，根据牵引电机的负载调整发电机组和蓄电池组输出的电能比例，以使发电机组的发动机转速在阈值范围内。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法，通过使用混合供电方式，能持续不断地给在启动运行中的自卸车提供电能，并使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，调节蓄电池组和柴油发电机组输出电能的比例，而发电机组保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗和排放；并且可以吸收自卸车制动时反馈的能量，可以节约能源和提高经济效益。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

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

图1为本发明实施例提供的一种自卸车动力系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自卸车动力系统的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种矿用电动轮自卸车的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种自卸车动力系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前矿用电动轮自卸车的驱动方式存在能耗高或受场地限制，灵活性差的问题，基于此，本发明实施例提供的一种矿用电动轮自卸车及其动力系统和控制方法，可以节约能源、提高经济效益。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种自卸车动力系统进行详细介绍。

实施例1

本发明实施例1提供了一种自卸车动力系统，应用于矿用电动轮自卸车，包括发电机组、蓄电池组和控制单元。

参见图1所示的自卸车动力系统的结构示意图，其中示出了控制单元10与发电机组11和蓄电池组12分别连接。其中，发电机组11还与蓄电池组12连接，以向蓄电池组12充电。作为可选的方式，发电机组与蓄电池组之间设置有桥整流器。

发电机组11与蓄电池组12并联后通过变频器13与牵引电机14连接，发电机组11与蓄电池组12可以共同向牵引电机14供电，也可以分别供电。具体地，上述控制单元10用于控制发电机组与蓄电池组的供电状态，例如可以分别供电或者共同供电，在共同供电时还可以控制两者输出电能的比例。

由于矿用电动轮自卸车的制动方式一般包括电制动，即制动时车轮带动连接的牵引电机，通过牵引电机的阻力进行制动，牵引电机在被带动旋转的过程中会产生电能，现有的方式是同过连接电阻栅，将产生的电能转化成热能消耗掉，造成能源的浪费。本发明实施例中的蓄电池组，在制动过程中可以回收牵引电机产生的电能，即牵引电机产生的电能通过上述变频器13再储存到蓄电池组12内，从而达到节约能源和提高经济效益的目的。

具体地，上述发电机组一般包括发动机(例如柴油机、汽油机等内燃机)和主发电机，发动机用于带动主发电机发电。考虑到发动机一般具有最佳工作区域，即在某个转速区间内可以输出足够的功率且油耗较低，例如柴油机的转速在1200-1600转/分的区间内最有效，因此保持发电机组的发动机工作在最佳工作区域可以降低自卸车动力系统的能耗。但是在实际情景中，自卸车有启动阶段、平稳运行阶段、爬坡阶段和下坡阶段，以及空车或重载的情况，自卸车需要的驱动功率是变化的，因此发电机组的发动机也就难以长时间维持在最佳工作区域，在本实施例中通过蓄电池组和发电机组共同向牵引电机用电来提高发动机工作于最佳工作区域的时间比例，使得动力系统可以根据整车的实际运行工况要求灵活调控，降低油耗和排放。

进一步，控制单元可以根据蓄电池组的当前电量确定蓄电池组是否加入供电。当蓄电池组的电量高于阈值时，控制发电机组与蓄电池组共同向牵引电机供电；在蓄电池组的电量低于阈值时，控制发电机组单独向牵引电机供电。上述阈值可以根据经验进行确定，同时可以考虑蓄电池组充放电程度对使用寿命的影响，例如可以将阈值设置为10％-20％，在高于该阈值时，两者共同供电，低于该阈值时，发电机组单独供电。

其中，在蓄电池组的电量低于阈值时，控制单元可以控制发电机组向蓄电池组充电。在发电机组单独供电时，需要考虑自卸车当前的运行工况确定是否立即对蓄电池组进行充电，如果立即充电可以提高发动机的输出功率以同时向牵引电机供电和向蓄电池组充电，如果不立即充电可以在自卸车停车、怠速运行或者轻载的时候(发动机的负载小)，再对蓄电池组充电，从而可以保持发动机尽量工作在最佳工作区域。

参见图2所示的自卸车动力系统的连接示意图，其中示出了发电机21与整流器22连接，整流器22通过高压柜23与蓄电池组24连接，同时整流器22和蓄电池组24并联且同时与两个牵引电机控制器25连接，每个牵引电机控制器25分别控制两个牵引电机26。

为了提高蓄电效率，蓄电池组可以包括主蓄电池组和从蓄电池组；发电机组通过桥整流器和主蓄电池组连接；主蓄电池组通过稳压电路与从蓄电池组连接。主蓄电池组的额定电压和发电机组桥整流器的输出额定值为600V。

考虑到自卸车还包括其他需要使用电力的辅助机构，例如液压泵等机构，上述动力系统还可以包括辅助电路，蓄电池组通过该辅助电路向上述自卸车辅助机构供电。具体地，蓄电池组通过高压柜与辅助电路连接，辅助电路与自卸车的辅助机构连接。

本发明实施例提供的自卸车动力系统，通过使用混合供电方式，能持续不断地给在启动运行中的自卸车提供电能，并使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，调节蓄电池组和柴油发电机组输出电能的比例，而发电机组保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗和排放；并且可以吸收自卸车制动时反馈的能量，可以节约能源和提高经济效益。

实施例2

本发明实施例2提供了一种矿用电动轮自卸车，包括实施例1提供的自卸车动力系统，参见图3所示的矿用电动轮自卸车的结构示意图，其中示出了自卸车动力系统100、多个牵引电机200和多个轮边减速器300；自卸车动力系统向上述牵引电机供电，牵引电机与轮边减速器连接，轮边减速器与车轮连接，从而驱动矿用电动轮自卸车。

本发明实施例提供的矿用电动轮自卸车，与上述实施例提供的自卸车动力系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例3

本发明实施例3提供了一种自卸车动力系统的控制方法，方法应用于上述实施例提供的自卸车动力系统。参见图4所示的自卸车动力系统的控制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤S41，根据蓄电池组的电能剩余量确定动力系统的供电状态。其中该供电状态包括：发电机组和蓄电池组共同供电以及发电机组单独供电。

步骤S42，当发电机组和蓄电池组共同供电时，根据牵引电机的负载调整发电机组和蓄电池组输出的电能比例，以使发电机组的发动机转速在阈值范围内。其中，发动机转速的阈值范围可以根据经验确定，以使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作。

本发明实施例提供的自卸车动力系统的控制方法，可以根据蓄电池组的电能剩余量确定混合供电的方式，使动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，并且能调节蓄电池组和柴油发电机组输出电能的比例，而发电机组保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗和排放。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自卸车动力系统，其特征在于，包括：发电机组、蓄电池组和控制单元；所述控制单元与所述发电机组和所述蓄电池组分别连接；

所述发电机组与所述蓄电池组连接以向所述蓄电池组充电；

所述发电机组与所述蓄电池组并联后通过变频器与牵引电机连接，以向所述牵引电机供电；

所述控制单元用于控制所述发电机组与所述蓄电池组的供电状态；

在制动过程中所述蓄电池组通过所述变频器回收所述牵引电机产生的电能。

2.根据权利要求1所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述控制单元在所述蓄电池组的电量高于阈值时，控制所述发电机组与所述蓄电池组共同向所述牵引电机供电；

所述控制单元在所述蓄电池组的电量低于阈值时，控制所述发电机组单独向所述牵引电机供电。

3.根据权利要求1所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述控制单元在所述蓄电池组的电量低于阈值时，控制所述发电机组向所述蓄电池组充电。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述发电机组包括发动机和主发电机，所述发动机用于带动所述主发电机发电。

5.根据权利要求1-3任一项所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述蓄电池组包括主蓄电池组和从蓄电池组；

所述发电机组通过桥整流器和主蓄电池组连接；

所述主蓄电池组通过稳压电路与所述从蓄电池组连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的自卸车动力系统，其特征在于，还包括辅助电路；

所述蓄电池组通过高压柜与所述辅助电路连接。

7.根据权利要求6所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述辅助电路与所述自卸车的辅助机构连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的自卸车动力系统，其特征在于，所述发电机组与所述蓄电池组之间设置有桥整流器。

9.一种矿用电动轮自卸车，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的自卸车动力系统、多个牵引电机和多个轮边减速器；

所述牵引电机与所述轮边减速器连接，以驱动所述矿用电动轮自卸车。

10.一种自卸车动力系统的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至8任一项所述的自卸车动力系统，包括：

根据所述蓄电池组的电能剩余量确定所述动力系统的供电状态；所述供电状态包括：所述发电机组和所述蓄电池组共同供电以及所述发电机组单独供电；

当所述发电机组和所述蓄电池组共同供电时，根据所述牵引电机的负载调整所述发电机组和所述蓄电池组输出的电能比例，以使所述发电机组的发动机转速在阈值范围内。