CN109774496A - 一种矿用自卸车的传动系统及矿用自卸车 - Google Patents

Abstract

一种矿用自卸车的传动系统，其包括：受电弓供电支路，其用于与架空线网连接，以接收架空线网传输来的电能；超级电容供电支路，其用于提供直流电；动力电池供电支路，其用于提供直流电；电机控制器，其与受电弓供电支路、超级电容供电支路和动力电池供电支路连接，用于根据受电弓供电支路、超级电容供电支路和/或动力电池供电支路提供的电能控制驱动电机运行，或是将驱动电机在制动过程中产生的电能传输至超级电容供电支路和/或动力电池供电支路。本系统在不同工作模式下，根据动力源的不同特性来采用不同的动力源来为矿用自卸车提供电能，从而弥补单一动力源的不足，进而提高整车动力性能和经济性能。

Description

一种矿用自卸车的传动系统及矿用自卸车

技术领域

本发明涉及矿用自卸车技术领域，具体地说，涉及一种矿用自卸车的传动系统及矿用自卸车。

背景技术

大型矿用自卸车在各大露天矿山的运输设备中占有相当大的比例，应用十分广泛。由于受到制造技术、工艺水平和材料等方面的限制，大型、超大型矿用自卸车的机械、液压传动部分的设计、加工较为困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种矿用自卸车的传动系统，所述系统包括：

受电弓供电支路，其用于与架空线网连接，以接收所述架空线网传输来的电能；

超级电容供电支路，其用于提供直流电；

动力电池供电支路，其用于提供直流电；

电机控制器，其与所述受电弓供电支路、超级电容供电支路和动力电池供电支路连接，用于根据所述受电弓供电支路、超级电容供电支路和/或动力电池供电支路提供的电能控制驱动电机运行，或是将所述驱动电机在制动过程中产生的电能传输至超级电容供电支路和/或动力电池供电支路。

根据本发明的一个实施例，所述超级电容供电支路包括：

超级电容，其用于存储电能；

DC/DC变换单元，其与所述超级电容和电机控制器连接，用于将所述超级电容提供的直流电进行变换并传输给所述电机控制器，或是将所述电机控制器传输来的直流电进行变换并传输给所述超级电容。

根据本发明的一个实施例，在有线运行模式下，所述电机控制器配置为获取矿用自卸车的驱动工况，其中，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第一工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第二工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路和超级电容供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行；

所述第一工况对应的耗电功率小于所述第二工况对应的耗电功率。

根据本发明的一个实施例，如果所述矿用自卸车的驱动工况为第一工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路提供的电能控制驱动电机运行，并根据电池和超级电容的荷电状态为其充电，并且超级电容的充电优先级高于电池的充电优先级。

根据本发明的一个实施例，在所述有线运行模式下，如果所述矿用自卸车处于制动工况下，所述电机控制器则配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路和/或动力电池供电支路，以由所述超级电容供电支路和/或动力电池供电支路进行存储。

根据本发明的一个实施例，在所述有线运行模式下，所述电机控制器配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路，以由所述超级电容供电支路进行存储，

当所述超级电容供电支路无法继续存储所述电机控制器所传输来的电能时，所述电机控制器配置为将剩余的电能传输至所述动力电池供电支路。

根据本发明的一个实施例，在脱线运行模式下，所述电机控制器配置为获取矿用自卸车的驱动工况，其中，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第三工况，所述电机控制器则配置为根据所述动力电池供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第四工况，所述电机控制器则配置为根据所述超级电容供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

其中，所述第三工况对应的耗电功率小于所述第四工况对应的耗电功率。

根据本发明的一个实施例，在脱线运行模式下，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第五工况，所述电机控制器则配置为根据所述超级电容供电支路和动力电池供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行；

其中，所述第四工况对应的耗电功率小于所述第五工况对应的耗电功率。

根据本发明的一个实施例，在所述脱线运行模式下，所述电机控制器配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路，以由所述超级电容供电支路进行存储，

当所述超级电容供电支路无法继续存储所述电机控制器所传输来的电能时，所述电机控制器配置为将剩余的电能传输至所述动力电池供电支路。

本发明还提供了一种矿用自卸车，所述矿用自卸车包括如上任一项所述的传动系统。

本发明所提供的矿用自卸车的传动系统在不同工作模式下，根据动力源的不同特性来采用不同的动力源来为矿用自卸车提供电能，从而弥补单一动力源的不足，进而提高整车动力性能和经济性能。

同时，当矿用自卸车在有线运行模式下是，为了保护动力电池的寿命，动力电池供电支路只会进行充电而不会进行放电，这样也就可以减少动力电池的充放电次数，并且动力电池提供的功率一般均小于其额定功率，这样也就避免了动力电池进行大功率放电，从而能够有效延长电池寿命。

此外，本发明所提供的矿用自卸车的传动系统充分利用了超级电容比功率大、效率高、循环使用寿命长及动力电池放电稳定的特点，其能够有效增加矿用自卸车的机动性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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的附图做简单的介绍：

图1是现有的矿用自卸车电传动系统结构示意图；

图2是现有的矿用自卸车电传动系统结构示意图

图3是根据本发明一个实施例的矿用自卸车的传动系统的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的有线运行模式的工作流程示意图；

图5是根据本发明一个实施例的制动工况的工作流程示意图；

图6是根据本发明一个实施例的脱线运行模式的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

目前国内外百吨以上的大型矿用自卸车普遍采用图1所示的电传动方式。这种结构由发动机带动发电机发电，经过母线向驱动电机供电。制动回收的能量经由制动电阻柜消耗。而液压系统则是由发动机通过机械连接液压泵带动液压系统工作。这种结构虽然简化了传统的机械传动系统，但是由于中间存在两次能量转换，导致能量传递损耗增大，大大降低了传动效率。同时，由于电缓行制动产生的大量能量无法有效利用，这样造成了很大的能量浪费。此外，由于柴油机是唯一动力源，因此该系统还存在废气排放以及噪声等问题，这将对环境产生污染。

由于考虑到制动能量回收的问题，因此现有技术中还提出了一种架线、发动机-发电机组式矿用电动轮自卸车。在该矿用电动轮自卸车中，架线辅助系统是把原由柴油机提供能源驱动的电动轮卡车变为由架线供电驱动，由变电站提供电力能源驱动卡车的移动，其原理图如图2所示，由转换开关变换卡车的驱动方式。

然而，这种架线、发动机-发电机组式矿用电动轮自卸车的传动系统的虽然减小了发动机的排量，但是仍然无法解决柴油机带来的污染严重、噪声大等问题。同时，该系统由于在传统的电传动系统基础上又添加了集电弓以及转换开关等部件，更进一步增加了系统的复杂度，随之带来了故障率高以及维修困难等问题；此外，该系统仍然无法实现制动能量回收的功能，其同样会造成很大的能量浪费。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的矿用自卸车的传动系统以及应用了该传动系统的矿用自卸车，该传动系统尤其适用于架线式纯电动矿用自卸车的传动系统。

图3示出了本实施例所提供的矿用自卸车的传动系统的结构示意图。

如图3所示，本实施例所提供的矿用自卸车的传动系统优选地包括：受电弓供电支路101、超级电容供电支路102、动力电池供电支路103以及电机控制器104。受电弓供电支路101与架空线网连接，当矿用自卸车处于存在架空线网的路段时，受电弓供电支路101会通过受电弓与架空线网接触，从而接收架空线网传输来的电能。超级电容供电支路102则用于存储电能，其能够根据实际需要向外部提供直流电，或是接收外部传输来的直流电而并存储。

本实施例中，超级电容供电支路102优选地包括超级电容102a和DC/DC变换单元102b。其中，超级电容102a用于存储电能，DC/DC变换单元102b与超级电容102a和电机控制器104连接。当矿用自卸车处于驱动模式时，DC/DC变换单元102b能够将超级电容102a提供的直流电进行变换并传输给电机控制器104。而当矿用自卸车处于制动模式时，DC/DC变换单元102b则能够将电机控制器104所传输来的直流电进行变换并传输给超级电容102a，以由超级电容102a进行存储。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际情况，超级电容供电支路102还可以采用其他合理的电路形式来实现，本发明不限于此。

同样地，动力电池供电支路103也用于存储电能，其同样能够根据实际需要向外部提供直流电，或是接收外部传输来的直流电而并存储。

如图3所示，电机控制器104与受电弓供电支路101、超级电容供电支路102和动力电池供电支路103连接。当矿用自卸车处于驱动模式时，电机控制器104能够根据受电弓供电支路101、超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103提供的电能控制电机105运行。

例如，电机控制器104会将受电弓供电支路101、超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103提供的直流电转换为所需要的交流电，并利用转换得到的交流电来控制驱动电机105运行。

当矿用自卸车处于制动模式时，电机控制器104能够将驱动电机105在制动过程中产生的电能传输至超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103，以由超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103进行存储。

例如，电机控制器104会将驱动电机105在制动过程中产生的交流电转换为所需要的直流电，并将该直流电传输至与之连接的超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103，从而由超级电容供电支路102和/或动力电池供电支路103进行存储。

具体地，如图4所示，本实施例中，当矿用自卸车处于有线运行模式下(即矿用自卸车通过受电弓与架空网线电连接)并处于驱动工况时，电机控制器优选地首先会在步骤S401中获取矿用自卸车的驱动工况。本实施例中，矿用自卸车在有线运行模式下的驱动工况优选地包括第一工况和第二工况，其中，第一工况对应的耗电功率小于第二工况对应的耗电功率。

例如，第一工况可以是诸如矿用自卸车稳定速度行驶或缓慢加速等工况。在这类工况下，矿用自卸车所需求的功率(即耗电功率)通常不会超过电网的平均功率。第二工况则可以是诸如车辆起步或是短时加速等工况。在这类工况下，矿用自卸车的瞬时需求功率很大，如果有电网单独供电，那么将会导致电网峰值功率过高，从而影响电网供电质量。

在获取到矿用自卸车的驱动工况后，电机控制器优选地会在步骤S402中判断矿用自卸车的当前工况是否为第一工况。其中，如果矿用自卸车的当前工况为第一工况，那么电机控制器则会在步骤S403中根据受电弓所提供的电能控制驱动电机运行。即，此时驱动电机运行所需要的电能全部由受电弓供电支路所提供。

本实施例中，如果所述矿用自卸车的驱动工况为第一工况，电机控制器104优选地会根据受电弓供电支路101提供的电能控制驱动电机运行，同时，电机控制器104优选地还会根据电池和超级电容的荷电状态来利用受电弓供电支路101提供的电能为其充电，并且超级电容的充电优先级高于电池的充电优先级。

而如果矿用自卸车的当前工况不为第一工况，那么电机控制器则会在步骤S404中进一步判断矿用自卸车的当前工况是否为第二工况。其中，如果矿用自卸车的当前工况为第二工况，那么电机控制器则会在步骤S405中根据受电弓供电支路和超级电容供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行。即，此时驱动电机运行所需要的电能由受电弓供电支路和超级电容供电支路共同提供。具体地，受电弓供电支路优选地用于提供矿用自卸车所需求的基本功率，而超级电容供电支路则用于提供受电弓供电支路所提供的功率与矿用自卸车所需求的功率之间的差值功率。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，电机控制器还可以先判断驱动工况是否为第二工况，再判断驱动工况是否为第一工况，本发明不限于此。

同时，在本发明的其他实施例中，电机控制器还可以采用其他合理方式来在有线运行模式下对矿用自卸车的驱动电机进行控制，本发明同样不限于此。

在有线运行模式下，如果矿用自卸车处于制动工况下，本实施例中，电机控制器则会将驱动电机产生的电能传输至超级电容供电支路和/或动力电池供电支路，以由超级电容供电支路和/或动力电池供电支路进行存储。

具体地，如图5所示，在有线运行模式下，如果矿用自卸车处于制动工况下，电机控制器则配置为在步骤S501中将驱动电机产生的电能传输至超级电容供电支路，并在步骤S502中持续判断超级电容供电支路中超级电容是否达到其储能上限。

其中，如果超级电容为达到储能上限，那么此时电机控制器则会继续执行步骤S501中将驱动电机产生的电能传输至超级电容供电支路。而如果超级电容达到了储能上限，即超级电容供电支路已经无法再继续存储电机控制器所传输来的电能，电机控制器在会在步骤S503中将剩余的电能(即超级电容达到储能上限后驱动电机所产生的电能)传输至动力电池供电支路，以由动力电池供电支路进行存储。

如图6所示，本实施例中，当矿用自卸车处于脱线运行模式下(即矿用自卸车无法通过受电弓与架空网线电连接)并处于驱动工况时，电机控制器优选地首先会在步骤S601中获取矿用自卸车的驱动工况。本实施例中，矿用自卸车在脱线运行模式下的驱动工况优选地包括第三工况、第四工况和第五工况。其中，第三工况对应的耗电功率小于第四工况对应的耗电功率，而第四工况对应的耗电功率小于第五工况所对应的耗电功率。

例如，第三工况可以是诸如矿用自卸车在车辆巡航行驶和需求功率较小的加速过程等工况，在此工况下需求功率不高。因此此时可以由动力电池供电支路单独提供驱动功率，而超级电容供电支路则可以不工作。

第四工况可以是诸如矿用自卸车需求功率很大的车辆起步和短时加速过程等工况。在此工况中，考虑到动力电池和超级电容的性能特点，此时可以由超级电容提供大电流满足车辆的驱动功率需求，而动力电池则可以不工作。

第五工况则可以是诸如举升、加速或是爬坡等需求功率过大的工况。

当然，在本发明的其他实施例中，上述第三工况、第四工况和第五工况还可以是其他合理工况，本发明并不对上述第三工况、第四工况和第五工况的具体场景进行限定。

如图6所示，在获取到矿用自卸车脱线模式下的驱动工况后，电机控制器优选地会在步骤S602中判断矿用自卸车的当前工况是否为第三工况。其中，如果矿用自卸车的当前工况为第三工况，那么此时电机控制器则会在步骤S603中根据动力电池供电支路所提供的电能来控制驱动电机运行。即，此时驱动电机运行所需要的电能全部由动力电池供电支路所提供。

而如果矿用自卸车的当前工况不为第三工况，那么电机控制器则会在步骤S604中进一步判断矿用自卸车的当前工况是否为第四工况。如果矿用自卸车的当前工况为第四工况，那么此时电机控制器则会在步骤S605中根据超级电容供电支路所提供的电能控制驱动电机运行。即，此时驱动电机运行所需要的电能全部由超级电容供电支路所提供。

而如果矿用自卸车的当前工况不为第四工况，那么电机控制器则会在步骤S606中进一步判断矿用自卸车的当前工况是否为第五工况。如果矿用自卸车的当前工况为第五工况，那么此时电机控制器则会在步骤S607中根据动力电池供电支路和超级电容供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行。即，此时驱动电机运行所需要的电能由动力电池供电支路和超级电容供电支路所提供。其中，动力电池以自身额定功率进行放电，而超级电容则用于提供动力电池支路所提供的功率与矿用自卸车所需求功率之间的差值功率。需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，矿用自卸车的脱线运行模式所包含的工况的数量还可以为其他合理数量(例如两个或四个以上)，本发明并不对脱线运行模式所包含的工况的数量进行限定。

本实施例中，当矿用自卸车在脱线运行模式下制动时，电机控制器进行电能分配的原理以及过程优选地与上述步骤S501至步骤S503相同，不在此不再对该部分内容进行赘述。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的矿用自卸车的传动系统在不同工作模式下，根据动力源的不同特性来采用不同的动力源来为矿用自卸车提供电能，从而弥补单一动力源的不足，进而提高整车动力性能和经济性能。

同时，当矿用自卸车在有线运行模式下是，为了保护动力电池的寿命，动力电池供电支路只会进行充电而不会进行放电，这样也就可以减少动力电池的充放电次数，并且动力电池提供的功率一般均小于其额定功率，这样也就避免了动力电池进行大功率放电，从而能够有效延长电池寿命。

此外，本发明所提供的矿用自卸车的传动系统充分利用了超级电容比功率大、效率高、循环使用寿命长及动力电池放电稳定的特点，其能够有效增加矿用自卸车的机动性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种矿用自卸车的传动系统，其特征在于，所述系统包括：

受电弓供电支路，其用于与架空线网连接，以接收所述架空线网传输来的电能；

超级电容供电支路，其用于提供直流电；

动力电池供电支路，其用于提供直流电；

电机控制器，其与所述受电弓供电支路、超级电容供电支路和动力电池供电支路连接，用于根据所述受电弓供电支路、超级电容供电支路和/或动力电池供电支路提供的电能控制驱动电机运行，或是将所述驱动电机在制动过程中产生的电能传输至超级电容供电支路和/或动力电池供电支路。

2.如权利要求1所述的传动系统，其特征在于，所述超级电容供电支路包括：

超级电容，其用于存储电能；

DC/DC变换单元，其与所述超级电容和电机控制器连接，用于将所述超级电容提供的直流电进行变换并传输给所述电机控制器，或是将所述电机控制器传输来的直流电进行变换并传输给所述超级电容。

3.如权利要求1或2所述的传动系统，其特征在于，在有线运行模式下，所述电机控制器配置为获取矿用自卸车的驱动工况，其中，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第一工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第二工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路和超级电容供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行；

所述第一工况对应的耗电功率小于所述第二工况对应的耗电功率。

4.如权利要求3所述的传动系统，其特征在于，如果所述矿用自卸车的驱动工况为第一工况，所述电机控制器则配置为根据所述受电弓供电支路提供的电能控制驱动电机运行，并根据电池和超级电容的荷电状态为其充电，并且超级电容的充电优先级高于电池的充电优先级。

5.如权利要求3或4所述的传动系统，其特征在于，在所述有线运行模式下，如果所述矿用自卸车处于制动工况下，所述电机控制器则配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路和/或动力电池供电支路，以由所述超级电容供电支路和/或动力电池供电支路进行存储。

6.如权利要求5所述的传动系统，其特征在于，在所述有线运行模式下，所述电机控制器配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路，以由所述超级电容供电支路进行存储，

当所述超级电容供电支路无法继续存储所述电机控制器所传输来的电能时，所述电机控制器配置为将剩余的电能传输至所述动力电池供电支路。

7.如权利要求1～6中任一项所述的传动系统，其特征在于，在脱线运行模式下，所述电机控制器配置为获取矿用自卸车的驱动工况，其中，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第三工况，所述电机控制器则配置为根据所述动力电池供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第四工况，所述电机控制器则配置为根据所述超级电容供电支路提供的电能控制驱动电机运行；

其中，所述第三工况对应的耗电功率小于所述第四工况对应的耗电功率。

8.如权利要求7所述的传动系统，其特征在于，在脱线运行模式下，

如果所述矿用自卸车的驱动工况为第五工况，所述电机控制器则配置为根据所述超级电容供电支路和动力电池供电支路共同提供的电能控制驱动电机运行；

其中，所述第四工况对应的耗电功率小于所述第五工况对应的耗电功率。

9.如权利要求1～8中任一项所述的传动系统，其特征在于，在所述脱线运行模式下，所述电机控制器配置为将所述驱动电机产生的电能传输至所述超级电容供电支路，以由所述超级电容供电支路进行存储，

当所述超级电容供电支路无法继续存储所述电机控制器所传输来的电能时，所述电机控制器配置为将剩余的电能传输至所述动力电池供电支路。

10.一种矿用自卸车，其特征在于，所述矿用自卸车包括如权利要求1～9中任一项所述的传动系统。