CN111114345A - 一种纯电动交流传动自卸车驱动系统 - Google Patents

一种纯电动交流传动自卸车驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纯电动交流传动自卸车驱动系统,包括:驱动轮系统,变频系统,电制动系统,能源系统,辅助系统;所述自卸车驱动系统还包括直流母线正极、直流母线负极;其中,所述能源系统包括:第一储能装置、电容管理系统、第二储能装置、电池管理系统、绝缘监测装置、外接充装置、开关、能量管理系统、DC/DC模块。本发明提供的纯电动交流传动自卸车驱动系统具有环境适应性强、环保、舒适、节能、经济的特点。

Description

一种纯电动交流传动自卸车驱动系统
技术领域
本发明涉及自卸车辆驱动系统技术领域,尤其涉及一种纯电动交流传动自卸车驱动系统。
背景技术
目前,自卸卡车广泛应用于露天矿山、水利水电等行业,承担着矿物、土石方等运输任务,它是专业设备,属于非公路车辆。自卸车按动力驱动方式不同,可分为机械传动和电传动两种,其中电传动又分为直流电传动、交流电传动两种。早期自卸卡车,吨位小,均为机械传动,自20世纪70年代美国尤尼特瑞格(Unit-Rig)生产出第一台电传动自卸卡车至今,电动轮自卸卡车已被用户广泛接受与应用。电力电子器件的发展日新月异,电力电子器件的未来充满生机,新一代大电流、高结温、高频率、耐高压的复合型、模块化、高动态参数电力电子器件的问世,将推动交流变频调速技术及电动轮自卸卡车技术的发展。
电动轮自卸卡车具有运距短,转弯半径小和承载量大的特点。根据用户成本统计分析,电动轮自卸卡车的有效装载质量越大,单位运输成本就越低。前几年,120t级、150t级、170t级电动轮自卸卡车是市场主流产品,而目前,190t级、220t级、290t级电动轮自卸卡车已被广泛应用,最大吨位已发展到450t级。电动轮自卸卡车未来还将向着更加大型化的方向发展。
传统的交流电传动自卸车由车架、车厢、驾驶室、交流电传动驱动系统、悬挂系统、液压系统、前后桥总成、轮胎等组成。交流电传动驱动系统由发动机、发电机及鼓风机、电控系统、制动电阻箱、电动轮总成、动力电缆等组成。
柴油机与发电机同轴连接,发电机后端驱动鼓风机和液压泵,鼓风机为电控系统、发电机、电动机提供冷却风,液压泵为转向、制动及举升系统提供动力源;电控系统主要包括整流、逆变系统、接地故障检测、车辆控制系统等,通过线束及电缆分别与发电机、电动轮总成、制动电阻箱相连;制动电阻箱主要由制动电阻及风机组成;电动轮总成主要由轮边减速器及交流牵引电动机组成,安装在后桥的两端,然后通过悬挂、横拉杆及牵引销连接到车架上。
如图1所示,图1为现有技术提供的一种自卸车驱动系统示意图;当车辆牵引时,车辆控制系统根据车辆的状态控制交流发电机的磁场大小,交流发电机产生一定功率的三相交流电,经过三相全桥整流器后转换为直流电施加在直流母线上,直流电通过两个变频器组转化为电压和频率可调的交流电,输送到后轮的牵引电动机上,通过轮边减速器带动车轮旋转,驱动车辆行驶。
如图2所示,图2为现有技术提供的另一种自卸车驱动系统示意图;当车辆需要减速时,松开油门踏板,发动机转速下降,不再提供牵引力,此时踩下电制动踏板,后轮的电动机转换为发电机运行,机械能转换为电能,产生的三相交流电经过变频器组转换为直流电,施加到直流母线上,同时电制动回路接触器闭合,回路接通,直流电施加到制动电阻上,产生热能,电路接通后,制动电阻的冷却风机旋转,将热能吹散到空气中,车辆行驶的机械能最终转化为热能散失掉,实现车辆减速。运行过程中,接地故障检测装置检测高压回路对地的绝缘,以免发生漏电现象,保证人员及设备的安全。
随着新能源汽车技术的不断进步,纯电动、混合动力汽车市场占有率不断增大,超级电容及锂电池技术也取得了发展,但由于电传动自卸车吨位大,需要的能量大。超级电容具有充放电倍率大、时间快、使用寿命长等优点,同时具有价格高、能量密度低的缺点,能实现能量的快速回收,但回收的能量有限,否则自身重量过大;锂电池具有能量密度高、价格低的优点,同时具有充放电倍率低、使用寿命不长的缺点,能实现大功率能量回收,但不能实现快速回收,两种传统的储能元件都不能满足电传动自卸车的需求。
因此,现有技术中,自卸车驱动系统配备大功率柴油发动机,整机油耗高,燃油经济性差;下坡时采用电制动方式,电动机转换为发电机工作,转换成直流电消耗在制动电阻上,转化为热能散失在大气中,造成大量的能量浪费;并且发动机尾气污染环境,发动机噪音大,震动大,舒适性差;当设备位于高海拔地区,因空气稀薄,发动机功率下降,燃油经济性下降;寒冷地区发动机启动困难,长期低温启动缩短了发动机的使用寿命。大功率柴油机维修保养及大修费用高。
发明内容
有鉴于此,为解决现有技术中自卸车的环境适应性差,不环保等问题,本发明提出一种纯电动交流传动自卸车驱动系统。
本发明的技术方案具体是这样实现的:
本发明的一个方面提供一种纯电动交流传动自卸车驱动系统,包括:驱动轮系统,变频系统,电制动系统,能源系统,辅助系统;所述自卸车驱动系统还包括直流母线正极、直流母线负极;其中,所述能源系统包括:第一储能装置、电容管理系统、第二储能装置、电池管理系统、绝缘监测装置、外接充装置、开关、能量管理系统、DC/DC模块。
在一个示例中,辅助系统包括:蓄电池、汽车加热器、空调压缩机、液压泵、风机、散热器;所述辅助系统还包括DC/DC模块,DC/AC模块;其中,所述蓄电池与所述DC/DC模块相连;所述汽车加热器与所述DC/AC模块相连、所述空调压缩机与所述DC/AC模块相连、所述液压泵与所述DC/AC模块相连、所述风机与所述DC/AC模块相连、所述散热器与所述DC/AC模块相连。
在一个示例中,第一储能装置负极通过接触器K1与所述直流母线负极相连,所述第一储能装置的所述电容管理系统与所述能量管理系统相连,所述第一储能装置正极通过接触器K2连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;所述第二储能装置负极通过接触器K3与所述直流母线负极相连,所述第二储能装置的所述电池管理系统与所述能量管理系统相连,所述第二储能装置正极通过接触器K4连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;所述绝缘监测装置的正极与所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极相连,所述绝缘监测装置的负极与所述直流母线负极相连;所述外接充装置的正极通过接触器K6连接到所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极,所述外接充装置的负极与所述直流母线负极相连。
在一个示例中,辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入正极与接触器K5相连,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入正极与接触器K5相连;所述接触器K5与所述第一储能装置和所述第二储能装置正极连接;所述辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接。
在一个示例中,第一储能装置包括超级电容器组、电容散热系统及加热系统;所述第二储能装置包括锂电池组、电池散热系统及加热系统;其中,所述能量管理系统对所述第一储能装置和所述第二储能装置进行能量管理。
在一个示例中,电制动系统包括接触器K7、制动电阻、制动风机;所述接触器K7与所述制动电阻串联,所述制动电阻包括第一制动电阻、第二制动电阻,所述第一制动电阻和所述第二制动电阻串联,所述制动电阻的一端连接到所述直流母线正极,所述制动电阻的另一端通过所述接触器K7连接到所述直流母线负极;所述制动风机与所述第一制动电阻并联,或者所述制动风机与所述第二制动电阻并联。
在一个示例中,变频系统包括变频器1、变频器2两组变频器,所述变频器1与所述变频器2并联在所述直流母线正极与所述直流母线负极之间。
在一个示例中,驱动轮系统包括电动轮总成,所述电动轮总成包括电动机及轮边减速器,所述驱动轮系统包括电动轮左和电动轮右,所述电动轮左连接到所述变频器1,所述电动轮右连接到所述变频器2上。
在一个示例中,自卸车驱动系统还包括车辆管理系统,所述车辆管理系统与所述能量管理系统连接。
本发明的另一个方面提供一种车辆,包括上述的自卸车驱动系统。
本发明提供的纯电动交流传动自卸车驱动系统具有环境适应性强、环保、舒适、节能、经济的特点,本发明通过超级电容和锂电池作为动力源,解决了柴油机在高海拔地区发动机功率下降,燃油经济性下降;寒冷地区发动机启动困难,长期低温启动缩短了发动机的使用寿命,提高了环境适应性;储能装置无排放,解决了发动机尾气污染环境、噪音大等环保问题;并且无发动机震动,舒适性好;下坡实现了能量回收,直接作为动力,节约了运输中的油料成本;超级电容及电池为免维护,节约了发动机维修保养及大修的时间及成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,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附图。
图1为现有技术提供的一种自卸车驱动系统示意图;
图2为现有技术提供的另一种自卸车驱动系统示意图;
图3为本发明实施例提供的一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图;
图4为本发明实施例提供的另一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图;
图5为本发明实施例提供的又一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图;
图6为本发明实施例提供的一种纯电动交流传动自卸车驱动系统充电示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。因此,下列的描述应当被理解为对本领域技术人员的思路的扩展,而并不作为对本发明的限制。
为了清楚的描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明使本发明的要点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率,仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供一种纯电动交流传动自卸车驱动系统,如图3所示,图3为本发明实施例提供的一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图,自卸车驱动系统包括:驱动轮系统,变频系统,电制动系统,能源系统,辅助系统;所述自卸车驱动系统还包括直流母线正极、直流母线负极;其中,所述能源系统包括:第一储能装置、电容管理系统、第二储能装置、电池管理系统、绝缘监测装置、外接充装置、开关、能量管理系统、DC/DC模块。
本发明实施例提供的自卸车驱动系统,包括辅助系统、电源系统、电制动系统、变频系统、驱动轮系统。
驱动系统有三种工作模式,准备、牵引和制动。
准备模式:如图3,当钥匙开关接通后,车辆管理系统对整车各系统状态进行检测,电池及电容管理系统上电自检,无故障(绝缘、单体过低、温度过高等等),如果各系统状态正常,接触器K1、K3、K5闭合,同时发送电池组及电容组允许的充放电电流或功率到能量管理系统,能量管理系统根据此信息控制电动轮的驱动及回收功率。同时变频系统运行自检程序,进入准备状态,任何一个系统出现故障都会在整车的故障显示屏上显示。
牵引模式:如图4,图4为本发明实施例提供的另一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图;当车辆管理系统接到牵引指令时,车辆管理系统首先检测是否有其它禁止牵引的情况,如实施了液压制动、有接地故障等,如果没有,则向能量管理系统发出能量输出指令,能量管理系统根据电容和电池各自的能量状态,决定是由电容还是电池或是共同输出能量,接触器K2、K4接通,电流从能源装置流到直流母线正极,经变频系统后转换为电压和频率均可调的三相交流电,分别进入左、右电动轮的交流电动机,驱动电机旋转,电能转化为机械能,通过轮边减速器减速增矩后,驱动后轮旋转,从而驱动车辆向前行驶。
制动模式:如图5,图5为本发明实施例提供的又一种纯电动交流传动自卸车驱动系统示意图;当车辆管理系统接到制动指令时,车辆管理系统向能量管理系统发出回收能量指令,能量管理系统根据电容和电池各自的能量状态,决定是由电容还是电池或是共同回收能量。此时驱动轮系统的电动机转换为发电机运行,产生三相交流电经变频器转换为直流电施加到直流母线上,对电容和(或)电池进行充电,实现能量回收。机械能转换为电能,使车辆减速。电制动系统为辅助制动系统,起到安全保护作用,当第一及第二储能装置SOC过高时,如果此时制动需要回收的能量过大,能量管理系统会控制接触器K7接通,将直流电消耗在制动电阻上,产生的热能通过制动风机吹散到大气中。
系统充电,如图6,图6为本发明实施例提供的一种纯电动交流传动自卸车驱动系统充电示意图,当储能装置能量不足时,能量管理系统会提醒充电。需专门配备多路充电桩,此时接触器K6闭合,外部直流电进入第一及第二储能装置的正极,由能量管理系统对充电进行控制。
本发明提供的纯电动交流传动自卸车驱动系统具有环境适应性强、环保、舒适、节能、经济的特点,本发明通过超级电容和锂电池作为动力源,解决了柴油机在高海拔地区发动机功率下降,燃油经济性下降;寒冷地区发动机启动困难,长期低温启动缩短了发动机的使用寿命,提高了环境适应性;储能装置无排放,解决了发动机尾气污染环境、噪音大等环保问题;并且无发动机震动,舒适性好;下坡实现了能量回收,直接作为动力,节约了运输中的油料成本;超级电容及电池为免维护,节约了发动机维修保养及大修的时间及成本。
可选的,辅助系统包括:蓄电池、汽车加热器、空调压缩机、液压泵、风机、散热器;所述辅助系统还包括DC/DC模块,DC/AC模块;其中,所述蓄电池与所述DC/DC模块相连;所述汽车加热器与所述DC/AC模块相连、所述空调压缩机与所述DC/AC模块相连、所述液压泵与所述DC/AC模块相连、所述风机与所述DC/AC模块相连、所述散热器与所述DC/AC模块相连。
可选的,第一储能装置负极通过接触器K1与所述直流母线负极相连,所述第一储能装置的所述电容管理系统与所述能量管理系统相连,所述第一储能装置正极通过接触器K2连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;所述第二储能装置负极通过接触器K3与所述直流母线负极相连,所述第二储能装置的所述电池管理系统与所述能量管理系统相连,所述第二储能装置正极通过接触器K4连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;所述绝缘监测装置的正极与所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极相连,所述绝缘监测装置的负极与所述直流母线负极相连;所述外接充装置的正极通过接触器K6连接到所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极,所述外接充装置的负极与所述直流母线负极相连。
可选的,辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入正极与接触器K5相连,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入正极与接触器K5相连;所述接触器K5与所述第一储能装置和所述第二储能装置正极连接;所述辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接。
可选的,第一储能装置包括超级电容器组、电容散热系统及加热系统;所述第二储能装置包括锂电池组、电池散热系统及加热系统;其中,所述能量管理系统对所述第一储能装置和所述第二储能装置进行能量管理。
在一个示例中,电制动系统包括接触器K7、制动电阻、制动风机;所述接触器K7与所述制动电阻串联,所述制动电阻包括第一制动电阻、第二制动电阻,所述第一制动电阻和所述第二制动电阻串联,所述制动电阻的一端连接到所述直流母线正极,所述制动电阻的另一端通过所述接触器K7连接到所述直流母线负极;所述制动风机与所述第一制动电阻相连,或者所述制动风机与所述第二制动电阻相连。
可选的,变频系统包括变频器1、变频器2两组变频器,所述变频器1与所述变频器2并联在所述直流母线正极与所述直流母线负极之间。
可选的,驱动轮系统包括电动轮总成,所述电动轮总成包括电动机及轮边减速器,所述驱动轮系统包括电动轮左和电动轮右,所述电动轮左连接到所述变频器1,所述电动轮右连接到所述变频器2上。
可选的,自卸车驱动系统还包括车辆管理系统,所述车辆管理系统与所述能量管理系统连接。
本发明实施例还提供一种车辆,包括上述的自卸车驱动系统。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电动交流传动自卸车驱动系统,包括:
驱动轮系统,变频系统,电制动系统,能源系统,辅助系统;所述自卸车驱动系统还包括直流母线正极、直流母线负极;
其中,所述能源系统包括:第一储能装置、电容管理系统、第二储能装置、电池管理系统、绝缘监测装置、外接充装置、开关、能量管理系统、DC/DC模块。
2.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述辅助系统包括:
蓄电池、汽车加热器、空调压缩机、液压泵、风机、散热器;
所述辅助系统还包括DC/DC模块,DC/AC模块;
其中,所述蓄电池与所述DC/DC模块相连;
所述汽车加热器与所述DC/AC模块相连、所述空调压缩机与所述DC/AC模块相连、所述液压泵与所述DC/AC模块相连、所述风机与所述DC/AC模块相连、所述散热器与所述DC/AC模块相连。
3.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述第一储能装置负极通过接触器K1与所述直流母线负极相连,所述第一储能装置的所述电容管理系统与所述能量管理系统相连,所述第一储能装置正极通过接触器K2连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;
所述第二储能装置负极通过接触器K3与所述直流母线负极相连,所述第二储能装置的所述电池管理系统与所述能量管理系统相连,所述第二储能装置正极通过接触器K4连接到所述DC/DC模块,并且所述DC/DC模块与所述直流母线正极相连;
所述绝缘监测装置的正极与所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极相连,所述绝缘监测装置的负极与所述直流母线负极相连;
所述外接充装置的正极通过接触器K6连接到所述第一储能装置及所述第二储能装置的正极,所述外接充装置的负极与所述直流母线负极相连。
4.根据权利要求2-3所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入正极与接触器K5相连,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入正极与接触器K5相连;
所述接触器K5与所述第一储能装置和所述第二储能装置正极连接;
所述辅助系统中的所述DC/DC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接,所述辅助系统中的所述DC/AC模块的直流输入负极与所述直流母线负极连接。
5.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述第一储能装置包括超级电容器组、电容散热系统及加热系统;
所述第二储能装置包括锂电池组、电池散热系统及加热系统;
其中,所述能量管理系统对所述第一储能装置和所述第二储能装置进行能量管理。
6.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述电制动系统包括接触器K7、制动电阻、制动风机;
所述接触器K7与所述制动电阻串联,所述制动电阻包括第一制动电阻、第二制动电阻,所述第一制动电阻和所述第二制动电阻串联,所述制动电阻的一端连接到所述直流母线正极,所述制动电阻的另一端通过所述接触器K7连接到所述直流母线负极;
所述制动风机与所述第一制动电阻并联,或者所述制动风机与所述第二制动电阻并联。
7.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述变频系统包括变频器1、变频器2两组变频器,所述变频器1与所述变频器2并联在所述直流母线正极与所述直流母线负极之间。
8.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述驱动轮系统包括电动轮总成,所述电动轮总成包括电动机及轮边减速器,所述驱动轮系统包括电动轮左和电动轮右,所述电动轮左连接到所述变频器1,所述电动轮右连接到所述变频器2上。
9.根据权利要求1所述的自卸车驱动系统,其特征在于,
所述自卸车驱动系统还包括车辆管理系统,所述车辆管理系统与所述能量管理系统连接。
10.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求1-9所述的自卸车驱动系统。
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