CN111717045A - 一种混合动力矿用自卸车驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混合动力控制系统技术领域，具体涉及一种混合动力矿用自卸车驱动系统，包括发动机、发电机、电驱系统、蓄电池、轮毂驱动系统1和轮毂驱动系统2；发动机与发电机连接，发电机、蓄电池均与电驱系统连接，电驱系统分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接；牵引时，由蓄电池给驱动系统提供能量，当蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机旋转给电驱系统提供能量，电驱系统输出能量驱动轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2，牵引自卸车运行；制动时，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2向电驱系统输入能量，电驱系统向蓄电池充电，达到节能的目的。

Description

一种混合动力矿用自卸车驱动系统
技术领域
本发明属于混合动力控制系统技术领域，具体涉及一种混合动力矿用自卸车驱动系统。
背景技术
随着电机及控制技术的发展，电传动矿车在大型矿山土石方运输方面占据了绝对优势。电传动矿车系统简洁，维修保养方便，发动机运行效率高，所以矿用电动车辆可以最大化降低车辆能耗，提高运输效率。而目前在运行的矿用电传动自卸车在牵引时主要采用发动机来提供能量，在制动时的反馈能量通过制动电阻栅消耗，制动反馈能量也没有得到充分利用，还增加燃料消耗，造成浪费，增加车辆运营成本。
电传动矿车工作循环为：装载-运输-卸载，由于装载点和卸载点存在高度差，在一个工作循环中，车辆必然有一半路程为下坡，如果能将下坡能量回收，在正常牵引时使用存储的能量，将可以大幅降低车辆运行费用、减少尾气排放，达到节能环保目的，对矿山、国家发展都有很大意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种混合动力矿用自卸车驱动系统，可实现对制动能量的回收、利用，充分利用蓄电池、发电机、变频器的特性，不要额外增加硬件电路，效率高，控制简单，可靠性高。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种混合动力矿用自卸车驱动系统，包括发动机、发电机、电驱系统、蓄电池、轮毂驱动系统1和轮毂驱动系统2；
发动机与发电机连接，发电机、蓄电池均与电驱系统连接，电驱系统分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接；
牵引时，由蓄电池给驱动系统提供能量，当蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机旋转给电驱系统提供能量，电驱系统输出能量驱动轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2，牵引自卸车运行；
制动时，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2向电驱系统输入能量，电驱系统向蓄电池充电，当蓄电池电量到达设定最高阈值时，电驱系统消耗制动能量。
进一步地，所述电驱系统包含整流器、直流母线、控制器、逆变器和制动电阻，整流器一端与发电机相连，整流器的另一端通过直流母线与逆变器相连，逆变器分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接，所述蓄电池和制动电阻均与直流母线相连，制动电阻与直流母线间还设有斩波电路；控制器分别与整流器和逆变器相连，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2均通过相应的转速传感器与控制器相连。
进一步地，所述控制器根据指令控制电驱系统的能量来源和流向，防止蓄电池过渡放电或者在发电机提供牵引能量时反向充电。
进一步地，所述电驱系统在牵引状态时，当蓄电池电量高于设定的最低阈值时，由蓄电池通过直流母线提供能量；在蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机发电，向直流母线提供能量。
进一步地，所述电驱系统在发电机作为输入来源时，系统自动匹配发电机输出和轮毂驱动系统的输入功率，防止发电机向蓄电池充电。
进一步地，所述电驱系统在制动状态时，当蓄电池电量低于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向蓄电池充电；当蓄电池电量高于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向制动电阻消耗。
本发明的有益效果是：1、在制动时，通过蓄电池回收能量，达到节能的目的；
2、在牵引时，根据蓄电池电量，控制母线能量来源；
3、在制动时，根据蓄电池电量，控制能量流向；
4、根据各个系统特点，可以设计蓄电池结构，保证蓄电池电压和母线电压匹配，不需要额外硬件，有效控制能量流动；
5、电池容量匹配合理，充分利用蓄电池，不增加额外容量。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是图1中电驱系统能量流动控制原理图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种混合动力矿用自卸车驱动系统，包括发动机、发电机、电驱系统、蓄电池、轮毂驱动系统1和轮毂驱动系统2；
发动机与发电机连接，发电机、蓄电池均与电驱系统连接，电驱系统分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接；
所述电驱系统包含整流器、直流母线、控制器、逆变器和制动电阻，整流器一端与发电机相连，整流器的另一端通过直流母线与逆变器相连，逆变器分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接，所述蓄电池和制动电阻均与直流母线相连，制动电阻与直流母线间还设有斩波电路；控制器分别与整流器和逆变器相连，轮毂驱动系统1通过转速传感器1与控制器相连，轮毂驱动系统2通过转速传感器2与控制器相连。所述控制器根据指令控制电驱系统的能量来源和流向，防止蓄电池过渡放电或者在发电机提供牵引能量时反向充电。
所述的蓄电池包含电池管理系统，蓄电池模块化设计，容量根据车辆的工作循环特性，科学计算、精确匹配，保证蓄电池容量的充分利用。
电驱系统在牵引时，当蓄电池电量高于设定的最低阈值时，由蓄电池通过直流母线提供能量；当蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机发电，向直流母线提供能量，电驱系统输出能量驱动轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2，牵引自卸车运行；作为本实施例的优选，所述电驱系统在发电机作为输入来源时，系统自动匹配发电机输出和轮毂驱动系统的输入功率，防止发电机向蓄电池充电。
电驱系统在制动时，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2向电驱系统输入能量，当蓄电池电量低于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向蓄电池充电；当蓄电池电量高于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向制动电阻消耗。
本设计可以结合车辆工作循环特点，科学计算蓄电池所需容量，如果蓄电池容量过小，影响能量回收，降低节能效果，如果蓄电池容量过大，得不到充分利用，造成浪费，同时使车辆自重增加，增加车辆运行成本。合理设计蓄电池电压，控制蓄电池在低电量阈值和高电量阈值之间蓄电池外电压特性，防止在牵引时发电机向蓄电池充电、轮毂驱动系统输出功率不足，在制动时保证能量可以顺利向蓄电池流动，防止直流母线电压过高，对电气元件造成损伤。

Claims (6)

1.一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：包括发动机、发电机、电驱系统、蓄电池、轮毂驱动系统1和轮毂驱动系统2；
发动机与发电机连接，发电机、蓄电池均与电驱系统连接，电驱系统分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接；
牵引时，由蓄电池给驱动系统提供能量，当蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机旋转给电驱系统提供能量，电驱系统输出能量驱动轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2，牵引自卸车运行；
制动时，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2向电驱系统输入能量，电驱系统向蓄电池充电，当蓄电池电量到达设定最高阈值时，电驱系统消耗制动能量。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：所述电驱系统包含整流器、直流母线、控制器、逆变器和制动电阻，整流器一端与发电机相连，整流器的另一端通过直流母线与逆变器相连，逆变器分别与轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2连接，所述蓄电池和制动电阻均与直流母线相连，制动电阻与直流母线间还设有斩波电路；控制器分别与整流器和逆变器相连，轮毂驱动系统1、轮毂驱动系统2均通过相应的转速传感器与控制器相连。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：所述控制器根据指令控制电驱系统的能量来源和流向，防止蓄电池过渡放电或者在发电机提供牵引能量时反向充电。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：所述电驱系统在牵引状态时，当蓄电池电量高于设定的最低阈值时，由蓄电池通过直流母线提供能量；在蓄电池电量低于设定的最低阈值时，由发动机带动发电机发电，向直流母线提供能量。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：所述电驱系统在发电机作为输入来源时，系统自动匹配发电机输出和轮毂驱动系统的输入功率，防止发电机向蓄电池充电。
6.根据权利要求3所述的一种混合动力矿用自卸车驱动系统，其特征在于：所述电驱系统在制动状态时，当蓄电池电量低于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向蓄电池充电；当蓄电池电量高于设定的最高阈值时，能量通过直流母线流向制动电阻消耗。
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