CN111775677A - 新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动轮矿用自卸车，具体为新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统。解决电动轮矿用自卸车采用柴油发电机组动力存在的缺陷和问题。新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统包括锂电池、氢燃料电池发动机、直流母线、第一DC/DC三重斩波器、第二DC/DC三重斩波器、第三DC/DC三重斩波器，锂电池和氢燃料电池发动机分别并联于直流母线，第一DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一直流电动机的电枢绕组供电，第二DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第二直流电动机的电枢绕组供电，第三DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一直流电动机和第二直流电动机的励磁绕组供电。该动力控制系统采用氢燃料发动机和锂电池混合能源系统替代柴油发电机组提供动力。
Description
技术领域
本发明涉及电动轮矿用自卸车，具体为新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统。
背景技术
电动轮矿用自卸车是用于矿山运输的非公路卡车，最小的50T，最大400T，上个世纪由美国GE公司和日本小松制造。电动轮矿用自卸车具有两桥动轮驱动，两桥动轮驱动分别由两台直流电动机驱动。中国当时大量进口该车用于露天的煤矿和铁矿铜矿。到了本世纪国内才开始修理及新造，但都是柴油机带发电机的交直或交直交系统驱动。这种驱动系统在柴油机低速时特性较差，振动和噪音较大,柴油发电机组故障多,系统复杂,整体可靠性差，耗油量大,尾气排放污染环境，能耗高。
发明内容
本发明针对电动轮矿用自卸车采用柴油发电机组动力存在的缺陷和问题，提供一种新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统。该动力控制系统采用氢燃料发动机和锂电池混合能源系统替代柴油发电机组提供新的能源。
本发明是采用如下技术方案实现的：新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，包括锂电池、氢燃料电池发动机、直流母线、第一DC/DC三重斩波器、第二DC/DC三重斩波器、第三DC/DC三重斩波器，锂电池和氢燃料电池发动机分别并联于直流母线，第一DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一个直流电动机的电枢绕组供电，第二DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第二个直流电动机的电枢绕组供电，第三DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一个直流电动机和第二个直流电动机的励磁绕组供电。
还包括辅助逆变器，辅助逆变器从直流母线取电，输出三相交流电为车辆辅助负载系统供电。
本发明所述新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统为200t以上电动轮矿用自卸车提供动力，使电动轮矿用自卸车成为氢燃料-锂电池混合能源车，该车取消柴油发电机组动力控制系统,以及相应的管路冷却系统,用氢燃料电池-锂电池混合能源系统替代，车体结构发生结构性变化,简称新能源电动矿卡自卸车。经济和社会效益显著，符合国家节能减排绿色发展方向，对推动行业技术进步和高质量发展具有示范作用。
本发明在不改变原有电机参数的情况下，采用降压斩波的方式，将氢燃料-锂电池的电能经过斩波器驱动电机，牵引电机通过减速箱和车轮,将电能转化为矿车需要的转矩和转速(机械能)实现对矿车的驱动。实现整车原有的功能外,在能源系统改变后，矿车在低速特性下的性能得到很大的改善，振动和噪音大大减小,同时没有了柴油发电机组故障,系统整体可靠性提高，达到环保节能降低排放的目的。
本发明技术方案带来的有益效果：
1.采用氢燃料-锂电池混合新能源提供动力，较常规柴油发动机对环境排放量几乎为零，环保；并且，降低能源消耗成本，如果按照每台车每天往返45趟来计算，那么，一台车每天可节约燃油20吨，相当于节约柴油21739升（1升等于0.92千克）。按照节约一升柴油约减少2.63千克二氧化碳来计算，相当于每台车每天可减少排放二氧化碳57174千克，约57吨。
2.采用氢燃料-锂电池混合能源提供动力能降低开发成本；较柴油车作业效率提高30%；降低柴油发动机和发电机工作时噪音，由常规柴油机110分贝以上降低至85分贝，工作舒适性增加。只需配好两组电池,充好电,重复利用,每年可节省燃油费，按每天工作八小时,一年工作220天,20*220=4400T柴油,每吨405元,可节约405*4400=178200元,而且没有污染。
3.在电驱动系统中，采用直流调速,调速简单容易,不需要象交流复杂的矢量控制,主系统不需逆变,使用元器件少,成本低,有利于市场推广,系统整体可靠性提高。
4.转矩脉动减小，系统动、静特性提高。由于电机采用直流，输出转矩脉动减小，所以驱动系统低速特性得到很大的改善，振动和噪音大大减小。
附图说明
图1为本发明所述动力控制系统的电路原理图；
图2为本发明所述动力控制系统的锂电池高压箱内部电路原理图。
具体实施方式
新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，包括锂电池、氢燃料电池发动机、直流母线、第一DC/DC三重斩波器、第二DC/DC三重斩波器、第三DC/DC三重斩波器，锂电池和氢燃料电池发动机分别并联于直流母线，第一DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一个直流电动机的电枢绕组供电，第二DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第二个直流电动机的电枢绕组供电，第三DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一个直流电动机和第二个直流电动机的励磁绕组供电。第一直流电动机的励磁绕组L1与第二直流电机机的励磁绕组L2相串联后由第三DC/DC三重斩波器供电。包括辅助逆变器，辅助逆变器从直流母线取电，输出三相交流电为车辆辅助负载系统供电。
具体实施时，锂电池与直流母线之间设有锂电池高压箱，锂电池高压箱内有锂电池直流母线，锂电池并联于高压箱内的锂电池直流母线上，接触器KM7/9的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为锂电池的充电端，使用时，充电端与充电机连接，通过控制接触器KM7/9的闭合，对锂电池充电。接触器KM1的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第一放电输出端，使用时，通过控制接触器KM1闭合，第一放电输出端经DC/DC斩波器向氢燃料电池发动机的冷却风扇及车辆的蓄电池供电。接触器KM2的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第二放电输出端与直流母线连接；接触器KM3的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第三放电输出端与直流母线连接；第二放电输出端和第三放电输出端的设置提高了锂电池与直流母线连接的冗余性。当氢燃料电池发动机能量充足时，由氢燃料电池发动机向直流母线供电，锂电池不向直流母线供电；当需要锂电池向直流母线供电时，接触器KM2或接触器KM3闭合，实现锂电池向直流母线供电。接触器KM1两端并联有接触器KL1和预充电阻R1的串联支路；接触器KM2两端并联有接触器KL2和预充电阻R2的串联支路；接触器KM3两端并联有接触器KL3和预充电阻R3的串联支路。在接触器KM1、KM2、KM3闭合之前，先闭合接触器KL1、KL2、KL3，在预充电阻R1、R2、R3的限流作用下实现对负载的预充电，然后接触器KM1、KM2、KM3再闭合，同时断开接触器KL1、KL2、KL3，防止在接触器闭合瞬间对负载的大电流冲击。
氢燃料电池发电机 340kW功率下, 按照油箱规格尺寸设计储氢罐，采用锂电池600V左右，300kWh ,采用35/70Mp,网电源采用需要多个功率输入口，锂电池为二个，氢燃料电池发动机为四个，大致的能量管理为：锂电池1+氢燃料电池发动机1/2+第一直流电动机（驱动轮1）；锂电池2+氢燃料电池发动机3/4+第二直流电动机（驱动轮2）。
还包括制动电阻，制动电阻经接触器连接在直流母线上。在牵引工况，制动电阻接触器断开，电枢线圈由对应的斩波器供电，励磁线圈由对应的斩波器供电，从而驱动牵引电机。在制动工况，为电枢线圈供电的斩波器脉冲封锁，制动电阻控制接触器吸合，电枢线圈变为电压源，通过制动电阻生成转矩电流，实现制动功能。
Claims (8)
1.一种新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，包括锂电池、氢燃料电池发电机、直流母线、第一DC/DC三重斩波器、第二DC/DC三重斩波器、第三DC/DC三重斩波器，锂电池和氢燃料电池发动机分别并联于直流母线，第一DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一直流电动机的电枢绕组供电，第二DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第二直流电动机的电枢绕组供电，第三DC/DC三重斩波器从直流母线取电并为第一直流电动机和第二直流电动机的励磁绕组供电。
2.根据权利要求1所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，第一直流电动机的励磁绕组L1与第二直流电机机的励磁绕组L2相串联后由第三DC/DC三重斩波器供电。
3.根据权利要求2所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，还包括辅助逆变器，辅助逆变器从直流母线取电，输出三相交流电为车辆辅助负载供电。
4.根据权利要求1或2或3所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，锂电池与直流母线之间设有锂电池高压箱，锂电池高压箱内有锂电池直流母线，锂电池并联于高压箱内的锂电池直流母线上，接触器KM7/9的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为锂电池的充电端；接触器KM1的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第一放电输出端；接触器KM2的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第二放电输出端与直流母线连接；接触器KM3的一端与锂电池直流母线连接、另一端作为第三放电输出端与直流母线连接。
5.根据权利要求4所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，第一放电输出端经DC/DC斩波器向氢燃料电池发动机的冷却风扇及车辆的蓄电池供电。
6.根据权利要求5所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，接触器KM1两端并联有接触器KL1和预充电阻R1的串联支路；接触器KM2两端并联有接触器KL2和预充电阻R2的串联支路；接触器KM3两端并联有接触器KL3和预充电阻R3的串联支路。
7.根据权利要求6所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，还包括制动电阻，制动电阻经接触器连接在直流母线上。
8.根据权利书要求7所述的新能源电动轮矿用自卸车动力控制系统，其特征在于，,氢燃料电池容量 340kW功率下, 按照油箱规格尺寸设计储氢罐，采用锂电池600V左右，300kWh ,采用35/70Mp,网电源采用需要多个功率输入口，锂电池为二个，氢燃料电池为四个，大致的能量管理特征为：锂电池1+氢燃料电池发动机1/2+第一直流电动机；锂电池2+氢燃料电池发动机3/4+第二直流电动机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201016 |