CN113968249B - 应用于单轨吊的油电混动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于单轨吊的油电混动系统，属于单轨吊技术领域，包括动力监测模块、电动机模块、发动机模块和动力调控模块；动力监测模块包含燃油监测单元和电能监测单元，燃油监测单元用于监测获取柴油余量数据；电能监测单元用于监测获取蓄电池的SOC数据；电动机模块包含电动机、蓄电池、电动单元和电动分析单元，电动机通过电能产生驱动力来驱动单轨吊运行；电动单元用于采集电动机的电动信息，该电动信息包含运行电压和运行电流；本发明用于解决现有方案中油电混合切换的效果不佳的技术问题。

Description

应用于单轨吊的油电混动系统

技术领域

本发明涉及单轨吊技术领域，具体涉及应用于单轨吊的油电混动系统。

背景技术

单轨吊车是用一条吊挂在巷道上空的特制工字钢作轨道，由具有各种功能的吊挂车辆连成车组，用牵引设备牵引并沿轨道运行；其牵引动力可由钢丝绳、柴油机、蓄电池或风动装置提供；通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料(汽油或者柴油)和电能的混合。

公开号为CN104228849B的发明公开了一种油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法，包括单轨吊机车主体，所述机车主体上设有防爆柴油机、防爆蓄电池组、电动机以及控制器，所述控制器根据传感器采集的信号，控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制蓄电池组为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，同时控制发电机为蓄电池进行充电，驱动所述机车进行运动。所述单轨吊机车将蓄电池组和柴油机动力进行有序混合，实现机车常规运行以蓄电池为主动力，在重载、大坡度工况下使用柴油机为动力，以延长蓄电池续航时间、减少环境污染；

该发明中的柴油机是用于通过发电机来为电动机提供电源，实际上油电混动依旧是电动驱动单轨吊运行，与柴油发动机驱动单轨吊的运行方式存在差异；并且油电混动切换时，没有提前启动发动机并预热，使得发动机在切换驱动方式时没有保持最佳的运行状态，进而导致油电混合切换的效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于单轨吊的油电混动系统，解决以下技术问题：如何解决现有方案中油电混合切换时发动机没有保持最佳的运行状态，进而导致油电混合切换的效果不佳的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

应用于单轨吊的油电混动系统，包括动力监测模块、电动机模块、发动机模块和动力调控模块；

动力监测模块包含燃油监测单元和电能监测单元，燃油监测单元用于监测获取柴油余量数据；电能监测单元用于监测获取蓄电池的SOC数据；

电动机模块包含电动机、蓄电池、电动单元和电动分析单元，电动机通过电能产生驱动力来驱动单轨吊运行；电动单元用于采集电动机的电动信息，该电动信息包含运行电压和运行电流；

电动分析单元用于对采集的电动信息和蓄电池的SOC数据进行取值和标记，得到电动标记信息，根据电动标记信息获取电动机的电运值；将电运值与预设的电动范围进行匹配，得到包含第一电运信号、第二电运信号和第三电运信号的电分集；

发动机模块包含发动机、油动单元和油动分析单元，发动机通过柴油的燃烧产生驱动力来驱动单轨吊运行；油动单元用于采集发动机的发动信息，该发动信息包含发动机转速、水温数据和进气数据；

油动分析单元对采集的发动信息进行数据提取和标记，得到发动标记信息，根据发动标记信息获取发动机的发运值；将发运值与预设的发运阈值进行对比判断，得到包含第一发运信号第二发运信号的发分集；

动力调控模块用于对燃油驱动和电能驱动进行动态调控。

优选的，对采集的电动信息和蓄电池的SOC数据进行取值和标记的具体步骤包括：

对SOC数据中的实时SOC进行取值并标记为D1；获取电动信息中的运行电压和运行电流，分别对运行电压和运行电流进行取值并标记为D2和D3；将标记的各项数据按顺序排列组合，得到电动标记信息。

优选的，根据电动标记信息获取电动机的电运值的具体步骤包括；

获取电动标记信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，通过公式

计算获取电动值的电减系数，a1和a2表示为不同的比例系数，D21和D20表示为不同时间点的实时电压，D31和D30表示为不同时间点的实时电流；

将电减系数与预设的电减阈值进行匹配，将大于电减阈值的电减系数设定为选中电减系数，根据选中电减系数生成预热信号；

获取单轨吊运行时的爬坡数据，分别对爬坡数据中的爬坡角度和爬坡速度进行取值并标记为D4和D5；

通过公式DY＝b1×(D1-D10)-b2×(D4-D40)+b3×(D5-D50)计算获取电动机的电运值，b1、b2和b3表示为不同的比例系数,D10表示为预设的预警SOC,D40表示为电动机驱动时单轨吊爬坡的最大角度，D50表示为电动机驱动时单轨吊在平路上运行时的平均速度。

优选的，将电运值与预设的电动范围进行匹配的具体步骤包括：

将预设的电动范围的最大值设定为G1，将预设的电动范围的最小值设定为G2，将电运值DY与电动范围进行匹配；

若DY＞G1，则判定电动机的运行效率高，不需要对驱动方式进行调控并生成第一电运信号；

若G1≥DY≥G2，则判定电动机的运行效率中等，不需要对驱动方式进行调控并生成第二电运信号；

若DY＜G2，则判定电动机的运行效率低，需要将驱动方式调整为燃油驱动，并生成第三电运信号；

第一电运信号、第二电运信号和第三电运信号构成电分集。

优选的，对采集的发动信息进行数据提取和标记的具体步骤包括：

获取发动机的型号，根据发动机的型号获取对应的标准转速；获取发动信息中的发动机转速、水温数据和进气数据，对发动机转速进行取值并标记为E1；对水温数据中的实时温度进行取值并标记为E2；对进气数据中的进气量进行取值并标记为E3；将标记的各项数据按顺序排列组合，得到发动标记信息。

优选的，根据发动标记信息获取发动机的发运值的具体步骤包括：

获取发动标记信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，通过公式FY＝c1×(E1-E10)+c2×(E2-E20)+c3×(E3-E30)计算获取发动机的发运值,c1、c2和c3表示为不同的比例系数，E10表示为发动机的标准转速，E20表示为发动机正常工作时的平均水温，E30表示为发动机正常工作时的平均进气量。

优选的，根据预热信号启动发动机进行预热，获取预热中发动机的发运值，将发运值与预设的发运阈值进行对比判断，若发运值大于发运阈值，则判定发电机的运行效率正常并生成第一发运信号；若发运值不大于发运阈值，则判定发动机的运行效率低并生成第二发运信号；第一发运信号和第二发运信号构成发分集。

优选的，对燃油驱动和电能驱动进行动态调控的具体步骤：

电能驱动单轨吊运行时，根据预热信号启动发动机进行预热，并根据第二发运信号将电能驱动切换成柴油驱动，同时停止电能驱动，实现对单轨吊运行时油电混动的动态调整。

本发明的有益效果：

本发明中，通过计算获取选中电减系数，当电能驱动的运行效率降低至切换的阈值时，需要对驱动方式进行切换，通过选中电减系数来启动电动机进行预热，使得电动机热机启动，直至电动机的运行处于怠速工况，当电能驱动自动切换成燃油驱动时，可以将驱动切换对单轨吊运行的影响降至最低，使得电能驱动切换成柴油驱动时电动机的运行效率保持最佳，达到提高油电混合切换效果的目的；

单轨吊爬坡后，根据坡度传感器判断单轨吊处于下坡状态时，停止发动机的运行，使得单轨吊在下坡时自由运行，达到节能的目的，直至单轨吊处于平坦状态，此时将柴油驱动方式切换成电能驱动，实现了对单轨吊运行时油电混动的动态调整。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明应用于单轨吊的油电混动系统的模块框图。

图2为本发明中动力监测模块的单元框图。

图3为本发明中电动机模块的单元框图。

图4为本发明中发动机模块的单元框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本发明为应用于单轨吊的油电混动系统，包括动力监测模块、电动机模块、发动机模块和动力调控模块；

发动机启动工况包括冷机启动和热机启动，通过参考发动机的水温信号判断是冷机还是热机，随着发动机水温的增加，怠速会慢慢稳定下来，使得发动机保持最佳的运行状态；当发动机完成暖机到转速稳定下来的这个状态称之为怠速工况，不同的发动机转速不同，但基本都在700-800转这个范围；本实施例中，单轨吊的初始驱动方式为电能驱动，当电能驱动效率变差时，比如电量不足或者爬坡时，自动切换成柴油驱动，即柴油在发动机内燃烧来进行驱动；其中，单轨吊在爬坡时，柴油驱动实现的最大倾角可以达到30°，而蓄电池进行的电能驱动实现的最大倾角机车可以达到15°；本实施例中的油电驱动切换时，会提前启动电动机并进行预热，使得发动机的运行达到怠速工况，当电能驱动自动切换成燃油驱动时，可以使得切换对单轨吊运行的影响降至最低，可以有效提高油电混合切换的效果。

动力监测模块包含燃油监测单元和电能监测单元，燃油监测单元用于监测获取柴油余量数据，过多的柴油会影响单轨吊整体的负重，过少的柴油会影响柴油驱动的运行时长，因此对柴油余量进行监测，使得柴油的余量保持在一个合理的范围；电能监测单元用于监测获取蓄电池的SOC数据，SOC数据为电池的剩余电量，可以为燃油驱动的切换提供依据；

电动机模块包含电动机、蓄电池、电动单元和电动分析单元，电动机通过电能产生驱动力来驱动单轨吊运行；电动单元用于采集电动机的电动信息，该电动信息包含运行电压和运行电流；

电动分析单元用于对采集的电动信息和蓄电池的SOC数据进行取值和标记，对SOC数据中的实时SOC进行取值并标记为D1；获取电动信息中的运行电压和运行电流，分别对运行电压和运行电流进行取值并标记为D2和D3；将标记的各项数据按顺序排列组合，得到电动标记信息；

根据电动标记信息获取电动机的电运值；包括：

获取电动标记信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，通过公式

计算获取电动值的电减系数，a1和a2表示为不同的比例系数，D21和D20表示为不同时间点的实时电压，D31和D30表示为不同时间点的实时电流；其中，不同时间点的间隔时长可以为30s；

将电减系数与预设的电减阈值进行匹配，将大于电减阈值的电减系数设定为选中电减系数，根据选中电减系数生成预热信号；不大于电减阈值的电减系数表示驱动方式不需要进行调整，同时不需要对电动机进行预热和驱动切换；

本实施例中，选中电减系数表示单轨吊的运行效率在降低，降低的原因可以为电量供应不足或者在爬坡，当运行效率降低至切换的阈值时，需要对驱动方式进行切换，通过选中电减系数来启动电动机进行预热，使得电动机热机启动，直至电动机的运行处于怠速工况，使得电能驱动切换成柴油驱动时，电动机的运行效率保持最佳。

获取单轨吊运行时的爬坡数据，分别对爬坡数据中的爬坡角度和爬坡速度进行取值并标记为D4和D5；

通过公式DY＝b1×(D1-D10)-b2×(D4-D40)+b3×(D5-D50)计算获取电动机的电运值，b1、b2和b3表示为不同的比例系数,D10表示为预设的预警SOC，可以为蓄电池总电量的10％,D40表示为电动机驱动时单轨吊爬坡的最大角度，取值可以为15，D50表示为电动机驱动时单轨吊在平路上运行时的平均速度；其中，爬坡角度可以通过坡度传感器获取；

将电运值与预设的电动范围进行匹配，将预设的电动范围的最大值设定为G1，将预设的电动范围的最小值设定为G2，将电运值DY与电动范围进行匹配；

若DY＞G1，则判定电动机的运行效率高，不需要对驱动方式进行调控并生成第一电运信号；

若G1≥DY≥G2，则判定电动机的运行效率中等，不需要对驱动方式进行调控并生成第二电运信号；

若DY＜G2，则判定电动机的运行效率低，需要将驱动方式调整为燃油驱动，并生成第三电运信号；

第一电运信号、第二电运信号和第三电运信号构成电分集；

本实施例中，在选中电减系数对电动机进行热启动的基础上，通过对计算获取的电运值进行分析，并根据第三电运信号来对驱动方式进行切换，第一电运信号和第二电运信号表示单轨吊的运行效率降低，但没有达到切换驱动的条件，不进行驱动方式的切换。

发动机模块包含发动机、油动单元和油动分析单元，发动机通过柴油的燃烧产生驱动力来驱动单轨吊运行；油动单元用于采集发动机的发动信息，该发动信息包含发动机转速、水温数据和进气数据；

油动分析单元对采集的发动信息进行数据提取和标记，获取发动机的型号，根据发动机的型号获取对应的标准转速；获取发动信息中的发动机转速、水温数据和进气数据，对发动机转速进行取值并标记为E1；对水温数据中的实时温度进行取值并标记为E2；对进气数据中的进气量进行取值并标记为E3；将标记的各项数据按顺序排列组合，得到发动标记信息；

根据发动标记信息获取发动机的发运值；包括：

获取发动标记信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，通过公式FY＝c1×(E1-E10)+c2×(E2-E20)+c3×(E3-E30)计算获取发动机的发运值,c1、c2和c3表示为不同的比例系数，E10表示为发动机的标准转速，可以为750转，E20表示为发动机正常工作时的平均水温，E30表示为发动机正常工作时的平均进气量，平均水温和平均进气量根据发动机的型号在现有的大数据中获取；

将发运值与预设的发运阈值进行对比判断，若发运值大于发运阈值，则判定发电机的运行效率正常并生成第一发运信号；若发运值不大于发运阈值，则判定发动机的运行效率低并生成第二发运信号；第一发运信号和第二发运信号构成发分集；根据第二发运信号对柴油驱动的运行进行预警提示；

动力调控模块用于对燃油驱动和电能驱动进行动态调控，具体的步骤包括：

电能驱动单轨吊运行时，根据预热信号启动发动机进行预热，并根据第二发运信号将电能驱动切换成柴油驱动，同时停止电能驱动；

单轨吊爬坡后，根据坡度传感器判断单轨吊处于下坡状态时，停止发动机的运行，使得单轨吊在下坡时自由运行，直至单轨吊处于平坦状态，此时将柴油驱动方式切换成电能驱动，实现了对单轨吊运行时油电混动的动态调整。

本发明中的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量的数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.应用于单轨吊的油电混动系统，包括电动机模块、发动机模块和动力调控模块；其特征在于，电动机模块通过电能产生驱动力来驱动单轨吊运行；还用于采集电动机的电动信息，该电动信息包含运行电压和运行电流；对采集的电动信息和蓄电池的SOC数据进行取值和标记，得到电动标记信息，根据电动标记信息获取电动机的电运值；将电运值与预设的电动范围进行匹配，得到包含第一电运信号、第二电运信号和第三电运信号的电分集；

发动机模块通过柴油的燃烧产生驱动力来驱动单轨吊运行；还用于采集发动机的发动信息，该发动信息包含发动机转速、水温数据和进气数据；对采集的发动信息进行数据提取和标记，得到发动标记信息，根据发动标记信息获取发动机的发运值；将发运值与预设的发运阈值进行对比判断，得到包含第一发运信号、第二发运信号的发分集；

动力调控模块用于对燃油驱动和电能驱动进行动态调控，电能驱动单轨吊运行时，根据预热信号启动发动机进行预热，并根据第一发运信号将电能驱动切换成燃油驱动，同时停止电能驱动，实现对单轨吊运行时油电混动的动态调整；

对采集的电动信息和蓄电池的SOC数据进行取值和标记的具体步骤包括：将SOC数据中的实时SOC标记为D1；将电动信息中的运行电压和运行电流分别标记为D2和D3；标记的各项数据按顺序排列组合得到电动标记信息；

根据电动标记信息获取电动机的电运值的具体步骤包括；通过公式

计算获取电动值的电减系数，a1和a2表示为不同的比例系数，D21和D20表示为不同时间点的实时电压，D31和D30表示为不同时间点的实时电流；

将电减系数与预设的电减阈值进行匹配，将大于电减阈值的电减系数设定为选中电减系数，根据选中电减系数生成预热信号；

获取单轨吊运行时的爬坡数据，获取爬坡数据中的爬坡角度D4和爬坡速度D5；通过公式DY＝b1×(D1-D10)-b2×(D4-D40)+b3×(D5-D50)计算获取电动机的电运值，b1、b2和b3表示为不同的比例系数,D10表示为预设的预警SOC,D40表示为电动机驱动时单轨吊爬坡的最大角度，D50表示为电动机驱动时单轨吊在平路上运行时的平均速度；

将电运值与预设的电动范围进行匹配的具体步骤包括：将电运值DY与电动范围的最大值G1和最小值G2进行匹配；若DY＞G1，则生成第一电运信号；若G1≥DY≥G2，则生成第二电运信号；若DY＜G2，则生成第三电运信号；第一电运信号、第二电运信号和第三电运信号构成电分集；

在选中电减系数对电动机进行热启动的基础上，通过对计算获取的电运值进行分析，并根据第三电运信号来对驱动方式进行切换，将驱动方式由电能驱动调整为燃油驱动；

对采集的发动信息进行数据提取和标记的具体步骤包括：根据发动机的型号获取对应的标准转速；获取发动信息中的发动机转速E1、水温数据中的实时温度E2和进气数据中的进气量E3，标记的各项数据按顺序排列组合，得到发动标记信息；

根据发动标记信息获取发动机的发运值的具体步骤包括：通过公式FY＝c1×(E1-E10)+c2×(E2-E20)+c3×(E3-E30)计算获取发动机的发运值,c1、c2和c3表示为不同的比例系数，E10表示为发动机的标准转速，E20表示为发动机正常工作时的平均水温，E30表示为发动机正常工作时的平均进气量；

根据预热信号启动发动机进行预热，获取预热中发动机的发运值，将发运值与预设的发运阈值进行对比判断，若发运值大于发运阈值，则生成第一发运信号；若发运值不大于发运阈值，则生成第二发运信号；第一发运信号和第二发运信号构成发分集。

2.根据权利要求1所述的应用于单轨吊的油电混动系统，其特征在于，还包括动力监测模块，用于监测获取柴油余量数据和蓄电池的SOC数据。

Images