CN114094661A - 一种非公路车辆供电系统、供电方法及非公路车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非公路车辆供电系统、供电方法及非公路车辆，此供电系统包括发电机、整流模块、逆变模块、第一DC/DC模块、第一蓄电池、第二DC/DC模块和第二蓄电池；发电机的输出端与整流模块的输入端相连，整流模块的输出端与逆变模块的输入端相连，逆变模块的输出端与电机相连；第一蓄电池通过第一DC/DC模块与整流模块的输出端相连，用于在非公路车辆处于制动状态时吸收制动能量，并在非公路车辆处于牵引状态时输出能量；第一蓄电池通过第二DC/DC模块与第二蓄电池相连，用于在第二蓄电池馈电时，向第二蓄电池进行充电。本发明具有节能、保证非公路车辆运行可靠性和最优运行效率等优点。

Description

一种非公路车辆供电系统、供电方法及非公路车辆
技术领域
本发明主要涉及非公路车辆技术领域，具体涉及一种非公路车辆供电系统、供电方法及非公路车辆。
背景技术
非公路车辆，如矿用自卸车，由于载重大等特点，广泛应用于大型矿山领域，但自卸车大型柴油机油耗惊人，造成极大的大气污染物排放。混合动力自卸车将是未来一段时间重点应用的技术，即可响应节能减排政策，又能保证动力的需求。
目前运行的自卸车大多为液力传动，当发电机损坏后车辆无法运行。有部分采用高压蓄电池进行临时供电以使车辆能尽快运行到检修库，但是在较低的温度区域，矿车交接班期间或车辆在户外停放时间较长，若出现24V蓄电池馈电，车辆将无法启动，严重影响车辆运行。另外常规矿用自卸车，电机制动时的能量通过制动电阻消耗，没有充分利用电机制动能量。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、节能、提高非公路车辆运行稳定可靠性的非公路车辆供电系统、供电方法及非公路车辆。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种非公路车辆供电系统，包括发电机、整流模块、逆变模块、第一DC/DC模块、第一蓄电池、第二DC/DC模块和第二蓄电池；所述发电机的输出端与所述整流模块的输入端相连，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连，所述逆变模块的输出端用于与电机相连；所述第一蓄电池通过所述第一DC/DC模块与所述整流模块的输出端相连，用于在非公路车辆处于制动状态时吸收制动能量，并在非公路车辆处于牵引状态时输出能量；所述第一蓄电池通过第二DC/DC模块与所述第二蓄电池相连，用于在第二蓄电池馈电时，向所述第二蓄电池进行充电；其中第二蓄电池用于向非公路车辆的控制系统供电。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第二蓄电池为24V蓄电池。
所述整流模块为AC/DC整流器；所述逆变模块为DC/AC逆变器。
本发明还公开了一种非公路车辆，包括车辆本体和如上所述的非公路车辆供电系统，所述供电系统中的逆变模块的输出端与车辆本体中的电机相连。
本发明还公开了一种基于如上所述非公路车辆供电系统的供电方法，包括：
在非公路车辆处于电制动工况时，所述电机回馈能量，通过第一DC/DC模块对第一蓄电池进行充电，所述第一蓄电池对制动能量进行吸收存储；
在非公路车辆处于牵引工况时，当发电机转速低于预定转速时，所述第一DC/DC模块处于待机模式，所述第一蓄电池向非公路车辆的辅变风机提供能量；
当发电机转速大于或等于预定转速，且电机处于恒功区时，此时发电机无法满足电机最大牵引功率输出，所述第一DC/DC模块处于恒压模式，所述第一蓄电池向电机提供能量以稳定中间直流母线电压，并限制第一蓄电池侧电流；
当发电机转速大于或等于预定转速，且电机不处于恒功区时，所述第一DC/DC模块处于恒压模式，所述第一蓄电池向电机提供能量以稳定中间直流母线电压以调节供电系统的动态波动。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述预定转速为1200～1600rpm。
在非公路车辆处于怠速时，所述发电机输出能量，通过第一DC/DC模块对第一蓄电池进行充电，所述第一蓄电池对发电机输出的功率进行吸收存储以提高发电机的输出效率。
在第二蓄电池馈电时，所述第一蓄电池通过第二DC/DC模块向所述第二蓄电池进行充电，第二蓄电池再向非公路车辆的控制系统供电以实现自启动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在第二蓄电池因为矿车交接班期间或车辆在户外停放时间较长等特殊情况而馈电时，第一蓄电池通过第二DC/DC模块进行电压转换后向第二蓄电池进行充电，从而维持非公路车辆的自启动，保证非公路车辆整体运行的可靠性；在非公路车辆处于制动运行时，第一蓄电池能够吸收制动能量，从而避免制动能量的浪费；在非公路车辆处于牵引状态时，第一蓄电池将吸收的制动能量单独或者与发电机共同输出至电机，提高非公路车辆供电系统运行的可靠性；上述供电系统整体结构简单且操作简便。
本发明的供电方法，通过不同工况下的合理能量管理策略，不仅使得整个供电系统更加节能，同时也能保障非公路车辆运行的稳定可靠性和输出效率。
附图说明
图1为本发明的供电系统在实施例的方框结构图。
图例说明：1、发电机；2、整流模块；3、逆变模块；4、电机；5、第一DC/DC模块；6、第一蓄电池；7、第二DC/DC模块；8、第二蓄电池。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的非公路车辆供电系统，包括发电机1、整流模块2(如整流器)、逆变模块3(如逆变器)、第一蓄电池6、第一DC/DC模块5、第二蓄电池8和第二DC/DC模块7；发电机1的输出端与整流模块2的输入端相连，整流模块2的输出端与逆变模块3的输入端相连，逆变模块3的输出端与电机4相连；其中发电机1提供整车动力，整流模块2则将三相交流电转换成直流电，逆变模块3则将整流模块2输出的直流电转换成频率和幅值可调的交流电，进而驱动牵引电机4；第一蓄电池6通过第一DC/DC模块5与整流模块2的输出端相连，用于在非公路车辆处于制动状态时吸收制动能量，并在非公路车辆处于牵引状态时输出能量；第一蓄电池6通过第二DC/DC模块7与第二蓄电池8相连，用于在第二蓄电池8馈电时，向第二蓄电池8进行充电以维持非公路车辆的自启动；其中第二蓄电池8为24v蓄电池，用于向非公路车辆的控制系统供电；另外在第一蓄电池6与第二DC/DC模块设有开关K1，通过控制K1的开关以实现第二蓄电池8的充电。
在正常运行况时，发电机1输出的交流电经整流模块2整流后变成直流电，经过逆变模块3逆变成频率和幅值可调的三相交流电，再输出给牵引电机4，用来驱动牵引电机4，其中第一蓄电池6和发电机1按照系统功率分配提供相应的动力；在电机4制动时，制动能量通过第一DC/DC模块5给第一蓄电池6充电；当发电机1故障时，第一蓄电池6给牵引电机4供电，第一蓄电池6经过第一DC/DC模块5升压，提供直流电源经逆变模块3给牵引电机4供电，驱动电动轮车缓慢进库。
本发明的非公路车辆供电系统，在第二蓄电池8因为矿车交接班期间或车辆在户外停放时间较长等特殊情况而馈电时，第一蓄电池6通过第二DC/DC模块7进行电压转换(降压)后向第二蓄电池8进行充电，从而维持非公路车辆的自启动，保证非公路车辆整体运行的可靠性；在非公路车辆处于制动运行时，第一蓄电池6能够吸收制动能量，避免制动能量的浪费；在非公路车辆处于牵引状态时，第一蓄电池6将吸收的制动能量单独或者与发电机1共同输出至电机4，提高非公路车辆供电系统运行的可靠性；上述供电系统整体结构简单且操作简便。
本发明实施例还公开了一种非公路车辆(如矿山自卸车或矿山装载车等)，包括车辆本体和如上所述的非公路车辆供电系统，供电系统中的逆变模块3的输出端与车辆本体中的电机4相连。本发明的非公路车辆包括如上所述的供电系统，同样具有如上供电系统所述的优点。
本发明实施例进一步公开了一种基于如上所述的非公路车辆供电系统的供电方法，具体为混合动力能量管理，具体包括以下几个方面：
在非公路车辆处于电制动时，电机4回馈能量，通过第一DC/DC模块5对第一蓄电池6进行充电，第一蓄电池6对制动能量进行吸收存储，从而避免制动能量消耗(如制动电阻消耗)，达到节能效果；
在非公路车辆处于牵引工况时，当发电机1转速低于预定转速时，此时发电机1负责电机4的功率输出，第一DC/DC模块5处于待机模式，第一蓄电池6向非公路车辆的辅变风机提供能量；
当发电机1转速大于或等于预定转速，且电机4处于恒功区(即恒定功率)时，此时发电机1无法满足电机4最大牵引功率输出，第一DC/DC模块5处于恒压模式(第一DC/DC模块5输出电压恒定)，第一蓄电池6向电机4提供能量以稳定中间直流母线电压，并同时对辅变风机提供功率；由于电机需要能量比较多，能量由第一蓄电池6和发电机1供应，此时限制第一蓄电池6侧电流，防止电池损坏；
当发电机1转速大于或等于预定转速，且电机4不处于恒功区时，第一DC/DC模块5处于恒压模式，第一蓄电池6向电机4提供能量以稳定中间直流母线电压以调节供电系统的动态波动，此时优先以发电机1功率输出为主。
其中预定转速优选为1400rpm。当然，上述预定转速也可以根据实际情况在1200～1600rpm内选择。
在一具体实施例中，具体涉及到怠速能量管理，其中从发电机1的燃油消耗量曲线(BSFC，常规曲线)可知，发电机1在一定转速时，负载功率很低时(仅为发电机1的附属功率)，此时燃油消耗率很高，相当于发电机1的输出效率很低。
故在装载或卸载等怠速等待状态时，通过第一DC/DC模块5给第一蓄电池6充电，可以提高发电机1的输出功率，从而使发电机1的BSFC值更优。相当于将发电机1运行于较优的BSFC状态下，产生的剩余能量暂时存储在第一蓄电池6内，在车辆最大功率输出时再消耗掉。
在一具体实施例中，在第二蓄电池8馈电时，第一蓄电池6通过第二DC/DC模块7降压向第二蓄电池8进行充电，第二蓄电池8再向非公路车辆的控制系统供电以实现自启动(或者直接通过第二DC/DC模块7向控制系统进行临时供电)，提高非公路车辆在恶劣情况下运行的可靠性。
本发明的供电方法，通过上述不同工况下的合理能量管理策略，不仅使得整个供电系统更加节能，同时也能保障非公路车辆运行的稳定可靠性和最优运行效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非公路车辆供电系统，其特征在于，包括发电机(1)、整流模块(2)、逆变模块(3)、第一DC/DC模块(5)、第一蓄电池(6)、第二DC/DC模块(7)和第二蓄电池(8)；所述发电机(1)的输出端与所述整流模块(2)的输入端相连，所述整流模块(2)的输出端与所述逆变模块(3)的输入端相连，所述逆变模块(3)的输出端用于与电机(4)相连；所述第一蓄电池(6)通过所述第一DC/DC模块(5)与所述整流模块(2)的输出端相连，用于在非公路车辆处于制动状态时吸收制动能量，并在非公路车辆处于牵引状态时输出能量；所述第一蓄电池(6)通过第二DC/DC模块(7)与所述第二蓄电池(8)相连，用于在第二蓄电池(8)馈电时，向所述第二蓄电池(8)进行充电。
2.根据权利要求1所述的非公路车辆供电系统，其特征在于，所述第一蓄电池(6)与第二DC/DC模块(7)之间设有开关模块。
3.根据权利要求2所述的非公路车辆供电系统，其特征在于，所述开关模块为继电器开关K1。
4.根据权利要求1或2或3所述的非公路车辆供电系统，其特征在于，所述第二蓄电池(8)为24V蓄电池。
5.根据权利要求1或2或3所述的非公路车辆供电系统，其特征在于，所述整流模块(2)为AC/DC整流器；所述逆变模块(3)为DC/AC逆变器。
6.一种非公路车辆，包括车辆本体，其特征在于，还包括如权利要求1～5中任意一项所述的非公路车辆供电系统，所述供电系统中的逆变模块(3)的输出端与车辆本体中的电机(4)相连。
7.一种基于权利要求1～5中任意一项所述的非公路车辆供电系统的供电方法，其特征在于，包括：
在非公路车辆处于电制动工况时，所述电机(4)回馈能量，通过第一DC/DC模块(5)对第一蓄电池(6)进行充电，所述第一蓄电池(6)对制动能量进行吸收存储；
在非公路车辆处于牵引工况时，当发电机(1)转速低于预定转速时，所述第一DC/DC模块(5)处于待机模式，所述第一蓄电池(6)向非公路车辆的辅变风机提供能量；
当发电机(1)转速大于或等于预定转速，且电机(4)处于恒功区时，此时发电机(1)无法满足电机(4)最大牵引功率输出，所述第一DC/DC模块(5)处于恒压模式，所述第一蓄电池(6)向电机(4)提供能量以稳定中间直流母线电压，并限制第一蓄电池(6)侧电流；
当发电机(1)转速大于或等于预定转速，且电机(4)不处于恒功区时，所述第一DC/DC模块(5)处于恒压模式，所述第一蓄电池(6)向电机(4)提供能量以稳定中间直流母线电压以调节供电系统的动态波动。
8.根据权利要求7所述的供电方法，其特征在于，所述预定转速为1200～1600rpm。
9.根据权利要求7或8所述的供电方法，其特征在于，在非公路车辆处于怠速时，所述发电机(1)输出能量，通过第一DC/DC模块(5)对第一蓄电池(6)进行充电，所述第一蓄电池(6)对发电机(1)输出的功率进行吸收存储以提高发电机(1)的输出效率。
10.根据权利要求7或8所述的供电方法，其特征在于，在第二蓄电池(8)馈电时，所述第一蓄电池(6)通过第二DC/DC模块(7)向所述第二蓄电池(8)进行充电，第二蓄电池(8)再向非公路车辆的控制系统供电以实现自启动。
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