CN114552742B - 一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路 - Google Patents

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Abstract

一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，包括车载牵引系统电路和地面配电箱电路；所述车载牵引电路包括牵引电机M1、M2，逆变/整流模块G1、G2，常闭型三相交流接触器KM1、KM2，常开型三相交流接触器KM3、KM4，动力电池，控制连接器X1、X2、X3、X4；所述地面配电箱电路包括单相交流变压器T1、T2、T3、T4，三相交流变压器R2、R3，控制器。地面充电箱整流单元的功能用车载变流器作为整流器替代，无需额外增加地面充电箱整流模块，减少投入成本，解决高电压平台充电箱重新开发问题，提高充电效率，减少电气损耗。

Description

一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路
技术领域
本发明涉及自卸车，尤其是一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路。
背景技术
纯电动矿用自卸车驱动原理是将动力电池的直流电通过车载变流器逆变成三相可变压变频的交流电给到牵引电机进行调速调扭矩，从而达到驱动车辆运行目的；同时电制动时牵引电机作为发电机发出交流电经变流器（此时逆变器作为整流器使用）整流后给动力电池回馈电能。目前纯电动矿用自卸车采用的充电方式是：地面充电箱将380V三相交流电整流升压至1000V以下的直流电后给车辆动力电池充电，该种充电方式存在以下两个问题：
（1）地面充电箱需要整流模块，投入成本高；
（2）高电压（1800V）平台充电箱需重新开发，1800V高电压平台对于矿用自卸车变流器来说是成熟产品，但是1800V高电压平台地面充电箱市场上还没有。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，无需额外增加地面充电箱整流模块，减少投入成本；解决高电压平台充电箱重新开发问题，提高充电效率，减少电气损耗。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，包括车载牵引系统电路和地面配电箱电路；
所述车载牵引电路包括牵引电机M1、牵引电机M2、与牵引电机M1对应的逆变/整流模块G1、与牵引电机M2对应的逆变/整流模块G2、常闭型三相交流接触器KM1、常闭型三相交流接触器KM2、常开型三相交流接触器KM3、常开型三相交流接触器KM4、动力电池、控制连接器X1、控制连接器X3、用于给逆变/整流模块G1充电的高压三相交流充电连接器X2和用于给逆变/整流模块G2充电的高压三相交流充电连接器X4；所述逆变/整流模块G1与牵引电机M1之间设有第一三相供电线路，高压三相交流充电连接器X2与逆变/整流模块G1之间设有第一三相充电线路，所述逆变/整流模块G2与牵引电机M2之间设有第二三相供电线路，高压三相交流充电连接器X4与逆变/整流模块G2之间设有第二三相充电线路，所述逆变/整流模块G1与逆变/整流模块G2通过充放电线路与动力电池连接；所述第一三相供电线路上设有三相常闭触点KM1，所述第二三相供电线路上设有三相常闭触点KM2，所述第一三相充电线路上设有三相常开触点KM3，所述第二三相充电线路上设有三相常开触点KM4；所述控制连接器X1的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM1和三相交流接触器KM3线圈，所述控制连接器X1的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM1线圈，所述控制连接器X3的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM2和三相交流接触器KM4线圈，所述控制连接器X3的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM2线圈；
所述地面配电箱电路包括单相交流变压器T1、单相交流变压器T2、单相交流变压器T3、单相交流变压器T4、三相交流变压器R2、三相交流变压器R3和控制器；动力电池充电时：单相交流变压器T1通过常开触点KA1与控制连接器X1的2号连接点接通，控制连接器X1的3号连接点接地，单相交流变压器T2通过常开触点KA2与控制连接器X1的4号连接点接通，控制连接器X1的5号连接点接地；单相交流变压器T3通过常开触点KB1与控制连接器X3的2号连接点接通，控制连接器X3的3号连接点接地，单相交流变压器T4通过常开触点KB2与控制连接器X3的4号连接点接通，控制连接器X3的5号连接点接地；控制连接器X1的1号点和控制连接器X3的1号点同时向控制器发送确认信号，控制器控制接触器KA2、KB2线圈得电，常开触点KA2、KB2闭合后，接触器KA1、KB1线圈得电。
作为改进，所述充放电线路与动力电池正极端连接相互并联的开关K1和K2；所述充放电线路与动力电池负极端连接开关K3。
作为改进，所述牵引电机M1的L1相连接交流电流传感器P1，所述牵引电机M1的L3相连接交流电流传感器P5，所述第一三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P3；所述牵引电机M2的L1相连接交流电流传感器P2，所述牵引电机M2的L3相连接交流电流传感器P6，所述第二三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P4。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
目前纯电动矿用自卸车采用的充电方式是地面充电箱将380V三相交流电整流升压至1000V以下的直流电后给车辆动力电池充电，所以地面充电箱整流单元的功能完全可以用车载变流器作为整流器替代，无需额外增加地面充电箱整流模块，减少投入成本，解决高电压平台充电箱重新开发问题，提高充电效率，减少电气损耗。
附图说明
图1为本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，包括车载牵引系统电路和地面配电箱电路。
如图1所示，所述车载牵引电路包括牵引电机M1、牵引电机M2、与牵引电机M1对应的逆变/整流模块G1、与牵引电机M2对应的逆变/整流模块G2、常闭型三相交流接触器KM1、常闭型三相交流接触器KM2、常开型三相交流接触器KM3、常开型三相交流接触器KM4、动力电池、控制连接器X1、控制连接器X3、用于给逆变/整流模块G1充电的高压三相交流充电连接器X2和用于给逆变/整流模块G2充电的高压三相交流充电连接器X4。所述逆变/整流模块G1与牵引电机M1之间设有第一三相供电线路，高压三相交流充电连接器X2与逆变/整流模块G1之间设有第一三相充电线路，所述逆变/整流模块G2与牵引电机M2之间设有第二三相供电线路，高压三相交流充电连接器X4与逆变/整流模块G2之间设有第二三相充电线路，所述逆变/整流模块G1与逆变/整流模块G2通过充放电线路与动力电池连接。所述第一三相供电线路上设有三相常闭触点KM1，所述第二三相供电线路上设有三相常闭触点KM2，所述第一三相充电线路上设有三相常开触点KM3，所述第二三相充电线路上设有三相常开触点KM4。所述控制连接器X1的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM1和三相交流接触器KM3线圈，所述控制连接器X1的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM1线圈，所述控制连接器X3的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM2和三相交流接触器KM4线圈，所述控制连接器X3的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM2线圈。所述充放电线路与动力电池正极端连接相互并联的开关K1和K2；所述充放电线路与动力电池负极端连接开关K3。所述牵引电机M1的L1相连接交流电流传感器P1，所述牵引电机M1的L3相连接交流电流传感器P5，所述第一三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P3；所述牵引电机M2的L1相连接交流电流传感器P2，所述牵引电机M2的L3相连接交流电流传感器P6，所述第二三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P4。
如图1所示，所述地面配电箱电路包括单相交流变压器T1、单相交流变压器T2、单相交流变压器T3、单相交流变压器T4、三相交流变压器R2、三相交流变压器R3和控制器。动力电池充电时：单相交流变压器T1通过常开触点KA1与控制连接器X1的2号连接点接通，控制连接器X1的3号连接点接地，单相交流变压器T2通过常开触点KA2与控制连接器X1的4号连接点接通，控制连接器X1的5号连接点接地；单相交流变压器T3通过常开触点KB1与控制连接器X3的2号连接点接通，控制连接器X3的3号连接点接地，单相交流变压器T4通过常开触点KB2与控制连接器X3的4号连接点接通，控制连接器X3的5号连接点接地；控制连接器X1的1号点和控制连接器X3的1号点同时向控制器发送确认信号，控制器控制接触器KA2、KB2线圈得电，常开触点KA2、KB2闭合后，接触器KA1、KB1线圈得电。
本发明控制逻辑：
车辆运行状态时，三相交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4不动作，此时牵引电机G1、G2正常工作，可做牵引电机或发电机使用。
车辆处于充电状态时，三相交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4得电，此时电机端处于断开状态，地面充电箱将变压器降压后的1140V～1375V三相交流电输送到车辆交流母线上，经变流器整流成1550V～1800V直流电给动力电池系统充电，详细工作逻辑如下：
1）将控制连接器X1、X2、X3、X4连接器插头与车载插座对接，然后按下充电按钮；
2）车载牵引系统中变流器以及动力电池系统自检无误后通过控制连接器X1、X3的1号连接点位发送充电确认信号，地面配电箱接收充电确认信号后，控制器控制接触器KA2、KB2线圈得电，接触器KA2、KB2常开触点闭合后，接触器KA1、KB1线圈得电，三相交流接触器KM1、KM2线圈得电，三相交流接触器KM1、KM2三相常闭触点断开切断牵引电机输入，同时辅助常开触点闭合， 三相交流接触器KM3、KM4线圈得电，三相交流接触器KM1、KM2三相常开触点闭合，这样地面充电箱将变压器降压后的1140V～1375V三相交流电输送到车辆交流母线上经变流器整流成1550V～1800V直流电给动力电池系统充电。
为防止交流充电过程中，交流电施加到牵引电机绕组端，导致牵引电机运转从而导致车辆失控，此电路中的具备逻辑保护：
1）接触器KA1和KA2之间，接触器KB1和KB2之间有电气联锁保护；
2）三相交流接触器KM1和KM3之间，三相交流接触器KM2和KM4之间有电气联锁保护；
3）变流器通过安装于牵引电机端的电流传感器检测实际电流值，如果充电过程中存在电流将立刻停止充电，断开三相交流接触器KM2和KM4的三相交流触点。
本发明优点如下：
1、通过改变主电路结构形式首次将1800V高电压平台在纯电动矿用自卸车上实现，相对于现有800V电压平台能够有效降低电气损耗（降低50%以上），提高充电效率（充电时间缩短42%），动力电缆材料下降50%，功率模块价格降低不小于20%；
2、有效利用车载变流器双向工作特性，减少地面充电设备部件投入，极大提高产品性价比；
3、首次在纯电动矿用自卸车产品上使用大功率高压交流充电，从而可以将动力电源系统高压盒集成到车载变流器中，提高产品集成度，有效减少动力线缆长度。

Claims (3)

1.一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，其特征在于：包括车载牵引系统电路和地面配电箱电路；
所述车载牵引系统电路包括牵引电机M1、牵引电机M2、与牵引电机M1对应的逆变/整流模块G1、与牵引电机M2对应的逆变/整流模块G2、常闭型三相交流接触器KM1、常闭型三相交流接触器KM2、常开型三相交流接触器KM3、常开型三相交流接触器KM4、动力电池、控制连接器X1、控制连接器X3、用于给逆变/整流模块G1充电的高压三相交流充电连接器X2和用于给逆变/整流模块G2充电的高压三相交流充电连接器X4；所述逆变/整流模块G1与牵引电机M1之间设有第一三相供电线路，高压三相交流充电连接器X2与逆变/整流模块G1之间设有第一三相充电线路，所述逆变/整流模块G2与牵引电机M2之间设有第二三相供电线路，高压三相交流充电连接器X4与逆变/整流模块G2之间设有第二三相充电线路，所述逆变/整流模块G1与逆变/整流模块G2通过充放电线路与动力电池连接；所述第一三相供电线路上设有三相常闭触点KM1，所述第二三相供电线路上设有三相常闭触点KM2，所述第一三相充电线路上设有三相常开触点KM3，所述第二三相充电线路上设有三相常开触点KM4；所述控制连接器X1的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM1和三相交流接触器KM3线圈，所述控制连接器X1的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM1线圈，所述控制连接器X3的2号连接点与3号连接点之间的连线设有三相常开触点KM2和三相交流接触器KM4线圈，所述控制连接器X3的4号连接点与5号连接点之间的连线设有三相交流接触器KM2线圈；
所述地面配电箱电路包括单相交流变压器T1、单相交流变压器T2、单相交流变压器T3、单相交流变压器T4、三相交流变压器R2、三相交流变压器R3和控制器；动力电池充电时：单相交流变压器T1通过常开触点KA1与控制连接器X1的2号连接点接通，控制连接器X1的3号连接点接地，单相交流变压器T2通过常开触点KA2与控制连接器X1的4号连接点接通，控制连接器X1的5号连接点接地；单相交流变压器T3通过常开触点KB1与控制连接器X3的2号连接点接通，控制连接器X3的3号连接点接地，单相交流变压器T4通过常开触点KB2与控制连接器X3的4号连接点接通，控制连接器X3的5号连接点接地；控制连接器X1的1号点和控制连接器X3的1号点同时向控制器发送确认信号，控制器控制接触器KA2、KB2线圈得电，常开触点KA2、KB2闭合后，接触器KA1、KB1线圈得电。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，其特征在于：所述充放电线路与动力电池正极端连接相互并联的开关K1和K2；所述充放电线路与动力电池负极端连接开关K3。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动矿用自卸车高电压平台驱动与充电一体式主电路，其特征在于：所述牵引电机M1的L1相连接交流电流传感器P1，所述牵引电机M1的L3相连接交流电流传感器P5，所述第一三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P3；所述牵引电机M2的L1相连接交流电流传感器P2，所述牵引电机M2的L3相连接交流电流传感器P6，所述第二三相供电线路的L1相与L2相之间连接交流电压传感器P4。
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