CN212765683U - 一种搅拌运输车混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于搅拌运输车技术领域，公开了一种搅拌运输车混合动力系统，包括主驱动模组和辅驱动模组，主驱动模组包括发动机和电动发电一体机，能够通过发动机和/或电动发电一体机驱动车辆的驱动桥，辅驱动模组包括动力电池和驱动电机，动力电池电连接于驱动电机，驱动电机用于驱动车辆上的搅拌筒旋转，电动发电一体机与动力电池电连接。本实用新型的搅拌运输车混合动力系统中，单独为搅拌筒配备动力电池和驱动电机，代替现有上装中的液压系统，有效降低了保养维护成本，在此基础上，设置与动力电池电连接的电动发电一体机，并且使该电动发电一体机与发动机并联对车辆进行驱动，有效提高了车辆的燃油经济性和动力性。

Description

一种搅拌运输车混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及搅拌运输车技术领域，尤其涉及一种搅拌运输车混合动力系统。

背景技术

车辆上装是指在车辆底盘上安装的其它总成，例如罐式搅拌车的罐体部分、厢式货车的车厢部分等。现有的混凝土搅拌运输车上装，应用最广泛的是经液压系统驱动的搅拌筒，搅拌筒在进料和运输过程中正向旋转，以利于进料和对混凝土进行搅拌，在出料时反向旋转，在工作终结后切断与发动机的动力联接。

但是，现有搅拌筒的驱动系统中，传动轴、液压系统和减速器等都需要定期维护，费用较高，并且，驱动搅拌筒会使车辆长时间处于怠速状态，车辆油耗增高，舒适性降低，排放性能较差，影响整车的性能指标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种搅拌运输车混合动力系统，能够有效提高车辆的燃油经济性和动力性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种搅拌运输车混合动力系统，包括：

主驱动模组，包括发动机和电动发电一体机，能够通过所述发动机和/或所述电动发电一体机驱动车辆的驱动桥；

辅驱动模组，包括动力电池和驱动电机，所述动力电池电连接于所述驱动电机，所述驱动电机用于驱动车辆上的搅拌筒旋转，所述电动发电一体机与所述动力电池电连接，所述电动发电一体机在发电模式下，能够将机械能转化为电能，为所述动力电池充电，所述电动发电一体机在电动模式下，能够将所述动力电池所提供的电能转化为机械能。

作为优选，所述主驱动模组还包括离合器和变速箱，所述发动机通过所述离合器选择性地与所述电动发电一体机传动连接，所述电动发电一体机与所述变速箱传动连接，所述变速箱与车辆的驱动桥传动连接。

作为优选，还包括混合动力控制器，所述混合动力控制器通过CAN总线分别连接于所述发动机的电子控制单元、所述变速箱、所述动力电池。

作为优选，还包括电池管理系统，所述电池管理系统连接于所述CAN总线，用于监控所述动力电池。

作为优选，还包括仪表，所述仪表连接于所述CAN总线。

作为优选，所述主驱动模组还包括主电机控制器，所述电动发电一体机与所述主电机控制器电连接，所述主电机控制器与所述动力电池电连接。

作为优选，所述电动发电一体机与所述主电机控制器之间以及所述主电机控制器与所述动力电池之间均通过高压线束连接。

作为优选，所述辅驱动模组还包括驱动电机控制器，所述驱动电机与所述驱动电机控制器电连接，所述驱动电机控制器与所述动力电池电连接。

作为优选，所述驱动电机与所述驱动电机控制器之间以及所述驱动电机控制器与所述动力电池之间均通过高压线束连接。

作为优选，所述动力电池为镍氢动力电池、磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池或三元动力电池。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的搅拌运输车混合动力系统中，单独为搅拌筒配备动力电池和驱动电机，有效降低了保养维护成本，在此基础上，设置与动力电池电连接的电动发电一体机，并且使该电动发电一体机与发动机并联对车辆进行驱动，有效提高了车辆的燃油经济性和动力性。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述的搅拌运输车混合动力系统的结构示意图。

图中：

1、发动机；2、电动发电一体机；3、动力电池；4、驱动电机；5、离合器； 6、变速箱；7、混合动力控制器；8、电池管理系统；9、仪表；10、主电机控制器；11、驱动电机控制器；

100、CAN总线；200、高压线束；300、整车信号。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型提供了一种搅拌运输车混合动力系统，包括主驱动模组和辅驱动模组。其中，主驱动模组包括发动机1和电动发电一体机2，能够通过发动机1和/或电动发电一体机2驱动车辆的驱动桥，辅驱动模组，包括动力电池3和驱动电机4，动力电池3电连接于驱动电机4，驱动电机4用于驱动车辆上的搅拌筒旋转，电动发电一体机2与动力电池3电连接，电动发电一体机2在发电模式下，能够将机械能转化为电能，为动力电池3充电，电动发电一体机2在电动模式下，能够将动力电池3所提供的电能转化为机械能。

本实用新型的搅拌运输车混合动力系统中，单独为搅拌筒配备动力电池3 和驱动电机4，代替现有上装中的液压系统，原车布置改动小、效率高、可靠性高、不影响驾驶员原有驾驶习惯，有效降低了保养维护成本，在此基础上，设置与动力电池3电连接的电动发电一体机2，并且使该电动发电一体机2与发动机1并联对车辆进行驱动，有效提高了车辆的燃油经济性和动力性。

具体地，主驱动模组还包括离合器5和变速箱6，发动机1通过离合器5选择性地与电动发电一体机2传动连接，电动发电一体机2与变速箱6传动连接，变速箱6与车辆的驱动桥传动连接。上述变速箱6为自动档变速箱或手动档变速箱。

具体地，搅拌运输车混合动力系统还包括混合动力控制器7，混合动力控制器7通过CAN总线100分别连接于发动机1的电子控制单元、变速箱6、动力电池3。上述混合动力控制器7，获取主驱动模组和辅驱动模组的实时状态信息以及车辆的状态信号，并至少基于所获取的实时状态信息和车辆状态信号中的一个发送相应的控制指令，其为本领域中常规的ECU(Electronic Control Unit 电子控制单元)，其具体结构和工作原理在此不再赘述。

上述控制指令至少包括：选择启动源快速启动发动机1的控制指令；控制发动机1的熄火和快速启动的控制指令；补偿发动机1扭矩的控制指令；回收制动能量的控制指令；回收发动机1富余扭矩的控制指令；控制驱动电机4转速指令以及控制驱动电机4扭矩指令。

上述车辆状态信号至少包括：钥匙开关ON档信号、Start档信号、离合器 5信号、变速箱6空档信号和制动开关信号。

在本实施例中，搅拌运输车混合动力系统还包括电池管理系统8，电池管理系统8连接于CAN(Controller Area Network，CAN)总线，用于监控动力电池 3的电力状态。

更为具体地，搅拌运输车混合动力系统还包括仪表9，仪表9连接于CAN总线100。

具体地，主驱动模组还包括主电机控制器10，电动发电一体机2与主电机控制器10电连接，主电机控制器10与动力电池3电连接。

在本实施例中，电动发电一体机2输入端通过高压线束200与主电机控制器10相连接，主电机控制器10的输入端与动力电池3通过高压线束200连接。

具体地，辅驱动模组还包括驱动电机控制器11，驱动电机4与驱动电机控制器11电连接，驱动电机控制器11与动力电池3电连接。

在本实施例中，驱动电机4输入端通过高压线束200与驱动电机控制器11 相连接，驱动电机控制器11的输入端与动力电池3通过高压线束200连接。

上述主电机控制器10和驱动电机控制器11为本领域中常规的电机控制器，其具体结构和工作原理在此不再赘述。

更为具体地，动力电池3为镍氢动力电池、磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池或三元动力电池。

在具体工作时，动力电池3用来为电动发动一体机和驱动电机4提供电力，电池管理系统8用来监控动力电池3的电压、放电管理等。电动发电一体机2、主电机控制器10、驱动电机4、驱动电机控制器11、动力电池3和电池管理系统8等构成电力驱动系统，为车辆提供电能。电动发电一体机2具有发电和电动两种工作模式，当工作于发电模式时，将输入的机械能转化为电能为动力电池3进行充电，当工作于电动模式时，将动力电池3提供的电能转化为机械能，驱动电机4驱动搅拌筒旋转，将动力电池3提供的电能转化为机械能。

混合动力控制器7用来协调发动机1和电力驱动系统，为搅拌运输车混合动力系统的中心控制器。主电机控制器10(也可称作逆变器)经高压线束200与电动发电一体机2和动力电池3相连接，主电机控制器10受混合动力控制器7 控制，可实现电动发电一体机2的调速、调扭等控制，同时对电动发电一体机2 进行监控。电动发电一体机2可通过驱动、发电、自由转三个工作模式的切换来实现扭矩的输出、输入、离线的操作，从而使得搅拌运输车混合动力系统可处于纯电动工作模式、纯发动机工作模式和混合动力工作模式。电动发电一体机2为电动模式时，实现动力电池3直流电逆变为交流电输出至电动发电一体机2，电动发电一体机2发电时，将电动发电一体机2输出的交流电整流为直流电输送给动力电池3。驱动电机控制器11受混合动力控制器7控制，可实现驱动电机4的调速、调扭等控制，同时对驱动电机4进行监控。在动力电池3和电池管理系统8中，包含相关的高压配电电路，如高压继电器组成的配电电路以及紧急断电开关等，但并不局限于此。

发动机1上的电子控制单元、主电机控制器10、驱动电机控制器11、变速箱6、动力电池3、电池管理系统8、混合动力控制器7以及仪表9等可通过CAN 总线100相连实现各类信号的传输，各类信号包括在CAN总线100上传输的各个信号，包括常规车中发动机1上的电子控制单元与仪表9的交流内容、动力电池3上报仪表9的电池电压、实时电流、电池温度、电池均衡状态等，主电机控制器10和驱动电机控制器11上报的电机实时温度、电机扭矩、电机电流等，混合动力控制器7上报的系统工作模式、系统扭矩状态等信息等。CAN总线 100除包括以上CAN节点以外，还可包括整车其他的CAN节点，例如ABS控制器、后处理单元控制器等等。混合动力控制器7可通过CAN总线100获取发动机1 上的电子控制单元、动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10、驱动电机控制器11等CAN节点的实时状态等，并通过CAN总线100向对应的CAN节点总成发送相应的控制指令。当发动机1上的电子控制单元、动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10等存在故障时开始上报故障信息，混合动力控制器7 根据故障信息进行安全策略的执行，确保车辆人身安全。

在本实用新型中，仪表9显示内容除传统车的常规显示内容外，还可显示通过混合动力控制器7获取的发动机1上的电子控制单元、动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10、驱动电机控制器11等CAN节点的实时状态、故障码等，以及混合动力控制器7上报的包括发动机1、电动发电一体机2、动力电池3及电池管理系统8等等在内的搅拌运输车混合动力系统工作状态等，包括当前电机所处的工作状态，整个动力系统的扭矩分配情况等等。各CAN节点的实时状态可包括：电池管理系统8上报的电池温度、电池放电电流、电池电压等；主电机控制器10上报的电机温度、电机电流、电机转速等信息。CAN节点的实时状态信息可以通过各个部件单独上报获取，也可通过混合动力控制器7 进行转发来获取。

在本实用新型中，与车辆相关的整车信号300可接入到混合动力控制器7 中，以实现各类信号的采集及相关附件设备的控制，例如，对起动机和排气制动阀等进行控制。例如，混合动力控制器7可通过信号线束，即通过在车辆上用于信号传递的电线，连接采集如组合钥匙开关开(ON)档信号、开始(Start) 档信号、变速箱6空档信号、制动开关信号等整车信号300，另外还可包括混合动力相关模式开关，但并不局限于此。本实用新型中的组合钥匙开关包括车辆上电、启动发动机1等所用的钥匙开关。整车信号300是指整车运行过程中存在的一些信号，也可称为车辆状态信号，混合动力相关模式开关是指影响控制策略运行的一些驾驶员意图输入开关，如节能优先、动力优先这样的动力模式信号；电池优先储能、电池优先放电等等电池控制模式信号；还存在一些旋钮开关，驾驶员根据车辆工况可以控制上装搅拌筒的旋转速度。

以下通过对整车的初次启动、整车起步及行车过程的控制过程来对系统进行介绍。

在整车(车辆)的初次启动过程中，混合动力控制器7可根据动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10等的状态确定发动机1的启动动力源，可选择原车起动机启动，也可通过控制电动发电一体机2来实现发动机1的快速启动。

具体地，确定发动机1的启动动力源和实现发动机1的快速启动可包括：动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10等在组合钥匙开关ON档上电后开始自检并上报实时状态，混合动力控制器7进行自检并综合动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10等上报的状态以及混合动力控制器7的供电电压。判断发动机1启动的动力源是起动机还是电动发电一体机2。混合动力控制器7 的供电电压可为整车上的24V低压铅酸蓄电池组，也作为常规车启动机的供电电压。更具体地说，混合动力控制器7根据各总成，包括混合动力控制器7、动力电池3、电池管理系统8、主电机控制器10等上报的信息，来判断由电动发电一体机2、主电机控制器10、动力电池3等组成的电力驱动系统是否有故障，若电力驱动系统有故障，则电力驱动系统离线，即电动发电一体机2、动力电池 3、主电机控制器10、混合动力控制器7等不工作，整车与常规车相同，仅由发动机1提供动力，处于纯发动机工作模式；若电力驱动系统无故障，当组合钥匙开关Start档触发时，判断电力驱动系统能否满足启动发动机1的需求，若满足且检测到变速箱6位于空档时，电动发电一体机2处于扭矩控制模式输出扭矩启动发动机1，此时，发动机1的启动动力源为电动发电一体机2。电动发电一体机2在进行扭矩控制过程中实时监测发动机1的转速值，当发动机1到达自点火转速时执行自由转模式，此时完成发动机1启动操作，发动机1的自点火转速一般在200rpm左右，根据发动机型号、环境温度等情况不同而不相同。若电力驱动系统不满足启动发动机1的需求，则使用原车起动机完成发动机1 启动，操作方法与原车操作方法相同，即组合钥匙开关拧到Start档(自复位) 时，启动继电器结合，起动机工作，当松开Start档时，启动继电器断开，起动机停止工作，发动机1启动成功与否通过驾驶员自行判断。

在整车进行起步以及行车过程中，混合动力控制器7实时判断发动机1的工作状态，并根据发动机1的工作状态实时控制电动发电一体机2的扭矩输出并向电动发电一体机2发送补偿发动机1扭矩的控制指令，从而对发动机1的扭矩进行补偿。具体地，混合动力控制器7采集发动机1的电子控制单元经CAN 总线100发送的驾驶员需求扭矩百分比、油门踏板开度、发动机1当前扭矩百分比、发动机1当前转速等信息判断出驾驶员驾驶意图，根据发动机1万有特性曲线决定是否对发动机1扭矩进行调整以及如何调整。

更为具体地，当需要对发动机1扭矩进行补偿时，若动力电池3的电量充足且电力驱动系统无故障时，电动发电一体机2根据标定的扭矩输出曲线进行扭矩输出，实现电动发电一体机2与发动机1的扭矩耦合，以补充整车扭矩，若动力电池3的电量较低或电力驱动系统有故障，电动发电一体机2执行自由转控制，整车动力源仅为发动机1。通常，如下情况下可认为发动机1需要进行扭矩补偿：采集油门踏板信号，通过策略运算获得驾驶员需求扭矩期望值，如果此时发动机1不能够提供此扭矩值或者提供此扭矩值时油耗、排放较高，即认为发动机1需要进行扭矩补偿。本实用新型中的扭矩输出曲线一般前期通过仿真软件获得原始数据，然后是在台架或者实车上通过试验反复标定修正，确定各个补偿点下电动发电一体机2需要提供的扭矩值。

当发动机1具有富余扭矩时，若动力电池3的电量较低且电力驱动系统无故障，则发送回收发动机1富余扭矩的控制指令，控制电动发电一体机2执行发电控制，为动力电池3充电，若动力电池3的电量高于阈值或电力驱动系统有故障，混合动力控制器7通过转矩速度控制(TSC1)报文进行发动机1扭矩限制以提高发动机1的燃油经济性。具体地，当发动机1具有富余扭矩时，混合动力控制器7采集发动机1包括但不局限于实时扭矩、实时转速等状态信息，根据发动机1万有特性参数进行判断，当发动机1负荷较低时且电动发电一体机2、主电机控制器10、动力电池3组成的电力驱动系统满足扭矩输入的情况下，则控制电动发电一体机2处于发电模式将发动机1的富余扭矩转化为电能并储存在动力电池3中。

当混合动力控制器7检测到车辆处于静止状态、变速箱6处于空档、离合器5的踏板松开时则控制发动机1熄火，混合动力控制器7可通过发动机1的电子控制单元的ON档线断开或通过CAN总线100发送发动机1停机控制指令等方式来实现发动机1的熄火，优选混合动力控制器7向发动机1的电子控制单元发送熄火指令来实现发动机1熄火。此时，当混合动力控制器7检测到离合器5的踏板踩下时，则控制发动机1快速启动，发动机1启动动力源选择与车辆初次启动所述的方法相同。具体地，控制发动机1的熄火可包括：当变速箱6 为手动档变速箱时，混合动力控制器7检测到车辆处于静止状态、变速箱6处于空档、离合器5的踏板松开时则控制发动机1熄火，此时混合动力控制器7 检测到离合器5的踏板踩下时，则控制发动机1快速启动，即通过控制起动机或者电动发电一体机2来实现发动机1的快速启动。当变速箱6为自动档变速箱时，混合动力控制器7检测到车辆处于静止状态且制动踏板持续踩下时，控制发动机1熄火，此时混合动力控制器7检测到制动踏板未踩下，则控制发动机1快速启动。

混合动力控制器7通过采集整车制动信号、离合器5状态、变速箱6的空档信号并综合动力电池3及电池管理系统8、电动发电一体机2及主电机控制器 10等电力驱动部件的实时状态，当制动踏板踩下、离合器5处于结合状态、变速箱6处于非空档、电力驱动系统满足扭矩输入的情况下，控制电动发电一体机2处于发电模式将输入的扭矩转化为电能并储存在动力电池3中，从而实现制动能量回收功能。

混合动力控制器7通过采集整车制动信号、离合器5状态、变速箱6的空档信号并综合动力电池3、电池管理系统8、驱动电机4、驱动电机控制器11、电动发电一体机2及主电机控制器10等电力驱动部件的实时状态。根据驾驶员的需求混合动力控制器7依据电力驱动部件的状态控制驱动电机4的转速和扭矩。

此外，本实用新型的动力混合系统还可以通过匹配逆变器等设备实现动力电池3中储存电能的利用，如电动空调等其他可匹配的一些设施，以提高整车舒适性与便利性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，包括：

主驱动模组，包括发动机(1)和电动发电一体机(2)，能够通过所述发动机(1)和/或所述电动发电一体机(2)驱动车辆的驱动桥；

辅驱动模组，包括动力电池(3)和驱动电机(4)，所述动力电池(3)电连接于所述驱动电机(4)，所述驱动电机(4)用于驱动车辆上的搅拌筒旋转，所述电动发电一体机(2)与所述动力电池(3)电连接，所述电动发电一体机(2)在发电模式下，能够将机械能转化为电能，为所述动力电池(3)充电，所述电动发电一体机(2)在电动模式下，能够将所述动力电池(3)所提供的电能转化为机械能。

2.根据权利要求1所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述主驱动模组还包括离合器(5)和变速箱(6)，所述发动机(1)通过所述离合器(5)选择性地与所述电动发电一体机(2)传动连接，所述电动发电一体机(2)与所述变速箱(6)传动连接，所述变速箱(6)与车辆的驱动桥传动连接。

3.根据权利要求2所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，还包括混合动力控制器(7)，所述混合动力控制器(7)通过CAN总线(100)分别连接于所述发动机(1)的电子控制单元、所述变速箱(6)、所述动力电池(3)。

4.根据权利要求3所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，还包括电池管理系统(8)，所述电池管理系统(8)连接于所述CAN总线(100)，用于监控所述动力电池(3)。

5.根据权利要求3所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，还包括仪表(9)，所述仪表(9)连接于所述CAN总线(100)。

6.根据权利要求1所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述主驱动模组还包括主电机控制器(10)，所述电动发电一体机(2)与所述主电机控制器(10)电连接，所述主电机控制器(10)与所述动力电池(3)电连接。

7.根据权利要求6所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述电动发电一体机(2)与所述主电机控制器(10)之间以及所述主电机控制器(10)与所述动力电池(3)之间均通过高压线束(200)连接。

8.根据权利要求1所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述辅驱动模组还包括驱动电机控制器(11)，所述驱动电机(4)与所述驱动电机控制器(11)电连接，所述驱动电机控制器(11)与所述动力电池(3)电连接。

9.根据权利要求8所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述驱动电机(4)与所述驱动电机控制器(11)之间以及所述驱动电机控制器(11)与所述动力电池(3)之间均通过高压线束(200)连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的搅拌运输车混合动力系统，其特征在于，所述动力电池(3)为镍氢动力电池、磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池或三元动力电池。

Images