CN209126536U - 采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车 - Google Patents
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Abstract
提供一种采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，在驱动电机的轴上安装单向逆止轴承，纯电动矿车采用再生发电制动装置和机械制动系统，再生发电制动装置包含能量回馈单元和能耗控制单元。本电动矿车蓄电池容量小、成本低，采用行进中充电，无需设置固定的充电桩，接触网可以灵活分段设立，不会影响超高物件的运输，中压接触网电压等级高，能使同一接触线回路区间同时容纳较多的矿车，再生发电制动产生的电能可以为车载蓄电池充电也可以传输至接触网供其它车辆使用，最大程度节省了能耗、减少刹车片的消耗，提高了制动系统的可靠性，单向逆止轴承能有效防止上坡途中停车再启动时的溜坡现象，简化司机的操作，也提高了纯电动矿车的安全性。
Description
技术领域
本实用新型属于电传动矿用车技术领域，具体涉及一种采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车。
背景技术
目前的矿车主要有“柴油机+变速箱”为动力的自卸式矿车和由“柴油机+发电机+变频器+电动轮”为动力的电传动电动轮矿车两种。由于重型矿车主要用于大型露天矿的剥离土方和矿石的运输，其运行的道路不仅弯道多、坡度大，而且路面也较差，这就造成重型矿车的油耗非常大，一台100t左右的矿车一年的油费就高达百万元；另外，随着矿坑深度和直径的增加，发动机的排气会在露天矿深坑内造成严重空气污染，从而影响环境质量。
电传动矿用自卸车主要用于大型露天矿山矿石、矿料的运输，随着矿坑深度和直径的增加，重载上坡速度小，由于没有机械变速箱，发动机几乎都是工作在非高效区并严重降低了生产效率，为了解决这些问题，各矿卡厂家开展了“柴油发电机组+架线辅助供电”的双动力和完全由锂电池供电的纯电动矿车研究、实验，但是结果很不理想。前者无法舍去柴油发电机组无法实现零排放且成本较高，后者则因电池包的成本很高、体重大及寿命短等因素毫无经济优势。另外，电动轮矿车的电传动系统虽然通过多级行星减速器做了减重处理，但因没有机械变速能力，为了应付矿区的复杂路况，电动轮的电机必须满足既要有足够大的爬坡驱动力，又要具备较高的最高行驶速度，因此电动轮矿车的电机功率比较大，整车的自重比也比较大，不利于轻量化和节能。由于矿山的运输采用轮班制，人歇车不停，所以在矿区不仅矿车多，矿车司机更多。大量的矿车司机和维修人员常年生活、工作在空气污染严重的矿区，身心健康难免受到严重伤害，这对矿主和政府都有很大的经济和道义上的压力，同时，矿车运行的道路弯道多、坡度大，在运行过程中时长会出现减速或刹车的情况，在此过程中，矿车自身无法对刹车或减速是产生的能量进行回收，造成能量的浪费，与节能减排理念相违背，针对上述问题，有必要进行改进。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题：提供一种采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，相比“柴油机+变速箱”为动力的传统矿车在成本相差不大的情况下实现完全电动化，且采用机械制动系统和再生发电制动装置不同的制动方式，为纯电动矿车提供安全可靠的制动条件，解决了矿车因经常长时间制动而造成刹车片失灵所形成的安全隐患，极大的延长了刹车片的使用寿命，提高了纯电动矿车的安全性和可靠性，利用再生发电制动装置再生发电制动的同时，将制动过程中产生的再生电力回馈到电网，极大的减少了能量的消耗，并实现为接触网与受电弓分离后的纯电工矿车充电蓄能。
本实用新型采用的技术方案：采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，包括车架、车桥、车轮、驾驶室、箱斗、双供电模式的电源部分、动力系统、辅助功能部分、液压升举系统和整车控制器，所述整车控制器通过CAN总线与双供电模式电源部分、动力系统辅助功能部分，所述整车控制器根据驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分中受电弓机构中的受电弓上的碳刷滑块与中压交流接触网接触或分离后，实现设于专用车道上的中压交流接触网为纯电动矿车直接供电或双供电模式电源部分中的蓄电池为纯电动矿车供电，所述纯电动矿车中的制动系统包括机械制动系统和再生发电制动装置，所述再生发电制动装置包括能量回馈单元和能耗控制单元，能量回馈单元、能耗控制单元、动力系统中驱动电机控制器的电源输入端按照正负极均接于同一对电源母线上，并与稳压整流器的输出端相连，所述能量回馈单元的交流输出端与稳压整流器的输入端和牵引变压器的副边连接，其中，所述驱动电机、驱动电机控制器和能耗控制单元形成了能耗式再生发电制动方式，而驱动电机、驱动电机控制器和能量回馈单元形成了能量回收式再生发电制动方式，所述牵引变压器的原边与受电弓机构连接且整车控制器控制驱动电机控制器、驱动电机进行再生发电制动后产生的电能传输至电源母线上，可由能量回馈单元、牵引变压器和受电弓机构回馈至接触网或经双供电模式电源部分中的充电器为蓄电池充电，也可由所述能耗控制单元将多余的再生电力转化成热能后吹散于空气中。
其中，所述动力系统包括驱动电机控制器、驱动电机、离合器和变速箱，所述驱动电机由驱动电机控制器控制且驱动电机通过离合器与变速箱连接，所述变速箱和离合器由自动换挡控制器控制，且驱动电机控制器和自动换挡控制器均通过CAN总线受整车控制器的控制，所述变速箱具有一个含有离合器Ⅰ的取力器且取力器通过离合器Ⅰ与用于举升箱斗的液压升举系统中的液压泵连接后为箱斗的液压举升提供动力。
优选地，所述动力系统包括驱动电机控制器、驱动电机、离合器和变速箱，所述驱动电机由驱动电机控制器控制，所述驱动电机为双端输出电机且驱动电机的一个输出端通过离合器与变速箱连接，所述变速箱由自动换挡控制器控制，且驱动电机控制器和自动换挡控制器均通过CAN总线受整车控制器控制，所述驱动电机的另一个输出端通过离合器Ⅰ与用于举升箱斗的液压升举系统中的液压泵连接后为箱斗的液压举升提供动力。
进一步地，所述液压升举系统中用于控制液压泵工作的离合器控制开关设置于防护罩内，所述防护罩在受电弓升降控制开关处于落弓状态时才能打开，且离合器控制开关与受电弓升降控制开关均由整车控制器控制并在控制逻辑上为互锁关系。
进一步地，所述驱动电机的驱动轴或变速箱的输入轴上安装有单向逆止轴承。
进一步地，所述机械制动系统为气动机械式制动或液压机械式制动。
本实用新型与现有技术相比的优点：
1、本技术方案采用机械制动系统和再生发电制动装置不同的制动方式，为纯电动矿车提供安全可靠的制动条件，解决了矿车因经常长时间制动而造成刹车片失灵所形成的安全隐患，极大的延长了刹车片的使用寿命，提高了纯电动矿车的安全性和可靠性；
2、本技术方案纯电动矿车零排放的基础上利用再生能耗制动及能量回收装置再生发电制动的同时，将制动过程中产生的再生电力回馈到电网，极大的减少了能量的消耗；
3、本技术方案利用液压升举系统只有在装卸时才进行升举和液压升举系统工作时纯电动矿车不行进的特点，由纯电动矿车的主驱动力为液压升举系统提供箱斗的举升动力，优化可纯电动矿车中液压升举系统的结构，降低了箱斗举升的成本；
4、本技术方案与传统矿车相比，能耗不及传动矿车的一半，能源费用大大降低，利于轻量化和节能减排。
附图说明
图1为本实用新型基本构成框图。
具体实施方式
下面结合附图1描述本实用新型的一种实施例。
采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，包括车架、车桥、车轮、驾驶室、箱斗、双供电模式的电源部分19、动力系统、辅助功能部分18、液压升举系统和整车控制器9，所述整车控制器9通过CAN总线与双供电模式电源部分19、动力系统辅助功能部分18，所述整车控制器9根据驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分19中受电弓机构中的受电弓17上的碳刷滑块与中压交流接触网接触或分离后，实现设于专用车道上的中压交流接触网为纯电动矿车1直接供电或双供电模式电源部分19中的蓄电池16为纯电动矿车1供电，所述纯电动矿车1中的制动系统包括机械制动系统2和再生发电制动装置，所述再生发电制动装置包括能量回馈单元4和能耗控制单元5，能量回馈单元4、能耗控制单元5、动力系统驱动电机控制器10的电源输入端按照正负极均接于同一对电源母线6上，并与稳压整流器7的输出端相连，所述能量回馈单元4的交流输出端与稳压整流器7的输入端和牵引变压器8的副边连接，其中，所述驱动电机11、驱动电机控制器10和能耗控制单元5形成了能耗式再生发电制动方式，而驱动电机11、驱动电机控制器10和能量回馈单元4形成了能量回收式再生发电制动方式，所述牵引变压器8的原边与受电弓机构连接且整车控制器9控制驱动电机控制器10、驱动电机11进行再生发电制动后产生的电能传输至电源母线6上，可由能量回馈单元4、牵引变压器8和受电弓机构回馈至接触网或经双供电模式电源部分19中的充电器3为蓄电池16充电，也可由所述能耗控制单元5将多余的再生电力转化成热能后吹散于空气中。
上述结构中，当采用接触网为纯电工矿车1供电时，牵引变压器8的原边通过受电弓机构与接触网连接，制动时首先选用能量回收式再生发电制动方式，将驱动电机10制动后产生的能量先传递至电源母线6上，经能量回馈单元4逆变后通过牵引变压器8和受电弓机构回馈至接触网；当再生发电制动产生的电能过大或能量回馈单元4发生故障时，将开启能耗式再生发电制动方式，由能耗控制单元5将多余的再生电力转化成热量后吹散于空气中；当需要驻车或再生发电制动失灵时，整车控制器9会自动开启机机械制动系统2进行制动；当采用蓄电池16位纯电动矿车1供电时，制动优先选用能量回收式再生发电制动方式，将驱动电机10制动产生的电能传递至电源母线6上，母线电压升高，由充电器3给蓄电池16充电，当再生发电制动产生的电功率大于蓄电池16的最大充电功率时，将开启启能耗式再生发电制动方式，由能耗控制单元5将多余的再生电力转化成热能后吹散于空气中；当需要驻车或再生发电制动失灵时，整车控制器8会自动开启机机械制动系统2进行制动。
具体的，所述动力系统包括驱动电机控制器10、驱动电机11、离合器12和变速箱13，所述驱动电机11的输入端与驱动电机控制器10的输出端连接后驱动电机11由驱动电机控制器10控制，且驱动电机11通过离合器12与变速箱13连接，所述变速箱13和离合器12由自动换挡控制器14控制，且驱动电机控制器10和自动换挡控制器14均通过CAN总线受整车控制器9的控制，所述变速箱13具有一个含有离合器Ⅰ的取力器且取力器通过离合器Ⅰ与用于举升箱斗的液压升举系统中的液压泵15连接后为箱斗的液压举升提供动力。
具体的，所述液压升举系统中用于控制液压泵15工作的离合器控制开关设置于防护罩内，所述防护罩在受电弓升降控制开关处于落弓状态时才能打开，且离合器控制开关与受电弓升降控制开关均由整车控制器9控制并在控制逻辑上为互锁关系；具体的，所述驱动电机11的驱动轴或变速箱13的输入轴上安装有单向逆止轴承；具体的，所述机械制动系统2为气动机械式制动或液压机械式制动。
本技术方案中，液压升举系统由于通常是不工作的，只有在装卸时才进行升举，由于其工作时需要的输入功率较大，设置独立的电机很不划算，因此，我们根据液压升举系统工作时纯电动矿车1不行进的特点，将液压升举系统中液压泵15的转轴通过离合器Ⅰ连接在变速箱13的一个取力轴上，或采用双端输出的驱动电机11，在非连接变速箱一侧安装一个离合器Ⅰ为液压泵15的转轴提供动力，为防止纯电动矿车在行进中举升液压缸17误动作，控制液压泵15工作的离合器控制开关设置于防护罩内，并且防护罩内的离合器控制开关与受电弓升降装置的控制开关在整车控制器9的控制逻辑上为互锁关系，即必须在受电弓收起的状态下才能打开该防护罩，并在纯电动矿车1驻车状态下才能操控液压泵15举升箱斗；
纯电动矿车1中的制动系统包括机械制动系统2和再生发电制动装置，正常情况下，制动时首先启动驱动电机控制器10使驱动电机11进入再生发电制动状态，驱动电机11发出电能通过能量回馈单元4送回电网或充电器3给蓄电池16充电；当再生制动的发电功率大于能量回馈单元4的最大功率时或蓄电池16充电的最大充电功率时，多余部分的能量将由能耗控制单元5内的制动能耗电阻转化成热被风吹散到空气里消耗掉；制动系统采用机械制动系统2和再生发电制动装置，不但较好的解决了能量的再利用，也使得机械式制动系统极少在运动时工作，极大的延长了机械式制动系统中刹车片的使用寿命，通常大多数矿车事故都是因为经常需要长时间制动而造成刹车片失灵所导致的，不同的制动方式的协调使用能显著的提高制动系统的可靠性。
与受电弓机构中碳刷滑块接触的接触网可以采用AC35kV的单相中压交流电，经受电弓机构和电力开关引入到牵引变压器8的原边，牵引变压器8的副边输出AC550V的低压交流电，在经过稳压整流器7获得DC750V±2％的直流电作为纯电动矿车1上车载动力设备的电源母线6，双供电模式的电源部分19中充电器3按照设定的充电电流为额定低压为DC640V的蓄电池16充电直至充满到DC740V，其中，充电器3的输出端与蓄电池16相连，蓄电池16的正极经二极管与整流器输出的正极连接，蓄电池16的负极与整流器输出的负极连接；纯电动矿车1在由设有中压直流接触网的专用车道上行驶时，当受电弓机构中的碳刷滑块与中压直流接触网中的接触线接触后，纯电动矿车1将由中压直流接触网提供行进的店里和给蓄电池16充电的电力；由于纯电动矿车1上车载动力设备都是宽输入电压型的，当脱离接触网后电压稍低的蓄电池为16将不间断的接替来自接触网的市电继续工作，由于接触网电压较高，每个回路区间可同时为200～400辆70t～100t的纯电动矿车1供电。
上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围所列数据仅为描述本实用新型的工作，不表示必须的数值，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。
Claims (6)
1.采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，包括车架、车桥、车轮、驾驶室、箱斗、双供电模式的电源部分(19)、动力系统、辅助功能部分(18)、液压升举系统和整车控制器(9)，所述整车控制器(9)通过CAN总线与双供电模式电源部分(19)、动力系统辅助功能部分(18)，所述整车控制器(9)根据驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分(19)中受电弓机构中的受电弓(17)上的碳刷滑块与中压交流接触网接触或分离后，实现设于专用车道上的中压交流接触网为纯电动矿车(1)直接供电或双供电模式电源部分(19)中的蓄电池(16)为纯电动矿车(1)供电，其特征在于：所述纯电动矿车(1)中的制动系统包括机械制动系统(2)和再生发电制动装置，所述再生发电制动装置包括能量回馈单元(4)和能耗控制单元(5)，能量回馈单元(4)、能耗控制单元(5)、动力系统中驱动电机控制器(10)的电源输入端按照正负极均接于同一对电源母线(6)上，并与稳压整流器(7)的输出端相连，所述能量回馈单元(4)的交流输出端与稳压整流器(7)的输入端和牵引变压器(8)的副边连接，其中，所述驱动电机(11)、驱动电机控制器(10)和能耗控制单元(5)形成了能耗式再生发电制动方式，而驱动电机(11)、驱动电机控制器(10)和能量回馈单元(4)形成了能量回收式再生发电制动方式，所述牵引变压器(8)的原边与受电弓机构连接且整车控制器(9)控制驱动电机控制器(10)、驱动电机(11)进行再生发电制动后产生的电能传输至电源母线(6)上，可由能量回馈单元(4)、牵引变压器(8)和受电弓机构回馈至接触网或经双供电模式电源部分(19)中的充电器(3)为蓄电池(16)充电，也可由所述能耗控制单元(5)将多余的再生电力转化成热能后吹散于空气中。
2.根据权利要求1所述的采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，其特征在于：所述动力系统包括驱动电机控制器(10)、驱动电机(11)、离合器(12)和变速箱(13)，所述驱动电机(11)由驱动电机控制器(10)控制且驱动电机(11)通过离合器(12)与变速箱(13)连接，所述变速箱(13)和离合器(12)由自动换挡控制器(14)控制，且驱动电机控制器(10)和自动换挡控制器(14)均通过CAN总线受整车控制器(9)的控制，所述变速箱(13)具有一个含有离合器Ⅰ的取力器且取力器通过离合器Ⅰ与用于举升箱斗的液压升举系统中的液压泵(15)连接后为箱斗的液压举升提供动力。
3.根据权利要求1所述的采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，其特征在于：所述动力系统包括驱动电机控制器(10)、驱动电机(11)、离合器(12)和变速箱(13)，所述驱动电机(11)由驱动电机控制器(10)控制，所述驱动电机(11)为双端输出电机且驱动电机(11)的一个输出端通过离合器(12)与变速箱(13)连接，所述变速箱(13)由自动换挡控制器(14)控制，且驱动电机控制器(10)和自动换挡控制器(14)均通过CAN总线受整车控制器(9)控制，所述驱动电机(11)的另一个输出端通过离合器Ⅰ与用于举升箱斗的液压升举系统中的液压泵(15)连接后为箱斗的液压举升提供动力。
4.根据权利要求2或3所述的采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，其特征在于：所述液压升举系统中用于控制液压泵(15)工作的离合器控制开关设置于防护罩内，所述防护罩在受电弓升降控制开关处于落弓状态时才能打开，且离合器控制开关与受电弓升降控制开关均由整车控制器(9)控制并在控制逻辑上为互锁关系。
5.根据权利要求4所述的采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，其特征在于：所述驱动电机(11)的驱动轴或变速箱(13)的输入轴上安装有单向逆止轴承。
6.根据权利要求5所述的采用接触网和蓄电池的双供电模式纯电动矿车，其特征在于：所述机械制动系统(2)为气动机械式制动或液压机械式制动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200522 Address after: 722405 Shaanxi, Baoji County, Qishan Province, Caijiapo east two road on the east side Patentee after: SHAANXI TONGYUN HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd. Address before: 722405, No. 1, Weibei East Road, Caijiapo Economic Development Zone, Qishan, Shaanxi, Baoji Patentee before: SHAANXI TONGYUN SPECIAL AUTOMOBILE GROUP Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190719 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |