動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統的制作方法
1.本發明涉及一種純電礦用交流自卸車驅動系統，具體涉及一種動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統。
背景技術：
2.目前，載重在110t至300t及以上的大型礦用自卸車廣泛應用于大型露天礦開采、水利水電設施修建，承擔著礦物、土石方運輸任務。早期大型礦用自卸車的動力源主要是以柴油機為動力，車輛的傳動方式主要有由柴油機通過變速箱驅動后輪旋轉的機械傳動，或者由柴油機帶動發電機發電，通過電能驅動后輪旋轉的電傳動兩種。無論何種驅動方式都是以柴油機為動力源。
3.近幾年，隨著新能源行業的發展，載重在110t及110t以下的礦用自卸車動力系統均已實現純電替代，單對于車輛載重超過110t至300t及以上的大型礦用自卸車上，均難以實現車輛動力系統的純電化替代。究其原因是：（1）大型礦用自卸車母線電壓均在1000v以上，以目前的鋰電池的技術狀態，將會花費大量的成本實現；（2）多支路電池直接并聯所帶來的電池組均壓問題難以解決，無法滿足車輛驅動功率的需求。
技術實現要素：
4.本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統。
5.本發明解決其技術問題采用的技術方案是，動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，該系統包括整車控制器，還包括依次電連接的外部電源接入系統、變頻驅動系統、車輛輔助作業系統、動力系統，所述整車控制器通過can通訊總線對動力系統、變頻驅動系統、外部電源接入系統、車輛輔助作業系統的運行狀態進行實時監測，并依據駕駛人員的操作指令及各系統狀態對各系統發出控制指令，使各系統協同工作；所述動力系統由多個動力子模塊組成，每個子模塊均由動力電池組、電池熱管理系統、電池高壓配電柜、雙向dcdc組成；動力系統可根據不同載重的純電礦用自卸車對電量和功率的不同需求而進行多個動力子模塊配置，每個動力子模塊與其他動力電池子模塊的的電池種類、電池額定電壓等級可以不相同。整車控制器兼具能量管理功能，整車控制器通過采集各個電池組的soc，在車輛運行時，依此來各組控制雙向dcdc的放電功率，最終達到放電過程中各個電池組剩余電量相等的目的；動力系統的輸出端為整車高壓母線，通過高壓母線為變頻驅動系統、車輛輔助作業系統提供動力電源；所述變頻驅動系統由制動電阻箱、左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器、左輪牽引電機、右輪牽引電機組成；所述車輛輔助作業系統由輔機供電電源、液壓油泵電機及油泵電機驅動器、整車熱管理系統、24v低壓供電系統、座艙空調系統組成；由輔機供電電源將高壓電源降壓為低壓電源，并釋放在低壓母線上，油泵電機驅動器、整車熱管理系統、24v低壓供電系統、座艙
空調系統以及電池熱管理系統均由低壓母線供電；所述外部電源接入系統的輸出端也為高壓母線，將外部電源接入至高壓母線。
6.進一步，所述外部電源接入系統包括主正接觸器、主負接觸器、預充電路、外部電壓傳感器、車載受電接口電流傳感器、車載受電接口溫度傳感器、車載受電接口力傳感器功能和外部供電系統通訊模塊；外部電源接入系統通過車載受電接口與外部供電系統對接，整車控制器通過外部電壓傳感器、車載受電接口溫度傳感器、車載受電接口力傳感器獲取車載受電接口與外部供電系統的連接狀態信息，并通過外部供電系統通訊模塊讀取外部供電系統參數，來判斷是否可以啟用外部電源，如果可以啟用外部電源，則先閉合主負接觸器，再接通預充電路。待高壓母線電壓略低于外部供電系統電壓時，接通外部電源接入系統主正接觸器，使高壓母線與外部供電系統完成電氣對接。
7.進一步，所述高壓母線為各個系統的物理連接實體，動力系統將能量釋放到高壓母線上，為變頻驅動系統、車輛輔助作業系統提供動力電源。
8.進一步，所述制動電阻箱、左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器掛載在高壓母線上：車輛牽引時，由左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器分別驅動左輪牽引電機和右輪牽引電機旋轉，驅動車輛前進；車輛電制動時，左輪牽引電機和右輪牽引電機轉換為發電機，將車輛動能轉化為電能后，分別由左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器整流后，釋放到高壓母線上。
9.進一步，每個動力電池子模塊的雙向dcdc的輸出端并聯在整車高壓母線上，高壓母線的額定電壓與每個動力電池子模塊的額定電壓可以不相等。
10.進一步，動力系統可根據純電礦用交流自卸車對動力系統的電量和功率的不同需求而進行多種動力子模塊配置，以達到對不同電量和功率需求的目的。
11.進一步，所述外部電源接入系統可將外部符合要求的電源引入車輛高壓母線，通過高壓母線可以通過雙向dcdc為動力電池充電。也可以通過左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器驅動車輛前進，還可以通過輔機供電電源為車輛輔助系統供電，實現車輛的外部電源供電運行。
12.進一步，所述整車控制器兼具能量管理功能，整車控制器通過采集各個電池組的soc，計算各個電池組的電量，在車輛牽引時，依此控制雙向dcdc 的放電功率，最終達到放電過程中各個電池組soc相等的目的。
13.利用本發明，可實現載重110t至300t及以上的礦用電傳動自卸車動力電池模塊化配置，根據車輛對動力電池電量的需求不同而進行按需配置，實現車輛純電化運行。通過外部電源接入系統可采取沿路建設架線電網為車輛供電，實現純電動力車輛的外部電源供電運行。此發明的廣泛應用有助于減少礦山燃油消耗，降低礦山生產成本，同時實現礦山的綠發展。
附圖說明
14.圖1為本發明實施例的結構框圖。
15.圖中：01-整車控制器，02-外部電源接入系統，03-變頻驅動系統，04-動力系統，05-車輛輔助作業系統，06-高壓母線，07-低壓母線，08-左輪變頻器，09-左輪電機，10-右輪變頻器，11-右輪電機，12-制動電阻箱，13-輔機供電電源。14-油泵電機驅動器，15-油泵電機，16-24v低壓供電系統，17-座艙空調系統，18-整車熱管理系統，19-車載受電接口，20-充
電控制柜，21-電池組，22-配電柜，23-雙向dcdc，24電池熱管理系統，25-動力電池子模塊。26-車載受電接口力傳感器，27-車載受電接口溫度傳感器，28-外部電壓傳感器，29-車載受電接口電流傳感器，30-外部電源接入系統主正接觸器，31-外部電源接入系統主負接觸器，33-外部供電系統通訊模塊。
具體實施方式
16.下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
17.參照附圖1，本實施例包括依次電連接的外部電源接入系統02、變頻驅動系統03、車輛輔助作業系統05、動力系統04。本實施例還包括整車控制器01，整車控制器01通過can通訊總線對動力系統04、變頻驅動系統03、外部電源接入系統02、車輛輔助作業系統05的運行狀態進行實時監測，并依據駕駛人員的操作指令及各系統狀態對各系統發出控制指令，使各系統協同工作。
18.所述整車控制器01具有多路i/o接口及can通訊接口，是車輛控制系統的中樞，是使動力系統04、變頻驅動系統03、外部電源接入系統02、車輛輔助作業系統05協調工作的核心部件；是實現車輛行駛、再生制動與電池充電、故障診斷及處理、車輛狀態監視等功能的主要控制部件。
19.所述整車控制器01主要通過i/o接口采集車輛油門踏板、電制動踏板信息和儀表臺上的各種控制開關信號，依此來解析駕駛員操作意圖，最終將其轉化為對整車各系統的控制要求。同時整車控制器通過can通訊總線實時檢測動力系統、變頻驅動系統、外部電源接入系統、車輛輔助作業系統的工作狀態，并進行智能調控，使其協同工作，整車控制器01的具體結構為現有技術，在此不進行詳細描述。
20.動力系統04由多個動力子模塊25組成，每個子模塊均由動力電池組21、電池熱管理系統24、電池高壓配電柜22、雙向dcdc 23組成。動力系統02可根據純電礦用交流自卸車對電量和功率的不同需求而進行多種動力子模塊配置，以達到對不同電量和功率需求的目的。
21.動力系統04的輸出端為整車的高壓母線06，通過高壓母線06為變頻驅動系統03、車輛輔助作業系統05提供動力電源。
22.變頻驅動系統03由制動電阻箱12、左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器10、左輪牽引電機09、右輪牽引電機11組成。
23.車輛輔助作業系統05由輔機供電電源13、液壓油泵電機15及油泵電機驅動器14、整車熱管理系統18、24v低壓供電系統16、座艙空調系統17組成。
24.外部電源接入系統02由高壓控制柜19、車載受電接口20組成，外部電源接入系統02的輸出端也為高壓母線06，將外部電源接入至高壓母線06。
25.整車控制器01為整套系統的核心部件，整車控制器01對動力系統04、變頻驅動系統03、外部電源接入系統02、車輛輔助作業系統05的運行狀態進行監測，并依據駕駛人員的操作指令及各系統狀態對各系統發出控制指令，使各系統協同工作。
26.每個動力電池子模塊25的動力電池組21、電池熱管理系統24、電池高壓配電柜23均與其他動力電池子模塊的動力電池組21、電池熱管理系統24、電池高壓配電柜隔離23，每個動力電池子模塊25的電池種類、額定電壓等級可以不相同。每個動力電池子模塊25的雙
向dcdc 23的輸出端并聯在整車的高壓母線06上，高壓母線06的額定電壓與每個動力電池子模塊25的額定電壓可以不相等。
27.動力系統04可根據純電礦用交流自卸車對動力系統的電量和功率的不同需求而進行多種動力子模塊25配置，以達到對不同電量和功率需求的目的。
28.整車控制器01兼具能量管理功能，整車控制器01通過采集各個電池組21的soc，計算各個電池組21的電量，在車輛牽引時，依此來各組控制雙向dcdc 23的放電功率，最終達到放電過程中各個電池組21 soc相等的目的；高壓母線06為各個系統的物理連接實體，動力系統04將能量釋放到高壓母線06上，為變頻驅動系統03、車輛輔助作業系統05提供動力電源；變頻驅動系統03中的制動電阻箱12、左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器10掛載在高壓母線上：車輛牽引時，由左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器10分別驅動左輪牽引電機09和右輪牽引電機11旋轉，驅動車輛前進；車輛制動時，左輪牽引電機09和右輪牽引電機11變為發電機，將車輛動能轉化為電能后，分別由左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器10整流后，釋放到高壓母線06上；在車輛制動時，整車控制器01通過采集各個電池組21的soc，計算各個電池組21的電量，依此來各組控制雙向dcdc 23的充電功率，將車輛左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器10釋放在高壓母線06上的能量回收，達到車輛制動能量回收的目的，并在回充的過程中，保證每個動力電池組21的soc相等。
29.若動力系統04無法回收全部的制動能量時，整車控制器01控制高壓母線06接通制動電阻箱12，將無法回收的能量以熱的方式釋放掉，依此保證車輛有足夠的電制動力。
30.車輛輔助作業系統05由輔機供電電源13將高壓電源降壓為低壓電源，并釋放在低壓母線07上，油泵電機驅動器14、整車熱管理系統18、24v低壓供電系統16、座艙空調系統17以及電池熱管理系統24均由低壓母線供電。
31.整車控制器01實時監控車輛狀態，并接合駕駛員駕駛人員的操作指令，通過油泵電機驅動器14控制液壓油泵電機15為車輛液壓系統提供動力、控制整車熱管理系統18工作、控制座艙空調系統17調節駕駛室溫度。
32.外部電源接入系統02可將外部符合要求的電源引入車輛高壓母線06，雙向dcdc 23使用高壓母線06上的能量為電池組21充電。左輪牽引變頻器08、右輪牽引變頻器09也可以使用高壓母線06上的能量驅動車輛前進，輔機供電電源13也可以使用高壓母線06上的能量為車輛輔助作業系統05供電。
33.外部電源接入系統02包括主正接觸器30、主負接觸器31、預充電路32、外部電壓傳感器28、車載受電接口電流傳感器29、車載受電接口溫度傳感器27、車載受電接口力傳感器26功能和外部供電系統通訊模塊33；外部電源接入系統02通過車載受電接口19與外部供電系統對接，整車控制器01通過外部電壓傳感器28、車載受電接口溫度傳感器27、車載受電接口力傳感器26獲取車載受電接口19與外部供電系統的連接狀態信息，并通過外部供電系統通訊模塊33讀取外部供電系統參數，來判斷是否可以啟用外部電源，如果可以啟用外部電源，則先閉合主負接觸器31。
34.車載受電接口19與外部供電系統對接后，若雙向dcdc 23處于放電狀態時，先閉合
外部電源接入系統主負接觸器31，調節雙向dcdc 23放電電壓，使高壓母線06電壓略低于外部供電系統電壓后，接通外部電源接入系統主正接觸器30，使高壓母線06與外部供電系統完成電氣對接。
35.車載受電接口19與外部供電系統對接后，雙向dcdc 23處于停機狀態時，首先閉合外部電源接入系統主負接觸器31，再啟動預充電路32。待高壓母線電壓06略低于外部供電系統電壓時，接通外部電源接入系統主正接觸器30，使高壓母線06與外部供電系統完成電氣對接。
36.本實施例可實現露天礦或水利水電施工用載重超過110t至300t及以上的大型自卸車的純電化運行，有助于減少礦山燃油消耗，降低礦山及水利水電施工過程中的生產成本，同時實現礦山的綠發展。
37.本領域的技術人員可以對本發明進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則這些修改和變型也仍在本發明專利的保護范圍之內。
38.說明書中未詳細描述的內容為本領域技術人員公知的現有技術。
技術特征：
1.動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，該系統包括整車控制器，其特征在于：包括依次電連接的外部電源接入系統、變頻驅動系統、車輛輔助作業系統、動力系統，所述整車控制器通過can通訊總線對動力系統、變頻驅動系統、外部電源接入系統、車輛輔助作業系統的運行狀態進行實時監測，并依據駕駛人員的操作指令及各系統狀態對各系統發出控制指令，使各系統協同工作；所述動力系統包括多個動力子模塊，每個子模塊均由動力電池組、電池熱管理系統、電池高壓配電柜、雙向dcdc組成；所述整車控制器兼具能量管理功能，整車控制器通過采集各個電池組的soc，在車輛運行時，依此來控制各組雙向dcdc的放電功率，最終達到放電過程中各個電池組剩余電量相等的目的；動力系統的輸出端為整車高壓母線，通過高壓母線為變頻驅動系統、車輛輔助作業系統提供動力電源；所述變頻驅動系統由制動電阻箱、左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器、左輪牽引電機、右輪牽引電機組成；所述車輛輔助作業系統由輔機供電電源、液壓油泵電機及油泵電機驅動器、整車熱管理系統、24v低壓供電系統、座艙空調系統組成；由輔機供電電源將高壓電源降壓為低壓電源，并釋放在低壓母線上，油泵電機驅動器、整車熱管理系統、24v低壓供電系統、座艙空調系統以及電池熱管理系統均由低壓母線供電；所述外部電源接入系統的輸出端也為高壓母線，將外部電源接入至高壓母線。2.根據權利要求1所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：所述外部電源接入系統包括主正接觸器、主負接觸器、預充電路、外部電壓傳感器、車載受電接口電流傳感器、車載受電接口溫度傳感器、車載受電接口力傳感器功能和外部供電系統通訊模塊；外部電源接入系統通過車載受電接口與外部供電系統對接，整車控制器通過外部電壓傳感器、車載受電接口溫度傳感器、車載受電接口力傳感器獲取車載受電接口與外部供電系統的連接狀態信息，并通過外部供電系統通訊模塊讀取外部供電系統參數，來判斷是否可以啟用外部電源，如果可以啟用外部電源，則先閉合主負接觸器，再接通預充電路，待高壓母線電壓略低于外部供電系統電壓時，接通外部電源接入系統主正接觸器，使高壓母線與外部供電系統完成電氣對接。3.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：所述高壓母線為各個系統的物理連接實體，動力系統將能量釋放到高壓母線上，為變頻驅動系統、車輛輔助作業系統提供動力電源。4.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：所述制動電阻箱、左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器掛載在高壓母線上：車輛牽引時，由左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器分別驅動左輪牽引電機和右輪牽引電機旋轉，驅動車輛前進；車輛電制動時，左輪牽引電機和右輪牽引電機轉換為發電機，將車輛動能轉化為電能后，分別由左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器整流后，釋放到高壓母線上。5.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：每個動力電池子模塊的雙向dcdc的輸出端并聯在整車高壓母線上，高壓母線的額定電壓與每個動力電池子模塊的額定電壓可以不相等。6.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：動力系統可根據純電礦用交流自卸車對動力系統的電量和功率的不同需求而
進行多種動力子模塊配置，以滿足不同載重的車輛對電量和功率需求。7.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：所述外部電源接入系統可將外部符合要求的電源引入車輛高壓母線，通過高壓母線可以通過雙向dcdc為動力電池充電，也可以通過左輪牽引變頻器、右輪牽引變頻器驅動車輛前進，還可以通過輔機供電電源為車輛輔助系統供電，實現車輛的外部電源供電運行。8.根據權利要求1或2所述的動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，其特征在于：所述整車控制器兼具能量管理功能，整車控制器通過采集各個電池組的soc，計算各個電池組的電量，在車輛牽引時，依此控制雙向dcdc 的放電功率，最終達到放電過程中各個電池組soc相等的目的。
技術總結
動力電池可模塊化配置的純電礦用交流自卸車驅動系統，該系統包括整車控制器，包括依次電連接的外部電源接入系統、變頻驅動系統、車輛輔助作業系統、動力系統，所述整車控制器通過CA通訊總線對動力系統、變頻驅動系統、外部電源接入系統、車輛輔助作業系統的運行狀態進行實時監測，并依據駕駛人員的操作指令及各系統狀態對各系統發出控制指令，使各系統協同工作；利用本發明，可實現載重110t至300t及以上的礦用電傳動自卸車動力電池模塊化配置，根據車輛對動力電池電量的需求不同而進行按需配置，實現車輛純電化運行，有助于減少礦山燃油消耗，降低礦山生產成本，同時實現礦山的綠發展。發展。發展。
