动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统的制作方法
1.本发明涉及一种纯电矿用交流自卸车驱动系统，具体涉及一种动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统。
背景技术：
2.目前，载重在110t至300t及以上的大型矿用自卸车广泛应用于大型露天矿开采、水利水电设施修建，承担着矿物、土石方运输任务。早期大型矿用自卸车的动力源主要是以柴油机为动力，车辆的传动方式主要有由柴油机通过变速箱驱动后轮旋转的机械传动，或者由柴油机带动发电机发电，通过电能驱动后轮旋转的电传动两种。无论何种驱动方式都是以柴油机为动力源。
3.近几年，随着新能源行业的发展，载重在110t及110t以下的矿用自卸车动力系统均已实现纯电替代，单对于车辆载重超过110t至300t及以上的大型矿用自卸车上，均难以实现车辆动力系统的纯电化替代。究其原因是：（1）大型矿用自卸车母线电压均在1000v以上，以目前的锂电池的技术状态，将会花费大量的成本实现；（2）多支路电池直接并联所带来的电池组均压问题难以解决，无法满足车辆驱动功率的需求。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统。
5.本发明解决其技术问题采用的技术方案是，动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，该系统包括整车控制器，还包括依次电连接的外部电源接入系统、变频驱动系统、车辆辅助作业系统、动力系统，所述整车控制器通过can通讯总线对动力系统、变频驱动系统、外部电源接入系统、车辆辅助作业系统的运行状态进行实时监测，并依据驾驶人员的操作指令及各系统状态对各系统发出控制指令，使各系统协同工作；所述动力系统由多个动力子模块组成，每个子模块均由动力电池组、电池热管理系统、电池高压配电柜、双向dcdc组成；动力系统可根据不同载重的纯电矿用自卸车对电量和功率的不同需求而进行多个动力子模块配置，每个动力子模块与其他动力电池子模块的的电池种类、电池额定电压等级可以不相同。整车控制器兼具能量管理功能，整车控制器通过采集各个电池组的soc，在车辆运行时，依此来各组控制双向dcdc的放电功率，最终达到放电过程中各个电池组剩余电量相等的目的；动力系统的输出端为整车高压母线，通过高压母线为变频驱动系统、车辆辅助作业系统提供动力电源；所述变频驱动系统由制动电阻箱、左轮牵引变频器、右轮牵引变频器、左轮牵引电机、右轮牵引电机组成；所述车辆辅助作业系统由辅机供电电源、液压油泵电机及油泵电机驱动器、整车热管理系统、24v低压供电系统、座舱空调系统组成；由辅机供电电源将高压电源降压为低压电源，并释放在低压母线上，油泵电机驱动器、整车热管理系统、24v低压供电系统、座舱
空调系统以及电池热管理系统均由低压母线供电；所述外部电源接入系统的输出端也为高压母线，将外部电源接入至高压母线。
6.进一步，所述外部电源接入系统包括主正接触器、主负接触器、预充电路、外部电压传感器、车载受电接口电流传感器、车载受电接口温度传感器、车载受电接口力传感器功能和外部供电系统通讯模块；外部电源接入系统通过车载受电接口与外部供电系统对接，整车控制器通过外部电压传感器、车载受电接口温度传感器、车载受电接口力传感器获取车载受电接口与外部供电系统的连接状态信息，并通过外部供电系统通讯模块读取外部供电系统参数，来判断是否可以启用外部电源，如果可以启用外部电源，则先闭合主负接触器，再接通预充电路。待高压母线电压略低于外部供电系统电压时，接通外部电源接入系统主正接触器，使高压母线与外部供电系统完成电气对接。
7.进一步，所述高压母线为各个系统的物理连接实体，动力系统将能量释放到高压母线上，为变频驱动系统、车辆辅助作业系统提供动力电源。
8.进一步，所述制动电阻箱、左轮牵引变频器、右轮牵引变频器挂载在高压母线上：车辆牵引时，由左轮牵引变频器、右轮牵引变频器分别驱动左轮牵引电机和右轮牵引电机旋转，驱动车辆前进；车辆电制动时，左轮牵引电机和右轮牵引电机转换为发电机，将车辆动能转化为电能后，分别由左轮牵引变频器、右轮牵引变频器整流后，释放到高压母线上。
9.进一步，每个动力电池子模块的双向dcdc的输出端并联在整车高压母线上，高压母线的额定电压与每个动力电池子模块的额定电压可以不相等。
10.进一步，动力系统可根据纯电矿用交流自卸车对动力系统的电量和功率的不同需求而进行多种动力子模块配置，以达到对不同电量和功率需求的目的。
11.进一步，所述外部电源接入系统可将外部符合要求的电源引入车辆高压母线，通过高压母线可以通过双向dcdc为动力电池充电。也可以通过左轮牵引变频器、右轮牵引变频器驱动车辆前进，还可以通过辅机供电电源为车辆辅助系统供电，实现车辆的外部电源供电运行。
12.进一步，所述整车控制器兼具能量管理功能，整车控制器通过采集各个电池组的soc，计算各个电池组的电量，在车辆牵引时，依此控制双向dcdc 的放电功率，最终达到放电过程中各个电池组soc相等的目的。
13.利用本发明，可实现载重110t至300t及以上的矿用电传动自卸车动力电池模块化配置，根据车辆对动力电池电量的需求不同而进行按需配置，实现车辆纯电化运行。通过外部电源接入系统可采取沿路建设架线电网为车辆供电，实现纯电动力车辆的外部电源供电运行。此发明的广泛应用有助于减少矿山燃油消耗，降低矿山生产成本，同时实现矿山的绿发展。
附图说明
14.图1为本发明实施例的结构框图。
15.图中：01-整车控制器，02-外部电源接入系统，03-变频驱动系统，04-动力系统，05-车辆辅助作业系统，06-高压母线，07-低压母线，08-左轮变频器，09-左轮电机，10-右轮变频器，11-右轮电机，12-制动电阻箱，13-辅机供电电源。14-油泵电机驱动器，15-油泵电机，16-24v低压供电系统，17-座舱空调系统，18-整车热管理系统，19-车载受电接口，20-充
电控制柜，21-电池组，22-配电柜，23-双向dcdc，24电池热管理系统，25-动力电池子模块。26-车载受电接口力传感器，27-车载受电接口温度传感器，28-外部电压传感器，29-车载受电接口电流传感器，30-外部电源接入系统主正接触器，31-外部电源接入系统主负接触器，33-外部供电系统通讯模块。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
17.参照附图1，本实施例包括依次电连接的外部电源接入系统02、变频驱动系统03、车辆辅助作业系统05、动力系统04。本实施例还包括整车控制器01，整车控制器01通过can通讯总线对动力系统04、变频驱动系统03、外部电源接入系统02、车辆辅助作业系统05的运行状态进行实时监测，并依据驾驶人员的操作指令及各系统状态对各系统发出控制指令，使各系统协同工作。
18.所述整车控制器01具有多路i/o接口及can通讯接口，是车辆控制系统的中枢，是使动力系统04、变频驱动系统03、外部电源接入系统02、车辆辅助作业系统05协调工作的核心部件；是实现车辆行驶、再生制动与电池充电、故障诊断及处理、车辆状态监视等功能的主要控制部件。
19.所述整车控制器01主要通过i/o接口采集车辆油门踏板、电制动踏板信息和仪表台上的各种控制开关信号，依此来解析驾驶员操作意图，最终将其转化为对整车各系统的控制要求。同时整车控制器通过can通讯总线实时检测动力系统、变频驱动系统、外部电源接入系统、车辆辅助作业系统的工作状态，并进行智能调控，使其协同工作，整车控制器01的具体结构为现有技术，在此不进行详细描述。
20.动力系统04由多个动力子模块25组成，每个子模块均由动力电池组21、电池热管理系统24、电池高压配电柜22、双向dcdc 23组成。动力系统02可根据纯电矿用交流自卸车对电量和功率的不同需求而进行多种动力子模块配置，以达到对不同电量和功率需求的目的。
21.动力系统04的输出端为整车的高压母线06，通过高压母线06为变频驱动系统03、车辆辅助作业系统05提供动力电源。
22.变频驱动系统03由制动电阻箱12、左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器10、左轮牵引电机09、右轮牵引电机11组成。
23.车辆辅助作业系统05由辅机供电电源13、液压油泵电机15及油泵电机驱动器14、整车热管理系统18、24v低压供电系统16、座舱空调系统17组成。
24.外部电源接入系统02由高压控制柜19、车载受电接口20组成，外部电源接入系统02的输出端也为高压母线06，将外部电源接入至高压母线06。
25.整车控制器01为整套系统的核心部件，整车控制器01对动力系统04、变频驱动系统03、外部电源接入系统02、车辆辅助作业系统05的运行状态进行监测，并依据驾驶人员的操作指令及各系统状态对各系统发出控制指令，使各系统协同工作。
26.每个动力电池子模块25的动力电池组21、电池热管理系统24、电池高压配电柜23均与其他动力电池子模块的动力电池组21、电池热管理系统24、电池高压配电柜隔离23，每个动力电池子模块25的电池种类、额定电压等级可以不相同。每个动力电池子模块25的双
向dcdc 23的输出端并联在整车的高压母线06上，高压母线06的额定电压与每个动力电池子模块25的额定电压可以不相等。
27.动力系统04可根据纯电矿用交流自卸车对动力系统的电量和功率的不同需求而进行多种动力子模块25配置，以达到对不同电量和功率需求的目的。
28.整车控制器01兼具能量管理功能，整车控制器01通过采集各个电池组21的soc，计算各个电池组21的电量，在车辆牵引时，依此来各组控制双向dcdc 23的放电功率，最终达到放电过程中各个电池组21 soc相等的目的；高压母线06为各个系统的物理连接实体，动力系统04将能量释放到高压母线06上，为变频驱动系统03、车辆辅助作业系统05提供动力电源；变频驱动系统03中的制动电阻箱12、左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器10挂载在高压母线上：车辆牵引时，由左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器10分别驱动左轮牵引电机09和右轮牵引电机11旋转，驱动车辆前进；车辆制动时，左轮牵引电机09和右轮牵引电机11变为发电机，将车辆动能转化为电能后，分别由左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器10整流后，释放到高压母线06上；在车辆制动时，整车控制器01通过采集各个电池组21的soc，计算各个电池组21的电量，依此来各组控制双向dcdc 23的充电功率，将车辆左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器10释放在高压母线06上的能量回收，达到车辆制动能量回收的目的，并在回充的过程中，保证每个动力电池组21的soc相等。
29.若动力系统04无法回收全部的制动能量时，整车控制器01控制高压母线06接通制动电阻箱12，将无法回收的能量以热的方式释放掉，依此保证车辆有足够的电制动力。
30.车辆辅助作业系统05由辅机供电电源13将高压电源降压为低压电源，并释放在低压母线07上，油泵电机驱动器14、整车热管理系统18、24v低压供电系统16、座舱空调系统17以及电池热管理系统24均由低压母线供电。
31.整车控制器01实时监控车辆状态，并接合驾驶员驾驶人员的操作指令，通过油泵电机驱动器14控制液压油泵电机15为车辆液压系统提供动力、控制整车热管理系统18工作、控制座舱空调系统17调节驾驶室温度。
32.外部电源接入系统02可将外部符合要求的电源引入车辆高压母线06，双向dcdc 23使用高压母线06上的能量为电池组21充电。左轮牵引变频器08、右轮牵引变频器09也可以使用高压母线06上的能量驱动车辆前进，辅机供电电源13也可以使用高压母线06上的能量为车辆辅助作业系统05供电。
33.外部电源接入系统02包括主正接触器30、主负接触器31、预充电路32、外部电压传感器28、车载受电接口电流传感器29、车载受电接口温度传感器27、车载受电接口力传感器26功能和外部供电系统通讯模块33；外部电源接入系统02通过车载受电接口19与外部供电系统对接，整车控制器01通过外部电压传感器28、车载受电接口温度传感器27、车载受电接口力传感器26获取车载受电接口19与外部供电系统的连接状态信息，并通过外部供电系统通讯模块33读取外部供电系统参数，来判断是否可以启用外部电源，如果可以启用外部电源，则先闭合主负接触器31。
34.车载受电接口19与外部供电系统对接后，若双向dcdc 23处于放电状态时，先闭合
外部电源接入系统主负接触器31，调节双向dcdc 23放电电压，使高压母线06电压略低于外部供电系统电压后，接通外部电源接入系统主正接触器30，使高压母线06与外部供电系统完成电气对接。
35.车载受电接口19与外部供电系统对接后，双向dcdc 23处于停机状态时，首先闭合外部电源接入系统主负接触器31，再启动预充电路32。待高压母线电压06略低于外部供电系统电压时，接通外部电源接入系统主正接触器30，使高压母线06与外部供电系统完成电气对接。
36.本实施例可实现露天矿或水利水电施工用载重超过110t至300t及以上的大型自卸车的纯电化运行，有助于减少矿山燃油消耗，降低矿山及水利水电施工过程中的生产成本，同时实现矿山的绿发展。
37.本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。
38.说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
技术特征：
1.动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，该系统包括整车控制器，其特征在于：包括依次电连接的外部电源接入系统、变频驱动系统、车辆辅助作业系统、动力系统，所述整车控制器通过can通讯总线对动力系统、变频驱动系统、外部电源接入系统、车辆辅助作业系统的运行状态进行实时监测，并依据驾驶人员的操作指令及各系统状态对各系统发出控制指令，使各系统协同工作；所述动力系统包括多个动力子模块，每个子模块均由动力电池组、电池热管理系统、电池高压配电柜、双向dcdc组成；所述整车控制器兼具能量管理功能，整车控制器通过采集各个电池组的soc，在车辆运行时，依此来控制各组双向dcdc的放电功率，最终达到放电过程中各个电池组剩余电量相等的目的；动力系统的输出端为整车高压母线，通过高压母线为变频驱动系统、车辆辅助作业系统提供动力电源；所述变频驱动系统由制动电阻箱、左轮牵引变频器、右轮牵引变频器、左轮牵引电机、右轮牵引电机组成；所述车辆辅助作业系统由辅机供电电源、液压油泵电机及油泵电机驱动器、整车热管理系统、24v低压供电系统、座舱空调系统组成；由辅机供电电源将高压电源降压为低压电源，并释放在低压母线上，油泵电机驱动器、整车热管理系统、24v低压供电系统、座舱空调系统以及电池热管理系统均由低压母线供电；所述外部电源接入系统的输出端也为高压母线，将外部电源接入至高压母线。2.根据权利要求1所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：所述外部电源接入系统包括主正接触器、主负接触器、预充电路、外部电压传感器、车载受电接口电流传感器、车载受电接口温度传感器、车载受电接口力传感器功能和外部供电系统通讯模块；外部电源接入系统通过车载受电接口与外部供电系统对接，整车控制器通过外部电压传感器、车载受电接口温度传感器、车载受电接口力传感器获取车载受电接口与外部供电系统的连接状态信息，并通过外部供电系统通讯模块读取外部供电系统参数，来判断是否可以启用外部电源，如果可以启用外部电源，则先闭合主负接触器，再接通预充电路，待高压母线电压略低于外部供电系统电压时，接通外部电源接入系统主正接触器，使高压母线与外部供电系统完成电气对接。3.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：所述高压母线为各个系统的物理连接实体，动力系统将能量释放到高压母线上，为变频驱动系统、车辆辅助作业系统提供动力电源。4.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：所述制动电阻箱、左轮牵引变频器、右轮牵引变频器挂载在高压母线上：车辆牵引时，由左轮牵引变频器、右轮牵引变频器分别驱动左轮牵引电机和右轮牵引电机旋转，驱动车辆前进；车辆电制动时，左轮牵引电机和右轮牵引电机转换为发电机，将车辆动能转化为电能后，分别由左轮牵引变频器、右轮牵引变频器整流后，释放到高压母线上。5.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：每个动力电池子模块的双向dcdc的输出端并联在整车高压母线上，高压母线的额定电压与每个动力电池子模块的额定电压可以不相等。6.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：动力系统可根据纯电矿用交流自卸车对动力系统的电量和功率的不同需求而
进行多种动力子模块配置，以满足不同载重的车辆对电量和功率需求。7.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：所述外部电源接入系统可将外部符合要求的电源引入车辆高压母线，通过高压母线可以通过双向dcdc为动力电池充电，也可以通过左轮牵引变频器、右轮牵引变频器驱动车辆前进，还可以通过辅机供电电源为车辆辅助系统供电，实现车辆的外部电源供电运行。8.根据权利要求1或2所述的动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，其特征在于：所述整车控制器兼具能量管理功能，整车控制器通过采集各个电池组的soc，计算各个电池组的电量，在车辆牵引时，依此控制双向dcdc 的放电功率，最终达到放电过程中各个电池组soc相等的目的。
技术总结
动力电池可模块化配置的纯电矿用交流自卸车驱动系统，该系统包括整车控制器，包括依次电连接的外部电源接入系统、变频驱动系统、车辆辅助作业系统、动力系统，所述整车控制器通过CA通讯总线对动力系统、变频驱动系统、外部电源接入系统、车辆辅助作业系统的运行状态进行实时监测，并依据驾驶人员的操作指令及各系统状态对各系统发出控制指令，使各系统协同工作；利用本发明，可实现载重110t至300t及以上的矿用电传动自卸车动力电池模块化配置，根据车辆对动力电池电量的需求不同而进行按需配置，实现车辆纯电化运行，有助于减少矿山燃油消耗，降低矿山生产成本，同时实现矿山的绿发展。发展。发展。
