甲醇电动集装箱增程式重卡牵引车及其驱动总成的制作方法

本发明实施例涉及电动集装箱重卡牵引车技术领域，具体涉及一种甲醇电动集装箱增程式重卡牵引车及其驱动总成。

背景技术：

目前国内货运重卡和集装箱牵引车很大部分是柴油单发动机，耗能非常大，碳排放和有害气体排放也非常大，对环境污染十分厉害，目前处于运营期的车辆约600万辆，其中天然气重卡约占20％，从目前经济发展速度和电商网购发展速度上看，物流业空运和铁路运输业也得到快速发展，从而不断增加了重卡和拖头需求量。

甲醇燃料电池纯电动汽车技术应用在集装箱拖车(俗称拖头)替代以柴油发动机为动力的汽车目前还是空白：传统的集装箱拖车都是以柴油为燃料，会产生大量的碳排放，造成大气污染，因此，以清洁能源为能源的纯电动集装箱拖车将会成为市场的需求点。

目前的电动车还采用氢气发电，效率较低并且结构复杂，并且会造成整个设备较重，其行驶里程一般都不高，现有技术中公开的多轮驱动电动车及其驱动方法，电动车包括车主体、若干车轮、若干发动机，其通过多个复杂的单元来实现该电动车的运行，会造成电动车整体设备较重，效率较低。

并且氢气发电的电动车，车上必要有很大的储氢罐，带来氢罐低温高压易爆的不安全因素和隐患。

而甲醇燃料电池无需储氢既能直接发电，甲醇燃料电池相比于普通燃料电池发电量高，并且其结构相对来说更为简单，为重卡牵引车提供动力就成为了可能，故而如何设计一款有效的以甲醇为动力的重卡牵引车是一个需要解决的问题。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种甲醇电动集装箱增程式重卡牵引车及其驱动总成，以解决现有技术中由于柴油发动机作为重卡动力而导致的环境污染的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种甲醇电动集装箱增程式重卡牵引车，包括拖车主体，所述拖车主体内设有甲醇电堆、充电控制器、可充电电池、供电控制器、变速箱和电机，所述拖车主体上连接有与甲醇电堆相连的水箱和甲醇箱，所述甲醇电堆与充电控制器、充电控制器与可充电电池、可充电电池与供电控制器、供电控制器与轮毂电机电连接，所述变速箱与轮毂电机和供电控制器电连接，所述甲醇电堆发出的电能经充电控制器调整电压后，储存到可充电电池内，而后可充电电池将电能输送到供电控制器内，供电控制器对电机进行开关控制。

进一步地，还包括车架和连接于车架上的后车轮，所述车架上固设有第二钛锂电池，所述后车轮成对设置，并且每对后车轮上均安装有轮边电机和变速箱，所述第二钛锂电池与充电控制器和供电控制器电连接，所述轮边电机与变速箱和供电控制器电连接，所述车架为动力车架。

进一步地，所述变速箱为电子变速箱，所述轮边电机为多多层多端子轴向磁通马达。

进一步地，所述拖车主体的末端安装有动力车轮，所述电机为轮毂电机并且安装在动力车轮上。

进一步地，所述甲醇电堆采用多个并联设置的直接甲醇燃料电池。

进一步地，所述拖车主体内还设有co2回收装置，所述co2回收装置与甲醇电堆通过管道相连，并且co2回收装置能够吸收甲醇电堆中的co2。

进一步地，所述co2回收装置设于拖车主体的一侧并且其存储的co2能够取出，所述拖车主体的前侧面为流线形的结构，所述拖车主体包括底盘，所述底盘和车架均采用铝合金材质制成，车架的上部设置重量传感器，并且拖车主体内设置报警模块，重量传感器与报警模块电连接，并且报警模块上设有语音提示模块，在车架上设有处理芯片，并且重量传感器的数量为2个并分布在车架的左右两侧，处理芯片与语音提示模块和和重量传感器电连接，并且在每个重量传感器上均设置有电子标签，重量传感器实时将信号传递到处理芯片内，处理芯片内设有设定的阈值，如果超出该阈值，处理芯片会将该重量的差值计算出来，并传输到语音提示模块内，并播报具体的超重数值，两个重量传感器的信号也同时传递到处理芯片内，并且重量传感器通过电子标签进行区分，在一侧的重量传感器感应到的数值大于另一侧的重量传感器的数值时，处理芯片将该信号传递到语音提示模块内，并提示数值较大一侧的位置偏重。

进一步地，所述后车轮上设有惯性动能回收系统，所述惯性动能回收系统与第二钛锂电池电连接，在车架上装有防撞防追尾系统，其包括但不限于测距雷达，防撞防追尾系统与电子变速箱电连接，测距雷达测量前方一定距离，当前方有正在行驶的车辆时，第二次测量的时候发现这个距离在缩近的时候。然后其将信号发送到电子变速箱内，电子变速箱控制车辆减速，等测距发现与前方车辆的距离超过一个阈值的时候，并且这个距离在第二次测量的时候，又增加了的情况下，电子变速箱自动将减速状态解除，车辆可以正常行驶，具体为当车辆离前面车辆百米不能超车时，会自动减速，同时向后面车辆发出减速信号，当车辆接前面20,米左右车辆会自动缓冲刹车。

一种甲醇电动驱动总成，包括甲醇电堆、充电控制器、可充电电池、供电控制器、电子变速箱和轮毂电机；所述甲醇电堆与充电控制器、充电控制器与可充电电池、可充电电池与供电控制器、供电控制器与轮毂电机电连接，所述电子变速箱与轮毂电机和供电控制器电连接。进一步地，

本发明实施例具有如下优点：甲醇电堆与充电控制器电连接，可充电电池优选为钛锂电池，钛锂电池与充电控制器电连接，并且充电控制器用于将甲醇电堆的输出电压变为与可充电电池的输入电压，从而实现可充电电池的充电，供电控制器与可充电电池电连接，轮毂电机和电子变速箱均与供电控制器电连接，并且电子变速箱与轮毂电机电连接，供电控制器用于控制轮毂电机的启闭，电子变速箱通过对轮毂电机输入不同的电流值以控制轮毂电机的转速。这样从甲醇电堆-充电控制器-可充电电池-供电控制器-轮毂电机或轮边电机这一套总的动力传输流程均采用电动，轮毂电机也是采用直接驱动车轮进行转动的方式进行工作，减少了机械的传动过程，从而减少了电动的损耗，提高了重卡牵引车的行驶速度，并且采用直接甲醇燃料电池作为能源，效率高，清洁无污染，配合一系列电驱动来控制轮毂电机进行运转，耗能少，效率高，重卡牵引车能够行驶的时间长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的重卡牵引车的俯视示意图；

图2为本发明实施例1提供的重卡牵引车的侧视示意图；

图3为本发明实施例2提供的驱动总成的流程示意图。

图中：1、拖车主体；11、驾驶室；12、动力室；121、甲醇电堆；122、第一钛锂电池；123、充电控制器；124、供电控制器；125、co2回收装置；13、底盘；131、甲醇箱；132、水箱；14、转向车轮；15、动力车轮；151、轮毂电机；152、悬挂式后桥；153、电子变速箱；16、连接座；17、报警模块；2、车架；21、货箱；22、后车轮；23、从动后桥；24、轮边电机；25、惯性动能回收系统；26、第二钛锂电池；27、重量传感器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：如图1和图2所示，一种甲醇电动集装箱增程式重卡牵引车，包括拖车主体1和车架2，拖车主体1的前侧面从下至上呈流线形的结构，以减少重卡牵引车在行驶时的阻力，降低其在行驶过程中的风阻。

拖车主体1包括上部的驾驶室11、中部的动力室12和下部的底盘13。驾驶室11内设有座椅、方向盘、油门等驾驶常用的装置，此处不再赘述，动力室12设于驾驶室11的正下方并且其前端延伸至拖车主体1的位置处，动力室12的前端为甲醇电堆121，甲醇电堆121为并排设置的直接甲醇燃料电池，多个甲醇电堆121沿着拖车主体1的宽度方向分布，电堆的数量可以为7-9个，并优选为9个。

目前的甲醇燃料电池则以甲醇为燃料来产生电能，不需要额外的动力作为驱动即可产生电能，故而也不需要进行充电和储氢，只需要向车内加水和甲醇即可实现车辆的启动，相比于现有以氢作为原料的车辆来说，其使用更为的方便，特别是直接甲醇燃料电池(dmfc)，其属于质子交换燃料电池(pemfc)中的一类，直接使用甲醇水溶液或者蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电，相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动，燃料清洁环保以及电池结构简单等特性。

把甲醇和水加入甲醇燃料电池中在60℃温度下，在催化剂的作用过程中通过电子质子膜，把其中的电离子提取存入电池内，在运行过程中会排出水和少量的纯度较高的二氧化碳。

甲醇燃料电池(dmfc)的发电原理：

甲醇在阳极的氧化反应如下：

ch3oh+h2o→co2+6h⁺+6e^-，v10＝0.046v

来自空气中的氧在阴极的还原反应为:

o2+4h⁺+4e^-→2h2o，v20＝1.23v

电池总反应是：

ch3oh+3/2o2→co2+2h2o，e＝v20-v10＝1.18v

dmfc的发电原理：将甲醇送至阳极后，在催化层发生电氧化发硬生成二氧化碳，并释放出氢质子和电子；阳极产生的氢质子穿过pem迁移至阴极与氧气反应生成水，产生的电子从阳极经过电路经过负载流向阴极形成电流；于此同时，少量的甲醇在扩散和电渗作用下，从阳极渗透到了阴极，部分甲醇又在阴极催化剂层与氧气反应生成二氧化碳和水。

dmfc的发电演算：

1molch3oh氧化成co2转移6个电子，1公斤ch3oh氧化转移187.5mol电：

1度电＝1kwh＝1000*3600vas＝3600000vas＝3600000v库伦

按照理论1.18v来算，法拉第常数为96485c/mol，187.5mol电子＝187.5*96485库伦

电度数为187.5*96485*1.18/3600000＝5.93度

动力室12中部的位置处固设有第一钛锂电池122，第一钛锂电池122的上方固设有水平设置的充电控制器123，充电控制器123的输入端与甲醇电堆121电连接，其输出端与第一钛锂电池122电连接，由于甲醇电堆121的输出接口电压较高，而第一钛锂电池122的输入接口电压较低，而充电控制器123其输入端接口的电压值与甲醇电堆121输出接口的电压值相同，其输出端接口的电压值与第一钛锂电池122的输入端接口的电压值相同，这样充电控制器123用于转换甲醇电机与第一钛锂电池122之间的电压，甲醇电堆121制造的电能通过充电控制器123输入到第一钛锂电池122内储存起来，充电控制器123的上方固设有供电控制器124，供电控制器124的输入端与供电控制器124电连接。

底盘13水平固设于动力室12的下方，并且底盘13的前方设有一对转向车轮14，无动力，底盘13的后方设有两对动力车轮15，每个动力车轮15上均固设有轮毂电机151，轮毂电机151设于车轮轱辘内，并且每对动力车轮15之间连接悬挂式后桥152，悬挂式后桥152上位于轮毂电机151的一侧固设有电子变速箱153，电子变速箱153和轮毂电机151均与供电控制器124电连接，供电控制器124为半导体开关，用来控制轮毂电机151和电子变速箱153的启闭，同时对轮毂电机151和电子变速箱153起到短路保护的功能。

该轮毂电机151为变频式电机，在电子变速箱153内部为液控系统，通过调节阀检测驾驶员踩踏油门的速度，并产生与踏板踏下量呈正比的液压，在检测到油门踏的很快时，电子变速箱153给轮毂电机151输入较大的电流，轮毂电机151的转速增加，从而实现快速增速；当油门踩踏的较为平缓时，电子变速箱153对轮毂电机151输入较小的电流，轮毂电机151的增速较为平缓，并且采用电子变速箱153，不需要在驾驶室11内设置离合器，从而进一步减少了拖车主体1的重量。

并且采用轮毂电机151带动车轮转动，不需要在底盘13与驾驶室11之间加入一系列的传动机构，以进一步降低了拖车主体1的重量，并且能够使整个拖车主体1的结构更为简单、紧凑。相比于采用齿轮变速，在两个驱动车轮之间采用悬挂式后桥152能进一步减少拖车主体1在行进过程中电能的损耗。

在底盘13的两侧分别固设水箱132和甲醇箱131，水箱132设于驾驶室11车门的下方，甲醇箱131设于底盘13远离驾驶室11车门的一侧，并且水箱132能够作为驾驶室11车门的阶梯进行使用。水箱132和甲醇箱131均与甲醇电堆121相连，并作为甲醇电堆121的能源，甲醇电堆121在发电时水箱132和甲醇箱131中的水和甲醇持续输入到甲醇电堆121内进行发电，而甲醇电堆121发电产生的水分则直接蒸发到外界，并且在蒸发的过程中会对甲醇电堆121进行降温。甲醇箱131内的甲醇浓度优选为99％，水优选为纯净水。

通过不对甲醇电堆121发电产生的水分通过管道进行回收，而是采用让其自然蒸发的方式，其能够进一步减少动力室12的结构，从而减少整个拖车主体1的重量，拖车主体1的重量进一步减轻，其耗电量就更少，重卡牵引车能够跑的里程也就能进一步增加。

在第一钛锂电池122远离甲醇电堆121的一侧设置co2回收装置125，co2回收装置125与第一钛锂电池122电连接，co2回收装置125与甲醇电堆121通过管道相连，甲醇电堆121中发电产生的co2输送到co2回收装置125内，co2回收装置125对co2进行压缩并存储到co2收集罐内。并且将co2回收装置125设于拖车主体1靠近甲醇箱131的一侧，在co2收集满之后，从拖车主体1的一侧能够直接将co2收集罐抽出，并更换新的收集罐，而装满的co2收集罐能够进行回收并送入到需要用到co2的工厂中，进行再次的回收利用，由于co2回收装置125能够将甲醇电堆121排出的co2均收集到co2收集罐，从而实现了co2的零排放，更为清洁环保。

车架2为与拖车主体1等宽设置的长条形，车架2的前端搭在拖车主体1的末端，并且两者之间连接有u形的连接座16，拖车主体1与车架2之间通过连接座16进行固定，并且两者之间的线路也从连接座16进行穿过。车架2的上部用于放置货箱21，车架2的末端设有三对后车轮22，每对后车轮22之间均连接有从动后桥23，从动后桥23转动连接在车架2内，并且每个从动后桥23的中部均连接有轮边电机24，轮边电机24的转轴与从动后桥23之间通过齿轮进行传动，三对后车轮22上总设有三个轮边电机24，从动后桥23上对应每个轮边电机24的一侧均同样设置电子变速箱153，三个轮边电机24和三个电子变速箱153分别对应相连，并且车架2上的电子变速箱153和拖车主体1上的电子变速箱153采用同样的方式进行变速。并且该轮边电机24分为多层多端子轴向磁通马达，其永磁横向排列，腾出外围空间设置导风气孔，马达可透过气流冷却，从而避免使用液冷系统消耗额外电力，减少能量消耗，在达到车来那个均速续航时，只需要一到二层马达层启动，用来抵消风阻和路面跟轮胎的阻力，其余的马达处于休眠状态，长时间续航时，马达层都可以运作和休息，使马达不会过热而产生不需要的能量损耗，其多层盘式结构会根据电动车的行驶方式，能够转换马达为发动机的动能，由于在匀速续航时，大部分的马达均处于休眠状态，因此当减速时，那些休眠的马达可以马上转换为发动机，在车来那个刹停时，所有马达会转换为发电机，充分把电力吸收，在休眠与回收电机的技术协调之下，多层多端子轴向磁通马达臂现在使用的马达，续航距离可提升一倍。同时多层盘式电机进一步减少了甲醇电堆121的能量损耗。这样车架2就变成了动力车架2，重卡牵引车的在行驶的过程中，车头部分与车架2部分同时发力，重卡牵引车的启动更加迅速，在行驶的过程中也更为的稳定。

每个后车轮22上均设有惯性动能回收系统25，惯性动能回收系统25回收轮边电机24制动时产生的动能，并转变成电能收集起来，车架2的中部下方固设有水平设置的第二钛锂电池26，第二钛锂电池26的输入端与四个惯性动能回收系统25相连，惯性动能回收系统25中收集到的电能输送到第二钛锂电池26内储存起来。

第二钛锂电池26的输入端还与充电控制器123电连接，用于接收甲醇电堆121内发出的电能，而惯性动能回收系统25中的电能则为辅助发电，其输出端与供电控制器124电连接，供电控制器124与三个轮边电机24和设于从动后桥23上的三个电子变速箱153电连接。这样供电控制器124用来控制三个轮边电机24的启闭，设于车架2上的电子变速箱153用于分别控制三个轮边电机24的转速。

车辆在行使之前，需要先分别在甲醇箱131和水箱132内注满甲醇和水，在车架2上装上货物之后，甲醇电堆121开始自主地发电并将电量分别储存到第一钛锂电池122和第二钛锂电池26内，第一钛锂电池122为轮毂电机151和co2回收装置125对轮边电机24进行供电。在控制室内通过控制供电控制器124来控制轮毂电机151和轮边电机24工作，重卡牵引车行使并开始运输货物，在运输的过程总甲醇电堆121持续排出co2并通过co2回收装置125对co2进行压缩和储存，重卡牵引车在制动的过程中，惯性动能回收系统25回收其制动过程中的动力转化为电能，并储存到第二钛锂电池26内。

目前的电动车一般使用磷酸铁锂电池作为充电装置，主要因为它的放电功率高、重量轻和能量密度高，而钛锂电池其充电和放电速度更快，充放寿命更少，充电循环次数可达20000+次，放电比率高达10c，从而能够实现快速的充放电，并且钛锂电池的安全性更高，故而使用起来更加稳定可靠。

第一钛锂电池122和第二钛锂电池26中的电能经过供电控制器124之后，直接控制轮毂电机151与轮边电机24的工作，这样从甲醇电堆121-充电控制器123-可充电电池-供电控制器124-轮毂电机151或轮边电机24这一套总的动力传输流程均采用电动，减少了机械的传动过程，从而减少了电动的损耗，提高了重卡牵引车的行驶速度。

在车头的驾驶室11内装载有北斗导航系统28，其能够对车辆进行自动的定位，以防止车辆丢失。

牵引车的底盘13和托架均采用铝合金材料制成，铝合金材料具有足够的强度，能够分别对车头的上部和货物进行有效的支撑，并且由于铝合金材质相比于钢铁来说其重量更轻，故而车辆行驶时所需的动力更少，从而提高了重卡牵引车所能行驶的里程。

并且为了防止超载，在车架2的上部设置重量传感器27，重量传感器与供电控制器124电连接，并且驾驶室11内设置报警模块17，重量传感器27与报警模块17电连接，在重量传感器27感应到车架2上装载的货物重量低于或等于设定的阈值时，驾驶室11内的报警模块17不进行报警，车辆正常启动；而当重量传感器27感应到车架2上装载的货物超过设定的阈值时，其将信号传递给供电控制器，供电控制器不向轮毂电机发出启动信号，车辆无法启动，驾驶室11内的报警模块17进行报警，并且报警模块17上设有语音提示模块，在车架2上设有处理芯片，并且重量传感器27的数量为2个并分布在车架2的左右两侧，处理芯片与语音提示模块和和重量传感器27电连接，并且在每个重量传感器27上均设置有电子标签，在车架2上装载有货物时，重量传感器27实时将信号传递到处理芯片内，处理芯片内设有设定的阈值，如果超出该阈值，处理芯片会将该重量的差值计算出来，并传输到语音提示模块内，语音提示模块内进行语音播报，如“车已超载0.5公斤，无法启动”，两个重量传感器27的信号也同时传递到处理芯片内，并且重量传感器27通过电子标签进行区分，在一侧的重量传感器27感应到的数值大于另一侧的重量传感器27的数值时，处理芯片将该信号传递到语音提示模块内，并提示数值较大一侧的位置偏重，如“左(右偏重)”

在车架2上装有防撞防追尾系统29，其包括但不限于测距雷达，防撞防追尾系统与电子变速箱153电连接，测距雷达测量前方一定距离，当前方有正在行驶的车辆时，第二次测量的时候发现这个距离在缩近的时候。然后其将信号发送到电子变速箱153内，电子变速箱153控制车辆减速。等测距发现与前方车辆的距离超过一个阈值的时候，并且这个距离在第二次测量的时候，又增加了的情况下，电子变速箱153自动将减速状态解除，车辆可以正常行驶，具体为当车辆离前面车辆百米不能超车时，会自动减速，同时向后面车辆发出减速信号，以防后面车辆追尾装车，当车辆接前面20,米左右车辆会自动缓冲刹车，从而有效减少车辆追尾、撞击事故的发生，保障了车辆的安全性。

实施例二，一种甲醇电动驱动总成，如图3所示，包括甲醇电堆121、充电控制器123、可充电电池、供电控制器124、电子变速箱153和轮毂电机151。甲醇电堆121与充电控制器123电连接，可充电电池优选为钛锂电池，钛锂电池与充电控制器123电连接，并且充电控制器123用于将甲醇电堆121的输出电压变为与可充电电池的输入电压，从而实现可充电电池的充电，供电控制器124与可充电电池电连接，轮毂电机151和电子变速箱153均与供电控制器124电连接，并且电子变速箱153与轮毂电机151电连接，供电控制器124用于控制轮毂电机151的启闭，甲醇电堆121为直接甲醇燃料电池，并且其原料为甲醇和水，甲醇浓度优选为99％，水优选为纯净水。

电子变速箱153通过对轮毂电机151输入不同的电流值以控制轮毂电机151的转速。该驱动总成整体采用电动，不涉及机械传动，故而整体耗电量更少，车辆能够行使的里程更多。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。