用于高原环境工业设备的混合动力供电系统及控制方法与流程

1.本发明属于混合动力供电系统的技术领域，尤其涉及一种用于高原环境工业设备的混合动力供电系统及控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着国家大力推进川藏铁路建设，大量的工业设备入川进行铁路建设及维护任务。传统工业设备动力系统主要以柴油发电机组供电为主，但由于川藏铁路大部分路段位于海拔3000m以上的高原地区，由于空气稀薄，柴油不能完全燃烧，不仅会降低柴油利用效率以及输出功率，还会产生大量气体污染物，尤其在隧道内施工时，会对现场工作人员造成较大影响。
3.与柴油机相比，高原环境对钛酸锂电池影响较小，但电池供电设备需要定点进行充电，不利于用户的工作安排。因此研发一款结合两者优点，能够适应于高原环境的供电装置显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种用于高原环境工业设备的混合动力供电系统及控制方法，提供多模式供电驱动，降低资源损耗，减少环境污染。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于高原环境工业设备的混合动力供电系统，其特征在于，包括发电机组、电池组、逆变器、电机控制器及整车控制器，所述整车控制器通过can总线与所述发电机组的电子控制单元、电机控制器以及电池组的电池管理系统进行通讯，电机控制器及电池组均通过所述逆变器与油泵电机连接。
6.按上述方案，所述的发电机组为柴油发电机，所述的电池组为钛酸锂电池。
7.按上述方案，用于高原环境工业设备的混合动力供电系统的控制方法，其特征在于，包括如下内容：
8.所述整车控制器通过所述can总线实时接收钛酸锂电池组以及设备整车工况，判断钛酸锂电池组的电量和设备负载的大小，进而调节柴油发电机组转速来控制所述电机控制器的输出电压，最终实现供电模式切换。
9.按上述方案，所述的供电模式分为四种：纯电池驱动模式、柴油机辅助驱动模式、柴油机及电池共同驱动模式及油机驱动模式。
10.按上述方案，所述的供电模式切换具体包括如下步骤：
11.s1)纯电池驱动模式：当整车控制器判断电池电量超过一定数值时，同时设备在正常负荷下运行时，整车控制器会通过总线控制柴油发电机组停机，由钛酸锂电池组单独对油泵电机供电；
12.s2)柴油机辅助驱动模式：当整车控制器判断电池电量低于一定数值时，整车控制器会根据钛酸锂电池组的电池管理系统反馈的电压实时调整电机控制器输出电压，使电机
控制器输出电压始终高于钛酸锂电池组电压一定值，以保证电机控制器在供电过程中能够同时给钛酸锂电池组充电；
13.s3)柴油机及电池共同驱动模式：当整车控制器判断设备负载超过一定范围时，整车控制器会根据钛酸锂电池组的电池管理系统反馈的电池组电压实时调整电机控制器输出电压，使得电机控制器输出电压始终与钛酸锂电池组电压一致，保证电机控制器与钛酸锂电池组同时对逆变器供电，以在短时间内大幅提高设备输出；
14.s4)柴油机驱动模式：当整车控制器判断钛酸锂电池组故障，无法启动时，整车控制器会通过总线切断钛酸锂电池组供电，由柴油发电机组单独对油泵电机供电，将设备运输至适当地点进行维修。
15.按上述方案，步骤s1中所述的一定数值为60％～110％soc。
16.按上述方案，步骤s2中所述的一定数值为60％soc以下。
17.按上述方案，步骤s3中所述的一定范围为额定载荷的1.2倍以上。
18.本发明的有益效果是：提供一种用于高原环境工业设备的混合动力供电系统及控制方法，通过整车控制器结合电池组bms、电机控制器，对当前设备状况进行判断，实现空载柴油机供电、柴油机及电池混合供电、柴油机辅助供电以及纯电池供电多种供电模式切换，能够适应高原铁路施工的复杂工况，达到降低资源损耗，减少环境污染，操作方便等目的，具有较大的市场推广价值，经济和社会效益显著。
附图说明
19.图1为本发明一个实施例的系统分布示意图。
20.图2为本发明一个实施例的系统分布示意图。
21.图3为本发明一个实施例的纯电驱动模式下电流流向示意图。
22.图4为本发明一个实施例的柴油机辅助驱动模式下电流流向示意图。
23.图5为本发明一个实施例的柴油机及电池共同驱动模式下电流流向示意图。
24.图6为本发明一个实施例的柴油机驱动模式下电流流向示意图。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
29.如图1所示，提供一种用于高原环境工业设备的混合动力供电系统及控制方法，整
套系统由柴油发电机组1、钛酸锂电池组2、逆变器3、电机控制器4及整车控制器5组成。整车控制器通过can总线6与柴油机ecu、电机控制器以及电池组bms进行通讯，电机控制器及钛酸锂电池组均通过逆变器与油泵电机7连接。整车控制器可以通过控制柴油机转速以及电机控制器的输出电压来达到切换供电模式的目的，同时通过can总线实时接收电池组以及整车工况，对设备供电模式进行闭环控制。
30.具有多种供电模式，适用于各种使用环境及工况。纯电池供电能够使设备达到零排放及降低油料损耗的效果；纯柴油机供电能够在电池损坏时，让设备回到基地进行维修；柴油机辅助供电能让设备在不易寻找充电点时使用柴油机进行充电，使设备达到边充边用的状态；柴油机及电池耦合供电可以在设备在大坡道及大负载工况下为设备提供足够的功率。
31.如图2所示，高原型混合动力牵引车是一种能够适应高原环境的铁路施工特种车辆，整车采用液压驱动，钛酸锂电池以及柴油发电机组混合供电，系统在运行过程中，车载控制器会根据外部传感器数据以及电池bms上传数据判断当前最合适的供电模式并自动切换，无需人员操作，简单又安全。整车控制器通过can总线与柴油机、电机控制器以及电池bms进行通讯，能够通过电池电量、整车液压压力等信息，自动判断并转换为当前最适用的供电模式。同时，在操作台也能锁定其中一种供电模式。
32.本系统能够实现多种供电模式驱动，下面具体描述多种供电模式驱动的具体实现方式：
33.纯电驱动：当整车控制器判断电池电量为60％～110％soc时，同时设备在正常负荷下运行时。整车控制器会通过总线控制柴油机停机，由电池单独对油泵电机供电，该模式能够在高原环境下稳定运行，同时能够达到部分地段零排放的要求。该模式下电流流向如图3所示。
34.柴油机辅助驱动模式：当整车控制器判断电池电量为60％soc以下时，整车控制器会根据钛酸锂电池组的电池管理系统反馈的电压实时调整电机控制器输出电压，使电机控制器输出电压始终高于钛酸锂电池组电压一定值，以保证电机控制器在供电过程中能够同时给钛酸锂电池组充电。该模式可以在设备空载情况下为设备电池组补充电力，保证设备长时间不间断的工作。该模式下电流流向如图4所示。
35.柴油机及电池共同驱动模式：当整车控制器判断设备负载超过额定载荷1.2倍以上(如上坡工况)时，整车控制器会根据钛酸锂电池组的电池管理系统反馈的电池组电压实时调整电机控制器输出电压，使得电机控制器输出电压始终与钛酸锂电池组电压一致，保证电机控制器与钛酸锂电池组同时对逆变器供电，以在短时间内大幅提高设备输出。该模式适用于设备在大坡道，大负荷工况下运行，其电流流向如图5所示。
36.柴油机驱动模式：当整车控制器判断钛酸锂电池组故障，无法启动时，整车控制器会通过总线切断钛酸锂电池组供电，由柴油发电机组单独对油泵电机供电，将设备运输至适当地点进行维修。该模式下电流流向如图6所示。
37.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。