架线式新能源矿车能量控制系统及方法与流程

本发明涉及电气控制，具体是架线式新能源矿车能量控制系统及方法。

背景技术：

1、随着国家、各级政府和各个部门出台绿色矿山建设的支持政策，重型矿车作为矿石运输的主要设备，其节能减排问题得到越来越多的重视。重型矿车的工作特点是循环工况，在其整个循环过程中必然有下坡制动工况，根据矿山实际应用统计，重载上坡工况消耗的能量占矿车整个消耗能量的60％以上，所以在重载上坡路段采用节能措施意义重大。而且可以降低车辆硬件磨损，减低车辆使用成本。国内很多矿车主机厂都推出了纯电动或者混动矿车来应对矿山需求，但是都存在一定的问题，纯电动矿车续航能力较差，工况适用性不好；混合动力矿车存在驱动力不稳定和能量回馈能力弱问题。在重载上坡路段采用架线技术可以有效弥补纯电动矿车缺点，可以有效提升车辆续航能力。但是架线矿车在动力切换阶段存在一定难点，需要实现两种动力源平稳切换，保证车辆的安全稳定运行。在进入架线阶段后，电网还要对动力电池能量进行补充，以提高动力电池续航能力和使用寿命，在这过程中需要对架线路段的车辆状态和数量进行实时监测，以调整充电功率，保证各个系统可以发挥最大能力，防止电网过载或者能力利用不充分问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种操作方便、效果良好的架线式新能源矿车能量控制系统及方法。本发明是以如下技术方案实现的：架线式新能源矿车能量控制系统，包括车载动力系统、车载架线系统、整车控制器和dc-dc控制器，车载动力系统，通过直流母线ⅰ分别与辅助变频器ⅰ和dc-dc控制器连接，辅助变频器ⅰ连接空调和24v系统；

2、车载架线系统，通过直流母线ⅱ分别与电机变频器、辅助变频器ⅱ和dc-dc控制器连接连接，辅助变频器ⅱ连接散热风机和液压电机，电机变频器连接牵引电机ⅰ和牵引电机ⅱ；

3、整车控制器，通过车载总线分别与变频器控制器、dc-dc控制器、动力电池控制器、车载受电弓系统连接。

4、其进一步是：所述车载动力系统为纯电池系统或氢燃料电池与动力电池动力系统或发动机与动力电池组成的动力系统。

5、所述车载总线不限于can总线、flexray总线、most总线和lin总线等。

6、架线式新能源矿车能量控制方法，包括如下步骤：

7、s1、在矿车运行到架线路段前时，车辆控制系统根据车辆设定位置自动进行受电弓举升；

8、s2、在受电弓和架线接触后，控制系统根据受电弓端电压值判断是否稳定接触，然后进行动力源切换；

9、s3、在切换前，dc-dc系统将车载动力源电压控制与架线电压匹配，保证动力切换的平滑性；

10、s4、架线阶段，架线系统给牵引电机提供能量，同时给电池补充能量；s5、在车辆行驶至脱离受电弓前，dc-dc切断动力电池充电功能，将电压升至母线电压，保证系统脱离架线系统之后的平稳切换。

11、步骤s1中，若受电弓举升失败，系统发出报警信息。

12、步骤s2中，若受电弓和架线接触不稳定，系统发出报警信息，同时控制车载动力系统提供能量。

13、步骤s4中，架线系统电流有上限，整车控制器根据架线段矿车数量和车载动力系统中动力电池的soc状态，调节动力电池充电功率，以最大功率给动力系统补充能量。

14、在受电弓与架线系统稳定接触后，整车控制系统根据直流母线ⅱ电压对dc-dc进行控制，将能量由动力电池向直流母线ⅱ流动切换到直流母线ⅱ向动力电池流动，并根据动力系统中动力电池soc状态和架线系统负载状态调节dc-dc输出功率，单车充电功率p算法如下：

15、p＝min[(pdc-pac)/n,u1*ib]，

16、其中，pdc指电网额定运行功率，pac带台矿车牵引功率，n代表架线路段矿车数量，u1动力电池电压，ib代表动力电池允许充电电流，u1、ib根据动力电池soc状态查表获得。

17、步骤s5中，若动力电源切换失败或降弓失败，系统发出报警信息。在架线故障或者车载强电系统发生故障时，受电弓紧急降落。

18、本发明具有以下优点：本发明的架线式新能源矿车能量控制系统及方法，架线式新能源矿车能量来源于车载动力系统和架线路段电网两部分，整车控制器控制受电弓的举升与下降，同时下发动力切换指令，完成动力系统平稳切换，在架线时，架线系统提供整车驱动力同时给车载动力系统补充能量，提高车载动力系统续航能量和使用寿命，降低车辆运营成本和污染物排放。

技术特征：

1.架线式新能源矿车能量控制系统，其特征在于：包括车载动力系统、车载架线系统、整车控制器和dc-dc控制器，

2.如权利要求1所述的架线式新能源矿车能量控制系统，其特征在于：所述车载动力系统为纯电池系统或氢燃料电池与动力电池动力系统或发动机与动力电池组成的动力系统。

3.如权利要求1所述的架线式新能源矿车能量控制系统，其特征在于：所述车载总线不限于can总线、flexray总线、most总线和lin总线等。

4.使用权利要求1所述的架线式新能源矿车能量控制系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：步骤s1中，若受电弓举升失败，系统发出报警信息。

6.如权利要求4所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：步骤s2中，若受电弓和架线接触不稳定，系统发出报警信息，同时控制车载动力系统提供能量。

7.如权利要求4所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：步骤s4中，架线系统电流有上限，整车控制器根据架线段矿车数量和车载动力系统中动力电池的soc状态，调节动力电池充电功率，以最大功率给动力系统补充能量。

8.如权利要求7所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：在受电弓与架线系统稳定接触后，整车控制系统根据直流母线ⅱ电压对dc-dc进行控制，将能量由动力电池向直流母线ⅱ流动切换到直流母线ⅱ向动力电池流动，并根据动力系统中动力电池soc状态和架线系统负载状态调节dc-dc输出功率，单车充电功率p算法如下：

9.如权利要求4所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：步骤s5中，若动力电源切换失败或降弓失败，系统发出报警信息。

10.如权利要求4所述的架线式新能源矿车能量控制方法，其特征在于：在架线故障或者车载强电系统发生故障时，受电弓紧急降落。

技术总结
架线式新能源矿车能量控制系统及方法，包括车载动力系统、车载架线系统、整车控制器和DC‑DC控制器，在矿车运行到架线路段前时，车辆控制系统根据车辆设定位置自动进行受电弓举升；在受电弓和架线接触后，控制系统根据受电弓端电压值判断是否稳定接触，然后进行动力源切换；架线阶段，架线系统给牵引电机提供能量，同时给电池补充能量。本发明架线式新能源矿车能量来源于车载动力系统和架线路段电网两部分，整车控制器控制受电弓的举升与下降，同时下发动力切换指令，完成动力系统平稳切换，在架线时，架线系统提供整车驱动力同时给车载动力系统补充能量，提高车载动力系统续航能量和使用寿命，降低车辆运营成本和污染物排放。

技术研发人员：崔吉胜,王冠,房康宁,谢和平,李志鹏,于振华,张亮,李小尹,阮计连
受保护的技术使用者：徐州徐工矿业机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12