CN107627861A - 非公路载重汽车及其动力*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非公路载重汽车领域，公开了一种非公路载重汽车及其动力***，该动力***包括架线受电***、能量转换***、能量存储***、能量控制***以及内燃发电机，其中：所述架线受电***，用于从电网获取电能；所述能量转换***，用于在所述能量控制***的控制下将所述架线受电***、所述内燃发电机和所述能量存储***所提供的电能提供给所述非公路载重汽车的电动机；以及所述能量控制***，用于对所述架线受电***、所述能量转换***、所述能量存储***和所述内燃发电机进行控制，以便由所述架线受电***、所述能量存储***和所述内燃发电机中的一者或多者向所述非公路载重汽车的电动机提供电能。

Description

非公路载重汽车及其动力***
技术领域
本发明涉及非公路载重汽车领域，具体地，涉及一种非公路载重汽车及其动力***。
背景技术
非公路载重汽车是露天矿生产中使用的重要设备。通常，非公路载重汽车的油耗占露天矿运营成本的30％左右。
为了能够降低露天采矿的成本，中国专利申请CN104309486A公开了一种电动轮非公路自卸车架线***，其在原有柴油机的基础上增加了架线设备，利用架线设备作为电动轮矿车爬坡的主动力，减少柴油机的输出；在平路运行时仍然使用柴油机作为唯一动力来源。该专利申请的缺陷是，在平路运行阶段，电动轮矿车仍然以柴油机为主要动力来源，仅在上坡阶段利用架线***提供辅助动力时才能够短时间脱离柴油发电动机，并且在下坡阶段没有回收势能以及刹车动能。因此，其节油率与坡道长短有很大关系。
中国专利申请CN203211118U公开了“一种节能混合动力矿用电动轮自卸车”，其在原有电动轮自卸车的动力***中并联了一套超级电容储能***，该超级电容储能***在矿车下坡和刹车的时候回收部分能量，在车辆加速和爬坡的过程中能够提供额外的动力支撑以减小发动机的峰值输出。该专利申请的缺点是，其仍然以柴油发电动机作为主要动力来源，仅在很少的时段，如加速、爬坡初期等，才利用超级电容提供额外供电，柴油发电动机需要时刻运行，而且超级电容能量密度小的缺点也制约了能量回收的比例，因此其节油效果不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种非公路载重汽车及其动力***，其能够显著降低露天采矿的成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于非公路载重汽车的动力***，该动力***包括架线受电***、能量转换***、能量存储***、能量控制***以及内燃发电机，其中：所述架线受电***，用于从电网获取电能；所述能量转换***，用于在所述能量控制***的控制下将所述架线受电***、所述内燃发电机和所述能量存储***所提供的电能提供给所述非公路载重汽车的电动机；以及所述能量控制***，用于对所述架线受电***、所述能量转换***、所述能量存储***和所述内燃发电机进行控制，以便由所述能量转换***、所述能量存储***和所述内燃发电机中的一者或多者向所述非公路载重汽车的电动机提供电能。
本发明还提供一种非公路载重汽车，该非公路载重汽车包括上述动力***。
通过上述技术方案，由于本申请是利用能量存储***、内燃发电机和架线受电***为非公路载重汽车的电动机提供电能，因此其能够减小内燃发电机提供电能的比例，由于电能的价格远小于柴油的价格，因此本申请能够大幅降低露天矿的运营成本。另外，燃油消耗降低了，也使得污染物排放量降低，有效地减小了环境污染。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一种实施方式的用于非公路载重汽车的动力***的示意框图；
图2是根据本发明又一实施方式的用于非公路载重汽车的动力***的示意框图；以及
图3是非公路载重汽车的典型工况示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在露天矿山的开采作业现场中，非公路载重汽车由于具有作业机动性好、周转速度快、爬坡能力强等优点而成为露天矿山的主要运载工具。在非公路载重汽车将开采出的矿从装载区运载到卸载区的过程中，非公路载重汽车可能会经历平坦路面、上坡、下坡等，因此为非公路载重汽车提供合适的动力***以提高非公路载重汽车的运行效率并降低采矿成本是非常有必要的。
本发明提供一种用于非公路载重汽车的动力***，如图1所示，该动力***可以包括架线受电***10、能量转换***20、能量存储***30、能量控制***40以及内燃发电机60，其中：所述架线受电***10，用于从电网获取电能；所述能量转换***20，用于在所述能量控制***40的控制下将所述架线受电***10、所述内燃发电机60和所述能量存储***30所提供的电能提供给所述非公路载重汽车的电动机50；以及所述能量控制***40，用于对所述架线受电***10、所述能量转换***20、所述能量存储***30和所述内燃发电机60进行控制，以便由所述架线受电***10、所述能量存储***30和所述内燃发电机60中的一者或多者向所述非公路载重汽车的电动机50提供电能。
由于本申请是利用能量存储***30、内燃发电机60和架线受电***10为非公路载重汽车的电动机50提供电能，因此其能够减小内燃发电机60提供电能的比例，由于电能的价格远小于柴油的价格，因此本申请能够大幅降低露天矿的运营成本。另外，燃油消耗降低了，也使得污染物排放量降低，有效地减小了环境污染。
在根据本发明的动力***的一个可选实施方式中，架线受电***10可以包括接触网和受电弓。接触网是在非公路载重汽车的运行道路上，沿运行轨迹上空架设的、供非公路载重汽车的受电弓取流的高压输电线路。由于接触网和受电弓的结构已为大家所熟知，所以此处不再赘述。
另外，本发明的基本设计思想是，尽可能地减小内燃发电机60向非公路载重汽车的电动机50提供电能的比例，也即尽可能地增加架线受电***10和能量存储***30向非公路载重汽车的电动机50提供电能的比例。这将在下面进行详细描述。
在根据本发明的用于非公路载重汽车的动力***的一个可选实施方式中，在所述非公路载重汽车处于爬坡等高负荷状态时，所述能量控制***40促使所述架线受电***10为非公路载重汽车的电动机50提供电能，或者促使所述内燃发电机60和所述能量存储***30这两者为非公路载重汽车的电动机50提供电能，或者促使所述架线受电***10、所述内燃发电机60和所述能量存储***30这三者为所述非公路载重汽车的电动机50提供电能。这样，就能够大大减小内燃发电机60提供电能的比例，从而大大节省了露天矿的运营成本，并降低了废弃排放。另外，在爬坡时，通过内燃发电机60和能量存储***30这两者，或者通过架线受电***10、内燃发电机60和能量存储***30这三者为所述非公路载重汽车的电动机50提供电能，还能够提高非公路载重汽车的输出动力和运行效率。
在根据本发明的用于非公路载重汽车的动力***的一个可选实施方式中，在所述非公路载重汽车在平坦路面行驶时，所述能量控制***40促使所述能量存储***30和所述内燃发电机60共同向所述非公路载重汽车的电动机50提供电能。因此，相比于现有技术，这同样减小了内燃发电机60提供电能的比例，从而大大节省了燃油消耗和露天矿的运营成本。
在根据本发明的用于非公路载重汽车的动力***的一个可选实施方式中，在所述非公路载重汽车处于停车或怠速等低负荷状态时，所述能量控制***40促使所述能量存储***30为所述非公路载重汽车的电动机50提供电能。由于在这种情况下，能量存储***30完全能够满足非公路载重汽车的能量需求，因此完全不需要内燃发电机60提供电能，因此大大节省了燃油消耗。
在根据本发明的用于非公路载重汽车的动力***的一个可选实施方式中，在所述非公路载重汽车下坡时，所述能量控制***40促使所述能量转换***20将所述架线受电***10所获取的部分电能转换成所述能量存储***30充电所需的电能，以为所述能量存储***30充电。这样就能够实现非公路载重汽车的边行进边充电，提高了作业效率。
在根据本发明的动力***的一个可选实施方式中，在所述非公路载重汽车减速、刹车或下坡时，所述能量控制***40促使所述能量转换***20将所述非公路载重汽车的制动动能转换成为所述能量存储***30充电所需的电能，以便为所述能量存储***30充电。这样也能够实现非公路载重汽车的边行进边充电，提高了作业效率，而且通过利用制动动能进行充电，还节省了能源并提高了能量利用效率。
在根据本发明的动力***的一个可选实施方式中，在所述能量存储***30中的能量水平低于预设值时，所述能量控制***40促使所述内燃发电机60或所述架线受电***10为所述能量存储***30充电。这样，就能够实现能量存储***30的便利充电。当然，优选通过架线受电***10为能量存储***30充电，以节省燃油消耗。
在根据本发明的动力***的一个可选实施方式中，所述架线受电***10的接触网可以被布设于需要为所述能量存储***30充电或需要提供辅助电能的位置处，例如，架线受电***10的接触网可以被布设于装载区、卸载区、斜坡区、维修站等位置处。而且，在非公路载重汽车需要的能量不是很大且能量存储***30能够为非公路载重汽车的电动机50提供足够电能的位置处，若这些位置处布设了架线受电***10的接触网，则可以在利用架线受电***10为非公路载重汽车的电动机50提供电能的同时利用架线受电***10为能量存储***30充电，以实现非公路载重汽车的边作业边充电，从而提高作业效率。也即，在存在架线受电***10的地方，首选利用架线受电***10为电动机50提供电能，并在架线受电***10提供的电能富裕的情况下，利用架线受电***10为能量存储***30充电。
在根据本发明的动力***的一个可选实施方式中，所述电网可以为交流电网。在这种情况下，如图2所示，所述能量转换***20可以包括AC-DC转换模块201和DC-AC转换模块202，所述AC-DC转换模块201的AC端连接到所述架线受电***10和内燃发电机60、DC端连接到所述DC-AC转换模块202的DC端和所述能量存储***30，所述DC-AC转换模块202的AC端与所述非公路载重汽车的电动机50连接。
图2所示动力***的工作原理如下：
(1)在非公路载重汽车需要的能量不是很大且能量存储***30能够为非公路载重汽车的电动机50提供足够电能的情况下，例如，在非公路载重汽车停车或怠速时，能量控制***40促使能量存储***30为非公路载重汽车的电动机50提供电能，也即能量控制***40促使能量存储***30向DC-AC转换模块202输出直流电，并促使DC-AC转换模块202将接收到的直流电转换成非公路载重汽车的电动机50工作所需的交流电。而且，若在能量存储***30为非公路载重汽车的电动机50提供电能的非公路载重汽车工作区中布设了架线受电***10的接触网，则能量控制***40能够同时促使AC-DC转换模块201将架线受电***10所获取的交流电能转换成能量存储***30充电所需的直流电能，以同时为能量存储***30充电；或者，能量控制***40首选利用架线受电***10提供非公路载重汽车的电动机50所需的电能和能量存储***30充电所需的电能。
(2)在非公路载重汽车需要很大的能量且需要由架线受电***10为非公路载重汽车的电动机50提供电能的情况下，例如，在非公路载重汽车爬坡时，能量控制***40促使AC-DC转换模块201将架线受电***10所获取的电转换成直流电，并促使DC-AC转换模块202将AC-DC转换模块201所输出的直流电转换成非公路载重汽车的电动机50工作所需的电。此时，若架线受电***10所提供的电能不能满足非公路载重汽车的电动机50的需求，则能量控制***40还可以同时促使能量存储***30通过DC-AC转换模块202为非公路载重汽车的电动机50提供工作所需的交流电以及促使内燃发电机60通过AC-DC转换模块201和DC-AC转换模块202为非公路载重汽车的电动机50提供工作所需的交流电。
(3)在非公路载重汽车下坡时，能量控制***40促使AC-DC转换模块201将架线受电***10所获取的交流电转换成为能量存储***30充电所需的直流电，以便为能量存储***30充电。
(4)在非公路载重汽车减速、刹车、下坡等情况下，能量控制***40促使通过DC-AC转换模块202来利用非公路载重汽车的电动机50产生的制动动能为能量存储***30充电。
当然，所述电网还可以是直流电网。在这种情况下，所述能量转换***20可以包括第一DC-DC转换模块(未图示)和第一DC-AC转换模块，所述第一DC-DC转换模块的一个DC端连接到所述架线受电***10和内燃发电机60、另一DC端连接到所述第一DC-AC转换模块的DC端和所述能量存储***30，所述第一DC-AC转换模块的AC端与所述非公路载重汽车的电动机50连接。
另外，本申请中所述的能量存储***30可以为任意类型的可充电电能储存设备，例如高功率可充电电池组。
以下举例比较本申请的动力***和现有柴油发电动机动力***。
假设一个典型的非公路载重汽车的运行工况如图3所示。
其中，平地运行距离L1＝L2＝1.3km，坡高度H＝80m，坡倾角Θ＝8％。若非公路载重汽车使用的柴油机额定功率为1500kw，按照非公路载重汽车在装载区和卸载区之间往返一趟的运行时间为20-30分钟、每天运行50-70个往返计算。
如果将现有的柴油机动力***替换为本申请所述的动力***，则非公路载重汽车的具体运行时间和参数如下表所示：
其中，当非公路载重汽车在装载地处于怠速状态时，其由能量存储***30提供所需的150kW电能。在物料装载完成后，非公路载重汽车通过平坦路面L1时，其由内燃发电机60和能量存储***30共同提供所需的1000kW电能。在上坡段L3，非公路载重汽车由架线受电***10提供所需的1500kW电能。在平坦路面L2，非公路载重汽车由内燃发电机60和能量存储***30共同提供所需的1000kW电能。在卸载地，非公路载重汽车处于怠速状态，其由能量存储***30提供所需的200kW电能。在返回过程中，在平坦路面L2和L1，非公路载重汽车由内燃发电机60提供所需的500kW电能，在下坡段L3，能量存储***30从非公路载重汽车的制动动能和架线受电***10中获得充电能量，以满足下一个工作循环的电能需要。
从上表中能够看出，内燃发电机60提供电能的比例大大降低，其能够降低大概40％左右的燃油消耗，因此本申请大大减小了燃油消耗和露天矿的运营成本。另外，与现有的架线辅助供电动力***相比，本申请的动力***大大减小了内燃发电机60提供电能的比例，降低了露天矿的运营成本；与纯电力动力***相比，本申请的动力***能够减小储能***的装机容量，降低储能***的费用和重量。
本申请还提供一种非公路载重汽车，该非公路载重汽车可以包括如上所述的用于非公路载重汽车的动力***。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于非公路载重汽车的动力***，其特征在于，该动力***包括架线受电***、能量转换***、能量存储***、能量控制***以及内燃发电机，其中：
所述架线受电***，用于从电网获取电能；
所述能量转换***，用于在所述能量控制***的控制下将所述架线受电***、所述内燃发电机和所述能量存储***所提供的电能提供给所述非公路载重汽车的电动机；以及
所述能量控制***，用于对所述架线受电***、所述能量转换***、所述能量存储***和所述内燃发电机进行控制，以便由所述架线受电***、所述能量存储***和所述内燃发电机中的一者或多者向所述非公路载重汽车的电动机提供电能。
2.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述非公路载重汽车爬坡时，所述能量控制***促使所述架线受电***、或者所述内燃发电机和所述能量存储***这两者、或者所述架线受电***、所述内燃发电机和所述能量存储***这三者为所述非公路载重汽车的电动机提供电能。
3.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述非公路载重汽车在平坦路面行驶时，所述能量控制***促使所述能量存储***和所述内燃发电机共同向所述非公路载重汽车的电动机提供电能。
4.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述非公路载重汽车停车或怠速时，所述能量控制***促使所述能量存储***为所述非公路载重汽车的电动机提供电能。
5.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述非公路载重汽车下坡时，所述能量控制***促使所述能量转换***将所述架线受电***所获取的部分电能转换成所述能量存储***充电所需的电能，以为所述能量存储***充电。
6.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述非公路载重汽车减速、刹车或下坡时，所述能量控制***促使所述能量转换***将所述非公路载重汽车的制动动能转换成为所述能量存储***充电所需的电能，以便为所述能量存储***充电。
7.根据权利要求1所述的动力***，其中，在所述能量存储***中的能量水平低于预设值时，所述能量控制***促使所述内燃发电机或所述架线受电***为所述能量存储***充电。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的动力***，其中，所述架线受电***的接触网被布设于需要为所述能量存储***充电或需要提供辅助电能的位置处。
9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的动力***，其中，所述电网为交流电网，而且所述能量转换***包括AC-DC转换模块和DC-AC转换模块，所述AC-DC转换模块的AC端连接到所述架线受电***和所述内燃发电机、DC端连接到所述DC-AC转换模块的DC端和所述能量存储***，所述DC-AC转换模块的AC端与所述非公路载重汽车的电动机连接。
10.一种非公路载重汽车，该非公路载重汽车包括权利要求1至9中任一权利要求所述的动力***。
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