權(quán)利要求
1.分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,包括電池組1和電池組2,其特征在于所述電池組1的端電壓U1大于電池組2的端電壓U2,所述電池組1的端電壓U1滿足變頻器對直流母線電壓的要求, 所述電池組1輸出的正極端(+)連接功率二極管的陽極,二極管的陰極連接變頻器直流母線正極端P,同時(shí)連接雙向DC-DC變換器的C端,變頻器的輸出端連接電機(jī)車驅(qū)動(dòng)電機(jī);電池組1的負(fù)極端直接連接變頻器的直流母線N端同時(shí)并聯(lián)連接至雙向DC-DC裝置的D端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,其特征在于所述的電池組2的輸出的正極端(+)串聯(lián)接入一個(gè)霍爾電流傳感器后和負(fù)極端(-)分別連接雙向DC-DC電路的A、B端,在A、B之間并聯(lián)接入一個(gè)霍爾電壓傳感器,兩個(gè)傳感器的輸出信號分別接入控制器的AD采樣端1和AD采樣端2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,其特征在于所述的電池組1和電池組2均設(shè)有電池管理系統(tǒng)(BMS)裝置,兩個(gè)BMS與控制器通過CAN_H和CAN_L兩根總線建立通信,采用CAN通訊協(xié)議。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,其特征在于所述的控制器與變頻器之間通過485+和485-兩根通信線建立通信。
5.分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,其特征在于采用了權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài),同時(shí),控制器通過CAN總線讀取電池組2的BMS剩余電量信息(SOC),從而控制雙向DC-DC變換器的狀態(tài),對驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組1和電池組2的電能狀態(tài)切換并實(shí)現(xiàn)能量回收。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,其特征在于: 當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC大于20%且小于100%,則控制雙向DC-DC變換器處于升壓狀態(tài),即能量由雙向DC-DC變換器的AB側(cè)向CD側(cè)流動(dòng),為確保電池組2工作時(shí),電池組1處于自然關(guān)斷狀態(tài),控制雙向DC-DC變換器的輸出電壓Ucd略高于電池組1兩端的電壓,使電力二極管VR處于反向阻斷狀態(tài); 當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC電量大于0,且低于20%時(shí),控制雙向DC-DC變換器停止工作,由于雙向DC-DC變換器停止工作之前輸出電壓略高于電池組1的電壓,因此,驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的能量自然由雙向DC-DC變換器切換到由電池組1提供,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡; 當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,且電池組2的電量大于0且低于100%時(shí),控制器控制變頻器工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài),同時(shí)控制雙向DC-DC變換器工作在降壓狀態(tài),根據(jù)電池組2的電量不同,在充電電流和充電電壓不超過允許值的情況下,以維持母線電壓恒定為控制目標(biāo),保持母線電壓值大于電池組1的端電壓,雙向DC-DC變換器根據(jù)電池組2剩余電量狀態(tài)和回饋能量的大小,采用恒流或恒壓控制策略,將電機(jī)車下坡運(yùn)行產(chǎn)生的電能儲存到電池組2中,實(shí)現(xiàn)電能的回收;若電機(jī)車下坡產(chǎn)生的電能的功率大于電池組2的最大回收能力,通過控制VT3的導(dǎo)通,并通過控制其導(dǎo)通占空比,將多余的能量動(dòng)態(tài)的通過電阻R2消耗掉,維持直流電壓的穩(wěn)定; 當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,若電池組2中電量達(dá)到100%后,控制雙向DC-DC變換器停止工作,同時(shí)通過485+和485-給變頻器發(fā)送給指令,將電機(jī)仍控制在發(fā)電狀態(tài),產(chǎn)生的電能消耗在變頻器內(nèi)部的制動(dòng)電阻上,實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,其特征在于所述的雙向DC-DC變換器的A端連接電感L的一端,電感L的另一端連接電阻R1,電阻R1的另一端設(shè)置有功率器件VT1的發(fā)射極、電阻R2的一端和功率器件VT2的集電極;所述VT1的集電極連接C端,VT2的發(fā)射極同時(shí)連接B端和D端,電阻R2的另一端連接功率器件VT3集電極,其發(fā)射極連接D端,A端和B端之間并聯(lián)電容C1,C端和D端之間并聯(lián)電容C2,三個(gè)功率器件的柵極分別連接控制信號1、控制信號2和控制信號3。
說明書
分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于礦山設(shè)備節(jié)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,更具體地涉及一種分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置及控制方法。
背景技術(shù):
電機(jī)車是礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備,具有運(yùn)行路徑單一、經(jīng)常處于上、下坡的運(yùn)行狀態(tài),目前,國內(nèi)礦用蓄電池電機(jī)車大多采用電阻、斬波調(diào)速、電機(jī)運(yùn)行過程中無能量反饋裝置,一般采用機(jī)械制動(dòng)或能耗制動(dòng),因此,對于往返于兩地的絕對高度相差較大的電機(jī)車,一方面電機(jī)上坡時(shí),會消耗較多的電能,給電機(jī)車的續(xù)航帶來較大的挑戰(zhàn),使電機(jī)車充電次數(shù)增多,嚴(yán)重影響運(yùn)行效率;另一方面,在電機(jī)車長時(shí)間重載下坡制動(dòng)運(yùn)行時(shí),無論機(jī)械制動(dòng)還是能耗制動(dòng),均使電機(jī)車關(guān)鍵部件壽命降低。
為解決上述問題,目前大多采用電液制動(dòng)、雙向AC-DC或單相AC-DC帶變頻器的結(jié)構(gòu)形式,且多數(shù)采用較多的機(jī)械開關(guān)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的切換,不可避免的造成整個(gè)回饋驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制動(dòng)和回饋邏輯不清晰和能量回收效率低等缺點(diǎn),不適用于礦用電機(jī)車的安全運(yùn)行
本發(fā)明給出了一種分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置及實(shí)現(xiàn)方法,通過分解電池和采用雙向DC-DC變換器,僅實(shí)用一只二極管即可實(shí)現(xiàn)兩組電池的工作切換,較好的克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容:
為解決上述問題,克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置及控制方法,能夠有效的解決礦用電機(jī)車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,現(xiàn)有的機(jī)車能量回收不能適用的問題。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案為:分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,包括電池組1和電池組2,其特征在于所述電池組1的端電壓U1大于電池組2的端電壓U2,所述電池組1的端電壓U1滿足變頻器對直流母線電壓的要求,
所述電池組1輸出的正極端(+)連接功率二極管的陽極,二極管的陰極連接變頻器直流母線正極端P,同時(shí)連接雙向DC-DC變換器的C端,變頻器的輸出端連接電機(jī)車驅(qū)動(dòng)電機(jī);電池組1的負(fù)極端直接連接變頻器的直流母線N端同時(shí)并聯(lián)連接至雙向DC-DC裝置的D端。
其中,所述的電池組2的輸出的正極端(+)串聯(lián)接入一個(gè)霍爾電流傳感器后和負(fù)極端(-)分別連接雙向DC-DC電路的A、B端,在A、B之間并聯(lián)接入一個(gè)霍爾電壓傳感器,兩個(gè)傳感器的輸出信號分別接入控制器的AD采樣端1和AD 采樣端2。
進(jìn)一步地,所述的電池組1和電池組2均設(shè)有電池管理系統(tǒng)(BMS)裝置,兩個(gè)BMS與控制器通過CAN_H和CAN_L兩根總線建立通信,采用CAN通訊協(xié)議。
進(jìn)一步地,所述的控制器與變頻器之間通過485+和485-兩根通信線建立通信。
分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,采用了所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài),同時(shí),控制器通過CAN總線讀取電池組2的BMS剩余電量信息(SOC),從而控制雙向DC-DC變換器的狀態(tài),對驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組1和電池組2的電能狀態(tài)切換并實(shí)現(xiàn)能量回收。
所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,具體包括:
當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC大于20%且小于100%,則控制雙向DC-DC變換器處于升壓狀態(tài),即能量由雙向DC-DC變換器的AB側(cè)向 CD側(cè)流動(dòng),為確保電池組2工作時(shí),電池組1處于自然關(guān)斷狀態(tài),控制雙向 DC-DC變換器的輸出電壓Ucd略高于電池組1兩端的電壓,使電力二極管VR 處于反向阻斷狀態(tài);
當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC電量大于0,且低于20%時(shí),控制雙向DC-DC變換器停止工作,由于雙向DC-DC變換器停止工作之前輸出電壓略高于電池組1的電壓,因此,驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的能量自然由雙向DC-DC變換器切換到由電池組1提供,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡;
當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,且電池組2的電量大于0且低于100%時(shí),控制器控制變頻器工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài),同時(shí)控制雙向DC-DC變換器工作在降壓狀態(tài),根據(jù)電池組2的電量不同,在充電電流和充電電壓不超過允許值的情況下,以維持母線電壓恒定為控制目標(biāo),保持母線電壓值大于電池組1的端電壓,雙向 DC-DC變換器根據(jù)電池組2剩余電量狀態(tài)和回饋能量的大小,采用恒流或恒壓控制策略,將電機(jī)車下坡運(yùn)行產(chǎn)生的電能儲存到電池組2中,實(shí)現(xiàn)電能的回收;若電機(jī)車下坡產(chǎn)生的電能的功率大于電池組2的最大回收能力,通過控制VT3 的導(dǎo)通,并通過控制其導(dǎo)通占空比,將多余的能量動(dòng)態(tài)的通過電阻R2消耗掉,維持直流電壓的穩(wěn)定;
當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,若電池組2中電量達(dá)到100%后,控制雙向DC-DC 變換器停止工作,同時(shí)通過485+和485-給變頻器發(fā)送給指令,將電機(jī)仍控制在發(fā)電狀態(tài),產(chǎn)生的電能消耗在變頻器內(nèi)部的制動(dòng)電阻上,實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。
本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)置具有雙向DC-DC變換器電路的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,實(shí)現(xiàn)了分解電池式礦用電機(jī)車能量回收;
2本發(fā)明創(chuàng)造性設(shè)置具有雙向DC-DC變換器電路的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài),同時(shí),控制器通過CAN總線讀取電池組2的BMS剩余電量信息(SOC),從而控制雙向 DC-DC變換器的狀態(tài),對驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組1和電池組2的電能狀態(tài)切換并實(shí)現(xiàn)能量回收。
附圖說明:
附圖1是本發(fā)明分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置電路圖;
附圖2是雙向DC-DC變換器電路圖;
具體實(shí)施方式:
在本發(fā)明的描述中具體細(xì)節(jié)僅僅是為了能夠充分理解本發(fā)明的實(shí)施例,但是作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道本發(fā)明的實(shí)施并不限于這些細(xì)節(jié)。另外,公知的結(jié)構(gòu)和功能沒有被詳細(xì)的描述或者展示,以避免模糊了本發(fā)明實(shí)施例的要點(diǎn)。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式:
為了更好的理解本發(fā)明特以具體的實(shí)施例進(jìn)行說明,值得強(qiáng)調(diào)的是該實(shí)施例的效果與本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的各種實(shí)施例,包括各自試劑及試劑的含量配比無實(shí)質(zhì)性差異,均能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所描述的效果及解決上述問題,其他組合在此不做累述;
作為本發(fā)明的實(shí)施例:
分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,包括電池組1和電池組2,所述電池組1的端電壓U1大于電池組2的端電壓U2,所述電池組1的端電壓U1滿足變頻器對直流母線電壓的要求,
所述電池組1輸出的正極端(+)連接功率二極管的陽極,二極管的陰極連接變頻器直流母線正極端P,同時(shí)連接雙向DC-DC變換器的C端,變頻器的輸出端連接電機(jī)車驅(qū)動(dòng)電機(jī);電池組1的負(fù)極端直接連接變頻器的直流母線N端同時(shí)并聯(lián)連接至雙向DC-DC裝置的D端;
作為本發(fā)明的創(chuàng)造性的設(shè)置,本發(fā)明雙向DC-DC變換器具有獨(dú)創(chuàng)的電路連接結(jié)構(gòu),具體的:所述的雙向DC-DC變換器的A端連接電感L的一端,電感L 的另一端連接電阻R1,電阻R1的另一端設(shè)置有功率器件VT1的發(fā)射極、電阻 R2的一端和功率器件VT2的集電極;所述VT1的集電極連接C端,VT2的發(fā)射極同時(shí)連接B端和D端,電阻R2的另一端連接功率器件VT3集電極,其發(fā)射極連接D端,A端和B端之間并聯(lián)電容C1,C端和D端之間并聯(lián)電容C2,三個(gè)功率器件的柵極分別連接控制信號1、控制信號2和控制信號3。
其中,所述的電池組2的輸出的正極端(+)串聯(lián)接入一個(gè)霍爾電流傳感器后和負(fù)極端(-)分別連接雙向DC-DC電路的A、B端,在A、B之間并聯(lián)接入一個(gè)霍爾電壓傳感器,兩個(gè)傳感器的輸出信號分別接入控制器的AD采樣端1和AD 采樣端2。
進(jìn)一步地,所述的電池組1和電池組2均設(shè)有電池管理系統(tǒng)(BMS)裝置,兩個(gè)BMS與控制器通過CAN_H和CAN_L兩根總線建立通信,采用CAN通訊協(xié)議。
作為補(bǔ)充:所述的控制器與變頻器之間通過485+和485-兩根通信線建立通信。
除此之外,本發(fā)明還包括分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,采用了上述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,其核心在于:利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài),同時(shí),控制器通過CAN總線讀取電池組2的BMS剩余電量信息(SOC),從而控制雙向DC-DC變換器的狀態(tài),對驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組1和電池組2的電能狀態(tài)切換并實(shí)現(xiàn)能量回收,從而解決了礦用電機(jī)車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,現(xiàn)有的機(jī)車能量回收不能適用的問題;
所述的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置的控制方法,具體的:
當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC大于20%且小于100%,則控制雙向DC-DC變換器處于升壓狀態(tài),即能量由雙向DC-DC變換器的AB側(cè)向 CD側(cè)流動(dòng),為確保電池組2工作時(shí),電池組1處于自然關(guān)斷狀態(tài),控制雙向 DC-DC變換器的輸出電壓Ucd略高于電池組1兩端的電壓,使電力二極管VR 處于反向阻斷狀態(tài);
當(dāng)電機(jī)車處于上坡階段,若電池組2的SOC電量大于0,且低于20%時(shí),控制雙向DC-DC變換器停止工作,由于雙向DC-DC變換器停止工作之前輸出電壓略高于電池組1的電壓,因此,驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的能量自然由雙向DC-DC變換器切換到由電池組1提供,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡;
當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,且電池組2的電量大于0且低于100%時(shí),控制器控制變頻器工作在制動(dòng)發(fā)電狀態(tài),同時(shí)控制雙向DC-DC變換器工作在降壓狀態(tài),根據(jù)電池組2的電量不同,在充電電流和充電電壓不超過允許值的情況下,以維持母線電壓恒定為控制目標(biāo),保持母線電壓值大于電池組1的端電壓,雙向 DC-DC變換器根據(jù)電池組2剩余電量狀態(tài)和回饋能量的大小,采用恒流或恒壓控制策略,將電機(jī)車下坡運(yùn)行產(chǎn)生的電能儲存到電池組2中,實(shí)現(xiàn)電能的回收;若電機(jī)車下坡產(chǎn)生的電能的功率大于電池組2的最大回收能力,通過控制VT3 的導(dǎo)通,并通過控制其導(dǎo)通占空比,將多余的能量動(dòng)態(tài)的通過電阻R2消耗掉,維持直流電壓的穩(wěn)定;
當(dāng)電機(jī)車處于下坡階段,若電池組2中電量達(dá)到100%后,控制雙向DC-DC 變換器停止工作,同時(shí)通過485+和485-給變頻器發(fā)送給指令,將電機(jī)仍控制在發(fā)電狀態(tài),產(chǎn)生的電能消耗在變頻器內(nèi)部的制動(dòng)電阻上,實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步地優(yōu)選實(shí)施方案,本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)的同時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓供電和恒流充電的切換,本發(fā)明的雙向DC-DC變換器還可以采用控制策略,即根據(jù)雙向DC-DC 變換器所連接負(fù)載的特性,通過對比霍爾電流傳感器采集的電流瞬時(shí)值和霍爾電壓傳感器的電壓瞬時(shí)值,采用不同的控制方法,實(shí)現(xiàn)恒壓供電和恒流充電的切換;從而采用恒流或恒壓控制策略,實(shí)現(xiàn)分解電池式礦用電機(jī)車穩(wěn)定的能量回收。
具體地:所述雙向DC-DC變換器采用控制策略為:
當(dāng)雙向DC-DC變換器處于升壓供電工作模式時(shí),即能量由AB側(cè)流向CD 側(cè)時(shí),控制器控制VT1處于關(guān)斷狀態(tài),通過控制VT2的導(dǎo)通時(shí)間和截至?xí)r間的比值(占空比),維持雙向DC-DC變換器輸出電壓Ucd為恒定值,實(shí)現(xiàn)恒壓供電;
當(dāng)雙向DC-DC變換器處于降壓充電工作模式時(shí),即能量由CD側(cè)流向AB 側(cè)時(shí),控制器控制VT2處于關(guān)斷狀態(tài),根據(jù)電池組2的BMS的充電要求,通過控制VT1的導(dǎo)通時(shí)間和截至?xí)r間的比值(占空比),完成對電池的恒壓或恒流充電的切換。
綜上所述:
1.本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)置具有雙向DC-DC變換器電路的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,實(shí)現(xiàn)了分解電池式礦用電機(jī)車能量回收;
2本發(fā)明創(chuàng)造性設(shè)置具有雙向DC-DC變換器電路的分解電池式礦用電機(jī)車能量回收裝置,利用根據(jù)礦用電機(jī)車的實(shí)際應(yīng)用場合,根據(jù)電機(jī)車處于上下坡狀態(tài),控制器通過通信線控制變頻器切換驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài),同時(shí),控制器通過CAN總線讀取電池組2的BMS剩余電量信息(SOC),從而控制雙向 DC-DC變換器的狀態(tài),對驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組1和電池組2的電能狀態(tài)切換并實(shí)現(xiàn)能量回收。
3.本發(fā)明的雙向DC-DC變換器還采用控制策略,即根據(jù)雙向DC-DC變換器所連接負(fù)載的特性,通過對比霍爾電流傳感器采集的電流瞬時(shí)值和霍爾電壓傳感器的電壓瞬時(shí)值,采用不同的控制方法,實(shí)現(xiàn)恒壓供電和恒流充電的切換,進(jìn)而采用恒流或恒壓控制策略,實(shí)現(xiàn)分解電池式礦用電機(jī)車能量回收。
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