CN108608884A - 一种大型纯电动水平运输设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水平运输设备，属于物流重工领域。一种大型纯电动水平运输设备，其特征在于：包括前牵引驱动装置和后载重运输装置，所述前牵引驱动装置上设置有前驱动电池包，所述后载重运输装置上设置有后驱动电池包，所述前牵引驱动装置上还设置有电力驱动控制器，控制前后驱动电池包共同为整个转移设备驱动供电，所述后驱动电池包为大型主驱动电池，通过中高压电缆和电压控制柜与电力驱动控制器相连。本发明还提出了相应的双驱动电池的控制方法，创新性的在大型运输设备前面的牵引车头和后面的载重车厢或挂车底部均设置有驱动电池包，解决了目前大型运输设备的电力驱动无法实现商业化应用的问题，使大型运输设备或特殊机械设备实现纯电动化运营。
Description
技术领域
本发明涉及水平运输设备，尤其涉及应用于港口或者大型物流中转地的纯电动的水平运输设备，或者大型载重转运设备。
背景技术
目前，在我国物流运输领域，无论是物流中转设备还是物流运输设备，超过80％以上的动力仍然是采用燃油作为动力的，但随着环境治理力度的加大以及节能减排的需要，电力作为驱动力的运输设备越来越被人所接受。虽然电动轿车的发展如火如荼，但是应用于物流方面的机车仍然是以燃油为主，尤其是拖挂车类型，而和普通轿车相比，载重的物流运输设备或用于中转的大型拖挂车等物流中转设备每日行驶的时间更长，消耗的能源和成本更多，因此纯电动的大型水平运输设备的发展对于国家节能减排目标的落实更有意义。
但是受充电时间、续航里程种种限制，目前主要应用于点对点短途运输，如何能真正取代内燃机卡车或内燃机运输中转设备，实现诸如在港口或者大型物流中转地的载重流转需求，或者载重长途运输的需求，还是亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种大型纯电动水平运输设备，能够实现采用纯电动的大型载重运输设备进行迅速的载重流转，以及长时间载重运输，解决现在大型纯电动运输设备的推广受到续航里程制约的问题。
技术方案
一种大型纯电动水平运输设备，其特征在于：包括前牵引驱动装置和后载重运输装置，所述前牵引驱动装置上设置有前驱动电池包，所述后载重运输装置上设置有后驱动电池包，所述前牵引驱动装置上还设置有电力驱动控制器，所述前驱动电池包作为副电池，后驱动电池包作为主电池，电力驱动控制器与主电池和副电池均为电连接，控制前后驱动电池包共同为整个转移设备驱动供电，所述后驱动电池包为大型主驱动电池，通过中高压电缆和电压控制柜将中高压转换为低电压后，与电力驱动控制器相连。
进一步，所述电力驱动控制器与前驱动电池包和后驱动电池包均直接电连接，由电力驱动控制器通过控制实现主电池和副电池的切换，或通过主电池和副电池的开关手动选择。
进一步，所述前驱动电池包作为副电池，后驱动电池包作为主电池，电力驱动控制器与主电池直接电连接，与副电池通过DC/DC控制器电连接，由电力驱动控制器控制实现主电池和副电池的切换，或通过主电池和副电池的开关手动选择；主电池与副电池并联连接在电力驱动控制器两端，主电池能够通过所述DC/DC控制器对副电池进行充电。
进一步，所述前牵引驱动装置上设置有电动机，由电力驱动控制器选择驱动电池为电动机提供动力。
所述前牵引驱动装置与后载重运输装置为拖车和挂车形式，挂车跟随拖车行进。
进一步，所述前牵引驱动装置和后载重运输装置上均设置有电动机，前后电动机分别由前后电机控制器控制，前后电机控制器均与电力驱动控制器相连，由电力驱动控制器通过控制前后电机控制器，从而控制前电动机和后电动机分别驱动前牵引驱动装置和后载重运输装置。
进一步，所述中高压电缆位于后驱动电池包和设置在前牵引驱动装置上的电压控制柜之间，通过设置在前牵引驱动装置上的悬挂组件采用拖令或拖链的方式悬挂在悬架上，或者采用滑轮组牵引的方式安装在托架上。
一种应用上述的大型纯电动水平运输设备的控制方法，其特征在于：控制系统包括智能辅助驾驶模块，用于自主选择主电池或副电池及控制两个之间的相互转换和上电驱动过程，主电池系统模块以及副电池系统模块，主电池系统模块用于主电池的状态监控，信号传送以及主电池的合闸/分闸，副电池系统模块用于副电池的状态监控，信号传送以及副电池的合闸/分闸，电力驱动控制器还包括有车辆辅助电源，连接显示装置。
进一步，具体控制包括以下步骤：
S1：司机启动车辆辅助电源，但是驱动电池包不上电；
S2：检查主电池和副电池的硬件连接是否正常；
S3：系统开机，选择人工选择模式或者自动控制模式；
S4：如步骤S3中选择人工选择模式，则司机通过主电池和副电池的开关手动选择驱动电池包，被选择的驱动电池包的系统模块返回驱动电池包的当前通讯状态和电池状态，如果正常，则司机确认驱动电池包上电，并选择对应当前状态的行车控制参数，开始正常运行；
S5：如步骤S3中选择自动控制模式，则由电力驱动控制器根据条件自主选择驱动电池包，优先选择主电池，系统首先与主电池系统模块通讯，如返回主电池通讯正常，则使主电池合闸，并根据主电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如主电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使主电池分闸，再与副电池系统模块通讯，如返回副电池状态正常，则使副电池合闸，并根据副电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如副电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使副电池分闸，如主副电池均出现故障，则发出无法行驶报警。
有益效果
本发明提出的大型纯电动水平运输设备及双电池的驱动控制方法，创新性的在大型运输设备前面的牵引车头和后面的载重车厢或挂车底部均设置有驱动电池包，且由于后面的载重车厢或挂车面积大，将后驱动电池包作为主电池，综合性有选择的为整个大型运输设备供电，解决了大型运输设备充电后续航里程短，无法真正实现商业化应用，只能在小范围进行点对点运输的问题，能够使大型运输设备或特殊机械设备实现纯电动化，应用更广泛，节约更多能源，更环保。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第一种电力驱动控制器和主电池及副电池的连接方式的电路连接原理示意图；
图3为本发明的第二种电力驱动控制器和主电池及副电池的连接方式的电路连接原理示意图；
图4为本发明的电机驱动控制器和前后电动机连接的电路原理示意图；
图5为本发明的电缆采用悬挂方式连接的示意图；
图6为本发明的控制步骤基本流程示意图；
图7为本发明的自动控制模式部分的流程示意图。
其中：1-前牵引驱动装置，2-后载重运输装置，3-前驱动电池包，4-后驱动电池包，5-电压控制柜，6-中高压电缆，7-悬架，8-固定悬挂轮，9-弹性伸缩件，10-悬挂杆，11-移动悬挂轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明进一步说明。
虽然目前对于纯电动汽车和客车的研究已经有了很多技术方案，但是对于卡车或者是物流上经常会应用到的大型拖车或集装箱卡车，还鲜有研究者。然而，其实这些大型的运输设备如果能够实现电力驱动，将会对环保有更积极和广泛的意义。
大型运输设备由于载重量大，动力要求高，对电动机的要求与普通轿车也有区别，现有的电池容量和续航里程又有局限，因此实施全电动的困难大，目前只是有部分点对点的场内中转运输设备使用电动驱动。
本发明提出一种大型纯电动水平运输设备，包括前牵引驱动装置(车头)和后载重运输装置(车厢)，在所述前牵引驱动装置上设置有前驱动电池包，所述后载重运输装置上设置有后驱动电池包，在所述前牵引驱动装置上还设置有电力驱动控制器，控制前后驱动电池包共同为整个运输设备驱动供电，所述后驱动电池包为大型主驱动电池，通过中高压电缆和电压控制柜将中高压转换为低电压后，与电力驱动控制器相连。由于大型运输设备的电动机功率要求，传送电缆必须采用中高压电缆，能够承受至少600V的电压传送。
前驱动电池包作为副电池，后驱动电池包作为主电池，由电力驱动控制器通过PLC控制实现主电池和副电池的切换，进行综合性的有选择的电力驱动控制。对于驱动电力的选择可以由电力驱动控制器自主选择控制，也可以由驾驶员通过设置在驾驶位旁的选择开关进行手动选择。
电力驱动控制器和主电池及副电池的连接方式可以有两种：
(1)电力驱动控制器与前驱动电池包和后驱动电池包均直接电连接，电力驱动控制器自动采用主电池作为驱动电池，仅当前牵引驱动装置即车头独立工作行进时或者驾驶员手动选择时采用副电池作为驱动电池。
(2)电力驱动控制器与主电池直接电连接，与副电池通过DC/DC控制器电连接，与第1种连接方式相同，电力驱动控制器控制主电池和副电池的切换。且主电池与副电池并联连接在电力驱动控制器两端，主电池在作为驱动电源时，还能够通过所述DC/DC控制器对副电池进行充电。即副电池所在的车头可以通过车厢所在的主电池进行充电，从而可以连续作业，不需要单独进行充电，能够大大提高中转运输设备的利用效率。
由于车头需要的功率小，能耗低，配备小电池，能使车头更灵活机动，而车厢的主电池可以根据车厢的载重或功耗进行配备，由此，整个运输设备和整体运输系统能够得到最大限度的利用，且使用起来也更加方便和安全。而仅车厢充电也能提高充电的安全性，使电池得到充分利用。
电动机也可以设置在前牵引驱动装置上，例如前牵引驱动装置与后载重运输装置为拖车和挂车形式，挂车跟随拖车行进。
或者，所述前牵引驱动装置和后载重运输装置上均设置有电动机，前后电动机分别由前后电机控制器控制，前后电机控制器均与电力驱动控制器相连，由电力驱动控制器通过控制前后电机控制器，从而控制前电动机和后电动机分别驱动前牵引驱动装置和后载重运输装置。
由于采用前后驱动电池包的双电池设置，双电池的驱动控制可以通过采用控制系统进行多种模式的控制选择，控制系统包括智能辅助驾驶模块，用于自主选择主电池或副电池及控制两个之间的相互转换和上电驱动过程，主电池系统模块以及副电池系统模块，主电池系统模块用于主电池的状态监控，信号传送以及主电池的合闸/分闸，副电池系统模块用于副电池的状态监控，信号传送以及副电池的合闸/分闸，电力驱动控制器还包括有车辆辅助电源，连接显示装置。
具体控制可以采用以下步骤流程：
S1：司机启动车辆辅助电源，但是驱动电池包不上电；
S2：检查主电池和副电池的硬件连接是否正常；
S3：系统开机，选择人工选择模式或者自动控制模式；
S4：如步骤S3中选择人工选择模式，则司机通过主电池和副电池的开关手动选择驱动电池包，被选择的驱动电池包的系统模块返回驱动电池包的当前通讯状态和电池状态，如果正常，则司机确认驱动电池包上电，并选择对应当前状态的行车控制参数，开始正常运行；
S5：如步骤S3中选择自动控制模式，则由电力驱动控制器根据条件自主选择驱动电池包，优先选择主电池，系统首先与主电池系统模块通讯，如返回主电池通讯正常，则使主电池合闸，并根据主电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如主电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使主电池分闸，再与副电池系统模块通讯，如返回副电池状态正常，则使副电池合闸，并根据副电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如副电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使副电池分闸，如主副电池均出现故障，则发出无法行驶报警。
上述控制的流程图如附图6示意。
而连接主电池的所述中高压电缆位于后驱动电池包和设置在前牵引驱动装置上的电压控制柜之间，由于电压较高，且大型运输设备的转动角很大，比如港口使用的集装箱车，经常是采用牵引车头和集装箱因此连接前后的中高压电缆既需要较长的长度，又需要一定的拉伸弹性，因此特别采用了悬吊或托举的方式将电缆挂起来。通过设置在前牵引驱动装置上的悬挂组件采用拖令或拖链的方式悬挂在悬架上，或者采用滑轮组牵引的方式安装在托架上。如附图5所示意，采用的是悬挂组件做成类似电缆拖令的方式，移动悬挂轮可沿悬挂杆前后移动，固定悬挂轮和移动悬挂轮之间采用弹性伸缩件连接，电缆悬挂在两个悬挂轮上，移动悬挂轮的移动能使电缆在需要时伸长或缩短。
本发明提出的大型纯电动水平运输设备及双电池的驱动控制方法，创新性的在大型运输设备前面的牵引车头和后面的载重车厢或挂车底部均设置有驱动电池包，且由于后面的载重车厢或挂车面积大，将后驱动电池包作为主电池，综合性有选择的为整个大型运输设备供电，解决了大型运输设备在电动化过程中因为充电后续航里程短，无法真正实现商业化应用，目前只能在小范围进行点对点运输的问题，能够使大型运输设备或特殊机械设备实现纯电动化，应用更广泛，节约更多能源，更环保。
Claims (9)
1.一种大型纯电动水平运输设备，其特征在于：包括前牵引驱动装置和后载重运输装置，所述前牵引驱动装置上设置有前驱动电池包，所述后载重运输装置上设置有后驱动电池包，所述前牵引驱动装置上还设置有电力驱动控制器，所述前驱动电池包作为副电池，后驱动电池包作为主电池，电力驱动控制器与主电池和副电池均为电连接，控制前后驱动电池包共同为整个转移设备驱动供电，所述后驱动电池包为大型主驱动电池，通过中高压电缆和电压控制柜将中高压转换为低电压后，与电力驱动控制器相连。
2.如权利要求1所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述电力驱动控制器与前驱动电池包和后驱动电池包均直接电连接，由电力驱动控制器通过控制实现主电池和副电池的切换，或通过主电池和副电池的开关手动选择。
3.如权利要求1所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述电力驱动控制器直接电连接，与副电池通过DC/DC控制器电连接，由电力驱动控制器控制实现主电池和副电池的切换，或通过主电池和副电池的开关手动选择；主电池与副电池并联连接在电力驱动控制器两端，主电池能够通过所述DC/DC控制器对副电池进行充电。
4.如权利要求1或2或3所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述前牵引驱动装置上设置有电动机，由电力驱动控制器选择驱动电池为电动机提供动力。
5.如权利要求4所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述前牵引驱动装置与后载重运输装置为拖车和挂车形式，在拖车和挂车上均设置有驱动电池包，挂车跟随拖车行进。
6.如权利要求1或2或3所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述前牵引驱动装置和后载重运输装置上均设置有电动机，前后电动机分别由前后电机控制器控制，前后电机控制器均与电力驱动控制器相连，由电力驱动控制器通过控制前后电机控制器，从而控制前电动机和后电动机分别驱动前牵引驱动装置和后载重运输装置。
7.如权利要求1所述的大型纯电动水平运输设备，其特征在于：所述中高压电缆位于后驱动电池包和设置在前牵引驱动装置上的电压控制柜之间，通过设置在前牵引驱动装置上的悬挂组件采用拖令或拖链的方式悬挂在悬架上，或者采用滑轮组牵引的方式安装在托架上。
8.一种应用如权利要求1所述的大型纯电动水平运输设备的控制方法，其特征在于：控制系统包括智能辅助驾驶模块，用于自主选择主电池或副电池及控制两个之间的相互转换和上电驱动过程，主电池系统模块以及副电池系统模块，主电池系统模块用于主电池的状态监控，信号传送以及主电池的合闸/分闸，副电池系统模块用于副电池的状态监控，信号传送以及副电池的合闸/分闸，电力驱动控制器还包括有车辆辅助电源，连接显示装置。
9.一种如权利要求8所述的控制方法，其特征在于：具体控制包括以下步骤：
S1：司机启动车辆辅助电源，但是驱动电池包不上电；
S2：检查主电池和副电池的硬件连接是否正常；
S3：系统开机，选择人工选择模式或者自动控制模式；
S4：如步骤S3中选择人工选择模式，则司机通过主电池和副电池的开关手动选择驱动电池包，被选择的驱动电池包的系统模块返回驱动电池包的当前通讯状态和电池状态，如果正常，则司机确认驱动电池包上电，并选择对应当前状态的行车控制参数，开始正常运行；
S5：如步骤S3中选择自动控制模式，则由电力驱动控制器根据条件自主选择驱动电池包，优先选择主电池，系统首先与主电池系统模块通讯，如返回主电池通讯正常，则使主电池合闸，并根据主电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如主电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使主电池分闸，再与副电池系统模块通讯，如返回副电池状态正常，则使副电池合闸，并根据副电池状态的特征参数匹配行车控制参数，正常运行；如副电池合闸未成功或出现无法使用的状态故障，则使副电池分闸，如主副电池均出现故障，则发出无法行驶报警。
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