一种百吨矿用刚体车油改电系统的制作方法

本发明涉及矿用车辆电驱动改造领域，尤其涉及一种百吨矿用刚体车油改电系统。

背景技术：

1、随着矿山绿色化开采的推进，百吨级矿用刚体车“油改电”成为工程机械发展的重要趋势，在多电池包共同驱动的大型电动矿用车中，高压电气系统的热管理、能量调度以及整车管路布局是保障车辆高强度稳定运行的核心，然而，现有的油改电系统在实际应用中仍存在以下技术缺陷：

2、矿用车工作环境恶劣且负载变化剧烈，多个电池包在运行中会产生不可避免的物理温度差异，现有系统在分配各电池包的放电功率和控制对应支路的冷却液流量时，通常采用固定比例或缺乏温度反馈机制的静态控制策略，这种控制逻辑无法根据电池包之间的实际温度差异进行动态调整，极易导致部分电池包因局部积热出现热失衡，或者在高温状态下持续大功率放电造成过度放电，进而加速电池老化，缩短整个电池系统的使用寿命。

3、百吨矿用刚体车在长下坡等制动工况下会产生极大的回馈电能，现有的电驱动系统在处理制动能量时，往往未能实现与整车冷却系统的底层电气联动，冷却油泵等高耗能辅助部件通常仍依赖电池包放电供电，导致制动能量利用率较低，无形中增加了整车能耗，此外，面对超出电池组充电极限的大功率冗余回馈电能，常规的卸荷方案多采用自然风冷电阻，热量散失缓慢且占用空间大，热量积聚容易引发母线过压等高压电气安全隐患。

4、针对多电池包并联的液冷回路，受限于管路分支较多以及整车底盘复杂的空间结构，冷却液在回流主路的过程中容易产生较大的流体阻力，为了克服阻力维持各支路足够的冷却液流量，现有方案通常需要大幅提升主水泵功率，或在各分支管路处额外增设辅助流体驱动泵，这不仅使得管路布局冗余复杂，挤占了原本就有限的物理集成空间，而且单纯依赖物理泵加压的方式并未从结构上解决流体循环阻力大的问题，限制了系统的整体换热流转能力。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种百吨矿用刚体车油改电系统，旨在改善了现有技术中矿用刚体车油改电系统主要存在多电池包热失衡与寿命受损、制动回馈能量利用率低且冗余卸荷安全性差，以及多分支冷却管路回流阻力大且物理空间集成困难的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种百吨矿用刚体车油改电系统，包括多个电池包、驱动电机、油泵电机、油散单元、液压油箱以及电控管理模块；

3、所述电控管理模块内部集成有整车控制器；所述多个电池包内部均设有液冷板，且均连接有对应的直流变换器；所述多个电池包通过对应的所述直流变换器并联接入高压直流母线；

4、所述驱动电机连接有电机控制器，所述油泵电机连接有油泵电机控制器；所述电机控制器的直流母排与所述油泵电机控制器的直流母排之间连接有独立的高压直流供电旁路，所述高压直流供电旁路上串联有高压接触器；所述整车控制器与所述高压接触器电气连接，被配置为通过控制所述高压接触器控制所述高压直流供电旁路的通断状态；

5、所述系统还具有冷却管路；所述液压油箱、所述油泵电机、所述冷却管路的主路以及所述油散单元依次连通形成闭环冷却回路；所述冷却管路包括多条支路，各所述支路分别连通至对应的所述电池包内部的液冷板；各所述支路处均设有比例调节阀；所述冷却管路的主路内串联有高压液冷卸荷模块，所述高压液冷卸荷模块与所述高压直流母线电气连接。

6、作为上述技术方案的进一步描述：

7、所述系统还包括传感器组件，所述传感器组件包括内部温度传感器、环境温度传感器、流量传感器以及踏板位置传感器；

8、所述整车控制器被配置为：通过所述内部温度传感器采集各所述电池包的特征温度；通过所述环境温度传感器采集系统所处环境的环境温度，通过所述流量传感器采集所述冷却管路内的液压总流量，通过所述踏板位置传感器采集踏板指令以获取所述驱动电机的功率需求；

9、当判定车辆处于牵引状态时，所述整车控制器根据所述特征温度生成动态热状态权重因子，并根据所述动态热状态权重因子与所述功率需求计算各所述电池包对应的目标放电功率，所述整车控制器根据所述目标放电功率以及所述环境温度计算对应的目标冷却液流量，并根据所述目标冷却液流量输出对应的开度控制信号，调节对应支路处所述比例调节阀的开度。

10、作为上述技术方案的进一步描述：

11、所述整车控制器内部设置有存储模块，所述整车控制器生成动态热状态权重因子的逻辑为：

12、所述整车控制器通过所述存储模块读取预先设定的最优运行特征温度以及热敏度调节系数；

13、所述整车控制器将各所述电池包对应的所述特征温度分别与所述最优运行特征温度进行减法运算得出对应的温度偏差值，将所述温度偏差值与所述热敏度调节系数进行乘法运算，并对乘法运算的乘积结果取负值；

14、所述整车控制器以自然常数为底数对取负值后的数据进行指数运算，得出对应的温度衰减分项数据；

15、所述整车控制器将各所述电池包对应的所述温度衰减分项数据进行相加运算得出全局指数和数据，并将对应的所述温度衰减分项数据除以所述全局指数和数据，计算得出对应的所述动态热状态权重因子。

16、作为上述技术方案的进一步描述：

17、所述整车控制器计算所述目标冷却液流量的逻辑为：

18、所述整车控制器将各所述电池包对应的所述特征温度分别与所述环境温度进行减法运算，得出对应的环境温差参考数据，当所述环境温差参考数据大于零时，取所述环境温差参考数据作为对应的环境温差数据，当所述环境温差参考数据小于或等于零时，取预设的正数偏置项作为对应的环境温差数据；

19、所述整车控制器将所述环境温差数据与对应的所述目标放电功率进行乘法运算，得出对应的流量分配权重参考值；

20、所述整车控制器将各所述电池包对应的所述流量分配权重参考值进行相加运算得出全局权重和数据；

21、所述整车控制器将对应的所述流量分配权重参考值除以所述全局权重和数据，并将除法运算结果与所述液压总流量进行乘法运算，得出对应的所述目标冷却液流量。

22、作为上述技术方案的进一步描述：

23、所述整车控制器内部集成有时钟模块；

24、当判定车辆处于制动状态时，所述整车控制器提取所述功率需求的绝对值作为回馈功率数据，并结合所述时钟模块对所述回馈功率数据进行时间微分运算获取功率变化率数据；

25、所述整车控制器内部设置有存储模块，所述存储模块内预先存储有基础维持转速、回馈功率比例系数以及功率变化率前馈系数；

26、所述整车控制器将所述回馈功率数据与所述回馈功率比例系数进行乘法运算得出第一前馈分项数据，将所述功率变化率数据与所述功率变化率前馈系数进行乘法运算得出第二前馈分项数据；

27、所述整车控制器将所述基础维持转速、所述第一前馈分项数据与所述第二前馈分项数据进行相加运算得出前馈目标角速度；

28、所述整车控制器控制所述高压接触器闭合以导通所述高压直流供电旁路，所述油泵电机控制器获取由所述驱动电机产生的回馈电能，并驱动所述油泵电机根据所述前馈目标角速度运转。

29、作为上述技术方案的进一步描述：

30、所述多个电池包内部均集成有电池管理系统，所述高压液冷卸荷模块内部设置有功率半导体开关以及卸荷电阻体，所述传感器组件还包括设置于所述油泵电机供电回路上的电量传感器；

31、在所述油泵电机根据所述前馈目标角速度运转的状态下，所述整车控制器通过所述电量传感器获取所述油泵电机消耗的电功率，并通过所述电池管理系统获取各所述电池包对应的最大允许充电功率；

32、所述整车控制器将各所述电池包对应的所述最大允许充电功率相加得出电池系统总充电极限功率；

33、所述整车控制器将所述回馈功率数据与所述电功率进行减法运算得出第一差值数据，并将所述第一差值数据与所述电池系统总充电极限功率进行减法运算得出卸荷电功率；

34、当所述卸荷电功率大于零时，所述整车控制器生成与所述卸荷电功率对应的占空比控制信号，并发送至所述功率半导体开关，以通过控制所述功率半导体开关导通所述卸荷电阻体，将所述卸荷电功率对应的高压直流电能导入所述高压液冷卸荷模块执行液冷卸荷流转控制。

35、作为上述技术方案的进一步描述：

36、所述冷却管路的主路上串联有多态复用式集成歧管，所述多态复用式集成歧管安装于所述液压油箱与所述油散单元之间，所述高压液冷卸荷模块嵌设于所述多态复用式集成歧管内部；

37、所述高压液冷卸荷模块内部开设有液冷腔室；所述多态复用式集成歧管内部开设有文丘里流道结构，所述文丘里流道结构包括依次连通的收缩段、喉管段以及扩散段；

38、所述喉管段的流体输出端连通所述液冷腔室的进液端，所述液冷腔室的出液端连通所述扩散段的流体输入端；

39、所述多态复用式集成歧管表面开设有主路进液口、主路出液口以及负压抽吸口，所述主路进液口连通所述收缩段的流体输入端，所述主路出液口连通所述扩散段的流体输出端；所述负压抽吸口与所述喉管段的流体腔室连通。

40、作为上述技术方案的进一步描述：

41、所述主路进液口与所述冷却管路靠近所述油泵电机输出端的一侧管路连通，所述主路出液口与所述冷却管路靠近所述油散单元输入端的一侧管路连通；

42、所述冷却管路的各所述支路的流体回流端共同并联至所述负压抽吸口， 所述油泵电机驱动冷却管路内的冷却液由所述主路进液口进入并流经所述收缩段，在所述喉管段内部形成负压区以在所述负压抽吸口处产生抽吸力，所述抽吸力抽吸来自各所述电池包的冷却液进入所述喉管段与主路冷却液汇合。

43、作为上述技术方案的进一步描述：

44、所述系统还包括绝缘监测仪、管路压力传感器以及高压主接触器，所述绝缘监测仪设置于所述高压直流母线上，所述管路压力传感器设置于所述冷却管路上；所述高压主接触器串联于所述高压直流母线上；

45、在系统运行周期内，所述整车控制器被配置为：通过所述管路压力传感器获取管路压力数据，并通过所述绝缘监测仪获取绝缘状态数据；当所述管路压力数据超过预设压力阈值或所述绝缘状态数据低于预设绝缘阈值时，所述整车控制器断开所述高压主接触器以及所述高压接触器。

46、作为上述技术方案的进一步描述：

47、所述百吨矿用刚体车包括车架，所述车架具有纵梁，所述系统还包括高压线束、低压控制线束以及超充高压接口组件；

48、所述高压线束以所述电控管理模块为中心呈星型拓扑结构向四周发散分布，并沿着所述纵梁内侧的内侧走线通道排布；

49、所述低压控制线束具有屏蔽式线缆结构，且集中布置于所述内侧走线通道内，并与所述高压线束以及所述冷却管路之间均留有设定安全间距；

50、所述超充高压接口组件连接有超充专用线束，所述超充专用线束沿着所述纵梁外侧的外侧走线通道排布，所述超充专用线束与所述高压线束分别分布于所述纵梁的外侧与内侧形成物理空间隔离。

51、本发明具有如下有益效果：

52、1.本发明通过设置整车控制器根据特征温度生成动态热状态权重因子，进而由整车控制器根据动态热状态权重因子计算第一电池包、第二电池包与第三电池包的目标放电功率，并在运行中，整车控制器根据目标放电功率以及环境温度计算第一电池包、第二电池包与第三电池包的目标冷却液流量，最后整车控制器根据目标冷却液流量调节对应支路处比例调节阀的开度。这种控制逻辑能够根据不同电池包的实际物理温度差异，动态匹配放电功率和冷却液流量，避免了多电池包由于温度不均导致的热失衡与过度放电问题，有效延长了电池系统的整体使用寿命。

53、2.本发明在当整车控制器判定车辆处于制动状态时，整车控制器控制高压接触器闭合，导通高压直流供电旁路，使得高压直流供电旁路将驱动电机在制动状态下产生的回馈电能传输至油泵电机控制器，并由油泵电机控制器驱动油泵电机，同时，整车控制器将卸荷电功率对应的高压直流电能导入高压液冷卸荷模块，此时高压液冷卸荷模块内的卸荷电阻体发热并将高压直流电能转换为热能，并通过冷却管路内的冷却液吸收该热能，该设计一方面回收了制动能量来维持系统的液冷循环，降低了整车能耗，另一方面将大功率冗余回馈电能安全转化为热能散失，保障了系统的高压电气安全。

54、3.本发明在多态复用式集成歧管内部开设有文丘里流道结构，由于文丘里流道结构包括依次连通的收缩段、喉管段以及扩散段，在流体循环时，冷却液进入喉管段时，喉管段内部流体的静压降低并形成负压区，该负压区在负压抽吸口处产生抽吸力，从而利用负压抽吸口处的抽吸力抽吸第一电池包、第二电池包与第三电池包内部的液冷板中的冷却液向喉管段流动，该流道结构无需增加额外水泵即可提升各电池包分支冷却管路的回流效率，优化了管路内部的物理集成空间，有效降低了流体循环阻力并提升了换热流转能力。