[发明专利]压缩空气与内燃机混合动力电传动矿用汽车

说明书

技术领域

本发明涉及矿用机械技术领域，特别是指一种由压缩空气与内燃机混合动力电传动矿用汽车。

背景技术

电传动矿用汽车是指采用柴电动力，载重为100吨到400吨，内燃机功率在895Kw-2737Kw的大型非公路运输车辆，运输效率高，但燃油消耗量巨大。分析其运行工况，可概括为以下三个特点：一是行驶路线固定，二是长距离坡道，三是最佳经济行驶距离为2-5公里。由于长期以来采矿业利润较高，且缺乏节能技术研发动力，因此，自上世纪70年代电传动矿用汽车诞生以来，除了由交流传动技术取代直流传动技术之外，在节能技术上并没有重大的技术进步。随着采矿行业低迷，加上国内外矿用汽车市场竞争激烈，采用有效节能技术，降低运输成本势在必行。

电传动矿用汽车行驶路线为固定的长距离上下坡道，其制动时均采用电制动方式，制动功率是内燃机功率1.1-1.4倍。由于在下坡工况产生的势能巨大且时间较短，因此，还没有有效的能量回收技术。传统的矿用汽车采用制动电阻产热的方式把势能耗散掉，从而到达制动的目的，而制动电阻所占空间较大，不宜于其他部件的布置。

目前，电传动车辆能量回收的方式主要有蓄电池和超级电容。纯电动汽车EV与混合动力电动汽车HEV采用锂离子动力电池作为储能元件，相比于镍氢电池与铅酸电池，具有能量密度高，低温性能好等特点。电传动矿用汽车的最大经济运距为5公里，下坡运行时间为6-12分钟，而目前市场上的锂离子动力电池的充电倍率为1C，也就是说要一个小时的时间才能充满电能；另一个问题是循环寿命，矿用汽车每天下坡运行12次左右，每年按310天出勤率，一年要3720次，而锂离子动力电池的循环次数为1000次左右。输出功率为400Kw，连续放电时间为1小时的锂离子动力电池的重量为4.5吨，体积为3.2立方米，因此，无论从充电时间、寿命还是体积上锂离子电池都无法满足电传动矿用汽车的要求。

超级电容充电10分钟以内可达到其额定容量的95％以上，且循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，但超级电容与锂离子动力电池一样，价格昂贵且体积大，400Kw超级电容重量在5吨左右，作为储能元件，其节省的燃油与购买的成本相比，在车辆的整个寿命周期内，很难看到明显的经济效益。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种压缩空气与内燃机混合动力电传动矿用汽车，以解决矿用车长距离下坡时能量的有效回收与利用问题，降低矿用汽车燃油消耗量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种压缩空气与内燃机混合动力电传动矿用汽车，包括减速器、电动机、驱动器、整流驱动器、发电机、分动箱、内燃机和空气压缩机，其中所述矿用汽车载重量为100吨至400吨；所述车辆在长距离下坡工况时，减速器把势能转化为机械能，传递给电动机，当电动机反电动势高于正向电压时，电动机把机械能转化为电能，输出至驱动器，驱动器把电能3a、4a经直流母线输出至整流驱动器，该整流驱动器输出第一三相交流电驱动发电机，使发电机处于电动机状态，把电能转换成新的机械能，该新的机械能分为三部分输出，第一部分机械能输出到传动系的冷却系统，第二部分机械能通过所述分动箱反拖所述内燃机，第三部分机械能通过所述分动箱驱动所述空气压缩机；

进一步地，所述第一部分机械能输出到传动系的冷却系统，具体为所述发电机同轴风扇把该第一部分机械能转变为风能，其中一部分风能输入至所述发电机，对所述发电机定转子进行冷却，另一部分风能分别进入所述电动机，对所述电动机定转子进行冷却；

进一步地，所述第二部分机械能通过所述分动箱反拖所述内燃机，使所述内燃机达到额定转速，此时，所述内燃机一方面为机械制动、转向和弱电系统提供动力，另一方面为制动提供15％的阻力矩，且所述内燃机燃油消耗为零；

进一步地，所述第三部分机械能通过所述分动箱驱动所述空气压缩机，在所述整流驱动器的驱动下，所述第三部分机械能通过所述分动箱输出第一机械能，驱动所述空气压缩机，使空气压缩机产生30Mpa的高压气体，存储到压缩空气存储装置；

进一步地，所述压缩空气存储装置为所述矿用汽车车架矩形空腔，该车架矩形空腔由所述矿用汽车的左右两根车架组成，该车架作为承重部件其为纵向空心的梁，该梁的截面为矩形；