一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法

摘要

本发明提供了一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法，解决混合驱动缺乏一体化能源配置和管理手段的技术问题。包括：高压母线，用于形成贯穿全车的高压干线，连接高压电源为高压负载供电；低压母线，用于形成贯穿全车的低压干线，连接低压电源为低压负载供电；驱动电机，用于驱动驱动桥输出电驱动功率；动力电池组，用于输出高压电功率信号形成高压电源；低压电池组，用于输出低压电功率信号形成低压电源；控制器，用于控制高、低压母线上供电设备和高、低压母线上用电设备间的供配电能量管理，形成相应设备的通断电控制。电源和配电设备兼顾融合，供配电结构的复杂性、冗余度和可靠性得以优化，使多轴车辆具备最优的整车电气性能。

权利要求

1.一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，包括：高压母线，用于形成贯穿全车的高压干线，连接高压电源为高压负载供电；

低压母线，用于形成贯穿全车的低压干线，连接低压电源为低压负载供电；

驱动电机，用于驱动驱动桥输出电驱动功率；

动力电池组，用于输出高压电功率信号形成所述高压电源；

低压电池组，用于输出低压电功率信号形成所述低压电源；

控制器，用于控制所述高压母线、所述低压母线上供电设备和所述高压母线、所述低压母线上用电设备间的供配电能量管理，形成相应设备的通断电控制；

还包括发电机组，所述发电机组的一组输出端与所述动力电池组的输出端并联设置，另一组输出端与所述动力电池组的输入端串联；

还包括充电机，所述充电机电力输入端连接所述高压母线，所述充电机电力输出端连接所述低压电池组输入端；

所述多轴混合动力车辆采用十轴重型载重车辆沿第一驱动桥向第十驱动桥方向在底盘车架上设置平行的所述高压母线和所述低压母线，第二、第三、第五和第六驱动桥采用发动机机械驱动，第八和第九驱动桥采用所述驱动电机驱动，在底盘车架上，在第六驱动桥和第七驱动桥间固定发电机组，在第五和第六驱动桥间通过设备支架在车架两侧对称固定两组所述动力电池组，在第四和第五驱动桥间固定独立驱动电机，独立驱动电机功率输出端连接电动泵，在第二和第三驱动桥间固定充电机和所述低压电池组，在确定位置的车架上固定DC/DC模块，所述DC/DC模块连接上装设备或设备舱室。

2.如权利要求1所述的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，所述动力电池组间构成冗余备份或负载均衡。

3.如权利要求1所述的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，所述控制器数据连接车辆控制总线上的传感器。

4.如权利要求1所述的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，所述动力电池组采用高能量、高功率和高能量密度的蓄电池，所述低压电池组采用高能量、低功率和高能量密度的蓄电池。

5.如权利要求1所述的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，所述驱动电机包括若干个，每个所述驱动电机对应所述多轴混合动力车辆的一个驱动桥。

6.如权利要求1所述的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，其特征在于，所述控制器通过连接专业仪表反馈相应设备的用电状态和通断状态。

7.一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电方法，用于上述权利要求1至6任一所述的多轴混合动力车辆，其特征在于，包括：整车由驾驶室中的所述控制器进行全车的供配电及能量管理，通过专业仪表实现全车能源状态的监视和测量；

供配电上电后，动力电池组进行输出，构成整车高压母线，各类负载从高压母线进行取电，所述控制器控制各类负载的通断电；

形成所述动力电池组互为冗余备份，进行负载均衡；

当所述动力电池组电量不足时，发电机组对所述动力电池组进行充电；

当所述动力电池组功率不足时，所述动力电池组与发电机组并联供电；

当所述低压电池组电量不足时，经高压母线由充电机为低压电池组充电，通过所述控制器进行高压和低压电的融合控制。

说明书

一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及载重车辆驱动技术领域，具体涉及一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法。

背景技术

[0002] 在重型重载车辆领域，随着对车辆机动能力以及行驶可靠性要求的提高，传统基于内燃机机械驱动技术受制于内燃机功率有限、可靠性不高等弊端已经难以满足驱动需
求，同时车辆上装和底盘用电负载的逐渐增多，也使得内燃机能源转换无法有效满足各类
用电负荷需求。现有技术中，轴电驱动技术具备组成简单、配置灵活、易于维护等优点。采用
机械驱动+电驱动的混合驱动方式需要配合驱动结构形成车辆上装和底盘能源配置和管理
的优化才能实现能源一体化分配适应用电需求。

发明内容

[0003] 鉴于上述问题，本发明实施例提供一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法，解决机械驱动+电驱动的混合驱动缺乏一体化能源配置和管理手段的技术问题。

[0004] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，包括：

[0005] 高压母线，用于形成贯穿全车的高压干线，连接高压电源为高压负载供电；

[0006] 低压母线，用于形成贯穿全车的低压干线，连接低压电源为低压负载供电；

[0007] 驱动电机，用于驱动驱动桥输出电驱动功率；

[0008] 动力电池组，用于输出高压电功率信号形成所述高压电源；

[0009] 低压电池组，用于输出低压电功率信号形成所述低压电源；

[0010] 控制器，用于控制所述高、低压母线上供电设备和所述高、低压母线上用电设备间的供配电能量管理，形成相应设备的通断电控制。

[0011] 本发明一实施例中，所述动力电池组间构成冗余备份或负载均衡。

[0012] 本发明一实施例中，还包括发电机组，所述发电机组的一组输出端与所述动力电池组的输出端并联设置，另一组输出端与所述动力电池组的输入端串联。

[0013] 本发明一实施例中，还包括充电机，所述充电机电力输入端连接所述高压母线，所述充电机电力输出端连接所述低压电池输入端。

[0014] 本发明一实施例中，所述多轴混合动力车辆采用十轴重型载重车辆沿第一驱动桥向第十驱动桥方向在底盘车架上设置平行的所述高压母线和所述低压母线，第二、第三、第
五和第六驱动桥采用发动机机械驱动，第八和第九驱动桥采用所述驱动电机驱动，在底盘
车架上，在第六驱动桥和第七驱动桥间固定发电机组，在第五和第六驱动桥间通过设备支
架在车架两侧对称固定两组所述动力电池组，在第四和第五驱动桥间固定独立驱动电机，
独立驱动电机功率输出端连接电动泵，在第二和第三驱动桥间固定充电机和所述低压电池
组，在确定位置的车架上固定DC/DC模块，所述DC/DC模块连接上装设备或设备舱室。

[0015] 本发明一实施例中，所述控制器数据连接车辆控制总线上的传感器。

[0016] 本发明一实施例中，所述动力电池组采用高能量、高功率和高能量密度的蓄电池，所述低压电池组采用高能量、低功率和高能量密度的蓄电池。

[0017] 本发明一实施例中，所述驱动电机包括若干个，每个所述驱动电机对应所述多轴混合动力车辆的一个驱动桥。

[0018] 本发明一实施例中，所述控制器通过连接专业仪表反馈相应设备的用电状态和通断状态。

[0019] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电方法，用于上述多轴混合动力车辆，包括：

[0020] 整车由驾驶室中的所述控制器进行全车的供配电及能量管理，通过专业仪表实现全车能源状态的监视和测量；

[0021] 供配电上电后，动力电池进行输出，构成整车高压母线，各类负载从高压母线进行取电，所述控制器控制各类负载的通断电；

[0022] 形成所述动力电池组互为冗余备份，进行负载均衡；

[0023] 当所述动力电池电量不足时，发电机组对所述动力电池进行充电；

[0024] 当所述动力电池功率不足时，所述动力电池组与发电机组并联供电；

[0025] 当所述低压电池电量不足时，经高压母线由充电机为低压电池充电，通过所述控制器进行高压和低压电的融合控制。

[0026] 本发明实施例的一种多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统和方法兼顾混合动力特种车机械驱动、电驱动以及复杂上装设备系统的用电需求，实现整车一次电源、二次
电源以及配电设备的统一系统设计，电源和配电设备兼顾融合，供配电结构的复杂性、冗余
度和可靠性得以优化，使多轴重型混合动力车辆具备最优的整车电气性能。

附图说明

[0027] 图1所示为本发明实施例多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统的架构示意图。

具体实施方式

[0028] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部
的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所
获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统如图1所示。在图1中，能源一体化结构包括：

[0030] 高压母线，用于形成贯穿全车的高压干线，连接高压电源为高压负载供电。

[0031] 贯穿全车是指母线可以到达有利于负载电连接的位置，包括到达上装设备和底盘。高压电源包括动力电池、发电机组等电力输出设备，动力电池、发电机组的能源来源可
以是通过发动机机械能的机电转换获得。高压负载包括驱动电机、部分上装设备、充电机
等。

[0032] 低压母线，用于形成贯穿全车的低压干线，连接低压电源为低压负载供电。

[0033] 贯穿全车是指母线可以到达有利于负载电连接的位置，包括到达上装设备和底盘。低压输出电源包括低压电池或低压发电机等，低压电池或低压发电机的能源来源可以
是通过发动机机械能的机电转换获得或通过高压母线电压转换获得。低压负载包括上装设
备、底盘电气系统以及驾驶室仪表和控制器等，低压负载也可以仅包括高压设备的控制电
路、低压设备的工作电路等设备的执行部分和控制部分。

[0034] 驱动电机，用于驱动驱动桥输出电驱动功率。

[0035] 驱动电机可以包括若干个，每个驱动电机对应多轴混合动力车辆的一个驱动桥，采用驱动电机驱动的驱动桥不受发动机驱动。

[0036] 动力电池组，用于输出高压电功率信号形成高压电源。

[0037] 动力电池组采用高能量、高功率和高能量密度的蓄电池。

[0038] 低压电池组，用于输出低压电功率信号形成低压电源。

[0039] 低压电池组采用高能量、低功率和高能量密度的蓄电池。

[0040] 控制器，用于控制高低压母线上供电设备和高低压母线上用电设备间的供配电能量管理，形成相应设备的通断电控制。

[0041] 控制器可以采用DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器、 FPGA(Field‑Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU (Microcontroller Unit)系
统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)
最小系统。

[0042] 控制器通过连接的专业仪表反馈相应设备的用电状态和通断状态。专业仪表的反馈数据可以来源于车辆控制总线上的传感器的反馈数据。

[0043] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统通过形成公共的高压母线和低压母线建立一体化的能量分级传输路由，利用控制器统一对供电设备和用电设备
进行通断控制和供配电能量管理，实现电能能源一体化控制。使得多轴混合动力车辆的发
动机能量形成储备电源和一体化供配电架构，利于储备电源驱动部分驱动桥协助提高整车
驱动性能，利用一体化供配电架构实现一体化供配电控制过程。本发明实施例兼顾混合动
力特种车机械驱动、电驱动以及复杂上装设备系统的用电需求，实现整车一次电源、二次电
源以及配电设备的统一系统设计，电源和配电设备兼顾融合，供配电结构的复杂性、冗余度
和可靠性得以优化，使多轴重型混合动力车辆具备最优的整车电气性能。

[0044] 如图1所示，在本发明一实施例中，在上述实施例的基础上，在驱动桥间的车架上分散设置一次电源和二次电源，一次电源包括动力电池组、发电机组、低压电池组，二次电
源包括驱动电机、充电机、DC/DC模块等。

[0045] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统利用高压母线和低压母线的路由延展性将一次电源和二次电源分散设置在底盘车架上哟花了电源质量的分布，
有利于车辆高速机动性的保持。

[0046] 如图1所示，在本发明一实施例中，在上述实施例的基础上，设置两组动力电池组，互为冗余备份，进而形成负载均衡。

[0047] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统能满足驱动电机数量变化时的驱动需要，也能满足各类上装设备测试、待机等工况的使用场景需要。

[0048] 如图1所示，在本发明一实施例中，在上述实施例的基础上，设置发电机组，发电机组的一组输出端与动力电池组的输出端并联设置，另一组输出端与动力电池组的输入端串
联。

[0049] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统当动力电池电量不足时，可由底盘发电机组进行充电，也可以形成电池+发电机组的供电单元，实现更大功率的
电能输出，满足大功率负载用电需要，并实现长时间待机供电。

[0050] 如图1所示，在本发明一实施例中，在上述实施例的基础上，设置充电机，充电机电力输入端连接高压母线，充电机电力输出端连接低压电池输入端。

[0051] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统当低压电池电量不足时，可以经高压母线由充电机为电池充电，实现高压和低压电的一体化控制。

[0052] 如图1所示，在本发明一实施例中，多轴混合动力车辆采用十轴重型载重车辆。在上述实施例的基础上，沿第一驱动桥向第十驱动桥方向在底盘车架上设置平行的高压母线
和低压母线，第二、第三、第五和第六(驱动)桥采用发动机机械驱动，第八和第九驱动桥采
用驱动电机驱动，在底盘车架上，在第六驱动桥和第七驱动桥间固定发电机组，在第五和第
六驱动桥间通过设备支架在车架两侧对称固定两组动力电池组，在第四和第五驱动桥间固
定独立驱动电机，独立驱动电机功率输出端连接电动泵，在第二和第三驱动桥间固定充电
机和低压电池组，在确定位置的车架上固定DC/DC模块，DC/DC模块连接上装设备或设备舱
室。

[0053] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统实现了10轴重型特种车能源的一体化设计，混合动力提升了车辆的机动性能和可靠性，能源系统上装和底盘一
体化设计简化了系统的组成，提升了系统的冗余度和可靠性。分布式布置保证了重心稳定
性。

[0054] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电方法，利用上述实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电系统，包括：

[0055] 整车由驾驶室中的控制器进行全车的供配电及能量管理，通过专业仪表实现全车能源状态的监视和测量；

[0056] 供配电上电后，动力电池进行输出，构成整车高压母线，各类负载从高压母线进行取电，控制器控制各类负载的通断电；

[0057] 形成动力电池组互为冗余备份，可以进行负载均衡；

[0058] 当动力电池电量不足时，发电机组对动力电池进行充电；

[0059] 当动力电池功率不足时，动力电池组与发电机组并联供电；

[0060] 当低压电池电量不足时，经高压母线由充电机为低压电池充电，通过控制器进行高压和低压电的融合控制。

[0061] 本发明实施例的多轴混合动力车辆能源一体化供配电方法有效优化了供配电过程的复杂性、冗余度和可靠性。既保证了多轴混合动力机动的高性能又简化了众多上装用
电设备和底盘控制电路分散供配电的控制过程。

[0062] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范
围为准。