一种利用超级电容的自卸车动力系统技术领域
本发明涉及一种利用超级电容的自卸车动力系统。
背景技术
目前90吨级电传动自卸车基本上都采用交流传动技术，通过柴油机带动主发电机
产生电能进行整车驱动。由于柴油机及其附属系统价格贵、维护成本高，柴油价格的不断上
涨，环境污染的日益严重，对于电价便宜的矿山企业，采用储能系统进行供电已经成为其强
烈需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种设计合理、环保节能的利用超级电容的自卸
车动力系统。
为了解决上述技术问题，本发明包括充电装置、储能系统、辅机系统、制动电阻单
元、主变流器、主控制器、高压配电柜单元、通风机单元、液压泵单元和牵引电机单元，所述
储能系统分别与充电装置和主控制器连接，所述储能系统通过高压配电柜单元与辅机系统
和主变流器连接，所述辅机系统分别与通风机单元和液压泵单元连接，所述变流器分别与
制动电阻单元、牵引电机单元和主控制器连接，所述储能系统包括主动力电源储能模组和
辅助电源储能模组，主动力电源储能模组与主变流器连接，辅助电源储能模组与辅机系统
连接，所述主动力电源储能模组和辅助电源储能模组包括多个超级电容体，所述主控制器
通过CAN通讯模块与主变流器和储能系统连接，所述牵引电机单元包括六台牵引电机和两
组牵引变流器，所述牵引变流器包括整流器、第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器和第四
逆变器，每组牵引变流器与三台牵引电机连接。
作为本发明的进一步改进，所述辅机系统包括辅助变流器，辅助变流器包括辅助
逆变器，所述辅助逆变器包括第一DC/DC变换器、第一DC/AC变换器、第二DC/AC变换器和第
三DC/AC变换器，所述通风机单元包括空调装置、散热器风扇装置，所述液压泵单元包括水
泵装置和液压电机，第一DC/DC变换器处连接有24V蓄电池单元，第一DC/AC变换器与水泵装
置连接，第二DC/AC变换器与空调装置连接，第三DC/AC变换器分别与液压电机和散热器风
扇装置连接。
作为本发明的进一步改进，所述充电装置包括充电模块、主控单元、直流检测单
元、交流检测单元、直流接触器和避雷器，所述充电模块的一端分别与避雷器和交流检测单
元连接，充电模块的另一端与直流接触器连接，直流接触器的一端分别与直流检测单元和
直流输出接口连接，所述交流检测单元、充电模块、直流检测单元分别采用CAN通讯模块与
主控单元连接，所述直流输出接口与储能系统连接。
作为本发明的进一步改进，所述主动力电源储能模组和辅助电源储能模组包括超
级电容组，所述超级电容组由320串12并的超级电容单体组成，超级电容单体的总数量为
3840个，超级电容单体的规格为12000F、3V。
作为本发明的进一步改进，所述超级电容单体为长方体结构，所述超级电容单体
的长度范围为219.5mm至220.5mm，所述超级电容单体的宽度范围为56mm到58mm，所述超级
电容单体的高度范围为79mm到80mm。
90吨级电传动自卸车采用柴油机转动带动主发电机进行发电，主发电机产生的电
能经过逆变器后对整车的两个牵引电机供电，并且整车的液压泵、冷却风扇、通风机都是通
过柴油机系统进行驱动的；在整车制动时，牵引电机产生的电能通过制动电阻进行消耗。主
控制器对整个电传动系统进行控制和监控。
对90吨级电传动自卸车进行改造，采用储能系统即超级电容代替柴油机和主发电
机进行供电，储能系统储存的能量直接供给主变流器，经过主变流器后驱动牵引电机单元。
自卸车在制动时，牵引电机单元产生的能量通过主变流器可以回收至储能系统中，提高能
量的利用率，通过固定或者移动的充电装置对储能系统进行充电。之前采用柴油机系统进
行驱动，液压泵单元与主发电机通过机械连接，改为储能系统供电，需要增加一个辅助变流
器来驱动液压泵单元和通风机单元。主控制器对储能系统进行监控。
因超级电容每2并8串为一个模组，为了方便整体布置，采用40个模组串联，相当于
320个单体串联，并且在采用超级电容组和变流器之间设置一个DC/DC模块，超级电容单体
的电压为3V，放电范围从3V-1.5V，放出的电能占总能量的75%，因此可以计算出超级电容组
的放电范围为960V-480V，则超级电容组需要的容量为：
由于需要满足端电压值，需要320个单体串联，串联后容量为12000/320=37.5F，为保证
总容量为432.3F，还需要432.3/37.5=11.5个并联，因此总的超级电容组由320串12并的超
级电容单体组成，超级电容单体的规格为12000F、3V，总的超级电容单体数量为3840个。
对比传统的柴油机供电，采用储能系统给自卸车供电有以下优势：
1、柴油机供电需消耗油，而超级电容组只需要消耗电能，更加环保。
2、储能系统供电时可以进行能量回收，可以提供能源的利用率，比柴油机节能。
3、柴油机为整车噪声的主要源头，采用储能系统供电可以减少噪声。
4、采用柴油机驱动时，自卸车在装载过程中，柴油机仍在工作，而储能系统供电方
式在装载过程中可以减少能量的消耗。
5、储能系统供电维修率低。
综上所述，本发明的优点是设计合理、环保节能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
图1为采用柴油机进行自卸车整车能量输出的模块连接图。
图2为本发明的能量输出的模块连接图。
图3为本发明的能量输出的电路图。
图4为本发明的充电装置的结构示意图。
具体实施方式
由图1至图4所示，本发明包括充电装置1、储能系统2、辅机系统3、制动电阻单元4、
主变流器5、主控制器6、高压配电柜单元7、通风机单元8、液压泵单元9和牵引电机单元10，
所述储能系统2分别与充电装置1和主控制器6连接，所述储能系统2通过高压配电柜单元7
与辅机系统3和主变流器5连接，所述辅机系统3包括辅助变流器，辅助变流器包括辅助逆变
器11，所述辅助逆变器11包括第一DC/DC变换器12、第一DC/AC变换器13、第二DC/AC变换器
14和第三DC/AC变换器15，所述通风机单元8包括空调装置16、散热器风扇装置17，所述液压
泵单元9包括水泵装置18和液压电机19，第一DC/DC变换器12处连接有24V蓄电池单元，第一
DC/AC变换器13与水泵装置18连接，第二DC/AC变换器14与空调装置16连接，第三DC/AC变换
器15分别与液压电机19和散热器风扇装置17连接，所述变流器分别与制动电阻单元4、牵引
电机单元10和主控制器6连接，所述充电装置1包括充电模块20、主控单元21、直流检测单元
22、交流检测单元23、直流接触器24和避雷器25，所述充电模块20的一端分别与避雷器25和
交流检测单元23连接，充电模块20的另一端与直流接触器24连接，直流接触器24的一端分
别与直流检测单元22和直流输出接口26连接，所述交流检测单元23、充电模块20、直流检测
单元22分别采用CAN通讯模块与主控单元21连接，所述直流输出接口26与储能系统2连接，
所述储能系统2包括主动力电源储能模组和辅助电源储能模组，主动力电源储能模组与主
变流器5连接，辅助电源储能模组与辅机系统3连接，所述主动力电源储能模组和辅助电源
储能模组包括超级电容组，所述超级电容组由320串12并的超级电容单体组成，超级电容单
体的总数量为3840个，超级电容单体的规格为12000F、3V，所述超级电容单体为长方体结
构，所述超级电容单体的长度范围为219.5mm至220.5mm，所述超级电容单体的宽度范围为
56mm到58mm，所述超级电容单体的高度范围为79mm到80mm，所述主控制器6通过CAN通讯模
块与主变流器5和储能系统2连接，所述牵引电机单元10包括六台牵引电机27和两组牵引变
流器28，所述牵引变流器28包括整流器、第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器和第四逆变
器，每组牵引变流器28与三台牵引电机27连接。
90吨级电传动自卸车采用柴油机转动带动主发电机进行发电，主发电机产生的电
能经过逆变器后对整车的两个牵引电机供电，并且整车的液压泵、冷却风扇、通风机都是通
过柴油机系统进行驱动的；在整车制动时，牵引电机产生的电能通过制动电阻进行消耗。主
控制器6对整个电传动系统进行控制和监控。采用柴油机进行整车能量输出的模块图参照
图1。
对90吨级电传动自卸车进行改造，采用储能系统2即超级电容代替柴油机和主发
电机进行供电，储能系统2储存的能量直接供给主变流器5，经过主变流器5后驱动牵引电机
单元10。自卸车在制动时，牵引电机单元10产生的能量通过主变流器5可以回收至储能系统
2中，提高能量的利用率，通过固定或者移动的充电装置1对储能系统2进行充电。之前采用
柴油机系统进行驱动，液压泵单元9与主发电机通过机械连接，改为储能系统2供电，需要增
加一个辅助变流器来驱动液压泵单元9和通风机单元8。主控制器6对储能系统2进行监控，
该发明的模块图参照图2，电路图参照图3。
因超级电容每2并8串为一个模组，为了方便整体布置，采用40个模组串联，相当于
320个单体串联，并且在采用超级电容组和变流器之间设置一个DC/DC模块，超级电容单体
的电压为3V，放电范围从3V-1.5V，放出的电能占总能量的75%，因此可以计算出超级电容组
的放电范围为960V-480V，则超级电容组需要的容量为：
由于需要满足端电压值，需要320个单体串联，串联后容量为12000/320=37.5F，为保证
总容量为432.3F，还需要432.3/37.5=11.5个并联，因此总的超级电容组由320串12并的超
级电容单体组成，超级电容单体的规格为12000F、3V，总的超级电容单体数量为3840个。
对比传统的柴油机供电，采用储能系统2给自卸车供电有以下优势：
1、柴油机供电需消耗油，而超级电容组只需要消耗电能，更加环保。
2、储能系统2供电时可以进行能量回收，可以提供能源的利用率，比柴油机节能。
3、柴油机为整车噪声的主要源头，采用储能系统2供电可以减少噪声。
4、采用柴油机驱动时，自卸车在装载过程中，柴油机仍在工作，而储能系统2供电
方式在装载过程中可以减少能量的消耗。
5、储能系统2供电维修率低。