[0001] 本发明涉及车辆驱动技术领域，特别是涉及一种接触网‑动力电池双源供电的矿用车辆高压电气系统。

[0002] 矿用车辆是矿区作业中不可缺少的一环，但是传统的燃油驱动矿用车辆：柴油发动机通过燃烧燃油，推动活塞运动，驱动曲轴转动，最终通过传动系统将动力传递到车轮上。这一驱动方式，由于柴油发动机的热效率较低，需要消耗大量的燃油，存在矿用车辆在运行中有大量的污染气体排放，操作人员的作业环境不好等问题。目前，全球许多矿山正在采用电动化技术来替代传统的燃油驱动技术，这种技术不仅可以减少燃油的使用，提高矿山的生产效率和安全性，并且由于减少了变速箱、发动机等机械传动设备，还可以降低矿用车辆的维护成本。

[0003] 考虑到矿用车辆所需牵引力较大，一般车辆采用的动力电池等储能介质供电无法实现矿用车辆长久供电。现有技术提出采用接触网+动力电池等储能介质双源供电的矿用车辆：在部分线路架设架控接触网，在有网区段由接触网为牵引逆变装置供电，在无网区采用动力电池为牵引逆变装置供电。然而，现有的接触网+动力电池等储能介质双源供电的矿用车辆，采用常见的2碳滑板受电弓实现接触网与矿用车辆高压电器箱的电气连接；从而为动力电池、牵引逆变装置、辅助电源装置供电，实际运行过程中存在灵活性低，且具有安全隐患的问题。例如：矿用车辆出现超出±L/2的横向偏移(L为接触网正极线和接触网负极线之间的间距)，矿用车辆就无法正常受流和回流；以及为减少电能传输损耗，接触网供电电压一般为额定DC1500V，电压变化范围DC1000‑1800V；而动力供电电压一般为额定DC600V，变化范围DC450‑750V，由于接触网电压变化范围和动力电池电压变化范围存在出入，接触网实时电压和动力电池实时电压有存在较大差异，在进、出有网区时，牵引逆变装置和辅助电源装置会出现输入电压的较大波动，牵引电机转矩会存在较大波动，矿用车辆可能存在较大闯动，在线路运行条件本就恶劣的矿山，矿用车辆存在颠覆风险，若接触网实时电压和动力电池实时电压的差值较大，动力电池会存在充电过流，可能会出现电气闪络隐患。

[0004] 因此，需要一种灵活且安全的接触网‑动力电池双源供电的矿用车辆高压电气系统。

[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0038] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0039] 本发明提供一种接触网‑动力电池双源供电的矿用车辆高压电气系统，由多碳滑板受电弓、高压电器箱、DC/DC变换器、动力电池、牵引逆变装置、辅助电源装置构成，可支持矿用车辆工作在接触网供电模式或动力电池供电模式，并且矿用车辆可不停车在两种供电模式无缝切换，并且可将矿用车辆的横向允许偏移量较现有技术至少提高2倍。多碳滑板受电弓的数量至少为3，若在3个碳滑板的基础上增加碳滑板数量，可在高压电器箱内成比例增加熔断器、防反二极管的数量，并适应性地调整内部接线原理；其中，高压电器箱内的熔断器的数量等于碳滑板的数量，防反二极管的数量等于碳滑板的数量减一。

[0040] 本实施例中系统包括：多碳滑板受电弓、高压电器箱、DC/DC变换器、动力电池、牵引逆变装置、辅助电源装置。

[0041] 结合图2，对多碳滑板受电弓进一步说明：

[0042] 多碳滑板受电弓由受电弓主体和3个碳滑板组成，3个碳滑板分别为碳滑板1、碳滑板2、碳滑板3。多碳滑板受电弓的多个碳滑板沿行车垂直方向阵列排布，碳滑板中心点之间的间距与接触网正极线和接触网负极线之间的间距L相等。在本实例中，共有两种受流方式，如图3所示：

[0043] 方式一：碳滑板1与接触网正极接触，碳滑板2与接触网负极接触，碳滑板3悬空；

[0044] 方式二：碳滑板2与接触网正极接触，碳滑板3与接触网负极接触，碳滑板1悬空；

[0045] 碳滑板1、碳滑板2、碳滑板3引出线的接口分别为HV11、HV12、HV13。

[0046] 高压电器箱，具体包括：

[0047] 高压电器箱设有三个电源输入接口，分别为HV21、HV22、HV23、分别与受电弓三个碳滑板的接口HV11、HV12、HV13相连；

[0048] 高压电器箱内设有熔断器MF1、MF2、MF3、防反二极管D1、D2、避雷器ARR，熔断器MF1的输入端连接至高压电器箱的HV21接口、输出端连接至高压电器箱的正极电源输出接口HV31，熔断器MF3的输入端连接至高压电器箱的HV23接口、输出端连接至高压电器箱的负极电源输出接口HV33，防反二极管D2的正极与熔断器MF3的输出端相连，负极与防反二极管D1的正极相连，防反二极管D1的负极与熔断器MF1的输出端相连，熔断器MF2的输入端连接至高压电器箱的HV22接口、输出端连接至防反二极管D2的负极。避雷器ARR的正极和负极分别并联于防反二极管D1的负极和防反二极管D2的正极。

[0049] 熔断器MF1、MF2、MF3用于实现对应线路的短路和接地保护、防反二极管D1、D2用于实现电压的正向导通和反向截止，本实施例中的两种受流方式下均可以保证两个与接触网接触的碳滑板之间不会短路，并且可以正常的正极受流和负极回流。

[0050] 避雷器用于实现接触网正负极之间的雷击和过电压保护。高压电器箱内各设备的连接方式，可以保证：

[0051] 碳滑板1或碳滑板2与接触网正极线接触，高压电源正极皆可由HV31电源接口引入DC/DC变换器的正极电源输入接口HV41；

[0052] 碳滑板2或碳滑板3与接触网负极线接触，高压电源负极皆可由HV33电源接口引入DC/DC变换器的负极电源输入接口HV43。

[0053] DC/DC变换器作用包括：

[0054] DC/DC变换器仅在有网区工作，其正极电源输出接口HV51分别连接至动力电池的正极电源输入接口和牵引逆变装置、辅助电源装置的正极电源输入接口，负极电源输出接口HV53分别连接至动力电池的负极电源输入接口和牵引逆变装置、辅助电源装置的负极电源输入接口，其内置的输出电压传感器实时追踪动力电池实时电压U1，将接触网的实时电压U0降压至可为动力电池充电的电压U2(U0＞U2＞U1)，同时为牵引逆变装置和辅助电源装置供电。

[0055] 动力电池仅在无网区向牵引逆变装置和辅助电源装置供电。

[0056] 牵引逆变装置用于将DC/DC变换器(矿用车辆运行于有网区)或动力电池(矿用车辆运行于无网区)输出的高压直流电变换为频率、电压可调的三相交流电，为牵引电机供电，驱动矿用车辆前进或倒退；

[0057] 辅助电源装置用于将DC/DC变换器(矿用车辆运行于有网区)或动力电池(矿用车辆运行于无网区)输出的高压直流电变换为：

[0058] 1)频率50Hz、电压380V的三相交流电，为矿用车辆的空压机等交流负载供电；

[0059] 2)直流低压电源(DC24V或DC110V)，为矿用车辆的低压直流负载和低压蓄电池供电。

[0060] 本发明有益效果：

[0061] (1)环境友好：与传统的燃油驱动的内燃矿用车辆相比，不再产生碳氧化物、氮氧化物等有毒有害物质，操作人员的作业环境友好，有益于环境保护和操作人员职业健康；

[0062] (2)降本节支：与传统的燃油驱动的内燃矿用车辆相比，节省了大笔的燃油采购费用和内燃机的维护费用；

[0063] (3)能量利用率高：采用交流传动，与传动的内燃机驱动曲轴带动轮胎转动的传动方式相比，传动效率更高，并且系统具备制动能量再生回馈功能，当车辆制动时，可将动能转换为电能储存至动力电池内；

[0064] (4)在货料装填等不便于设置接触网的区域，可由动力电池为动力系统供电，车辆的行驶路径不受接触网束缚；在设置接触网的区域，可为动力电池充电，节省了车辆在固定区域通过枪充或弓充的方式静态充电的时间，提升了作业效率。

[0065] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。