[發明專利]基于鉛酸電池與超級電容的盾構電瓶車混合動力電源

有效

• 申請號: 201910388901.5
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110116638B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 黃采倫;王靖;謝文超;方紫微;陳獻忠;蔣潤德;文靜;蔡尚松
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B60L50/40
• 分類號: B60L50/40;B60L50/60;E21D9/06
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種基于鉛酸電池與超級電容的盾構電瓶車混合動力電源，包括1個設置有鉛酸電池BMS的鉛酸電池模組，k組設置有超級電容BMS的超級電容模組，以及雙向DC/DC變換器、DC/AC逆變器、二極管D1、超級電容充電接口和內含CAN接口、PWM接口、信號采集模塊的電瓶車運行控制器。本發明的有益效果在于：所述混合動力電源在盾構電瓶車啟動、加速、爬坡和遇到行駛阻力較大時能夠快速地提供大功率電流，提高盾構電瓶車的動力性與經濟性；在制動時能夠快速地回收牽引電機產生的瞬間大電流，實現再生制動能量吸收，提高鉛酸電池模組的使用壽命。

技術領域

本發明涉及盾構電瓶車混合動力電源的技術領域，尤其涉及一種基于鉛酸電池與超級電容匹配盾構電瓶車的混合動力電源。

背景技術

我國隧道工程建設歷史悠久，隨著各項建設事業的發展，修建了大量的隧道工程，施工技術和設備也有了很大提高。目前我國隧道工程施工中已較普遍的采用了掘進機施工，暗挖時采用的盾構法具有較高的技術水平。我國擁有的鐵路隧道數量已超過4000Km，居世界第一位。隨著我國公路建設的發展，特別是高等級公路在我國的興起，我國公路隧道在數量與規模上有很大發展，修建設備、特別是在克服復雜環境條件的能力上，有很大提高。20世紀后半期隧道修建技術與現代化新設備的發展，為今后我國修建長大隧道及克服各種困難條件的隧道工程奠定了基礎。

目前，國內隧道工程盾構施工配套運輸車的編組一般是由1個電瓶車連掛6個按需組合的功能車輛（主要功能車輛有：渣土車、管片車、砂漿車、膨潤土車等），盾構電瓶車是盾構施工配套運輸車的一種牽引設備，動力是利用牽引電機驅動車輪轉動，借助車輪與軌面間的摩擦力，使盾構電瓶車在軌道上運行；這種運行方式，它的牽引力不僅受牽引電機功率的限制，還受車輪與軌面間的摩擦制約；盾構電瓶車運輸能行駛的坡度有限制，運輸軌道坡度一般為3‰，局部坡度不能超過30‰。現有的盾構電瓶車大都采用傳統鉛酸電池組作為能源，鉛酸電池是電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液為硫酸溶液的一種蓄電池；放電狀態下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池的比功率200~400 w/kg、比能量35~40 wh/kg、循環壽命350~600次，其主要優點是廉價、可靠性高、功率密度大，缺點是比能量低、充電時間長、使用壽命短、日常維護頻繁和廢舊電池化學污染等；從而制約了盾構施工配套運輸車的運載能力、工作效率。盾構電瓶車是隧道工程施工中常用的一種牽引設備，具有牽引力大、速度高、運載能力強等特點。盾構電瓶車一般在盾構機位置附近的固定線路上（一般在5公里以內）往復運行，處于頻繁加速、爬坡、減速、下坡和持續大負荷運行工況下，瞬時峰值電流較大，頻繁的大電流放電，利用鉛酸電池供電會嚴重影響蓄電池的能效及壽命，不利于盾構電瓶車動力性能的實現；同時在盾構電瓶車制動、下坡及行駛阻力突然減小時，牽引電機的再生制動產生的瞬間充電電流很大，會對電池壽命產生傷害，如果此部分回收的能量不能充分存儲，又將會造成了巨大的浪費。超級電容在結構上與普通電解電容非常相似，屬于雙電層電容器。超級電容采用活性炭多孔電極和電解質組成了雙電層結構，加上極小的電極間隙，可以獲得超大的容量，其充放電過程為物理過程而非化學反應過程；因此，超級電容具備超級儲電能力，具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源、綠色環保等特點。超級電容兼有普通電容器的大電流快速充放電特性和電池的儲能特性，較好地解決了普通電容器與電池之間的比能量、比功率差異問題，是一種新型綠色儲能裝置。超級電容非常適用于盾構電瓶車復雜工況下瞬間功率大、頻繁充放電的場合，在盾構電瓶車上采用基于鉛酸電池與超級電容的混合動力電源，符合國家產業倡導發展的新能源范疇，也是盾構電瓶車新能源供電應用技術的發展方向。