混合驱动的能量存储系统及方法技术方案

一种混合驱动系统，该系统包括一个或多个具有用于产生驱动用机械功率的电动机的混合驱动牵引传动装置。混合驱动牵引传动装置可操作用于接收来自车载发电系统的电力。电动机用于接收来自能量存储单元的电力，并且为能量存储单元供电。该能量存储单元可以通过开关与电动机耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通常本专利技术涉及混合驱动系统(hybrid propulsion system)，特别是重型混合驱动应用中的分布式能量存储的系统和方法。
技术介绍
部分车辆用牵引电动机推动车辆。典型地，牵引电动机与能为其提供电力的链路连接在一起，如总线。也可以用一个或多个车载交流发电机为链路链路提供动力。在特定工作条件下，如当车辆减速或者在下坡中保持速度时，电动机产生的反电势大于由发动机驱动的交流发电机所提供的电压。在这种情况下，牵引电动机就不再做为电动机而是用做交流发电机。这个称为动态制动的过程是电力制动的一种形式，利用电力制动能够减少车辆机械制动系统组件的磨损。当车辆是机车时，动态制动减少了机车上以及该火车所有单节车厢的制动磨损。典型地，在动态制动过程中电动机产生的电能通过使用电阻作为热量来消耗。混合驱动系统经过发展已经能够恢复部分因在动态制动过程中的发热而浪费的能量。对这种浪费的能量的恢复被称作再生制动。具有重型混合驱动系统的车辆(如巴士、大型卡车、矿业车辆和机车)需要大型能量存储单元，通常包括电池、超级电容(ultracapacitor)、飞轮或者一种或多种这些技术的组合。重型牵引混合机车驱动系统就是其中一个例子。在该应用中，动力通常由原动机(如柴油发动机)提供，该原动机直接与交流发电机和相关的大功率整流器耦合，该大功率整流器将交流发电机的输出从交流电(AC)转换成直流电(DC)。然后将整流器的输出耦合到可以为多个电动机供电的的主DC链路链路。典型地，能量存储单元通过电子DC/CD变换器电连接到主DC链路链路，该变换器由能量管理系统及相关的车辆系统控制器控制。DC/CD变换器为能量存储单元提供双向DC-DC接口，以致能量存储单元能用于为牵引电动机供电及在再生制动期间接受来自牵引电动机的电力。来自牵引电动机的电力用于为能量存储单元部分再充电。因此，通常在动态制动期间作为热量由栅极电阻消耗掉的能量能够被恢复并且用于为能量存储单元部分再充电。此后，能量存储单元可放电，以便为牵引电动机供电。通过适当的系统控制，混合驱动系统可用于通过减少的来自柴油发动机的输出功率来提供车辆加速，从而相比于传统的非混合动力机车，在给定排放时所需的燃料量减少了。但是，现存的混合驱动系统中存在多个问题。对于重型车辆，由于能量存储单元的额定功率小于原动机的额定功能，所以通常都需要双向DC-DC能量存储接口。但是，双向DC/DC变换器所需要的电子设备使功率电子硬件的成本显著增加。例如，在重型车辆的正常操作中，主DC链路的电压通常大约是从250V变化到1500V。为了减少DC/DC变换器的成本，在混合模式操作期间，能量存储单元的输出电压通常选择为在DC链路以上或以下。但是，当需要使混合驱动系统中的能量存储单元既在DC链路电压之上又在之下工作时，通常在DC/DC变换器中使用一个“H”桥结构。但是，“H”桥结构需要至少两倍的功率电子开关，这就明显增加了DC/DC变换器的成本。高额定功率的DC/DC变换器也存在潜在的可靠性问题。而且，由于具有较高的功率要求，所以传统混合驱动系统的能量存储单元需要多个较小的能量存储单元并联工作。但是，当在较大范围的环境温度极值内操作时，并联能量存储单元之间的功率共享也是一个问题。如果未适当控制功率共享，能量存储单元的寿命可能会减少。更进一步，在传统的重型混合车辆中，各种电器(如电灯、风扇、空气压缩机)都是由发动机供电的。这就意味着，即使在车辆制动或者在下坡上行驶时，发动机都要需要操作以便为电器供电。这就使燃油经济性显著降低。因此，需要一种减少成本和/或提高混合驱动系统能量效率的技术。更具体地，需要一种增加再生制动功率量的技术，该再生制动功率可以恢复，由重型车辆的混合驱动系统产生。
技术实现思路
在本技术的一个方面，提供一种具有一个或多个混合驱动牵引传动装置(traction drive)的驱动系统。混合驱动牵引传动装置包括电动机，其可操作用于产生用于驱动的机械功率和可操作用于在电动机动态制动期间用于产生电力。混合驱动牵引传动装置包括能量存储单元，其可操作用于为电动机供电，以便产生驱动所用的机械功率并且在电动机动态制动期间接收来自电动机的电力。设置有开关，其可操作用于基于驱动系统的操作参数选择性地将能量存储单元耦合到电动机。附图说明下面当参考附图进行详细描述时，可以更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，在附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中图1是根据本技术的一个示例性实施例的混合驱动系统的示意图，描述该系统在低功率操作时的电力流；图2是图1的混合驱动系统的示意图，描述该系统在高功率操作时的电力流；图3是根据本技术的一个示例性实施例的混合驱动系统的可替换实施例的示意图；图4是图3的系统的可替换实施例的示意图，描述在高功率制动操作期间为辅助设备供电；图5是混合驱动系统的第二个可替换实施例的示意图，描述在高功率制动操作期间用牵引电动机为能量存储单元充电；和图6是混合驱动系统的第三可替换实施例的示意图。具体实施例方式本技术提供一种用于混合驱动系统的分布式能量存储系统和方法。在重型车辆(如跨境巴士、卡车、机车、越野车等)上本技术具有显著的优点。图1和图2描述了根据本专利技术的混合驱动系统10。系统10包括可操作用于为至少一个混合驱动牵引传动装置14供电的车载发电系统12。混合驱动牵引传动装置14通过主直流电(DC)链路16与车载发电系统12电耦合。这里所用的术语DC链路是指正负DC总线，由于系统10的不同的组件，其各部分具有不同的电压等级。所述的车载发电系统12使用一个热力发动机(heatengine)18，如汽油机、柴油机、燃气涡轮机等。热力发动机18可驱动地耦合到交流发电机20，该交流发电机将热力发动机18的机械输出转变为三相AC电力。交流发电机20的三相AC输出耦合到AC总线或者链路21。整流器22用于将交流发电机20的AC输出转换为DC输出。整流器22的输出与主DC链路16耦合。在该实施例中，交流发电机20可操作用于通过AC/AC变换器26为辅助设备24供电。辅助设备24可以包括车载电灯、风扇、空气压缩机等。但是，本领域技术人员可以明白，辅助设备24能够由主DC链路16提供的直流电操作。所述混合驱动牵引传动装置14中的每一个均包括局部DC链路28，该局部DC链路将电力耦合到牵引电动机30。在所述实施例中，牵引电动机30为AC电动机。但是，也可以使用DC电动机。逆变器34设置为将局部DC链路28上的DC变换为AC。混合驱动牵引传动装置14还包括与局部DC链路28耦合的能量存储单元(ESU)36。各实施例中的能量存储单元36可以是电池、超级电容、飞轮或者其它类型的能量存储装置。另外，开关38位于能量存储单元36和局部DC链路28之间。开关38可以是继电器或其它任何类型电流控制装置的触点。在该实施例中，当热力发动机18在低功率状态下操作时开关38将自动闭合，当热力发动机18在高功率状态下操作时将自动断开。但是，也可以用其它标准来控制开关38的操作，如交流发电机20产生的电压。在另一个实施例中，一个或多个混合驱动牵引传动装置14可以包括多个电动机30和相关的逆变器34。还是在另一个实施例中，一个或多个混合驱动牵引传动装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动系统，包括：　　　　电动机，可操作用于产生用于驱动的机械功率并且在该电动机的动态制动期间可操作用于产生电能；　　　　能量存储单元，可操作用于为电动机供电以产生用于驱动的机械功率，并且在电动机的动态制动期间接收来自电动机的电能；和　　　　开关，可操作用于基于驱动系统的操作参数有选择地将能量存储单元耦合到电动机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-28 10/878,8041.一种驱动系统，包括电动机，可操作用于产生用于驱动的机械功率并且在该电动机的动态制动期间可操作用于产生电能；能量存储单元，可操作用于为电动机供电以产生用于驱动的机械功率，并且在电动机的动态制动期间接收来自电动机的电能；和开关，可操作用于基于驱动系统的操作参数有选择地将能量存储单元耦合到电动机。2.如权利要求1所述的系统，包括热力发动机，其中所述操作参数是热力发动机的输出功率，当输出功率处于功率的第一范围内时开关闭合，当输出功率处于功率的第二范围内时，开关断开。3.如权利要求1所述的系统，包括第一二极管，可操作用于使电力能够从DC链路流向电动机和能量存储单元，并能够阻塞电力从电动机和能量存储单元流向DC链路。4.如权利要求1所述的系统，包括整流器，可操作用于使AC电力能够从AC链路流向DC链路，以便为电动机供电。5.如权利要求3所述的系统，包括第二二极管，配置为在电动机的动态制动期间允许电流从电动机流向动态制动电阻系统。6.如权利要求3所述的系统，包括辅助电子设备和二极管电路，其中该二极管电路可操作用于在驱动系统的第一操作模式中使辅助电子设备能够从DC链路接收电力，以及在电动机的动态制动期间使辅助电子设备能够从电动机接收电力。7.如权利要求6所述的系统，其中，当电动机为辅助电子设备提供电力时，二极管电路阻止来自电动机的电力流向DC链路。8.如权利要求2所述的系统，包括电耦合到能量存储单元的直流到直流(DC/DC)变换器，其中，当开关处于断开位置时，在电动机的动态制动期间，该DC/DC变换器可操作用于为能量存储单元供电。9.如权利要求1所述的系统，包括电耦合到电动机的直流到交流(DC/AC)逆变器，其中，该DC/AC逆变器可操作用于将来自能量存储单元的直流电变换成交流电，在动态制动期间可操作用于将来自电动机的交流电变成直流电。10.如权利要求1所述的系统，包括可操作用于为DC链路供电的热力发动机。11.如权利要求1所述的系统，其中，能量存储单元包括电池。12.如权利要求1所述的系统，其中，能量存储单元包括超级电容。13.如权利要求1所述的系统，其中，能量存储单元包括飞轮。14.如权利要求1所述的系统，包括车载发电系统，可操作用于提供三相AC电力；多个DC链路，每个DC链路均可操作用于将能量存储单元耦合到电动机上；和多个整流器，每个整流器均可操作用于将来自车载发电系统的三相AC电力耦合到DC链路。15.一种车辆，包括混合驱动牵引传动装置，可操作用于接收来自车载发电系统的电力，该混合驱动牵引传动装置包括电动机，可操作用于在电动机动态制动期间产生电力；电子设备；和电子电路，用于使电子设备能够接收来自车载发电系统的电力，并且在电动机的动态制动期间接收来自电动机的电力。16.如权利要求15所述的系统，包括能量存储单元和可操作用于将能量存储单元电耦合到电动机的开关。17.如权利要求16所述的系统，其中，在车辆功率的第一范围内，电开关闭合，以便将能量存储系统耦合到电动机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：RD金，D宋，L萨拉索，AK库马，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]