混合能量非公路车辆推进电路制造技术

用于改型现有非公路车辆的推进电路的系统和方法使推进电路能够用作混合能量非公路车辆推进电路。混合推进电路包括：一次电源（１０２）；以及牵引电动机（１０８），用于响应于一次电功率推进非公路车辆。牵引电动机（１０８）具有电动机驱动操作模式和功率耗散操作模式。牵引电动机（１０８）在功率耗散操作模式中产生动力制动电功率。电能存储系统（１５０２）包括斩波电路（１５０６），该电路连接到储能装置（１５０８）。存储装置（１５０８）响应于斩波电路（１５０６）有选择地存储在功率耗散模式中产生的电能。存储系统（１５０２）在电动机驱动模式期间有选择地从存储装置（１５０８）向牵引电动机（１０８）提供二次电功率，以帮助推进非公路车辆（１００）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术一般涉及供比如采矿翻斗车、施工卡车或挖掘机等大的非公路车辆使用的能量管理系统和方法。具体地说，本专利技术涉及一个改型系统，用于管理电能的存储和传递，比如由电力牵引电动机驱动的非公路车辆产生的动力制动能量或多余的原动机功率。
技术介绍
图1A是例示性现有技术非公路车辆的框图。具体地说，图1A一般地反映了典型的现有技术柴油机发电的非公路车辆。非公路车辆包括机车和采矿卡车以及挖掘机，其中采矿卡车和挖掘机从100吨容量到400吨容量的范围，但是可以较小或较大。非公路车辆通常具有小于每吨10马力(h.p.)的功率重量比，常见的比率为每吨5h.p.。非公路车辆一般也利用动力制动或电力制动。这与诸如具有每吨15h.p.或更大比率并利用机械或阻力制动的大客车的车辆相反。如图1A所示，非公路车辆100包括柴油机一次电源102，它驱动交流发电机/整流器104。如本技术中一般理解的，交流发电机/整流器104向变换器106提供DC电功率，变换器106将AC电功率转换为适合牵引电动机108使用的形式。一种普通的非公路车辆结构的每个轮子109包括一个变换器/牵引电动机，其中两个轮子109包括车轴等效部件(未显示)。这种结构使得每台非公路车辆有一个或二个变换器。图1A为了方便起见，图解了单个变换器106和单个牵引电动机108。借助于实例，大的挖掘翻斗车可以采用电马达轮，比如GEB23TM AC电马达轮，它采用GE150ACTM驱动系统(其中两者都可从本系统的受让人得到)。严格来说，变换器将DC功率转换为AC功率。整流器将AC功率转换为DC功率。术语“转换器”有时也用于指变换器和整流器。照这样提供的电功率可以称为原动机(prime mover)功率(或一次电功率)，并且交流发电机/整流器104可以称为原动机功率的源。在典型的AC柴油机发电的非公路车辆应用中，首先对来自交流发电机的AC电功率进行整流(转换为DC)。整流的AC然后被变换(例如利用功率电子器件，比如用作脉宽调制器的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或者硅控整流器)，以为相应的牵引电动机108提供适当形式的AC功率。如本技术中所理解的，牵引电动机108提供牵引功率以移动非公路车辆100以及附着于非公路车辆100的任何其它车辆，比如载重(load)车辆。这种牵引电动机108可以是AC或DC电动机。在利用DC牵引电动机时，交流发电机的输出一般被整流，以提供适当的DC功率。在利用AC牵引电动机时，交流发电机输出一般被整流为DC，其后在被提供给牵引电动机108之前被变换为三相AC。牵引电动机108也提供制动力，用于控制速度或者用于使非公路车辆100减速。这通常称为动力制动，并且一般在本技术中被理解。简单地说，当牵引电动机108不需要提供驱动力时，它能够被重新配置(经由功率切换装置)，以便电动机用作电力发电机。经过这样配置，牵引电动机108产生具有使非公路车辆减速的作用的电能。在诸如图1A所示的现有技术非公路车辆中，在动力制动模式中产生的能量一般被传送到安装在车辆外壳上的电阻栅(grid)110。因此，动力制动能量被转换为热，并且从系统耗散。在动力制动模式中产生的这种电能一般被浪费了。应注意，在典型的现有技术DC混合汽车中，动力制动栅110连接到牵引电动机108。但是，在典型的现有技术AC混合车辆中，动力制动栅连接到DC牵引总线122，因为各个牵引电动机108一般经相关的变换器106连接到总线(参见图1B)。图1A一般图解了具有多个牵引电动机的AC混合汽车；为方便起见，描述单个变换器。图1B是典型的现有技术非公路车辆100的电气图。本领域众所周知采用单个电能源102，但是可采用两个或更多个电能源。在单个电能源的情况下，连接到交流发电机104的柴油机102提供一次电源104。在提供两个或更多个电能源102的情况下，第一系统包括原动机功率系统，它提供功率给牵引电动机108。第二系统(未显示)提供功率给所谓的辅助电系统(或简称为辅件)。这种辅助系统可以从DC输出或者从由一次电源驱动的单独的交流发电机得到，作为交流发电机的输出。例如，在图1B中，柴油机102驱动原动机电源104(例如交流发电机和整流器)，以及任何辅助交流发电机(未图解)，用于向诸如例如照明、空调/暖气、鼓风机驱动装置、散热片驱动装置、控制电池充电器、场激励器、动力转向、泵等的各种辅助电气子系统提供功率。辅助动力系统还可从单独的车轴驱动发电机接收功率。辅助功率还可以得自于原动机电源104的牵引交流发电机。原动机电源104的输出连接到提供DC功率给牵引电动机108的DC总线122。DC总线122也可称为牵引总线122，因为它承载牵引电动机子系统使用的功率。如上所述，典型的现有技术柴油机发电的非公路车辆包括两个牵引电动机108，每个轮子109一个，其中两个轮子109用作车轴部件或者车轴等效部件。但是，系统也可以配置成每个车轴包括单个牵引电动机，或者配置成包括四个牵引电动机，两个车轴等效四轮汽车的每个轮子109一个。在图1B中，每个牵引电动机子系统124A和124B包括一个变换器(例如变换器106A和106B)以及相应的牵引电动机(例如分别为牵引电动机108A和108B)。在制动期间，由牵引电动机108产生的功率通过动力制动栅子系统110耗散。如图1B所示，典型的现有技术动力制动栅子系统110包括多个接触器(例如DB1-DB5)，用于在DC总线122的正负电轨之间切换多个功率电阻元件。电阻的每个垂直分组可以称为一个串。一个或多个电力栅冷却鼓风机(例如BL1和BL2)一般用于去除由于动力制动而在一个串中产生的热量。还应该理解，这些接触器(DB1-DB5)能够用如GTO/IGBT的固态开关替代，并且能够被调制(像斩波器)以控制有效动力制动阻力。如上所指出的，现有技术非公路车辆一般浪费了从动力制动产生的能量。尝试有价值地利用这种能量并不令人满意。例如，一个系统尝试利用牵引电动机108连同电解池产生的能量，以产生氢气作为补充的燃料源。这种系统的缺点之一是，氢气的安全存储以及需要用于电解过程的水。然而，其它现有技术系统根本未能重获动力制动能量，而是有选择地采用在相关车辆下坡时操作的专门发电机。这种系统不令人满意的一个原因是，因为它未能重获现有制动能量，并且未能使获得的能量可重新用在非公路车辆上。主要用于重的拖运应用的非公路车辆提供动力制动，以使车辆减速，并限制下坡的速度。这个能量目前通过车载电阻器(动力制动栅)耗散。在针对此专利申请(美国专利No.6,591,758)的专利中公开的类型的混合OHV中，这个能量的至少一部分被捕获用于牵引和辅件，以改进整个系统的燃料效率和/或改进性能。如在美国专利No.6,591,758中公开的，存在在非公路车辆电路中利用如电池、飞轮等储能装置的储存技术的各种方法，以获得混合非公路车辆的好处。至于新近构造的车辆，该车辆可以设计成包括储能装置以及必要的电路和开关，以便连接储能装置，作为车辆电气系统不可分割的部分。但是，增加的这些与现有车辆结构和电气系统类似方式的储能装置将需要对车辆进行大范围的修改。因此，需要一种改型系统和方法，用于转换现有非公路车辆，以承载(并且电力上可用)电能存储设备，以便使现有车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于与现有非公路车辆（１００）的推进电路结合的改型系统，使所述推进电路能够用作混合能量非公路车辆推进电路，所述现有推进电路具有：功率转换器（１０４），由提供一次电功率的引擎（１０２）驱动；牵引总线（１２２），其连接到所述功率转换器（１０４），用于承载所述一次电功率；至少一个牵引电动机（１０８），接收所述一次电功率，所述牵引电动机（１０８）具有电动机驱动操作模式和功率耗散操作模式，其中所述牵引电动机（１０８）响应于在所述电动机驱动模式期间在所述牵引电动机接收的电功率而旋转所述车辆（１００）的至少一个轮子（１０９），用于推进非公路车辆（１００），并且其中所述牵引电动机（１０８）产生动力制动电功率，所述动力制动电功率返回到所述牵引总线（１２２），并在所述牵引电动机（１０８）工作在其功率耗散模式时耗散；电阻系统，用于耗散在所述功率耗散模式期间在所述牵引电动机（１０８）中产生的电功率，所述电阻系统包含至少两个电阻栅电路（１２０２、１２０４），所述改型系统包括：　　　　电能存储系统（１５０２），其电连接到所述牵引总线（１２２）并替代所述两个电阻栅电路（１２０２、１２０４）其中之一，所述电能存储系统（１５０２）包含储能装置（１６０４），所述储能装置用于捕获所述牵引电动机（１０８）在所述功率耗散模式下产生的电能。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-9 10/914,7311.一种用于与现有非公路车辆(100)的推进电路结合的改型系统，使所述推进电路能够用作混合能量非公路车辆推进电路，所述现有推进电路具有功率转换器(104)，由提供一次电功率的引擎(102)驱动；牵引总线(122)，其连接到所述功率转换器(104)，用于承载所述一次电功率；至少一个牵引电动机(108)，接收所述一次电功率，所述牵引电动机(108)具有电动机驱动操作模式和功率耗散操作模式，其中所述牵引电动机(108)响应于在所述电动机驱动模式期间在所述牵引电动机接收的电功率而旋转所述车辆(100)的至少一个轮子(109)，用于推进非公路车辆(100)，并且其中所述牵引电动机(108)产生动力制动电功率，所述动力制动电功率返回到所述牵引总线(122)，并在所述牵引电动机(108)工作在其功率耗散模式时耗散；电阻系统，用于耗散在所述功率耗散模式期间在所述牵引电动机(108)中产生的电功率，所述电阻系统包含至少两个电阻栅电路(1202、1204)，所述改型系统包括电能存储系统(1502)，其电连接到所述牵引总线(122)并替代所述两个电阻栅电路(1202、1204)其中之一，所述电能存储系统(1502)包含储能装置(1604)，所述储能装置用于捕获所述牵引电动机(108)在所述功率耗散模式下产生的电能。2.如权利要求1所述的改型系统，其中所述电阻系统在具有两位开关(DB1、DB2或DB3)的电路中包含第一电阻栅(1202)，所述两位开关在所述功率耗散模式期间闭合并在所述电动机驱动模式期间断开，用于在所述牵引电动机(108)工作在所述功率耗散模式时耗散由所述牵引总线(122)电压确定的功率量，并且其中所述电能存储系统(1502)包括可变控制的电气开关(1506)，以在所述牵引电动机(108)工作在所述耗散模式时，调节所述电能存储系统(1502)中的功率存储，并将直流总线电压维持在期望的电压大小。3.如权利要求1所述的改型系统，其中所述电能存储系统(1502)包括第一存储装置(1508)，它连接到所述牵引总线(122)，用于存储电功率；第一辅助开关装置(1506)，它响应于在所述功率耗散模式期间在所述牵引电动机(108)中产生的动力制动电功率，用于有选择地将第一部分动力制动电功率传送到所述储能装置(1508)，以便作为二次功率存储；第二存储装置(1512)，它连接到所述牵引总线(122)，用于存储电功率；以及第二辅助开关装置(1510)，它响应于在所述功率耗散模式期间在所述牵引电动机(108)中产生的动力制动电功率，用于有选择地将第二部分动力制动电功率传送到第二存储装置(1510)作为二次功率。4.如权利要求3所述的改型系统，其中在所述牵引电动机(108)工作在电动机驱动模式时，二次功率被有选择地从第一存储装置(1508)和/或有选择地从第二存储装置(1512)传送到所述牵引电动机(108)，以增大所述一次电功率，并帮助推进所述非公路车辆(100)。5.如权利要求1所述的改型系统，其中所述非公路车辆(100)沿倾斜载重运输道路行驶，并且其中所述电能存储系统(1502)携带在所述车辆(100)上，并将捕获的电能传递到所述牵引电动机(108)，以在电动机驱动模式期间帮助推进所述非公路车辆(100)，并捕获所述电能存储系统(1502)中的电能，所述电能是在所述牵引电动机(108)工作在电动机驱动模式时由于碰撞以及在所述运输道路上遇到的其它崎岖地面而瞬间产生功率时产生的。6.如权利要求1所述的改型系统，其中所述电能存储系统(1502)包括电池系统。7.一种用于与现有非公路车辆(100)的推进电路结合的改型系统，使所述推进电路能够用作混合能量非公路车辆推进电路，所述现有推进电路具有功率转换器(104)，由提供一次电功率的引擎(102)驱动；牵引总线(122)，连接到所述功率转换器(104)，用于承载所述一次电功率；至少一个牵引电动机(108)，接收所述一次电功率，所述牵引电动机(108)具有电动机驱动操...

【专利技术属性】
技术研发人员：AK库马，HT杨，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]