混合动力车辆制造技术

本发明专利技术涉及车辆中的混合能量系统，所述混合能量系统包括自主供电装置且能够连接到沿着所述车辆的路线的外部供电设施，且所述车辆被布置成在自主供电模式和/或外部供电模式中运行。所述系统包括：第一高压电路(204；304)，其包括由第一电力转换器连接到能量存储系统(202；302)以推进所述车辆的第一牵引电动机(206；306)；第二高压电路(205；305)，其包括能够由第二电力转换器(212；312)连接到外部供电装置(203；303)以推进所述车辆的第二牵引电动机(210；310)；并且其中，所述第一高压电路(204；304)和所述第二高压电路(205；305)能够由在所述第一电力转换器和所述第二电力转换器(207、212；307、312)之间的第三电力转换器(214；314)连接。本发明专利技术还涉及一种运行所述混合能量系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及车辆的混合能量系统和运行该系统的方法，该混合能量系统包括自主供电装置且能够连接到沿着所述车辆的路线的外部供电设施。
技术介绍
近年来，已追求电动车辆和混合动力车辆的开发和商业化，所述电动车辆和混合动力车辆有效减少燃料消耗和诸如CO2的尾气。商用的电动车辆具有有限的范围，因为车辆中安装的电池的尺寸和容量受到限制。对于与电动机结合地设有内燃机或ICE的混合动力车辆来说，电能的供应还取决于车辆中安装的电池。因此，由于车辆中安装的电池的尺寸和容量的限制，这种车辆在电动模式中的巡航范围是有限的。因此，混合动力车辆必须将发动机和电动机结合使用，以确保长的巡航范围。另一方面，使用电能的轨道车辆的巡航范围不受限制，因为它们利用从架空电线或邻近于轨道的电轨接收的电力来运行。对于这种车辆，必须铺设轨道并管理它们，这需要高的建设成本和高的维护成本。因此，它们不适合在任意位置之间运输货物。而且，当轨道上存在障碍物时，或如果发生停电，车辆将延迟，直到问题被排除。上述问题的解决方案是利用从架空电线接收的电力来运行的车辆，例如，过去在许多城市中常用的“无轨电车”。在下文中，这种车辆将被称为集电式电动车辆(power-collectingelectricvehicles)。虽然这种车辆不需要轨道，但它们需要架空电线，并且，由于有限的电池容量，它们无法在未配备有架空电线的道路上运行。因此，它们不具有一般商用车辆的灵活性。迄今已开发了使这种集电式电动车辆能够在未配备有架空电线的道路上运行的技术。这种车辆配备有内燃机和用于推进的电动机，电动机由从架空电线接收的电力驱动，内燃机用于产生电力以运行该驱动电动机、用于将机械动力直接供应到车辆的驱动单元、或用于对车载电池充电。已通过将混合动力技术应用于集电式电动车辆来开发这种车辆。这种混合动力车辆例如已由SiemensAG公司在EU第七框架计划的框架内针对“电子高速公路(e-Highway)”概念而开发。混合动力集电式电动车辆的一个问题是这种车辆包括具有多个在不同电压下运行的部件的电路。该电路包括能够连接到架空电线的高压集电系统、以及混合电力系统，该混合电力系统包括电力电子部件以及可选的高压电池。这种布置结构需要使用电力转换器，该电力转换器允许车辆使用来自架空线路的高压。该电力转换器通常是能够处置架空电线中的相对高压(例如，500-700V)的直流/直流转换器。根据一个实例，混合动力车辆可包括高压集电系统和电力转换器，该电力转换器连接到混合动力推进系统中的一个或多个电动机，该混合动力推进系统包括能够连接到电动机的ICE。对于未设有蓄电池的混合动力车辆，电力转换器的尺寸必须设定为使得其连续额定值等于该推进系统的峰值功率要求，即，至少200-300kW。这种布置结构将用于主要使用ICE来运行的车辆。根据另一实例，混合动力车辆可包括高压集电系统和电力转换器，该电力转换器连接到蓄电池以及混合动力推进系统中的一个或多个电动机，该混合动力推进系统包括能够连接到电动机的ICE。对于设有蓄电池的混合动力车辆，电力转换器的尺寸可设定为使得其连续额定值等于该推进系统的平均功率要求，即，至少100-150kW。这种布置结构将用于主要使用集电系统来运行的车辆，其中，该ICE可用于对蓄电池充电。如以上实例所指示的，直接连接到高压集电系统的电力转换器要求所有电力都经过电力转换器。这招致了转换损耗且产生了需要冷却的热量，这会降低总系统效率并增加对车辆冷却系统的需求。此类电力转换器还将是相对大且昂贵的。本专利技术旨在解决上述问题，并提供一种具有可降低车辆制造成本的运行系统和集电器的混合动力车辆。本专利技术还旨在提供一种具有提高的总系统效率并引起减少的转换损耗及发热的混合动力车辆。
技术实现思路
通过所附权利要求中要求保护的混合能量系统来解决上述问题。在下文中，对于设有将电力供应给车辆的装置的道路网，将使用术语“电气道路系统”或ERS。下文的实例将针对供电装置包括架空电线的情形来描述。然而，本专利技术不限于传导式供电装置，也可使用感应式供电装置，所述传导式供电装置使用路面中或邻近于路面(例如VolvoTrucks提出的“电气化道路概念”中的)的架空电气化电线或轨道/轨线。将针对与公路卡车或牵引车相对的商用车辆来描述本发明，但本专利技术同样适用于非公路卡车/牵引车、大客车、建筑车辆或其它类型的作业车辆。下文还将参考电气部件的许多不同技术术语和实例，下面将简要地定义这些技术术语和实例。电压变动率是部件(例如，输电线路或配电线路)的发送端与接收端之间的电压大小变化的度量值。电压变动率描述了系统在大范围的负荷条件下提供几乎恒定的电压的能力。该术语可表示在各种负荷条件下导致或多或少的压降的被动属性，或表示出于调节电压的特定目的而对装置的主动干预。电力转换是将电能从一种形式转换为另一形式，在交流与直流之间转换，或仅改变电压或频率，或以上这些情形的某些组合。在此上下文中，通用的术语“电力转换器”被定义为用于转换电能的电气装置或机电装置。这可以是用于改变交流电电压的变压器，但该术语也表示用于将交流的一个频率转换为另一频率的一类电气机械。电力转换系统通常包括冗余和电压调节。一种将电力转换系统分类的方式是根据输入和输出是交流(AC)还是直流(DC)来进行。一种类型的电力转换器是直流-直流转换器或直流/直流转换器，它是将直流源从一个电压电平转换为另一电压电平的电子电路。直流/直流转换器使用现有的技术设计，其中，主要的拓扑类别是固定频率脉宽调制(PWM)和可变频率准谐振零电流开关(ZCS)。PWM在设计上可能稍微简单点，但PWM固有地在效率与运行频率之间进行权衡，效率与运行频率二者都是电动车辆(EV)或混合动力车辆(HEV)的重要参数。长期以来，都认为高频运行是在开关模式转换器中实现高功率密度的主要关键点(例如，较小的磁性特征、滤波器和电容器)之一。然而，对于固定频率开关模式转换器，开关损耗随着运行频率直接增加，从而导致限制可实现的功率密度的合适位置。通过使开关的每一次接通和关断在零电流下发生，可变频率转换器克服了频率障碍。固定频率与可变频率直流/直流转换器之间的另一个差异是噪声。再一次，EV/HEV的一个重要参数是开关所产生的噪声。PWM的硬开关比ZCS的本文档来自技高网...

【技术保护点】
车辆中的混合能量系统，所述混合能量系统包括自主供电装置且能够连接到沿着所述车辆的路线的外部供电设施，且所述车辆被布置成在自主供电模式和/或外部供电模式中运行，其特征在于，所述系统包括：第一高压电路(204、304)，所述第一高压电路(204、304)包括第一牵引电动机(206、306)，所述第一牵引电动机(206、306)由第一电力转换器连接到能量存储系统(202、302)，用于推进所述车辆；第二高压电路(205、305)，所述第二高压电路(205、305)包括第二牵引电动机(210、310)，所述第二牵引电动机(210、310)能够由第二电力转换器(212、312)连接到外部供电装置(203、303)，用于推进所述车辆；并且其中，所述第一高压电路(204、304)和所述第二高压电路(205、305)能够由在所述第一电力转换器(207、307)和所述第二电力转换器(212、312)之间的第三电力转换器(214、314)连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.06 US 61/862,5451.车辆中的混合能量系统，所述混合能量系统包括自主供电装置
且能够连接到沿着所述车辆的路线的外部供电设施，且所述车辆被布
置成在自主供电模式和/或外部供电模式中运行，其特征在于，所述系
统包括：第一高压电路(204、304)，所述第一高压电路(204、304)
包括第一牵引电动机(206、306)，所述第一牵引电动机(206、306)
由第一电力转换器连接到能量存储系统(202、302)，用于推进所述
车辆；第二高压电路(205、305)，所述第二高压电路(205、305)
包括第二牵引电动机(210、310)，所述第二牵引电动机(210、310)
能够由第二电力转换器(212、312)连接到外部供电装置(203、303)，
用于推进所述车辆；并且其中，所述第一高压电路(204、304)和所
述第二高压电路(205、305)能够由在所述第一电力转换器(207、307)
和所述第二电力转换器(212、312)之间的第三电力转换器(214、314)
连接。
2.根据权利要求1所述的混合能量系统，其特征在于，所述第一
电力转换器(207、307)和所述第二电力转换器(212、312)是直流/
交流电力转换器。
3.根据权利要求1或2所述的混合能量系统，其特征在于，所述
第三电力转换器(214、314)是直流/直流电力转换器。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，所述能量存储系统(202、302)是高压电池。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，所述自主供电装置包括连接到所述第一牵引电动机(206、306)
的内燃机。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，所述第二高压电路(205、305)能够连接到呈架空电线或轨道
形式的外部供电装置(203、303)。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，所述第一牵引电动机(206、306)和所述第二牵引电动机(210、
310)连接到各自的从动车轴。
8.根据权利要求1到6中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，所述第一牵引电动机(206、306)和所述第二牵引电动机(210、
310)连接到同一个从动车轴。
9.根据权利要求1到8中的任一项所述的混合能量系统，其特征
在于，可控开关(230、330)与所述第三电力转换器(214、314)并
联连接，且所述开关被布置成：当所述开关闭合时，所述开关旁通所
述第三电力转换器(214、314)。
10.一种用于运行车辆中的混合能量系统的方法，所述混合能量
系统包括：
-自主供电装置，且所述混合能量系统能够连接到沿着所述车辆
的路线的外部供电设施；
-第一高压电路(204、304)，所述第一高压电路(204、304)
包括用于推进所述车辆的第一牵引电动机(206、306)，所述第一牵
引电动机(206、306)由第一电力转换器(207、307)连接到能量存
储系统(202、302)；
-第二高压电路(205、305)，所述第二高压电路(205、305)
包括用于推进所述车辆的第二牵引电动机(210、310)，所述第二牵
引电动机(210、310)能够由第二电力转换器(212、312)连接到外
部供电装置(203、303)；
-并且其中，所述第一高压电路(204、304)和所述第二高压电

\t路(205、305)能够由第三电力转换器(214、314)和与第三电力转
换器并联的可控开关连接，所述第三电力转换器(214、314)和所述
可控开关在所述第一电力转换器(207、307)和所述第二电力转换器
(212、312)之间，
其特征在于，所述方法涉及在多个可选的模式中运行所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·韦斯特，理查德·谢拜什真，约翰·西蒙松，乔纳斯·斯托姆，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE