[發明專利]消除滑觸操作過程中電驅動機器的燃料使用的方法和設備

有效

• 申請號: 201280060663.1
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103974864B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: M·亨德里克森;E·魯斯;D·吉爾默
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: B60W10/08
• 分類號: B60W10/08;B60W20/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 蘇娟

技術領域

本發明總體涉及電驅動機器的操作，更具體地涉及消除滑觸操作和動態制動過程中燃料消耗的系統和方法。

背景技術

用于機器的電驅動系統通常包括以希望轉矩選擇性地致動至少一個馬達的功率回路。馬達通常連接到輪或操作以推進機器的其他牽引裝置。電驅動系統包括原動機，例如驅動發電機的內燃發動機。發電機產生用來驅動馬達的電功率。在機器被推進時，通過發動機產生的機械功率在發電機處被轉換成電功率。此電功率通常在供應到馬達之前被處理和/或調節。馬達將電功率轉換回機械功率以驅動輪并推進車輛。具有電驅動系統的一些機器在一些操作模式過程中采用外部功率源。這種機器例如可以是電驅動礦用卡車。在這種機器在滿載推進并連接到滑觸系統時，功率饋送到推進馬達并轉換成機械功率以驅動機器。

機器在一種操作模式中減緩，在此模式過程中，操作者希望使得機器減速。為了在此模式中使機器減緩，來自發動機的功率被減小。典型機器還可包括維護制動器和用于使得機器減速和/或停止的其他減緩機構。隨著機器減速，機器的動能經由輪的轉動被傳輸到馬達。馬達用作發電機以便將機器的動能轉換成供應到驅動系統的電能。此電能通常在電網上消散(浪費)、存儲在例如電池或電容器的可充電電池內以隨后使用或者部分用來為例如冷卻減緩柵極的吹風機的輔助部件供能。

一些機器(例如一些混合機器)被構造成在操作的減緩模式過程中將馬達提供的電能存儲在能量存儲裝置或電池中以隨后使用。存儲的能量用來在操作的空閑模式或推進模式過程中為輔助裝置和/或驅動馬達供能，以使發動機涉及最小化并減小燃料消耗。雖然這種存儲構型可在減緩模式過程中減小燃料消耗，添加到車輛的額外重量實際上會在推進模式過程中增加燃料消耗。應用存儲構型還尤其引入了顯著成本和技術局限性。

存儲構型的有利替代用來簡單地經由電阻和絕緣體的動態制動減緩柵極以熱量形式浪費掉能量。為了使過熱最小化，具有電驅動吹風機的柵極冷卻系統通常用來幫助消散來自減緩柵極的熱量。吹風機馬達通過廢棄能量供能，使得發動機不需要冷卻減緩柵極。但是，減緩柵極構型引入多種控制局限。尤其是，這些構型在不提供顯著制動力的情況下妨礙柵極冷卻系統操作。更具體地，由于柵極冷卻系統在減緩模式過程中只通過由馬達供應的廢棄能量供能，在不從發動機吸收大量功率并消耗柴油燃料的情況下，一旦機器離開減緩模式，柵極冷卻系統不能操作。這些系統容易受到溫度過量條件或一旦吹風機關閉則減緩柵極的電阻元件和絕緣體溫度急劇增加的條件的影響。另外，在低功率減緩模式中，或在減緩布置以小于標稱功率操作時，驅動系統的公用DC總線會由于相對大的減緩需求而崩潰。另外，這些系統也需要發動機以較低RPM操作，并可以減小燃料消耗，但是發動機還需要操作其他輔助裝置(即寄生負載)。

將在操作的減緩模式或制動模式過程中從馬達產生的電能或再生能量重新引導返回發動機的控制系統對于本領域普通技術人員已知為減少燃料消耗和改進效率的措施。一些現有的控制系統包括在動態制動過程中將牽引馬達產生的功率饋送返回到主要交流發電機以轉動發動機的驅動系統。但是，這種系統的減緩柵極和柵極冷卻機構鏈接到相同總線，并且因此不能獨立控制。另外，所有這些系統特別需要轉換開關的轉換以便在動態制動模式過程中重新引導功率到發動機。

因此，需要一種消除操作的某些推進模式過程中和動態制動模式過程中燃料消耗的驅動系統和方法。具體地，需要一種在動態制動模式過程中自動和更有效地將牽引馬達產生的功率重新引導到發動機的電驅動系統和方法。還需要一種提供獨立于相關減緩柵極的控制的柵極冷卻系統的控制的電驅動系統和方法。

發明內容

在本發明的一個方面，公開一種用于機器的驅動系統，機器具有聯接到發電機的發動機、操作地聯接到驅動輪的馬達和輔助裝置。驅動系統包括聯接到發電機和馬達中的每個的逆變器回路和聯接到發電機和輔助裝置中的每個的輔助驅動器。滑觸驅動布置聯接到逆變器回路并被構造成在滑觸推進模式中將外部功率自動連通到馬達和發動機，并且在動態制動模式中將來自馬達的功率自動連通到發動機和滑觸驅動布置，以便消除滑觸推進和動態制動模式過程中的燃料消耗。