CN102574524A

CN102574524A - 电驱动车辆

Info

Publication number: CN102574524A
Application number: CN201080048302.6A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木正贵; 安田知彦
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-07-11
Also published as: US20120212047A1; AU2010312524A1; WO2011052655A1; JPWO2011052655A1; EP2495146A1

Abstract

提供具有电路结构简单能够价格便宜地实施并且长寿命的柴油机增压方式的电源电路的电驱动车辆。具有发动机(03)、通过发动机(03)驱动的发电机(04)、把对发电机输出(PR)进行整流得到的发电机电压(VR)以及对来自滑触供电线(10)的受电电力(PL)进行整流得到的滑触电压(VL)作为负载装置(12)的驱动电压的电源电路(30)、控制发动机(03)的驱动以及电源电路(30)内具备的多个开关器的开关的控制单元(20)。电源电路(30)对于整流发电机输出(PR)的第一整流单元(05)以及与其串联连接的第一开关器(S1)的组合，并联连接整流来自滑触供电线(10)的受电电力的第二整流单元(D1)以及与其串联连接的第二开关器(S2)的组合，并且对于第二开关器(S2)并联连接第三开关器(S3)。

Description

电驱动车辆

技术领域

本发明涉及在矿山用卡车等中使用的电驱动车辆，特别是涉及具备从滑触供电线接收滑触电力的受电部的电源电路的结构。

背景技术

在电驱动车辆的驱动方式中，具有把发动机的转矩机械地传递给车轮的机械式、通过发动机驱动发电机，使用发电机的输出电压驱动电动机的柴油机电动式、通过从滑触供电线接收的滑触电压驱动电动机的滑触式以及组合了柴油机电动式和滑触式的混合式(参照专利文献1、2)等。

专利文献2中记载的方式在混合式的驱动方式中，被称为柴油机增压方式，在车辆内部装配了具有用于得到发电机电压的两个整流器的电源电路，在仅通过发电机电压驱动电动机的柴油机模式中，串联连接这两个整流器，得到电动机驱动用直流电压，在通过发电机电压和滑触电压双方驱动电动机的柴油机增压模式下，在并联连接了这两个整流器后，对于该并联电路串联连接从滑触供电线接收的滑触电压，得到电动机驱动用直流电压。通过该柴油机增压方式，因为不需要高负载时所需的大型的发动机以及发电机，所以能够谋求电驱动车辆的小型化以及节约燃料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表平6-510418(FIG.1～FIG.4)

专利文献2：US6646360B2(FIG.6～FIG.7)

发明内容

发明要解决的问题

但是，专利文献2公开的柴油机增压方式的电源电路在车辆内部具备用于得到发电机电压的两个整流器、用于将这两个整流器串联或并联连接的多个开关器、以及用于把从滑触供电线接收的滑触电压与发电机电压串联连接的多个开关器，所以结构复杂，存在电源电路乃至电驱动车辆成为高成本的问题。

此外，该电源电路在把电路连接从与发电机电压串联连接了从滑触供电线接收的滑触电压的柴油机增压模式变更为仅把发电机电压提供给电动机的柴油机模式时，需要在通电状态下切断与整流器串联连接的开关器，所以存在该开关器的寿命显著降低的问题。作为该开关器，如果使用不容易因为通电状态下的切断而导致恶化的产品，则可以消除该不便，但是电源电路的成本相应地增加并非理想。

本发明是鉴于这样的现有技术的实情而提出的，其目的在于提供具有电路结构简单能够容易地实施并且长寿命的柴油机增压模式的电源电路的电驱动车辆。

本发明为了达成上述目的，提供一种电驱动车辆，其具有发动机、通过发动机驱动的发电机、把对发电机输出进行整流得到的发电机电压以及对来自滑触供电线的受电电力进行整流得到的滑触电压作为负载装置的驱动电压的电源电路、通过从电源电路输出的驱动电压驱动的负载装置、控制所述发动机的驱动以及所述电源电路内具备的多个开关器类的开关，把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式切换为仅把所述发电机电压提供给所述负载装置的柴油机模式或者把串联连接的所述发电机电压和所述滑触电压提供给所述负载装置的柴油机增压模式的控制单元，所述电源电路对于整流所述发电机输出的第一整流单元以及与其串联连接的第一开关器的组合，并联连接整流来自所述滑触供电线的受电电力的第二整流单元以及与其串联连接的第二开关器的组合，并且对于所述第二开关器并联连接第三开关器。

根据该结构，因为在电源电路中只具有一个用于整流发电机输出的第一整流单元，所以与在电源电路中具备两个整流器的情况相比，能够简化电源电路的结构。此外，因为电源电路的结构被简化，所以控制单元针对电源电路的控制也变得容易。

此外，本发明在上述结构中，作为所述第二整流单元，使用通电时的正向电压比所述第一整流单元小的整流单元。

根据该结构，在从柴油机增压模式向柴油机模式迁移时，从滑触供电线通过了第一整流单元的电流自动地换向经由第二整流单元，所以能够使发电机电流为零。由此，在确认发电机电流成为零之后，通过对需要的开关器进行开关操作，能够使发电机电压与滑触电压并联化。

此外，本发明在上述结构中，所述控制单元在把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式从所述柴油机模式切换为所述柴油机增压模式时，控制所述发动机的驱动，使所述发电机电压进行电压变动，暂时与所述第二整流单元的接通电压相同或者在其以下。

通过该结构，在使发电机电压进行电压变动使其临时与第二整流单元的接通电压相同或者在其以下的状态下，能够进行需要的开关器的打开动作，所以能够防止从柴油机模式向柴油机增压模式切换时的该开关器的损伤。此外，作为该开关器，因为不需要使用不容易因为通电状态下的切断而导致恶化的产品，所以还能够防止电源电路成本升高。

此外，本发明在上述结构中，所述控制单元在把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式从所述柴油机增压模式切换为所述柴油机模式时，控制所述发动机的驱动，使所述发电机电压进行电压变动，暂时与所述第二整流单元的接通电压相同或者在其以下。

通过该结构，在使发电机电压进行电压变动使其临时与第二整流单元的接通电压相同或者在其以下的状态下，能够进行需要的开关器的打开动作，所以能够防止从柴油机增压模式向柴油机模式切换时的该开关器的损伤。此外，作为该开关器，因为不需要使用不容易因为通电状态下的切断而导致恶化的产品，所以还能够防止电源电路成本升高。

此外，本发明在上述结构中，所述负载装置是电动机以及电动机驱动用逆变器，作为所述电动机驱动用逆变器，使用通过所述柴油机增压模式下的所述电动机的驱动电压效率最佳地进行驱动的电动机驱动用逆变器。

根据该结构，能够最大限度地引出电动机驱动用逆变器的性能，能够成为性能良好的电源电路。

此外，本发明在上述结构中，在从所述滑触供电线开始的受电电路上并联连接第三整流单元。

通过该结构，在受电弓从滑触供电线脱落时，把接收电路从经由滑触供电线切换为经由第三整流单元，所以能够维持向负载的电力供给。此时，通过对需要的开关器进行开关操作，能够把向负载供给电源的模式切换为柴油机模式。

此外，本发明在上述结构中，对所述第二整流单元并联连接了第四开关器。

根据该结构，通过把第二开关器以及第四开关器切换为闭合状态，能够使滑触电压成为负载电压。此时，滑触电流不流过第二整流单元，而是经由第二开关器以及第四开关器向负载供给，所以能够防止第二整流单元的流通损失。并且，如果没有第二整流单元的流通损失，则系统的冷却系统不需要冷却第二整流单元，所以能够提高系统效率。

发明效果

根据本发明，对于整流发电机输出的第一整流单元以及与其串联连接的第一开关器的组合，并联连接整流来自所述滑触供电线的受电电力的第二整流单元以及与其串联连接的第二开关器的组合，并且对于第二开关器并联连接第三开关器来构成电源电路，所以在电源电路中具有一个用于整流发电机输出的第一整流单元即可，与在电源电路中具备两个整流器的情况相比，能够简化电源电路的结构，能够谋求电驱动车辆的低成本。因为使电源电路的结构简化，所以控制单元的控制也变得容易，能够避免在从柴油机模式向柴油机增压模式切换时，或者从柴油机增压模式向柴油机模式切换时的开关器的通电切断，能够防止该开关器的损伤，乃至使电驱动车辆的维护变得容易。

附图说明

图1表示实施例1的电驱动车辆的电气系统。

图2是表示从柴油机模式向柴油机增压模式迁移时的各种开关器类的操作顺序的流程图。

图3是表示从柴油机模式向柴油机增压模式迁移时的电压值的变化以及电流值的变化的曲线图。

图4是表示从柴油机增压模式向柴油机模式迁移时的各种开关器的操作顺序的流程图。

图5是表示从柴油机增压模式向柴油机模式迁移时的电压值的变化以及电流值的变化的曲线图。

图6表示作为实施例1的电驱动车辆的负载装置，具备电动机以及电动机驱动用逆变器的例子。

图7表示实施例2的电驱动车辆的电气系统。

图8表示实施例3的电驱动车辆的电气系统。

具体实施方式

以下针对每个实施例说明本发明的电驱动车辆的实施方式。在以下的各个实施方式中，以柴油机电动方式的电驱动车辆为例来进行说明，但是还可以用于使用蓄电池积蓄的电力驱动负载装置的类型的电驱动车辆。

(实施例1)

如图1所示，在实施例1的电驱动车辆中，主要由以下构成：发动机(柴油发动机)03、通过发动机03驱动的发电机04、把整流发电机输出PR得到的发电机电压VR以及整流来自滑触供电线10的受电电力PL得到的滑触电压VL作为负载装置12的驱动电压的电源电路30、控制发动机03的驱动以及电源电路30内具备的多个开关器的开关，把向负载装置12供给驱动电压的供电模式切换为仅采用发电机电压VR的柴油机模式或者采用串联连接的发电机电压VR和滑触电压VL的柴油机增压模式的控制单元(CTU)20。

电源电路30由以下构成：整流发电机输出PR的二极管桥(第一整流单元)05、与滑触供电线10物理接触受理的受电弓11、在过电流从滑触供电线10向受理电路通电时切断该受电电路的切断器BR、把来自滑触供电线10的受电电力PL与内部电路连接的开关器CT、在仅把二极管桥05的输出提供给负载装置12时闭合的第三开关器S3、用于把作为来自滑触供电线10的受电电压的滑触电压VL和发电机电压VR串联连接的第一开关器S1、对于二极管桥05和第一开关器S1的组合并联连接的二极管(第二整流单元)、与其串联连接的第二开关器S2、检测发电机电压VR的发电机电压检测器06、检测发电机电流IR的发电机电流检测器07、检测滑触电压VL的滑触电压检测器08、检测滑触电流IL的滑触电流检测器09。

二极管桥05可以由半导体开关元件构成的全桥变换器代替，二极管D1还可以由半导体构成的反向阻断流通开关元件代替。作为第二整流单元D1，在从柴油机增压模式向柴油机模式切换时，为了使从滑触供电线10通过了第一整流单元05的电流自动地换向经由第二整流单元01，使用通电时的正向电压小于第一整流单元05的整流单元。

图中的符号IL、VL、PL是从滑触供电线10接收的滑触电压、滑触电流、滑触电力，ID1是流过二极管D1的电流，IR、VR、PR是二极管桥05的输出电流、输出电压、输出。二极管桥05的输出是整流发电机04的输出后的输出，在本说明书中，把这些电流IR、电压VR、输出PR分别称为发电机电压、发电机电流、发电机输出。此外，负载装置12是直流负载，Vd是直流电压，Id是直流电流，Pd表示负载。

控制单元20输入通过发电机电压检测器06检测的发电机电压VR、通过发电机电流检测器07检测的发电机电流IR、通过滑触电压检测器08检测的滑触电压VL以及滑触电流检测器09检测的滑触电流IL，控制发动机03的驱动、发电机04的驱动、第一至第三开关器S1、S2、S3的开关、切断器BR以及开关器CT的开关。

根据图1可知，本发明的主要的特征是对于二极管桥05和第一开关器S1的组合，并联配置了作为整流单元的二极管D1和第二开关器S1。

以下，使用图2、图3说明从仅利用发电机电压VR的柴油机模式向使发电机电压VR与滑触电压VL串联来向负载装置12供电的柴油机增压模式迁移的顺序。

图2的步骤0是柴油机模式，因为向负载装置12仅提供二极管桥05的输出，所以第三开关器S3为闭合，第一开关器S1、第二开关器S2以及开关器CT为打开状态，发电机电压VR例如是2000V。此时，发电机电压VR与向负载装置12的施加电压Vd相等(图3的(1))。

从该状态开始，当对控制单元20输入了柴油机增压模式开始命令时，转移到步骤1，使受电弓11与滑触供电线10接触，使切断器BR、开关器CT以及第二开关器S2闭合。此时，控制单元20可以检测从滑触供电线10供给的滑触电压VL例如为1600V。但是，相对于二极管D1的阳极侧的电压为1600V，阴极侧为2000V，所以二极管D1成为逆偏压状态，在第二开关器S2中不流过电流。即不流过滑触电流IL。此外，第一开关器S2维持打开状态。

然后，转移到步骤S2，为了使滑触电压VL与发电机电压VR的电压差反相，从当前的2000V向0V降低发电机电压VR(图3的(2))。在发电机电压VR下降到1600V之前，二极管D1与步骤1相同为逆偏压状态，所以不流过电流。即，不流过滑触电流IL。

在发电机电压VR成为1600V以下时，转移到步骤S3，二极管D1的阳极电压成为1600V，阴极电压成为1600V以下，所以二极管D1成为通电状态，滑触电流IL经由二极管D1以及第二开关器S2被提供给负载装置12。

另一方面，在二极管桥05中不流过发电机电流IR，所以控制单元20在确认电流零后，打开第三开关器S3。在该状态下，向负载装置12仅提供来自滑触线的电力。即，负载装置12的施加电压Vd成为滑触电压VL(图3的(3))。

接着，转移到步骤4，进入到使发电机电压VR与滑触电压VL串联的步骤。为了使0V状态的发电机输出VR与二极管D1并联，使第一开关器S1闭合。此外，使发电机电压VR上升到目标800V。当增大发电机电压VR时，对二极管D1施加逆偏压，所以二极管ID1成为零，在确认电流零之后，打开第二开关器S2。因此，滑触电流IL在二极管桥05中流通。

如果发电机电压VR成为800V，则向负载12施加的电压Vd通过加上滑触电压1600V成为2400V，在柴油机增压模式中，可以增大向负载装置12施加的电压。此外，滑触电流IL与发电机电流IR相等，成为负载电流Id，所以滑触电力PL与发电机输出PR的比等于电压差，PL∶PR＝2∶1。因此，即使发电机输出PR等于柴油机模式，在柴油机增压模式下能够向负载12提供发电机输出3倍的电力(图3的(4))。在此，使负载电压为2400V的原因在于，例如在负载装置12为额定4500V的半导体开关元件构成的逆变器和通过所述逆变器驱动的驱动电动机，作为逆变器的串联电压，理想的为2000V至2600V左右。相反，当使滑触电压VL＝1600V直接成为逆变器的串联电压时，在使用同一输出从逆变器向与逆变器连接的电动机供电时，与电压2400V时相比，需要大电流，需要在逆变器以及电动机的设计上应对大电流。通过使用本发明的应对柴油机增压的滑触电源供给电路，能够避免上述逆变器以及电动机应对大电流。

然后，使用图4以及图5说明从柴油机增压模式向柴油机模式的返回顺序。

图4的步骤0是柴油机增压模式，切断器BR、开关器CT以及第一开关器S1为闭合状态，第二开关器S2以及第三开关器S3成为打开状态。

从该状态开始，当对控制单元20输入了柴油机增压模式解除命令时，转移到步骤1，降低发电机电压VR使其成为0V(图5的(1))。

然后，转移到步骤S2，在确认发电机电压VR为0V后，使第二开关器S2闭合。发电机输出VR为0V的二极管桥05是最低串联连接了两个二极管的状态，正向电压大于一个二极管或者在并联状态下构成的二极管D1。因此，从滑触供电线10通过了二极管桥05的滑触电流IL换向经由二极管D1，发电机电流IR成为零。在确认发电机电流IR成为零后，使第一开关器S1打开，使第三开关器S3闭合。结果，滑触电压VL与发电机电压VR并联(图5的(2))。但是，因为发电机电压VR为零，所以在第三开关器S3中不流过电流。

然后，转移到步骤3，使发电机电压VR上升到滑触电压VL的1600V以上(图5的(3))。在发电机电压VR超过1600V之前，不流过发电机电流IR。当超过了1600V，把向负载装置12的电力供给从来自滑触供电线10的电力供给切换为来自二极管桥05的电力供给。

在滑触电流IL成为零的步骤4中，在落下受电弓11后，使切断器BR、开关器CT、第二开关器S2打开。此外，在发电机电压VR达到2000V的时刻(图5的(4))，向柴油机模式的转移完成。

在本实施例中，如上所述，关于包含与发电机输出VR串联连接的第一开关器S1的全部的开关器，可以在流通电流成为零的状态下将其打开。因此，能够延长开关器的寿命，结果，能够简化电源电路30以及装配了该电源电路30的点驱动车辆的维护。

图6表示作为图1的负载装置12具备电动机14以及电动机用逆变器13的系统。在本例中，具备两个电动机14，通过专门的逆变器13驱动各个电动机14。逆变器13的直流电压是共通的，之前说明的负载装置12的直流电压成为逆变器13的直流电压。在图6中，表示了具备两个电动机的例子，但是电动机14以及电动机驱动用逆变器13还可以为一组。此外，逆变器13例如由额定4500V的开关元件构成，逆变器13的直流电压在2400V～2600V的程度为恰当。因此，在滑触电压为1400V～1600V的程度时，逆变器直流电压与滑触电压的比例为1.5倍以上。逆变器的直流电压在比滑触电压大1.5倍以上时，能够引发逆变器的性能，所以希望在柴油机增压模式下从滑触线接收电力。

(实施例2)

如图7所示，在本发明的第二实施例中与第三开关器S3并联设置第二二极管D2，能够应对受电弓11的脱落。

本例子的电驱动车辆在柴油机增压模式下，对二极管D2逆偏压地施加滑触电压VL，所以在二极管D2中不流过电流。但是，在受电弓11意外地从滑触供电线10分离，脱落的状态下，在实施例1的电路中因为电流的电路打开，直到将第三开关器S3闭合为止，无法对负载装置12供给电力。对此，在本实施例中，在受电弓脱落时，电流电路从经由滑触供电线切换为经由二极管D2，所以不会在中途切断电力供给。在检测到脱落后，使第三开关器S3闭合，使发电机输出VR与柴油机模式相同为2000V，供给电力降低，但是能够维持电力供给地返回通常状态。因此，在负载装置12为电动机驱动电路时，能够避免转矩为零，不会使电驱动车辆停止地转移到柴油机模式。

(实施例3)

如图8所示，在本发明的第三实施例中，与二极管D1并联地设置第四开关器S4，能够实现将滑触电压VL作为负载装置12的直流电压的直接模式。

在本实施例中，使切断器BR、开关器CT、第四开关器S4以及第二开关器S2闭合，由此能够将滑触电压VL作为负载电压Vd。但是，在负载为由额定4500V的半导体开关元件构成的逆变器时，希望从滑触线供给2400V～2600程度的电压。

本实施例的特征为，在直接模式中，滑触电流IL不流过二极管D1，经由第四开关器S4提供给负载装置12，所以能够防止在二极管D1中的流通损失。如果没有二极管D1的流通损失，则在直接模式中，系统的冷却系统不需要冷却二极管D1，所以能够提高系统效率。

产业上的应用

本发明能够用于矿山用卡车等具备从滑触供电线接收滑触电力的电源电路的电驱动车辆。

符号说明

03发动机；04发电机；05二极管桥；06发电机电压检测器；07发电机电流检测器；08滑触电压检测器；09滑触电流检测器；10滑触供电线；11受电弓；12负载装置；13逆变器；14电动机；20控制单元；30电源电路；D1第一二极管；D2第二二极管；S1第一开关器；S2第二开关器；S3第三开关器；S4第四开关器；BR切断器；CT开关器

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电驱动车辆，其具有发动机、通过发动机驱动的发电机、把对发电机输出进行整流得到的发电机电压以及对来自滑触供电线的受电电力进行整流得到的滑触电压作为负载装置的驱动电压的电源电路、通过从电源电路输出的驱动电压驱动的负载装置、控制所述发动机的驱动以及所述电源电路内具备的多个开关器的开关，把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式切换为仅把所述发电机电压提供给所述负载装置的柴油机模式或者把串联连接的所述发电机电压和所述滑触电压提供给所述负载装置的柴油机增压模式的控制单元，所述电驱动车辆的特征在于，

所述电源电路对于整流所述发电机输出的第一整流单元以及与其串联连接的第一开关器的组合，并联连接整流来自所述滑触供电线的受电电力的第二整流单元以及与其串联连接的第二开关器的组合，并且连接在使用所述第一整流单元的输出向所述负载装置供电时关闭的第三开关器。

2.根据权利要求1所述的电驱动车辆，其特征在于，

作为所述第二整流单元，使用通电时的正向电压比所述第一整流单元小的整流单元。

3.根据权利要求1至2的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

所述控制单元在把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式从所述柴油机模式切换为所述柴油机增压模式时，控制所述发动机的驱动，使所述发电机电压进行电压变动，暂时与所述第二整流单元的接通电压相同或者在其以下。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

所述控制单元在把向所述负载装置供给驱动电压的供电模式从所述柴油机增压模式切换为所述柴油机模式时，控制所述发动机的驱动，使所述发电机电压进行电压变动，暂时与所述第二整流单元的接通电压相同或者在其以下。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

所述负载装置是电动机以及电动机驱动用逆变器，作为所述电动机驱动用逆变器，使用通过所述柴油机增压模式下的所述电动机的驱动电压效率最佳地进行驱动的电动机驱动用逆变器。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

在从所述滑触供电线开始的受电电路上并联连接第三整流单元。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

对所述第二整流单元并联连接了第四开关器。

Claims

所述电源电路对于整流所述发电机输出的第一整流单元以及与其串联连接的第一开关器的组合，并联连接整流来自所述滑触供电线的受电电力的第二整流单元以及与其串联连接的第二开关器的组合，并且对于所述第二开关器并联连接第三开关器。

2.根据权利要求1至3的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

3.根据权利要求1至4的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

4.根据权利要求1至4的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

5.根据权利要求1至6的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

6.根据权利要求1至7的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

7.根据权利要求1至8的任意一项所述的电驱动车辆，其特征在于，

对所述第二整流单元并联连接了第四开关器。