CN103119836A - 减速栅格冷却系统和控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减速栅格冷却系统和控制。提供一种用于具有多个电阻器（120）和绝缘体（122）的减速栅格（118）的冷却系统（100）。该冷却系统（100）可以包括配置成有源地冷却减速栅格（118）的鼓风机（130）以及配置成选择性地启动鼓风机（130）的控制器（134）。控制器（134）可以基于减速栅格（118）的电阻器（120）和绝缘体（122）的热特性启动鼓风机（130）。热特性可以包括当前电阻器温度和预计绝缘体温度。

Description

减速栅格冷却系统和控制

技术领域

本公开总体上涉及减速组件，且更具体而言涉及用于冷却减速栅格（retarding grid）的系统和方法。

背景技术

机器的电驱动系统通常包括以所需扭矩选择性地激励电动机的电源电路。电动机通常连接到用于推进机器的轮子或其他牵引设备。混合驱动系统包括原动机，例如，驱动发电机的内燃机。发电机产生用于驱动电动机的电力。当机器被推进时，引擎产生的机械功被发电机转换成电力。该电力通常在被提供到电动机之前被处理和/或调节。电动机将电力转变回机械功以驱动轮子和推进车辆。

机器在操作员希望使机器减速的操作模式中减速。为了以这种模式使机器减速，来自引擎的功减小。典型的机器还包括刹车和一些类型的减速机构以使机器减速和/或停止。当机器减速时，机器的动量经由轮子的旋转传输到电动机。电动机用作发电机以将机器的动能转换成被提供到驱动系统的电力。这种电能可以通过存储、浪费或系统的其他任意消耗形式消散以吸收机器的动能。

典型的电学减速组件或减速栅格包括一系列电阻器和绝缘体，当电流经过电阻器时通过这些电阻器和绝缘体消散热能。由于机器部件的尺寸和所阻滞的动量的大小，大量热能可能通过电阻器和绝缘体消散，这明显升高了其温度。因此，在过去提出利用有源冷却系统（诸如使用风扇或鼓风机的强制对流）的各种解决方案以降低这些设备的温度。使用风扇或鼓风机的已知系统包括产生在电阻器和绝缘体上方经过的气流的电驱动风扇。这种电动机通常由电学信号驱动，该电学信号直接或间接地由机器的控制系统控制。

作为用于更有效地消散来自减速组件的热的装置，用于驱动风扇或鼓风机的控制系统对于本领域技术人员是已知的。例如，Kumar等人的美国专利申请No.2009/0293760公开了用于栅格鼓风机的驱动系统，该驱动系统基于栅格电阻器的温度变化以及各种其他车辆操作参数控制栅格鼓风机。尽管这种驱动系统考虑栅格电阻器的温度变化，这些系统不考虑栅格绝缘体的温度变化。减速栅格的绝缘体温度倾向于在鼓风机关闭时出现不均匀分布或热点以及温度突增，或过冲。源于这种热点或过冲条件的绝缘体温度可能远远超过允许的阈值且通过当前现有冷却控制装置和相关温度监测器仍不可检测。

发明内容

在本公开的一个方面中，提供一种用于具有多个电阻器和绝缘体的减速栅格的冷却系统。该冷却系统包括鼓风机和控制器。鼓风机配置成有源地冷却减速网格。控制器配置成基于减速栅格的电阻器和绝缘体的热特性选择性地启动鼓风机。热特性包括当前电阻器温度和预计绝缘体温度。

在本公开的另一方面中，提供一种用于具有多个电阻器和绝缘体的减速栅格的冷却系统的备选实施例。该冷却系统包括接口电路和控制器。接口电路耦合到一个或更多开关。所述开关能够选择性地启动减速栅格和鼓风机。控制器配置成与接口电路通信。控制器还配置成根据电阻器和绝缘体的热特性产生指示所需散热水平的控制信号。热特性包括当前电阻器温度和预计绝缘体温度。

在本公开的另一方面中，提供冷却机器的减速组件的方法。机器包括减速栅格和鼓风机。减速栅格包括多个电阻器和绝缘体。该方法确定电阻器和绝缘体的当前温度、确定绝缘体的预计温度、根据当前电阻器温度和预计绝缘体温度确定所需散热水平，且根据所需散热水平启动减速栅格和鼓风机。

附图说明

图1是应用于机器的减速组件的冷却系统的示例性实施例的示意图；

图2是应用于另一减速组件的另一示例性冷却系统的示意图；

图3是用于冷却减速组件的示例性方法的流程图；以及

图4是用于冷却减速组件的示例性方法的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考特定实施例或特征，其示例在附图中示出。一般地，贯穿附图相应的附图标记表示相同或相应部件。

图1示意性示出应用于诸如越野卡车的电驱动机器104的减速组件102的示例性冷却系统100。除了减速组件102，典型的电驱动机器104可以包括引擎106、发电机108、整流器电路110、逆变器电路112、电动机114以及一个或更多最终的驱动轮116。减速组件102可以布置在逆变器电路112的输出处。冷却系统100可以与减速组件集成且也布置在逆变器电路112的输出处。

在加速期间或在机器104被推进时，如实线箭头所示，功可以从引擎106传输到驱动轮117以引起运动。具体而言，引擎106可以向发电机108产生输出扭矩，该发电机108进而将机械扭矩转换成电力。电力可以以交流（AC）电力形式产生，该交流电力可以通过整流器电路110转换成直流（DC）电力。经整流的DC电力可以再次被逆变器电路112转换成AC电力。如现有技术中所公知，AC电力然后可以用于驱动一个或更多电动机114以及驱动轮116。

在减速期间或当要阻碍机器104的运动时，通过驱动轮116处的机械旋转产生功，且该功被导向减速组件102，如虚线箭头所示。具体而言，运动机器104的动能可以在驱动轮116处转换成旋转功。驱动轮116的旋转还可以旋转电动机114从而例如产生AC电力形式的电力。逆变器电路112可以是配置成将电动机114提供的电力转换成DC电力的桥逆变器。电动机114产生的DC电力的耗散可以在驱动轮116产生反旋转扭矩以使机器104减速。这种耗散可以通过使得逆变器112提供的所产生的电流经过电阻（诸如所示的减速组件102）实现。

图2示出可以用于耗散电动机104产生的电力的减速组件102的一个示例性实施例。如现有技术所公知，减速组件102至少可以包括电阻元件或电阻器120以及绝缘体122的第一减速栅格118。电阻器120可以配置成经由一个或更多开关或开关电路124从逆变器电路112接收电流。相关联的绝缘体112可以用于接收从电阻器120辐射的任何热。当开关电路124闭合时，对应于电动机114产生的电流的电力至少可以部分地经过第一减速栅格118且作为热被消散。过剩的电力也可以通过可选的第二减速栅格126作为热被消散。第二减速栅格126可以类似地包括配置成经由断路器电路128接收电力且以热消散电力的第二组电阻器120和绝缘体122。断路器电路128可以用于选择性地使所形成的电力的一部分通过第二减速栅格126。

在减速操作模式中，相当大量的能量可以通过第一减速栅格118消散，该能量可以转换成经过电阻器120的相当大量的电流。这种能量的耗散可以导致在减速组件102发出相当大量的热。因此，可以提供鼓风机130、风扇或用于提供有源冷却的任意其他合适装置，以去除过剩热并防止过热条件。鼓风机130可以由逆变器、鼓风机电动机132等驱动，且可以配置成至少对流冷却第一减速栅格118。尽管可以存在可用于驱动鼓风机电动机132和鼓风机130的很多不同替代方案，在图2的特定实施例中，鼓风机电动机132可以配置成从第一减速栅格118的一部分上的电压减小的位置抽取电力，使得当电压施加于第一减速栅格118时，例如，在减速操作模式期间，鼓风机130被启动。

减速组件102的整体控制可以通过嵌入或集成到机器104的控制中的控制器134管理。控制器134可以使用处理器、微处理器、控制器、微控制器、电子控制模块（ECM）、电子控制单元（ECU）或用于电子地控制机器104的功能的任意其他合适的装置中的一种或多种实现。控制器134可以配置成根据预定算法或指令集操作，该预定算法或指令集用于基于机器104的各种操作条件控制减速组件102。这种算法或指令集可以被读入或合并到计算机可读存储介质中。例如，控制器134可以包括布置在控制器134上和/或作为控制器134的外部部件的存储器136。如本领域所公知，存储器136例如可以采用软盘、硬盘、光学介质、RAM、PROM、EPROM或任意其他合适的计算机可读存储介质的形式。

控制器134可以通过提供一个或更多输入和/或输出端口140的接口电路138电子地耦合到减速组件102。控制器134还可以提供辅助输入142，控制器134可以通过该辅助输入142监视机器104的各种操作参数。通过端口140，控制器134能够提供向减速组件102的不同部件提供输入以及启动或禁用后者。控制器134还能够经由端口140从减速组件102的各个部件接收信号且确定其状态。此外，控制器134能够与第一减速栅格118、开关电路124、第二减速栅格126、断路器电路128、鼓风机130、鼓风机电动机132等中的一个或更多个电子地通信。

在备选应用中，减速组件102可以提供为例如组合了第一减速栅格118、开关电路124、鼓风机130、鼓风机电动机132等的一个套件、包或模块。在一个这种应用中，控制器134可能不能与减速组件102的部件中的每一个通信，而是例如仅能够通信访问与第一减速栅格118相关的开关电路124。例如，图2的控制器134能够经由到开关电路124的连接，选择性地启动或禁用第一减速栅格118和/或鼓风机130。控制器134还能够经由到断路器电路128的连接，选择性地启动或禁用第二减速栅格126。

现在参考图3的流程图，公开用于冷却减速组件102的示例性方法。此处公开的方法可以实施为算法或程序代码集，通过该算法或程序代码集，控制器134可以配置为操作。基于图3的方法，在步骤200中，控制器134可以最初地或连续地监视各种操作参数以确定机器104是否处于减速模式。控制器134也可以响应于机器104的操作员的手动控制的位移，通过辅助输入142接收减速命令。减速命令可以附加地或作为替代地从控制器134或者监视或管理机器104的速度的机器104的任意其他控制器（例如，速度管理器或限速器）内部产生。

一旦确认了减速操作模式，在步骤202中，控制器134可以开始确定至少第一减速栅格118的电阻器120和绝缘体122的当前温度。在很多情况中，电阻器120和绝缘体122的温度不容易通过控制器134得到或感测。在这种情况中，如图4中示意性示出，可以使用对应于热模型300的算法预先编程控制器134。热模型300可以提供将机器104的各种操作条件与电阻器120和绝缘体122的相应热特征相关联的一系列预定约束和关系。热模型300例如可以监视栅格电力（grid power）、背景温度、大气压、引擎速度、第一减速栅格118的状态以及与减速组件102的温度相关的任何其他参数。使用热模型300作为参考且基于在任意特定时刻检测到的一个或更多操作参数，控制器134可以预测当前电阻器温度以及当前绝缘体温度。基于一个或更多操作参数，热模型300还可以估计鼓风机130的速度或施加到第一减速栅格118的对流速度。

尽管热模型300可以以一定精度预测绝缘体122的当前温度，它可能不能解决绝缘体122的不一致的热特性的问题。例如，热模型300估计的当前绝缘体温度可能仅反映第一减速栅格118的绝缘体122的平均温度。在减速栅格118上存在不均匀绝缘体温度分布时，这种平均不能充分考虑特别热的绝缘体122或热点。这种平均温度还可能忽略不充分的鼓风机速度条件和/或温度过冲条件，其中当鼓风机130关闭时绝缘体温度突然增加。

因此，如在图3的步骤204中，控制器134可以配置成确定至少第一减速栅格118的绝缘体122的更精确的估计或预计温度。更具体而言，控制器134可以向在步骤202中由热模型300提供的当前绝缘体温度应用过冲余量和/或热点余量。如图4示意性示出，可以通过具有热管理策略302的算法确定所述余量。热管理策略302可以使用机器104的各种操作条件和理想绝缘体温度极限之间的已知关系预先编程。热管理策略302例如可以观察电阻器120的当前温度、绝缘体122的当前温度、鼓风机130的估计速度以及与绝缘体温度相关的任何其他参数。使用预先编程的关系作为参考，控制器134可以确定应用于当前绝缘体温度的余量的大小。例如，热管理策略302可以配置控制器134以将预先编程的关系映射到对应于过冲和/或热点余量的大小的一系列标量值。这些标量值然后可以应用于热模型300提供的当前绝缘体温度以得出预计绝缘体温度。

一旦当前电阻器温度和预计绝缘体温度被确定，在步骤206中，控制器134可以确定所需散热水平。如图4的比较阶段304也所示，控制器134可以将当前电阻器温度和预计绝缘体温度中的每一个与相应预先编程的阈值进行比较。在图4的实施例中，例如，控制器134可以确定第一减速栅格118的电阻器120的当前温度是否超过第一预定温度阈值304，以及第一减速栅格118的绝缘体122的预计温度是否超过第二预定温度阈值304b。如果阈值中没有一个被超过，则控制器134可以退出比较阶段304且返回到监视机器104的操作参数和减速组件102的温度。如果任一个阈值被超过，则控制器134可以开始冷却操作模式或冷却阶段306。在备选实施例中，控制器134可以采用逻辑和不同阈值的不同组合，由此开始冷却阶段306。

如果在比较阶段304期间阈值中的一个或更多个被超过，则控制器134可以前进到冷却阶段306且在步骤208中开始输出指示所需散热水平的控制信号。具体而言，控制器134可以向对应于第一减速栅格118的开关电路124输出控制信号，从而启动鼓风机电动机132和鼓风机130以进行冷却。基于机器104需要的减速幅度，控制器134可以附加地启动对应于第二减速栅格126的断路器电路128。在启动的实施例中，控制器134还可以配置成直接向鼓风机130或鼓风机监视器132输出控制信号。

工业适用性

一般地，上述公开在诸如建筑和采矿工业的各种工业中具有实用性，用于在诸如反铲装载机、压土机、伐木机、林业机械、工业装载机、滑移式装载机、轮式装载机等工作车辆和/或机器中提供更有效的冷却。适于使用公开的系统和方法的一种示例性机器是诸如自动倾卸卡车的大型越野卡车。示例性越野卡车通常在采矿、建筑工地和挖掘中使用。越野卡车可以具有100吨或更大的有效载荷能力且在满载时以40英里每小时或更快的速度行进。

这种工作卡车或机器必须能够通过陡峭斜坡以及在各种不同环境中工作。在这些条件下，这些机器必须频繁地进入减速操作模式持续长时间段。尽管在这种频繁的减速操作模式中热的有效消散是关键的，电力的有效使用也是这种大型机器中的关键兴趣所在。此处公开的系统和方法允许这种机器的控制系统更精确地预测且监视相关减速组件的温度。通过提供更精确的温度预测，公开的系统和方法最小化有损害的过热条件且允许减速组件的更有效的冷却。

从上文应当意识到，尽管仅为了说明的目的阐述了一些实施例，本领域技术人员从上述描述显见替代方案和修改。这些和其他替代方案被认为是等效的且处于本公开和所附权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种用于具有多个电阻器（120）和绝缘体（122）的减速栅格（118）的冷却系统（100），包含：

鼓风机（130），配置成有源地冷却所述减速栅格（118）；以及

控制器（134），配置成基于所述电阻器（120）和绝缘体（122）的热特性选择性地启动所述鼓风机（130），所述热特性包括当前电阻器温度和预计绝缘体温度。

2.根据权利要求1所述的冷却系统（100），其中使用热模型（300）和热管理策略（302）预先编程所述控制器（134），该热模型（300）配置成确定当前电阻器（120）温度和当前绝缘体（122）温度，该热管理策略（302）配置成确定预计绝缘体（122）温度。

3.根据权利要求1所述的冷却系统（100），其中该控制器（134）配置成至少部分地基于鼓风机（130）速度、栅格电力和当前电阻器（120）温度确定预计绝缘体（122）温度。

4.根据权利要求1所述的冷却系统（100），其中预计绝缘体（122）温度结合了过冲余量和热点余量。

5.根据权利要求1所述的冷却系统（100），其中控制器（134）配置成经由开关电路（124）选择性地启动减速栅格（118）且经由断路器电路（128）选择性地启动第二减速栅格（126），该第二减速栅格（126）具有第二组电阻器（120）和绝缘体（122）。

6.一种冷却具有减速栅格（118）和鼓风机（130）的机器（104）的减速组件（102）的方法，该减速栅格（118）具有多个电阻器（120）和绝缘体（122），该方法包括：

确定所述电阻器（120）和绝缘体（122）的当前温度；

确定所述绝缘体（122）的预计温度；

根据当前电阻器（120）温度和预计绝缘体（122）温度确定所需散热水平；以及

根据所需散热水平启动减速栅格（118）和鼓风机（130）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中预计绝缘体（122）温度至少部分地基于估计的鼓风机（130）速度、栅格电力和当前电阻器（120）温度。

8.根据权利要求6所述的方法，其中经由开关电路（124）启动所述减速栅格（118）且经由断路器电路（128）启动所述第二减速栅格（126）。

9.根据权利要求6所述的方法，其中如果当前电阻器（120）温度和预计绝缘体（122）温度中的至少一个超过预定阈值，则启动鼓风机（130）。

10.根据权利要求6所述的方法，其中使用预先编程的热模型（300）预测所述电阻器（120）和绝缘体（122）的当前温度，且使用预先编程的热管理策略（302）确定所述预计绝缘体（122）温度。

Images