CN106627167A - 用于非公路车辆的电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于非公路车辆的电驱动系统，包括用于提供电源的柴油发动机、发电机，以及用于驱动牵引电机的牵引系统、用于驱动辅助负载的牵引辅助系统，柴油发动机、牵引系统分别与发电机连接，牵引系统包括依次连接的主整流单元、中间直流回路以及主逆变单元，牵引辅助系统的电源输入端连接牵引系统的中间直流回路，用于获取中间直流回路的直流电进行变换，输出变换后的电压以驱动辅助负载。本发明具有结构简单紧凑、便于整车布置、能源消耗低，且电驱动效率以及能量利用率高等优点。

Description

用于非公路车辆的电驱动系统

技术领域

本发明涉及非公路车辆技术领域，尤其涉及一种用于非公路车辆的电驱动系统。

背景技术

非公路车辆是大型露天矿山等的主要运输工具，牵引电驱动系统即是车辆中的核心组成部分。非公路车辆主要是采取机械传动或者电驱动，其中采用电驱动时主要包括两部分：用于驱动非公路车辆中牵引电机的牵引主系统，以及用于驱动非公路车辆中液压转向、散热风机等牵引辅助系统。由于所处的运行环境通常恶劣、路况复杂多变，需要24小时不间断作业，因而非公路车辆电驱动系统通常装配有大型柴油机，采用内燃系统驱动，其功耗比较大，排量甚至超过100升，总功率超过3700马力，大量的能源消耗还会造成极大的大气污染物排放。

目前非公路车辆中电驱动系统主要有两种系统模式，分别如下：

第一种电驱动系统：牵引辅助系统采用柴油发动机直接连轴直接驱动模式。如图1所示，该模式电驱动系统中主系统采用柴油发动机提供动力，发电机将柴油发动机的机械能转化为电能，牵引主系统通过交流-直流-交流变化，驱动牵引电机工作；牵引辅助系统与柴油发动机同轴连接，直接机械传动驱动。该模式电驱动系统由柴油发动机与牵引辅助系统直接连轴，牵引辅助系统功率需要额外增加，使得柴油发动机的效率不高，且机械损耗较大。

第二种电驱动系统：对牵引辅助系统进行供电驱动模式。如图2所示，该模式电驱动系统中主系统采用柴油发动机提供动力，发电机将柴油发动机的机械能转化为电能，牵引主系统通过交流-直流-交流变化，驱动牵引电机工作；牵引辅助系统也是采用交流-直流-交流系统，其电源由发电机的辅助绕组提供。

非公路车辆在正常作业有两种工况：牵引工况时，牵引整车向前或者向后运转；制动工况时，采用电制动方式将非公路车辆通过电机电制动减速，制动能量消耗在制动电阻上，且为了保证散热系统对电驱动散热能量的提供，还需要将柴油机转速维持在固定的转速（1300rpm）状态下。非公路车辆所处运行环境通常较为恶劣、路况复杂多变，需要频繁启动制动工况，实际中几乎有三分之一工况为制动工况，非公路车辆中上述两种模式电驱动系统均是直接将大量的制动能量消耗在制动电阻发热上，无法对制动能量进行有效的回收利用，造成大量制动能量损失以及能源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、便于整车布置、能源消耗低，且电驱动效率以及能量利用率高的用于非公路车辆的电驱动系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于非公路车辆的电驱动系统，包括用于提供电源的柴油发动机、发电机，以及用于驱动牵引电机的牵引系统、用于驱动辅助负载的牵引辅助系统，所述柴油发动机、牵引系统分别与所述发电机连接，其特征在于：所述牵引系统包括依次连接的主整流单元、中间直流回路以及主逆变单元，所述牵引辅助系统的电源输入端连接所述牵引系统的中间直流回路，用于获取所述中间直流回路的直流电进行变换，输出变换后的电压以驱动辅助负载。

作为本发明的进一步改进：所述牵引系统还设置有与所述主逆变单元连接的储能装置，所述储能装置在制动工况时将牵引电机回馈的制动能量进行储存，以及在牵引工况时输出储存的能量。

作为本发明的进一步改进：所述储能装置设置在所述中间直流回路中，在牵引工况时将储存的能量分为两路输出，一路提供给所述主逆变单元以补充不足的牵引能量，另一路提供给所述牵引辅助系统以驱动辅助负载。

作为本发明的进一步改进：所述储能装置为储能电容，在牵引工况时还对所述中间直流回路的直流电进行滤波。

作为本发明的进一步改进：所述牵引系统包括两路以上牵引支路，每路所述牵引支路分别对应驱动一个牵引电机，每路所述牵引支路均包括依次连接的主整流单元、中间直流回路以及主逆变单元。

作为本发明的进一步改进：所述牵引辅助系统包括依次连接的第一辅助逆变单元、电压转换单元、辅助整流单元以及第二辅助逆变单元，所述中间直流回路的直流电依次经过所述第一辅助逆变单元、电压转换单元、辅助整流单元变换为直流电输出，以驱动直流负载；所述辅助整流单元输出的直流电经过所述第二辅助逆变单元逆变为交流电输出，以驱动交流负载。

作为本发明的进一步改进：所述辅助整流单元的输出端还设置有滤波装置，用于对所述辅助整流单元输出的直流电进行滤波。

作为本发明的进一步改进：所述第二辅助逆变单元具体为两个以上，各个所述第二辅助逆变单元分别与所述辅助整流单元的输出端连接，每个所述第二辅助逆变单元对应驱动一个辅助负载。

作为本发明的进一步改进：所述电压转换单元为变压器。

作为本发明的进一步改进：所述柴油发动机、发电机为同轴连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明用于非公路车辆的电驱动系统，牵引辅助系统从牵引系统主电路的中间直流回路直流取电，构成主辅一体化式的电驱动系统结构，由于牵引辅助系统不直接连轴柴油发动机，不会造成能耗浪费，电驱动效率以及利用率高，且在制动工况时，基于主辅一体化式电驱动系统结构，牵引辅助系统可以有效利用回馈的制动能量，大大减少了柴油机在制动工况下能量消耗，提高了车辆电驱动系统的能源效率，从而能够适用于非公路车辆在复杂运行环境下执行高效的电驱动；此外牵引辅助系统采用电驱动，可以方便的实现整车布置；

2）本发明用于非公路车辆的电驱动系统，进一步设置储能装置，制动工况时将牵引电机回馈的制动能量进行储存，在牵引工况时输出储存的能量，柴油机转速无须达到固定转速即可以回到柴油机怠速状态，能够充分利用储能装置回收的制动能量给牵引辅助系统供电，有效节约柴油机输出能量，同时也可以补充柴油发动机在制动转牵引工况下、柴油发动机由怠速提高转速时不足的牵引能量。

附图说明

图1是现有的第一种非公路车辆电驱动系统的结构原理示意图。

图2是现有的第二种非公路车辆电驱动系统的结构原理示意图。

图3是本实施例用于非公路车辆的电驱动系统的结构原理示意图。

图例说明：1、柴油发动机；2、发电机；3、牵引系统；31、主整流单元；32、主逆变单元；33、储能装置；4、牵引辅助系统；41、第一辅助逆变单元；42、电压转换单元；43、辅助整流单元；44、第二辅助逆变单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图3所示，本实施例用于非公路车辆的电驱动系统包括用于提供电源的柴油发动机1、发电机2，以及用于驱动牵引电机的牵引系统3、用于驱动辅助负载的牵引辅助系统4，柴油发动机1、牵引系统3分别与发电机2连接，牵引系统3包括依次连接的主整流单元31、中间直流回路以及主逆变单元32，牵引辅助系统4的电源输入端连接牵引系统3的中间直流回路，用于获取中间直流回路的直流电进行变换，输出变换后的电压以驱动辅助负载。柴油发动机1、发电机2具体为同轴连接。

牵引工况时，由柴油发动机1提供动力，发电机2将柴油发动机1的机械能转化为三相交流电源输出，牵引系统3接入发电机2输出的三相交流电源，由主整流单元31整流成直流电，整流输出的直流电经过主逆变单元32逆变为频率、幅值可调的交流电，提供给牵引电机以驱动牵引电机，从而为整车提供动力，同时牵引辅助系统4从牵引系统3的中间直流回路接入直流电，变换为所需直流电或交流电后提供给辅助负载；制动工况时，牵引电机输出的制动能量通过主逆变单元32、中间直流回路提供给牵引辅助系统4，以将制动能量回馈给牵引辅助系统4驱动辅助负载。

本实施例牵引辅助系统4从牵引系统3主电路的中间直流回路直流取电，以为牵引辅助系统4提供电力能源，构成主辅一体化式的电驱动系统，由于牵引辅助系统4不直接连轴柴油发动机1，不会造成能耗浪费，电驱动效率以及利用率高，且基于主辅一体化式的电驱动系统结构，在制动工况时牵引辅助系统4可以有效利用回馈的制动能量，大大减少了柴油机在制动工况下能量消耗，提高了车辆电驱动系统的能源效率，从而能够适用于非公路车辆在复杂运行环境下执行高效的电驱动；另外牵引辅助系统4采用电驱动，可以方便的实现整车布置。

本实施例中，牵引系统3还设置有与主逆变单元32连接的储能装置33，储能装置33在制动工况时将牵引电机回馈的制动能量进行储存，在牵引工况时输出储存的能量。通过增加储能装置33，在制动工况下由通过储能装置33储存制动能量，储存的制动能量可以用于牵引工况和牵引辅助系统4供电，从而能够大大提高车辆的能量利用效率，显著节约能源、降低能耗。

本实施例中，储能装置33设置在中间直流回路中，在牵引工况时储存的能量分两路输出，一路提供给主逆变32单元以补充不足的牵引能量，另一路提供给牵引辅助系统4以驱动辅助负载。本实施例制动工况下，储能装置33储存牵引电机回馈的制动能量，牵引变流器系统实时监测储能装置33的能量储存情况，由于牵引辅助系统4采用电驱动及中间回路取电方式，在储能装置33的能量充足情况下，柴油机转速无须达到固定1300rpm转速即可以回到柴油机怠速状态，能够充分利用储能装置33回收的制动能量给牵引辅助系统4供电，有效节约柴油机输出能量，同时也可以补充柴油发动机1在制动转牵引工况下、柴油发动机1由怠速提高转速时不足的牵引能量。

本实施例中，储能装置33为储能电容，在牵引工况时还对中间直流回路的直流电进行滤波，输出滤波后直流电给主逆变单元32，为主逆变单元32提供平稳直流电。

本实施例中，牵引系统3包括两条以上牵引支路，每路牵引支路分别对应驱动一个牵引电机（牵引电机1、2），每路牵引支路均包括依次连接的主整流单元31、中间直流回路以及主逆变单元32。

本实施例中，牵引辅助系统4包括依次连接的第一辅助逆变单元41、电压转换单元42、辅助整流单元43以及第二辅助逆变单元44，中间直流回路的直流电依次经过第一辅助逆变单元41、电压转换单元42、辅助整流单元43变换为直流电输出，驱动直流负载，再经过第二辅助逆变单元44逆变为交流电输出，驱动交流负载。电压转换单元42具体为变压器。

本实施例第一辅助逆变单元41接入牵引系统3的中间直流回路的直流电压，逆变成工频电压后，通过变压器进行电压变化，输出变压后交流电给辅助整流单元43；辅助整流单元43将变压后交流电变换为直流电输出，由直流电可以直接驱动非公路车辆中直流负载；辅助整流单元43输出的直流电经过第二辅助逆变单元44逆变为交流电输出，由交流电可以驱动非公路车辆中交流负载，从而可同时驱动直流、交流各类辅助负载。第二辅助逆变单元44具体为两个以上，各个第二辅助逆变单元44分别与辅助整流单元43的输出端连接，每个第二辅助逆变单元44对应驱动一个辅助负载，如散热风机、液态泵电机等。

本实施例中，辅助整流单元43的输出端还设置有滤波装置，用于将辅助整流单元43输出的直流电进行滤波。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于非公路车辆的电驱动系统，包括用于提供电源的柴油发动机（1）、发电机（2），以及用于驱动牵引电机的牵引系统（3）、用于驱动辅助负载的牵引辅助系统（4），所述柴油发动机（1）、牵引系统（3）分别与所述发电机（2）连接，其特征在于：所述牵引系统（3）包括依次连接的主整流单元（31）、中间直流回路以及主逆变单元（32），所述牵引辅助系统（4）的电源输入端连接所述牵引系统（3）的中间直流回路，用于获取所述中间直流回路的直流电进行变换，输出变换后的电压以驱动辅助负载。

2.根据权利要求1所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于，所述牵引系统（3）还设置有与所述主逆变单元（32）连接的储能装置（33），所述储能装置（33）在制动工况时将牵引电机回馈的制动能量进行储存，以及在牵引工况时输出储存的能量。

3.根据权利要求2所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述储能装置（33）设置在所述中间直流回路中，在牵引工况时将储存的能量分为两路输出，一路提供给所述主逆变单元（32）以补充不足的牵引能量，另一路提供给所述牵引辅助系统（4）以驱动辅助负载。

4.根据权利要求3所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述储能装置（33）为储能电容，在牵引工况时还对所述中间直流回路的直流电进行滤波。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述牵引系统（3）包括两路以上牵引支路，每路所述牵引支路分别对应驱动一个牵引电机，每路所述牵引支路均包括依次连接的主整流单元（31）、中间直流回路以及主逆变单元（32）。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述牵引辅助系统（4）包括依次连接的第一辅助逆变单元（41）、电压转换单元（42）、辅助整流单元（43）以及第二辅助逆变单元（44），所述中间直流回路的直流电依次经过所述第一辅助逆变单元（41）、电压转换单元（42）、辅助整流单元（43）变换为直流电输出，以驱动直流负载；所述辅助整流单元（43）输出的直流电经过所述第二辅助逆变单元（44）逆变为交流电输出，以驱动交流负载。

7.根据权利要求6所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述辅助整流单元（43）的输出端还设置有滤波装置，用于对所述辅助整流单元（43）输出的直流电进行滤波。

8.根据权利要求7所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述第二辅助逆变单元（44）具体为两个以上，各个所述第二辅助逆变单元（44）分别与所述辅助整流单元（43）的输出端连接，每个所述第二辅助逆变单元（44）对应驱动一个辅助负载。

9.根据权利要求8所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于：所述电压转换单元（42）为变压器。

10.根据权利要求1～4任意一项所述的用于非公路车辆的电驱动系统，其特征在于，所述柴油发动机（1）、发电机（2）为同轴连接。