CN205292326U - 控制电驱动附件的系统及车辆 - Google Patents

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H.T.杨
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Abstract

本实用新型题为控制电驱动附件的系统及车辆。车辆包括：电源；控制器；变换器，配置成接收来自电源的第一电压，并且，将第一电压变换成第二电压；辅助逆变器系统，电耦合至变换器的输出和具有电马达的附件；辅助逆变器系统配置成对从变换器接收的第二电压进行变换，用于给电马达供电；以及控制器与辅助逆变器系统之间的第一通信链路。辅助逆变器系统还配置成响应于第一通信链路的中断、基于第二电压的级别而控制电马达动机的速度。

Description

控制电驱动附件的系统及车辆
对相关申请的交叉引用
本申请主张2014年12月31日提交的美国临时申请序列号62/098756的权益，其因此通过引用被全部结合于此。
技术领域
本实用新型的实施例一般涉及控制附件。其他实施例涉及用于控制电驱动附件的系统及方法。
背景技术
在采矿工业中，大型非公路用车辆“OHV”一般采用用于推进车辆或使车辆减速的电动车轮。特别地，OHV通常包括与交流发电机联合的大马力柴油机、主牵引逆变器以及容纳在车辆后轮内的一对车轮驱动组合件。柴油机驱动交流发电机，交流发电机给主牵引逆变器供电。牵引逆变器包括半导体电力开关，半导体电力开关将交流发电机输出电流整流，以给车轮驱动组合件的电驱动马达，例如AC马达提供电功率。
类似地，列车通常以由利用电动轮式马达来驱动牵引车轮的机车推或拉的许多节车厢为特征。经由来自容纳在机车内的一个或更多个发动机驱动发电机的配电而给电动轮式马达供电。
在OHV应用和轨道应用两者中，固态电力变换器用于将来自发电机或交流发电机的高压电流提供给车轮驱动马达。这类电力变换器包括使电压逐步降低的感应线圈和将电流整流的半导体电力开关。在这类系统中，可以通过使用包括鼓风机或风机的电驱动冷却系统来完成对车辆驱动构件的冷却。然而，对于电驱动冷却系统内的电气构件之间的通信被中断或切断也许是可能的。如将理解的，如果通信丢失，则系统控制器可以不能够控制冷却系统，导致潜在地不动的车辆。
因此，希望提供允许在通信故障的情况下控制例如鼓风机的附件的用于给诸如电气冷却系统的附件供电的系统及方法。
实用新型内容
在一个实施例中，车辆包括：电源；控制器；变换器，配置成接收来自电源的第一电压，并且将第一电压变换成第二电压；辅助逆变器系统，电耦合至变换器的输出和具有电马达的附件；辅助逆变器系统，配置成对从变换器接收的第二电压进行变换，用于给电马达供电；以及控制器与辅助逆变器系统之间的第一通信链路。辅助逆变器系统还配置成响应于第一通信链路的中断、基于第二电压的级别而控制电马达的速度。
在另一个实施例中，系统包括配置成接收关于机器运行模式的信息的控制器和配置成在与机器运行模式相称的状态下运行的附件，附件从电源接收电力。系统还包括控制器与附件之间的至少一个通信链路，链路命令（commanding）附件在与机器运行模式相称的状态下运行。如果至少一个通信链路被中断，则附件基于从电源接收的电力而仍然能够在与机器运行模式相称的状态下运行。
在另一个实施例中，系统包括控制器和配置成接收来自电源的第一电压并且使第一电压逐步降低至较低的次级电压的变换器，次级电压指示车辆运行级别。系统还包括电耦合至变换器和附件的至少一个辅助逆变器，辅助逆变器接收次级电压。系统还包括控制器与辅助逆变器之间的第一通信链路和控制器与变换器之间的第二通信链路。在运行中，如果通信链路之一被中断，则附件将基于次级电压而在与车辆运行模式相称的级别下继续运行。
在还有另一个实施例中，方法包括基于机器运行模式而选择由变换器提供的次级电压，机器包括具有电马达的至少一个附件，并且将次级电压提供给电耦合至附件的辅助逆变器。方法还包括在控制器与辅助逆变器之间的通信链路被中断或控制器与变换器之间的通信链路被中断的情况下，使附件在与机器运行模式相称的级别下运行。
技术方案1：一种车辆，包括：
电源；
控制器；
变换器，配置成接收来自所述电源的第一电压，并且将所述第一电压变换成第二电压；
辅助逆变器系统，电耦合至所述变换器的输出和具有电马达的附件，所述辅助逆变器系统配置成对从所述变换器接收的所述第二电压进行变换，用于给所述电马达供电；以及
所述控制器与所述辅助逆变器系统之间的第一通信链路；
其中，所述辅助逆变器系统还配置成响应于所述第一通信链路的中断、基于所述第二电压的级别而控制所述电马达的速度。
技术方案2：如技术方案1所述的车辆，还包括：
电耦合至所述电源的至少一个牵引逆变器；
电耦合至所述牵引逆变器的至少一个牵引马达；并且，
其中，所述控制器控制所述电源以及所述辅助逆变器系统。
技术方案3：如技术方案1所述的车辆，其中，所述变换器是DC/DC变换器。
技术方案4：如技术方案3所述的车辆，其中，所述DC/DC变换器包含电连接至变压器的主H桥电路和次H桥电路。
技术方案5：如技术方案1所述的车辆，其中，所述附件是鼓风机。
技术方案6：如技术方案1所述的车辆，其中，所述辅助逆变器系统包含多个辅助逆变器。
技术方案7：如技术方案1所述的车辆，还包括电耦合至所述变换器的储能装置。
技术方案8：如技术方案1所述的车辆，其中，所述电源是交流发电机。
技术方案9：如技术方案1所述的车辆，还包括：
所述控制器与所述变换器之间的第二通信链路；
其中，所述第二电压指示所述车辆的运行模式；并且，
其中，如果所述通信链路之一被中断，则所述附件将基于所述第二电压而在与所述车辆的所述运行模式相称的级别下继续运行。
技术方案10：如技术方案9所述的车辆，其中，所述通信链路利用以太网协议。
技术方案11：如技术方案1所述的车辆，其中，所述第一电压在从大约500V至大约2200V的范围内变动。
技术方案12：如技术方案1所述的车辆，其中，所述第二电压在从大约580V至大约860V的范围内变动。
技术方案13：如技术方案1所述的车辆，其中，所述车辆的所述运行模式是马达驱动、空转或减速。
技术方案14：一种系统，包括：
配置成接收关于机器的运行模式的信息的控制器；
配置成在与所述机器的所述运行模式相称的状态下运行的附件，所述附件从电源接收电力；
所述控制器与所述附件之间的至少一个通信链路，所述链路命令所述附件在与所述机器的所述运行模式相称的状态下运行；并且，
其中，如果所述至少一个通信链路被中断，则所述附件能够基于从所述电源接收的电力的级别而选择与所述机器的运行模式相称的状态并且在该状态下运行。
技术方案15：如技术方案14所述的系统，其中，所述机器是车辆。
技术方案16：如技术方案14所述的系统，其中，所述附件是鼓风机。
技术方案17：如技术方案14所述的系统，还包括电耦合至所述变换器的储能装置。
技术方案18：如技术方案14所述的系统，其中，所述电源是交流发电机。
技术方案19：如技术方案14所述的系统，其中，所述机器的所述运行模式是马达驱动、空转或减速。
技术方案20：如技术方案14所述的系统，其中，所述通信链路利用以太网协议。
技术方案21：一种系统，包括：
控制器；
配置成接收来自电源的第一电压并且使所述第一电压逐步降低至较低的次级电压的变换器，所述次级电压指示机器的运行模式；
电耦合至所述变换器和具有电马达的附件的至少一个辅助逆变器，所述辅助逆变器接收所述次级电压；
所述控制器与所述辅助逆变器之间的第一通信链路；
所述控制器与所述变换器之间的第二通信链路；并且，
其中，如果所述通信链路之一被中断，则所述附件将基于所述次级电压而在与所述机器的所述运行模式相称的级别下继续运行。
技术方案22：如技术方案21所述的系统，还包括：
电耦合至所述电源的至少一个牵引逆变器；
电耦合至所述牵引逆变器的至少一个牵引马达；并且，
其中，所述控制器控制所述电源以及所述辅助逆变器。
技术方案23：如技术方案21所述的系统，其中，所述变换器是DC/DC变换器。
技术方案24：如技术方案23所述的系统，其中，所述DC/DC变换器包含电连接至变压器的主H桥电路和次H桥电路。
技术方案25：如技术方案21所述的系统，其中，所述系统包含多个辅助逆变器。
技术方案26：如技术方案21所述的系统，其中，所述电源是交流发电机。
技术方案27：如技术方案21所述的系统，其中，所述第一电压在从大约500V至大约2200V的范围内变动。
技术方案28：如技术方案21所述的系统，其中，所述次级电压在从大约580V至大约860V的范围内变动。
技术方案29：如技术方案21所述的系统，其中，机器是OHV，所述OHV的所述模式是马达驱动、空转或减速。
技术方案30：一种方法，包括：
基于机器的运行模式而选择由变换器提供的次级电压，所述机器包含具有电马达的至少一个附件；
将所述次级电压提供给电耦合至所述附件的辅助逆变器；以及
在所述控制器与所述辅助逆变器之间的通信链路被中断或所述控制器与所述变换器之间的通信链路被中断的情况下，使所述附件在与所述机器的所述运行模式相称的级别下运行。
附图说明
从参考附图而阅读非限制性的实施例的以下的描述，将更好地理解本实用新型，其中以下包括：
图1是根据本实用新型的实施例的用于控制电驱动附件的系统的简化示意图；
图2是根据本实用新型的实施例的系统的次链路的简化示意图。
具体实施方式
下面将详细地参考本实用新型的示范性的实施例，在附图中图示这些实施例的示例。在任何可能的情况下，在附图通篇中使用的相同的参考符号指的是相同的或相似的部件。虽然本实用新型的实施例适合于供移动式实施方案和固定式实施方案两者使用，但为了便于解释，在本文中详细地描述移动式实施方案。更具体地，为了清楚地说明移动式实施例的公开，选择OHV。
其他适合的车辆包括道路用车辆、非公路用车辆、采矿装备、建设装备、工业装备以及船舶。另外，本实用新型的实施例同样地可应用于任何类型的动力或非动力的机器，机器包括要求冷却的辅助构件、诸如相关联的电力电子设备。
本实用新型的实施例还可能可应用于零排放车辆（那些车辆在其运行期间不降低在其附近的可呼吸的空气的可用性）以及混合动力车辆，即提供有次储能装置以及例如柴油内燃机的主化学能产生装置两者的车辆。
本实用新型的实施例允许附件装置以与机器运行模式“相称”的速度或级别运行。如本文中所使用的，“与……相称”指的是关于机器运行模式而成比例/可比较、适于或以其他方式所希望的条件或状态。
现在参考图1，本实用新型系统的实施例配置供诸如OHV的动力机器使用。在这些实施例中，系统一般包括主DC链路10和次DC链路20。链路10、20电耦合至变换器110，例如DC/DC变换器，变换器110使电压从主链路逐步降低至次链路。如所示，主链路10连接至给系统供电的电源40，例如交流发电机。交流发电机又可操作地连接至内燃机，诸如柴油机。在其他实施例中，电源40不必是由内燃机供电的交流发电机，而可以是零排放电气系统的构件。
主链路10包括多个牵引逆变器50，多个牵引逆变器50耦合至多个牵引马达60和制动斩波器70。如将理解的，主链路10用于运行机器例如OHV，其中安装系统。例如，主链路10可以用于经由牵引马达60而使OHV马达驱动、空转或制动/减速。如所示，系统还包括次链路20。次链路20还包括多个辅助逆变器200，多个辅助逆变器200连接至附件装置210，例如马达。在OHV的实施例中，附件装置210能够包括诸如网格（grid）、轮式马达的30-50HP马达，其驱动鼓风机以及控制组鼓风机，这对车辆冷却有用。在其他实施例中，附件装置210能够由例如100-200HP的更大功率的马达驱动。次链路还可以包括储能装置，诸如电池90。
如所提到的，DC/DC变换器110使电压从主链路逐步降低至次链路。在实施例中，变换器110使电压从可变的“高压”牵引DC主链路逐步降低至“中压”DC次链路，以供附件使用。可变的中压链路提供总线级电压和对于诸如冷却鼓风机的附件装置的电压。如将容易地理解，链路内的构件经由例如电缆的标准电气连接而电通信。
在一个方面，电压从第一电压V1（例如“高压”）逐步降低至次级电压V2（例如“中级电压”）。次级电压V2指示OHV的运行的运行模式。例如，V2可以表示车辆运行模式，诸如空转、马达驱动或减速。对各模式要求的电力（例如电压）是不同的。例如，如果马达驱动，V2将会很可能比对于空转的V2更高。换句话说，更高的V2表示例如马达驱动的运行的车辆模式，其中可能要求比表示例如空转车辆模式的更低的V2的更大的量的系统冷却。如本文中所使用的，“运行模式”指的是机器运行条件或模式，例如上文所提到的车辆模式，对于所述对应的附件运行模式例如冷却鼓风机速度是必要的或以其他方式所希望的。
在实施例中，第一电压V1在从大约500V至大约2200V的范围内变动，并且次级电压V2在从大约580V至大约860V的范围内变动。如将理解的，然而，可以取决于机器/车辆的类型、预期用途等而采用其他第一电压级别和次级电压级别。在某些实施例中，也许还有可能使用其他电力标记来表示车辆或机器的运行模式。
现在参考图2，系统的实施例还包括控制器100，控制器100与以两个H桥为特征的DC/DC变换器110通信。更具体地，变换器110包括主H桥120，主H桥120电耦合至变压器130，变压器130又电耦合至次H桥140。
控制器100通过第一通信链路150而与变换器110通信，并且，通过第二通信链路160而与辅助逆变器80通信。在实施例中，通信链路分别经由逆变器和变换器控制器而操作地连接至逆变器和变换器（未示出）。控制器100还通过第三通信链路（未示出）而与交流发电机通信并且控制交流发电机，由此通过扩展，与主链路10通信并且控制主链路10。在实施例中，虽然可以采用其他通信协议，通信链路能够是以太网或基于光纤。虽然实施例配置供包括两个/三个通信链路的系统使用，但其他实施例可以适合于供控制器与系统构件之间的三个以上链路使用。
如将理解的，除了通信链路150、160之外，还在系统构件之间传递电力。在实施例中，单相AC电力190在变换器110中的构件（H桥120、140以及变压器130）之间传递。DC电力180从次H桥输出至辅助逆变器。辅助逆变器80又将单相AC电力182供给至马达200附件装置/鼓风机210。
在实施例中，系统构件可以物理地容纳于例如车辆的机器中的各种位置。例如，在OHV中，系统控制器100和变换器构件可以位于主柜中，并且，辅助逆变器80可以位于冷却鼓风机逆变器柜内。
在正常运行的期间，控制器100经由通信链路而确定并且设置附件运行模式，例如鼓风机速度。即，控制器100接收关于车辆运行模式的输入，并且然后，控制器经由与变换器110通信的通信链路，即与逆变器通信的第一通信链路150和/或第二通信链路160而命令鼓风机。在某些情形下，然而，也许有可能控制器110与变换器或逆变器之间的第一通信链路和/或第二通信链路被切断/中断或以其他方式出故障，使得链路不能在互相连接的构件之间传输信号。
在本实用新型的实施例中，在通信链路故障的情况下，逐步降低的次级电压V2被用作与冷却鼓风机或其他附件装置通信的通信媒介。即，控制器100基于所要求的附件装置运行级别而安排次级电压V2，并且基于次级电压V2而对用于附件的逆变器进行编程，以转到具体的速度。例如，如果车辆马达驱动，则次级电压V2可以处于其标称运行电压，例如800V。针对该电压的附件速度可以被设置，以便鼓风机在马达驱动期间以其最大速度运行。对于空转车辆模式，针对该电压的附件速度可以被设置，以便鼓风机以与空转的车辆相对应的降低的速度，例如500V运行。如将理解的，附件速度/运行电压级别的数量可能取决于车辆或机器的类型、运行环境等而变化。
在与辅助逆变器通信的通信链路160丢失的情况下，系统控制器100不能命令鼓风机速度，并且未接收到关于鼓风机速度或电流的反馈。在这些情形下，辅助逆变器应当使用次级电压V2来确定其运行点。
在与变换器110通信的第一通信链路150丢失的情况下，变换器应当调节至次级电压级别V2。如果与辅助逆变器通信的第二通信链路160是完整的，则逆变器可以被控制成任何级别，并且将可获得确定系统运行条件所必需的所有的反馈。在实施例中，在变换器110检测到输入电压低于某一阈值时，其将自动地关闭，指示正常的系统关闭或异常的牵引链路运行。
如果与控制器100通信的通信链路150、160两者都被中断，则系统默认为在高运行模式，例如标称系统电压下运转，直到恢复充分的通信。例如，在OHV的上下文下，无论车辆实际上是否马达驱动，系统默认为马达驱动的模式，其中附件装置（例如，鼓风机）以高水平运转，以防止任何潜在的过热。
在实施例中，车辆包括：电源；控制器；变换器，配置成接收来自电源的第一电压，并且将第一电压变换成第二电压；辅助逆变器系统，电耦合至变换器的输出和具有电马达的附件；辅助逆变器系统，配置成对从变换器接收的第二电压进行变换用于给电马达供电；以及控制器与辅助逆变器系统之间的第一通信链路。辅助逆变器系统还配置成响应于第一通信链路的中断、基于第二电压的级别而控制电马达的速度。车辆还包括电耦合至电源的至少一个牵引逆变器和电耦合至牵引逆变器的至少一个牵引马达，并且其中，控制器控制电源以及辅助逆变器。DC/DC变换器包括电连接至变压器的主H桥电路和次H桥电路。在实施例中，附件是鼓风机。系统包括多个辅助逆变器，并且还可以包括电耦合至变换器的储能装置。电源是交流发电机。通信链路可以利用以太网协议。第一电压在从大约500V至大约2200V的范围内变动，并且次级电压在从大约580V至大约860V的范围内变动。车辆运行模式是马达驱动、空转或减速。
在另一个实施例中，系统包括配置成接收关于机器运行模式的信息的控制器和配置成在与机器运行模式相称的状态下运行的附件，附件从电源接收电力。系统还包括控制器与附件之间的至少一个通信链路，链路命令附件在与机器运行模式相称的状态下运行。如果至少一个通信链路被中断，则附件基于从电源接收的电力的级别而仍然能够在与机器运行模式相称的状态下运行。在实施例中，机器是车辆，并且附件是鼓风机。系统还包括电耦合至变换器的储能装置，并且电源是交流发电机。通信链路利用以太网协议。机器运行模式是马达驱动、空转或减速。
在另一个实施例中，系统包括控制器和配置成接收来自电源的第一电压并且使第一电压逐步降低至较低的次级电压的变换器，次级电压指示机器运行模式。系统还包括电耦合至变换器和附件的至少一个辅助逆变器，辅助逆变器接收次级电压。系统还包括控制器与辅助逆变器之间的第一通信链路和控制器与变换器之间的第二通信链路。在运行中，如果通信链路之一被中断，则附件将基于次级电压而以与机器运行水平相称的级别继续运行。系统还包括电耦合至电源的至少一个牵引逆变器和电耦合至牵引逆变器的至少一个牵引马达，并且控制器控制电源以及辅助逆变器。变换器110是包括电连接至变压器的第一H桥电路和次H桥电路的DC/DC变换器。在实施例中，系统包括多个辅助逆变器。电源是交流发电机。在实施例中，第一电压在从大约500V至大约2200V的范围内变动。次级电压在从大约580V至大约860V的范围内变动。在实施例中，机器是OHV，并且OHV的模式是马达驱动、空转或减速。
在还有另一个实施例中，方法包括基于机器运行模式而选择由变换器提供的次级电压，机器包括具有电马达的至少一个附件，并且将次级电压提供给电耦合至附件的辅助逆变器。方法还包括在控制器与辅助逆变器之间的通信链路被中断或控制器与变换器之间的通信链路被中断的情况下，使附件在与机器运行模式相称的级别下运行。
将理解，上文的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。例如，可以将上述的实施例（和/或其方面）彼此组合使用。另外，在不背离本实用新型的范围的情况下，可以作出许多变型，以使特定的情形或材料适应于本实用新型的教导。虽然本文所描述的材料的尺寸和类型旨在限定本实用新型的参数，但它们不是限制性的，而是示范性的实施例。在回顾上文的描述时，许多其他实施例将对本领域技术人员显而易见。因此，应当参考所附权利要求书，确定本实用新型的范围，连同这类权利要求有权得到的等效物的全范围。在所附权利要求书中，术语“包含”和“在其中”用作相应的术语“包括”和“其中”的简明英语等效物。此外，在以下的权利要求中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等的术语只不过用作标签，而不旨在将数字或位置要求强加于其对象。而且，以下的权利要求的限制不写成部件加功能的格式，并且不旨在基于35U.S.C.§122的第六段而解释，除非并且直到这类权利要求限制明确地使用后面是没有另外的结构的功能的陈述的短语“用于……的部件”。
本书面描述使用示例来公开本实用新型的几个实施例，包括最佳的模式，并且还允许本领域普通技术人员实施本实用新型的实施例，包括制作并且使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本实用新型的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则预计它们落入权利要求的范围之内。
如本文中所使用的，以单数叙述并且使用单词“一”或“一个”进行的元件或步骤应当被理解为不排除实施元件或步骤的复数，除非明确地陈述这种排除。而且，对本实用新型的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除同样地合并所叙述的特征的附加的实施例的存在。此外，除非明确地相反地陈述，否则“包括”、“包含”或“具有”带有特定性质的元件或多个元件的实施例可以包括不带有那个性质的附加的这类元件。
由于可以在上文的电力变换器和方法中作出某些改变，因而在不背离本文中所涉及的本实用新型的精神和范围的情况下，旨在在附图中示出的或上文的描述的所有的主题应当只被解释为图示本文中的本实用新型概念的示例，并且不应当被解释为限制本实用新型。

Claims (13)

1.一种车辆，包括：
电源；
控制器；
变换器，配置成接收来自所述电源的第一电压，并且将所述第一电压变换成第二电压；
辅助逆变器系统，电耦合至所述变换器的输出和具有电马达的附件，所述辅助逆变器系统配置成对从所述变换器接收的所述第二电压进行变换，用于给所述电马达供电；以及
所述控制器与所述辅助逆变器系统之间的第一通信链路；
其中，所述辅助逆变器系统还配置成响应于所述第一通信链路的中断、基于所述第二电压的级别而控制所述电马达的速度。
2.如权利要求1所述的车辆，还包括：
电耦合至所述电源的至少一个牵引逆变器；
电耦合至所述牵引逆变器的至少一个牵引马达；并且，
其中，所述控制器控制所述电源以及所述辅助逆变器系统。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述变换器是DC/DC变换器。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，所述DC/DC变换器包含电连接至变压器的主H桥电路和次H桥电路。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述附件是鼓风机。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述辅助逆变器系统包含多个辅助逆变器。
7.如权利要求1所述的车辆，还包括电耦合至所述变换器的储能装置。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述电源是交流发电机。
9.如权利要求1所述的车辆，还包括：
所述控制器与所述变换器之间的第二通信链路；
其中，所述第二电压指示所述车辆的运行模式；并且，
其中，如果所述通信链路之一被中断，则所述附件将基于所述第二电压而在与所述车辆的所述运行模式相称的级别下继续运行。
10.如权利要求9所述的车辆，其中，所述通信链路利用以太网协议。
11.如权利要求1所述的车辆，其中，所述第一电压在从大约500V至大约2200V的范围内变动。
12.如权利要求1所述的车辆，其中，所述第二电压在从大约580V至大约860V的范围内变动。
13.如权利要求9所述的车辆，其中，所述车辆的所述运行模式是马达驱动、空转或减速。
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