EA041633B1 - SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF AUXILIARY DEVICES WITH ELECTRIC DRIVE - Google Patents

SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF AUXILIARY DEVICES WITH ELECTRIC DRIVE Download PDF

Info

Publication number
EA041633B1
EA041633B1 EA202191596 EA041633B1 EA 041633 B1 EA041633 B1 EA 041633B1 EA 202191596 EA202191596 EA 202191596 EA 041633 B1 EA041633 B1 EA 041633B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
voltage
converter
auxiliary
inverter
mode
Prior art date
Application number
EA202191596
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джейсон Дэниел КАТТЕНКУЛЕР
Генри Тодд Янг
Аарон Меллингер
Original Assignee
ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС
Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС, Ллс filed Critical ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС
Publication of EA041633B1 publication Critical patent/EA041633B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications

Настоящая заявка основана на предварительной заявке на патент США № 62/098756, поданной 31 декабря 2014 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.This application is based on US Provisional Application No. 62/098756, filed December 31, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

Область техникиTechnical field

Варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к управлению вспомогательными устройствами. Другие варианты осуществления относятся к системе и способу управления вспомогательными устройствами с электроприводом.Embodiments of the invention generally relate to the control of auxiliary devices. Other embodiments relate to a system and method for controlling power assisted devices.

Обсуждение уровня техникиDiscussion of the prior art

В горнодобывающей промышленности крупные внедорожные транспортные средства (off-highway vehicles, OHV), как правило, используют электрически моторизованные колеса для приведения в движение или замедления транспортного средства. В частности, OHV, как правило, содержат дизельный двигатель большой мощности в сочетании с генератором переменного тока, главным тяговым инвертором и парой узлов привода колеса, размещенных внутри шин задних колес транспортного средства. Дизельный двигатель вызывает вращение ротора генератора переменного тока, который питает главный тяговый инвертор. Тяговый инвертор содержит полупроводниковые силовые ключи, которые коммутируют выходной ток генератора переменного тока для обеспечения электроэнергией двигателей электропривода, например двигателей переменного тока, узлов привода колеса.In the mining industry, large off-highway vehicles (OHVs) typically use electrically motorized wheels to propel or slow the vehicle. In particular, OHVs typically comprise a high power diesel engine coupled with an alternator, a main traction inverter, and a pair of wheel drive assemblies housed within the vehicle's rear wheel tires. The diesel engine drives the rotor of the alternator, which feeds the main traction inverter. The traction inverter contains semiconductor power switches that switch the output current of the alternator to provide electric power to electric drive motors, such as AC motors, wheel drive units.

Также поезда, как правило, содержат некоторое количество вагонов, которые толкает или тянет локомотив, использующий электрические двигатели колеса для приведения в движение тяговых колес. Электрические двигатели колеса получают питание посредством электрического распределения энергии от одного или более генераторов, размещенных в локомотиве.Also, trains typically contain a number of cars that are pushed or pulled by a locomotive using electric wheel motors to drive the traction wheels. The electric wheel motors are powered by electrical power distribution from one or more generators located in the locomotive.

Как в области применения OHV, так и в области применения железнодорожного транспорта твердотельные силовые преобразователи используются для подачи тока высокого напряжения от генераторов или генераторов переменного тока к двигателям привода колеса. Такие силовые преобразователи содержат катушки индуктивности для понижения напряжения, а также полупроводниковые силовые ключи для коммутирования тока. В таких системах охлаждение компонентов привода транспортного средства может быть выполнено за счет использования систем охлаждения с электроприводом, которые включают нагнетательные вентиляторы или вентиляторы. Возможно, однако, что связь между электрическими компонентами внутри системы охлаждения с электроприводом прерывается или разрывается. Как будет понятно, если связь потеряна, контроллер системы может утратить возможность управления системой охлаждения, что приводит к потенциальной неподвижности транспортного средства.In both OHV and rail applications, solid state power converters are used to supply high voltage current from generators or alternators to wheel drive motors. Such power converters contain inductors for lowering voltage, as well as semiconductor power switches for switching current. In such systems, cooling of vehicle drive components may be accomplished by using electrically driven cooling systems that include blowers or fans. It is possible, however, that communication between the electrical components within the electrically driven cooling system is interrupted or broken. As will be appreciated, if communication is lost, the system controller may lose control of the cooling system, resulting in potential immobilization of the vehicle.

Таким образом, желательно разработать систему и способ питания вспомогательных устройств, таких как электрическая система охлаждения, которые дают возможность управления вспомогательным устройством, например нагнетательным вентилятором, в случае отказа связи.Thus, it is desirable to provide a system and method for powering auxiliary devices, such as an electrical cooling system, which enables the auxiliary device, such as a blower, to be controlled in the event of a communication failure.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

В одном варианте осуществления транспортное средство содержит источник питания, контроллер, преобразователь, выполненный с возможностью приема первого напряжения от источника питания и преобразования первого напряжения во второе напряжение, систему вспомогательного инвертора, электрически соединенную с выходом преобразователя и вспомогательным устройством, имеющим электродвигатель, при этом система вспомогательного инвертора выполнена с возможностью преобразования второго напряжения, принятого от преобразователя, для питания электродвигателя, и первую линию связи между контроллером и системой вспомогательного инвертора. Система вспомогательного инвертора также выполнена с возможностью управления скоростью электродвигателя на основе уровня второго напряжения в ответ на прерывание первой линии связи.In one embodiment, the vehicle comprises a power source, a controller, a converter configured to receive a first voltage from the power source and convert the first voltage into a second voltage, an auxiliary inverter system electrically connected to the output of the converter and an auxiliary device having an electric motor, wherein the system the auxiliary inverter is configured to convert the second voltage received from the converter to power the electric motor, and the first communication line between the controller and the auxiliary inverter system. The auxiliary inverter system is also configured to control the speed of the motor based on the level of the second voltage in response to the interruption of the first communication line.

В другом варианте осуществления система содержит контроллер, выполненный с возможностью приема информации, касающейся режима работы машины, и вспомогательное устройство, выполненное с возможностью работы в состоянии, которое адекватно режиму работы машины, при этом вспомогательное устройство принимает питание от источника питания. Система также содержит по меньшей мере одну линию связи между контроллером и вспомогательным устройством, при этом упомянутая линия дает команду вспомогательному устройству работать в состоянии, адекватном режиму работы машины. Если по меньшей мере одна линия связи прерывается, вспомогательное устройство может по-прежнему работать в состоянии, адекватном режиму работы машины, на основе питания, принимаемого от источника питания.In another embodiment, the system includes a controller configured to receive information regarding the mode of operation of the machine, and an accessory device configured to operate in a state that is adequate to the mode of operation of the machine, while the accessory device receives power from a power source. The system also contains at least one communication line between the controller and an auxiliary device, while said line instructs the auxiliary device to operate in a state adequate to the mode of operation of the machine. If at least one communication line is interrupted, the auxiliary device can still operate in a state adequate to the mode of operation of the machine, based on the power received from the power source.

В другом варианте осуществления система содержит контроллер и преобразователь, выполненный с возможностью приема первого напряжения от источника питания и понижения первого напряжения до более низкого, вторичного напряжения, при этом вторичное напряжение указывает рабочий уровень транспортного средства. Система также содержит по меньшей мере один вспомогательный инвертор, электрически соединенный с преобразователем и вспомогательным устройством, при этом вспомогательный инвертор принимает вторичное напряжение. Система также содержит первую линию связи между контроллером и вспомогательным инвертором и вторую линию связи между контроллером и преобразователем. В процессе работы, если одна из линий связи прерывается, вспомогательное устройствоIn another embodiment, the system comprises a controller and a converter configured to receive a first voltage from a power source and step down the first voltage to a lower, secondary voltage, the secondary voltage being indicative of the operating level of the vehicle. The system also includes at least one auxiliary inverter electrically connected to the converter and the auxiliary device, wherein the auxiliary inverter receives secondary voltage. The system also includes a first communication line between the controller and the auxiliary inverter and a second communication line between the controller and the inverter. During operation, if one of the communication lines is interrupted, the auxiliary device

- 1 041633 будет продолжать работать на уровне, адекватном режиму работы транспортного средства, на основе вторичного напряжения.- 1 041633 will continue to operate at a level adequate to the mode of operation of the vehicle, based on the secondary voltage.

В другом варианте осуществления способ включает выбор вторичного напряжения, обеспечиваемого преобразователем на основе режима работы машины, при этом машина содержит по меньшей мере одно вспомогательное устройство, имеющее электродвигатель и подающее вторичное напряжение на вспомогательный инвертор, электрически соединенный со вспомогательным устройством. Способ также включает работу вспомогательного устройства на уровне, адекватном режиму работы машины в случае, если линия связи между контроллером и вспомогательным инвертором прерывается или линия связи между контроллером и преобразователем прерывается.In another embodiment, the method includes selecting a secondary voltage provided by the converter based on the mode of operation of the machine, wherein the machine comprises at least one auxiliary device having an electric motor and supplying secondary voltage to an auxiliary inverter electrically connected to the auxiliary device. The method also includes the operation of the auxiliary device at a level adequate to the mode of operation of the machine in case the communication line between the controller and the auxiliary inverter is interrupted or the communication line between the controller and the converter is interrupted.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Настоящее изобретение будет подробно раскрыто в нижеследующем описании неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.The present invention will be described in detail in the following description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings.

Фиг. 1 представляет упрощенную структурную схему системы управления вспомогательными устройствами с электроприводом в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 1 is a simplified block diagram of a motorized accessory control system according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 2 представляет упрощенную структурную схему вторичной линии связи системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 2 is a simplified block diagram of a secondary link system in accordance with an embodiment of the present invention.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Ниже будут приведены подробные варианты осуществления изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Везде, где это возможно, одинаковые ссылочные позиции, используемые на всех чертежах, относятся к одинаковым или подобным элементам. В то время как варианты осуществления изобретения являются подходящими для использования, как с мобильными, так и со стационарными реализациями, для простоты объяснения мобильная реализация описывается подробно в настоящем документе. В частности, OHV (внедорожное транспортное средство) было выбрано для ясности иллюстрации и для раскрытия мобильных вариантов осуществления.Below will be detailed embodiments of the invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers used throughout the drawings refer to the same or like elements. While embodiments of the invention are suitable for use with both mobile and fixed implementations, for ease of explanation, the mobile implementation is described in detail herein. In particular, OHV (off-road vehicle) was chosen for clarity of illustration and for disclosure of mobile embodiments.

Другие подходящие транспортные средства включают дорожные транспортные средства, внедорожные транспортные средства, горнодобывающее оборудование, строительную технику, промышленное оборудование и морские суда. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения в равной степени применимы к любому типу машин, движущихся и не движущихся, которые содержат вспомогательные элементы, требующие охлаждения, например соответствующую силовую электронику.Other suitable vehicles include road vehicles, off-road vehicles, mining equipment, construction equipment, industrial equipment, and marine vessels. In addition, embodiments of the present invention are equally applicable to any type of machine, moving or non-moving, which contains ancillary elements requiring cooling, such as related power electronics.

Варианты осуществления настоящего изобретения также могут быть применены в отношении транспортных средств с нулевым уровнем выбросов, то есть тех, которые в процессе своей работы не снижают доступности пригодного для дыхания воздуха поблизости, а также гибридных транспортных средств, то есть транспортных средств, снабженных как устройством хранения вторичной энергии, так и устройством производства первичной химической энергии, например дизельным двигателем внутреннего сгорания.Embodiments of the present invention can also be applied to zero emission vehicles, i.e. those that do not reduce the availability of breathable air nearby, as well as hybrid vehicles, i.e. vehicles equipped as a storage device secondary energy, and a device for the production of primary chemical energy, such as a diesel internal combustion engine.

Варианты осуществления настоящего изобретения дают возможность вспомогательному устройству работать со скоростью или на уровне, адекватном режиму работы машины. В контексте данного документа адекватный относится к условию или состоянию, которое является пропорциональным/сравнимым с, подходящим для, или иным образом желательным по отношению к режиму работы машины.Embodiments of the present invention enable the accessory to operate at a speed or level appropriate to the mode of operation of the machine. As used herein, adequate refers to a condition or condition that is proportional/comparable to, suitable for, or otherwise desirable in relation to the mode of operation of the machine.

Обращаясь теперь к фиг. 1, варианты осуществления изобретения выполнены с возможностью использования с движущейся машиной, например OHV. В этих вариантах осуществления система, как правило, содержит первичное звено 10 постоянного тока и вторичное звено 20 постоянного тока. Звенья 10, 20 электрически соединены с преобразователем 110, например преобразователем постоянного тока (DC/DC), который понижает напряжение от первичного звена к вторичному звену. Как показано, первичное звено 10 подключено к источнику 40 питания, например генератору переменного тока, который питает систему. Генератор переменного тока может, в свою очередь, быть функционально соединенным с двигателем внутреннего сгорания, например дизельным двигателем. В других вариантах осуществления источником 40 питания не обязательно должен быть генератор переменного тока, механически связанный с двигателем внутреннего сгорания, но могут быть компоненты электрической системы с нулевым уровнем выбросов.Turning now to FIG. 1, embodiments of the invention are configured for use with a moving machine, such as an OHV. In these embodiments, the system typically comprises a primary DC link 10 and a secondary DC link 20. Links 10, 20 are electrically connected to a converter 110, such as a direct current (DC/DC) converter, which steps down the voltage from the primary link to the secondary link. As shown, the primary link 10 is connected to a power source 40, such as an alternator, which powers the system. The alternator may in turn be operatively connected to an internal combustion engine such as a diesel engine. In other embodiments, power source 40 need not be an alternator mechanically coupled to an internal combustion engine, but may be zero emission electrical system components.

Первичное звено 10 содержит множество тяговых инверторов 50, которые соединены с множеством тяговых двигателей 60, и тормозной прерыватель 70. Как будет понятно, первичное звено 10 используется для управления машиной, например OHV, в которую установлена система. Например, первичное звено 10 может быть использовано для приведения в движение, работы на холостом ходу или торможения/замедления упомянутого OHV посредством тяговых двигателей 60. Как показано, система также содержит вторичное звено 20. Вторичное звено 20 также содержит множество вспомогательных инверторов 200, которые соединены с вспомогательными устройствами 210, например двигателями. В варианте осуществления OHV, вспомогательные устройства 210 могут включать двигатели в 30-50 л.с., которые приводят в движение нагнетательные вентиляторы, например сеть, нагнетательные вентиляторы двигателя колеса и блока управления, необходимые для охлаждения транспортного средства. В других вариантах осуществления вспомогательные устройства 210 могут приводиться в движение более мощнымиThe primary link 10 includes a plurality of traction inverters 50 that are connected to a plurality of traction motors 60 and a brake chopper 70. As will be appreciated, the primary link 10 is used to control a machine such as an OHV in which the system is installed. For example, primary link 10 may be used to drive, idle, or brake/decelerate said OHV via traction motors 60. As shown, the system also includes a secondary link 20. Secondary link 20 also includes a plurality of auxiliary inverters 200 that are connected with accessories 210, such as motors. In an OHV embodiment, accessories 210 may include 30-50 hp motors that drive blowers, such as mains, wheel motor blowers, and a control unit, needed to cool the vehicle. In other embodiments, the accessory devices 210 may be driven by more powerful

- 2 041633 двигателями, например в 100-200 л.с. Вторичное звено также может содержать устройство хранения энергии, такое как аккумулятор 90.- 2 041633 engines, for example 100-200 hp The secondary may also include an energy storage device such as a battery 90.

Как упоминалось, преобразователь 110 DC/DC понижает напряжение от первичного звена к вторичному звену. В варианте осуществления преобразователь 110 понижает напряжение от первичного звена постоянного тока тягового переменного высокого напряжения к вторичному звену постоянного тока среднего напряжения для использования вспомогательными устройствами. Звено переменного среднего напряжения обеспечивает напряжение на уровне шины и напряжение для вспомогательных устройств, таких как нагнетательные вентиляторы охлаждения. Как будет легко понять, компоненты внутри звеньев электрически взаимодействуют посредством стандартных электрических соединителей, например кабелей.As mentioned, the DC/DC converter 110 steps down the voltage from the primary to the secondary. In an embodiment, converter 110 steps down the voltage from the high voltage traction AC primary DC link to the medium voltage secondary DC link for use by auxiliary devices. The AC medium voltage link provides bus-level voltage and voltage for auxiliary devices such as cooling fans. As will be readily understood, the components within the links electrically interact through standard electrical connectors such as cables.

В одном аспекте напряжение понижается от первого напряжения V1 (например, высокого напряжения) до вторичного напряжения V2 (например, напряжению среднего уровня). Вторичное напряжение V2 указывает рабочий режим функционирования OHV. Например, V2 может представлять режим работы транспортного средства, такой как холостой ход, режим движения или режим торможения. Питание (например, напряжение), необходимое для каждого режима, является разным. Например, для режима движения V2 будет, вероятно, выше, чем для холостого хода. Другими словами, более высокое V2 представляет режим работы транспортного средства, например режим движения, в котором большая величина охлаждения системы может потребоваться по сравнению с более низким V2, указывающим, например, на режим холостого хода. В контексте настоящего документа, режим работы (operational mode) относится к рабочим условиям или режимам машины, например режимам транспортного средства, упомянутым выше, для которых соответствующие режимы работы вспомогательных устройств, например скорости нагнетательных вентиляторов охлаждения, являются необходимыми или иным образом желательными.In one aspect, the voltage is stepped down from the first voltage V1 (eg, high voltage) to the secondary voltage V2 (eg, mid-level voltage). The secondary voltage V2 indicates the operating mode of the OHV. For example, V2 may represent an operating mode of the vehicle such as idling, driving mode, or braking mode. The power (eg voltage) required for each mode is different. For example, for driving, V2 is likely to be higher than for idle. In other words, a higher V2 represents a mode of operation of the vehicle, such as a driving mode, in which a greater amount of system cooling may be required compared to a lower V2, indicating, for example, an idle mode. As used herein, operational mode refers to machine operating conditions or modes, such as the vehicle modes mentioned above, for which appropriate accessory operating modes, such as cooling blower speeds, are necessary or otherwise desirable.

В варианте осуществления первое напряжение V1 находится в диапазоне от приблизительно 500 В до приблизительно 2200 В, а вторичное напряжение V2 находится в диапазоне от приблизительно 580 В до приблизительно 860 В. Однако, как будет понятно, другие уровни первого и вторичного напряжений могут быть использованы в зависимости от типа машины/транспортного средства, которое предполагается использовать и т.л. В некоторых вариантах осуществления также имеется возможностью использования других значений питания для представления режима работы транспортного средства или машины.In an embodiment, the first voltage V1 is in the range of about 500 V to about 2200 V and the secondary voltage V2 is in the range of about 580 V to about 860 V. However, as will be appreciated, other levels of the first and secondary voltages may be used in depending on the type of machine / vehicle that is supposed to be used, etc. In some embodiments, it is also possible to use other power values to represent the mode of operation of the vehicle or machine.

Ссылаясь теперь на фиг. 2, варианты осуществления системы также содержат контроллер 100, который осуществляет связь с преобразователем 110 DC/DC, в который входят два Н-моста. В частности, преобразователь 110 включает первичный H-мост 120, электрически соединенный с трансформатором 130, который, в свою очередь, электрически соединен с вторичным H-мостом 140.Referring now to FIG. 2, system embodiments also include a controller 100 that communicates with a DC/DC converter 110 that includes two H-bridges. In particular, converter 110 includes a primary H-bridge 120 electrically coupled to a transformer 130, which in turn is electrically coupled to a secondary H-bridge 140.

Контроллер 100 осуществляет связь с преобразователем 110 посредством первой линии 150 связи и со вспомогательными инверторами 80 посредством второй линии 160 связи. В варианте осуществления линии связи функционально соединены с инверторами и преобразователем посредством контроллеров инверторов и преобразователей соответственно (не показаны). Контроллер 100 также осуществляет связь с генератором переменного тока и управляет им и, как следствие, первичным звеном 10 посредством третьей линии связи (не показана). В вариантах осуществления линиями связи могут быть линии связи на основе Ethernet или волоконной оптики, хотя могут использоваться и другие протоколы связи. Хотя варианты осуществления выполнены с возможностью использования с системами, содержащими две/три линии связи, другие варианты осуществления могут оказаться подходящими для использования с более чем тремя линиями связи между контроллером и компонентами системы.The controller 100 communicates with the inverter 110 via the first link 150 and with the auxiliary inverters 80 via the second link 160. In an embodiment, the communication lines are operatively connected to the inverters and the converter via the controllers of the inverters and converters, respectively (not shown). The controller 100 also communicates with and controls the alternator and hence the primary link 10 via a third link (not shown). In embodiments, the links may be Ethernet or fiber based, although other communication protocols may be used. Although the embodiments are designed to be used with systems containing two/three communication lines, other embodiments may be suitable for use with more than three communication lines between the controller and system components.

Как будет понятно, в дополнение к линиям 150, 160 связи, питание передается между компонентами системы. В варианте осуществления однофазное питание 190 переменного тока передается между компонентами (H-мостами 120, 140 и трансформатором 130) в преобразователе 110. Питание 180 постоянного тока отводится от вторичного H-моста на вспомогательные инверторы. Вспомогательные инверторы 80, в свою очередь, подают однофазное питание 182 переменного тока на двигатель 200 вспомогательных устройств/нагнетательных вентиляторов 210.As will be appreciated, in addition to communication lines 150, 160, power is transferred between system components. In an embodiment, single-phase AC power 190 is passed between the components (H-bridges 120, 140 and transformer 130) in converter 110. DC power 180 is diverted from the secondary H-bridge to auxiliary inverters. Auxiliary inverters 80 in turn supply single-phase AC power 182 to auxiliary/blower motor 200 210.

В вариантах осуществления компоненты системы могут быть физически расположены в разных местоположениях в машине, например транспортном средстве. Например, в OHV контроллер 100 системы и компоненты преобразователя могут быть расположены в основном корпусе, а вспомогательные инверторы 80 могут быть расположены внутри корпуса инвертора нагнетательного вентилятора охлаждения.In embodiments, system components may be physically located at different locations in a machine, such as a vehicle. For example, in an OHV, the system controller 100 and inverter components may be located in the main housing, and the auxiliary inverters 80 may be located inside the cooling blower inverter housing.

Во время нормальной работы контроллер 100 определяет и устанавливает режим работы вспомогательного устройства, например скорость нагнетательного вентилятора, по линиям связи. То есть контроллер 100 принимает входные данные по режиму работы транспортного средства, а затем контроллер управляет нагнетательным вентилятором по линии связи к преобразователю 110, то есть первой линии 150 связи и/или второй линии 160 связи к инверторам. В некоторых обстоятельствах, однако, может оказаться возможным, что первая и/или вторая линии связи между контроллером 110 и преобразователем или инверторами разрываются/прерываются или иным образом выходят из строя, так что линии не могут передать сигнал между взаимосвязанными компонентами.During normal operation, the controller 100 determines and sets the operation mode of the auxiliary device, such as the speed of the blower fan, over the communication lines. That is, the controller 100 receives the vehicle operation mode input, and then the controller controls the blower via a link to the converter 110, ie, the first link 150 and/or the second link 160 to the inverters. In some circumstances, however, it may be possible for the first and/or second communication lines between controller 110 and the converter or inverters to break/interrupt or otherwise fail such that the lines cannot transmit a signal between interconnected components.

В варианте осуществления изобретения в случае сбоя линии связи пониженное вторичное напряже- 3 041633 ние V2 используется в качестве среды связи для нагнетательных вентиляторов охлаждения или другого вспомогательного устройства. То есть контроллер 100 планирует вторичное напряжение V2 на основе требуемого уровня работы вспомогательного устройства и инверторы для вспомогательного устройства программируются для перехода на конкретные скорости на основе вторичного напряжения V2. Например, если транспортное средство находится в режиме движения, вторичное напряжение V2 может быть на уровне его номинального рабочего напряжения, например 800 В. Скорость работы вспомогательного устройства может быть установлена так, что нагнетательный вентилятор работает на своей максимальной скорости во время движения. Для режима холостого хода транспортного средства скорость вспомогательного устройства для данного транспортного средства может быть установлена таким образом, что нагнетательный вентилятор работает при пониженной скорости, соответствующей транспортному средству на холостом ходу, например 500 В. Как будет понятно, число скоростей/уровней рабочего напряжения вспомогательного устройства может варьировать в зависимости от типа транспортного средства или машины, условий эксплуатации и т.д.In an embodiment of the invention, in the event of a communication line failure, the reduced secondary voltage V2 is used as the communication medium for the cooling blowers or other auxiliary device. That is, the controller 100 schedules the secondary voltage V2 based on the required operation level of the accessory, and the inverters for the accessory are programmed to go to specific speeds based on the secondary voltage V2. For example, if the vehicle is in driving mode, the secondary voltage V2 may be at its rated operating voltage, eg 800 V. The speed of the accessory may be set such that the blower operates at its maximum speed while driving. For a vehicle idle, the accessory speed for that vehicle may be set such that the blower fan operates at a reduced speed corresponding to the vehicle at idle, for example 500V. As will be appreciated, the number of speeds/voltage levels of the accessory may vary depending on the type of vehicle or machine, operating conditions, etc.

В случае, когда линия 160 связи к вспомогательным инверторам потеряна, контроллер 100 системы не в состоянии управлять скоростью нагнетательного вентилятора, и не принимает обратную связь по скорости или току. В этих условиях вспомогательные инверторы будут использовать вторичное напряжение V2 для определения своего режима работы.In the event that the communication line 160 to the auxiliary inverters is lost, the system controller 100 is unable to control the speed of the blower and does not receive speed or current feedback. Under these conditions, the auxiliary inverters will use the secondary voltage V2 to determine their operating mode.

В случае, когда первая линия 150 связи к преобразователю 110 потеряна, преобразователь будет подстраивать вторичное напряжение к уровню V2. Если вторая линия 160 связи к вспомогательным инверторам является исправной, инверторы могут переводиться на любой уровень, и будет доступна вся обратная связь, необходимая для определения рабочего состояния систем. В варианте осуществления преобразователь 110 будет автоматически выключаться, когда он обнаруживает входное напряжение ниже определенного порога, указывающего нормальное отключение системы или ненормальную работу тягового звена.In the event that the first link 150 to converter 110 is lost, the converter will adjust the secondary voltage to V2. If the second link 160 to the auxiliary inverters is healthy, the inverters can be driven to any level and all the feedback necessary to determine the operating status of the systems will be available. In an embodiment, converter 110 will automatically turn off when it detects an input voltage below a certain threshold, indicating a normal shutdown of the system or abnormal operation of the traction link.

Если обе линии 150, 160 связи к контроллеру разрываются, тогда система переходит по умолчанию на высокий режим работы, например на номинальное напряжение системы, пока не будет восстановлена достаточная связь. Например, в контексте OHV, система переходит по умолчанию к режиму движения, в котором вспомогательное устройство (например, нагнетательные вентиляторы) работает на высоком уровне, независимо от того, находится ли транспортное средство в режиме движения, для предотвращения потенциального перегрева.If both links 150, 160 to the controller are broken, then the system defaults to a high mode of operation, such as rated system voltage, until sufficient communication is re-established. For example, in the context of OHV, the system defaults to drive mode, in which ancillary devices (such as blowers) operate at a high level, regardless of whether the vehicle is in drive mode, to prevent potential overheating.

В варианте осуществления транспортное средство содержит источник питания, контроллер, преобразователь, выполненный с возможностью приема первого напряжения от источника питания и преобразования первого напряжения во второе напряжение, систему вспомогательного инвертора электрически соединенную с выходом преобразователя и вспомогательным устройством, имеющем электродвигатель, при этом система вспомогательного инвертора выполнена с возможностью преобразования второго напряжения, принятого от преобразователя, для питания электродвигателя, и первую линию связи между контроллером и системой вспомогательного инвертора. Система вспомогательного инвертора также выполнена с возможностью управления скоростью электродвигателя на основе уровня второго напряжения в ответ на прерывание первой линии связи. Транспортное средство также содержит по меньшей мере один тяговый инвертор, электрически соединенный с источником питания, при этом по меньшей мере один тяговый двигатель электрически соединен с тяговым инвертором и при этом контроллер управляет источником питания, а также вспомогательным инвертором. Преобразователь DC/DC содержит цепи первичного и вторичного Н-мостов, электрически соединенные с трансформатором. В вариантах осуществления вспомогательным устройством является нагнетательный вентилятор. Система содержит множество вспомогательных инверторов и также может содержать устройство хранения энергии, электрически соединенное с преобразователем. Источником питания является генератор переменного тока. Линии связи могут использовать протокол Ethernet (стандарт организации локальных сетей). Первое напряжение находится в диапазоне от приблизительно 500 до приблизительно 2200 В, а вторичное напряжение находится в диапазоне от приблизительно 580 до приблизительно 860 В. Режимом работы транспортного средства является режим движения, режим холостого хода и режим торможения.In an embodiment, the vehicle comprises a power source, a controller, a converter configured to receive a first voltage from the power source and convert the first voltage into a second voltage, an auxiliary inverter system electrically connected to the output of the converter, and an auxiliary device having a motor, wherein the auxiliary inverter system configured to convert the second voltage received from the converter to power the electric motor, and the first communication line between the controller and the auxiliary inverter system. The auxiliary inverter system is also configured to control the speed of the motor based on the level of the second voltage in response to the interruption of the first communication line. The vehicle also contains at least one traction inverter electrically connected to the power source, wherein at least one traction motor is electrically connected to the traction inverter and the controller controls the power source as well as the auxiliary inverter. The DC/DC converter contains primary and secondary H-bridge circuits electrically connected to the transformer. In embodiments, the auxiliary device is a blower. The system includes a plurality of auxiliary inverters and may also include an energy storage device electrically coupled to the inverter. The power source is an alternator. Communication lines can use the Ethernet protocol (local area networking standard). The first voltage is in the range of about 500 to about 2200 volts and the secondary voltage is in the range of about 580 to about 860 volts.

В другом варианте осуществления система содержит контроллер, выполненный с возможностью приема информации, касающейся режима работы машины, и вспомогательное устройство, выполненное с возможностью работы в состоянии, которое является адекватным режиму работы машины, при этом вспомогательное устройство принимает питание от источника питания. Система также содержит по меньшей мере одну линию связи между контроллером и вспомогательным устройством, при этом упомянутая линия дает команду вспомогательному устройству работать в состоянии, адекватном режиму работы машины. Если упомянутая по меньшей мере одна линия связи разрывается, вспомогательное устройство может по-прежнему работать в состоянии, адекватном режиму работы машины, на основе уровня питания, принимаемого от источника питания. В вариантах осуществления машина представляет собой транспортное средство, а вспомогательное устройство представляет собой нагнетательный вентилятор. Система также содержит устройство хранения энергии, соединенное с преобразователем, а источником питания является генератор переменного тока. Линии связи используют протокол Ethernet. РежимомIn another embodiment, the system includes a controller configured to receive information regarding the mode of operation of the machine, and an accessory device configured to operate in a state that is adequate to the mode of operation of the machine, while the accessory device receives power from a power source. The system also contains at least one communication line between the controller and an auxiliary device, while said line instructs the auxiliary device to operate in a state adequate to the mode of operation of the machine. If the at least one communication line is broken, the auxiliary device can still operate in a state adequate to the mode of operation of the machine, based on the power level received from the power source. In embodiments, the machine is a vehicle and the accessory is a blower. The system also contains an energy storage device connected to the converter, and the power source is an alternator. Communication lines use the Ethernet protocol. Mode

- 4 041633 работы транспортного средства является режим движения, режим холостого хода и режим торможения.- 4 041633 operation of the vehicle is the driving mode, idling mode and braking mode.

В другом варианте осуществления система содержит контроллер и преобразователь, выполненный с возможностью приема первого напряжения от источника питания и понижения первого напряжения до более низкого, вторичного напряжения, при этом вторичное напряжение указывает режим работы машины. Система также содержит по меньшей мере один вспомогательный инвертор, электрически соединенный с преобразователем и вспомогательным устройством, при этом вспомогательный инвертор принимает вторичное напряжение. Система также содержит первую линию связи между контроллером и вспомогательным инвертором и вторую линию связи между контроллером и преобразователем. В процессе работы, если одна из линий связи прерывается, вспомогательное устройство продолжит работать на уровне, адекватном рабочему уровню машины, на основе вторичного напряжения. Система также содержит по меньшей мере один тяговый инвертор, электрически соединенный с источником питания, при этом по меньшей мере один тяговый двигатель электрически соединен с тяговым инвертором, и контроллер управляет источником питания, а также вспомогательным инвертором. Преобразователь 110 является преобразователем DC/DC, который включает цепи первого и вторичного Н-мостов, электрически соединенные с трансформатором. В вариантах осуществления система содержит множество вспомогательных инверторов. Источником питания является генератор переменного тока. В вариантах осуществления первое напряжение находится в диапазоне от приблизительно 500 В до приблизительно 2200 В. Вторичное напряжение находится в диапазоне от приблизительно 580 В до приблизительно 860 В. В вариантах осуществления машиной является OHV, а режимом OHV является режим движения, режим холостого хода и режим торможения.In another embodiment, the system comprises a controller and a converter configured to receive a first voltage from a power source and lower the first voltage to a lower, secondary voltage, the secondary voltage indicating the mode of operation of the machine. The system also includes at least one auxiliary inverter electrically connected to the converter and the auxiliary device, wherein the auxiliary inverter receives secondary voltage. The system also includes a first communication line between the controller and the auxiliary inverter and a second communication line between the controller and the inverter. During operation, if one of the communication lines is interrupted, the auxiliary device will continue to operate at a level adequate to the operating level of the machine, based on the secondary voltage. The system also contains at least one traction inverter electrically connected to the power source, wherein at least one traction motor is electrically connected to the traction inverter, and the controller controls the power source as well as the auxiliary inverter. Converter 110 is a DC/DC converter that includes first and secondary H-bridge circuits electrically coupled to a transformer. In embodiments, the system comprises a plurality of auxiliary inverters. The power source is an alternator. In embodiments, the first voltage is in the range of about 500 V to about 2200 V. The secondary voltage is in the range of about 580 V to about 860 V. In embodiments, the machine is OHV and the OHV mode is drive mode, idle mode, and braking.

В другом варианте осуществления способ включает выбор вторичного напряжения, формируемого преобразователем, на основе режима работы машины, при этом машина содержит по меньшей мере одно вспомогательное устройство, имеющее электродвигатель, и подачу вторичного напряжения на вспомогательный инвертор, электрически соединенному со вспомогательным устройством. Способ также включает работу вспомогательного устройства на уровне, адекватном режиму работы машины, в случае, если прерывается линия связи между контроллером и вспомогательным инвертором или прерывается линия связи между контроллером и преобразователем.In another embodiment, the method includes selecting a secondary voltage generated by the converter based on the operating mode of the machine, wherein the machine comprises at least one auxiliary device having an electric motor, and supplying the secondary voltage to an auxiliary inverter electrically connected to the auxiliary device. The method also includes the operation of the auxiliary device at a level adequate to the mode of operation of the machine, if the communication line between the controller and the auxiliary inverter is interrupted or the communication line between the controller and the converter is interrupted.

Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения. Например, вышеописанные варианты осуществления (и/или их аспекты) могут использоваться в сочетании друг с другом. Кроме того, может быть выполнено множество модификаций, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к идеям изобретения в объеме изобретения. В то время как размеры и типы материалов, описанных в настоящем документе, предназначены для определения параметров изобретения, они ни в коем случае не являются ограничивающими и представляют только примеры осуществления. Многие другие варианты осуществления являются очевидными для специалистов в данной области техники при рассмотрении вышеуказанного описания. Объем изобретения необходимо, следовательно, определять со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения, наряду с полным объемом эквивалентов, на которые распространяется указанная формула изобретения. В прилагаемой формуле изобретения термины содержащий и в котором используются в качестве эквивалентов терминов охватывающий и где. Кроме того, в последующей формуле изобретения термины, такие как первый, второй, верхний, нижний, низ, верх и т.д. используются просто в качестве обозначений, и они не предназначены для того, чтобы накладывать цифровые или позиционные требования на их объекты.It should be understood that the above description is intended to be illustrative and not limiting. For example, the embodiments described above (and/or aspects thereof) may be used in combination with each other. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention within the scope of the invention. While the dimensions and types of materials described herein are intended to define the parameters of the invention, they are by no means limiting and only represent exemplary embodiments. Many other embodiments are apparent to those skilled in the art upon consideration of the above description. The scope of the invention must therefore be determined with reference to the appended claims, along with the full scope of the equivalents to which said claims fall. In the appended claims, the terms containing and in which are used as equivalents to the terms covering and where. In addition, in the following claims, terms such as first, second, top, bottom, bottom, top, etc. are used simply as designators and are not intended to impose numeric or positional requirements on their entities.

Настоящее описание использует примеры для раскрытия некоторых вариантов осуществления изобретения, в том числе наилучший способ, а также, дает возможность специалисту в данной области техники осуществить на практике варианты осуществления изобретения, включая изготовление и применение любых устройств или систем и выполнение вовлеченных способов. Объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут быть получены специалистом в данной области техники. Такие другие примеры будут находиться в пределах объема формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы изобретения или если они содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отклонениями от буквального изложения формулы изобретения.The present description uses examples to disclose some embodiments of the invention, including the best method, and also enables a person skilled in the art to practice embodiments of the invention, including the manufacture and use of any devices or systems and the implementation of the methods involved. The scope of the invention is defined by the claims and may include other examples that can be obtained by a person skilled in the art. Such other examples will be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal statement of the claims or if they contain equivalent structural elements with minor deviations from the literal statement of the claims.

В контексте настоящего документа элемент или шаг, используемый в единственном числе, следует понимать как не исключающий множественного числа упомянутых элементов или шагов, если только такое исключение явно не указано. Кроме того, ссылки на один вариант осуществления настоящего изобретения не предназначены для того, чтобы интерпретироваться как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают перечисленные признаки. Более того, если явно не указано иное, варианты осуществления, содержащие, включающие или имеющие элемент или множество элементов, имеющих конкретное свойство, могут включать дополнительные такие элементы, которые не имеют упомянутого свойства.In the context of this document, an element or step used in the singular is to be understood as not excluding the plural of said elements or steps, unless such an exception is explicitly stated. Furthermore, references to one embodiment of the present invention are not intended to be interpreted as excluding the existence of additional embodiments that also include the listed features. Moreover, unless explicitly stated otherwise, embodiments containing, including, or having an element or a plurality of elements having a particular property may include additional such elements that do not have the said property.

Так как определенные изменения могут быть сделаны в вышеприведенном силовом преобразователе и способе в пределах сущности и объема изобретения, входящих в настоящий документ, предполагается, что все в предмете изобретения, изложенном в приведенном выше описании или показанном на приложенных чертежах, следует трактовать только лишь как примеры, иллюстрирующие концепциюSince certain changes can be made to the above power converter and method without departing from the spirit and scope of the invention contained herein, it is intended that everything in the subject matter set forth in the foregoing description or shown in the accompanying drawings is to be construed as examples only. illustrating the concept

- 5 041633 изобретения, и не должно трактоваться в качестве ограничения изобретения.- 5 041633 of the invention, and should not be construed as a limitation of the invention.

Claims (12)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ управления вспомогательным устройством с электродвигателем в машине, включающий прием первого напряжения от источника питания и преобразование первого напряжения во вторичное напряжение с помощью преобразователя;1. A method for controlling an auxiliary device with an electric motor in a machine, including receiving a first voltage from a power source and converting the first voltage into a secondary voltage using a converter; преобразование вторичного напряжения, принятого от преобразователя, с помощью вспомогательного инвертора для питания электродвигателя вспомогательного устройства, при этом вспомогательный инвертор выполнен с возможностью управления скоростью электродвигателя на основе уровня вторичного напряжения;converting the secondary voltage received from the inverter with the auxiliary inverter to power the motor of the auxiliary device, the auxiliary inverter being capable of controlling the speed of the motor based on the level of the secondary voltage; управление скоростью электродвигателя вспомогательного устройства в соответствии с режимом работы машины с помощью контроллера путем управления инвертором посредством первой линии связи между контроллером и вспомогательным инвертором;controlling the speed of the motor of the auxiliary device in accordance with the operation mode of the machine by the controller by controlling the inverter through the first communication line between the controller and the auxiliary inverter; в ответ на прерывание первой линии связи выбор контроллером вторичного напряжения, формируемого преобразователем, на основе режима работы машины посредством второй линии связи между контроллером и преобразователем.in response to the interruption of the first communication line, the controller selects the secondary voltage generated by the converter based on the operating mode of the machine through the second communication line between the controller and the converter. 2. Способ по п.1, также включающий преобразование первого напряжения посредством преобразователя во вторичное напряжение, причем первое напряжение обеспечивают посредством источника питания и первое напряжение выше, чем вторичное напряжение.2. The method of claim 1, further comprising converting the first voltage by means of a converter to a secondary voltage, wherein the first voltage is provided by a power supply and the first voltage is higher than the secondary voltage. 3. Способ по п.2, в котором машина представляет собой транспортное средство, а источник питания представляет собой генератор переменного тока транспортного средства.3. The method of claim 2, wherein the machine is a vehicle and the power source is the vehicle's alternator. 4. Способ по п.3, в котором машина представляет собой внедорожное транспортное средство (OHV), а рабочий режим OHV представляет собой либо режим движения, либо режим холостого хода, либо режим торможения.4. The method of claim 3, wherein the machine is an off-highway vehicle (OHV) and the OHV operating mode is either drive mode, idle mode, or braking mode. 5. Способ по п.2, в котором первое напряжение находится в диапазоне от приблизительно 500 до приблизительно 2200 В.5. The method of claim 2, wherein the first voltage is in the range of about 500 to about 2200 volts. 6. Способ по п.1, в котором вторичное напряжение находится в диапазоне от приблизительно 580 до приблизительно 860 В.6. The method of claim 1 wherein the secondary voltage is in the range of about 580 to about 860 volts. 7. Способ по п.1, в котором преобразователь представляет собой преобразователь постоянного тока (DC/DC).7. The method of claim 1 wherein the converter is a direct current (DC/DC) converter. 8. Способ по п.7, в котором преобразователь DC/DC содержит цепи первичного и вторичного Н-мостов, электрически соединенные с трансформатором.8. The method of claim 7, wherein the DC/DC converter comprises primary and secondary H-bridge circuits electrically coupled to the transformer. 9. Способ по п.8, также включающий отведение питания постоянного тока от цепи вторичного Н-моста на вспомогательный инвертор.9. The method of claim 8, further comprising diverting DC power from the secondary H-bridge circuit to the auxiliary inverter. 10. Способ по п.9, также включающий отведение однофазного питания переменного тока от вспомогательного инвертора по меньшей мере на одно вспомогательное устройство.10. The method of claim 9, further comprising diverting single-phase AC power from the auxiliary inverter to at least one auxiliary device. 11. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно вспомогательное устройство представляет собой нагнетательный вентилятор.11. The method of claim 1, wherein at least one accessory is a blower. 12. Способ по п.1, в котором линии связи используют протокол Ethernet.12. The method of claim 1, wherein the communication links use the Ethernet protocol.
EA202191596 2014-12-31 2015-12-24 SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF AUXILIARY DEVICES WITH ELECTRIC DRIVE EA041633B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/098,756 2014-12-31
US14/972,739 2015-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA041633B1 true EA041633B1 (en) 2022-11-16

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2009212974B2 (en) Electric drive retarding system and method
KR101583340B1 (en) Apparatus for battery control and method for battery control for electrical vehicles
EA038457B1 (en) System and method for controlling electrically driven accessories
KR101702160B1 (en) Method and device for operating a hybrid vehicle in the event of a fault in the energy system
ES2714560T3 (en) System for the power supply of some equipment of a locomotive and procedure for the operation of said system
CN107791851B (en) Backup power supply for discharging a main capacitor
JPWO2020230202A1 (en) Conversion device, conversion system, switching device, vehicle including them, and control method
AU2013219221B2 (en) Systems and methods for generating power in a vehicle
US8047317B2 (en) System, vehicle, and method
US11396238B2 (en) Motor vehicle on-board power system for an electrically driven vehicle, and method for operating a motor vehicle on-board power system
CN110494320B (en) Power supply system for vehicle
JP2006304390A (en) Power unit for hybrid vehicle
RU2648652C1 (en) Electromechanical transmission of the machine with internal combustion engine
US9438142B2 (en) Motor driving circuit
CN110603168B (en) Railway vehicle
CN109962461A (en) IGBT excess temperature protection method, the device of hybrid vehicle and electric machine controller
JP2013150525A (en) Electric vehicle
US20180319409A1 (en) Power system for a locomotive
EA041633B1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF AUXILIARY DEVICES WITH ELECTRIC DRIVE
CN106945532B (en) System and method for reducing fuel consumption in a vehicle
KR100384171B1 (en) Device and method for driving a motor of electric vehicle in a state of emergency
CN205185890U (en) Electric loader pulling equipment
JP2015061397A (en) Main circuit device and railway vehicle
JP2001292578A (en) Motor drive circuit
CN205185896U (en) Traction motor's controlgear