控制電驅動附件的系統及車輛的制作方法

對相關申請的交叉引用

本申請主張2014年12月31日提交的美國臨時申請序列號62/098756的權益，其因此通過引用被全部結合于此。

技術領域

本實用新型的實施例一般涉及控制附件。其他實施例涉及用于控制電驅動附件的系統及方法。

背景技術：

在采礦工業中，大型非公路用車輛“OHV”一般采用用于推進車輛或使車輛減速的電動車輪。特別地，OHV通常包括與交流發電機聯合的大馬力柴油機、主牽引逆變器以及容納在車輛后輪內的一對車輪驅動組合件。柴油機驅動交流發電機，交流發電機給主牽引逆變器供電。牽引逆變器包括半導體電力開關，半導體電力開關將交流發電機輸出電流整流，以給車輪驅動組合件的電驅動馬達，例如AC馬達提供電功率。

類似地，列車通常以由利用電動輪式馬達來驅動牽引車輪的機車推或拉的許多節車廂為特征。經由來自容納在機車內的一個或更多個發動機驅動發電機的配電而給電動輪式馬達供電。

在OHV應用和軌道應用兩者中，固態電力變換器用于將來自發電機或交流發電機的高壓電流提供給車輪驅動馬達。這類電力變換器包括使電壓逐步降低的感應線圈和將電流整流的半導體電力開關。在這類系統中，可以通過使用包括鼓風機或風機的電驅動冷卻系統來完成對車輛驅動構件的冷卻。然而，對于電驅動冷卻系統內的電氣構件之間的通信被中斷或切斷也許是可能的。如將理解的，如果通信丟失，則系統控制器可以不能夠控制冷卻系統，導致潛在地不動的車輛。

因此，希望提供允許在通信故障的情況下控制例如鼓風機的附件的用于給諸如電氣冷卻系統的附件供電的系統及方法。

技術實現要素：

在一個實施例中，車輛包括：電源；控制器；變換器，配置成接收來自電源的第一電壓，并且將第一電壓變換成第二電壓；輔助逆變器系統，電耦合至變換器的輸出和具有電馬達的附件；輔助逆變器系統，配置成對從變換器接收的第二電壓進行變換，用于給電馬達供電；以及控制器與輔助逆變器系統之間的第一通信鏈路。輔助逆變器系統還配置成響應于第一通信鏈路的中斷、基于第二電壓的級別而控制電馬達的速度。

在另一個實施例中，系統包括配置成接收關于機器運行模式的信息的控制器和配置成在與機器運行模式相稱的狀態下運行的附件，附件從電源接收電力。系統還包括控制器與附件之間的至少一個通信鏈路，鏈路命令（commanding）附件在與機器運行模式相稱的狀態下運行。如果至少一個通信鏈路被中斷，則附件基于從電源接收的電力而仍然能夠在與機器運行模式相稱的狀態下運行。

在另一個實施例中，系統包括控制器和配置成接收來自電源的第一電壓并且使第一電壓逐步降低至較低的次級電壓的變換器，次級電壓指示車輛運行級別。系統還包括電耦合至變換器和附件的至少一個輔助逆變器，輔助逆變器接收次級電壓。系統還包括控制器與輔助逆變器之間的第一通信鏈路和控制器與變換器之間的第二通信鏈路。在運行中，如果通信鏈路之一被中斷，則附件將基于次級電壓而在與車輛運行模式相稱的級別下繼續運行。

在還有另一個實施例中，方法包括基于機器運行模式而選擇由變換器提供的次級電壓，機器包括具有電馬達的至少一個附件，并且將次級電壓提供給電耦合至附件的輔助逆變器。方法還包括在控制器與輔助逆變器之間的通信鏈路被中斷或控制器與變換器之間的通信鏈路被中斷的情況下，使附件在與機器運行模式相稱的級別下運行。

技術方案1：一種車輛，包括：

電源；

控制器；

變換器，配置成接收來自所述電源的第一電壓，并且將所述第一電壓變換成第二電壓；

輔助逆變器系統，電耦合至所述變換器的輸出和具有電馬達的附件，所述輔助逆變器系統配置成對從所述變換器接收的所述第二電壓進行變換，用于給所述電馬達供電；以及

所述控制器與所述輔助逆變器系統之間的第一通信鏈路；

其中，所述輔助逆變器系統還配置成響應于所述第一通信鏈路的中斷、基于所述第二電壓的級別而控制所述電馬達的速度。

技術方案2：如技術方案1所述的車輛，還包括：

電耦合至所述電源的至少一個牽引逆變器；

電耦合至所述牽引逆變器的至少一個牽引馬達；并且，

其中，所述控制器控制所述電源以及所述輔助逆變器系統。

技術方案3：如技術方案1所述的車輛，其中，所述變換器是DC/DC變換器。

技術方案4：如技術方案3所述的車輛，其中，所述DC/DC變換器包含電連接至變壓器的主H橋電路和次H橋電路。

技術方案5：如技術方案1所述的車輛，其中，所述附件是鼓風機。

技術方案6：如技術方案1所述的車輛，其中，所述輔助逆變器系統包含多個輔助逆變器。

技術方案7：如技術方案1所述的車輛，還包括電耦合至所述變換器的儲能裝置。

技術方案8：如技術方案1所述的車輛，其中，所述電源是交流發電機。

技術方案9：如技術方案1所述的車輛，還包括：

所述控制器與所述變換器之間的第二通信鏈路；

其中，所述第二電壓指示所述車輛的運行模式；并且，

其中，如果所述通信鏈路之一被中斷，則所述附件將基于所述第二電壓而在與所述車輛的所述運行模式相稱的級別下繼續運行。

技術方案10：如技術方案9所述的車輛，其中，所述通信鏈路利用以太網協議。

技術方案11：如技術方案1所述的車輛，其中，所述第一電壓在從大約500V至大約2200V的范圍內變動。

技術方案12：如技術方案1所述的車輛，其中，所述第二電壓在從大約580V至大約860V的范圍內變動。

技術方案13：如技術方案1所述的車輛，其中，所述車輛的所述運行模式是馬達驅動、空轉或減速。

技術方案14：一種系統，包括：

配置成接收關于機器的運行模式的信息的控制器；

配置成在與所述機器的所述運行模式相稱的狀態下運行的附件，所述附件從電源接收電力；

所述控制器與所述附件之間的至少一個通信鏈路，所述鏈路命令所述附件在與所述機器的所述運行模式相稱的狀態下運行；并且，

其中，如果所述至少一個通信鏈路被中斷，則所述附件能夠基于從所述電源接收的電力的級別而選擇與所述機器的運行模式相稱的狀態并且在該狀態下運行。

技術方案15：如技術方案14所述的系統，其中，所述機器是車輛。

技術方案16：如技術方案14所述的系統，其中，所述附件是鼓風機。

技術方案17：如技術方案14所述的系統，還包括電耦合至所述變換器的儲能裝置。

技術方案18：如技術方案14所述的系統，其中，所述電源是交流發電機。

技術方案19：如技術方案14所述的系統，其中，所述機器的所述運行模式是馬達驅動、空轉或減速。

技術方案20：如技術方案14所述的系統，其中，所述通信鏈路利用以太網協議。

技術方案21：一種系統，包括：

控制器；

配置成接收來自電源的第一電壓并且使所述第一電壓逐步降低至較低的次級電壓的變換器，所述次級電壓指示機器的運行模式；

電耦合至所述變換器和具有電馬達的附件的至少一個輔助逆變器，所述輔助逆變器接收所述次級電壓；

所述控制器與所述輔助逆變器之間的第一通信鏈路；

所述控制器與所述變換器之間的第二通信鏈路；并且，

其中，如果所述通信鏈路之一被中斷，則所述附件將基于所述次級電壓而在與所述機器的所述運行模式相稱的級別下繼續運行。

技術方案22：如技術方案21所述的系統，還包括：

電耦合至所述電源的至少一個牽引逆變器；

電耦合至所述牽引逆變器的至少一個牽引馬達；并且，

其中，所述控制器控制所述電源以及所述輔助逆變器。

技術方案23：如技術方案21所述的系統，其中，所述變換器是DC/DC變換器。

技術方案24：如技術方案23所述的系統，其中，所述DC/DC變換器包含電連接至變壓器的主H橋電路和次H橋電路。

技術方案25：如技術方案21所述的系統，其中，所述系統包含多個輔助逆變器。

技術方案26：如技術方案21所述的系統，其中，所述電源是交流發電機。

技術方案27：如技術方案21所述的系統，其中，所述第一電壓在從大約500V至大約2200V的范圍內變動。

技術方案28：如技術方案21所述的系統，其中，所述次級電壓在從大約580V至大約860V的范圍內變動。

技術方案29：如技術方案21所述的系統，其中，機器是OHV，所述OHV的所述模式是馬達驅動、空轉或減速。

技術方案30：一種方法，包括：

基于機器的運行模式而選擇由變換器提供的次級電壓，所述機器包含具有電馬達的至少一個附件；

將所述次級電壓提供給電耦合至所述附件的輔助逆變器；以及

在所述控制器與所述輔助逆變器之間的通信鏈路被中斷或所述控制器與所述變換器之間的通信鏈路被中斷的情況下，使所述附件在與所述機器的所述運行模式相稱的級別下運行。

附圖說明

從參考附圖而閱讀非限制性的實施例的以下的描述，將更好地理解本實用新型，其中以下包括：

圖1是根據本實用新型的實施例的用于控制電驅動附件的系統的簡化示意圖；

圖2是根據本實用新型的實施例的系統的次鏈路的簡化示意圖。

具體實施方式

下面將詳細地參考本實用新型的示范性的實施例，在附圖中圖示這些實施例的示例。在任何可能的情況下，在附圖通篇中使用的相同的參考符號指的是相同的或相似的部件。雖然本實用新型的實施例適合于供移動式實施方案和固定式實施方案兩者使用，但為了便于解釋，在本文中詳細地描述移動式實施方案。更具體地，為了清楚地說明移動式實施例的公開，選擇OHV。

其他適合的車輛包括道路用車輛、非公路用車輛、采礦裝備、建設裝備、工業裝備以及船舶。另外，本實用新型的實施例同樣地可應用于任何類型的動力或非動力的機器，機器包括要求冷卻的輔助構件、諸如相關聯的電力電子設備。

本實用新型的實施例還可能可應用于零排放車輛（那些車輛在其運行期間不降低在其附近的可呼吸的空氣的可用性）以及混合動力車輛，即提供有次儲能裝置以及例如柴油內燃機的主化學能產生裝置兩者的車輛。

本實用新型的實施例允許附件裝置以與機器運行模式“相稱”的速度或級別運行。如本文中所使用的，“與……相稱”指的是關于機器運行模式而成比例/可比較、適于或以其他方式所希望的條件或狀態。

現在參考圖1，本實用新型系統的實施例配置供諸如OHV的動力機器使用。在這些實施例中，系統一般包括主DC鏈路10和次DC鏈路20。鏈路10、20電耦合至變換器110，例如DC/DC變換器，變換器110使電壓從主鏈路逐步降低至次鏈路。如所示，主鏈路10連接至給系統供電的電源40，例如交流發電機。交流發電機又可操作地連接至內燃機，諸如柴油機。在其他實施例中，電源40不必是由內燃機供電的交流發電機，而可以是零排放電氣系統的構件。

主鏈路10包括多個牽引逆變器50，多個牽引逆變器50耦合至多個牽引馬達60和制動斬波器70。如將理解的，主鏈路10用于運行機器例如OHV，其中安裝系統。例如，主鏈路10可以用于經由牽引馬達60而使OHV馬達驅動、空轉或制動/減速。如所示，系統還包括次鏈路20。次鏈路20還包括多個輔助逆變器200，多個輔助逆變器200連接至附件裝置210，例如馬達。在OHV的實施例中，附件裝置210能夠包括諸如網格（grid）、輪式馬達的30-50HP馬達，其驅動鼓風機以及控制組鼓風機，這對車輛冷卻有用。在其他實施例中，附件裝置210能夠由例如100-200HP的更大功率的馬達驅動。次鏈路還可以包括儲能裝置，諸如電池90。

如所提到的，DC/DC變換器110使電壓從主鏈路逐步降低至次鏈路。在實施例中，變換器110使電壓從可變的“高壓”牽引DC主鏈路逐步降低至“中壓”DC次鏈路，以供附件使用。可變的中壓鏈路提供總線級電壓和對于諸如冷卻鼓風機的附件裝置的電壓。如將容易地理解，鏈路內的構件經由例如電纜的標準電氣連接而電通信。

在一個方面，電壓從第一電壓V1（例如“高壓”）逐步降低至次級電壓V2（例如“中級電壓”）。次級電壓V2指示OHV的運行的運行模式。例如，V2可以表示車輛運行模式，諸如空轉、馬達驅動或減速。對各模式要求的電力（例如電壓）是不同的。例如，如果馬達驅動，V2將會很可能比對于空轉的V2更高。換句話說，更高的V2表示例如馬達驅動的運行的車輛模式，其中可能要求比表示例如空轉車輛模式的更低的V2的更大的量的系統冷卻。如本文中所使用的，“運行模式”指的是機器運行條件或模式，例如上文所提到的車輛模式，對于所述對應的附件運行模式例如冷卻鼓風機速度是必要的或以其他方式所希望的。

在實施例中，第一電壓V1在從大約500V至大約2200V的范圍內變動，并且次級電壓V2在從大約580V至大約860V的范圍內變動。如將理解的，然而，可以取決于機器/車輛的類型、預期用途等而采用其他第一電壓級別和次級電壓級別。在某些實施例中，也許還有可能使用其他電力標記來表示車輛或機器的運行模式。

現在參考圖2，系統的實施例還包括控制器100，控制器100與以兩個H橋為特征的DC/DC變換器110通信。更具體地，變換器110包括主H橋120，主H橋120電耦合至變壓器130，變壓器130又電耦合至次H橋140。

控制器100通過第一通信鏈路150而與變換器110通信，并且，通過第二通信鏈路160而與輔助逆變器80通信。在實施例中，通信鏈路分別經由逆變器和變換器控制器而操作地連接至逆變器和變換器（未示出）。控制器100還通過第三通信鏈路（未示出）而與交流發電機通信并且控制交流發電機，由此通過擴展，與主鏈路10通信并且控制主鏈路10。在實施例中，雖然可以采用其他通信協議，通信鏈路能夠是以太網或基于光纖。雖然實施例配置供包括兩個/三個通信鏈路的系統使用，但其他實施例可以適合于供控制器與系統構件之間的三個以上鏈路使用。

如將理解的，除了通信鏈路150、160之外，還在系統構件之間傳遞電力。在實施例中，單相AC電力190在變換器110中的構件（H橋120、140以及變壓器130）之間傳遞。DC電力180從次H橋輸出至輔助逆變器。輔助逆變器80又將單相AC電力182供給至馬達200附件裝置/鼓風機210。

在實施例中，系統構件可以物理地容納于例如車輛的機器中的各種位置。例如，在OHV中，系統控制器100和變換器構件可以位于主柜中，并且，輔助逆變器80可以位于冷卻鼓風機逆變器柜內。

在正常運行的期間，控制器100經由通信鏈路而確定并且設置附件運行模式，例如鼓風機速度。即，控制器100接收關于車輛運行模式的輸入，并且然后，控制器經由與變換器110通信的通信鏈路，即與逆變器通信的第一通信鏈路150和/或第二通信鏈路160而命令鼓風機。在某些情形下，然而，也許有可能控制器110與變換器或逆變器之間的第一通信鏈路和/或第二通信鏈路被切斷/中斷或以其他方式出故障，使得鏈路不能在互相連接的構件之間傳輸信號。

在本實用新型的實施例中，在通信鏈路故障的情況下，逐步降低的次級電壓V2被用作與冷卻鼓風機或其他附件裝置通信的通信媒介。即，控制器100基于所要求的附件裝置運行級別而安排次級電壓V2，并且基于次級電壓V2而對用于附件的逆變器進行編程，以轉到具體的速度。例如，如果車輛馬達驅動，則次級電壓V2可以處于其標稱運行電壓，例如800V。針對該電壓的附件速度可以被設置，以便鼓風機在馬達驅動期間以其最大速度運行。對于空轉車輛模式，針對該電壓的附件速度可以被設置，以便鼓風機以與空轉的車輛相對應的降低的速度，例如500V運行。如將理解的，附件速度/運行電壓級別的數量可能取決于車輛或機器的類型、運行環境等而變化。

在與輔助逆變器通信的通信鏈路160丟失的情況下，系統控制器100不能命令鼓風機速度，并且未接收到關于鼓風機速度或電流的反饋。在這些情形下，輔助逆變器應當使用次級電壓V2來確定其運行點。

在與變換器110通信的第一通信鏈路150丟失的情況下，變換器應當調節至次級電壓級別V2。如果與輔助逆變器通信的第二通信鏈路160是完整的，則逆變器可以被控制成任何級別，并且將可獲得確定系統運行條件所必需的所有的反饋。在實施例中，在變換器110檢測到輸入電壓低于某一閾值時，其將自動地關閉，指示正常的系統關閉或異常的牽引鏈路運行。

如果與控制器100通信的通信鏈路150、160兩者都被中斷，則系統默認為在高運行模式，例如標稱系統電壓下運轉，直到恢復充分的通信。例如，在OHV的上下文下，無論車輛實際上是否馬達驅動，系統默認為馬達驅動的模式，其中附件裝置（例如，鼓風機）以高水平運轉，以防止任何潛在的過熱。

在實施例中，車輛包括：電源；控制器；變換器，配置成接收來自電源的第一電壓，并且將第一電壓變換成第二電壓；輔助逆變器系統，電耦合至變換器的輸出和具有電馬達的附件；輔助逆變器系統，配置成對從變換器接收的第二電壓進行變換用于給電馬達供電；以及控制器與輔助逆變器系統之間的第一通信鏈路。輔助逆變器系統還配置成響應于第一通信鏈路的中斷、基于第二電壓的級別而控制電馬達的速度。車輛還包括電耦合至電源的至少一個牽引逆變器和電耦合至牽引逆變器的至少一個牽引馬達，并且其中，控制器控制電源以及輔助逆變器。DC/DC變換器包括電連接至變壓器的主H橋電路和次H橋電路。在實施例中，附件是鼓風機。系統包括多個輔助逆變器，并且還可以包括電耦合至變換器的儲能裝置。電源是交流發電機。通信鏈路可以利用以太網協議。第一電壓在從大約500V至大約2200V的范圍內變動，并且次級電壓在從大約580V至大約860V的范圍內變動。車輛運行模式是馬達驅動、空轉或減速。

在另一個實施例中，系統包括配置成接收關于機器運行模式的信息的控制器和配置成在與機器運行模式相稱的狀態下運行的附件，附件從電源接收電力。系統還包括控制器與附件之間的至少一個通信鏈路，鏈路命令附件在與機器運行模式相稱的狀態下運行。如果至少一個通信鏈路被中斷，則附件基于從電源接收的電力的級別而仍然能夠在與機器運行模式相稱的狀態下運行。在實施例中，機器是車輛，并且附件是鼓風機。系統還包括電耦合至變換器的儲能裝置，并且電源是交流發電機。通信鏈路利用以太網協議。機器運行模式是馬達驅動、怠速或減速。

在另一個實施例中，系統包括控制器和配置成接收來自電源的第一電壓并且使第一電壓逐步降低至較低的次級電壓的變換器，次級電壓指示機器運行模式。系統還包括電耦合至變換器和附件的至少一個輔助逆變器，輔助逆變器接收次級電壓。系統還包括控制器與輔助逆變器之間的第一通信鏈路和控制器與變換器之間的第二通信鏈路。在運行中，如果通信鏈路之一被中斷，則附件將基于次級電壓而以與機器運行水平相稱的級別繼續運行。系統還包括電耦合至電源的至少一個牽引逆變器和電耦合至牽引逆變器的至少一個牽引馬達，并且控制器控制電源以及輔助逆變器。變換器110是包括電連接至變壓器的第一H橋電路和次H橋電路的DC/DC變換器。在實施例中，系統包括多個輔助逆變器。電源是交流發電機。在實施例中，第一電壓在從大約500V至大約2200V的范圍內變動。次級電壓在從大約580V至大約860V的范圍內變動。在實施例中，機器是OHV，并且OHV的模式是馬達驅動、怠速或減速。

在還有另一個實施例中，方法包括基于機器運行模式而選擇由變換器提供的次級電壓，機器包括具有電馬達的至少一個附件，并且將次級電壓提供給電耦合至附件的輔助逆變器。方法還包括在控制器與輔助逆變器之間的通信鏈路被中斷或控制器與變換器之間的通信鏈路被中斷的情況下，使附件在與機器運行模式相稱的級別下運行。

將理解，上文的描述旨在為說明性的，而不是限制性的。例如，可以將上述的實施例（和/或其方面）彼此組合使用。另外，在不背離本實用新型的范圍的情況下，可以作出許多變型，以使特定的情形或材料適應于本實用新型的教導。雖然本文所描述的材料的尺寸和類型旨在限定本實用新型的參數，但它們不是限制性的，而是示范性的實施例。在回顧上文的描述時，許多其他實施例將對本領域技術人員顯而易見。因此，應當參考所附權利要求書，確定本實用新型的范圍，連同這類權利要求有權得到的等效物的全范圍。在所附權利要求書中，術語“包含”和“在其中”用作相應的術語“包括”和“其中”的簡明英語等效物。此外，在以下的權利要求中，諸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“頂部”等的術語只不過用作標簽，而不旨在將數字或位置要求強加于其對象。而且，以下的權利要求的限制不寫成部件加功能的格式，并且不旨在基于35 U.S.C.§ 122的第六段而解釋，除非并且直到這類權利要求限制明確地使用后面是沒有另外的結構的功能的陳述的短語“用于……的部件”。

本書面描述使用示例來公開本實用新型的幾個實施例，包括最佳的模式，并且還允許本領域普通技術人員實施本實用新型的實施例，包括制作并且使用任何裝置或系統和執行任何合并的方法。本實用新型的可取得專利權的范圍由權利要求書限定，并且可以包括本領域普通技術人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有與權利要求的語言完全相同的結構元件，或者如果它們包括具有與權利要求的文字語言的非實質差異的等效結構元件，則預計它們落入權利要求的范圍之內。

如本文中所使用的，以單數敘述并且使用單詞“一”或“一個”進行的元件或步驟應當被理解為不排除實施元件或步驟的復數，除非明確地陳述這種排除。而且，對本實用新型的“一個實施例”的引用不旨在被解釋為排除同樣地合并所敘述的特征的附加的實施例的存在。此外，除非明確地相反地陳述，否則“包括”、“包含”或“具有”帶有特定性質的元件或多個元件的實施例可以包括不帶有那個性質的附加的這類元件。

由于可以在上文的電力變換器和方法中作出某些改變，因而在不背離本文中所涉及的本實用新型的精神和范圍的情況下，旨在在附圖中示出的或上文的描述的所有的主題應當只被解釋為圖示本文中的本實用新型概念的示例，并且不應當被解釋為限制本實用新型。