[发明专利]用于消除在电驱动机器的动态制动期间的燃料损耗的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及电驱动机器的操作，并且更具体地，涉及在动态制动期间消除燃料损耗的系统和方法。

背景技术

用于机器的电驱动系统通常包括在期望的转矩选择性地激活电机的电源电路。电机通常连接至轮或其他操作为推进机器的牵引设备。电驱动系统包括驱动发电机的原动机，例如，内燃机。发电机产生用于驱动电机的电功率。当推进机器时，由引擎产生的机械功率在发电机处被转换为电功率。通常在将该电功率提供给电机之前，处理或调整该电功率。该电机将该电功率传送至机械功率以驱动轮并且推进车辆。

在操作者期望使机器降低速度的操作期间，以一种操作模式对机器进行减速。为了以这种模式对机器进行减速，降低来自引擎的功率。通常机器也包括制动和其他用于减速以使机器降低速度或停止的机构。随着机器降低速度，通过轮的转动将机器的动量传送给电机。该电机作用为发电机将机器的运动的能量转换为提供给驱动系统的电能量。驱动系统的效率可能依赖于如何处理该电能量。例如为了提高这种机器的效率，为了随后使用将电能量存储在电池中，该电能量通过减速电路耗散，该电能量部分用于为鼓风机提供能量以冷却减速电路，等等。虽然这种用于吸收机器动力的能量的策略可能证明为有用的，但是仍然具有一些明显的缺点。

一些机器，诸如一些混合机器，被配置为在减速模式操作中将由电机提供的电能量存储在能量存储装置或电池中供以后使用。更具体地，在空转或推进操作模式期间，所存储的能量被用于为辅助设备供能和/或驱动电机，以最小化引擎的参与以及降低燃料消耗。虽然这样的存储配置在减速模式期间可能会降低燃料消耗，但在推进模式期间附加在车辆上的额外的重量可能会事实上增加燃料消耗。除其他事项之外，实现存储配置还引入了明显的成本和技术的限制。

存储配置有利的替代适用于以热的形式经由电阻和绝缘体的动态制动减速电路(retarding grid)简单地废弃能量。为了将过热减到最小，通常使用具有电气驱动鼓风机的电路冷却系统来帮助消耗来自减速电路的热量。在更有效的配置中，由废弃的能量对鼓风机电机进行供电，从而引擎不需要冷却减速电路。因此，在操作的减速模式中这种配置基本消除了能量消耗并且克服了与能量存储设备相关的缺点。然而，减速电路配置引入若干控制限制。除其他之外，这些配置禁止电路冷却系统在没有提供显著的制动力下操作。更具体地，由于在减速模式期间电路冷却系统仅通过由电机在减速模式期间提供的废弃的能量供电，因此一旦机器退出减速模式而没有吸收来自引擎的过高的大量能量并且没有消耗柴油机燃料，电路冷却系统不能操作。这引入了对减速电路的关注，该减速电路易受以下状态的影响，温度过度状态或在其中一旦鼓风机关闭减速电路的电阻元件和绝缘体的温度急剧增加的状态。此外，在低功率减速模式中，或当减速装置操作在少于额定功率时，驱动系统的共享DC母线可能由于相当大的减速要求而崩溃。

将在减速或制动模式操作期间来自电机产生的电能量或再生能量重导向电机的控制系统作用为一种降低燃料消耗和增加效率的装置对于本领域的技术人员是已知的。一些现有的控制系统包括在动态制动期间将由牵引电机生成的功率反馈送至主交流发电机以使引擎转动的驱动系统。然而，这种系统的减速电路和电路冷却机构连接到相同的母线，并且因此不能对母线进行独立控制。此外，在动态制动模式期间所有这些系统明确要求转换开关的切换以便将功率重导向引擎。

因此，需要在动态制动模式操作期间消除燃料消耗并且改进电驱动机器的整个效率的驱动系统和方法。具体地，需要在动态制动模式期间自动并且更有效地将在牵引电机产生的功率重导向引擎的电驱动系统和方法。还需要提供对电路冷却系统控制的电驱动系统和方法，该电路驱动系统的控制独立于相关的减速电路的控制。

发明内容

在本公开的一个方面，公开了一种用于一种机器的驱动系统，该机器具有耦合至发电机的引擎，可操作地耦合至驱动轮的电机，以及辅助设备。该驱动系统包括耦合至每个发电机和电机的逆变器电路，以及耦合至每个发电机和辅助设备的辅助驱动器。该逆变器电路和辅助驱动器被配置为自动将来自引擎的功率和任何来自辅助设备的功率传递至在推进模式中的电机，并且自动将来自电机的功率传递至在动态制动模式中的引擎以便使在动态制动模式期间的燃料消耗最小。