[发明专利]混合动力电动车辆

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力（hybrid）电动车辆领域。 

背景技术

混合动力电动车辆技术改进了所有类型车辆的效率。轮式装载机、前端装载机、挖掘机、联合收割机、喷雾机以及所有类型的多用途运载车需要改进的环境与金融效率。 

发明内容

轮式装载机是采用四个AC非自励开关磁阻牵引电动机/发电机的串联式混合动力电动，其推进车辆并且其根据轮式装载机的动能和势能再生电力。另选的是，可以只使用一个牵引电动机/发电机，并且其不必是开关磁阻牵引电动机/发电机。而且，轮式装载机包括非自励开关磁阻发电机/电动机，其向轮式装载机提供主要动力，以操作该轮式装载机。使用超级电容器组，以存储因所涉及能量的量适度但周期数非常高（每分钟4至8个周期）而造成的再生能量。 

开关磁阻（SR）技术因它们的宽恒定功率范围、良性失效模式、低成本、鲁棒性，以及设计灵活性而被优选用于AC牵引电动机。出于同一理由，希望优选采用开关磁阻（SR）技术，用于向机械提供主要动力的发电机/电动机。然而，不同于IPM发电机，SR（开关磁阻）发电机是非自励的。这希望作为一容错特征，但必须针对该系统寻求恰当功能。必须提供一些初始量的电功率，以启动开关磁阻发电机中的发电，或者该系统不会操作/发电。如果一系统包含高电压电池组，则其可以被用于向开关磁阻发电机提供所需激励能量。然而，对于超级电容器的情况来说，存在这种的状况，即，没有可用的足够能量，例如，在初始安装时，和在维修之后或者在长关闭时段之后。 

与所使用发电机技术无关地，希望使用发电机来启动内燃机。这通过消除启动器 和相关螺线管与布线而简化了系统。其还进行启-停操作实践，因为典型DC刷型启动电机、螺线管以及齿圈未被设计用于启-停操作所需的大周期数。开关磁阻发电机/电动机是相对于常规启动器较大的机械，并且可以提供更高的起动转矩和速度。还希望全时间耦接，因为不需要管理齿轮-齿圈啮合。 

可以将超级电容器组用于提供发动机启动用的能量。然而，例如在初始安装的时候，存在多次超级电容器组可能放电。不实用的是，直接“迅速启动（jump start）”超级电容器组，因为需要非常高的电压（>500伏特）。 

该解决方案（用于SR激励和用于起动）是要提供适度低功率（例如，5kW）的DC-DC转换器，以从车辆12或24伏特电池向超级电容器组传递能量。如果该12或24伏特电池被放电，则“迅速启动”可以按12或24伏特系统来施加。该方法的另一优点是，较长时段上的相对较低程度的功率可以被用于处理能量传递。因而，对于弱电池不能提供足够功率来起动发动机的情况来说，可以提供足够功率来将超级电容器组充电至将容易起动发动机的电平。该方法还提供了这样的机制，即，用于预充电超级电容器组和电源逆变器DC链路电容器组两者，而不需要典型排布的接触器和限流预充电电阻器。 

因为可能需要一或两分钟来将超级电容器组充电至所引述的低功率电平，所以这种用于启动车辆的方法不是优选的，而应当仅在不利情况下使用。该解决方案要保证的是，在正常情况下，超级电容器组在关闭之前被完全充电。完全充电的电容器组通常保持用于起动的足够电荷达几个星期。 

对于常规车辆来说，24伏特电池保持通过交流发电机充电。交流发电机相对不昂贵，但效率较低并且具有较差的可靠性。针对交流发电机的需要可以通过使DC-DC转换器双向来消除，以使能量从DC链路传递至24伏特系统，来保持其充电状态。这帮助证明DC-DC转换器的用途，其将其主要寿命用于向24伏特系统充电，而仅在罕见的情况下，传递能量来向超级电容器组充电。 

本发明包括用于非公路应用的能量平衡处理。本发明保持总体混合动力系统能量恒定在等于超级电容器组的最大能量存储容量的水平。例如，总体系统能量等于实际超级电容器能量加车辆的可回收动能加可回收辅助能量。 

利用内燃机和按发电机模式操作的非自励开关磁阻电动机/发动机，那么：如果车辆中的动能较低（车辆未移动）并且液压系统中的势能较低（铲斗放下），则超级 电容器组应当被充电至最大；而如果车辆中存在可回收能量，则超级电容器组中的充电状态应当被耗尽至该能量可以在将来回收的所需程度。换句话说，归因于主要能源、发电机的实际超级电容器能量等于超级电容器能量最大容量减车辆动能减可回收液压能量（辅助能量）。 

可回收液压能量=mgH，其中，m是铲斗质量，g是重力加速度，而H是铲斗高度。