本發(fā)明涉及非公路車輛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

非公路車輛是大型露天礦山等的主要運(yùn)輸工具，牽引電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即是車輛中的核心組成部分。非公路車輛主要是采取機(jī)械傳動(dòng)或者電驅(qū)動(dòng)，其中采用電驅(qū)動(dòng)時(shí)主要包括兩部分：用于驅(qū)動(dòng)非公路車輛中牽引電機(jī)的牽引主系統(tǒng)，以及用于驅(qū)動(dòng)非公路車輛中液壓轉(zhuǎn)向、散熱風(fēng)機(jī)等牽引輔助系統(tǒng)。由于所處的運(yùn)行環(huán)境通常惡劣、路況復(fù)雜多變，需要24小時(shí)不間斷作業(yè)，因而非公路車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常裝配有大型柴油機(jī)，采用內(nèi)燃系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，其功耗比較大，排量甚至超過(guò)100升，總功率超過(guò)3700馬力，大量的能源消耗還會(huì)造成極大的大氣污染物排放。

目前非公路車輛中電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有兩種系統(tǒng)模式，分別如下：

第一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：牽引輔助系統(tǒng)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)直接連軸直接驅(qū)動(dòng)模式。如圖1所示，該模式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主系統(tǒng)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)電機(jī)將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，牽引主系統(tǒng)通過(guò)交流-直流-交流變化，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)工作；牽引輔助系統(tǒng)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同軸連接，直接機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。該模式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與牽引輔助系統(tǒng)直接連軸，牽引輔助系統(tǒng)功率需要額外增加，使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率不高，且機(jī)械損耗較大。

第二種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：對(duì)牽引輔助系統(tǒng)進(jìn)行供電驅(qū)動(dòng)模式。如圖2所示，該模式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主系統(tǒng)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)電機(jī)將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，牽引主系統(tǒng)通過(guò)交流-直流-交流變化，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)工作；牽引輔助系統(tǒng)也是采用交流-直流-交流系統(tǒng)，其電源由發(fā)電機(jī)的輔助繞組提供。

非公路車輛在正常作業(yè)有兩種工況：牽引工況時(shí)，牽引整車向前或者向后運(yùn)轉(zhuǎn)；制動(dòng)工況時(shí)，采用電制動(dòng)方式將非公路車輛通過(guò)電機(jī)電制動(dòng)減速，制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻上，且為了保證散熱系統(tǒng)對(duì)電驅(qū)動(dòng)散熱能量的提供，還需要將柴油機(jī)轉(zhuǎn)速維持在固定的轉(zhuǎn)速（1300rpm）狀態(tài)下。非公路車輛所處運(yùn)行環(huán)境通常較為惡劣、路況復(fù)雜多變，需要頻繁啟動(dòng)制動(dòng)工況，實(shí)際中幾乎有三分之一工況為制動(dòng)工況，非公路車輛中上述兩種模式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均是直接將大量的制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻發(fā)熱上，無(wú)法對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行有效的回收利用，造成大量制動(dòng)能量損失以及能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、便于整車布置、能源消耗低，且電驅(qū)動(dòng)效率以及能量利用率高的用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括用于提供電源的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，以及用于驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)的牽引系統(tǒng)、用于驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載的牽引輔助系統(tǒng)，所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、牽引系統(tǒng)分別與所述發(fā)電機(jī)連接，其特征在于：所述牽引系統(tǒng)包括依次連接的主整流單元、中間直流回路以及主逆變單元，所述牽引輔助系統(tǒng)的電源輸入端連接所述牽引系統(tǒng)的中間直流回路，用于獲取所述中間直流回路的直流電進(jìn)行變換，輸出變換后的電壓以驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述牽引系統(tǒng)還設(shè)置有與所述主逆變單元連接的儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置在制動(dòng)工況時(shí)將牽引電機(jī)回饋的制動(dòng)能量進(jìn)行儲(chǔ)存，以及在牽引工況時(shí)輸出儲(chǔ)存的能量。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述儲(chǔ)能裝置設(shè)置在所述中間直流回路中，在牽引工況時(shí)將儲(chǔ)存的能量分為兩路輸出，一路提供給所述主逆變單元以補(bǔ)充不足的牽引能量，另一路提供給所述牽引輔助系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述儲(chǔ)能裝置為儲(chǔ)能電容，在牽引工況時(shí)還對(duì)所述中間直流回路的直流電進(jìn)行濾波。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述牽引系統(tǒng)包括兩路以上牽引支路，每路所述牽引支路分別對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)牽引電機(jī)，每路所述牽引支路均包括依次連接的主整流單元、中間直流回路以及主逆變單元。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述牽引輔助系統(tǒng)包括依次連接的第一輔助逆變單元、電壓轉(zhuǎn)換單元、輔助整流單元以及第二輔助逆變單元，所述中間直流回路的直流電依次經(jīng)過(guò)所述第一輔助逆變單元、電壓轉(zhuǎn)換單元、輔助整流單元變換為直流電輸出，以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載；所述輔助整流單元輸出的直流電經(jīng)過(guò)所述第二輔助逆變單元逆變?yōu)榻涣麟娸敵觯则?qū)動(dòng)交流負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述輔助整流單元的輸出端還設(shè)置有濾波裝置，用于對(duì)所述輔助整流單元輸出的直流電進(jìn)行濾波。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第二輔助逆變單元具體為兩個(gè)以上，各個(gè)所述第二輔助逆變單元分別與所述輔助整流單元的輸出端連接，每個(gè)所述第二輔助逆變單元對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輔助負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述電壓轉(zhuǎn)換單元為變壓器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)為同軸連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）本發(fā)明用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，牽引輔助系統(tǒng)從牽引系統(tǒng)主電路的中間直流回路直流取電，構(gòu)成主輔一體化式的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于牽引輔助系統(tǒng)不直接連軸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，不會(huì)造成能耗浪費(fèi)，電驅(qū)動(dòng)效率以及利用率高，且在制動(dòng)工況時(shí)，基于主輔一體化式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，牽引輔助系統(tǒng)可以有效利用回饋的制動(dòng)能量，大大減少了柴油機(jī)在制動(dòng)工況下能量消耗，提高了車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源效率，從而能夠適用于非公路車輛在復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下執(zhí)行高效的電驅(qū)動(dòng)；此外牽引輔助系統(tǒng)采用電驅(qū)動(dòng)，可以方便的實(shí)現(xiàn)整車布置；

2）本發(fā)明用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步設(shè)置儲(chǔ)能裝置，制動(dòng)工況時(shí)將牽引電機(jī)回饋的制動(dòng)能量進(jìn)行儲(chǔ)存，在牽引工況時(shí)輸出儲(chǔ)存的能量，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)須達(dá)到固定轉(zhuǎn)速即可以回到柴油機(jī)怠速狀態(tài)，能夠充分利用儲(chǔ)能裝置回收的制動(dòng)能量給牽引輔助系統(tǒng)供電，有效節(jié)約柴油機(jī)輸出能量，同時(shí)也可以補(bǔ)充柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在制動(dòng)轉(zhuǎn)牽引工況下、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速提高轉(zhuǎn)速時(shí)不足的牽引能量。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有的第一種非公路車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是現(xiàn)有的第二種非公路車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本實(shí)施例用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖例說(shuō)明：1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；2、發(fā)電機(jī)；3、牽引系統(tǒng)；31、主整流單元；32、主逆變單元；33、儲(chǔ)能裝置；4、牽引輔助系統(tǒng)；41、第一輔助逆變單元；42、電壓轉(zhuǎn)換單元；43、輔助整流單元；44、第二輔助逆變單元。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖3所示，本實(shí)施例用于非公路車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括用于提供電源的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1、發(fā)電機(jī)2，以及用于驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)的牽引系統(tǒng)3、用于驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載的牽引輔助系統(tǒng)4，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1、牽引系統(tǒng)3分別與發(fā)電機(jī)2連接，牽引系統(tǒng)3包括依次連接的主整流單元31、中間直流回路以及主逆變單元32，牽引輔助系統(tǒng)4的電源輸入端連接牽引系統(tǒng)3的中間直流回路，用于獲取中間直流回路的直流電進(jìn)行變換，輸出變換后的電壓以驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1、發(fā)電機(jī)2具體為同軸連接。

牽引工況時(shí)，由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1提供動(dòng)力，發(fā)電機(jī)2將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為三相交流電源輸出，牽引系統(tǒng)3接入發(fā)電機(jī)2輸出的三相交流電源，由主整流單元31整流成直流電，整流輸出的直流電經(jīng)過(guò)主逆變單元32逆變?yōu)轭l率、幅值可調(diào)的交流電，提供給牽引電機(jī)以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，從而為整車提供動(dòng)力，同時(shí)牽引輔助系統(tǒng)4從牽引系統(tǒng)3的中間直流回路接入直流電，變換為所需直流電或交流電后提供給輔助負(fù)載；制動(dòng)工況時(shí)，牽引電機(jī)輸出的制動(dòng)能量通過(guò)主逆變單元32、中間直流回路提供給牽引輔助系統(tǒng)4，以將制動(dòng)能量回饋給牽引輔助系統(tǒng)4驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。

本實(shí)施例牽引輔助系統(tǒng)4從牽引系統(tǒng)3主電路的中間直流回路直流取電，以為牽引輔助系統(tǒng)4提供電力能源，構(gòu)成主輔一體化式的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于牽引輔助系統(tǒng)4不直接連軸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1，不會(huì)造成能耗浪費(fèi)，電驅(qū)動(dòng)效率以及利用率高，且基于主輔一體化式的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在制動(dòng)工況時(shí)牽引輔助系統(tǒng)4可以有效利用回饋的制動(dòng)能量，大大減少了柴油機(jī)在制動(dòng)工況下能量消耗，提高了車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源效率，從而能夠適用于非公路車輛在復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下執(zhí)行高效的電驅(qū)動(dòng)；另外牽引輔助系統(tǒng)4采用電驅(qū)動(dòng)，可以方便的實(shí)現(xiàn)整車布置。

本實(shí)施例中，牽引系統(tǒng)3還設(shè)置有與主逆變單元32連接的儲(chǔ)能裝置33，儲(chǔ)能裝置33在制動(dòng)工況時(shí)將牽引電機(jī)回饋的制動(dòng)能量進(jìn)行儲(chǔ)存，在牽引工況時(shí)輸出儲(chǔ)存的能量。通過(guò)增加儲(chǔ)能裝置33，在制動(dòng)工況下由通過(guò)儲(chǔ)能裝置33儲(chǔ)存制動(dòng)能量，儲(chǔ)存的制動(dòng)能量可以用于牽引工況和牽引輔助系統(tǒng)4供電，從而能夠大大提高車輛的能量利用效率，顯著節(jié)約能源、降低能耗。

本實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置33設(shè)置在中間直流回路中，在牽引工況時(shí)儲(chǔ)存的能量分兩路輸出，一路提供給主逆變32單元以補(bǔ)充不足的牽引能量，另一路提供給牽引輔助系統(tǒng)4以驅(qū)動(dòng)輔助負(fù)載。本實(shí)施例制動(dòng)工況下，儲(chǔ)能裝置33儲(chǔ)存牽引電機(jī)回饋的制動(dòng)能量，牽引變流器系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能裝置33的能量?jī)?chǔ)存情況，由于牽引輔助系統(tǒng)4采用電驅(qū)動(dòng)及中間回路取電方式，在儲(chǔ)能裝置33的能量充足情況下，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)須達(dá)到固定1300rpm轉(zhuǎn)速即可以回到柴油機(jī)怠速狀態(tài)，能夠充分利用儲(chǔ)能裝置33回收的制動(dòng)能量給牽引輔助系統(tǒng)4供電，有效節(jié)約柴油機(jī)輸出能量，同時(shí)也可以補(bǔ)充柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1在制動(dòng)轉(zhuǎn)牽引工況下、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1由怠速提高轉(zhuǎn)速時(shí)不足的牽引能量。

本實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置33為儲(chǔ)能電容，在牽引工況時(shí)還對(duì)中間直流回路的直流電進(jìn)行濾波，輸出濾波后直流電給主逆變單元32，為主逆變單元32提供平穩(wěn)直流電。

本實(shí)施例中，牽引系統(tǒng)3包括兩條以上牽引支路，每路牽引支路分別對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)牽引電機(jī)（牽引電機(jī)1、2），每路牽引支路均包括依次連接的主整流單元31、中間直流回路以及主逆變單元32。

本實(shí)施例中，牽引輔助系統(tǒng)4包括依次連接的第一輔助逆變單元41、電壓轉(zhuǎn)換單元42、輔助整流單元43以及第二輔助逆變單元44，中間直流回路的直流電依次經(jīng)過(guò)第一輔助逆變單元41、電壓轉(zhuǎn)換單元42、輔助整流單元43變換為直流電輸出，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，再經(jīng)過(guò)第二輔助逆變單元44逆變?yōu)榻涣麟娸敵觯?qū)動(dòng)交流負(fù)載。電壓轉(zhuǎn)換單元42具體為變壓器。

本實(shí)施例第一輔助逆變單元41接入牽引系統(tǒng)3的中間直流回路的直流電壓，逆變成工頻電壓后，通過(guò)變壓器進(jìn)行電壓變化，輸出變壓后交流電給輔助整流單元43；輔助整流單元43將變壓后交流電變換為直流電輸出，由直流電可以直接驅(qū)動(dòng)非公路車輛中直流負(fù)載；輔助整流單元43輸出的直流電經(jīng)過(guò)第二輔助逆變單元44逆變?yōu)榻涣麟娸敵觯山涣麟娍梢则?qū)動(dòng)非公路車輛中交流負(fù)載，從而可同時(shí)驅(qū)動(dòng)直流、交流各類輔助負(fù)載。第二輔助逆變單元44具體為兩個(gè)以上，各個(gè)第二輔助逆變單元44分別與輔助整流單元43的輸出端連接，每個(gè)第二輔助逆變單元44對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輔助負(fù)載，如散熱風(fēng)機(jī)、液態(tài)泵電機(jī)等。

本實(shí)施例中，輔助整流單元43的輸出端還設(shè)置有濾波裝置，用于將輔助整流單元43輸出的直流電進(jìn)行濾波。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。