本發(fā)明涉及非公路車輛技術領域，尤其涉及一種用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術：

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

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

第一種電驅(qū)動系統(tǒng)：牽引輔助系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機直接連軸直接驅(qū)動模式。如圖1所示，該模式電驅(qū)動系統(tǒng)中主系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機提供動力，發(fā)電機將柴油發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為電能，牽引主系統(tǒng)通過交流-直流-交流變化，驅(qū)動牽引電機工作；牽引輔助系統(tǒng)與柴油發(fā)動機同軸連接，直接機械傳動驅(qū)動。該模式電驅(qū)動系統(tǒng)由柴油發(fā)動機與牽引輔助系統(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)動機的效率不高，且機械損耗較大。

第二種電驅(qū)動系統(tǒng)：對牽引輔助系統(tǒng)進行供電驅(qū)動模式。如圖2所示，該模式電驅(qū)動系統(tǒng)中主系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機提供動力，發(fā)電機將柴油發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為電能，牽引主系統(tǒng)通過交流-直流-交流變化，驅(qū)動牽引電機工作；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，牽引整車向前或者向后運轉(zhuǎn)；制動工況時，采用電制動方式將非公路車輛通過電機電制動減速，制動能量消耗在制動電阻上，且為了保證散熱系統(tǒng)對電驅(qū)動散熱能量的提供，還需要將柴油機轉(zhuǎn)速維持在固定的轉(zhuǎn)速（1300rpm）狀態(tài)下。非公路車輛所處運行環(huán)境通常較為惡劣、路況復雜多變，需要頻繁啟動制動工況，實際中幾乎有三分之一工況為制動工況，非公路車輛中上述兩種模式電驅(qū)動系統(tǒng)均是直接將大量的制動能量消耗在制動電阻發(fā)熱上，無法對制動能量進行有效的回收利用，造成大量制動能量損失以及能源的浪費。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題就在于：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種結構簡單緊湊、便于整車布置、能源消耗低，且電驅(qū)動效率以及能量利用率高的用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

一種用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)，包括用于提供電源的柴油發(fā)動機、發(fā)電機，以及用于驅(qū)動牽引電機的牽引系統(tǒng)、用于驅(qū)動輔助負載的牽引輔助系統(tǒng)，所述柴油發(fā)動機、牽引系統(tǒng)分別與所述發(fā)電機連接，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行變換，輸出變換后的電壓以驅(qū)動輔助負載。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述牽引系統(tǒng)還設置有與所述主逆變單元連接的儲能裝置，所述儲能裝置在制動工況時將牽引電機回饋的制動能量進行儲存，以及在牽引工況時輸出儲存的能量。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述儲能裝置設置在所述中間直流回路中，在牽引工況時將儲存的能量分為兩路輸出，一路提供給所述主逆變單元以補充不足的牽引能量，另一路提供給所述牽引輔助系統(tǒng)以驅(qū)動輔助負載。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述儲能裝置為儲能電容，在牽引工況時還對所述中間直流回路的直流電進行濾波。

作為本發(fā)明的進一步改進：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應驅(qū)動一個牽引電機，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)明的進一步改進：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)動直流負載；所述輔助整流單元輸出的直流電經(jīng)過所述第二輔助逆變單元逆變?yōu)榻涣麟娸敵?，以?qū)動交流負載。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述輔助整流單元的輸出端還設置有濾波裝置，用于對所述輔助整流單元輸出的直流電進行濾波。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述第二輔助逆變單元具體為兩個以上，各個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，每個所述第二輔助逆變單元對應驅(qū)動一個輔助負載。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述電壓轉(zhuǎn)換單元為變壓器。

作為本發(fā)明的進一步改進：所述柴油發(fā)動機、發(fā)電機為同軸連接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1）本發(fā)明用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(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，構成主輔一體化式的電驅(qū)動系統(tǒng)結構，由于牽引輔助系統(tǒng)不直接連軸柴油發(fā)動機，不會造成能耗浪費，電驅(qū)動效率以及利用率高，且在制動工況時，基于主輔一體化式電驅(qū)動系統(tǒng)結構，牽引輔助系統(tǒng)可以有效利用回饋的制動能量，大大減少了柴油機在制動工況下能量消耗，提高了車輛電驅(qū)動系統(tǒng)的能源效率，從而能夠適用于非公路車輛在復雜運行環(huán)境下執(zhí)行高效的電驅(qū)動；此外牽引輔助系統(tǒng)采用電驅(qū)動，可以方便的實現(xiàn)整車布置；

2）本發(fā)明用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)，進一步設置儲能裝置，制動工況時將牽引電機回饋的制動能量進行儲存，在牽引工況時輸出儲存的能量，柴油機轉(zhuǎn)速無須達到固定轉(zhuǎn)速即可以回到柴油機怠速狀態(tài)，能夠充分利用儲能裝置回收的制動能量給牽引輔助系統(tǒng)供電，有效節(jié)約柴油機輸出能量，同時也可以補充柴油發(fā)動機在制動轉(zhuǎn)牽引工況下、柴油發(fā)動機由怠速提高轉(zhuǎn)速時不足的牽引能量。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的第一種非公路車輛電驅(qū)動系統(tǒng)的結構原理示意圖。

圖2是現(xiàn)有的第二種非公路車輛電驅(qū)動系統(tǒng)的結構原理示意圖。

圖3是本實施例用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)的結構原理示意圖。

圖例說明：1、柴油發(fā)動機；2、發(fā)電機；3、牽引系統(tǒng)；31、主整流單元；32、主逆變單元；33、儲能裝置；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。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖3所示，本實施例用于非公路車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)包括用于提供電源的柴油發(fā)動機1、發(fā)電機2，以及用于驅(qū)動牽引電機的牽引系統(tǒng)3、用于驅(qū)動輔助負載的牽引輔助系統(tǒng)4，柴油發(fā)動機1、牽引系統(tǒng)3分別與發(fā)電機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行變換，輸出變換后的電壓以驅(qū)動輔助負載。柴油發(fā)動機1、發(fā)電機2具體為同軸連接。

牽引工況時，由柴油發(fā)動機1提供動力，發(fā)電機2將柴油發(fā)動機1的機械能轉(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，提供給牽引電機以驅(qū)動牽引電機，從而為整車提供動力，同時牽引輔助系統(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載；制動工況時，牽引電機輸出的制動能量通過主逆變單元32、中間直流回路提供給牽引輔助系統(tǒng)4，以將制動能量回饋給牽引輔助系統(tǒng)4驅(qū)動輔助負載。

本實施例牽引輔助系統(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，構成主輔一體化式的電驅(qū)動系統(tǒng)，由于牽引輔助系統(tǒng)4不直接連軸柴油發(fā)動機1，不會造成能耗浪費，電驅(qū)動效率以及利用率高，且基于主輔一體化式的電驅(qū)動系統(tǒng)結構，在制動工況時牽引輔助系統(tǒng)4可以有效利用回饋的制動能量，大大減少了柴油機在制動工況下能量消耗，提高了車輛電驅(qū)動系統(tǒng)的能源效率，從而能夠適用于非公路車輛在復雜運行環(huán)境下執(zhí)行高效的電驅(qū)動；另外牽引輔助系統(tǒng)4采用電驅(qū)動，可以方便的實現(xiàn)整車布置。

本實施例中，牽引系統(tǒng)3還設置有與主逆變單元32連接的儲能裝置33，儲能裝置33在制動工況時將牽引電機回饋的制動能量進行儲存，在牽引工況時輸出儲存的能量。通過增加儲能裝置33，在制動工況下由通過儲能裝置33儲存制動能量，儲存的制動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。

本實施例中，儲能裝置33設置在中間直流回路中，在牽引工況時儲存的能量分兩路輸出，一路提供給主逆變32單元以補充不足的牽引能量，另一路提供給牽引輔助系統(tǒng)4以驅(qū)動輔助負載。本實施例制動工況下，儲能裝置33儲存牽引電機回饋的制動能量，牽引變流器系統(tǒng)實時監(jiān)測儲能裝置33的能量儲存情況，由于牽引輔助系統(tǒng)4采用電驅(qū)動及中間回路取電方式，在儲能裝置33的能量充足情況下，柴油機轉(zhuǎn)速無須達到固定1300rpm轉(zhuǎn)速即可以回到柴油機怠速狀態(tài)，能夠充分利用儲能裝置33回收的制動能量給牽引輔助系統(tǒng)4供電，有效節(jié)約柴油機輸出能量，同時也可以補充柴油發(fā)動機1在制動轉(zhuǎn)牽引工況下、柴油發(fā)動機1由怠速提高轉(zhuǎn)速時不足的牽引能量。

本實施例中，儲能裝置33為儲能電容，在牽引工況時還對中間直流回路的直流電進行濾波，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應驅(qū)動一個牽引電機（牽引電機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)動直流負載，再經(jīng)過第二輔助逆變單元44逆變?yōu)榻涣麟娸敵觯?qū)動交流負載。電壓轉(zhuǎn)換單元42具體為變壓器。

本實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，通過變壓器進行電壓變化，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)動非公路車輛中直流負載；輔助整流單元43輸出的直流電經(jīng)過第二輔助逆變單元44逆變?yōu)榻涣麟娸敵?，由交流電可以?qū)動非公路車輛中交流負載，從而可同時驅(qū)動直流、交流各類輔助負載。第二輔助逆變單元44具體為兩個以上，各個第二輔助逆變單元44分別與輔助整流單元43的輸出端連接，每個第二輔助逆變單元44對應驅(qū)動一個輔助負載，如散熱風機、液態(tài)泵電機等。

本實施例中，輔助整流單元43的輸出端還設置有濾波裝置，用于將輔助整流單元43輸出的直流電進行濾波。

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