專利名稱：無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及驅動系統技術領域，特別涉及車輛混合驅動系統技術領域，具體是指一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，尤其適用于城市公交客車。
背景技術：
發(fā)明于19世紀末的串聯式混合電驅動系統具有顯著的優(yōu)點，但卻因構成的部件較多，體積、質量和成本都較高，因此只在部分車型上得到了有限的應用。理論和實踐證明，串聯式混合電驅動系統特別適用于啟停頻繁、平均時速不超過20km/h的城市公交客車，在典型城市循環(huán)工況下具有20% 35%的節(jié)油效果。為了便于乘客迅速上下車，特別是殘疾人和輪椅也易于上下車，大中城市里的公交客車已陸續(xù)實現了低地板化。有幾種技術途徑可實現客車的低地板化，其中一種是采用偏置驅動橋。更好的技術方案是采用具有雙輪邊電機或雙輪轂電機的門式電驅動橋。此類門式電驅動橋具有良好的無級變速特性，無換檔沖擊，特別適用于具有大量站立乘客的公交客車。Mercedes-Benz的Citaro G BlueTec Hybrid客車米用了具有雙輪邊電機的電驅動橋、柴油發(fā)電機組和電池包等構成的串聯式混合電驅動系統，其中，發(fā)電機配置有逆變器。此外，該車還采用了電動空調系統。E-Traction公司的Hybricon和Hymove技術驗證樣車采用了具有雙輪轂電機的電驅動橋、柴油APU或燃料電池APU、電池包等構成的串聯式混合電驅動系統，其中的發(fā)電機組也配置了逆變器，并搭載了電動空調系統。

據統計，由于啟停頻繁，再加上市區(qū)紅燈多和交通堵塞，公交客車停車的時間至少占總運行時間的一半以上。上述的技術方案并沒有針對公交客車的這一典型特點對混合電驅動系統進行優(yōu)化，停車時雙輪邊電機或雙輪轂電機的逆變器處于空閑狀態(tài)，發(fā)電機也配置單獨的逆變器，其部件較多，成本也較高。此外，公交客車的票價里包括了空調費用，因此其空調系統運行時間長。上述的技術方案里的電動空調系統所耗的電能需要二次轉換而來，效率較低，而且電動空調系統成本較高。因此，還存在著提供一種綜合性能優(yōu)的、無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，特別適用于城市公交客車。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現有技術中的缺點，提供一種綜合性能優(yōu)的、無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，特別適用于城市公交客車。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其包括:第一電機，用于驅動左側車輪，包含Y形連接的第一三相定子繞組；第一逆變器，用于控制所述第一電機，與所述第一三相定子繞組電連接；第二電機，用于驅動右側車輪，包含Y形連接的第二三相定子繞組；第二逆變器，用于控制所述第二電機，與所述第二三相定子繞組電連接；發(fā)電機，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組，所述第三三相定子繞組分別電連接所述第一三相定子繞組和所述第二三相定子繞組；空調壓縮機，用于提供制冷氣體；發(fā)動機，用于驅動所述發(fā)電機和所述空調壓縮機；以及蓄電裝置，用于電連接并提供所述第一逆變器和所述第二逆變器所需的直流電源。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一三相定子繞組的中性點通過第一電線、所述第二三相定子繞組的中性點通過第二電線分別與所述第三三相定子繞組的第一輸出端子、第二輸出端子電連接。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一電機和所述第二電機為三相永磁同步輪邊電機或輪轂電機；所述發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機；所述第一電機和所述第一逆變器具有電動模式和再生制動模式；以及所述第二電機和所述第二逆變器具有電動模式和再生制動模式。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器具有AC-DC模式，其中，所述第一電機的轉子和所述第二電機的轉子靜止不轉，施加在所述第一三相定子繞組的中性點和所述第二三相定子繞組的中性點之間的三相交流電被所述第一逆變器和所述第二逆變器轉換成具有期望電壓的直流電。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，車輛啟動時，所述發(fā)動機驅動所述發(fā)電機和所述空調壓縮機旋轉；車輛行駛時，所述發(fā)電機空轉，所述蓄電裝置供電，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在電動模式；車輛制動時，所述發(fā)電機空轉，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在再生制動模式，給所述蓄電裝置充電；以及車輛停車時，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器工作在AC-DC模式，將所述發(fā)電機發(fā)出的三相交流電轉換成直流電給所述蓄電裝置充電。

在本發(fā)明的第二方面，提供了一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其包括:第一電機，用于驅動左側車輪，包含Y形連接的第一三相定子繞組；第一逆變器，用于控制所述第一電機，與所述第一三相定子繞組電連接；第二電機，用于驅動右側車輪，包含Y形連接的第二三相定子繞組；第二逆變器，用于控制所述第二電機，與所述第二三相定子繞組電連接；發(fā)電機，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組，所述第三三相定子繞組分別電連接所述第一三相定子繞組和所述第二三相定子繞組；獨立空調機組，用于提供制冷氣體；發(fā)動機，用于驅動所述發(fā)電機；以及蓄電裝置，用于電連接并提供所述第一逆變器和所述第二逆變器所需的直流電源。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一三相定子繞組的中性點通過第一電線、所述第二三相定子繞組的中性點通過第二電線分別與所述第三三相定子繞組的第一輸出端子、第二輸出端子電連接。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一電機和所述第二電機為三相永磁同步輪邊電機或輪轂電機；所述發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機；所述第一電機和所述第一逆變器具有電動模式和再生制動模式；以及所述第二電機和所述第二逆變器具有電動模式和再生制動模式。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器具有AC-DC模式，其中，所述第一電機的轉子和所述第二電機的轉子靜止不轉，施加在所述第一三相定子繞組的中性點和所述第二三相定子繞組的中性點之間的三相交流電被所述第一逆變器和所述第二逆變器轉換成具有期望電壓的直流電。根據本發(fā)明的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，車輛啟動時，所述獨立空調機組工作；車輛行駛時，所述發(fā)動機關閉，所述蓄電裝置供電，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在電動模式；車輛制動時，所述發(fā)動機關閉，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在再生制動模式，給所述蓄電裝置充電；以及車輛停車時，所述發(fā)動機啟動，驅動所述發(fā)電機，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器工作在AC-DC模式，將所述發(fā)電機發(fā)出的三相交流電轉換成直流電給所述蓄電裝置充電。本發(fā)明根據城市公交客車的典型運行特點，取消了單獨設置的發(fā)電機逆變器，利用兩驅動電機及其逆變器 構造出AC-DC轉換器，并采用發(fā)動機驅動空調壓縮機，簡化了系統結構，提高了系統效率，降低了系統成本。因此，根據本發(fā)明可以得到一種綜合性能優(yōu)的、無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，特別適用于城市公交客車。


圖1是本發(fā)明一具體實施例所涉及的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統的結構示意圖；以及圖2是本發(fā)明的另一具體實施例所涉及的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統的結構示意圖。圖中:I第一電機；IS第一三相定子繞組；IN第一三相定子繞組的中性點；2第一逆變器；3第二電機；3S第二三相定子繞組；3N第二三相定子繞組的中性點；4第一逆變器；5發(fā)電機；5S第三三相定子繞組；51、52分別是第三三相定子繞組的第一輸出端子和第二輸出端子；6空調壓縮機；7發(fā)動機；8蓄電裝置；9獨立空調機組；10LU0R分別是左側車輪和右側車輪；11、12分別是第一電線和第二電線。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。應理解，實施例僅是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制。圖1是本發(fā)明一具體實施例所涉及的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統的結構示意圖。參照圖1，無發(fā)電機逆變器的混合電驅動系統包括:第一電機1，用于驅動左側車輪10L，包含Y形連接的第一三相定子繞組IS ;第一逆變器2，用于控制第一電機1，與第一三相定子繞組IS電連接；第二電機3，用于驅動右側車輪10R，包含Y形連接的第二三相定子繞組3S ;第二逆變器4，用于控制第二電機3，與第二三相定子繞組3S電連接；發(fā)電機5，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組5S ;空調壓縮機6，用于提供制冷氣體；發(fā)動機7，用于驅動發(fā)電機5和空調壓縮機6 ;以及蓄電裝置8，用于電連接并提供第一逆變器2和第二逆變器4所需的直流電源。在這里，具有期望頻率和期望幅值的三相交流電可以和市電一樣，其頻率為50Hz，電壓幅值為220VAC或380VAC。當然，具有其它期望頻率和期望幅值的三相交流電也是可行的?，F有非電動的空調壓縮機6均通過皮帶輪系與發(fā)動機7相連接，并由后者驅動。皮帶輪系結構簡單，適用于中心距較大的場合，但其傳動效率只有90%。因此，可以選擇齒輪傳動等高效傳動裝置連接兩者。在本發(fā)明的實施例中，發(fā)動機7并不直接驅動車輛，因此，只要發(fā)動機7、發(fā)電機5和空調壓縮機6的工作轉速范圍合適，則可以采用同軸直接驅動的方式連接這三者，由此也可獲得最高的傳動效率。發(fā)動機7可以選用LNG、LPG或生物柴油發(fā)動機，這是因為在本發(fā)明實施例中，發(fā)動機7是常開的，在車站上下客時，發(fā)動機7的功率輸出較大，而普通發(fā)動機排放較大，不利于保護站內候車或上下車乘客的健康。發(fā)動機7和發(fā)電機5的功率可以如此選擇，例如，城市公交客車每天運行總里程為300km，運行時間為15h，平均時速為20km/h，消耗的總電能為300kWh，按一半運行時間，即
7.5h在充電，則發(fā)電機功率為300/7.5=40kW，考慮空調壓縮機功率約為20kW，以及發(fā)動機7的80%的負荷率，則發(fā)動機7的功率為(40+20) /0.8=75kW。第一三相定子繞組IS的中性點IN通過第一電線11、第二三相定子繞組3S的中性點3N通過第二電線12分別與第三三相定子繞組5S的第一輸出端子51、第二輸出端子52電連接。在各電線上也分別設置有接觸器，其用于連接或斷開相關電線，以確保車輛和設備的安全性。第一電機I和第二電機3為三相永磁同步輪邊電機或輪轂電機，發(fā)電機5為三相永磁同步發(fā)電機。其中，輪邊電機是采用安裝在車輪附近的高速電機加兩級減速器來實現的，而輪轂電機則是采用配置在車輪內的低速電機來實現的。與異步電機相比，永磁同步電機具有更高的功率密度，且因此類電機中低速范圍的效率比異步電機高8%左右，特別適用于主要在中低速行駛的城市公交客車。第一電機I和第一逆變器2具有電動模式和再生制動模式,第二電機3和第二逆變器4具有電動模式和再生制動模式。第一電機1、第一逆變器2、第二電機3和第二逆變器4具有AC-DC模式，其中，第一電機I的轉子(未不出)和第二電機3的轉子(未不出)靜止不轉,施加在第一三相定子繞組IS的中性點IN和第二三相定子繞組3S的中性點3N之間的三相交流電被第一逆變器2和第二逆變器4轉換成具有期望電壓的直流電。典型的雙輪邊電機電驅動橋的每個輪邊電機具有60kW的連續(xù)功率、80kW的一小時功率和120kW的一分鐘功率，考慮所匹配的150kVA的輪邊電機逆變器，因此，完全可以構造出與40kW級別的發(fā)電機5相匹配的AC-DC轉換器。參照1000元/IkVA的逆變器單價估算，則取消發(fā)電機5的逆變器使得系統成本減少了近4萬元。此外，電動空調系統一般比常規(guī)空調系統貴3萬元，此兩項可使得系統成本減少近7萬元。在這里，具有期望電壓的直流電意味著其與蓄電裝置8的母線電壓具有相同的電壓范圍，可以對蓄電裝置8進行充電。車輛啟動時，發(fā)動機7驅動發(fā)電機5和空 調壓縮機6旋轉。車輛行駛時，發(fā)電機5空轉，蓄電裝置8供電，第一電機I和第一逆變器2以及第二電機3和第二逆變器4工作在電動模式。車輛制動時，發(fā)電機5空轉,第一電機I和第一逆變器2以及第二電機3和第二逆變器4工作在再生制動模式，給蓄電裝置8充電。車輛停車時，第一電機1、第一逆變器2、第二電機3和第二逆變器4工作在AC-DC模式，將發(fā)電機5發(fā)出的三相交流電轉換成直流電給蓄電裝置8充電。在未停車時，第一電機I和第一逆變器2以及第二電機3和第二逆變器4用于驅動或制動車輛，只有在停車時，第一電機1、第一逆變器2、第二電機3和第二逆變器4才充當發(fā)電機5的AC-DC變換器，也避免了第一逆變器2和第二逆變器4在停車時處于空閑狀態(tài)。由于城市公交客車啟停頻繁，加上遇到紅燈等車的時間較多，如果遇到交通堵塞，車輛停車時間將更多，因此，車輛具有足夠的時間來發(fā)電并對蓄電裝置8進行充電，取消單獨的發(fā)電機5的逆變器完全可行，也減少了系統部件，降低了成本。如果發(fā)電機5可與發(fā)動機7共用冷卻系統，則將提高布置的靈活性，例如，可將發(fā)電機5與發(fā)動機7布置在車頭位置。此外，車輛冷卻系統也將得以簡化，因為不用考慮發(fā)電機5的逆變器的冷卻問題。圖2是本發(fā)明另一具體實施例所涉及的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統的結構示意圖。參照圖2，與圖1相比，其差別在于采用了獨立空調機組9，因此，發(fā)動機7只需要驅動發(fā)電機5工作 ，其功率等級為40/0.8=50kW。如果發(fā)電機5發(fā)出的三相交流電的期望頻率和期望幅值和市電一樣，則可以直接選用所需功率等級的220VAC或380VAC發(fā)電機組。此外，發(fā)電機5和發(fā)動機7只是在停車時才工作，行駛時則是關閉的，因此，行駛過程中的車輛油耗和排放可以適當減少。而且，由于獨立空調機組9與由發(fā)電機5和發(fā)動機7構成的發(fā)電機組都可以直接選擇市場上成熟的產品，有利于縮短開發(fā)周期并降低系統成本。如上所述，本發(fā)明的具體實施例的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統根據城市公交客車的典型運行特點，取消了單獨設置的發(fā)電機逆變器，利用兩驅動電機及其逆變器構造出AC-DC轉換器，并采用發(fā)動機驅動空調壓縮機，簡化了系統結構，提高了系統效率，降低了系統成本。因此，根據本發(fā)明可以得到一種綜合性能優(yōu)的、無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，特別適用于城市公交客車。本發(fā)明并不局限于上述實施例，而是覆蓋在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所進行的所有改變和修改。這些改變和修改不應被認為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍，并且所有諸如對于本領域技術人員來說顯而易見的修改均應被包括在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其包括: 第一電機，用于驅動左側車輪，包含Y形連接的第一三相定子繞組； 第一逆變器，用于控制所述第一電機，與所述第一三相定子繞組電連接； 第二電機，用于驅動右側車輪，包含Y形連接的第二三相定子繞組； 第二逆變器，用于控制所述第二電機，與所述第二三相定子繞組電連接； 發(fā)電機，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組，所述第三三相定子繞組分別電連接所述第一三相定子繞組和所述第二三相定子繞組； 空調壓縮機，用于提供制冷氣體； 發(fā)動機，用于驅動所述發(fā)電機和所述空調壓縮機；以及 蓄電裝置，用于電連接并提供所述第一逆變器和所述第二逆變器所需的直流電源。
2.根據權利要求1所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一三相定子繞組的中性點通 過第一電線、所述第二三相定子繞組的中性點通過第二電線分別與所述第三三相定子繞組的第一輸出端子、第二輸出端子電連接。
3.根據權利要求1所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一電機和所述第二電機為三相永磁同步輪邊電機或輪轂電機； 所述發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機； 所述第一電機和所述第一逆變器具有電動模式和再生制動模式；以及 所述第二電機和所述第二逆變器具有電動模式和再生制動模式。
4.根據權利要求1所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器具有AC-DC模式，其中，所述第一電機的轉子和所述第二電機的轉子靜止不轉，施加在所述第一三相定子繞組的中性點和所述第二三相定子繞組的中性點之間的三相交流電被所述第一逆變器和所述第二逆變器轉換成具有期望電壓的直流電。
5.根據權利要求1所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 車輛啟動時，所述發(fā)動機驅動所述發(fā)電機和所述空調壓縮機旋轉； 車輛行駛時，所述發(fā)電機空轉，所述蓄電裝置供電，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在電動模式； 車輛制動時，所述發(fā)電機空轉，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在再生制動模式，給所述蓄電裝置充電；以及 車輛停車時，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器工作在AC-DC模式，將所述發(fā)電機發(fā)出的三相交流電轉換成直流電給所述蓄電裝置充電。
6.一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其包括: 第一電機，用于驅動左側車輪，包含Y形連接的第一三相定子繞組； 第一逆變器，用于控制所述第一電機，與所述第一三相定子繞組電連接； 第二電機，用于驅動右側車輪，包含Y形連接的第二三相定子繞組； 第二逆變器，用于控制所述第二電機，與所述第二三相定子繞組電連接； 發(fā)電機，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組，所述第三三相定子繞組分別電連接所述第一三相定子繞組和所述第二三相定子繞組； 獨立空調機組，用于提供制冷氣體； 發(fā)動機，用于驅動所述發(fā)電機；以及 蓄電裝置，用于電連接并提供所述第一逆變器和所述第二逆變器所需的直流電源。
7.根據權利要求6所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一三相定子繞組的中性點通過第一電線、所述第二三相定子繞組的中性點通過第二電線分別與所述第三三相定子繞組的第一輸出端子、第二輸出端子電連接。
8.根據權利要求6所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一電機和所述第二電機為三相永磁同步輪邊電機或輪轂電機； 所述發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機； 所述第一電機和所述第一逆變器具有電動模式和再生制動模式；以及 所述第二電機和所述第二逆變器具有電動模式和再生制動模式。
9.根據權利要求6所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器具有AC-DC模式，其中，所述第一電機的轉子和所述第二電機的轉子靜止不轉，施加在所述第一三相定子繞組的中性點和所述第二三相定子繞組的中性點之間的三相交流電被所述第一逆變器和所述第二逆變器轉換成具有期望電壓的直流電。
10.根據權利要求6所述的無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其特征在于， 車輛啟動時，所述獨立 空調機組工作； 車輛行駛時，所述發(fā)動機關閉，所述蓄電裝置供電，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在電動模式； 車輛制動時，所述發(fā)動機關閉，所述第一電機和所述第一逆變器以及所述第二電機和所述第二逆變器工作在再生制動模式，給所述蓄電裝置充電；以及 車輛停車時，所述發(fā)動機啟動，驅動所述發(fā)電機，所述第一電機、所述第一逆變器、所述第二電機和所述第二逆變器工作在AC-DC模式，將所述發(fā)電機發(fā)出的三相交流電轉換成直流電給所述蓄電裝置充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無發(fā)電機逆變器的串聯式混合電驅動系統，其包括第一電機，用于驅動左側車輪，包含Y形連接的第一三相定子繞組；第一逆變器，用于控制第一電機，與第一三相定子繞組電連接；第二電機，用于驅動右側車輪，包含Y形連接的第二三相定子繞組；第二逆變器，用于控制第二電機，與第二三相定子繞組電連接；發(fā)電機，用于發(fā)出具有期望頻率和期望幅值的三相交流電，包含Y形連接的第三三相定子繞組，其分別電連接第一和第二三相定子繞組；空調壓縮機，用于提供制冷氣體；發(fā)動機，用于驅動發(fā)電機和空調壓縮機；以及蓄電裝置，用于電連接并提供第一逆變器和第二逆變器所需的直流電源。
文檔編號B60K6/26GK103231644SQ20131015077
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權日2013年4月26日
發(fā)明者夏承鋼, 孫江明 申請人:上海中科深江電動車輛有限公司