技术领域
[0001] 本
发明涉及混合动力（hybrid）电动车辆领域。
背景技术
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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）。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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）。 [0012]
[0013] 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。 [0014] 利用该策略，保持在超级电容器组中的实际能量水平将涉及负平方车速。当内燃机未运行时，并且车辆未移动时，DC-DC转换器保持超级电容器组充电状态处于将保证发动机可以在需要时启动的水平。
[0015] 超级电容器组中用于启动发动机所需的能量水平基于发动机
冷却液温度来推断，范围从暖机下的大约14kJ至冷机下的200kJ变动。两种类型的31（95AHr）24V DC电池中的可用能量大约为7MJ。利用800V DC、1200法拉的电容器的超级电容器组存储大约1.3MJ能量，其对于启动冷机来说绰绰有余。所存储1.3MJ中的仅大约700kJ可以使用，因为公共高电压DC总线上的电压在使用700kJ之后降低至500V DC以下。500V DC大约为逆变器可操作的最
低电压。
[0016] 一种混合动力电动车辆，其包括高电压DC总线和内燃机。所述内燃机被以机械方式耦接至优选为开关磁阻机的非自励发电机/电动机。电源逆变器以电方式且双向地将所述高电压DC总线耦接至所述非自励开关磁阻发电机/电动机。前轴与后轴双DC-AC逆变器以电方式且双向地将两个牵引AC非自励开关磁阻发电机/电动机/齿轮减速箱耦接至所述高电压DC总线，以移动所述车辆并且再生电力。一超级电容器耦接至所述高电压DC总线。如在此使用的，术语超级电容器和超级电容器组意指相同事物并且该术语可互换。插入低电压电池与所述高电压DC总线之间的双向DC-DC转换器向所述高电压DC总线和超级电容器传递能量，以确保按电动机模式操作的所述非自励开关磁阻发电机/电动机能够启动所述内燃机。
[0017] 提供了一种串联式混合动力电动车辆，其包括：非自励发电机/电动机，该非自励发电机/电动机用于向所述车辆提供动力以用于其推进和操作，和高电压DC总线。优选的是，所述非自励发电机/电动机是可按发电机或者按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机。多个
车轮推进所述车辆。一个或更多个非自励AC牵引电动机/发电 机推进所述车辆。一个或更多个紧凑型双逆变器在所述高电压DC总线与分别附接至所述多个车轮中的一个或更多个车轮的所述一个或更多个非自励AC牵引电动机/发电机之间双向输送电力。与所述非自励AC牵引电动机/发电机相关联的所述紧凑型双逆变器被设置成，按发电机模式或者按电动机模式操作。所述非自励AC牵引电动机/发电机与所述车轮相组合设置，以提供推进和
再生制动。优选的是，所述非自励AC牵引发电机/电动机是可按发电机或者按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机。内燃机耦接至所述非自励发电机/电动机，以向所述车辆提供动力以用于其推进和操作。所述非自励发电机/电动机耦接至电源逆变器。所述电源逆变器向和从所述高电压DC总线双向地提供电力。所述逆变器还在所述非自励发电机/电动机按所述发电机模式操作时向所述高电压DC总线供电，并且所述逆变器在所述非自励发电机/电动机按所述电动机模式操作时向所述非自励发电机/电动机供电。超级电容器组以电方式耦接至所述高电压DC总线。所述超级电容器组在按所述电动机模式操作时存储来自所述非自励AC牵引电动机的再生能量；并且，所述超级电容器组向耦接至按所述电动机模式操作的所述非自励发电机/电动机的所述逆变器供应能量，以启动所述发动机。所述串联式混合动力电动车辆还包括常规低电压系统，该常规低电压系统具有至少一个12伏特或24伏特DC电池。使用双向DC-DC转换器，以出于预充电所述超级电容器组的目的，在所述12伏特或24伏特DC电池与所述超级电容器组之间输送电力，以启动所述内燃机，并且在所述发动机启动之后保持所述12伏特或24伏特电池的充电状态。可选的是，所述串联式混合动力电动车辆包括
电阻器组，其中，所述电阻器组消耗来自按所述发电机模式操作的所述非自励AC牵引发电机/电动机的过度再生能量。更进一步，可选的是，所述串联式混合动力电动车辆包括：按所述发电机模式操作的非自励发电机/电动机，以通过反向驱动所述内燃机来消耗来自所述车辆的过度动能，同时操作发动机压缩制动器。在所述串联式混合动力电动车辆中，所述非自励发电机/电动机是用于所述车辆的主要
电能源。
[0018] 本发明的另一
实施例包括一种混合动力电动车辆，其包括高电压DC总线和内燃机。优选的是，所述非自励发电机/电动机是可按发电机或者按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机。所述内燃机驱动向所述高电压DC总线供应能量的非自励发电机/电动机。后轴紧凑型双向双DC-AC逆变器驱动两个AC牵引电动机/发电机/齿轮减速箱，以移动所述车辆并且重捕获来自再生制动的能量。前轴紧凑型双向双DC-AC 逆变器驱动两个AC牵引电动机/发电机/齿轮减速箱，以移动所述车辆并且重捕获来自再生制动的能量。超级电容器以电方式耦接至所述高电压DC总线。双向DC-DC转换器插入在12伏特或24伏特电池与所述高电压DC总线之间。所述DC-DC转换器在所述12伏特或24伏特DC电池与所述高电压DC总线和所述超级电容器之间传递能量。非自励发电机/电动机以机械方式耦接至所述发动机，以启动所述内燃机。优选的是，所述非自励发电机/电动机是开关磁阻机。所述超级电容器向耦接至所述发电机的所述逆变器供应能量，以启动所述内燃机。可选的是，所述混合动力电动车辆的该实施例包括：电阻器组，并且所述紧凑型双向双DC-AC逆变器包括整流装置，该整流装置用于再生能量并将所述能量存储在所述电池和/或所述超级电容器中。
[0019] 所述混合动力电动车辆的另一实施例包括高电压DC总线和内燃机。所述内燃机以机械方式耦接至非自励开关磁阻电动机/发电机。所述非自励开关磁阻电动机/发电机在发电机模式下操作为供应电力的发电机。所述非自励开关磁阻电动机/发电机在电动机模式下操作为接收电力的电动机。所述非自励开关磁阻发电机/电动机耦接至电源逆变器。所述逆变器在所述高电压DC总线与所述非自励开关磁阻发电机/电动机之间双向输送电力。第一前部AC牵引电动机/发电机驱动第一前车轮，并且所述第一前部牵引电动机/发电机是非自励开关磁阻电动机/发电机。所述第一前部AC牵引电动机/发电机提供推进和/或再生制动。第二前部AC牵引电动机驱动第二前车轮。所述第二前部牵引电动机/发电机是非自励开关磁阻电动机/发电机。所述第二前部牵引电动机/发电机提供推进和/或再生制动。第一后部AC牵引电动机/发电机驱动第一后车轮。所述第一后部牵引电动机/发电机是非自励开关磁阻电动机/发电机。所述第一后部牵引电动机/发电机提供推进和/或再生制动。第二后部AC牵引电动机/发电机驱动第二后车轮。所述第二后部牵引电动机/发电机是非自励开关磁阻电动机/发电机。所述第二后部牵引电动机/发电机提供推进和/或再生制动。该实施例中包括第一紧凑型双逆变器和第二紧凑型双逆变器。所述第一紧凑型双逆变器与所述高电压DC总线电连通。所述第一紧凑型双逆变器将来自所述高电压DC总线的DC电力转换成AC电力，以驱动所述第一前部AC牵引电动机/发电机和所述第一前车轮。所述第一紧凑型双逆变器将来自所述高电压DC总线的DC电力转换成AC电力，以驱动所述第二前部AC牵引电动机/发电机和所述第二前车轮。所述第二紧凑型双逆变器与所述高电压DC总线电连通。所述第二紧凑型双逆变器将来自所述高电压DC总线的DC电力转换成AC电力， 以驱动所述第一后部AC牵引电动机/发电机和所述第一后车轮。所述第二紧凑型双逆变器将来自所述高电压DC总线的DC电力转换成AC电力，以驱动所述第二后部AC牵引电动机/发电机和所述第二后车轮。超级电容器组以电方式耦接至所述高电压DC总线。所述超级电容器组存储来自所述第一紧凑型双逆变器的、由按再生模式操作的所述第一和第二前部AC牵引电动机/发电机供应的再生能量。所述超级电容器组存储来自所述第二紧凑型双逆变器的、由按再生模式操作的所述第一和第二后部AC牵引电动机/发电机供应的再生能量。所述超级电容器组在所述非自励开关磁阻发电机/电动机按所述发电机模式操作时，存储来自耦接至所述非自励开关磁阻发电机/电动机的所述电源逆变器的能量。所述超级电容器组在所述非自励开关磁阻发电机/电动机按所述电动机模式操作时，向耦接至所述非自励开关磁阻发电机/电动机的所述电源逆变器供应能量，以启动所述内燃机。具有至少一个12伏特或24伏特电池的常规低电压系统结合双向DC-DC转换器使用。所述双向DC-DC转换器逐步升高所述电池的所述电压，并且在所述12伏特或24伏特电池与所述超级电容器组之间输送电力，来预充电所述超级电容器组，以启动所述内燃机。在所述内燃机启动之后，所述双向DC-DC转换器逐步降低所述高电压DC总线的所述电压，以保持所述12伏特或24伏特电池的充电状态。可选的是，所述混合动力电动车辆包括电阻器组。所述电阻器组消耗来自按所述发电机模式操作的所述非自励AC牵引发电机/电动机的过度再生能量。更进一步，可选的是，按所述电动机模式操作的所述电动机/发电机被用于，通过反向驱动所述发动机来消耗来自所述车辆的过度动能，同时操作发动机压缩制动器。在混合动力电动车辆的该实施例中，以电方式耦接至所述电源逆变器的所述开关磁阻非自励发电机/电动机是用于所述车辆的主要电能源。 [0020] 本发明的另一实施例被阐述为一种混合动力电动系统，其包括：内燃机，和非自励AC发电机/电动机。所述非自励AC发电机/电动机按发电机模式或者按电动机模式操作。超级电容器组全部时间跨接至所述高电压DC总线。AC-DC逆变器将来自所述非自励AC发电机/电动机的AC电力转换成DC电力，以供应给所述高电压DC总线和所述超级电容器组。提供了用于向所述超级电容器组充电的装置，该装置用于从所述常规低电压车辆DC电池向所述超级电容器组充电，来向按所述电动机模式操作的所述非自励发电机/电动机提供初始激励能量，以启动所述内燃机。所述超级电容器组利用来自所述低电压电池的充足能量充电，以使所述非自励发电机/电动机可以按所述 电动机模式使用，来启动所述发动机，由此替换常规低电压发动机启动器。所述用于向所述超级电容器充电的装置是双向DC-DC转换器，其保持所述低电压电池的充电状态，由此消除针对常规低电压交流发电机的需要。而且，在本发明该实施例中，使用了双紧凑型逆变器。提供了多个非自励牵引发电机/电动机，其皆与多个车轮中的相应车轮互连。另选的是，可以使用与一个车轮互连的单个非自励牵引发电机/电动机。除了
自行车和摩托车以外，单轮驱动不太实用。单个牵引电动机的设计点是，使用传统的轴差，来向至少两个轮端提供转矩。
[0021] 所述双紧凑型逆变器跨接至所述超级电容器组。所述双紧凑型逆变器是双向DC-AC逆变器，并且所述双紧凑型逆变器向和从所述超级电容器组并且向和从所述非自励牵引发电机/电动机传递能量。可选的是，在本发明的该实施例中，所述非自励发电机/电动机按所述电动机模式操作，以反向驱动所述内燃机和关联发动机制动器，以便消耗过度再生制动能量。在本发明该实施例中，所述非自励发电机/电动机是开关磁阻机。除了所述非自励发电机/电动机以外，还可以使用不同类型的发电机/电动机。更进一步，在混合动力电动系统的该实施例中，所述超级电容器组在发动机关闭之前被驱动至预定最大充电状态，以便在正常操作条件下提供快速发动机启动，而不需要依靠来自所述车辆低电压DC电池的预充电。更进一步，在所述混合动力电动系统的该实施例中，所述双紧凑型逆变器可以可选地通过按充分低的足够电力操作以避免运动，或者通过以相反转矩操作所述非自励牵引发电机/电动机，来将所述超级电容器组中的一些能量释放到所述非自励牵引发电机/电动机的绕组中，而没有运动。
[0022] 本发明的另一实施例包括一种混合动力电动车辆，其具有
控制器，以机械方式与所述内燃机互连的非自励发电机/电动机，电源逆变器，以及与所述电源逆变器电连通的所述非自励发电机/电动机。所述非自励发电机/电动机可按发电机模式或电动机模式操作。超级电容器与所述高电压DC总线互连，并且所述控制器控制所述电源逆变器。所述超级电容器组通过使用DC-DC转换器从低电压电池传递能量，而被充电至可用操作电压。所述非自励发电机/电动机通过所述控制器控制，并且在所述超级电容器被充电至可用电压以启动所述内燃机时，通过所述电源逆变器按电动机模式驱动。而且，在本发明的本实施例中包括通过所述第一和第二双紧凑型逆变器驱动的多个非自励牵引发电机/电动机。所述第一和第二紧凑型逆变器通过所述控制器控制。所述电源逆变器可以双向地供电。而且，所述第一和第二双紧凑型逆变器可以双向供 电。
[0023] 所述DC-DC转换器是4端口装置。这些线路中的两条横跨12/24伏特电池并联连接（全部时间），而另两条线路横跨所述高电压总线连接（全部时间）。像交流发电机一样，所述DC-DC转换器是
电流装置。响应于来自车辆控制单元（控制器）的命令，其从多个电压源中的一个汲取电流，并将其传送至相对电压源。在这个实施例中，存在8个开关。不多于四个的开关总是同时接通（或将导致损耗）。在待机模式下，所有开关将断开。 [0024] 所述牵引电动机的控制严格响应于针对牵引或制动的驾驶员需求，而与系统能量或DC链路电压无关，但有以下例外：1）关联逆变器不能够在某一最小电压（例如，500V）之下操作，因而，如果发生这种情况，则电动机将停止运转；2）如果DC-链路电压超出900伏特，则超级电容器组和电源逆变器将遭受损坏，因而再生能量的传送必须在某一上限电压处停止。
[0025] 混合动力控制器将控制发电机逆变器向DC-链路总线提供电流，以使：1）DC-链路电压停留在最小逆变器操作电压之上；2）超级电容器组电压保持尽可能高（在安全裕度下达不到900V极限），使得它保持足够存储容量，以重捕获当前存储在车辆中的任何动能或势能。这是因为更高的DC链路电压导致更低的系统电流，并由此导致更低的损耗；因此，导致更好的系统效率；3）超级电容器组在发动机关闭之前被完全充电，使得即使超级电容器随着时间而放电，它们也很可能保持足够能量来重启发动机。
[0026] 提供了一种用于控制混合动力电动车辆的方法，该方法包括以下步骤：设置所述超级电容器组的最大可容许能量容量，并且设置最小高电压DC总线电压，并接着确定超级电容器组中是否有足够能量来启动内燃机。该方法还包括以下步骤：如果所述超级电容器组中没有足够能量来启动所述内燃机，则利用DC-DC转换器从低电压DC电池向所述超级电容器组传递能量。而且，该方法包括以下步骤：如果所述超级电容器组中存在足够能量来启动所述内燃机，则利用按电动机模式操作的非自励发电机/电动机来启动所述内燃机。该方法的另外的步骤需要计算所述混合动力电动车辆中的可回收能量，并且计算所述混合动力电动车辆的所述超级电容器组中的能量。一旦确定所述计算，该方法需要确定计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量是否小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量。 [0027] 该方法还需要：如果计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的所述最大可容许能量容量，则命令所述内燃机空转，并且命令从按发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电，并且在所述内燃机以从按所述发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电方式空转的同时，等待一时段，接着重新计算所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量，并且重新确定所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量是否因所述混合动力电动车辆的能量消耗而小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，而如果重新计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，则关闭所述内燃机。更进一步，该方法需要：如果计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量小于所述超级电容器组的所述最大可容许能量容量，则将所述内燃机速度设置成最佳制动特定
燃料消耗速度，并且命令从按发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机最大发电。该方法还包括以下步骤：确定是否存在制动命令，并且如果存在所述制动命令，则与所述制动命令成比例地并且在
稳定性限制内，向所述非自励牵引电动机发送负转矩命令。该方法还需要：如果不存在所述制动命令，则确定所述高电压DC总线电压是否大于所述高电压DC总线最小电压。
[0028] 接下来，该方法需要：如果所述高电压DC总线电压不大于所述高电压DC总线最小电压，则向所述非自励牵引发电机/电动机发送零转矩命令，并且如果所述高电压DC总线电压大于所述高电压DC总线最小电压，则监测加速器命令。更进一步，该方法需要：确定车辆速度是否小于最大可容许速度，而如果车辆速度不小于最大可容许速度，则向所述非自励牵引发电机/电动机发送零转矩命令，并且如果所述换档器处于
前进档，则向所述非自励牵引发电机/电动机发送在稳定性限制内的与加速器
信号成比例的正转矩命令。接下来，该方法需要：如果所述换档器未处于前进档，则向所述非自励牵引发电机/电动机发送在稳定性限制内的与加速器信号成比例的负转矩命令。更进一步，该方法优选的是，所述非自励牵引发电机/电动机是开关磁阻机。更进一步，该方法需要：控制混合动力电动车辆，其中，启动所述内燃机的所述非自励发电机/电动机优选为开关磁阻机。可选的是，用于控制混合动力电动车辆的方法包括执行以下步骤：如果计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的所述最大可容许能量容量，则命令所述内燃机空转，并且命令从按发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电，并且在所述内燃机以从按所述发电机 模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电方式空转的同时，等待一时段，重新计算所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量，并且重新确定所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量是否因所述混合动力电动车辆的能量消耗而小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，如果重新计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，则关闭所述内燃机的所述步骤。 [0029] 更进一步，在用于控制混合动力电动车辆的方法中，如果计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的所述最大可容许能量容量，则命令所述内燃机空转，并且命令从按发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电，并且在所述内燃机以从按所述发电机模式操作的所述非自励发电机/电动机零发电方式空转的同时，等待一时段，重新计算所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量，并且重新确定所述计算的可回收能量加所述超级电容器能量是否因所述混合动力电动车辆的能量消耗而小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，如果重新计算的所述可回收能量加所述超级电容器能量不小于所述超级电容器组的最大可容许能量容量，则关闭所述内燃机的所述步骤是与下述步骤相结合地执行的，即，所述双紧凑型逆变器通过按充分低的足够电力操作以避免运动，或者通过以相反转矩操作所述非自励牵引发电机/电动机，来将所述超级电容器组中的一些能量释放到所述非自励牵引发电机/电动机的绕组中，而没有运动。 [0030] 更进一步，用于控制混合动力电动车辆的方法可选地包括以下步骤：将所述超级电容器组在所述内燃机关闭之前驱动至预定最大充电状态，以便于进行快速发动机启动，而不需要依靠来自所述车辆低电压DC电池的预充电。
[0031] 对于严重故障情况来说，或者对于维修和维护来说，可能必须快速将能量存储装置放电，以使人员不暴露至危险电压。用于消耗
电子机中的能量的简单方式是仅连续脉冲化单一
相位。EM场将对准与该相位相关联的极部，而且
转子将没有机械移动地就地保持。为更好扩散相位之间的能量，同时进行所有相位的激活（脉冲化）。在这种情况下，一个相位尝试生成正向运动，一个尝试生成反向运动，而第三个尝试就地保持转子。使用了大量功率，但没有什么事物运动。这可能呈现为针对电动机和逆变器的苛刻操作，但其仅存在非常短的时段。作为一示例，如果所述超级电容器组被完全充电至1.2MJ，并且在4个牵引电动机中的每一个中消耗2.5kW，则其可以将所述 超级电容器组放电大约1.2MJ/（4×2500J-Sec）=120Sec=2分钟。按它们的持续定额45kW和95％效率，每一个电动机通常将2.27kW消耗到其冷却夹套中。如果需要稍快的放电，则这些电动机也被定额成消耗3.25kW达1分钟。所述发动机可以按相同方式使用。
[0032] 所述非自励发电机、超级电容器组以及双向DC-DC转换器可以与驱动常规差分配备车轴的单个牵引电动机一起使用。所述牵引电动机是什么类型的电学机器在技术上不要紧，只要该机器满足转矩、功率以及速度需求。它们可以是自励（例如，IPM电动机）或非自励和A/C或DC。只要当所述牵引电动机操作为发电机，该车辆都已经在移动。因此，所述系统中的某处存在大量可用能量，以在需要时提供激励能量。
[0033] 非自励牵引电动机有吸引力的一个理由是，它们具有非常宽的恒定功率带，并由此，更可能满足所需性能规范。采用磁体的电动机按有效方式随着速度的增加生成越来越多的反向EMF，并且这防止了它们获得更高速度，除非使用了某类场削弱。永磁电动机还具有无吸引力的失效模式，并且与ACI和SR机器相比，在制造和维修方面不太灵活。 [0034] 本发明的一个目的是，通过按充分低的足够电力操作以避免运动，或者通过以相反转矩操作所述非自励牵引发电机/电动机，来使用所述双紧凑型逆变器将所述超级电容器组中的一些能量释放到所述非自励牵引发电机/电动机的绕组中，而没有运动。 [0035] 本发明的另一目的是，与双向电源逆变器相结合地使用按所述电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机，以向所述混合动力电动车辆提供所述主要电能源。 [0036] 本发明的另一目的是，使用按所述电动机模式操作的多个牵引AC非自励开关磁阻发电机/电动机，以向所述混合动力电动车辆的车轮提供推进力。
[0037] 本发明的另一目的是，使用按所述发电机模式操作的多个牵引AC非自励开关磁阻发电机/电动机，并且与前和后紧凑型双轴逆变器相结合地，根据存储在所述移动混合动力电动车辆中的动能提供再生的电功率。
[0038] 本发明的另一目的是，提供一种超级电容器，其在横跨该超级电容器的电压太低时与DC-DC转换器相结合地接收来自低电压电池的能量，以启动所述内燃机。 [0039] 本发明的另一目的是，提供用于所述低电压电池的充电装置。
[0040] 本发明的另一目的是，提供一种DC-DC转换器，该DC-DC转换器用于将来自所述高电压DC总线的电压逐步降低至电池电压电平。
[0041] 本发明的另一目的是，控制所述高电压DC总线的电压超过最小电压电平。 [0042] 本发明的另一目的是，向所述超级电容器组提供这样的能力，即，通过计算所述车辆中的可回收能量并且通过计算所述超级电容器中的能量，来存储再生能量，以保持组合的总能量小于所述超级电容器的希望容量。
[0043] 本发明的另一目的是，向所述超级电容器组提供这样的能力，即，通过计算所述车辆中的可回收能量，通过计算所述超级电容器中的能量，以及由于所述非自励开关磁阻发电机/电动机与双向电源逆变器相组合地按所述电动机模式操作而控制所述超级电容器中的能量的量，来存储再生能量。
[0044] 本发明的另一目的是，向所述超级电容器组提供这样的能力，即，因所述非自励开关磁阻发电机/电动机与双向电源逆变器相组合地按所述电动机模式操作，而通过控制所述超级电容器中的能量的量，来存储再生能量。
[0045] 本发明的另一目的是，提供一种用于利用非自励发电机/电动机作为用于没有高电压电池组的系统的
起动电机的装置和方法。
[0046] 本发明的另一目的是，提供一种用于利用非自励开关磁阻发电机/电动机作为用于没有高电压电池组的系统的起动电机的装置和方法。
[0047] 本发明的另一目的是，提供这样一种混合动力电动车辆，即，其具有即使保持不动和/或不活动达较长时段和/或发动机从未被启动，也启动所述内燃机的能力。 [0048] 本发明的另一目的是，提供一种高效混合动力电动车辆。
[0049] 本发明的另一目的是，提供一种超级电容器和混合动力电动控制系统，由此，可回收能量的量被存储在该超级电容器中，并且可归因于所述内燃机的能量被控制成，作为时间的函数提供足够的容量来存储动能。
[0050] 本发明的另一目的是，提供一种用于所述混合动力电动车辆的控制系统，其适应所述车辆操作中的瞬变（车辆稳定性、振动、速度、加速度等）。
[0051] 本发明的另一目的是，提供这样一种双紧凑型逆变器，即，其具有的增效优点在于，两个逆变器共享
冷却板、DC-链路电容器组、汇流条、
外壳、高电压连接器和布线以及低电压电子装置中的一些。
[0052] 当参照
附图、本发明的描述以及下面跟随的
权利要求书时，本发明的这些和进一步目的将被最佳地理解。
附图说明
[0053] 图1A是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中电容器在该混合动力电动车辆长时期关闭之后，从24伏特电池充电的情况。
[0054] 图1B是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中电容器被充分充电并且向非自励开关磁阻发电机/电动机供应能量，以启动内燃机的情况。 [0055] 图1C是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了这样的情况，其中，内燃机向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机向超级电容器组、DC-DC转换器以及24伏特电池供电。
[0056] 图1D是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了这样的情况，其中，内燃机向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机进而向超级电容器组、向牵引电动机供电的双逆变器，并且向供应低电压电池的DC-DC转换器供电。
[0057] 图1E是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中将再生电力提供给超级电容器组、DC-DC转换器，以及低电压电池的情况。
[0058] 图1F是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中将再生电力提供给超级电容器组和按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机的情况。 [0059] 图1G是没有超级电容器组的混合动力电动车辆的示意性例示图，其中，将低电压电池与发动机启动器一起使用，以启动内燃机。
[0060] 图1H是双紧凑型逆变器的示意性例示图，其具有的增效优点在于，该逆变器能够共享冷却板、DC-链路电容器组、汇流条、外壳、高电压连接器和布线以及低电压电子装置中的一些。
[0061] 图2和2A是混合动力电动车辆的控制策略的示意图。
[0062] 图3是实现图2和2A的控制策略的电气示意图。
[0063] 图4是例示超级电容器电压与超级电容器总存储能量的关系的图。 [0064] 图5是例示超级电容器可用能量与充电时间的关系的图。
[0065] 图6是针对30,000kg和40,000kg车辆例示车速与动能的关系的图。 [0066] 图7是例示车速、时间以及针对能量再生的情况的图。
[0067] 图8是超级电容器电压与针对不同功率电平的放电时间的关系的半对数图。 具体实施方式
[0068] 图1A是混合动力电动车辆的示意性例示图100A，其中尤其例示了其中超级电容器组104在该混合动力电动车辆长时期关闭之后，从24伏特电池107充电的情况。图1A-1H包含地使用许多相同标号，并且它们具有相应含义。一旦一部件结合
指定标号进行了描述，其就不再结合随后附图进行描述，以避免重复。标号161指示这样的虚线，即，其例示了沿着从低电压电池107起通过DC-DC转换器106至超级电容器组104、双向电源逆变器103，以及按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机接着直至内燃机101的路径161的能量流。DC-DC转换器106能够处理5kW功率。如果超级电容器组被充电至如横跨超级电容器/高电压DC总线的电压所表示的足够能量水平，则按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102可以被操作成，保护低电压电池不受过电流情况。超级电容器组104和高电压DC总线总是处于相同的电压，因为它们是物理连接的。按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机以机械方式耦接至内燃机101。标号163M是指示通过按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102施加至内燃机101的
曲轴的旋转能量的示意性箭头。
[0069] 如在此使用的，术语“超级电容器组”104意思和“超级电容器”或“超电容器（ultra-capacitor）”相同。在该优选实施方式或实施例中，超级电容器串联排列以获得1200法拉的电容。优选的是，超级电容器组具有存储能量的可接受操作范围。串联电容不相加，相反的是，串联电容被计算如下：
[0070] 其具体设想为，超级电容器可以并联、串联或者组合并联和串联来使用。而且，其具体设想为，电容可以处于1200F到3000F的范围中。图4是例示超级电容器电压401与超级电容器总存储能量402的关系的图400。图4中例示了表示650F的电容403的线、表示1200F的电容404的线、表示1500F的电容405的线、表示2000F的电容的线，以及表示3000F的电容的线。标号408指示下超级电容器操作电压500V DC，而标号409指示上超级电容器操作电压800V DC。
[0071] 还参照图1A，其中例示了非自励开关磁阻发电机/电动机102连同内燃机101。如在此使用的，术语非“自励（self-excited）”和非“自励（self-exciting）”意指同一事物。双向电源逆变器向和从高电压DC总线105传送103A电力。开关磁阻发电机/电动机
102生成AC电力，并且双向逆变器103将AC电力转换成DC电力，反之亦然。高电压DC总线105与超级电容器组104、DC-DC转换器106，以及紧凑型双逆变器108、109互连 104A。 [0072] 第一紧凑型双逆变器108驱动按电动机模式操作的AC开关磁阻电动机/发电机
110、111，以驱动混合动力电动车辆的前车轮。第一紧凑型双逆变器108还可以在AC开关磁阻牵引电动机/发电机110、111按发电机模式操作时接收来自它们的能量。标号110A、
111A指示AC开关磁阻电动机/发电机110、111与第一紧凑型双逆变器108之间的双向电力/能量流。标号112A、113A指示AC开关磁阻电动机/发电机112、113与第二紧凑型双逆变器109之间的双向电力/能量流。
[0073] 第二紧凑型双逆变器109驱动按电动机模式操作的AC开关磁阻电动机/发电机112、113，以驱动混合动力电动车辆的后车轮。第二紧凑型双逆变器109还可以接收来自按发电机模式操作的AC开关磁阻牵引电动机/发电机112、113的能量。
[0074] 标号108A例示了高电压DC总线105与第一紧凑型双逆变器108之间的双向互连。标号109A例示了高电压DC总线105与第二紧凑型逆变器109之间的双向互连。 [0075] 图1B是混合动力电动车辆的示意性例示图100B，其中尤其例示了其中电容器104被充分充电并且向非自励开关磁阻发电机/电动机102供应能量，以启动内燃机的情况。标号162M被用于标识从超级电容器组104至DC/AC逆变器103接着至按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102的电荷流。标号163M例示了指示通过按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102施加至内燃机101的曲轴的旋转能量的示意性箭头。 [0076] 图1C是混合动力电动车辆的示意性例示图100C，其中尤其例示了这样的情况，其中，内燃机101向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机向超级电容器组104、DC-DC转换器105以及24伏特电池107供电。标号163G是指示通过内燃机101的曲轴向按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102供应的旋转能量的示意性箭头。该内燃机101可以是10.8升
柴油发动机。按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102可以是227kW机器。标号162G例示了从按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102至以下装置的电荷流：DC/AC逆变器103、超级电容器组104、DC-DC转换器106、低电压电池107、紧凑型双逆变器108、109，以及用于驱动混合动力车辆的车轮的非自励牵引电动机/齿轮减速箱110、111、112以及113。
用于驱动混合动力车辆的车轮的非自励牵引电动机/齿轮减速箱110、111、112以及113可以是图1C中示意性地例示的65kW开关磁阻电动 机。参见图1D，混合动力电动车辆的示意性例示图100D尤其例示了这样的情况，其中，内燃机101向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机进而向超级电容器组104、向非自励AC牵引电动机/发电机110、111、112以及113供电的双紧凑型逆变器
108、109、并且向供应低电压电池107的DC-DC转换器106供电。参照图1D，标号162G例示了从超级电容器和/或高电压DC总线至紧凑型双逆变器108、109，接着至用于驱动混合动力车辆的车轮的非自励牵引发电机/电动机/齿轮减速箱110、111、112以及113的能量流。该非自励牵引发电机/电动机/齿轮减速箱被附接至混合动力车辆的主动轮。齿轮减速被用于将来自牵引电动机的高速、低转矩功率转换成车轮端部的低速、高转矩功率。 [0077] 参照图1H，例示了双紧凑型逆变器，其具有的增效优点在于，两个逆变器能够共享冷却板、DC-链路电容器组、汇流条、外壳、高电压连接器和布线以及低电压电子装置中的一些。这导致节省空间和增加效率。
[0078] 再次参照图1D，标号163G例示了从内燃机流动的机械旋转能，内燃机从非自励开关磁阻发电机/电动机102生成AC电力，由此，该AC电力通过双向电源逆变器103逆变成DC电力。接着，将该DC电力存储在超级电容器组104中，和/或其被车辆使用。如果DC电力被车辆使用，则紧凑型双逆变器108、109将DC电力逆变成AC电力，以操作非自励AC牵引电动机/发电机110、111、112、113，从而向车辆提供动力。尽管未随着图1D上的虚线具体例示出，但还可以的是，DC-DC转换器被用于转换高电压DC总线的高电压，以向低电压DC电池充电。希望保持高电压DC总线和超级电容器组在500V DC到800V DC之间的电压上。 [0079] 图1E是混合动力电动车辆的示意性例示图100E，其中尤其例示了其中将再生电力提供给超级电容器组104、DC-DC转换器106，以及低电压电池107的情况。标号162R指示这样的虚线，即，其表示从非自励AC牵引电动机/发电机110、111、112以及113至超级电容器的电力流。更具体地说，标号162R指示从按发电机模式起作用的非自励开关磁阻发电机/电动机110、111、112以及113至紧凑型双AC/DC逆变器108、109、高电压DC总线105以及超级电容器组104的电荷流。如在图1E中所示，非自励开关磁阻发电机/电动机102可以运转并且可以空转。
[0080] 用于再生能量存储的空间必须在如图1E中所示的超级电容器组中制成。如图3中阐述的电子控制器控制混合动力电动车辆的操作。图3是实现图2和2A的控制策略的 电气示意图300。图2和2A是混合动力电动车辆的控制策略的示意图200、200A。参照图2，标号203表示询问：钥匙处于“启动”
位置？带圈的“A”是表示去往控制器301的输入部和输出部的
端子，控制器301控制操作混合动力电动车辆的过程。所述DC-DC转换器是4端口装置。这些线路中的两条横跨12/24伏特电池并联连接（全部时间），而另两条线路横跨所述高电压总线连接（全部时间）。像交流发电机一样，所述DC-DC转换器是电流装置。响应于来自车辆控制单元的命令，其从多个电压源中的一个汲取电流，并将其递送至相对电压源。在这个实施例中，存在8个开关。不多于四个的开关总是同时接通（或将导致损耗）。在待机模式下，所有开关将断开。所述牵引电动机的控制严格响应于针对牵引或制动的驾驶员需求，而与系统能量或DC链路电压无关，但有以下例外：1）关联逆变器不能够在某一最小电压（例如，500V）之下操作，因而，如果发生这种情况，则电动机将停止运转；2）如果DC-链路电压超出900伏特，则超级电容器组和电源逆变器将遭受损坏，因而再生能量的传递必须在某一上限电压处停止。混合动力控制器将控制发电机逆变器来向DC-链路总线提供电流，以使：1）DC-链路电压停留在最小逆变器操作电压之上；2）超级电容器组电压保持尽可能地高（在安全裕度下达不到900V极限），使得它保持足够存储容量，以重获当前存储在车辆中的任何动能或势能。这是因为，更高的DC链路电压导致更低的系统电流，并由此导致更低的损耗；因此，导致更好的系统效率；3）超级电容器组在发动机关闭之前被完全充电，使得即使超级电容器随着时间而放电，它们也很可能保持足够能量来重启发动机。 [0081] 如果车辆未行驶，则内燃机必须启动。控制器询问超级电容器组的能量状况，以确定超级电容器组104中是否存在用于启动内燃机的足够能量205。如果超级电容器组104中没有用于启动发动机的足够能量205，则进行至步骤210，并且向超级电容器组104传递能量（电荷），以将其优选地充电至至少200V DC。标号211指示在再次进行是否存在足够能量205的询问的情况下，表示向超级电容器组传送能量的线路。更具体地说，如果超级电容器组中具有用于启动发动机的足够能量205，则进行至步骤203，并且将钥匙
定位在启动位置。一旦进行了启动命令，就进行与内燃机的通信203Y，以确定其是否在运行204。如果内燃机在运行204Y，则进行计算，以确定车辆207中的可回收能量。如果内燃机未运行204N，则将钥匙再次定位在启动位置中，以尝试启动内燃机101。
[0082] 一旦进行了所述计算以确定车辆207中的可回收能量，并且进行207A至下一步骤208，那么，控制器将可回收能量Er添加至超级电容器组中的能量，以确定该和是否小于超级电容器组208中的能量的最大可容许量。如果步骤208的能量比较满足所需不等式，即，车辆的可回收能量Er加当前存储在超级电容器组中的能量Euc小于超级电容器组中的最大可容许能量Euc-max208Y，则内燃机101被设置成最佳制动特定燃料消耗，并且通过控制器命令214最大发电机102功率。
[0083] 如果步骤208的能量不满足所需不等式，即，车辆的可回收能量Er加当前存储在超级电容器组中的能量Euc不小于超级电容器组中的最大可容许能量Euc-max208N，则命令内燃机101空转，并且命令按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102的输出为零发电机电流。接着，将该状况传送216Y至控制器，并且混合动力电动车辆烧尽（消耗/耗尽）存储在超级电容器104中的能量。针对能量燃烧开始等待时间217。如果等待时间期满217Y，并且未燃烧足够能量，则内燃机关闭218。在等待时间期间，控制器周期性地检查（
采样）数据并且进行能量比较步骤208。
[0084] 参照图2A，当内燃机101被设置成最佳制动特定燃料消耗，并且通过控制器命令214最大发电机102功率时，控制器将该状况215传送给下一步骤235，并且进行询问：是否存在制动命令221。该制动命令在车辆的驾驶员压下混合动力电动车辆的
刹车踏板时存在。
如果存在制动命令221Y，则进行至下一步骤227，并且经由紧凑型双AC/DC逆变器108、109向按发电机模式起作用的非自励开关磁阻发电机/电动机110、111、112以及113发送负转矩命令227。
[0085] 如果不存在制动命令221，则进行至下一步骤222：DC链路电压>DC链路最小电压？DC链路是高电压总线105。如果DC链路电压不大于DC链路最小电压，则传送该状况222N，并且进行至下一步骤228，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送零转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮。DC链路电压是和高电压DC总线相同的事物。
[0086] 如果DC链路电压大于DC链路最小电压227Y，则进行至下一步骤223，并且从电子控制器读取加速器命令。接下来，读取换档器，并且询问225：车速小于针对换档器位置的最大速度？如果车速不小于针对换档器位置的最大速度225N，则进行至下一步骤228，接着向驱动车轮的开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送零转矩命令。 [0087] 如果车速小于针对换档器位置的最大速度225Y，则进行至下一步骤226，混合动力电动车辆处于前进档226？如果车辆未处于前进档226N，则进行至下一步骤230，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送负转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮，以沿反向（向后）方向驱动车辆。如果车辆处于前进档226Y，则进行至下一步骤229，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送正转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮，以沿向前方向驱动车辆。 [0088] 图1F是混合动力电动车辆的示意性例示图100F，其中尤其例示了其中将再生电力162R提供给超级电容器组104和按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102的情况。标号162M表示从超级电容器组104至DC-AC电源逆变器103接着至按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102的电荷流。标号163M是指示通过按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机102施加至内燃机101的曲轴的旋转能量的示意性箭头。
[0089] 图1F还示意性地例示了与高电压DC总线105可切换地190S互连190A的电阻器组190。电阻器组190被可选地包括，以使如果存在太多能量则帮助消耗能量。另外，电阻器组190帮助混合动力电动车辆的控制和稳定操作。图1F还例示了附件180，如可以贡献重获能量的液压系统。双向附件逆变器185使能从DC向AC电力转换，反之亦然。图1F中同样例示了电气连通线路180A和185A。
[0090] 图1G是没有超级电容器组的混合动力电动车辆的示意性例示图100G，其中，将低电压电池107与发动机启动器一起使用，以启动内燃机101。标号171是表示从低电压电池107起通过DC-DC转换器106、沿着高电压DC总线105、通过电源逆变器103的能量流的虚线，该电源逆变器103将DC电力逆变成AC电力，以驱动按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102，其以机械方式驱动并启动内燃机101。标号173是指示通过机械耦接向内燃机101供应能量以启动其的示意性箭头。
[0091] 图1H是双紧凑型逆变器的示意性例示图，其具有的增效优点在于，两个逆变器能够共享冷却板、DC-链路电容器组、汇流条、外壳、高电压连接器和布线，以及低电压电子装置中的一些。共享导致紧凑型有效封装。
[0092] 仅混合动力控制器处的物理I/O是一对数据链路。所有控制都将经由这些链路实行。所有类别的控制连接都可以在数据流和控制图上示出，但它们都仅存在于数据链 路上。
[0093] 参照图3，如其中阐述的电子控制器301控制混合动力电动车辆的操作。图3是实现图2和2A的控制策略的电气示意图300。图3例示了作为电流源的非自励开关磁阻发电机102。图3例示了作为电流源的非自励开关磁阻发电机110、111、112、113。图3中例示了负载320，并且表示了推进车辆所需要的力和利用铲斗举起该负载所需要的力。图3中示出了来自混合数据链路310的输入和来自车辆数据链路311的输入。
[0094] 在控制器301中可以采用各种
算法。而且，来自再生的可用能量通过控制器连续监测和计算，并因此，可以缩减从非自励发电机101输出的能量的量。控制器301包括控制非自励发电机102的输出r1。控制器301包括控制多个非自励AC牵引发电机110、111、112、113的输出r2。而且，来自再生的可用能量通过控制器连续监测和计算，并因此，从非自励发电机/电动机102输出的能量的量可以根据
控制信号输出r1缩减。换句话说，控制器的输出，即，输出r1和输出r2是可以基于混合动力电动车辆的状态连续改变的动态输出。
例如，如果车辆在移动并且运送铲斗中的提升负载，则车辆依靠其速度而拥有动能，并且其还依靠提升负载具有势能。在预测回收来自车辆的动能和势能方面，可以制成用于在超级电容器中存储动能和势能的空间，其中，控制器301缩减按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102的输出r1。
[0095] 还参照图3，当车辆保持不动达延长时段或者当车辆是新车时，电池107和DC-DC转换器106将超级电容器104充电至使能利用非自励开关磁阻发电机/电动机102来启动。所使用低电压电池能够存储大约6倍的、超级电容器可以存储的能量。例如，参照图4，标号
409指示可以横跨1200法拉电容器按800V DC存储大约1.2MJ。如果按800V DC使用3000法拉电容器，则可以存储大约2.8MJ。两个优选低电压电池107可以在24V DC下存储大约
7MJ。
[0096] 图5是例示超级电容器可用能量501与5kW充电率下的充电时间502的关系的图。标号504例示了1200法拉电容器串的充电时间。具体来说，0.2MJ的可用能量在大约120秒中被存储在超级电容器104中，并且在内燃机冷机时，对于启动该内燃机来说绰绰有余。
如果发动机为冷机，则必需200kJ的可用能量来启动发动机。标号503例示了650法拉电容器串的充电时间，标号505例示了1500法拉电容器串的充电时间，标号506例示了2000法拉电容器串的充电时间，而标号507例示了3000法拉电容器串的充电时间。 [0097] 图6是针对30,000kg和40,000kg车辆例示车速601（km/hr）与动能602（kJ）的关 系的图600。标号603例示了针对30,000kg车辆的标绘图，而标号604例示了针对
40,000kg车辆的标绘图。标号605指示动能存储限值为700kJ，其是如图4中观察的电容器的总存储能量的较大部分。
[0098] 图7是例示车速702、操作时间701以及针对能量再生的情况的图700。标号713、714、715，以及716表示用于再生能量的时段。具体来说，标号703表示四（4）秒钟时间间隔。在该时段703的一部分期间，该车辆加速并获得12km/h的速度。此后，标号704表示在车辆从12km/h减速至零km/h时的两（2）秒钟时间间隔。在该两（2）秒钟时段期间，能量随着车辆从12.0km/h减慢至0.0km/h而再生716。当车轮按发电机模式驱动非自励AC牵引发电机/电动机110、111、112以及113时，发生能量再生。其它类型的牵引发电机/电动机可以如上文所述地使用。
[0099] 接下来，标号705指示零速度达三（3）秒钟时段接着是快速加速。标号706是四（4）秒钟时段。该时间706的一部分是沿反向的加速度，直到车辆获得10km/h为止。一旦车辆在一（1）秒钟时段中获得10km/h，其就保持10km/h达3秒钟。接下来，存在当车辆从10km/h减速至0km/h时的两（2）秒钟时间间隔707。在该两（2）秒钟时段707期间，能量随着车辆从10km/h减慢至0km/h而再生713。接下来，存在四（4）秒钟时段708，其中两（2）秒钟是加速至12km/h的时段。一旦车辆获得12km/h的速度，其就保持12km/h达另外的两（2）秒钟。标号709是在车辆从12km/h减速至0km/h时的两（2）秒钟时间间隔。在该两（2）秒钟时段期间，能量随着车辆从12.0km/h减慢至0.0km/h而再生714。 [0100] 一旦车辆停止移动，其就保持静止达另外的两（2）秒钟710。随后，车辆按反向快速加速达0.5秒钟，直到其获取10km/h的速度为止。标号710表示在车辆未移动时的两（2）秒钟时间间隔。标号711是在车辆以10km/h的速度沿反向移动时的四（4）秒钟时间间隔。
随后，再一次，在两（2）秒钟时段712中，车辆从10km/h减速至0km/h，并且能量被重获/再生715。
[0101] 图8是超级电容器电压813与针对不同功率电平的放电时间812的关系的半对数图。标号801表示最大安全电压，而标号802是可以操作超级电容器的最小正常操作电压。标号803例示了来自1kW、800V DC的放电时间，标号804例示了来自2kW、800V DC的放电时间，标号805例示了来自4kW、800V DC的放电时间，标号806例示了来自8kW、800V DC的放电时间，标号807例示了来自16kW、800V DC的放电时间， 标号808例示了来自33kW、800V DC的放电时间，标号808例示了来自65kW、800VDC的放电时间，标号809例示了来自65kW、
800V DC的放电时间，标号810例示了来自130kW、800V DC的放电时间，以及，标号811例示了来自260kW、800V DC的放电时间。
[0102] 本领域技术人员应当认识到，本发明仅通过实施例的方式进行了阐述，并且可以在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下对本发明进行改变。
[0103] 标号
[0104] 100A-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中电容器在该混合动力电动车辆长时期关闭之后，从24伏特电池充电的情况；
[0105] 100B-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中电容器被充分充电并且向非自励开关磁阻发电机/电动机供应能量，以启动内燃机的情况； [0106] 100C-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了这样的情况，其中，内燃机向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机向超级电容器组、DC-DC转换器以及24伏特电池供电；
[0107] 100D-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了这样的情况，其中，内燃机向按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机供应动力，该非自励开关磁阻发电机/电动机依次地向超级电容器组、向牵引电动机供电的双逆变器，并且向供应低电压电池的DC-DC转换器供电；
[0108] 100E-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中将再生电力提供给超级电容器组、DC-DC转换器，以及低电压电池的情况；
[0109] 100F-是混合动力电动车辆的示意性例示图，其中尤其例示了其中将再生电力提供给超级电容器组和按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机的情况； [0110] 100G-是没有超级电容器组的混合动力电动车辆的示意性例示图，其中，将低电压电池与发动机启动器一起使用，以启动内燃机；
[0111] 100H-是双紧凑型逆变器的示意性例示图，其具有的增效优点在于，两个逆变器能够共享一冷却板、DC-链路电容器组、汇流条、外壳、高电压连接器和布线，以及低电压电子装置中的一些；
[0112] 101-内燃机；
[0113] 101A-开关磁阻发电机/电动机102与内燃机101之间的电气连通； [0114] 102-非自励开关磁阻发电机/电动机；
[0115] 103-发电机模式下的AC至DC和电动机模式下的DC-AC；
[0116] 103A-非自励发电机/电动机与AC/DC逆变器之间的电气连通；
[0117] 104-超级电容器组；
[0118] 104A-超级电容器组104与高电压DC总线之间的电气连通；
[0119] 105-高电压DC总线；
[0120] 106-插入车辆低电压电池与高电压DC总线之间的5kW DC-DC转换器； [0121] 106A-车辆低电压电池与DC-DC转换器之间的电气连通；
[0122] 107-车辆低电压电池，优选为24伏特电池；
[0123] 108-驱动两个AC电动机/齿轮减速箱110、111以驱动混合动力车辆的前车轮的紧凑型双DC/AC逆变器；
[0124] 109-驱动两个AC电动机/齿轮减速箱112、113以驱动混合动力车辆的后车轮的紧凑型双DC/AC逆变器；
[0125] 108A-高电压DC总线105与紧凑型双逆变器108之间的电气连通；
[0126] 109A-高电压DC总线105与紧凑型双逆变器109之间的电气连通；
[0127] 110、111、112、113-用于驱动混合动力车辆的车轮的非自励开关磁阻发电机/电动机/齿轮减速箱；
[0128] 110A-紧凑型双DC/AC逆变器108与牵引电动机110之间的电气连通； [0129] 111A-紧凑型双DC/AC逆变器108与牵引电动机111之间的电气连通； [0130] 112A-紧凑型双DC/AC逆变器109与牵引电动机112之间的电气连通； [0131] 113A-紧凑型双DC/AC逆变器109与牵引电动机113之间的电气连通； [0132] 161-从低电压电池107至DC-DC转换器106至超级电容器组104的电荷流； [0133] 162G-从按发电机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机至以下装置的电荷流：DC/AC逆变器103、超级电容器组104、DC-DC转换器106、低电压电池107、紧凑型双逆变器108、109，以及用于驱动混合动力车辆的车轮的AC牵引电动机/齿轮减速箱110、111、112，以及113；
[0134] 162M-从超级电容器组104至DC/AC逆变器103接着至按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机102的电荷流；
[0135] 162R-从按发电机模式起作用的非自励开关磁阻发电机/电动机110、111、112，以及113至紧凑型双AC/DC逆变器108、109、高电压DC总线，以及超级电容器组104的电荷流；
[0136] 163G-指示通过内燃机101的曲轴向按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机供应的旋转能量的示意性箭头；
[0137] 163M-指示通过按电动机模式操作的开关磁阻发电机/电动机向内燃机101的曲轴施加的旋转能量的示意性箭头；
[0138] 171-表示从低电压电池起通过DC-DC转换器、沿着高电压DC总线、通过电源逆变器的能量流的虚线，该电源逆变器将DC电力逆变成AC电力，以驱动按电动机模式操作的非自励开关磁阻发电机/电动机，其以机械方式驱动并启动内燃机；
[0139] 173-指示供应给内燃机101的能量的示意性箭头；
[0140] 180A-与附件的电气连通
[0141] 180-附件
[0142] 185-附件逆变器
[0143] 185A-与附件逆变器的电气连通
[0144] 190-电阻器组；
[0145] 190A-高电压DC总线与电阻器组190之间的电气连通；
[0146] 190A-插入电气连通线路190A中的开关；
[0147] 200、200A-混合动力电动车辆的控制策略的示意图；
[0148] 203-钥匙处于“启动”位置？；
[0149] 203Y-钥匙处于“启动”位置；
[0150] 204-内燃机在运行？
[0151] 204N-发动机未运行；
[0152] 204Y-发动机在运行；
[0153] 205-超级电容器组104中具有用于启动发动机的足够能量？
[0154] 205N-如果超级电容器组中没有用于启动发动机的足够能量，则进行至步骤210，并且向超级电容器传递能量（电荷），以将其优选地充电至至少200V DC； [0155] 205Y-如果超级电容器组中具有用于启动发动机的足够能量，则进行至步骤203，并且将钥匙定位在启动位置；
[0156] 207-基于机器的速度和机器的操作状态计算可用的可回收能量Er； [0157] 207A-将所计算的可回收能量的量传送至下一步骤208；
[0158] 208-可回收能量加超级电容器组的能量小于或等于存储在超级电容器组中的最大可容许能量Er+Ec
[0159] 208N-如果可回收能量加超级电容器组的能量不小于或等于存储在超级电容器组中的最大可容许能量，换句话说，如果不满足关系Er+Ec
[0160] 208Y-如果可回收能量加超级电容器组的能量小于或等于存储在超级电容器组中的最大可容许能量，换句话说，满足关系Er+Ec
[0161] 210-利用DC-DC转换器106随着时间从低电压电池向超级电容器传递能量，以使超级电容器被充电至200V DC；
[0162] 211-指示向超级电容器组传送能量的线路；
[0163] 214-将发动机设置成最佳制动特定燃料消耗（BSFC）速度和命令来自按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机的最大发电机功率；
[0164] 215-至下一步骤235的通信线路，存在制动命令？
[0165] 216-如果可回收能量加存储在超级电容器中的能量不小于超级电容器中的最大可容许能量，则命令内燃机空转，并且命令按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机的输出为零发电机电流；
[0166] 216A-通信线路发信号：已经命令内燃机空转，和按发电机模式操作的开关磁阻发电机/电动机在产生零发电机电流；
[0167] 217-等待时间期满，即，关系Er+Euc
[0169] 218-通过除去其燃料来关闭内燃机；
[0170] 221-存在制动命令？
[0171] 221N-如果不存在制动命令，则进行至下一步骤222，并且确定是否DC链路>DC链路最小值；
[0172] 221Y-如果存在制动命令，则进行至下一步骤227，并且向按发电机模式起作用 的非自励开关磁阻发电机/电动机110、111、112，以及113直至紧凑型双AC/DC逆变器108、109发送负转矩命令；
[0173] 222-DC链路>DC链路最小值？
[0174] 222N-如果DC链路电压不大于DC链路最小电压，则进行至下一步骤228，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送零转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮；
[0175] 222Y-如果DC链路电压大于DC链路最小电压，则进行至下一步骤223，并且从电子控制器读取加速器命令；
[0176] 223-并且从电子控制器读取加速器命令；
[0177] 224-读取换档器；
[0178] 225-车速小于针对换档器位置的最大速度？
[0179] 225N-如果车速不小于针对换档器位置的最大速度，则进行至下一步骤228，接着向驱动车轮的开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送零转矩命令； [0180] 225Y-如果车速小于针对换档器位置的最大速度，则进行至下一步骤226，机器处于前进档？
[0181] 226-车辆处于前进档？
[0182] 226N-如果车速未处于前进位置，则进行至下一步骤，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送负转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮，以沿反向驱动车辆；
[0183] 226Y-如果车辆处于前进档，则进行至下一步骤229，接着向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送正转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮，以沿向前方向驱动车辆；
[0184] 227-向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送负转矩命令，其与制动命令225Y成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮；
[0185] 228-向驱动车轮的开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送零转矩命令； [0186] 229-向驱动车轮的开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送正转矩命令； [0187] 230-向开关磁阻发电机/电动机110、111、112、113发送负转矩命令，其与加速器信号成比例地并且在稳定性限制内驱动车轮；
[0188] 300-实现图2和2A的控制策略的电气示意图；
[0189] 301–混合动力控制器
[0190] 310-来自混合数据链路的输入
[0191] 311-来自车辆数据链路的输入
[0192] 400-例示超级电容器电压与超级电容器总存储能量的关系的图； [0193] 401-超级电容器电压[V]；
[0194] 402-超级电容器总存储能量（MJ）；
[0195] 403-650法拉电容器串；
[0196] 404-1200法拉电容器串；
[0197] 405-1500法拉电容器串；
[0198] 406-2000法拉电容器串；
[0199] 407-3000法拉电容器串；
[0200] 408-500伏特横坐标标记；
[0201] 409-800伏特横坐标标记；
[0202] 410-1.3MJ纵坐标标记；
[0203] 500-例示超级电容器可用能量与充电时间的关系的图；
[0204] 501-可用能量[MJ]，超级电容器组电压为500V至800V；
[0205] 502-5kW下的充电时间（秒钟）；
[0206] 503-650法拉电容器串；
[0207] 504-1200法拉电容器串；
[0208] 505-1500法拉电容器串；
[0209] 506-2000法拉电容器串；
[0210] 507-3000法拉电容器串；
[0211] 600-例示车速与针对30000kg和40000kg车辆的动能的关系的图； [0212] 601-车速（km/h）；
[0213] 602-动能（kJ）；
[0214] 603-没有负载的30000kg车辆；
[0215] 604-包括负载的40,000kg车辆；
[0216] 605-能量存储限值，800V DC；
[0217] 700-例示车速、时间以及针对能量再生的情况的图；
[0218] 701-时间（秒钟）；
[0219] 702-车速（km/h）；
[0220] 703-车辆加速并且获得12km/h的4秒钟时间间隔；
[0221] 704-在车辆从12km/h减速至零km/h时的2秒钟时间间隔；
[0222] 705-2秒钟时间间隔；
[0223] 706-车辆沿反向加速的4秒钟时间间隔；
[0224] 707-在车辆从-10km/h减速至零km/h时的2秒钟时间间隔；
[0225] 708-车辆加速并且获得12km/h的4秒钟时间间隔；
[0226] 709-在车辆从12km/h减速至零km/h时的2秒钟时间间隔；
[0227] 710-2秒钟时间间隔；
[0228] 711-车辆沿反向加速的4秒钟时间间隔；
[0229] 712-在车辆从-10km/h减速至零km/h时的2秒钟时间间隔；
[0230] 713、714、715、716-表示再生能量的阴影区；
[0231] 800-超级电容器电压与针对不同功率电平的时间的关系的半对数图； [0232] 801-最小正常操作电压；
[0233] 802-最大安全电压；
[0234] 803-1kW；
[0235] 804-2kW；
[0236] 805-4kW；
[0237] 806-8kW；
[0238] 807-16kW；
[0239] 808-33kW；
[0240] 808-65kW；
[0241] 809-130kW；
[0242] 810-130kW；
[0243] 811-260kW；
[0244] 812–超级电容器放电时间（分钟）；
[0245] 813–超级电容器电压（V DC）；
[0246] 混合动力车辆的控制。
