多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括動(dòng)力電池、超級(jí)電容、能量管理單元、動(dòng)力電機(jī)、電機(jī)控制器、先導(dǎo)操作手柄、液壓蓄能器、油箱、液壓泵/馬達(dá)、多個(gè)電磁換向閥、多個(gè)壓力傳感器、溢流閥、開中心六通比例方向閥和動(dòng)臂油缸等。本實(shí)用新型采用動(dòng)力電池、超級(jí)電容和液壓蓄能器作為復(fù)合能源，利用動(dòng)力電池保證能量密度，利用超級(jí)電容提供或吸收電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率，利用液壓蓄能器提供或吸收液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率；動(dòng)力系統(tǒng)采用動(dòng)力電機(jī)、液壓泵和液壓泵/馬達(dá)協(xié)同混合驅(qū)動(dòng)，充分利用動(dòng)力電機(jī)、液壓泵/馬達(dá)的無級(jí)調(diào)速特性，實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)力復(fù)合模式，滿足液壓挖掘機(jī)各種復(fù)雜工況對(duì)動(dòng)力的需求。
【專利說明】
多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及工程機(jī)械節(jié)能減排領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種多能源多電機(jī)液壓挖 掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 節(jié)能減排對(duì)工程機(jī)械具有重要意義，其中液壓挖掘機(jī)是一種功率大、工況復(fù)雜的 工程機(jī)械，其能量的總利用率較低。因此，液壓挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排一直是業(yè)界努力追求的 目標(biāo)。其中混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)和純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
[0003] 混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)在工程機(jī)械的節(jié)能減排方面取得了一定的效果，但其也存在成 本較高、控制復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)零排放的特點(diǎn)，具體有以下不足：1)與車輛不同，工程機(jī)械大都 為單栗多執(zhí)行器的系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率并不能輕易的降低;2)由于液壓回路較長，負(fù)載的波動(dòng) 并不能真正實(shí)時(shí)的傳遞到液壓栗，同時(shí)由于蓄電池充放電速度、液壓栗/馬達(dá)或電動(dòng)/發(fā)電 機(jī)等混合動(dòng)力單元難以精確控制轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速、超級(jí)電容成本較高等因素，因此動(dòng)力系統(tǒng)的混 合動(dòng)力單元難以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)載的波動(dòng)。3)油電混合動(dòng)力系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多， 而且對(duì)于負(fù)載波動(dòng)劇烈的工程機(jī)械來說，油電混合動(dòng)力系統(tǒng)的電量儲(chǔ)存單元更適合采用超 級(jí)電容，但目前超級(jí)電容的價(jià)格昂貴;4)液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓栗/馬達(dá)-液壓蓄能器 作為平衡單元，雖然液壓蓄能器功率密度大，全充全放能力強(qiáng)，但是液壓蓄能器的能量密度 小，在吸收發(fā)動(dòng)機(jī)富余功率和長時(shí)間提供能量方面不如混合動(dòng)力汽車；目前液壓栗/馬達(dá)的 噪聲問題也會(huì)對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生制約;5)目前液壓系統(tǒng)大都沒有結(jié)合混合動(dòng)力的特點(diǎn)單獨(dú) 設(shè)計(jì)。
[0004] 與單獨(dú)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)相比，純電驅(qū)動(dòng)是一種真正意義上的零排放、 低噪聲系統(tǒng)，但目前的純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)僅用于工況比較平緩的小型工程機(jī)械和車輛領(lǐng)域，僅 采用電動(dòng)機(jī)模擬傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能，并沒有充分發(fā)揮出電動(dòng)機(jī)相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)速 控制特性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)整機(jī)的電液平衡控制也沒有專門設(shè)計(jì)，難以應(yīng)用于工況復(fù)雜的液 壓挖掘機(jī)中。
[0005] 為了保證電量儲(chǔ)存單元充滿電后能夠保證液壓挖掘機(jī)的作業(yè)時(shí)間，純電驅(qū)動(dòng)的液 壓挖掘機(jī)對(duì)電量儲(chǔ)存單元的能量密度的要求比較高，所以純電驅(qū)動(dòng)的液壓挖掘機(jī)的電量儲(chǔ) 存單元一般采用動(dòng)力電池。但由于動(dòng)力電池的比功率較小，難以短時(shí)間儲(chǔ)存大量的能量，而 各種負(fù)值負(fù)載回收時(shí)間較短，大約只有1-3秒，采用單一能源動(dòng)力電池難以直接對(duì)負(fù)值負(fù)載 進(jìn)行回收再利用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 有鑒于此，本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種多能源 多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其能有效解決現(xiàn)有之混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械存在成 本較高、控制復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)零排放的問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下之技術(shù)方案：
[0008] -種多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括有動(dòng)力電池、超級(jí)電容、能 量管理單元、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、第三電機(jī)控制器、第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力 電機(jī)、先導(dǎo)栗、定量栗、第一離合器、定量栗/馬達(dá)、第二離合器、第三動(dòng)力電機(jī)、單向閥、先導(dǎo) 操作手柄、液壓蓄能器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感 器、第五壓力傳感器、第六壓力傳感器、第七壓力傳感器、第一電磁換向閥、第二電磁換向 閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第三溢流閥、開中心六通 比例方向閥和動(dòng)臂油缸；
[0009] 其中：該動(dòng)力鋰電池和超級(jí)電容作為輸入能源連接到能量管理單元;第一電機(jī)控 制器、第二電機(jī)控制器和第三電機(jī)控制器連接到能量管理單元作為負(fù)載輸出端，第一電機(jī) 控制器、第二電機(jī)控制器和第三電機(jī)控制器分別控制第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)和第三 動(dòng)力電機(jī)，第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)、先導(dǎo)栗和定量栗同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接;定量栗通過第一 離合器同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接定量栗/馬達(dá)，定量栗/馬達(dá)和第三動(dòng)力電機(jī)通過第二離合器同軸轉(zhuǎn)動(dòng) 連接，定量栗的進(jìn)油口連接油箱，定量栗的出油口連接第一壓力傳感器和單向閥的進(jìn)油口 A，單向閥的出油口 B連接第一溢流閥的進(jìn)油口、第一電磁換向閥的A 口、開中心六通比例方 向閥的P口和P1 口，第一溢流閥的出油口連接油箱;開中心六通比例方向閥的T口連接油箱， 開中心六通比例方向閥的A 口連接第六壓力傳感器和動(dòng)臂油缸的無桿腔，開中心六通比例 方向閥的B 口連接第七壓力傳感器和動(dòng)臂油缸的有桿腔，開中心六通比例方向閥的D 口連接 第四電磁換向閥的A 口和第三溢流閥的進(jìn)油口；第四電磁換向閥的B 口和第三溢流閥的出油 口共同連接到油箱;定量栗/馬達(dá)的進(jìn)油口連接油箱，定量栗/馬達(dá)的出油口連接第二壓力 傳感器和第二電磁換向閥的A 口；第二電磁換向閥的B 口連接第一電磁換向閥的B 口、第三電 磁換向閥的A口、第二溢流閥的進(jìn)油口和液壓蓄能器，第二溢流閥的出油口連接油箱;先導(dǎo) 栗的進(jìn)油口連接油箱，其出油口連接先導(dǎo)操作手柄;先導(dǎo)操作手柄的出油口 K1和K2分別連 接開中心六通比例方向閥的兩端控制油口并分別連接第四壓力傳感器和第五壓力傳感器； 第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、第 六壓力傳感器和第七壓力傳感器均電信號(hào)輸入連接總成控制器;總成控制器信號(hào)輸出連接 第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、第三電機(jī)控制器、第一離合器、第二離合器、第一電磁換 向閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥和能量管理單元。
[00?0]作為一種優(yōu)選方案，所述第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)和第三動(dòng)力電機(jī)均包括電 動(dòng)模式和發(fā)電模式。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，所述定量栗/馬達(dá)包括栗模式或馬達(dá)模式。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述動(dòng)力電池包括磷酸鐵鋰高功率動(dòng)力鋰電池。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，進(jìn)一步包括有其他執(zhí)行器液壓回路，第三電磁換向閥的B 口連 接其他執(zhí)行器液壓回路。
[0014] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù) 方案可知：
[0015] -、通過采用動(dòng)力鋰電池、超級(jí)電容和液壓蓄能器的復(fù)合能源組合，綜合了相對(duì)能 量密度較高的電量儲(chǔ)存單元和相對(duì)功率密度較高的液壓蓄能器儲(chǔ)能單元的優(yōu)點(diǎn)，利用動(dòng)力 電池保證能量密度，利用超級(jí)電容提供或吸收電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率，利用液壓蓄能器 提供或吸收液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率，保證了液壓挖掘機(jī)復(fù)雜工況的功率需求。
[0016] 二、考慮到電動(dòng)機(jī)相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用了一個(gè)定量 栗代替?zhèn)鹘y(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的變量栗，采用動(dòng)力電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量栗，該動(dòng)力電機(jī)同軸 轉(zhuǎn)動(dòng)連接該定量栗并輔以先進(jìn)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)先導(dǎo)操作信號(hào)通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來 調(diào)整液壓栗輸出所需流量，到達(dá)全功率匹配，不僅降低了成本，同時(shí)由于動(dòng)力電機(jī)的變轉(zhuǎn)速 相對(duì)變量栗的變排量具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而可以快速、動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)液壓栗流量和負(fù)載 所需流量的匹配，而且能夠充分發(fā)揮挖掘機(jī)效能并實(shí)現(xiàn)零排放的節(jié)能環(huán)保效果，對(duì)于節(jié)約 能源和減少整機(jī)的污染物排放具有重要意義。
[0017] 三、考慮到定量栗/馬達(dá)的無級(jí)調(diào)速特性，使其通過離合器分別與定量栗、動(dòng)力電 機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，根據(jù)液壓挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)工況需求，通過切換離合器，定量栗/馬達(dá)既可以與 液壓栗同軸連接工作在馬達(dá)工況直接為液壓栗提供輔助驅(qū)動(dòng)功率，也可以與動(dòng)力電機(jī)同軸 連接使動(dòng)力電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，充分回收和再利用液壓挖掘機(jī)的各種負(fù)值能量，還可以 由動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量栗/馬達(dá)工作在栗工況與定量栗實(shí)現(xiàn)雙栗合流為系統(tǒng)提供大流量，滿 足各種工況需求。
[0018] 為更清楚地闡述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來對(duì) 本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明：
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 附圖標(biāo)識(shí)說明：
[0021] 1、動(dòng)力電池 2、超級(jí)電容
[0022] 3、能量管理單元 4、第一電機(jī)控制器
[0023] 5、第二電機(jī)控制器 6、第三電機(jī)控制器
[0024] 7、第一動(dòng)力電機(jī) 8、第二動(dòng)力電機(jī)
[0025] 9、先導(dǎo)栗 10、定量栗
[0026] 11、第一離合器 12、定量栗/馬達(dá)
[0027] 13、第二離合器 14、第三動(dòng)力電機(jī)
[0028] 15、第一壓力傳感器 16、第二壓力傳感器
[0029] 17、單向閥 18、先導(dǎo)操作手柄
[0030] 19、第一溢流閥 20、第一電磁換向閥
[0031] 21、第二電磁換向閥 22、第三電磁換向閥
[0032] 23、第二溢流閥 24、第三壓力傳感器
[0033] 25、第四壓力傳感器 26、第五壓力傳感器
[0034] 27、液壓蓄能器 28、開中心六通比例方向閥
[0035] 29、第三溢流閥 30、第四電磁換向閥
[0036] 31、第六壓力傳感器 32、第七壓力傳感器
[0037] 33、動(dòng)臂油缸 34、其他執(zhí)行器液壓回路
[0038] 35、外部充電接口
【具體實(shí)施方式】
[0039] 請參照圖1所示，其顯示出了本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有動(dòng)力電 池1、超級(jí)電容2、能量管理單元3、第一電機(jī)控制器4、第二電機(jī)控制器5、第三電機(jī)控制器6、 第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8、先導(dǎo)栗9、定量栗10、第一離合器11、定量栗/馬達(dá)12、第二 離合器13、第三動(dòng)力電機(jī)14、單向閥17、先導(dǎo)操作手柄18、液壓蓄能器27、第一壓力傳感器 15、第二壓力傳感器16、第三壓力傳感器24、第四壓力傳感器25、第五壓力傳感器26、第六壓 力傳感器31、第七壓力傳感器32、第一電磁換向閥20、第二電磁換向閥21、第三電磁換向閥 22、第四電磁換向閥30、第一溢流閥19、第二溢流閥23、第三溢流閥29、開中心六通比例方向 閥28和動(dòng)臂油缸33。
[0040] 其中：該動(dòng)力鋰電池1和超級(jí)電容2作為輸入能源連接到能量管理單元3;第一電機(jī) 控制器4、第二電機(jī)控制器5和第三電機(jī)控制器6連接到能量管理單元3作為負(fù)載輸出端，該 能量管理單元3連接外部充電接口 35;該第一電機(jī)控制器4、第二電機(jī)控制器5和第三電機(jī)控 制器6分別控制第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8和第三動(dòng)力電機(jī)14;第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng) 力電機(jī)8、先導(dǎo)栗9和定量栗10同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接;定量栗10和定量栗/馬達(dá)12通過第一離合器11 同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接;定量栗/馬達(dá)12和第三動(dòng)力電機(jī)14通過第二離合器13同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接;定量栗 10的進(jìn)油口連接油箱，其出油口連接第一壓力傳感器15和單向閥17的A 口；單向閥17的出油 口 B連接第一溢流閥19的進(jìn)油口、第一電磁換向閥20的A 口、開中心六通比例方向閥28的P 口 和P1 口，第一溢流閥的出油口連接油箱;開中心六通比例方向閥28的T口連接油箱，開中心 六通比例方向閥28的A 口連接第六壓力傳感器31和動(dòng)臂油缸33的無桿腔，開中心六通比例 方向閥28的B 口連接第七壓力傳感器32和動(dòng)臂油缸33的有桿腔，開中心六通比例方向閥28 的D 口連接第四電磁換向閥30的A 口和第三溢流閥29的進(jìn)油口；第四電磁換向閥30的B 口和 第三溢流閥29的出油口共同連接到油箱;定量栗/馬達(dá)12的進(jìn)油口連接油箱，其出油口連接 第二壓力傳感器16和第二電磁換向閥21的A 口；第二電磁換向閥21的B 口連接第一電磁換向 閥20的B 口、第三電磁換向閥22的A口、第二溢流閥23的進(jìn)油口和液壓蓄能器27;第二溢流閥 23的出油口連接油箱;先導(dǎo)栗9的進(jìn)油口連接油箱，其出油口連接先導(dǎo)操作手柄18;先導(dǎo)操 作手柄18的出油口 K1和K2分別連接開中心六通比例方向閥28的兩端控制油口并分別連接 第四壓力傳感器25和第五壓力傳感器26;第一壓力傳感器15信號(hào)g、第二壓力傳感器16信號(hào) h、第三壓力傳感器24信號(hào)η、第四壓力傳感器25信號(hào)i、第五壓力傳感器26信號(hào)j、第六壓力 傳感器31信號(hào)p、第七壓力傳感器32信號(hào)q和能量管理單元電量信號(hào)r均電信號(hào)輸入連接總 成控制器（圖中未示）；總成控制器（圖中未示)輸出第一電機(jī)控制器4控制信號(hào)a、第二電機(jī) 控制器5控制信號(hào)b、第三電機(jī)控制器6控制信號(hào)d、第一離合器11控制信號(hào)e、第二離合器13 控制信號(hào)f、第一電磁換向閥20控制信號(hào)k、第二電磁換向閥21控制信號(hào)1、第三電磁換向閥 22控制信號(hào)m、第四電磁換向閥30控制信號(hào)〇和能量管理單元3控制信號(hào)c。
[0041 ]該第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8和第三動(dòng)力電機(jī)14能夠工作在電動(dòng)模式和發(fā)電 模式。
[0042]本實(shí)施例中，該動(dòng)力電池1采用磷酸鐵鋰高功率動(dòng)力鋰電池，利用動(dòng)力電池1保證 能量密度，利用超級(jí)電容2提供或吸收電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率，利用液壓蓄能器27提供或 吸收液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)大功率。
[0043]進(jìn)一步包括有其他執(zhí)行器液壓回路34，第三電磁換向閥22的B 口連接其他執(zhí)行器 液壓回路34;在本實(shí)施例中，其他執(zhí)行器液壓回路34包括斗桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鏟斗驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和行 走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0044]本實(shí)施例中多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)控制方法，基于以上多能源多 電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：
[0045] 該第一壓力傳感器15、第二壓力傳感器16、第三壓力傳感器24、第四壓力傳感器 25、第五壓力傳感器26、第六壓力傳感器31、第七壓力傳感器32和能量管理單元3分別實(shí)時(shí) 獲得定量栗10出口壓力pn、定量栗/馬達(dá)12出口壓力p l2、液壓蓄能器27的壓力pl3、先導(dǎo)操作 手柄18之K1 口的輸出壓力Pi4、先導(dǎo)操作手柄18之K2 口的輸出壓力pi5、動(dòng)臂油缸33之無桿腔 和有桿腔的最大壓加1?￡? = 11^1{口16417}和動(dòng)力電池30(>[直，設(shè)定先導(dǎo)壓力閾值5為較小正 值、定量栗10安全壓力下限閾值ppQ、定量栗10安全壓力上限閾值p pc、液壓蓄能器27工作壓 力下限閾值pamin、動(dòng)力電池1的S0C上限值S0Cmax、動(dòng)力電池1的S0C下限值S0C min和怠速時(shí)間 Tc，其中：怠速工況的壓力加載由第三溢流閥29和第四電磁換向閥30組成的壓力加載單元 來完成。
[0046] 該多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于不同工況下的驅(qū)動(dòng)控制方法 包括：
[0047] (1)液壓挖掘機(jī)處于起動(dòng)工況時(shí)，當(dāng)定量栗10出口壓力小于某個(gè)壓力閾值(為一個(gè) 大于零的較小正值)時(shí)，液壓挖掘機(jī)處于起動(dòng)模式。
[0048] 此時(shí)，開中心六通比例方向閥28處于中位，定量栗10的全部液壓油通過該開中心 六通比例方向閥28的油路PI -D、第四電磁換向閥30回油箱。
[0049] 若總成控制器判斷該液壓蓄能器27的壓力pl3大于pamin設(shè)定值，則由總成控制器控 制第二電磁換向閥21得電，第一電磁換向閥20、第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30失 電，并且第一離合器11接合，液壓蓄能器27的高壓液壓油釋放到定量栗/馬達(dá)12的進(jìn)油口， 此時(shí)定量栗/馬達(dá)12工作在馬達(dá)模式，定量栗/馬達(dá)12驅(qū)動(dòng)定量栗10旋轉(zhuǎn)起動(dòng)，并且第一電 機(jī)控制器4和第二電機(jī)控制器5還根據(jù)總成控制器指令控制第一動(dòng)力電機(jī)7和第二動(dòng)力電機(jī) 8處于同一空轉(zhuǎn)狀態(tài)，該過程持續(xù)到液壓蓄能器壓力下降到其工作壓力下限以下才結(jié)束;此 時(shí)，第一動(dòng)力電機(jī)7和第二動(dòng)力電機(jī)8的轉(zhuǎn)速無需考慮負(fù)載特性，因此，第一動(dòng)力電機(jī)7和第 二動(dòng)力電機(jī)8的目標(biāo)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)兩動(dòng)力電機(jī)各自的傳動(dòng)效率設(shè)定在某個(gè)電動(dòng)模式下 的高效工作點(diǎn)處。
[0050] 若總成控制器判斷該液壓蓄能器27的壓力pl3小于pamin設(shè)定值，則由總成控制器控 制第一電磁換向閥20、第二電磁換向閥21、第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30全部失 電，并且第一離合器11接合，第一電機(jī)控制器4和第二電機(jī)控制器5還根據(jù)總成控制器指令 分別控制第一動(dòng)力電機(jī)7作為主電機(jī)輸出額定功率、第二動(dòng)力電機(jī)8作為輔助電機(jī)保持與第 一動(dòng)力電機(jī)7相同的轉(zhuǎn)速處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，完成液壓挖掘機(jī)的起動(dòng)過程。
[0051] (2)液壓挖掘機(jī)處于怠速工況時(shí)，當(dāng)先導(dǎo)操作手柄18的輸出壓力滿足I Δρ^^Ξδ且 t彡Tc(5為一個(gè)大于零的較小正值)時(shí)，其中Δ pc = pi4-pi5,液壓挖掘機(jī)處于怠速模式?？偝?控制器根據(jù)動(dòng)力電機(jī)效率特性和維持定量栗10自吸性能的要求發(fā)出控制指令，將第一動(dòng)力 電機(jī)7和第二動(dòng)力電機(jī)8的轉(zhuǎn)速降到整體能耗最低工作點(diǎn)。
[0052] 若該總成控制器判斷該液壓蓄能器27的壓力Pi3小于口1?￡? = 11^^6小7}設(shè)定值， 則總成控制器控制第一電磁換向閥20得電，第二電磁換向閥21、第三電磁換向閥22和第四 電磁換向閥30失電，開中心六通比例方向閥28的D 口連接的第三溢流閥29起作用產(chǎn)生壓力 加載，定量栗10對(duì)液壓蓄能器27進(jìn)行充油，使液壓蓄能器27的壓力與負(fù)載最大壓力相適應(yīng)， 用以取消自動(dòng)怠速時(shí)輔助定量栗10快速建立起克服負(fù)載所需壓力，當(dāng)液壓蓄能器27的壓力 達(dá)到時(shí)，第一電磁換向閥20、第二電磁換向閥21、第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30均 失電，定量栗10停止對(duì)液壓蓄能器27充油。
[0053] 若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力Pi3大于口1?￡? = 11^^6小7}設(shè)定值，貝11 總成控制器控制第一電磁換向閥2 0、第二電磁換向閥21得電，第三電磁換向閥2 2和第四電 磁換向閥30失電，并使第二離合器13接合，開中心六通比例方向閥28的D 口連接的第三溢流 閥29起作用產(chǎn)生壓力加載，定量栗10的液壓油經(jīng)第一電磁換向閥20和第二電磁換向閥21傳 到定量栗/馬達(dá)12的出油口，定量栗/馬達(dá)12工作在馬達(dá)模式，定量栗/馬達(dá)12驅(qū)動(dòng)第三動(dòng)力 電機(jī)14發(fā)電以將怠速工況下該定量栗10的液壓能轉(zhuǎn)換成電能并儲(chǔ)存在動(dòng)力電池1中。
[0054]若能量管理單元3檢測到動(dòng)力電池1的S0C大于S0Cmax設(shè)定值，則總成控制器控制第 一電磁換向閥20、第二電磁換向閥21、第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30均失電，第二 離合器13斷開，開中心六通比例方向閥28的D 口連接的第三溢流閥29失效，定量栗通過第四 電磁換向閥30與油箱連通直接卸荷。
[0055] (3)液壓挖掘機(jī)處于正常作業(yè)工況時(shí)，多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)包括對(duì)第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8的轉(zhuǎn)速控制和對(duì)各電磁換向閥的控制，包括以下 步驟：
[0056] ①該總成控制器根據(jù)先導(dǎo)操作手柄18的輸出壓力信號(hào)pl4和pl5，計(jì)算得到定量栗 10的目標(biāo)轉(zhuǎn)速n mt:
[0057] 當(dāng)pi4>pi5，nmt = ki*(pi4-3);否貝lJ，nmt = ki*(pi5-3);其中，ki為一比例系數(shù)。
[0058] ②該總成控制器根據(jù)：定量栗10的排量及其出口壓力計(jì)算出定量栗的目標(biāo)功率 Ppt ：
[0059] Ppt = qp · nmt · pn
[0060] ③當(dāng)?shù)谝粍?dòng)力電機(jī)7輸出額定功率Pel>Ppt，則由總成控制器發(fā)出指令控制第二動(dòng) 力電機(jī)8的同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)下移，使其工作在發(fā)電模式，回收第一動(dòng)力電機(jī)7多余的輸出功率，產(chǎn) 生的發(fā)電功率Pg2〗兩足:Pel+Pg2 = Ppt。
[0061 ]④當(dāng)?shù)谝粍?dòng)力電機(jī)7輸出額定功率Pel <Ppt，則由總成控制器(未標(biāo)出）發(fā)出指令控 制第二動(dòng)力電機(jī)8的同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)上移，使其工作在電動(dòng)模式，補(bǔ)償?shù)谝粍?dòng)力電機(jī)7不足的輸 出功率，產(chǎn)生的電動(dòng)功率Pm2滿足:P el+Pm2 = Ppt。
[0062] ⑤當(dāng)?shù)谝粍?dòng)力電機(jī)7和第二動(dòng)力電機(jī)8均工作在電動(dòng)狀態(tài)，且兩者均輸出的額定功 率之和仍小于定量栗的目標(biāo)功率Ppt，即p el+pe2<pPt，則由總成控制器(未標(biāo)出）發(fā)出指令控 制第二電磁換向閥21得電，第一電磁換向閥20、第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30均 失電，第一離合器11接合，液壓蓄能器27回收的高壓液壓油釋放到定量栗/馬達(dá)12的出油 口，定量栗/馬達(dá)12工作在馬達(dá)模式提供輔助驅(qū)動(dòng)功率，與第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8 共同驅(qū)動(dòng)定量栗P a;提供的輔助功率滿足:Pa+Pel+Pe2=Ppt。
[0063] (3)液壓挖掘機(jī)處于極限工況時(shí)，當(dāng)先導(dǎo)操作手柄18的壓力差較大且定量栗出口 壓力波動(dòng)超出所設(shè)定的壓力變化范圍：[p pQ，pPcJ(ppQ為定量栗10的出口壓力下限閾值，pp。為 定量栗10的出口壓力上限閾值)時(shí)，液壓挖掘機(jī)處于極限工況模式。
[0064]若總成控制器判斷定量栗10出口壓力pn小于pPo設(shè)定值，且先導(dǎo)操作壓力差八^較 大，則判定動(dòng)臂油缸33需要快速運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)處于低壓大流量狀態(tài)；由總成控制器發(fā)出指令控 制第一電磁換向閥20和第二電磁換向閥21得電，第三電磁換向閥22和第四電磁換向閥30失 電，第二離合器13接合，能量管理單元3根據(jù)總成控制器控制信號(hào)c切換至由超級(jí)電容2來提 供瞬時(shí)大功率，第一電機(jī)控制器4、第二電機(jī)控制器5和第三電機(jī)控制器6分別根據(jù)總成控制 器的控制信號(hào)a、b和d控制第一動(dòng)力電機(jī)7、第二動(dòng)力電機(jī)8和第三動(dòng)力電機(jī)14均工作在電動(dòng) 模式，定量栗/馬達(dá)12工作在栗工況，與定量栗10實(shí)現(xiàn)雙栗合流滿足動(dòng)臂油缸33大流量的需 求。
[0065]若總成控制器判斷定量栗10出口壓力pl2大于設(shè)定值ppc，且先導(dǎo)操作壓力差八^較 大，則可判定動(dòng)臂油缸33遇到剛性負(fù)載，系統(tǒng)處于高壓小流量狀態(tài);第二電機(jī)控制器5根據(jù) 總成控制器發(fā)出的控制信號(hào)b控制第二動(dòng)力電機(jī)8停機(jī)，第一電機(jī)控制器4根據(jù)總成控制器 發(fā)出的控制信號(hào)a控制第一動(dòng)力電機(jī)7按相應(yīng)比例降低轉(zhuǎn)速，僅由第一動(dòng)力電機(jī)7驅(qū)動(dòng)定量 栗10工作在低速狀態(tài)輸出小流量。第一動(dòng)力電機(jī)7轉(zhuǎn)速可表示為：
[0066] nm=nmt · km
[0068]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)范圍作 任何限制，故凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變 化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:包括有動(dòng)力電池、超 級(jí)電容、能量管理單元、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、第三電機(jī)控制器、第一動(dòng)力電 機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)、先導(dǎo)栗、定量栗、第一離合器、定量栗/馬達(dá)、第二離合器、第三動(dòng)力電機(jī)、 單向閥、先導(dǎo)操作手柄、液壓蓄能器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、 第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、第六壓力傳感器、第七壓力傳感器、第一電磁換向閥、第 二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第三溢流閥、 開中心六通比例方向閥和動(dòng)臂油缸； 其中：該動(dòng)力鋰電池和超級(jí)電容作為輸入能源連接到能量管理單元;第一電機(jī)控制器、 第二電機(jī)控制器和第三電機(jī)控制器連接到能量管理單元作為負(fù)載輸出端，第一電機(jī)控制 器、第二電機(jī)控制器和第三電機(jī)控制器分別控制第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)和第三動(dòng)力 電機(jī)，第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)、先導(dǎo)栗和定量栗同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接;定量栗通過第一離合 器同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接定量栗/馬達(dá)，定量栗/馬達(dá)和第三動(dòng)力電機(jī)通過第二離合器同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連 接，定量栗的進(jìn)油口連接油箱，定量栗的出油口連接第一壓力傳感器和單向閥的進(jìn)油口 A， 單向閥的出油口 B連接第一溢流閥的進(jìn)油口、第一電磁換向閥的A 口、開中心六通比例方向 閥的P口和P1 口，第一溢流閥的出油口連接油箱;開中心六通比例方向閥的T口連接油箱，開 中心六通比例方向閥的A 口連接第六壓力傳感器和動(dòng)臂油缸的無桿腔，開中心六通比例方 向閥的B 口連接第七壓力傳感器和動(dòng)臂油缸的有桿腔，開中心六通比例方向閥的D 口連接第 四電磁換向閥的A 口和第三溢流閥的進(jìn)油口；第四電磁換向閥的B 口和第三溢流閥的出油口 共同連接到油箱;定量栗/馬達(dá)的進(jìn)油口連接油箱，定量栗/馬達(dá)的出油口連接第二壓力傳 感器和第二電磁換向閥的A口；第二電磁換向閥的B口連接第一電磁換向閥的B口、第三電磁 換向閥的A口、第二溢流閥的進(jìn)油口和液壓蓄能器，第二溢流閥的出油口連接油箱;先導(dǎo)栗 的進(jìn)油口連接油箱，其出油口連接先導(dǎo)操作手柄;先導(dǎo)操作手柄的出油口 K1和K2分別連接 開中心六通比例方向閥的兩端控制油口并分別連接第四壓力傳感器和第五壓力傳感器;第 一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、第六 壓力傳感器和第七壓力傳感器均電信號(hào)輸入連接總成控制器;總成控制器信號(hào)輸出連接第 一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、第三電機(jī)控制器、第一離合器、第二離合器、第一電磁換向 閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥和能量管理單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所 述第一動(dòng)力電機(jī)、第二動(dòng)力電機(jī)和第三動(dòng)力電機(jī)均包括電動(dòng)模式和發(fā)電模式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所 述定量栗/馬達(dá)包括栗模式或馬達(dá)模式。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所 述動(dòng)力電池包括磷酸鐵鋰高功率動(dòng)力鋰電池。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能源多電機(jī)液壓挖掘機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:進(jìn) 一步包括有其他執(zhí)行器液壓回路，第三電磁換向閥的B 口連接其他執(zhí)行器液壓回路。
【文檔編號(hào)】E02F9/22GK205617466SQ201620359351
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】林添良, 黃偉平, 任好玲, 付勝杰, 陳其懷, 劉強(qiáng), 繆騁, 陳強(qiáng)
【申請人】華僑大學(xué)