多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统，包括动力电池、超级电容、能量管理单元、动力电机、电机控制器、先导操作手柄、液压蓄能器、油箱、液压泵/马达、多个电磁换向阀、多个压力传感器、溢流阀、开中心六通比例方向阀和动臂油缸等。本实用新型专利技术采用动力电池、超级电容和液压蓄能器作为复合能源，利用动力电池保证能量密度，利用超级电容提供或吸收电驱动系统的瞬时大功率，利用液压蓄能器提供或吸收液压驱动系统的瞬时大功率；动力系统采用动力电机、液压泵和液压泵/马达协同混合驱动，充分利用动力电机、液压泵/马达的无级调速特性，实现多种动力复合模式，满足液压挖掘机各种复杂工况对动力的需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工程机械节能减排领域技术，尤其是指一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统。
技术介绍
节能减排对工程机械具有重要意义，其中液压挖掘机是一种功率大、工况复杂的工程机械，其能量的总利用率较低。因此，液压挖掘机实现节能减排一直是业界努力追求的目标。其中混合动力驱动技术和纯电驱动技术是当前的研究热点。混合动力驱动技术在工程机械的节能减排方面取得了一定的效果，但其也存在成本较高、控制复杂、难以实现零排放的特点，具体有以下不足：1)与车辆不同，工程机械大都为单泵多执行器的系统，发动机功率并不能轻易的降低；2)由于液压回路较长，负载的波动并不能真正实时的传递到液压泵，同时由于蓄电池充放电速度、液压泵/马达或电动/发电机等混合动力单元难以精确控制转矩转速、超级电容成本较高等因素，因此动力系统的混合动力单元难以实时动态补偿负载的波动。3)油电混合动力系统中的能量转换环节较多，而且对于负载波动剧烈的工程机械来说，油电混合动力系统的电量储存单元更适合采用超级电容，但目前超级电容的价格昂贵；4)液压混合动力系统采用液压泵/马达-液压蓄能器作为平衡单元，虽然液压蓄能器功率密度大，全充全放能力强，但是液压蓄能器的能量密度小，在吸收发动机富余功率和长时间提供能量方面不如混合动力汽车；目前液压泵/马达的噪声问题也会对其应用领域产生制约；5)目前液压系统大都没有结合混合动力的特点单独设计。与单独发动机驱动和混合动力驱动相比，纯电驱动是一种真正意义上的零排放、低噪声系统，但目前的纯电驱动技术仅用于工况比较平缓的小型工程机械和车辆领域，仅采用电动机模拟传统发动机的功能，并没有充分发挥出电动机相对发动机具有良好的转速控制特性的优点，同时对整机的电液平衡控制也没有专门设计，难以应用于工况复杂的液压挖掘机中。为了保证电量储存单元充满电后能够保证液压挖掘机的作业时间，纯电驱动的液压挖掘机对电量储存单元的能量密度的要求比较高，所以纯电驱动的液压挖掘机的电量储存单元一般采用动力电池。但由于动力电池的比功率较小，难以短时间储存大量的能量，而各种负值负载回收时间较短，大约只有1-3秒，采用单一能源动力电池难以直接对负值负载进行回收再利用。
技术实现思路
有鉴于此，本技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统，其能有效解决现有之混合动力驱动工程机械存在成本较高、控制复杂、难以实现零排放的问题。为实现上述目的，本技术采用如下之技术方案：一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统，包括有动力电池、超级电容、能量管理单元、第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、第一动力电机、第二动力电机、先导泵、定量泵、第一离合器、定量泵/马达、第二离合器、第三动力电机、单向阀、先导操作手柄、液压蓄能器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、开中心六通比例方向阀和动臂油缸；其中：该动力锂电池和超级电容作为输入能源连接到能量管理单元；第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器连接到能量管理单元作为负载输出端，第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器分别控制第一动力电机、第二动力电机和第三动力电机，第一动力电机、第二动力电机、先导泵和定量泵同轴转动连接；定量泵通过第一离合器同轴转动连接定量泵/马达，定量泵/马达和第三动力电机通过第二离合器同轴转动连接，定量泵的进油口连接油箱，定量泵的出油口连接第一压力传感器和单向阀的进油口A，单向阀的出油口B连接第一溢流阀的进油口、第一电磁换向阀的A口、开中心六通比例方向阀的P口和P1口，第一溢流阀的出油口连接油箱；开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D口连接第四电磁换向阀的A口和第三溢流阀的进油口；第四电磁换向阀的B口和第三溢流阀的出油口共同连接到油箱；定量泵/马达的进油口连接油箱，定量泵/马达的出油口连接第二压力传感器和第二电磁换向阀的A口；第二电磁换向阀的B口连接第一电磁换向阀的B口、第三电磁换向阀的A口、第二溢流阀的进油口和液压蓄能器，第二溢流阀的出油口连接油箱；先导泵的进油口连接油箱，其出油口连接先导操作手柄；先导操作手柄的出油口K1和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第四压力传感器和第五压力传感器；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器和第七压力传感器均电信号输入连接总成控制器；总成控制器信号输出连接第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、第一离合器、第二离合器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和能量管理单元。作为一种优选方案，所述第一动力电机、第二动力电机和第三动力电机均包括电动模式和发电模式。作为一种优选方案，所述定量泵/马达包括泵模式或马达模式。作为一种优选方案，所述动力电池包括磷酸铁锂高功率动力锂电池。作为一种优选方案，进一步包括有其他执行器液压回路，第三电磁换向阀的B口连接其他执行器液压回路。本技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：一、通过采用动力锂电池、超级电容和液压蓄能器的复合能源组合，综合了相对能量密度较高的电量储存单元和相对功率密度较高的液压蓄能器储能单元的优点，利用动力电池保证能量密度，利用超级电容提供或吸收电驱动系统的瞬时大功率，利用液压蓄能器提供或吸收液压驱动系统的瞬时大功率，保证了液压挖掘机复杂工况的功率需求。二、考虑到电动机相对发动机具有良好的调速性能的特点，系统采用了一个定量泵代替传统驱动系统中的变量泵，采用动力电机代替发动机驱动定量泵，该动力电机同轴转动连接该定量泵并辅以先进的液压驱动系统，根据先导操作信号通过调整电动机转速来调整液压泵输出所需流量，到达全功率匹配，不仅降低了成本，同时由于动力电机的变转速相对变量泵的变排量具有更快的动态响应，进而可以快速、动态地实现液压泵流量和负载所需流量的匹配，而且能够充分发挥挖掘机效能并实现零排放的节能环保效果，对于节约能源和减少整机的污染物排放具有重要意义。三、考虑到定量泵/马达的无级调速特性，使其通过离合器分别与定量泵、动力电机同轴转动连接，根据液压挖掘机动态工况需求，通过切换离合器，定量泵/马达既可以与液压泵同轴连接工作在马达工况直接为液压泵提供辅助驱动功率，也可以与动力电机同轴连接使动力电机工作在发电状态，充分回收和再利用液压挖掘机的各种负值能量，还可以由动力电机驱动定量泵/马达工作在泵工况与定量泵实现双泵合流为系统提供大流量，满足各种工况需求。为更清楚地阐述本技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本技术进行详细说明：附图说明图1是本技术之较佳实施例的结构示意图。附图标识说明：1、动力电池 2、超级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统，其特征在于：包括有动力电池、超级电容、能量管理单元、第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、第一动力电机、第二动力电机、先导泵、定量泵、第一离合器、定量泵/马达、第二离合器、第三动力电机、单向阀、先导操作手柄、液压蓄能器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、开中心六通比例方向阀和动臂油缸；其中：该动力锂电池和超级电容作为输入能源连接到能量管理单元；第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器连接到能量管理单元作为负载输出端，第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器分别控制第一动力电机、第二动力电机和第三动力电机，第一动力电机、第二动力电机、先导泵和定量泵同轴转动连接；定量泵通过第一离合器同轴转动连接定量泵/马达，定量泵/马达和第三动力电机通过第二离合器同轴转动连接，定量泵的进油口连接油箱，定量泵的出油口连接第一压力传感器和单向阀的进油口A，单向阀的出油口B连接第一溢流阀的进油口、第一电磁换向阀的A口、开中心六通比例方向阀的P口和P1口，第一溢流阀的出油口连接油箱；开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D口连接第四电磁换向阀的A口和第三溢流阀的进油口；第四电磁换向阀的B口和第三溢流阀的出油口共同连接到油箱；定量泵/马达的进油口连接油箱，定量泵/马达的出油口连接第二压力传感器和第二电磁换向阀的A口；第二电磁换向阀的B口连接第一电磁换向阀的B口、第三电磁换向阀的A口、第二溢流阀的进油口和液压蓄能器，第二溢流阀的出油口连接油箱；先导泵的进油口连接油箱，其出油口连接先导操作手柄；先导操作手柄的出油口K1和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第四压力传感器和第五压力传感器；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器和第七压力传感器均电信号输入连接总成控制器；总成控制器信号输出连接第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、第一离合器、第二离合器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和能量管理单元。...

【技术特征摘要】
1.一种多能源多电机液压挖掘机电液混合驱动系统，其特征在于：包括有动力电池、超级电容、能量管理单元、第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、第一动力电机、第二动力电机、先导泵、定量泵、第一离合器、定量泵/马达、第二离合器、第三动力电机、单向阀、先导操作手柄、液压蓄能器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、开中心六通比例方向阀和动臂油缸；其中：该动力锂电池和超级电容作为输入能源连接到能量管理单元；第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器连接到能量管理单元作为负载输出端，第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器分别控制第一动力电机、第二动力电机和第三动力电机，第一动力电机、第二动力电机、先导泵和定量泵同轴转动连接；定量泵通过第一离合器同轴转动连接定量泵/马达，定量泵/马达和第三动力电机通过第二离合器同轴转动连接，定量泵的进油口连接油箱，定量泵的出油口连接第一压力传感器和单向阀的进油口A，单向阀的出油口B连接第一溢流阀的进油口、第一电磁换向阀的A口、开中心六通比例方向阀的P口和P1口，第一溢流阀的出油口连接油箱；开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D口连接第四电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林添良，黄伟平，任好玲，付胜杰，陈其怀，刘强，缪骋，陈强，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：福建;35