工程机械电液复合储能驱动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了工程机械电液复合储能驱动系统，多个压力传感器、发电机控制器、工作电机控制器反馈控制信号至整机控制器。发电机控制器、工作电机控制器、比例换向阀、电磁换向阀作为信号输出端连接至整机控制器。通过本系统的相关功能，可以使得电驱动工程机械工作在剧变负载工况时，动力电池系统输出电流维持在一个健康、平稳的最优值，避免了工程机械剧变负载引起的动力电池大电流放电导致的电池寿命降低问题，提高了动力电池的使用循环周期，弥补了动力电池驱动系统动力响应慢的不足。本发明专利技术还提供了工程机械电液复合储能驱动系统控制方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
工程机械电液复合储能驱动系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及工程机械电液复合储能驱动系统。

技术介绍

[0002]面对全球性的能源危机、环境污染以及国家提出的“双碳”远景目标等重大问题和需求，量大且面广、能耗高和排放差的工程机械亟需应对节能环保的压力。在此背景下，近年来国内外各大厂商相继提出基于动力电池驱动的新能源工程机械已逐步出现，国外日立、沃尔沃、卡特，国内徐工、三一、柳工、华南重工等企业均有推出相应的样机和产品。
[0003]目前新能源工程机械驱动动力电池一般分为能量型和功率型两种，其中能量型动力电池使用寿命长、价格低、瞬时放电能力差，获得了各大厂商的青睐。能量型动力电池寿命短、技术不成熟、价格昂贵，目前使用面较小，仅在混合动力样机上有少量使用。
[0004]工程机械负载波动剧烈，负载峰值功率可达到平均功率的2倍以上，因此动力电池在匹配剧烈波动的负载功率需求上存在巨大的压力，易出现整机操控爆发力不足、多执行器联合作业时动作缓慢、瞬时大电流放电造成电池寿命降低等情况。目前搭载动力电池的工程机械解决以上问题一般采用搭载更大容量的动力电池、优化整机控制系统、对多执行器能量需求设置优先级等被动手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了工程机械电液复合储能驱动系统，其克服了
技术介绍
中所述的现有技术的不足。
[0006]为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了工程机械电液复合储能驱动系统，包括：工作电机、工作泵、先导泵、第一溢流阀、第二溢流阀、第一压力传感器、减压阀、比例换向阀、变量缸、单向阀、液压泵、发电机、第三溢流阀、电磁换向阀、电磁溢流阀，第二压力传感器、液压蓄能器、整机控制器、发电机控制器、动力电池系统、工作电机控制器和工作系统；
[0007]所述工作电机、工作泵、先导泵同轴机械相连；先导泵出油口与减压阀A口、第一溢流阀A口、先导系统相连；减压阀B口与比例换向阀P口相连；比例换向阀A、B口分别与变量缸两腔相连；变量缸推杆与液压泵机械相连；先导泵进口、工作泵进口、液压泵A口、单向阀A口、第一溢流阀B口、第二溢流阀B口、第三溢流阀B口、电磁溢流阀B口、比例换向阀T口与油箱相连；工作泵出口与第二溢流阀A口、工作系统、第一压力传感器相连；液压泵与发电机机械连接；液压泵B口与第三溢流阀A口、电磁换向阀P口，单向阀B口相连；电磁换向阀A 口与电磁溢流阀A口、第二压力传感器、液压蓄能器相连；发电机与发电机控制器电气相连；工作电机与工作电机控制器电气相连；发电机控制器、动力电池系统、工作电机控制器电气相连；整机控制器与动力电池系统、发电机控制器、工作电机控制器、第一压力传感器、第二压力传感器、电磁换向阀电磁铁、比例换向阀电磁铁、液压泵排量检测机构电气相连。
[0008]在一较佳实施例中：除机械连接、电信号连接以外的其他连接都为油路连接。
[0009]在一较佳实施例中：所述发电机包括电动模式和发电模式。
[0010]在一较佳实施例中：所述液压泵包括泵模式和马达模式。
[0011]在一较佳实施例中：所述动力电池系统为锂电池、镍氢电池、燃料电池中的。
[0012]在一较佳实施例中：所述工作系统用于驱动其他执行器，其进油口连接工作泵的出油口、第二溢流阀的A口。
[0013]在一较佳实施例中：还包括用于驱动先导泵的液压系统，其进油口连接先导泵的出油口、第一溢流阀的A口、减压阀A口。
[0014]在一较佳实施例中：液压蓄能器为气囊式或活塞式。
[0015]本专利技术还提供了工程机械电液复合储能驱动系统控制方法，基于如上所述所述的工程机械电液复合储能驱动系统；
[0016]所述第一压力传感器、第二压力传感器分别实时获得工作泵出口p
i1
、液压蓄能器压力p
i2
；发电机控制器实时控制并获得泵/马达电机转速n1，转矩T1，电压U1，电流I1；工作电机控制器实时控制并获得工作电机转速n2，转矩T2，电压U2，电流I2；动力电池系统管理器实时控制并获得电池系统输出的电压U3、电流I3；整机控制器实时控制比例换向阀左右比例电磁铁输入信号，实时调整液压泵排量V。整机控制器通过采集工作电机控制器反馈的工作电机参数实时计算工作系统消耗的瞬时功率Q
i
，Q
i
＝n2*T2/9550，与工作系统平均功率Q
a
实时比较；
[0017]所述工程机械电液复合储能驱动系统处于不同工作负载功率下的驱动控制方法包括：
[0018]当工作系统消耗的瞬时功率等于工作系统平均功率，即Q
i
＝Q
a
：
[0019]步骤11，整机控制器通过采集与计算各电机控制器反馈参数，判断Q
i
＝Q
a
，比例换向阀左右电磁铁均不得电，液压泵变量缸处于中位状态，液压泵输出排量为V＝0，发电机以n1的转速带动设定排量为V＝0的泵/马达旋转；液压蓄能器下端电磁换向阀电磁铁得电，液压蓄能器与泵/马达液压回路断开；
[0020]步骤12，在此过程中，动力电池系统输出主泵消耗的全部功率，输出的功率等于平均功率，在工作过程中，动力电池系统电压变化极小，因此可以认为动力电池系统输出电流为一恒定值，且优化匹配动力电池系统与整机功率的需求参数，可以使得动力电池系统在输出平均功率时，电池输出电流最优的恒定值；
[0021]当工作系统消耗的瞬时功率小于工作系统平均功率，即Q
i
＜Q
a
：
[0022]步骤21，整机控制器通过采集与计算各电机控制器反馈参数，判断Q
i
＜Q
a
，为了保证动力电池系统实时输出功率等于工作系统平均功率Q
a
，以维持动力电池系统输出电流为一最优的恒定值，需要通过液压泵系统消耗的功率 Q2＝Q
a
‑
Q
i
；此时，电磁换向阀电磁铁失电，比例换向阀右电磁铁得电，变量缸右腔通入高压油，液压泵工作在泵模式，发电机工作在电机模式，驱动液压泵，输出高压至液压蓄能器存储。在此工程中，液压泵实时排量控制通过整机控制器实现闭环实时控制，液压泵实时排量大小为：
[0023][0024]步骤22，液压泵排量随着液压蓄能器压力P
i2
变化而变化，综合考虑工作系统负载周期变化规律、平均负载与峰谷值负载之间的差异等，可以优化液压蓄能器初始充气压力和有效容积等参数，控制液压蓄能器压力P
i2
在充油周期内始终小于电磁溢流阀设定的液压
蓄能器最高工作安全压力，以实现全部能量的存储；通过综合优化发电机转速以及液压泵排量，可实现液压泵系统对工作系统工作在谷值功率时，系统多余功率的全吸收；
[0025]当工作系统消耗的瞬时功率大于工作系统平均功率，即Q
i
＞Q
a
：
[0026]步骤31，整机控制器通过采集与计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于包括：工作电机、工作泵、先导泵、第一溢流阀、第二溢流阀、第一压力传感器、减压阀、比例换向阀、变量缸、单向阀、液压泵、发电机、第三溢流阀、电磁换向阀、电磁溢流阀，第二压力传感器、液压蓄能器、整机控制器、发电机控制器、动力电池系统、工作电机控制器和工作系统；所述工作电机、工作泵、先导泵同轴机械相连；先导泵出油口与减压阀A口、第一溢流阀A口、先导系统相连；减压阀B口与比例换向阀P口相连；比例换向阀A、B口分别与变量缸两腔相连；变量缸推杆与液压泵机械相连；先导泵进口、工作泵进口、液压泵A口、单向阀A口、第一溢流阀B口、第二溢流阀B口、第三溢流阀B口、电磁溢流阀B口、比例换向阀T口与油箱相连；工作泵出口与第二溢流阀A口、工作系统、第一压力传感器相连；液压泵与发电机机械连接；液压泵B口与第三溢流阀A口、电磁换向阀P口，单向阀B口相连；电磁换向阀A口与电磁溢流阀A口、第二压力传感器、液压蓄能器相连；发电机与发电机控制器电气相连；工作电机与工作电机控制器电气相连；发电机控制器、动力电池系统、工作电机控制器电气相连；整机控制器与动力电池系统、发电机控制器、工作电机控制器、第一压力传感器、第二压力传感器、电磁换向阀电磁铁、比例换向阀电磁铁、液压泵排量检测机构电气相连。2.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：除机械连接、电信号连接以外的其他连接都为油路连接。3.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：所述发电机包括电动模式和发电模式。4.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：所述液压泵包括泵模式和马达模式。5.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：所述动力电池系统为锂电池、镍氢电池、燃料电池中的。6.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：所述工作系统用于驱动其他执行器，其进油口连接工作泵的出油口、第二溢流阀的A口。7.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：还包括用于驱动先导泵的液压系统，其进油口连接先导泵的出油口、第一溢流阀的A口、减压阀A口。8.根据权利要求1所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：液压蓄能器为气囊式或活塞式。9.工程机械电液复合储能驱动系统控制方法，基于权利要求1
‑
8中任一项所述的工程机械电液复合储能驱动系统，其特征在于：所述第一压力传感器、第二压力传感器分别实时获得工作泵出口p
i1
、液压蓄能器压力p
i2
；发电机控制器实时控制并获得泵/马达电机转速n1，转矩T1，电压U1，电流I1；工作电机控制器实时控制并获得工作电机转速n2，转矩T2，电压U2，电流I2；动力电池系统管理器实时控制并获得电池系统输出的电压U3、电流I3；整机控制器实时控制比例换向阀左右比例电磁铁输入信号，实时调整液压泵排量V。整机控制器通过采集工作电机控制器反馈的工作电机参数实时计算工作系统消耗的瞬时功率Q
i
，Q
i
＝n2*T2/9550，与工作系统平均功率Q
a
实时比较；所述工程机械电液复合储能驱动系统处于不同工作负载功率下的驱动控制方法包括：当工作系统消耗的瞬时功率等于工作系统平均功率，即Q
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪骋，林添良，李钟慎，陈其怀，任好玲，林元正，付胜杰，郭桐，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：