CN101798986A - 车载液压自发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载液压自发电系统，其包括液压动力装置、液压控制装置、液压调节装置、液压驱动装置和发电机。液压控制装置包括转速传感器单元和控制单元，转速传感器单元测量发电机转子的转速，控制单元将传感器单元测量的发电机转子当前转速与预置额定转速进行比较后，同步输出流量控制信号和压力控制信号，来控制液压调节装置；液压调节装置则根据液压控制装置输出的流量控制信号和压力控制信号分别对输入液压驱动装置的流量和压力进行调节；液压驱动装置则驱动发电机产生电能；液压动力装置、液压调节装置、液压驱动装置之间通过液压管路连接形成液压回路，传感器单元和控制单元与液压调节装置之间采用电连接。本发明具有输出高品质电源的优点。

Description

车载液压自发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种依靠车辆原动力输出高品质电源的新型车载液压自发电系统。

背景技术

目前能够为车辆、船舶等中小型移动平台提供持续且较大功率电力输出，以满足其承载设备用电需求的供电技术，主要有以下几种形式：

1.在车辆或船舶等中小型移动平台上配置独立的燃油发电机组，满足对其所承载设备的大容量、持续供电要求。但这种独立结构的燃油发电机组体积较大、运行噪音较高、重量较重；其运行期间的通风、散热、排烟等均对中小型移动平台的有限空间提出了较高的要求。

2.对车辆类的中小型移动平台，采用取力器从车辆发动机直接取力或在车辆传动系统的变速箱、分动箱取力，而后通过十字传动轴直接驱动同步发电机运行的车载自发电系统，以满足车辆所承载设备的供电要求。在这类系统中车辆发动机的转矩通过固定的速比直接传递到同步发电机，受同步发电机对输入转速的要求，这类系统多在车辆驻车状态下使用，通过控制发动机转速实现同步发电机输入转速的稳定。这类系统具有以下优点：系统结构简单、重量较小、输出功率较大；可充分利用车辆底盘空间，不占用车辆上装空间；不影响车辆的机动性等。但主要的缺点是只能在车辆驻车状态下使用，对车辆底盘安装空间的要求较高等因素而局限在大中型车辆的应用中。

3.增大车辆发动机所搭载的硅整流发电机的容量或采用双硅整流发电机形式，利用车辆发动机的动力直接驱动，获得直流电源；再采用交/直/交逆变技术的车载自发电系统。该类系统具有布置灵活、体积小、重量轻、运行噪音低等特点，能够实现车辆在行驶或驻车状态下持续输出稳定可靠的高品质电源。但是在该系统中作为由机械能转换为电能的硅整流发电机，受车辆发动机四周安装空间狭小、硅整流发电机能量转换的单位体积输出功率密度较小等影响，难于输出较大功率的电源。目前常见的输出功率一般为10KVA以下。

4.上述两种技术方案融合，采用取力器从车辆传动系统的变速箱、分动箱取力，通过十字传动轴直接驱动硅整流发电机运行，再采用交/直/交逆变技术的车载自发电系统。由于硅整流发电机运行不受输入转速的影响，因此这种系统的车载自发电系统，能够实现行驶或驻车状态下输出高品质电源的要求，并且同样具有空间布置灵活、空间体积小、运行噪音低、输出功率较大等特点。但是这种系统同样受取力方式、动力传递部件和能量转换部件等影响，无法在车辆驻车状态持续、稳定且较大容量的输出高品质电源。

5.近来，出现了一种利用取力器从车辆发动机或在车辆传动系统的变速箱、分动箱取力口取力，取力器与液压泵直接相连或者两者之间通过十字传动轴相连，将机械能转化为液压能，由液压能驱动同步发电机的液压自发电系统(参见中国CN101126369号专利公报)。该液压系统采用比例换向调节阀或伺服阀对液压回路中的主油路流量进行调节，构建了由液压泵至液压马达的主油路的恒流量控制系统，但其受液压系统中相关器件工作存在偏差、压力调节相对滞后等因素的影响，在液压泵的输入转速与同步发电机的输出负荷频繁变化时，控制的精度、稳定性和一致性存在着偏差和随机性，其电源品质亦存在着漂移与振荡现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统车载液压自发电系统中由于相关器件工作存在偏差、压力调节相对滞后等因素的影响，在液压泵的输入转速与同步发电机的输出负荷频繁变化时，控制的精度、稳定性和一致性存在着偏差和随机性，电源品质亦存在着漂移与振荡现象。

为解决上述技术问题，本发明提供一种车载液压自发电系统，其包括液压动力装置、液压控制装置、液压调节装置、液压驱动装置以及发电机；其中，液压动力装置用于将车辆发动机的机械能转换为液压能，该液压动力装置具有可变流量的调节能力；所述液压控制装置包括转速传感器单元和控制单元，所述转速传感器单元与控制单元之间采用电连接，所述转速传感器单元用于测量发电机转子的转速，所述控制单元将所述传感器单元测量的发电机转子转速与发电机预置额定转速进行比较，同步输出液压油流量控制信号和液压油压力控制信号，来控制所述液压调节装置；所述液压调节装置用于根据控制装置输出的液压油流量控制信号和液压油压力控制信号分别对输入所述液压驱动装置的液压油的流量和压力进行调节；所述液压驱动装置用于根据输入的液压油的流量和压力来驱动发电机运转；所述发电机用于在所述液压驱动装置的驱动下输出电能；所述液压动力装置与车辆发动机相连接，所述液压动力装置、液压调节装置、液压驱动装置之间通过管路连接形成液压回路，所述控制单元的输出端与液压调节装置之间电连接，所述传感器单元、所述控制单元与所述液压调节装置之间构成液压油的流量及压力的双闭环反馈控制回路，所述液压驱动装置与所述发电机相连接。

本发明通过采用上述技术方案，以液压油为传动介质，应用反馈控制原理，构建了对液压油流量以及液压油压力的双闭环同步比例反馈控制系统，从而有效解决了对液压系统的流量与压力实施高精度同步控制时，液压系统的稳定性问题，有效克服了系统在其承载的负荷变化时常出现的液压系统振荡现象以及液压系统额定运行状态的随机漂移现象。同时输入液压驱动装置的流量、压力能够随发电机承载的负载变化而实时予以调整，快速满足发电机在额定转速状态运行所需的流量与压力，从而有效提高了液压系统的工作效率，具有降低液压系统溢流损失的节能效果。同时具有系统布置便捷、灵活、可靠性高等优点，能够持续、稳定、大容量地输出高品质电源。

附图说明

图1是本发明的车载液压自发电系统的系统结构框图。

图2是本发明的车载液压自发电系统的实施例的具体结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1是本发明的车载液压自发电系统的系统结构框图。本发明的车载液压自发电系统包括液压动力装置1、液压控制装置2、液压调节装置3、液压驱动装置4和发电机5，液压动力装置1用于将车辆发动机的机械能转换为液压能，并具备变流量调节能力；液压控制装置2包括转速传感器单元12和控制单元14，所述转速传感器单元12与控制单元14之间采用电连接，所述转速传感器单元12用于测量发电机转子的转速，所述控制单元14将所述传感器单元12测量的发电机转子转速与发电机预置的额定转速进行比较，同步输出流量控制信号和压力控制信号，来控制液压调节装置3；液压调节装置3用于根据液压控制装置2输出的液压油流量控制信号和液压油压力控制信号分别对输入液压驱动装置4的液压油的流量、压力进行调节；液压驱动装置4用于根据输入的液压油的流量和压力来驱动发电机运转；发电机5用于在液压驱动装置4的驱动下输出电能；所述液压动力装置1与车辆发动机相连接，所述液压动力装置1、液压调节装置3、液压驱动装置4之间通过管路连接形成液压回路；所述控制单元14的输出端与液压调节装置3之间电连接，传感器单元12、控制单元14与液压调节装置3之间构成液压油的流量和压力的双闭环反馈控制回路；液压驱动装置4与发电机5相连。其中，液压动力装置1包括变量柱塞液压泵(或其它具有可变流量调节能力的泵、阀组合体)、油箱等；液压泵采取皮带或齿轮或法兰+传动轴等柔性或刚性方式直接与车辆发动机的动力输出部位或安装在车辆变速箱取力口或分动箱取力口的取力装置相连接；利用车辆发动机动力驱动液压泵工作，实现机械能向液压能的转换；液压泵的种类有许多，例如变量柱塞泵、齿轮泵、叶轮泵等。控制装置2包括转速传感器单元12和控制单元14，转速传感器单元12用于测量当前发电机转子的转速，并将测得的当前转速信号发送到控制单元14；控制单元14将接收到的发电机转子转速与发电机预置的额定转速进行比较，同步输出具有不同增益量特征的流量控制信号和压力控制信号，以实现对液压油流量和压力的精确控制，控制单元14可以采用微处理器，例如CPU或MPU等。液压调节装置3可以采用比例节流阀和比例溢流阀的组合，或其它能够对液压油流量和压力进行精确调节的电控阀。液压驱动装置4可以采用液压齿轮马达或液压柱塞马达等，液压驱动装置4与发电机5之间可以直接相连或通过传动装置相连。

下面参照图2对本发明的具体结构和工作原理进行说明。如图2所示，变量液压泵6、比例节流阀7、液压马达9、油箱10之间通过管路连接形成主油路13，液压马达9与发电机5相连。比例溢流阀8串联液压阻尼器11后并联在液压马达9油路的两端，转速传感器12与发电机5的转子轴相对应，转速传感器12与控制单元14的输入端电相连，控制单元14的输出端分别与比例节流阀7、比例溢流阀8电连接，构成液压油的流量和压力的双闭环反馈控制回路。变量液压泵6利用车辆发动机动力的驱动，实现机械能向液压能的转换，转速传感器12对发电机5转子转速进行实时检测，当发电机5的转速异常时，控制单元14将转子当前实际转速与预置的额定转速进行比较，并向比例节流阀7输出相应的液压油流量控制信号，调整并控制比例节流阀7的阀口开度，进而控制主油路13中的液压油的流量，在此同时，控制单元14还向比例溢流阀8同步输出相应的液压油压力控制信号，调整并控制比例溢流阀8的阀芯产生位移的电磁作用力，进而控制主油路13中的液压油的压力。所述流量控制信号和所述压力控制信号为可脉宽调制(PWM)的电压信号，使得比例节流阀7、比例溢流阀8的阀芯分别在其控制信号的作用下始终处于高频脉动状态，有效消除因为液压器件的滞环和重复精确度等因素引起的本系统相关指标偏滞和漂移现象的发生。同时为了使控制装置2在运行时即能够检测到发电机5的转速信号，对控制装置2中的流量控制信号采用基础电压叠加可脉宽调制电压信号的复合电压控制模式，为液压驱动装置4的运转提供先导油流。由于控制输入液压驱动装置4流量与压力的比例节流阀7和比例溢流阀8的控制检测信号均来自发电机5的转速信号；当发电机5所承载的负载未发生改变时，控制装置2控制流经比例节流阀7的流量和由比例溢流阀8建立的系统压力保持不变，从而使得输入液压驱动装置4的流量、压力不变，保证发电机5在额定状态运转，而且该流量、压力与发电机5在额定状态运转所输出的功率相匹配。当发电机5承载的负载发生改变，引发发电机转子转速信号的变化，控制装置2则实时调整流量控制信号与压力控制信号，调整流经比例节流阀7的流量，使得发电机5的转速能够快速恢复至额定转速状态；同时调整比例溢流阀8阀芯产生位移的电磁作用力，调整输入液压驱动装置4的液压油的压力，使得发电机5的输出功率与其承载的负载相匹配。通过上述对液压油流量的精确调整与控制实现了发电机5在额定转速的恒转速运转；通过对液压油压力的精确调整与控制，实现了发电机5的输出功率与承载的负载相匹配。与现有技术相比，本发明在对液压油的流量进行调整与控制的同时，还对液压油的压力进行调整与控制，从而克服了现有技术中存在的缺陷：即受液压系统中相关器件工作存在偏差、系统发热量较高、压力调节相对滞后等因素的影响，在液压泵的输入转速与同步发电机的输出负荷频繁变化时，系统运行不稳定，控制的精度、稳定性和一致性存在着偏差和随机性，其电源品质亦存在着漂移与振荡现象。

虽然参照实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，以使其覆盖所有变型、等同结构和功能。

Claims (3)

1.一种车载液压自发电系统，其包括液压动力装置、液压控制装置、液压调节装置、液压驱动装置以及发电机，发电机用于在所述液压驱动装置的驱动下输出电能，其特征在于：

所述液压动力装置用于将车辆发动机的机械能转换为液压能，该液压动力装置具有可变流量的调节能力；

所述液压控制装置包括转速传感器单元和控制单元，所述转速传感器单元与控制单元之间采用电连接，所述转速传感器单元用于测量发电机转子的转速，所述控制单元将所述传感器单元测量的发电机转子转速与发电机预置额定转速进行比较，同步输出液压油流量控制信号和液压油压力控制信号，来控制所述液压调节装置；

所述液压调节装置用于根据控制装置输出的液压油流量控制信号和液压油压力控制信号分别对输入所述液压驱动装置的液压油的流量和压力进行调节；

所述液压驱动装置用于根据输入的液压油的流量和压力来驱动发电机运转；

所述液压动力装置与车辆发动机相连接，所述液压动力装置、液压调节装置、液压驱动装置之间通过管路连接形成液压回路，所述控制单元的输出端与液压调节装置之间电连接，所述传感器单元、所述控制单元与所述液压调节装置之间构成液压油的流量及压力的双闭环反馈控制回路，所述液压驱动装置与所述发电机相连接。

2.根据权利要求1所述的车载自发电系统，其特征在于：

所述液压调节装置包括比例节流阀和比例溢流阀，所述液压动力装置、比例节流阀、液压驱动装置之间通过液压管路串联连接形成主油路，所述比例溢流阀串联液压阻尼器后通过液压管路并接在液压驱动装置油路的两端，所述控制单元与比例节流阀及比例溢流阀均采用电连接。

3.根据权利要求2所述的车载液压自发电系统，其特征在于：

所述控制单元输出的液压油流量控制信号和液压油压力控制信号均为可脉宽调制的电压信号；

所述控制单元输出的液压油流量控制信号采用基础电压加可脉宽调制电压信号的复合电压控制模式。

Images