CN102501849A - 一种混合动力叉车驱动与能量回收系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，包括发动机；具有发电/驱动功能的行走电机；行走装置；整车控制器；电机控制器；电池；具有发电/驱动功能的举升电机；与所述举升电机传动联接的液压泵/马达；举升机构；操控装置；用于所述发动机与所述行走电机之间动力连接/断开的第一离合器；用于所述行走装置与所述行走电机之间的动力连接/断开的第二离合器，所述的整车控制器用以检测所述操控装置的操作信号、电池、行走电机、举升电机的工作状态，并向所述第一离合器、第二离合器、行走电机、举升电机发出控制信号。

Description

一种混合动力叉车驱动与能量回收系统

技术领域

本发明涉及混合动力驱动与能量回收技术领域，尤其涉及一种混合动力叉车的驱动与能量回收系统。

背景技术

目前，已有的混合动力叉车如：

专利CN1839091A公开了一种装卸作业用工业车辆的装卸装置，设有：发动机；发电电动机；将所述发动机与所述发电电动机之间的动力传达进行连接/断开的离合器；与所述发电电动机连接的蓄电部件； 用以进行装卸作业的装卸部件； 检出装卸负荷之大小的负荷检出部件；以及控制器，所述发电电动机通过以下的用经由所述离合器传达的所述发动机动力来驱动后进行发电并向所述蓄电部件蓄电的发电机模式和接受来自所述蓄电部件的供电并以电动机方式被驱动的电动机模式这两个模式之一来驱动；所述控制器，在由所述负荷检出部件检出的负荷小于预定值时，将所述发动机设成停止或空转状态，同时用所述离合器断开所述发动机与所述发电电动机之间的动力传达，并通过电动机模式的所述发电电动机来驱动所述装卸部件进行装卸作业；在用所述离合器断开所述发动机与所述发电电动机之间的动力传达的状态下，在装卸作业中用所述负荷检出部件检出的负荷成为所述预定值以上时，增大电动机模式的所述发电电动机的输出并开始增大所述发动机的转速，同时在所述发动机的转速与所述发电电动机的转速相同时，用所述离合器来连接所述发动机与所述发电电动机之间的动力传达，通过所述发动机与所述发电电动机两个的动力来驱动所述装卸部件，从而进行装卸作业。虽然，采用电机单独驱动行走装置并利用再生制动原理能回收制动能，但采用液压泵作为举升装置的动力源，在重物下降工况下，不能回收重物的势能，无法充分发挥混合动力系统的节能性。另外由于装卸泵与发电电动机之间没有离合装置，因此在非举升工况下，发动机在带动发电电动机发电时还要驱动装卸泵空转，这将造成额外的功率损失。

CN101012049A公开了一种混合动力叉车，包括发动机、发电/电动机、液压油泵、ECU控制器、逆变系统、行走装置、操控装置及装卸装置；发电/电动机连接逆变系统以及连接用于储能的蓄电池；液压油泵连接装卸装置；与上述逆变系统连接的行走装置；操控上述装卸装置及行走装置的操控装置与ECU控制器连接，所述的发电/电动机安装在发动机的飞轮端，以发电机模式工作时由所述的发动机驱动；发动机的另一端通过传动系连接液压油泵，由所述的发动机驱动。因采用发电/电动机、发动机、液压油泵三者同轴相连，而无法对重物势能进行回收，在叉车发动机怠速状态下，发电/电动机、液压油泵无法与发动机分开，因此发动机在怠速时的外负载无法减小到零。

CN102134048A公开混合动力叉车的液压系统，该系统包括电机、油泵、多路阀等，其中多路阀包括进回油阀片、升降换向阀片、中间连接阀片、倾斜换向阀片和进油阀片，各部件之间通过管路连接；升降换向阀片为三位六通换向阀片，内置有中位通道、右位油道、左位油道，外接油口有A1、Pt和T2；中间连接阀片是过渡连接阀片，内置有油道；倾斜换向阀片为三位六通换向阀片；进油阀片内置有溢流阀、转向溢流阀和优先阀，外接油口有P2、CF和Ls口。本发明将货物的势能转化为液压油动能，推动马达旋转，而马达又带动发电机给车辆充电，达到能量回收的目的。然而举升回收系统与举升驱动系统分开设置，增加了系统的复杂程度，并将大幅增加整机成本。

发明内容

为了克服前述现有技术的不足，本发明旨在提供一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，解决混合动力叉车重物势能回收、使发动机怠速负载最小化、重物举升驱动与回收一体化等技术问题，在简化混合动力叉车系统的同时使系统实现最低的能源消耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，包括发动机；具有发电/驱动功能的行走电机；行走装置；整车控制器；电机控制器；电池；具有发电/驱动功能的举升电机；与所述举升电机传动联接的液压泵/马达；举升机构；操控装置；用于所述发动机与所述行走电机之间动力连接/断开的第一离合器；用于所述行走装置与所述行走电机之间的动力连接/断开的第二离合器，所述的整车控制器用以检测所述操控装置的操作信号、电池、行走电机、举升电机的工作状态，并向所述第一离合器、第二离合器、电机控制器发出控制信号，电机控制器根据转速/转矩控制信号向行走电机、举升电机输出电压、电流，使行走电机、举升电机输出对应的转速/转矩。通过所述第一离合器与第二离合器的分合控制以及行走电机的输出控制实现：

方式1：发动机独立驱动行走装置；

方式2：发动机与行走电机共同驱动行走装置；

方式3：行走电机独立驱动行走装置；

方式4：发动机驱动行走电机向电池充电；

方式5：行走电机通过再生制动回收叉车减速时的制动能量。

所述具有发电/驱动功能的举升电机在进行正反转时，处于电机驱动或发电状态；所述液压泵/马达在正反转时，处于泵或马达状态，从而实现：

方式一：举升电机驱动液压泵/马达输出压力油来提升重物；

方式一：重物下降时举升机构的压力油驱动液压泵/马达反转带动举升电机向电池充电。

优选，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，所述具有发电/驱动功能的行走电机(4)采用四象限运行的交流感应电机或永磁同步电机。

优选，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，所述电池(13)代表一般的电储能装置，包括但不限于镍氢电池、锂电池或超级电容。

优选，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，所述第一离合器(3)、第二离合器(5)为电磁离合器。

优选，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，所述液压泵/马达(15)为双向泵马达。

优选，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，所述电机控制器(12)为一个驱动双电机的电机驱动模块，也可以是两个驱动单电机的电机驱动模块。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的优选技术方案可单独或组合实施。

根据本发明的技术方案，一种混合动力叉车驱动与能量回收系统具有如下积极效果：通过设置在行走电机两端的离合器可以实现行走再生制动、发动机零负载怠速、行走电机发电等功能，实现行走驱动与回收的灵活切换，从而有利于叉车的节能；进行重物举升操作时，举升电机带动液压泵驱动重物举升，进行重物下放操作时，重物驱动液压泵反转，液压泵工作在马达工况带动举升电机发电，实现举升驱动与回收装置的一体化，提供一种相对简单的能量回收系统。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例驱动与能量回收系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。

一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，包括发动机1；具有发电/驱动功能的永磁同步行走电机4；行走装置6；用于所述发动机1与所述行走电机4之间动力连接/断开的第一电磁离合器3；用于所述行走装置6与所述行走电机4之间的动力连接/断开的第二电磁离合器5；整车控制器11；电机控制器12；蓄电池13；具有发电/驱动功能的举升电机14；与所述举升电机14传动联接的双向泵马达15；举升机构16；操控装置17；所述的整车控制器11用以检测所述操控装置17的操作信号、电池13、行走电机4、举升电机14的工作状态，并向所述第一离合器3、第二离合器5、电机控制器12发出控制信号，电机控制器12根据转速/转矩控制信号向行走电机4、举升电机14输出电压电流，使行走电机4、举升电机14输出对应的转速/转矩，电机控制器12为一个驱动双电机的电机驱动模块。

在整车控制器11收到行走加速信号9后，对电池13的电容量信号进行判断。当电池13电容量低于设定的下限值时，整车控制器11向第一电磁离合器3与第二电磁离合器5发出吸合信号，向电机控制器12发出行走电机4发电信号，使发动机1驱动行走电机4给电池13充电，同时带动行走装置6加速。当电池13电容量高于设定的上限值时，整车控制器11向第一电磁离合器3发出断开信号，向第二电磁离合器5发出吸合信号，向油门执行机构2发出怠速信号，向电机控制器12发出行走电机4电动信号，使发动机1卸载并处于怠速状态，同时使行走电机4单独驱动行走装置6加速。当电池13电容量介于设定的下限值与上限值之间时，整车控制器11向第一电磁离合器3与第二电磁离合器5发出吸合信号，向电机控制器12发出行走电机4随动信号，使行走电机4处于随动状态，不对外吸收与输出力矩，发动机1单独驱动行走装置6工作。

在整车控制器11收到行走制动信号10后，向第一电磁离合器3发出断开信号，向电机控制器12发出行走电机4发电信号，给油门执行机构2发出怠速信号。发动机1与行走电机4分开，发动机1处于怠速卸载状态，行走装置6由于惯性带动行走电机4向电池13充电。

在整车控制器11既没有收到行走加速信号9，也没有收到行走制动信号10时，对电池13电容量信号进行判断，当电池13电容量低于所设定的下限值时，整车控制器11向第一电磁离合器3发出吸合信号，向第二电磁离合器5发出断开信号，向电机控制器12发出行走电机4发电信号。行走电机4与行走装置6分开，发动机1带动行走电机4向电池充电。当电池13电容量不低于所设定的下限值时，整车控制器11向第一离合器3与第二离合器5发出断开信号，向电机控制器12发出行走电机4随动信号。行走电机4与行走装置6、发动机1分开。发动机1工作在怠速卸载状态。

在整车控制器11收到举升信号7时，整车控制器11向电机控制器12发出举升电机14正转电动信号，控制举升电机14转速与举升信号大小相匹配。举升电机14工作在电动机工况，双向泵马达15工作在泵工况，输出压力油驱动举升机构16举升重物。

在整车控制器11收到下降信号8时，整车控制器11向电机控制器12发出举升电机14反转发电信号，控制举升电机14转速与下降信号大小相匹配。举升电机14工作在发电机工况，双向泵马达15工作在马达工况，举升机构16下落输出压力油驱动双向泵马达15反转，双向泵马达15带动举升电机14发电向电池充电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明权利要求限定的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，包括发动机(1)；具有发电/驱动功能的行走电机(4)；行走装置(6)；整车控制器(11)；电机控制器(12)；电池(13)；具有发电/驱动功能的举升电机(14)；与所述举升电机(14)传动联接的液压泵/马达(15)；举升机构(16)；操控装置(17)，其特征在于：还包括用于所述发动机(1)与所述行走电机(4)之间动力连接/断开的第一离合器(3)；用于所述行走装置(6)与所述行走电机(4)之间的动力连接/断开的第二离合器(5)，所述整车控制器(11)用以检测所述操控装置(17)的操作信号、电池(13)、行走电机(4)、举升电机(14)的工作状态，并向所述第一离合器(3)、第二离合器(5)、电机控制器(12)发出控制信号，电机控制器(12)根据转速/转矩控制信号向行走电机(4)、举升电机(14)输出电压电流，使行走电机(4)、举升电机(14)输出对应的转速/转矩，通过所述第一离合器(3)与第二离合器(5)的分合控制以及行走电机(4)的输出控制实现：

方式1：发动机(1)独立驱动行走装置(6)；

方式2：发动机(1)与行走电机(4)共同驱动行走装置(6)；

方式3：行走电机(4)独立驱动行走装置(6)；

方式4：发动机(1)驱动行走电机(4)向电池(13)充电；

方式5：行走电机(4)通过再生制动回收叉车减速时的制动能量，

所述具有发电/驱动功能的举升电机(14)在进行正反转时，处于电机驱动或发电状态；所述液压泵/马达(15)在正反转时，处于泵或马达状态，从而实现：

方式1：举升电机(14)驱动液压泵/马达(15)输出压力油来提升重物；

方式2：重物下降时举升机构(16)的压力油驱动液压泵/马达(15)反转带动举升电机(14)向电池(13)充电。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，其特征在于：所述行走电机(4)采用四象限运行的交流感应电机或永磁同步电机。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，其特征在于：所述电池(13)为电储能装置。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，其特征在于：所述第一离合器(3)、第二离合器(5)为电磁离合器。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，其特征在于：所述液压泵/马达(15)为双向泵马达。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力叉车驱动与能量回收系统，其特征在于：所述电机控制器(12)为一个驱动双电机的电机驱动模块或两个驱动单电机的电机驱动模块。

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