CN106958561B - 双电源供电型工程机械 - Google Patents
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Abstract
双电源供电型工程机械，包括可移动供电车和电动工程机械，可移动供电车中设有电源和电力输出控制装置，电动工程机械中设有车载电源、电机、液压泵、液压驱动系统及充电装置。本发明一方面在工程机械上设置简易电源，解决电动工程机械在移动中的不便，普及电动工程机械，减排环保，另一方面把复杂的电源和电力系统安放在可移动供电车上，保障整个系统有良好的工作性，维持低成本，避免了因为工作环境恶劣而导致其电源和电力控制系统出现故障的问题。通过多个电机，实现对不同的功能采用不同的供电系统。此外，使液压驱动系统所消耗的能源可以得到合理的回收，进一步节能。
Description
技术领域
本发明属于电动工程机械设备技术领域，涉及电力传输技术，电动工程机械技术，通信技术，控制技术，具体来说，是一种双电源供电型工程机械。
背景技术
一般情况下，一台电动工程机械的废气排放相当于50台普通汽车的废气排放，根治发动机废气排放的最好方法实现是电动工程机械的电动化。
但因为电池储能密度低，如果在电动工程机械上装足够容量的电池，一方面要大幅度提高成本，另一方面也没有足够的空间。解决电池能量密度的一种方法是把电池放到一个可移动的供电车上，通过电缆给电动工程机械供电，电动工程机械走到那里，供电车就跟到那里，从而可实现电动工程机械的电动化。但这种方案的一个问题就是在电动工程机械的运输，比如挖掘机，在现场中的短时间移动时，供电车没电了或没能及时赶到时，电动工程机械上因为没有动力而无法移动。
虽然也有在电动工程机械上安装一部分电池，在没有外接电源时，用内部电源，而在有外接电源时，用外部电源的方案。但实际上，因为动力电池都是用几十个低压电池串联成高压电源而给电机供电的，所以，即使是不要求容量大，但还是要用几十个电池的串联。这种方案的成本和技术难度都要增加很多。
发明内容
本发明要解决现有技术的问题，构思出的双电源供电型工程机械可以很好地克服上述问题，提供了一种能减排环保，可靠性高，成本低的解决方案。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
双电源供电型工程机械，包括可移动供电车和电动工程机械，所述可移动供电车中设有电源和电力输出控制装置，所述电动工程机械中设有车载电源、电机、液压泵、液压驱动系统及充电装置，充电装置为车载电源充电；车载电源的电力通过电机控制装置a控制电机，可移动供电车中电源经过力输出控制装置输出的电力通过电机控制装置b控制电机，而电机驱动液压泵将油箱中的压力油提供给液压驱动系统，如油缸、液压马达等执行元件，完成电动工程机械的各项操作。此外，位于电机控制装置a和电机控制装置b与电机的线路上设有切换开关，切换开关用于选择相应的电源为相应的电机提供旋转所需的电力。
优选的，所述液压驱动系统的压力油回流管路上设有液压电力变换装置，该装置产生的电力传输至充电装置，变成可为车载电源充电的电力。
优选的，所述液压电力变换装置包括液压马达、发电机及控制装置，压力油通过液压马达再流入油箱，液压马达带动发电机发电，产生的电力传输至充电装置，变成可为车载电源充电的电力，通过控制装置控制发电量的大小。液压电力变换装置需要安装在具有上下移动的油缸或液压马达的压力油回流管路上，把位于高处的油缸或液压马达中的压力油的势能，在压力油回流下落过程中通过液压马达和发电机转换成电能，并且为车载电源充电，从而回收一部分原来损失的能量。
优选的，所述电机至少为两台，当电机使用车载电源的电力时，切换开关把各个电机的线圈进行并联连接，当电机选择可移动供电车的电力时，切换开关把各电机的线圈进行串连连接。因为车载电源是由很多低压电池串联而成的，电源电压要求越高，需要串联的电池就越多，电池的制作难度和管理难度也就越高，且利用前述液压回流所回收的电源充电难度也越高。而采用这样的连接方法所输出的功率可以是一样的，即车载源可以用较小的电池电压驱动电机产生同样的功率，实现了车载电源体积的小型化。
优选的，所述电动工程机械中设有排量限制装置，所述液压泵为可变容量泵，用于当电机单独使用车载电源的电力时，限制液压泵的最大排量。当泵排量被限制在一定范围以内，从而保证较小的车载电源也能驱动电动工程机械做一些必要的操作，只是动作的速度慢一些。
优选的，前述的电机都为直流电机。相比一般交流电机的变速系统需要复杂的变频系统，在电动工程机械上安装这套变频系统往往需要很高的成本，为简化电机调速系统，使用直流电机比较理想。
优选的，所述电机至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a控制，另一部分由电机控制装置b控制。
优选的，所述液压泵至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a所控制的电机驱动，另一部分由电机控制装置b所控制的电机驱动，都为液压驱动系统供油。
优选的，由所述电机控制装置a控制的电机为直流电机，由所述电机控制装置b控制的电机为交流电机。因为直流电机的功率密度较低，带动大型电机困难，所以车载电源驱动的电机用直流电机，而由可移动供电车供电的电机用交流电机，而且可以把变频装置安装在可移动供电车的电力输出控制装置中。
优选的，所述可移动供电车和所述电动工程机械中都设有通讯装置，用于两者之间信号的传输，信号包括可移动供电车上电源的电量信息以及电动工程机械发出的指令，可移动供电车上的通讯装置可接收从电动工程机械上通讯装置传来的指令，而通过电力输出控制装置是否输出电力以及根据需要输出电力的大小。
本发明的有益效果在于：本发明解决外接供电车型电动工程机械在移动中的不便，普及电动工程机械，减排环保，避免了因为电动工程机械工作环境恶劣而导致其电源和电力控制系统容易出现故障的问题，因此大幅度降低电动工程机械的成本。通过原来的一个电机变成多个电机，而可以实现对不同的功能采用不同的供电系统。而在电动工程机械上只保留简单的电力系统，把高性能的复杂供电系统放在环境条件好的外接供电车上，保证高可靠性，这样即能保障整个系统有良好的工作性，又能维持低成本。此外，使液压驱动系统所消耗的能源可以得到合理的回收，而进一步节能。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图3是实施例二中电源的连接关系图。
图4是实施例三中电源的连接关系图。
图5是实施例四中电源的连接关系图。
图6是本发明的电力回收系统示意图。
图中：1、可移动供电车；1.1、电源；1.2、电力输出控制装置；2、电动工程机械；2.1、车载电源；2.2、电机；2.3、液压泵；2.4、液压驱动系统；2.5、充电装置；2.6、电机控制装置a；2.7、电机控制装置b；2.8、切换开关；2.9、液压电力变换装置；2.9.1、液压马达；2.9.2、发电机；2.9.3、控制装置；2.10、油箱；2.11、排量限制装置。
具体实施方式
下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。
实施例一：如图1所示，双电源供电型工程机械，包括可移动供电车1和电动工程机械2，可移动供电车1中设有电源1.1和电力输出控制装置1.2，电动工程机械2中设有车载电源2.1、电机2.2、液压泵2.3、液压驱动系统2.4及充电装置2.5；车载电源2.1的电力通过电机控制装置a2.6控制电机2.2，可移动供电车1中电源1.1经过力输出控制装置1.2输出的电力通过电机控制装置b2.7控制电机2.2，而电机2.2驱动液压泵2.3将油箱2.10中的压力油提供给液压驱动系统2.5；位于电机控制装置a2.6和电机控制装置b2.7与电机2.2的线路上设有切换开关2.8。
此外，在电动工程机械2中设有排量限制装置2.11，液压泵2.3为可变容量泵，用于当电机2.2使用车载电源2.1的电力时，限制液压泵2.3的最大排量。
车载电源2.1的充电方式主要有两种，一是在电动工程机械2不动，或负载较小的时候，从可移动供电车1上引入一部分电力到充电装置2.5，给车载电源2.1充电。另一种方式结合图6所示，液压驱动系统2.5的压力油回流管路上设有液压电力变换装置2.9，包括液压马达2.9.1、发电机2.9.2及控制装置2.9.3，压力油通过液压马达2.9.1再流入油箱2.10，液压马达2.9.1带动发电机2.9.2发电，产生的电力传输至充电装置2.5，变成可为车载电源2.1充电的电力，通过控制装置2.9.3控制发电量的大小。用这种方式所产生的电量往往并不高，而且大小变化不定，难于直接用于驱动电机2.2，但用于给电压较低的车载电源2.1充电非常合适，这样就能把原来液压驱动系统2.4中回流的压力油产生的能量再利用起来。
当车载电源2.1被充满后，即使电动工程机械2在可移动供电车1供电下，液压电力变换装置2.9产生的电力也可以辅助电机2.2驱动液压泵2.3，而减少可移动供电车1中电源1.1的使用，提高系统回收能量的效率。
在本实施例中，电机2.2可以都为直流电机。
实施例二：结合图2所示，在实施例一的基础上进一步的，电机2.2的数量至少为两台（图中为三台），且有相同的电机轴，同一时间，只能选择一种电源为电机2.2供电。以三台电机2.2为例，当电动工程机械2用车载电源2.1供电时，切换开关2.8将三台电机2.2的线路连接成并联连接方式，这样用低压的车载电源2.1也能驱动电机2.2的工作。而在可移动供电车1供电的时候，切换开关2.8将三台电机2.2的线路连接成串联连接方式。
在本实施例中，两种连接方法所输出的功率可以是一样的，但车载电源2.1可以用1/3的电池电压驱动产生同样的功率。因为车载电源2.1是由很多低压电池串联而成的，电源电压要求越高，需要串联的电池就越多，电池的制作难度和管理难度也就越高，且利用前述液压电力变换装置2.9所回收的电力充电难度也越高。在这个系统中，用车载电源2.1时也需要液压泵2.3的排量限制装置2.11，因为车载电源2.1的电池容量小，电池电压的下降速度快，车载电源2.1实际可输出的功率要比同可移动供电车1供电的功率低很多。
实施例三：结合图3和图4所示，在实施例一的基础上进一步的，电机2.2的数量至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a2.6控制，另一部分由电机控制装置b2.7控制，两部分电机2.2互相独立具有不同的电机轴。同时，液压泵2.3至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a2.6所控制的电机2.2驱动，另一部分由电机控制装置b2.7所控制的电机2.2驱动。由车载电源2.1所驱动的电机2.2和液压泵2.3除了在无外接可移动供电车1的情况下提供液压驱动系统2.4的动力之外，当电动工程机械2需要高压大流量的工作时，可以作为辅助动力，作为液压驱动系统2.4的增速系统。比如，在系统中，设计由电机控制装置b2.7所控电机2.2驱动的液压泵2.3的最大输出流量可以供应80%以上电动工程机械2的工作需求，但在某些特殊场合，感觉电动工程机械2力量不够时，可在电动工程机械2中安装一个加速按钮，操作者只要一按这个按钮，就可以启动由电机控制装置a2.6控制的电机2.2，而驱动液压泵2.3，共同为液压驱动系统2.4供油，而使电动工程机械2能短时间达到更大的输出力量。
实施例四：结合图5所示，与实施例三的区别在于，在相同的电机轴上，电机2.2的数量至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a2.6控制，另一部分由电机控制装置b2.7控制。两部分电机2.2可以独立或共同驱动液压泵2.3。
实施例五：在实施例三及实施例四的基础上进一步的，由电机控制装置a2.6控制的电机2.2为直流电机，由电机控制装置b2.7控制的电机2.2为交流电机，分别驱动不同的液压泵2.3。直流电机的功率密度低，体积大，但速度控制容易，因为电动工程机械2的工作环境恶劣，不适于在电动工程机械2上搭载复杂的高电压电池和复杂的控制系统，因此直流电机不作为主力电机，总功率相对较小，即使功率密度低，总体积相对较小，也不会过大。而由可移动供电车1驱动的交流电机，可以作为主力电机，功率大，并且把复杂的调速变频系统放在可移动供电车1上，所以用交流电机可以达到减小体积、提高整体功率的效果，又不会增加电动工程机械2中车载控制系统的复杂性，从而避免因为电动工程机械2工作环境恶劣而造成电力系统的故障。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (6)
1.双电源供电型工程机械，包括可移动供电车（1）和电动工程机械（2），其特征在于：所述可移动供电车（1）中设有电源（1.1）和电力输出控制装置（1.2），所述电动工程机械（2）中设有车载电源（2.1）、电机（2.2）、液压泵（2.3）、液压驱动系统（2.4）及充电装置（2.5）；
车载电源（2.1）的电力通过电机控制装置a（2.6）控制电机（2.2），可移动供电车（1）中电源（1.1）经过电力输出控制装置（1.2）输出的电力通过电机控制装置b（2.7）控制电机（2.2），而电机（2.2）驱动液压泵（2.3）将油箱（2.10）中的压力油提供给液压驱动系统（2.5）；
位于电机控制装置a（2.6）和电机控制装置b（2.7）与电机（2.2）的线路上设有切换开关（2.8）；
其中：
所述电机（2.2）至少为两台，当电机（2.2）使用车载电源（2.1）的电力时，切换开关（2.8）把各个电机（2.2）的线圈进行并联连接，当电机（2.2）选择可移动供电车（1）的电力时，切换开关（2.8）把各电机（2.2）的线圈进行串连连接；
或者，所述电机（2.2）至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a（2.6）控制，另一部分由电机控制装置b（2.7）控制，相应的所述液压泵（2.3）至少为两台且分为两部分，一部分由电机控制装置a（2.6）所控制的电机（2.2）驱动，另一部分由电机控制装置b（2.7）所控制的电机（2.2）驱动。
2.根据权利要求1所述的双电源供电型工程机械，其特征在于：所述液压驱动系统（2.5）的压力油回流管路上设有液压电力变换装置（2.9），由该装置产生的电力传输至充电装置（2.5），变成可为车载电源（2.1）充电的电力。
3.根据权利要求2所述的双电源供电型工程机械，其特征在于：所述液压电力变换装置（2.9）包括液压马达（2.9.1）、发电机（2.9.2）及控制装置（2.9.3），压力油通过液压马达（2.9.1）再流入油箱（2.10），液压马达（2.9.1）带动发电机（2.9.2）发电，产生的电力传输至充电装置（2.5），变成可为车载电源（2.1）充电的电力，通过控制装置（2.9.3）控制发电量的大小。
4.根据权利要求1所述的双电源供电型工程机械，其特征在于：所述电动工程机械（2）中设有排量限制装置（2.11），所述液压泵（2.3）为可变容量泵，用于当电机（2.2）使用车载电源（2.1）的电力时，限制液压泵（2.3）的最大排量。
5.根据权利要求1所述的双电源供电型工程机械，其特征在于：所述电机（2.2）都为直流电机。
6.根据权利要求1所述的双电源供电型工程机械，其特征在于：由所述电机控制装置a（2.6）控制的电机（2.2）为直流电机，由所述电机控制装置b（2.7）控制的电机（2.2）为交流电机。
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