CN110030213B - 一种主动式液压储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动式液压蓄能装置，包括液压缸模块、气压缸模块、电储能模块、能量转换模块；所述能量转换模块可实现液压缸模块中的液压能与气压缸模块中的气体压缩能、电储能模块中的电能的相互转换。本发明专门针对工程装备液压能量再生的应用，能够有效改善现有液压蓄能器能量密度低、被动式工作等缺点。

Description

一种主动式液压储能装置
技术领域
本发明涉及液压系统节能技术领域，具体的说，涉及到一种主动式液压储能装置。
背景技术
液压蓄能器是液压系统中一种常见的液压储能元件，可存储具有一定压力的液压油。当液压蓄能器内油液压力较低，而液压系统油液压力较高时，液压蓄能器则吸收高压油；当液压蓄能器内油液压力较高，而液压系统油液压力较低时，蓄能器可释放高压油。
由于现有的液压蓄能器中的压力油的吸收和释放均是被动完成的，导致在其工作过程中产生如下不足：（1）液压蓄能器功率密度高而能量密度低；（2）液压蓄能器吸收和释放过程中内部油液压力变动大；（3）液压蓄能器的工作过程可控性差等。
因此，针对现有的液压蓄能器的不足，提出一种主动式液压储能装置具有重要的实用价值。
发明内容
本发明公开了一种主动式液压储能装置，包括：液压缸模块、气压缸模块、电储能模块、能量转换模块；所述液压缸模块包括液压缸体，所述液压缸体限定的液压容腔，液压活塞滑动的设置在所述液压容腔，液压油口连通所述液压容腔与外部液压回路；所述电储能模块包括用于机械能与电能转换的电动机/发电机，蓄电池用于驱动所述电动机/发电机工作、或储存所述电动机/发电机回收的电能；所述气压缸模块包括气压缸体，所述气压缸体限定的气压容腔，气压活塞滑动的设置在所述气压容腔，气压缸盖用于封闭所述气压缸体，气压口位于所述气压缸盖上、用于设置气压容腔内气体的预压力，气压口塞用于封住气压口；所述能量转换模块包括两端分别固定于所述液压活塞和所述气压活塞、用于液压能与气体压缩能转换的齿条杆，与所述齿条杆啮合的齿轮及其齿轮轴，用于支撑所述齿轮轴、固定连接所述液压缸体、固定并封闭所述气压缸体的支撑座，用于连接齿轮轴与电动机/发电机的减速器；所述能量转换模块实现液压缸模块中的液压能与气压缸模块中的气体压缩能、电储能模块中的电能的相互转换；。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：蓄电池为锂电池组或超级电容。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：气压容腔内的压缩气体类型为氮气。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述蓄电池为锂电池组或超级电容。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述气压容腔内的压缩气体类型为氮气。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述液压容腔、气压容腔的最高工作压力为60MPa。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述液压油口处设有液体压力传感器，以检测液压容腔的进、出液压油的工作压力。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述气压口与气压容腔连接处设有气体压力传感器，以检测气压容腔内压缩气体压力。
本发明公开的一种优选的蓄能装置，其特征在于：所述液压活塞的活塞面积是气压活塞的活塞面积的2倍。
本发明克服了现有液压蓄能器的不足，提供了一种主动式液压蓄能器，能够有效改善现有液压蓄能器能量密度低、被动式工作等缺点。
附图说明
图1为本发明的主要组成模块关系图；
图2为本发明的主视结构图；
图3为本发明的俯视结构图；
图4为本发明的立体结构图。
图中标记如下：
10 – 液压缸模块；11 – 液压缸体；12 – 液压容腔；13 – 液压活塞；14 – 液压油口；20 – 气压缸模块；21 – 气压缸体；22 – 气压容腔；23 – 气压活塞；24 – 气压缸盖；25– 气压口；26 – 气压口塞；30 – 电储能模块；31 – 电动机/发电机；32 – 蓄电池；40 – 能量转换模块；41 – 齿条杆；42 – 齿轮；43 – 齿轮轴；44 – 支撑座；45 – 减速器
具体实施方式
如图1所示，一种主动式液压储能装置，包括：液压缸模块10、气压缸模块20、电储能模块30、能量转换模块40。
图2、图3、图4所示，所述液压缸模块10包括液压缸体11，所述液压缸体11限定的液压容腔12，液压活塞13滑动的设置在所述液压容腔12，液压油口14连通所述液压容腔12与外部液压回路；述电储能模块30包括用于机械能与电能转换的电动机/发电机31，蓄电池32用于驱动所述电动机/发电机31工作、或储存所述电动机/发电机31回收的电能；所述气压缸模块20包括气压缸体21，所述气压缸体21限定的气压容腔22，气压活塞23可滑动的设置在所述气压容腔22，气压缸盖24用于封闭所述气压缸体21，气压口25开在所述气压缸盖24上、用于设置气压容腔22内气体的预压力，气压口塞26用于封住气压口25；所述能量转换模块40包括两端分别固定于所述液压活塞13和所述气压活塞23、用于液压能与气体压缩能转换的齿条杆41，与所述齿条杆41啮合的齿轮42及其齿轮轴43，用于支撑所述齿轮轴43、固定连接所述液压缸体11、固定并封闭所述气压缸体21的支撑座44，用于连接齿轮轴43与电动机/发电机31的减速器45；所述能量转换模块40实现液压缸模块10中的液压能与气压缸模块20中的气体压缩能、电储能模块30中的电能的相互转换。
所述蓄电池32为锂电池组或超级电容。
所述气压容腔22内的压缩气体类型为氮气。
所述液压容腔12、气压容腔22的最高工作压力为60MPa。
所述液压油口14处设有液体压力传感器，以检测液压容腔12的进、出液压油的工作压力。
所述气压口25与气压容腔22连接处设有气体压力传感器，以检测气压容腔22内压缩气体压力。
所述液压活塞13的活塞面积是气压活塞23的活塞面积的2倍。
本发明的具体工作原理如下：
（1）当液压油通过液压油口14进入液压容腔12时，将所述电动机/发电机31切换到发电机工作状态，得到两条能量转换路径，第一条路径依次沿液压活塞13、齿条杆41、气压活塞23，实现液压能到气体压缩能的转换，第二条路径依次沿液压活塞13、齿条杆41、齿轮42、齿轮轴43、减速器45、电动机/发电机31、蓄电池32，实现液压能到电能的转换。
（2）当液压油通过液压油口14排出液压容腔12时，将所述电动机/发电机31切换到电动机工作状态，得到两条能量转换路径，第一条路径依次沿气压活塞23、齿条杆41、液压活塞13，实现气体压缩能到液压能的转换，第二条路径依次沿蓄电池32、电动机/发电机31、减速器45、齿轮轴43、齿轮42、齿条杆41、液压活塞13，实现电能到液压能的转换。
本发明不局限于上述具体的实施方式，所述技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种主动式液压储能装置，包括：液压缸模块（10）、气压缸模块（20）、电储能模块（30）、能量转换模块（40）；
所述液压缸模块（10）包括液压缸体（11），所述液压缸体（11）限定的液压容腔（12），液压活塞（13）滑动的设置在所述液压容腔（12），液压油口（14）连通所述液压容腔（12）与外部液压回路；
所述电储能模块（30）包括用于机械能与电能转换的电动机/发电机（31），蓄电池（32）用于驱动所述电动机/发电机（31）工作、或储存所述电动机/发电机（31）回收的电能；
其特征在于：
所述气压缸模块（20）利用压缩气体储存能量，包括气压缸体（21），所述气压缸体（21）限定的气压容腔（22），气压活塞（23）滑动的设置在所述气压容腔（22），气压缸盖（24）用于封闭所述气压缸体（21），气压口（25）开在所述气压缸盖（24）上、用于设置气压容腔（22）内气体的预压力，气压口塞（26）用于封住气压口（25）；
所述能量转换模块（40）包括两端分别固定于所述液压活塞（13）和所述气压活塞（23）、用于液压能与气体压缩能转换的齿条杆（41），与所述齿条杆（41）啮合的齿轮（42）及其齿轮轴（43），用于支撑所述齿轮轴（43）、固定连接所述液压缸体（11）、固定并封闭所述气压缸体（21）的支撑座（44），用于连接齿轮轴（43）与电动机/发电机（31）的减速器（45）；
所述能量转换模块（40）实现液压缸模块（10）中的液压能与气压缸模块（20）中的气体压缩能、电储能模块（30）中的电能的相互转换；
主动液压储能装置的能量相互转换的工作原理为：
1）当液压油通过液压油口（14）进入液压容腔（12）时，将所述电动机/发电机（31）切换到发电机工作状态，得到两条能量转换路径，第一条路径依次沿液压活塞（13）、齿条杆（41）、气压活塞（23），实现液压能到气体压缩能的转换，第二条路径依次沿液压活塞（13）、齿条杆（41）、齿轮（42）、齿轮轴（43）、减速器（45）、电动机/发电机（31）、蓄电池（32），实现液压能到电能的转换；
2）当液压油通过液压油口（14）排出液压容腔（12）时，将所述电动机/发电机（31）切换到电动机工作状态，得到两条能量转换路径，第一条路径依次沿气压活塞（23）、齿条杆（41）、液压活塞（13），实现气体压缩能到液压能的转换，第二条路径依次沿蓄电池（32）、电动机/发电机（31）、减速器（45）、齿轮轴（43）、齿轮（42）、齿条杆（41）、液压活塞（13），实现电能到液压能的转换。
2.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述蓄电池（32）为锂电池组或超级电容。
3.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述气压容腔（22）内的压缩气体类型为氮气。
4.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述液压容腔（12）、气压容腔（22）的最高工作压力为60MPa。
5.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述液压油口（14）处设有液体压力传感器，以检测液压容腔（12）的进、出液压油的工作压力。
6.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述气压口（25）与气压容腔（22）连接处设有气体压力传感器，以检测气压容腔（22）内压缩气体压力。
7.如权利要求1所述主动式液压储能装置，其特征在于：所述液压活塞（13）的活塞面积是气压活塞（23）的活塞面积的2倍。
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