CN110154773A - 一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统 - Google Patents

一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，包括：电池组、电子功率转换单元、永磁同步电机、机械减速与连接装置、静压驱动回路、机械差速、右后轮、左后轮、车辆与电机控制器、驾驶控制器、静压驱动控制器。本发明可以实现电池存储刹车动能的能量再生模式、电池和蓄能器共同储存刹车动能的能量再生模式、蓄能器储存刹车动能的能量再生模式之间的自由切换，实现电池动力静压驱动车辆的能量再生效率的最佳选择。

Description

一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统
技术领域
本发明设计一种静压驱动车辆的节能系统，特别一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统。
背景技术
大功率工程车辆，如工程机械、农业机械和采矿机械，经常在野外作业。由于工作负荷的不确定性和复杂严酷的环境，大功率柴油机在这些车辆中主要用作动力源。柴油机由于自身的结构限制，能量利用效率较低，废气排放高，环境友好性差。因此，近年来混合动力技术和纯电动技术被引入工程车辆的节能研究。为了提高能量利用效率，能量再生系统被视为为工程车辆节能研究的关键组成部分。此外，为了降低重型车辆的传动系统复杂程度，车辆的行驶通常采用静压系统来驱动，以保证车辆的工作性能。因此，提高车辆能量利用效率并保证其工作性能成为制约静压驱动车辆发展的关键。
发明内容
本发明公开了一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，包括：电池组、电子功率转换单元、永磁同步电机、机械减速与连接装置、静压驱动回路、机械差速、右后轮、左后轮、车辆与电机控制器、驾驶控制器、静压驱动控制器；其特征在于：
所述静压驱动回路包括第一液压泵-马达、液压油箱、第一滤油器、第一单向阀、第二单项阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一两位两通阀、第二两位两通阀、第三单向阀、第一蓄能器、第三两位两通、第二滤油器、第四单向阀、第五单向阀、第三溢流阀、第四溢流阀、第四两位两通阀、第六单向阀、第五两位两通、第二蓄能器、第三滤油器、第五溢流阀、三位三通阀、第二液压泵-马达；所述电池组、电子功率转换单元、永磁同步电机、机械减速与连接装置依次相连，机械减速与连接装置与静压驱动回路中第一液压泵-马达相连，静压驱动回路中第二液压泵-马达与机械差速相连，所述机械差速分别与右后轮、左后轮相连；车辆与电机控制器分别接收来自电池组的电荷状态信号、电子功率转换单元的电压信号、永磁同步电机的转速信号、驾驶控制器的刹车/加速控制信号，车辆与电机控制器分别向电子功率转换单元发送扭矩控制信号、右后轮和左后轮发送刹车控制信号；驾驶控制器和静压驱动控制器同时接收来自右后轮和左后轮的行驶速度信号，驾驶控制器向静压驱动控制器发送刹车/加速信号；所述第一液压泵-马达的B口分成五路，第一路同时与第二单向阀的出口、第二溢流阀的入口相连，第二单向阀的入口、第二溢流阀的出口同时与第一滤油器的高压口相连；第二路与第二两位两通阀的P口相连，第二两位两通阀的A口同时与第三两位两通的P口、第三单向阀的入口相连，第三两位两通的A口、第三单向阀的出口同时与第一蓄能器油口相连；第三路同时与第五单向阀的出口、第四溢流阀的入口相连，第五单向阀的入口、第四溢流阀的出口同时与第二滤油器的高压口相连；第四路与三位三通阀的A口相连；第五路与第二液压泵-马达的A口相连；所述第一液压泵-马达的A口分成两路，第一路同时与第一单向阀的出口、第一溢流阀的入口相连，第一单向阀的入口、第一溢流阀的出口同时与第一滤油器的高压口相连；第二路与第一两位两通阀的A口相连；所述第一两位两通阀的P口分成四路，第一路同时与第三溢流阀的入口、第四单向阀的出口相连，第三溢流阀的出口、第四单向阀的入口同时与第二滤油器的高压口相连；第二路与第四两位两通阀的P口相连，第四两位两通阀的A口同时与第六单向阀的入口、第五两位两通的A口相连，第六单向阀的出口、第五两位两通的P口同时与第二蓄能器的油口相连；第三路与三位三通阀的B口相连；第四路与第二液压泵-马达的B口相连；所述三位三通阀的C口与第五溢流阀的入口相连，第五溢流阀的出口与第三滤油器（522）的高压口相连，第一滤油器的低压口、第二滤油器的低压口、第三滤油器的低压口同时与液压油箱相连；所述静压驱动控制器的A口与第三两位两通的控制口相连、B口与第一液压泵-马达的排量控制口相连、C口与第二两位两通阀的控制口相连、C口同时与第四两位两通阀的控制口相连、D口与第一两位两通阀的控制口相连、E口与第五两位两通阀的控制口相连、F口与第二液压泵-马达的排量控制口相连。
所述电池组可采用锂电池组。
所述永磁同步电机内置电机转速传感器，可检测并输出永磁同步电机的转速信号。
所述第一液压泵-马达和第二液压泵-马达均为双向变量液压泵-马达。
所述第一两位两通阀、第二两位两通阀、第三两位两通阀、第四两位两通阀、第五两位两通阀均为高速电磁阀。
所述第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第四溢流阀的调定压力为35MPa，第五溢流阀的调定压力为1.2MPa。
所述第一蓄能器、第二蓄能器均为液气蓄能器，工作压力不高于35MPa。
所述静压驱动控制器采用工程机械专用控制器，防护等级为IP65。
所述静压驱动控制器的A口、C口、D口、E口只发出“开通”和“关断”两种控制信号，静压驱动控制器的B口和F口只发出0到1之间的排量控制信号。
本发明的效果：可以实现电池存储刹车动能的能量再生模式、电池和蓄能器共同储存刹车动能的能量再生模式、蓄能器储存刹车动能的能量再生模式之间的自由切换，实现电池动力静压驱动车辆的能量再生效率的最佳选择。
附图说明
图1是本发明的整体结构原理图；
图2是本发明的静压驱动回路原理图。
其中：
1-电池组，2-电子功率转换单元，3-永磁同步电机，4-机械减速与连接装置，5-静压驱动回路，6-机械差速，7A-右后轮，7B-左后轮，8-车辆与电机控制器，9-驾驶控制器，10-静压驱动控制器，501-第一液压泵-马达，502-液压油箱，503-第一滤油器，504-第一单向阀，505-第二单项阀，506-第一溢流阀，507-第二溢流阀，508-第一两位两通阀，509-第二两位两通阀，510-第三单向阀，511-第一蓄能器，512-第三两位两通，513-第二滤油器，514-第四单向阀，515-第五单向阀，516-第三溢流阀，517-第四溢流阀，518-第四两位两通阀，519-第六单向阀，520-第五两位两通，521-第二蓄能器，522-第三滤油器，523-第五溢流阀，524-三位三通阀，525-第二液压泵-马达。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明的技术方案。
如图1、图2所示，一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，包括：电池组1、电子功率转换单元2、永磁同步电机3、机械减速与连接装置4、静压驱动回路5、机械差速6、右后轮7A、左后轮7B、车辆与电机控制器8、驾驶控制器9、静压驱动控制器10；
所述静压驱动回路5包括第一液压泵-马达501、液压油箱502、第一滤油器503、第一单向阀504、第二单项阀505、第一溢流阀506、第二溢流阀507、第一两位两通阀508、第二两位两通阀509、第三单向阀510、第一蓄能器511、第三两位两通512、第二滤油器513、第四单向阀514、第五单向阀515、第三溢流阀516、第四溢流阀517、第四两位两通阀518、第六单向阀519、第五两位两通520、第二蓄能器521、第三滤油器522、第五溢流阀523、三位三通阀524、第二液压泵-马达525；
所述电池组1、电子功率转换单元2、永磁同步电机3、机械减速与连接装置4依次相连，机械减速与连接装置4与静压驱动回路5中第一液压泵-马达501相连，静压驱动回路5中第二液压泵-马达525与机械差速6相连，所述机械差速6分别与右后轮7A、左后轮7B相连；
车辆与电机控制器8分别接收来自电池组1的电荷状态信号、电子功率转换单元2的电压信号、永磁同步电机3的转速信号、驾驶控制器9的刹车/加速控制信号，车辆与电机控制器8分别向电子功率转换单元2发送扭矩控制信号、右后轮7A和左后轮7B发送刹车控制信号；驾驶控制器9和静压驱动控制器10同时接收来自右后轮7A和左后轮7B的行驶速度信号，驾驶控制器9向静压驱动控制器10发送刹车/加速信号；
所述第一液压泵-马达501的B口分成五路，第一路同时与第二单向阀505的出口、第二溢流阀507的入口相连，第二单向阀505的入口、第二溢流阀507的出口同时与第一滤油器503的高压口相连；第二路与第二两位两通阀509的P口相连，第二两位两通阀509的A口同时与第三两位两通512的P口、第三单向阀510的入口相连，第三两位两通512的A口、第三单向阀510的出口同时与第一蓄能器511油口相连；第三路同时与第五单向阀515的出口、第四溢流阀517的入口相连，第五单向阀515的入口、第四溢流阀517的出口同时与第二滤油器513的高压口相连；第四路与三位三通阀524的A口相连；第五路与第二液压泵-马达525的A口相连；
所述第一液压泵-马达501的A口分成两路，第一路同时与第一单向阀504的出口、第一溢流阀506的入口相连，第一单向阀504的入口、第一溢流阀506的出口同时与第一滤油器503的高压口相连；第二路与第一两位两通阀508的A口相连；
所述第一两位两通阀508的P口分成四路，第一路同时与第三溢流阀516的入口、第四单向阀514的出口相连，第三溢流阀516的出口、第四单向阀514的入口同时与第二滤油器513的高压口相连；第二路与第四两位两通阀518的P口相连，第四两位两通阀518的A口同时与第六单向阀519的入口、第五两位两通520的A口相连，第六单向阀519的出口、第五两位两通520的P口同时与第二蓄能器521的油口相连；第三路与三位三通阀524的B口相连；第四路与第二液压泵-马达525的B口相连；
所述三位三通阀524的C口与第五溢流阀523的入口相连，第五溢流阀523的出口与第三滤油器522的高压口相连，第一滤油器503的低压口、第二滤油器513的低压口、第三滤油器522的低压口同时与液压油箱502相连；
所述静压驱动控制器10的A口与第三两位两通512的控制口相连、B口与第一液压泵-马达501的排量控制口相连、C口与第二两位两通阀509的控制口相连、C口同时与第四两位两通阀518的控制口相连、D口与第一两位两通阀508的控制口相连、E口与第五两位两通阀520的控制口相连、F口与第二液压泵-马达525的排量控制口相连。
所述电池1可采用锂电池组。
所述永磁同步电机3内置电机转速传感器，可检测并输出永磁同步电机3的转速信号。
所述第一液压泵-马达501和第二液压泵-马达525均为双向变量液压泵-马达。
所述第一两位两通阀508、第二两位两通阀509、第三两位两通阀512、第四两位两通阀518、第五两位两通阀520均为高速电磁阀。
所述第一溢流阀506、第二溢流阀507、第三溢流阀516、第四溢流阀517的调定压力为35MPa，第五溢流阀523的调定压力为1.2MPa。
所述第一蓄能器511、第二蓄能器521均为液气蓄能器，工作压力不高于35MPa。
所述静压驱动控制器10采用工程机械专用控制器，防护等级为IP65。
所述静压驱动控制器10的A口、C口、D口、E口只发出“开通”和“关断”两种控制信号，静压驱动控制器10的B口和F口只发出0到1之间的排量控制信号。
本发明电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统的工作原理如下：
（1）电池存储刹车动能的能量再生模式
静压驱动控制器10的C口发出“关断”控制信号，静压驱动控制器10的D口发出“开通”控制信号；
加速时，电池组1输出直流电能，由电子功率转换单元2将直流电能转换成交流电能，驱动永磁同步电机3输出机械能，经机械减速与连接装置4，带动第一液压泵-马达501从B口输出高压油，进入第二液压泵-马达525的A口并输出机械能驱动机械差速6，最终驱动右后轮7A和左后轮7B；
刹车时，右后轮7A和左后轮7B将刹车动能传送给机械差速6，带动第二液压泵-马达525从B口输出高压油，进入第一液压泵-马达501的A口并输出机械能驱动机械减速与连接装置4、永磁同步电机3并输出交流电能，由电子功率转换单元2将交流电能转换成直流电能，存储于电池组1。
（2）电池和蓄能器共同储存刹车动能的能量再生模式
静压驱动控制器10的C口发出“开通”控制信号，静压驱动控制器10的D口发出“开通”控制信号；
加速时，静压驱动控制器10的C口和E口分别发出“关断”和“开通”控制信号；电池组1输出直流电能，由电子功率转换单元2将直流电能转换成交流电能，驱动永磁同步电机3输出机械能，经机械减速与连接装置4，带动第一液压泵-马达501，并将第二蓄能器521输出的压力油引入第一液压泵-马达501的A口并从B口输出高压油，部分高压油进入第一蓄能器511，其他高压油进入液压泵-马达525的A口并输出机械能驱动机械差速6，最终驱动右后轮7A和左后轮7B；
刹车时，静压驱动控制器10的C口和E口分别发出“开通”和“关断”控制信号；右后轮7A和左后轮7B将刹车动能传送给机械差速6，带动第二液压泵-马达525，并将第一蓄能器511输出压力油引入第二液压泵-马达501的A口并从B口输出高压油，部分高压油进入第二蓄能器521，其他高压油进入第一液压泵-马达501的A口并输出机械能驱动机械减速与连接装置4、永磁同步电机3并输出交流电能，由电子功率转换单元2将交流电能转换成直流电能，存储于电池组1。
（3）蓄能器储存刹车动能的能量再生模式
静压驱动控制器10的C口发出“开通”控制信号，静压驱动控制器10的D口发出“关断”控制信号；
加速时，静压驱动控制器10的C口和E口分别发出“关断”和“开通”控制信号；电池组1输出直流电能，由电子功率转换单元2将直流电能转换成交流电能，驱动永磁同步电机3输出机械能，经机械减速与连接装置4，带动第一液压泵-马达501，并将第二蓄能器521输出的压力油引入第一液压泵-马达501的A口并从B口输出高压油，部分高压油进入第一蓄能器511，其他高压油进入液压泵-马达525的A口并输出机械能驱动机械差速6，最终驱动右后轮7A和左后轮7B；
刹车时，静压驱动控制器10的C口和E口分别发出“开通”和“关断”控制信号；右后轮7A和左后轮7B将刹车动能传送给机械差速6，带动第二液压泵-马达525，并将第一蓄能器511输出压力油引入第二液压泵-马达501的A口并从B口输出高压油，部分高压油进入第二蓄能器521，其他高压油则经过第三溢流阀516、第二滤油器513流回液压油箱502。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，包括：电池组（1）、电子功率转换单元（2）、永磁同步电机（3）、机械减速与连接装置（4）、静压驱动回路（5）、机械差速（6）、右后轮（7A）、左后轮（7B）、车辆与电机控制器（8）、驾驶控制器（9）、静压驱动控制器（10）；其特征在于：
所述静压驱动回路（5）包括第一液压泵-马达（501）、液压油箱（502）、第一滤油器（503）、第一单向阀（504）、第二单项阀（505）、第一溢流阀（506）、第二溢流阀（507）、第一两位两通阀（508）、第二两位两通阀（509）、第三单向阀（510）、第一蓄能器（511）、第三两位两通（512）、第二滤油器（513）、第四单向阀（514）、第五单向阀（515）、第三溢流阀（516）、第四溢流阀（517）、第四两位两通阀（518）、第六单向阀（519）、第五两位两通（520）、第二蓄能器（521）、第三滤油器（522）、第五溢流阀（523）、三位三通阀（524）、第二液压泵-马达（525）；
所述电池组（1）、电子功率转换单元（2）、永磁同步电机（3）、机械减速与连接装置（4）依次相连，机械减速与连接装置（4）与静压驱动回路（5）中第一液压泵-马达（501）相连，静压驱动回路（5）中第二液压泵-马达（525）与机械差速（6）相连，所述机械差速（6）分别与右后轮（7A）、左后轮（7B）相连；
车辆与电机控制器（8）分别接收来自电池组（1）的电荷状态信号、电子功率转换单元（2）的电压信号、永磁同步电机（3）的转速信号、驾驶控制器（9）的刹车/加速控制信号，车辆与电机控制器（8）分别向电子功率转换单元（2）发送扭矩控制信号、右后轮（7A）和左后轮（7B）发送刹车控制信号；驾驶控制器（9）和静压驱动控制器（10）同时接收来自右后轮（7A）和左后轮（7B）的行驶速度信号，驾驶控制器（9）向静压驱动控制器（10）发送刹车/加速信号；
所述第一液压泵-马达（501）的B口分成五路，第一路同时与第二单向阀（505）的出口、第二溢流阀（507）的入口相连，第二单向阀（505）的入口、第二溢流阀（507）的出口同时与第一滤油器（503）的高压口相连；第二路与第二两位两通阀（509）的P口相连，第二两位两通阀（509）的A口同时与第三两位两通（512）的P口、第三单向阀（510）的入口相连，第三两位两通（512）的A口、第三单向阀（510）的出口同时与第一蓄能器（511）油口相连；第三路同时与第五单向阀（515）的出口、第四溢流阀（517）的入口相连，第五单向阀（515）的入口、第四溢流阀（517）的出口同时与第二滤油器（513）的高压口相连；第四路与三位三通阀（524）的A口相连；第五路与第二液压泵-马达（525）的A口相连；
所述第一液压泵-马达（501）的A口分成两路，第一路同时与第一单向阀（504）的出口、第一溢流阀（506）的入口相连，第一单向阀（504）的入口、第一溢流阀（506）的出口同时与第一滤油器（503）的高压口相连；第二路与第一两位两通阀（508）的A口相连；
所述第一两位两通阀（508）的P口分成四路，第一路同时与第三溢流阀（516）的入口、第四单向阀（514）的出口相连，第三溢流阀（516）的出口、第四单向阀（514）的入口同时与第二滤油器（513）的高压口相连；第二路与第四两位两通阀（518）的P口相连，第四两位两通阀（518）的A口同时与第六单向阀（519）的入口、第五两位两通（520）的A口相连，第六单向阀（519）的出口、第五两位两通（520）的P口同时与第二蓄能器（521）的油口相连；第三路与三位三通阀（524）的B口相连；第四路与第二液压泵-马达（525）的B口相连；
所述三位三通阀（524）的C口与第五溢流阀（523）的入口相连，第五溢流阀（523）的出口与第三滤油器（522）的高压口相连，第一滤油器（503）的低压口、第二滤油器（513）的低压口、第三滤油器（522）的低压口同时与液压油箱（502）相连；
所述静压驱动控制器（10）的A口与第三两位两通（512）的控制口相连、B口与第一液压泵-马达（501）的排量控制口相连、C口与第二两位两通阀（509）的控制口相连、C口同时与第四两位两通阀（518）的控制口相连、D口与第一两位两通阀（508）的控制口相连、E口与第五两位两通阀（520）的控制口相连、F口与第二液压泵-马达（525）的排量控制口相连。
2.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述电池组（1）可采用锂电池组。
3.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述永磁同步电机（3）内置电机转速传感器，可检测并输出永磁同步电机（3）的转速信号。
4.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述第一液压泵-马达（501）和第二液压泵-马达（525）均为双向变量液压泵-马达。
5.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述第一两位两通阀（508）、第二两位两通阀（509）、第三两位两通阀（512）、第四两位两通阀（518）、第五两位两通阀（520）均为高速电磁阀。
6.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述第一溢流阀（506）、第二溢流阀（507）、第三溢流阀（516）、第四溢流阀（517）的调定压力为35MPa，第五溢流阀（523）的调定压力为1.2MPa。
7.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述第一蓄能器（511）、第二蓄能器（521）均为液气蓄能器，工作压力不高于35MPa。
8.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述静压驱动控制器（10）采用工程机械专用控制器，防护等级为IP65。
9.根据权利要求1所述的电池动力静压驱动车辆的多模式能量再生系统，其特征在于：所述静压驱动控制器（10）的A口、C口、D口、E口只发出“开通”和“关断”两种控制信号，静压驱动控制器（10）的B口和F口只发出0到1之间的排量控制信号。
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