CN110712643B - 一种叉车轻度混合动力系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叉车轻度混合动力系统的控制方法，包括先获取油门开度信息，并根据油门开度大小来控制发动机的工作状态；控制油门开度为100%时，采集此时电机持续放电时间，当电机工作持续时间大于10s，则电机停止工作；否则需要分别采集货物的起升高度和叉车的车速；当货物的起升高度≥2m或车速＞10km/h，则发动机带动电机给电池进行充电；否则采集此时的电池温度；根据电池温度、电量来控制电机工作状态及输出功率大小。同时还公开了一种叉车轻度混合动力系统的控制系统。采用本方法能满足电机充放电平衡、有效的避免因电池持续放电导致的电池亏电，保证电机的持续工作，实现整车制动能量回收，并降低整车能耗。

Description

一种叉车轻度混合动力系统的控制方法

技术领域

本发明涉及叉车领域，具体涉及一种叉车轻度混合动力系统的控制方法。

背景技术

随着人们对能源危害及环境污染问题的越发重视，市场对叉车的需求量越来越大，目前叉车以内燃机作为动力，但其发动机经常工作在非燃油经济区，导致其高耗能、高排放。对非道路柴油发动机排放法规越来越严格，柴油发动机需要增加相应的排气后处理系统。对于中国非道路柴油移动机械污染物排放控制技术第四阶段（以下简称国四）要求，37kW以上柴油机的非道路移动机械需要强制加装DPF（柴油颗粒捕捉器）后处理系统，该系统成本较高，并且使用过程中需要再生以及定期拆除清灰，使用体验较差。对于欧盟StageⅤ排放要求（以下简称欧五），19kW以上的非道路柴油发动机需要加装DPF后处理系统，56kw以上的非道路柴油发动机需要加装DPF+SCR（选择性催化还原系统）后处理系统，SCR后处理系统成本更高。所以目前电动叉车呈增加趋势，但由于受到蓄电池组容量的限制，电动叉车一次充电的工作时间相对较长，由于单一蓄电池组不能满足电动叉车对能量与功率的要求。

同时使用两种或两种以上的动力源供给工作装置，以降低机械动力源的能量消耗、减少环境污染、提高效益等有突出优势。虽然汽车上的BSG系统（轻度混合动力技术）已有成熟应用，但其主要用于怠速停机和启动等情况下提高燃油效率，其节油效果只有5%。其动力由发电机和燃料电池交替驱动。车在怠速和起步时，仅靠电力驱动，当车速超过5Km/h时，汽油发动机才开始工作。不足的是当开启空调系统时，不能实现电力驱动。而叉车具有更加复杂的使用工况，怠速停机和启动功能在叉车上无法应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种叉车混合动力系统的控制方法，采用轻度混合动力系统来实现叉车整车制动能量回收，既能不影响客户正常使用的操作体验，又能满足电机充放电平衡，同时能够回收整车制动能量回收，降低整车能耗。

本发明技术方案如下：

一种叉车轻度混合动力系统的控制方法，其包括以下步骤：

（1）获取油门开度信息，并根据油门开度大小来控制发动机的工作状态；

（2）控制油门开度为100%时，采集此时电机持续放电时间，即为电机工作持续时间；

（3）当电机工作持续时间大于10s，则电机停止工作；当电机工作持续时间不大于10s时，则需要分别采集货物的起升高度和叉车的车速；

（4）当货物的起升高度≥2m或车速＞10km/h，则发动机带动电机给电池进行充电；当货物的起升高度＜2m或车速≤10km/h时，采集此时的电池温度；

（5）当电池温度＞68℃时，电机不工作；当电池温度≤68℃时，电机工作并采集此时的电池电量；

（6）当电池温度＜65℃、电量为30-80%时，则电机全功率输出，为车辆加速提供动力源；

当电池温度＜65℃、电量为20-30%时，电机输出功率为5KW；

当电池温度＜65℃、电量为＜20%时，电机不工作；

当电池温度为65℃-68℃、电量为30-80%时，电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出；

当电池温度为65℃-68℃、电量为＜30%时，电机不工作。

进一步方案，步骤（1）中，当油门开度≤30%时，则发动机带动电机给电池进行充电；

油门开度在＞30%且＜100%时，电机发挥50%功率。

更进一步方案，油门开度为0时：当车辆在行走，车辆惯性带动发动机及电机工作，其给电池进行充电，实现车辆制动能量的回收；当车辆停止，如电池电量仍未充满，则电机持续给电池充电。

进一步方案，步骤（4）中采集电池温度之前，需按下长距离行驶触发按钮。

进一步方案，步骤（6）中所述电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出是指电池温度为65℃时电机输出功率为95%、当电池温度为68℃时电机输出功率为5%。

进一步方案，当油门开度≤30%且电池是满电时，则电池放电给电机，电机全功率输出。

进一步方案，所述油门开度信号是通过安装在踏板内的变阻器来采集当前油门踏板被踩踏下降位置的电压信号，车辆控制器据此电压信号来判定此时油门的开度；

电机持续放电时间是通过车辆控制器进行采集的；

货物的起升高度是通过设置在叉车货叉上的位置传感器来采集的；

叉车的车速是通过安装在变速箱输出齿轮上的转速传感器来采集的；

电池温度是通过安装在电池上的温度传感器来采集的；

电池电量是通过电池管理系统来采集的。

进一步方案，所述电机全功率输出、电机降功率输出或电机输出功率为5KW均是指发动机提供扭矩通过飞轮传递至变速箱以及驱动桥，用于叉车行走，同时通过齿轮泵传递至货叉，用于货物的起升。

本发明的另一个发明目的是提供一种采用上述控制方法的叉车轻度混合动力系统。其既能不影响客户正常使用的操作体验，又能满足电机充放电平衡，同时能够回收整车制动能量回收，降低整车能耗。

本发明中车辆控制器、电池管理系统、电池等均是车辆如叉车上自带的设备，本发明不对其进行任何改进，只是应用其来达到本发明的发明目的。另外，位置传感器、转速传感器、温度传感器等均为本领域公知可市购的产品，然后将它们分别安装在车辆相应的位置进行检测相关数据，其检测原理也是已知的。

本申请与现有技术产品相比具有以下方面的优点：

1、采用本申请叉车用轻度混合动力系统的控制方法，能够实现整车制动能量回收，降低整车能耗。

2、本申请的控制方法，既能不影响客户正常使用的操作体验，又能满足电机充放电平衡；并能够有效的避免因电池持续放电导致的电池亏电，保证电机的持续工作。

3、目前4-5t内燃叉车发动机功率需求在55-60kW左右，国四排放该功率段需要增加DPF后处理系统。而本申请的控制方法可用于37kw以下的国四柴油发动机+10-20kW电机在4-5t内燃叉车上，从而可以降低整个系统成本，减少客户使用维护费用。

4、目前1-3.5t内燃叉车发动机功率需求在37kW左右，欧五排放该功率段需要增加DPF后处理系统。而本申请的控制方法可用于19kw以下的欧五柴油发动机+20kW电机在4-5t内燃叉车上，从而可以降低整个系统成本，减少客户使用维护费用。

5、目前5-10t内燃叉车发动机功率需求在80kW左右，欧五排放该功率段需要增加SCR后处理系统。而本申请的控制方法可用于56kw以下的欧五柴油发动机+20kW电机在5-10t内燃叉车上，从而可以降低整个系统成本，减少客户使用维护费用。

附图说明

图1为本申请的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，参数采集包含叉车的车速、油门开度、电机工作持续时间、电池电量、温度、货物的起升高度等，通过车辆控制器对电机及电池的状态（输出、充电、不工作）进行控制，具体控制方法如下：

一种叉车轻度混合动力系统的控制方法，其包括以下步骤：

（1）获取油门开度信息，并根据油门开度大小来控制发动机的工作状态；

（2）控制油门开度为100%时，采集此时电机持续放电时间，即为电机工作持续时间；

当油门开度≤30%时，则发动机带动电机给电池进行充电；如果此时电池是满电时，则电池放电给电机，电机全功率输出；

油门开度在＞30%且＜100%时，电机发挥50%功率；

油门开度为0时：当车辆在行走，车辆惯性带动发动机及电机工作，其给电池进行充电，实现车辆制动能量的回收；当车辆停止，如电池电量仍未充满，则电机持续给电池充电。

（3）当电机工作持续时间大于10s，则电机停止工作；当电机工作持续时间不大于10s时，则需要分别采集货物的起升高度和叉车的车速；

（4）当货物的起升高度≥2m或车速＞10km/h，则发动机带动电机给电池进行充电；当货物的起升高度＜2m或车速≤10km/h时，先按下长距离行驶触发按钮，再采集此时的电池温度；

（5）当电池温度＞68℃时，电机不工作；当电池温度≤68℃时，电机工作并采集此时的电池电量；

（6）当电池温度＜65℃、电量为30-80%时，则电机全功率输出，为车辆加速提供动力源；

当电池温度＜65℃、电量为20-30%时，电机输出功率为5KW；

当电池温度＜65℃、电量为＜20%时，电机不工作；

当电池温度为65℃-68℃、电量为30-80%时，电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出；

当电池温度为65℃-68℃、电量为＜30%时，电机不工作。

其中，步骤（6）中所述电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出是指电池温度为65℃时电机输出功率为95%、当电池温度为68℃时电机输出功率为5%。

上述油门开度信号是通过安装在踏板内的变阻器来采集当前油门踏板被踩踏下降位置的电压信号，车辆控制器据此电压信号来判定此时油门的开度；

电机持续放电时间是通过车辆控制器进行采集的；

货物的起升高度是通过设置在叉车货叉上的位置传感器来采集的；

叉车的车速是通过安装在变速箱输出齿轮上的转速传感器来采集的；

电池温度是通过安装在电池上的温度传感器来采集的；

电池电量是通过电池管理系统来采集的。

进一步方案，所述电机全功率输出、电机降功率输出或电机输出功率为5KW均是指发动机提供扭矩通过飞轮传递至变速箱以及驱动桥，用于叉车行走，同时通过齿轮泵传递至货叉，用于货物的起升。

本发明的另一个发明目的是提供一种采用上述控制方法的叉车轻度混合动力系统。叉车用轻度混合动力系统以发动机、电机为动力源，发动机与电机通过皮带进行动力耦合，利用控制器检测电机的充放电状态。如电机处于充电状态，发动机带动电机进行发电，给电池进行充电；如电机处于放电状态，电池将放电给电机，电机为发动机提供扭矩，扭矩传递通过皮带传输耦合，耦合后的扭矩一方面通过发动机的飞轮传递至变速箱以及驱动桥，用于叉车行走；另一方面通过齿轮泵传递至货叉用于货物的起升。

通过以上控制方法，既能不影响客户正常使用的操作体验，又能满足电机充放电平衡，并能够有效的避免因电池持续放电导致的电池亏电，保证电机的持续工作；同时能够回收整车制动能量回收，降低整车能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种叉车轻度混合动力系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）获取油门开度信息，并根据油门开度大小来控制发动机的工作状态：

当油门开度≤30%时，则发动机带动电机给电池进行充电；如果此时电池是满电时，则电池放电给电机，电机全功率输出；

油门开度在＞30%且＜100%时，电机发挥50%功率；

（2）控制油门开度为100%时，采集此时电机持续放电时间，即为电机工作持续时间；

（3）当电机工作持续时间大于10s，则电机停止工作；当电机工作持续时间不大于10s时，则需要分别采集货物的起升高度和叉车的车速；

（4）当货物的起升高度≥2m或车速＞10km/h，则发动机带动电机给电池进行充电；当货物的起升高度＜2m或车速≤10km/h时，采集此时的电池温度；

（5）当电池温度＞68℃时，电机不工作；当电池温度≤68℃时，电机工作并采集此时的电池电量；

（6）当电池温度＜65℃、电量为30-80%时，则电机全功率输出，为车辆加速提供动力源；

当电池温度＜65℃、电量为20-30%时，电机输出功率为5KW；

当电池温度＜65℃、电量为＜20%时，电机不工作；

当电池温度为65℃-68℃、电量为30-80%时，电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出；

当电池温度为65℃-68℃、电量为＜30%时，电机不工作。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：油门开度为0时：当车辆在行走，车辆惯性带动发动机及电机工作，其给电池进行充电，实现车辆制动能量的回收；当车辆停止，如电池电量仍未充满，则电机持续给电池充电。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤（4）中采集电池温度之前，需按下长距离行驶触发按钮。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤（6）中所述电机输出的功率根据温度成线性自适应降功率输出是指电池温度为65℃时电机输出功率为95%、当电池温度为68℃时电机输出功率为5%。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述油门开度信号是通过安装在踏板内的变阻器来采集当前油门踏板被踩踏下降位置的电压信号，车辆控制器据此电压信号来判定此时油门的开度；

电机持续放电时间是通过车辆控制器进行采集的；

货物的起升高度是通过设置在叉车货叉上的位置传感器来采集的；

叉车的车速是通过安装在变速箱输出齿轮上的转速传感器来采集的；

电池温度是通过安装在电池上的温度传感器来采集的；

电池电量是通过电池管理系统来采集的。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述电机全功率输出、电机降功率输出或电机输出功率为5KW均是指发动机提供扭矩通过飞轮传递至变速箱以及驱动桥，用于叉车行走，同时通过齿轮泵传递至货叉，用于货物的起升。

7.一种采用如权利要求1所述的控制方法的叉车轻度混合动力系统。

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