CN112249986A - 基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统 - Google Patents

基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多液压马达‑蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,包括控制单元及接入到主液路中的主液压缸、蓄能器、蓄电池和两液压马达‑发电机单元,所述主液压缸通过各个所述换向阀的通断以控制与所述蓄能器之间及分别与两所述液压马达‑发电机单元之间的通断;控制单元包括用于根据电控手柄的手柄信号计算出目标转速及通过主液压缸上无杆腔的压力判断当前电动叉车的负载区间,以在负载下降时根据负载区间控制各换向阀通断的整机控制器;以及根据整机控制器输出的目标转速控制对应液压马达/发电机单元中发电机转速。在负载下降过程中,满足从空载到满载的不同负载大小的能量回收需求。

Description

基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统
技术领域
本发明涉及电动叉车,更具体地说涉及一种基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统。
背景技术
电动叉车作为仓储物流的主要搬运装备,一般需要在几吨到几十吨的负载下做往复举升动作,举升的高度范围广,这使货物在下降时往往存在较大的负载重力势能,而该部分的负载重力势能主要以热能的形式在节流口处耗散掉。然而,在电动叉车的整车能耗分析中,电动叉车的举升系统能量消耗占整车的40%以上,所以对负载重力势能的有效回收可避免负载本身势能的浪费,针对负载重力势能的回收利用以减少能耗,目前主要围绕液压式和电气式这两种方法开展研究。
液压式能量回收主要采用液压蓄能器回收重力势能,但因在回收过程中液压式蓄能器的压力逐渐升高,为不影响电动叉车的正常下放,一般选择容量较大的蓄能器。但对于重载叉车而言,其具有的重力势能较多,故所需要的蓄能器的体积大而不适宜安装,且不适于单独作为储能装置。
电气式能量回收主要采用液压马达驱动发电机输出电能,以将重力势能转化成电能进行储存,一般采用单个定排量液压马达驱动发电机来实现重力势能的回收,这对负载变化区间较大的重型叉车而言,在小负载的工况下,反而会造成额外的能量损耗,工作效率低下;而且,针对重力势能多的重型叉车,采用单个大排量液压马达和大功率发电机,虽然可以实现能量回收,但对发电机和电机控制器的要求较高,提高成本,且可靠性低,特别是电动叉车在重载低速情况下,发电机处于低效区,能量回收效率较低。例如,作用在重型电动叉车的举升油缸上的负载在5-30吨之间,从空载到满载的一个工作循环中,负载变化比最高可达到约6倍;如果以满载时回收能量,采用单一的大排量液压马达和大功率发电机进行能量回收,势必造成空载或小负载时的大材小用现象;当负载较小时,可回收功率低,此时液压马达处于低转速区间,发电机工作于低效区,造成了回收效率较低的现象;同理,在负载低速下降时,发电机也进入到低效区;因此,大排量液压马达限制了系统的最低下降速度和最小负载,经济适用性较窄。若采用小排量液压马达,显然不适用于大负载,在大负载时仍然存在负载重力势能损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,合理分配蓄能器和马达的使用区间,既适用于重型电动叉车从空载到满载的负载大区间变化范围的能量回收需求,有效解决单一大排量马达和大功率发电机受到小负载及最低下降速度时的限制,提高能量回收效率。
为达到上述目的,本发明的解决方案是:
一种基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,包括主液压缸、蓄能器、蓄电池、两液压马达-发电机单元和具有不同档位的电控手柄,所述主液压缸、所述蓄能器、所述蓄电池和两所述液压马达-发电机单元分别接入到电动叉车的主液路中,所述主液路上分别安装有若干个换向阀,所述主液压缸通过各个所述换向阀的通断以控制与所述蓄能器之间及分别与两所述液压马达-发电机单元之间的通断;
还包括控制单元,所述控制单元包括用于根据所述电控手柄传输的手柄信号计算出目标转速及通过所述主液压缸上无杆腔的压力判断当前电动叉车的负载区间,以在负载下降过程中根据负载区间控制各所述换向阀通断的整机控制器;所述控制单元还包括根据所述整机控制器输出的目标转速控制对应所述液压马达/发电机单元中发电机转速的电机控制器。
两所述液压马达-发电机单元分别配设有所述电机控制器,且两所述液压马达-发电机单元分别对应为第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元;
所述第一液压马达-发电机单元包括第一马达和第一发电机,所述第一马达的输出轴与所述第一发电机的转轴传动连接,且所述第一马达配对的所述电机控制器为第一电机控制器,所述第一电机控制器与所述第一发电机同轴连接;所述第二液压马达-发电机单元包括第二马达和第二发电机,所述第二马达的输出轴与所述第二发电机的转轴传动连接,且所述第二马达配对的所述电机控制器为第二电机控制器,所述第二电机控制器与所述第二发电机同轴连接;
所述整机控制器的信号输出端分别电性连接所述第一电机控制器和所述第二电机控制器的信号输入端,所述第一电机控制器和所述第二电机控制器的电源端均连接所述蓄电池的电源端,所述电控手柄的信号输出端电性连接所述整机控制器的信号输入端。
各所述换向阀分别对应为三位六通的比例换向阀,两位两通的第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第四电磁换向阀,两位三通的第三电磁换向阀以及两位两通的第一液控换向阀和第二液控换向阀。
所述主液压缸的有杆腔连接油箱,所述主液压缸的无杆腔连接所述比例换向阀的A口,所述比例换向阀的C口连接油箱,所述比例换向阀的T2口分别连接所述第一液控换向阀的P口、所述第二液控换向阀的P口和所述第四电磁换向阀的P口,所述第四电磁换向阀的A口连接油箱,所述第一液控换向阀的A口连接所述蓄能器,所述第二液控换向阀的A口通过第三单向阀连接油箱,所述第二液控换向阀的A口和所述第三单向阀的出油口之间的汇集结点处分出支路,分别连接所述第一电磁换向阀和所述第二电磁换向阀的P口,并且,所述第一液控换向阀的右侧液控口D1和所述第二液控换向阀的右侧液控口D2分别连接所述第三电磁换向阀的A口,所述第三电磁换向阀的T口、所述第一液控换向阀的左侧液控口和所述第二液控换向阀的左侧液控口均连接油箱;所述第一电磁换向阀的A口连接所述第一马达的进油口,所述第二电磁换向阀的A口连接所述第二马达的进油口,所述第一马达和所述第二马达的出油口均连接油箱。
还包括驱动单元,所述驱动单元包括电动机、主液压泵和先导液压泵,所述先导液压泵与所述电动机同轴连接,所述先导液压泵与所述主液压泵同轴连接;并且,所述主液压泵和所述先导液压泵的进油口均连接油箱,所述主液压泵的出油口连接第一单向阀的进油口,所述第一单向阀的出油口分出两路,一路连接所述比例换向阀的T1口,另一路通过第二单向阀连接所述比例换向阀的P口,所述先导液压泵的出油口通过第四单向阀连接所述第三电磁换向阀的P口。
所述控制单元还包括若干个压力传感器,各所述压力传感器分别对应为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器,所述第一压力传感器安装于所述主液压缸的无杆腔处,所述第二压力传感器安装于所述蓄能器的进出口处,所述第三压力传感器安装于第一马达的进油口处,所述第四压力传感器安装于所述第二马达的进油口处;
所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器和所述第四压力传感器的信号输出端分别电性连接所述整机控制器的信号输入端。
所述整机控制器中预设有所述负载区间,所述负载区间划分为第一档、第二档、第三档、第四档和第五档;其中,所述第一档对应蓄能器能量回收,所述第二档对应第一液压马达-发电机单元能量回收,所述第三档对应第二液压马达-发电机单元能量回收,所述第四档对应两液压马达-发电机单元联合能量回收,所述第五档对应蓄能器和两液压马达-发电机单元联合能量回收。
所述第一档为pL≤pmin,pL为所述第一压力传感器采集的数据,pmin为所述液压马达-发电机单元不产生额外损耗的最小负载压力;
所述第二档为pmin≤pL≤pd且蓄电池的SOC<Smax,pd为第二档负载区间的负载最大值,Smax为蓄电池允许的最大电量值;
所述第三档为pd≤pL≤pe且蓄电池的SOC<Smax,pe为第三档负载区间的负载最大值;
所述第四档为pe≤pL≤pr且蓄电池的SOC<Smax,pr为第四档负载区间的负载最大值;
所述第五档为pr≤pL≤pLmax且蓄电池的SOC<Smax,pr为第五档负载区间的负载最大值。
采用上述结构后,本发明具有如下有益效果:蓄能器和两液压马达-发电机单元的设置,整机控制器根据主液压缸中无杆腔的压力判别当前负载区间,控制各换向阀通断以切换到合适的液路以选择最佳的能量回收方式,并根据接收的电控手柄的手柄信号确定两液压马达-发电机单元中发电机的目标转速,以将负载下降速度变成容积调速,在达到能量回收的同时,还可以获得更优的负载下降速度控制,而且,合理分配蓄能器和两液压马达-发电机单元的使用区间,扩大了电动叉车的负载适应范围,满足从空载到满载的不同负载大小的能量回收需求,有效解决蓄能器能量回收有限及单一大排量液压马达和大功率发电机受到小负载及最低下降速度时的限制,提高能量回收效率。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
图中:
100-电控手柄; 10-第一液压缸;
11-第二液压缸; 12-蓄能器;
13-蓄电池; 21-整机控制器;
31-第一马达; 32-第一发电机;
33-第一电机控制器; 41-第二马达;
42-第二发电机; 43-第二电机控制器;
51-第一压力传感器; 52-第二压力传感器;
53-第三压力传感器; 54-第四压力传感器;
60-比例换向阀; 61-第一电磁换向阀;
62-第二电磁换向阀; 63-第三电磁换向阀;
64-第一液控换向阀; 65-第二液控换向阀;
66-第四电磁换向阀; 71-电动机;
72-主液压泵; 73-第三电机控制器;
74-先导液压泵; 81-第一单向阀;
82-第二单向阀; 83-第三单向阀;
84-第四单向阀。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
一种基于多液压马达-蓄能器电动叉车的能量回收系统,其适用于常规的电动叉车上,如重型电动叉车。
如图1所示,能量回收系统包括主液压缸、蓄能器12、蓄电池13、两个液压马达-发电机单元和具有不同档位的电控手柄100,蓄电池13用于存储两液压马达-发电机单元转换的电能,两液压马达-发电机单元分别适应于不同的负载等级,主液压缸、蓄能器12和两液压马达-发电机单元分别接入到主液路中,两液压马达-发电机单元分别对应为第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元,主液路上分别安装有若干个换向阀,主液路通过各个换向阀的通断以实现蓄能器10与主液压缸之间、第一液压马达-发电机单元与主液压缸之间和第二液压马达-发电机单元与主液压缸之间的通断。
本发明中,蓄能器12为现有公知的液压蓄能器。
本实施例中,主液压缸包括第一液压缸10和第二液压缸12,第一液压缸10和第二液压缸11按常规方式刚性连接,该主液压缸为现有公知的液压缸。
本实施例中,以电控手柄有五个档位为例进行说明,整机控制器21的信号输入端连接电控手柄的各信号输出端,以将电控手柄的手柄信号传输给整机控制器21的信号输入端。
本发明还包括控制单元,控制单元包括整机控制器21、电机控制器和若干个压力传感器,整机控制器21用于通过手柄信号计算出目标转速,以及通过主液压缸上无杆腔的压力判断当前电动叉车的负载区间,在下降过程中以根据负载区间选择控制各换向阀的通断。电机控制器用于根据整机控制器输出的目标转速分别控制两液压马达-发电机单元中发电机的转速,各压力传感器均安装于主液路中,且分别安装于主液压缸的无杆腔处、蓄能器13的进出口和两液压马达-发电机单元的进出口处。
本发明中,整机控制器21为采用现有公知的控制器,如型号为TTC60的控制器。
本实施例中,各压力传感器分别对应为第一压力传感器51、第二压力传感器52、第三压力传感器53和第四压力传感器54。其中,位于主液压缸的无杆腔处的压力传感器对应为第一压力传感器51,位于蓄能器13的进出口处的压力传感器为第二压力传感器52,位于两液压马达-发电机单元的进出口处的压力传感器分别为第三压力传感器53和第四压力传感器54。其中,各压力传感器的信号输出端分别电连接整机控制器21的信号输入端,以将各压力传感器采集的压力信息传输给整机控制器21。
本发明中,两液压马达-发电机单元分别配设有电机控制器,本实施例中以两电机控制器为例进行说明,第一液压马达-发电机单元包括第一马达31和第一发电机32,相应地,第一发电机32配对的电机控制器为第一电机控制器33,第一电机控制器33与第一发电机32同轴连接,第一马达31的输出轴和第一发电机32的转轴传动连接,两者的连接结构为现有公知技术,如两者采用联轴器连接。第二液压马达-发电机单元包括第二马达41和第二发电机42,第二发电机42配对的电机控制器为第二电机控制器43,第二电机控制器43与第二发电机42同轴连接,第二马达41的输出轴和第二发电机42的转轴传动连接。本实施例中,第一电机控制器33和第二电机控制器43均为现有公知的电机控制器,例如ABM的4D90电机控制器。
整机控制器21的信号输出端分别连接第一电机控制器33和第二电机控制器43的信号输入端,且第一发电机32的电源端连接第一电机控制器33的电源端,第二发电机42的电源端电连接第二电机控制器的电源端,第一电机控制器33和第二电机控制器43的电源输出端均电连接蓄电池13的电源输入端。
本实施例中以第一液压马达-发电机单元适应于小负载工况,第二液压马达-发电机单元适应于中等负载工况,其中,负载大小的区间划分结合实际情况进行人工设定。具体过程为:
1、在下降过程中负载较小时,采用两液压马达-发电机单元会造成额外的损耗,故使重力势能进入到蓄能器12中,以采用蓄能器回收重力势能;
2、在下降过程中负载较小且大于第一液压马达-发电机单元产生额外损耗的临界负载时,整机控制器21选择第一液压马达-发电机单元作为能量回收单元,整机控制器21根据电控手柄100的手柄信号获取第一马达31的目标转速,使第一发电机31工作于高效区;
3、在下降过程中负载处于中等吨位时,采用第二液压马达-发电机单元作为能量回收单元,整机控制器21根据电控手柄100的手柄信号获取第二马达41的目标转速,以使第二发电机42工作于高效区;
4、当下降过程中处于大负载工况下时,第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元联合使用同时进行能量回收,整机控制器21根据电控手柄100的手柄信号分别获取第一马达31和第二马达41的目标转速,以满足能量回收需求;
5、在满载工况下,先采用蓄能器12回收部分重力势能,当蓄能器12达到最大回收能量时,切换到第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元联合使用进行能量回收。
举个例子来说,以重型电动叉车满载为30t,那么可按照5t+8t+17t的方式分配,即负载在5t以内(包含5t),则采用蓄能器12对重力势能进行回收;若负载在5t-8t之间(不包含5t,但包含8t),则采用第一液压马达-发电机单元进行重力势能回收;若负载在8t-17t(不包含8t,但包含17t),则采用第二液压马达-发电机单元进行重力势能回收。比如,若负载为4t,则采用采用蓄能器12对重力势能进行回收;同理地,当负载为25t,则采用第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元联合同时进行能量回收。
需说明的是,两液压马达采用不同的排量,两发电机采用不同的功率,即使两液压马达-发电机单元适应于不同的负载等级。
本发明还包括驱动单元,所述驱动单元包括电动机71、主液压泵72和先导液压泵74,电动机71与先导液压泵74同轴连接,先导液压泵74与主液压泵72同轴连接,其中,主液压泵72通过整机控制器31控制各换向阀的通断以实现与主液压缸的通断。控制单元还包括第三电机控制器73。第三电机控制器73的电源输入端连接蓄电池13的电源输出端,第三电机控制器73的扭矩输出端连接电动机71的信号输入端,第三电机控制器73与整机控制器21双向连接。
本发明中,各换向阀分别对应为比例换向阀60、第一电磁换向阀61、第二电磁换向阀62、第三电磁换向阀63、第一液控换向阀64、第二液控换向阀65和第四电磁换向阀66。其中,比例换向阀60为公知的三位六通比例换向阀,第一电磁换向阀61、第二电磁换向阀62和第四电磁换向阀66均为公知的两位两通电磁换向阀,第三电磁换向阀63为公知的两位三通电磁换向阀,第一液控换向阀64和第二液控换向阀65均为公知的两位两通液控换向阀。其中,比例换向阀60、第一电磁换向阀61、第二电磁换向阀62、第三电磁换向阀63和第四电磁换向阀66的信号输入端分别连接整机控制器21的信号输出端。
主液路的具体连接结构为:主液压泵72的进油口连接油箱,主液压泵72的出油口连接第一单向阀81的进油口,第一单向阀81的出油口分出两路,一路连接比例换向阀60的T1口,另一路通过第二单向阀82连接比例换向阀60的P口,比例换向阀60的A口分别连接第一液压缸10和第二液压缸11的无杆腔,第一液压缸10和第二液压缸11的有杆腔均连接油箱;比例换向阀60的T2口分别连接第一液控换向阀64、第二液控换向阀65和第四电磁换向阀66的P口,且第一液控换向阀64的A口通过球阀连接蓄能器12,第二液控换向阀65的A口连接第三单向阀83的出油口,第三单向阀83的进油口连接油箱,且第二液控换向阀65的A口和第三单向阀83之间的汇集结点处分出支路,分别连接第一电磁换向阀61的P口和第二电磁换向阀62的P口,并且,第一液控换向阀64的右侧液控口D1和第二液控换向阀65的右侧液控口D2分别连接第三电磁换向阀63的A口,第三电磁换向阀63的T口、第一液控换向阀64的左侧液控口和第二液控换向阀65的左侧液控口均连接油箱,且第四电磁换向阀66的A口连接油箱,第三电磁换向阀63的P口通过第四单向阀84连接先导液压泵74的出油口;第一电磁换向阀61的A口连接第一马达31的进油口,第一马达31的出油口连接油箱,第二电磁换向阀62的A端连接第二马达41的进油口,第二马达41的出油口连接油箱;其中,比例换向阀60的C口连接油箱。
作为优选方式,第四单向阀84的出油口处还按常规连接有第一溢流阀,该第一溢流阀的出口端连接油箱。
作为优选方式,第一马达31的进油口处还按常规方式安装有第二溢流阀,该第二溢流阀的出口端连接油箱;并且,第二马达41的进油口处还按常规方式安装有第三溢流阀,该第三溢流阀的出口端连接油箱。
本实施例中,第一压力传感器51安装于比例换向阀60的A口处,以获取主液压缸的无杆腔的压力,且第一压力传感器51采集的压力信号记为pL;第二压力传感器52安装于球阀与第一液控换向阀64的A口之间,以获取蓄能器的进口压力,且第二压力传感器52采集的压力信号记为p1;第三压力传感器53安装于第一电磁换向阀61的A口与第一马达31的进油口之间,以获取第一马达31入口处的压力,且第三压力传感器53采集的压力信号记为p2;第四压力传感器54安装于第二电磁换向阀62的A口与第二马达41的进油口之间,以获取第二马达41入口处的压力,且第四压力传感器54采集的压力信号记为p3。
一种基于多液压马达-蓄能器电动叉车的能量回收系统,将负载大小划分为多个负载区间,并存储于整机控制器21中,整机控制器21根据主液压缸中无杆腔的压力PL判别当前负载的负载区间,控制各换向阀通断以选择合适的液路,并以负载下降速度要求及回收功率需求为目标,根据接收的电控手柄的手柄信号,对第一发电机和第二发电机的目标转速和回收功率进行主动控制,具体工作过程如下所述。
整机控制器21具有预设负载区间的存储单元,本实施例中以负载区间划分为五个档为例进行说明,各负载区间划分为第一档、第二档、第三档、第四档和第五档,其中,各负载区间的划分根据情况进行预设,并不局限于上述的划分。
一、当负载上升时,比例换向阀60的电磁铁DT1失电,比例换向阀60的电磁铁DT2得电,主液压泵72输出的高压油通过比例换向阀60的右位驱动主液压缸伸出,以使负载上升,其中,该右位指的是如图1所示靠近比例换向阀60的电磁铁DT2的一侧。
二、当负载下降时,比例换向阀60的电磁铁DT1得电,比例换向阀60的电磁铁DT2失电,主液压泵72卸荷,主液压缸的无杆腔的高压油通过比例换向阀60的T2口进入到主液路中进行重力势能回收,具体为:
A、第一档-蓄能器能量回收
当整机控制器判断负载压力pL≤pmin时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3失电,此时第一液控换向阀64导通,负载的下降势能依次经过比例换向阀60的T2口和第一液控换向阀64的A口进入到蓄能器12中进行回收。其中,回收的重力势能满足P1×t1=EL,且回收的重力势能在下一次工作循环中可用以辅助电动叉车的其他小负载(即小负载≤pmin)执行机构运行。
当整机控制器判断蓄能器的进口压力p1≥p1max时,则控制蓄能器12停止对重力势能的回收,此时第四电磁换向阀66的电磁铁DT6得电,主液压缸的无杆腔高压油依次经比例换向阀60的T2口和第四电磁换向阀66的A口流入油箱。
需说明的是,pmin为液压马达-发电机单元不产生额外损耗的最小负载压力,p1max为蓄能器12允许的最高回收压力,t1为蓄能器回收时间;P1为蓄能器12回收的功率,该蓄能器12回收的功率的获取,采用在第一液控换向阀64与蓄能器12之间安装有常规的流量计,以获取流量,从而整机控制器31根据进口压力和流量计算蓄能器的回收功率;EL是可回收能量。其中,pmin和p1max数据分别结合实际情况进行人工设定,t1数据可采用常规方式进行获取,如通过计时器进行采集,并传输到整机控制器中。
B、第二档-第一液压马达-发电机单元能量回收
当整机控制器判断pmin≤pL≤pd,且蓄电池的SOC<Smax时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3得电,第一电磁换向阀61的电磁铁DT4得电,以使主液压缸中无杆腔的高压油依次经比例换向阀60的T2口、第二液控换向阀65的A口和第一电磁换向阀61的A口进入到第一马达31的进油口,此时第一液控换向阀64处于断路状态,以通过第一发电机32将重力势能转换成电能,并储存在蓄电池13中。
第一马达31的转矩为整机控制器21根据电控手柄100输出的手柄信号获取第一发电机的目标转速,该目标转速为n1=[k1(Yp-Y1)+n01]s,回收的功率P2=T1×2πn1=p2V1[k1(Yp-Y1)+n01]s,回收的能量满足P2×t2=EL
随着负载下降,蓄电池SOC逐渐增大,当整机控制器判断蓄电池SOC≥Smax时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3失电,第一电磁换向阀61的电磁铁DT4失电,以使第一液控换向阀64处于连通状态,蓄能器12对重力势能进行回收,此时回收的重力势能满足P1×t1+P2×t2=EL。当整机控制器判断蓄能器的进口压力p1≥p1max时,则控制蓄能器12停止对重力势能的回收,此时第四电磁换向阀66的电磁铁DT6得电,主液压缸的无杆腔高压油依次经比例换向阀60的T2口和第四电磁换向阀66的A口流入油箱。
需说明的是,pd为第二档负载区间的负载最大值,Smax为蓄电池13允许的最大电量值;Yp为电控手柄的信号大小,即当前电控手柄的扳动位移,体现为电控手柄的手柄电压信号;Y1为电控手柄的手柄电压信号死区;n01为第一发电机32的最低工作转速;k1为第一发电机32目标转速与手柄信号的比例关系;s为蓄电池13的SOC状态表征量,当SOC<Smax时s=1,当SOC≥Smax时s=0;V1为第一马达31的排量;t2是第一液压马达-发电机单元回收时间;P2为第一液压马达-发电机单元回收功率。
C、第三档-第二液压马达-发电机单元能量回收
当整机控制器判断pd≤pL≤pe,且蓄电池的SOC<Smax时,分别控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3和第二电磁换向阀62的电磁铁DT5得电,以使主液压缸中无杆腔的高压油依次经比例换向阀T2、第二液控换向阀65的A口和第二电磁换向阀62的A口进入到第二马达41的进油口处,通过第二发电机42将重力势能转换成电能,并储存在蓄电池13中。
第二液压马达转矩为为满足负载下降速度要求及回收功率需求,整机控制器根据电控手柄的手柄信号获取第二发电机42的目标转速,该目标转速为n2=[k2(Yp-Y1)+n02]s,回收的功率P3=T2×2πn2=p3V2[k2(Yp-Y1)+n02]s,回收的能量满足P3×t3=EL
随着负载下降,蓄电池的SOC逐渐增大,当整机控制器判断蓄电池SOC≥Smax时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3失电,第二电磁换向阀62的电磁铁DT5失电,以使第一液控换向阀64得电,蓄能器12对重力势能进行回收,此时回收的重力势能满足P1×t1+P3×t3=EL。当整机控制器判断蓄能器的进口压力p1≥p1max时,则控制蓄能器12停止对重力势能的回收,此时第四电磁换向阀66的电磁铁DT6得电,主液压缸的无杆腔高压油依次经比例换向阀60的T2口和第四电磁换向阀66的A口流入油箱。
需说明的是,pe为第三档负载区间的负载最大值;n02为第二发电机42的最低工作转速;k2为第二发电机42目标转速与手柄信号的比例关系;V2为第二马达41的排量;t3是第一液压马达-发电机单元回收时间;P3为第二液压马达-发电机单元回收功率。
D、第四档-两液压马达-发电机单元同时能量回收
当整机控制器判断pe≤pL≤pr,且蓄电池的SOC<Smax时,此时可回收能量较大,故控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3、第一电磁换向阀61的电磁铁DT4和第二电磁换向阀62的电磁铁DT5均得电,以使主液压缸中无杆腔的高压油经过第二液控换向阀65的A口分别经第一电磁换向阀61的A口进入到第一马达31中及第二电磁换向阀62的A口进入到第二马达41中,联合进行重力势能回收,并且整机控制器21根据电控手柄100的手柄信号获得第一发电机32和第二发电机42的目标转速,以获取第一发电机32和第二发电机42回收的重力势能。
其中,第一发电机32的目标转速为n1=[k1(Yp-Y1)+n01]s,回收功率P2=T1×2πn1=p2V1[k1(Yp-Y1)+n01]s;第二发电机的目标转速为n2=[k2(Yp-Y1)+n02]s,回收功率P3=T2×2πn2=p3V2[k2(Yp-Y1)+n02]s;第一发电机和第二发电机回收的重力势能满足P2×t2+P3×t3=EL
随着负载下降,蓄电池的SOC逐渐增大,当整机控制器判断蓄电池SOC≥Smax时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3失电,第一电磁换向阀61的电磁铁DT4和第二电磁换向阀62的电磁铁DT5均失电,此时蓄能器12对重力势能进行回收,回收的重力势能满足P1×t1+P2×t2+P3×t3=EL。当整机控制器判断蓄能器的进口压力p1≥p1max时,则控制蓄能器12停止对重力势能的回收,此时第四电磁换向阀66的电磁铁DT6得电,主液压缸的无杆腔高压油依次经比例换向阀60的T2口和第四电磁换向阀66的A口流入油箱。
需说明的是,pr为第四档负载区间的负载最大值。
E、第五档-蓄能器和两液压马达-发电机单元同时能量回收
当整机控制器判断pr≤pL≤pLmax,且蓄电池的SOC<Smax时,此时可回收能量达到最大值,此时遵循先液压式后电气式能量回收的原则,故整机控制器控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3失电,以使主液压缸中无杆腔的高压油依次经比例换向阀60的T2口和第一液控换向阀64的P口进入到蓄能器12中,以使蓄能器12对负载的重力势能进行回收,该回收的重力势能为P1×t1=EL;当整机控制器判断p1≥p1max时,控制第三电磁换向阀63的电磁铁DT3、第一电磁换向阀61的电磁铁DT4和第二电磁换向阀62的电磁铁DT5均得电,以使两液压马达-发电机单元联合进行重力势能回收,以获取回收的重力势能。
第一发电机的目标转速为n1=[k1(Yp-Y1)+n01]s,回收功率P2=T1×2πn1=p2V1[k1(Yp-Y1)+n01]s;第二发电机的目标转速为n2=[k2(Yp-Y1)+n02]s,回收功率P3=T2×2πn2=p3V2[k2(Yp-Y1)+n02]s;回收的重力势能满足P1×t1+P2×t2+P3×t3=EL,其中t2=t3
当整机控制器判断蓄电池SOC≥Smax时,第三电磁换向阀63的电磁铁DT3、第一电磁换向阀61的电磁铁DT4和第二电磁换向阀62的电磁铁DT5均失电,以停止能量回收,此时第四电磁换向阀66的电磁铁DT6得电,主液压缸的无杆腔高压油依次经比例换向阀60的T2口和第四电磁换向阀66的A口流入油箱。
需说明的是,pr为第五档负载区间的负载最大值。
本实施例中,负载压力满足:pmin<pd<pe<pf<pLmax
基于多液压马达-蓄能器电动叉车的能量回收系统,采用蓄能器12、第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元组成电动叉车的能量回收系统,通过第一压力传感器采集的压力信号pL判断负载大小,通过前述合理的能量管理方法,选择合适的能量回收单元,并根据电控手柄100的手柄信号确定发电机的额定转速,将负载下降速度变换为容积调速,在达到能量回收的同时,还可以获得更优的负载下降速度控制,而且,还可扩大电动叉车的负载适应范围,满足从空载到满载的不同负载变化的能量回收需求。
本发明中,整机控制器21通过蓄电池13上的电池管理系统获取蓄电池13的信息,如蓄电池的SOC数据,该电池管理系统为现有公知的系统,故不再赘述。
以上所述仅为本实施例的优选实施例,凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰,均应属于本发明的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:包括主液压缸、蓄能器、蓄电池、两液压马达-发电机单元和具有不同档位的电控手柄,所述主液压缸、所述蓄能器、所述蓄电池和两所述液压马达-发电机单元分别接入到电动叉车的主液路中,所述主液路上分别安装有若干个换向阀,所述主液压缸通过各个所述换向阀的通断以控制与所述蓄能器之间及分别与两所述液压马达-发电机单元之间的通断;
还包括控制单元,所述控制单元包括用于根据所述电控手柄传输的手柄信号计算出目标转速及通过所述主液压缸上无杆腔的压力判断当前电动叉车的负载区间,以在负载下降过程中根据负载区间控制各所述换向阀通断的整机控制器;所述控制单元还包括根据所述整机控制器输出的目标转速控制对应所述液压马达/发电机单元中发电机转速的电机控制器。
2.根据权利要求1所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:两所述液压马达-发电机单元分别配设有所述电机控制器,且两所述液压马达-发电机单元分别对应为第一液压马达-发电机单元和第二液压马达-发电机单元;
所述第一液压马达-发电机单元包括第一马达和第一发电机,所述第一马达的输出轴与所述第一发电机的转轴传动连接,且所述第一马达配对的所述电机控制器为第一电机控制器,所述第一电机控制器与所述第一发电机同轴连接;所述第二液压马达-发电机单元包括第二马达和第二发电机,所述第二马达的输出轴与所述第二发电机的转轴传动连接,且所述第二马达配对的所述电机控制器为第二电机控制器,所述第二电机控制器与所述第二发电机同轴连接;
所述整机控制器的信号输出端分别电性连接所述第一电机控制器和所述第二电机控制器的信号输入端,所述第一电机控制器和所述第二电机控制器的电源端均连接所述蓄电池的电源端,所述电控手柄的信号输出端电性连接所述整机控制器的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:各所述换向阀分别对应为三位六通的比例换向阀,两位两通的第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第四电磁换向阀,两位三通的第三电磁换向阀以及两位两通的第一液控换向阀和第二液控换向阀。
4.根据权利要求3所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:所述主液压缸的有杆腔连接油箱,所述主液压缸的无杆腔连接所述比例换向阀的A口,所述比例换向阀的C口连接油箱,所述比例换向阀的T2口分别连接所述第一液控换向阀的P口、所述第二液控换向阀的P口和所述第四电磁换向阀的P口,所述第四电磁换向阀的A口连接油箱,所述第一液控换向阀的A口连接所述蓄能器,所述第二液控换向阀的A口通过第三单向阀连接油箱,所述第二液控换向阀的A口和所述第三单向阀的出油口之间的汇集结点处分出支路,分别连接所述第一电磁换向阀和所述第二电磁换向阀的P口,并且,所述第一液控换向阀的右侧液控口D1和所述第二液控换向阀的右侧液控口D2分别连接所述第三电磁换向阀的A口,所述第三电磁换向阀的T口、所述第一液控换向阀的左侧液控口和所述第二液控换向阀的左侧液控口均连接油箱;所述第一电磁换向阀的A口连接所述第一马达的进油口,所述第二电磁换向阀的A口连接所述第二马达的进油口,所述第一马达和所述第二马达的出油口均连接油箱。
5.根据权利要求4所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:还包括驱动单元,所述驱动单元包括电动机、主液压泵和先导液压泵,所述先导液压泵与所述电动机同轴连接,所述先导液压泵与所述主液压泵同轴连接;并且,所述主液压泵和所述先导液压泵的进油口均连接油箱,所述主液压泵的出油口连接第一单向阀的进油口,所述第一单向阀的出油口分出两路,一路连接所述比例换向阀的T1口,另一路通过第二单向阀连接所述比例换向阀的P口,所述先导液压泵的出油口通过第四单向阀连接所述第三电磁换向阀的P口。
6.根据权利要求2-5任一项所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:所述控制单元还包括若干个压力传感器,各所述压力传感器分别对应为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器,所述第一压力传感器安装于所述主液压缸的无杆腔处,所述第二压力传感器安装于所述蓄能器的进出口处,所述第三压力传感器安装于第一马达的进油口处,所述第四压力传感器安装于所述第二马达的进油口处;
所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器和所述第四压力传感器的信号输出端分别电性连接所述整机控制器的信号输入端。
7.根据权利要求6所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:所述整机控制器中预设有所述负载区间,所述负载区间划分为第一档、第二档、第三档、第四档和第五档;其中,所述第一档对应蓄能器能量回收,所述第二档对应第一液压马达-发电机单元能量回收,所述第三档对应第二液压马达-发电机单元能量回收,所述第四档对应两液压马达-发电机单元联合能量回收,所述第五档对应蓄能器和两液压马达-发电机单元联合能量回收。
8.根据权利要求7所述的基于多液压马达-蓄能器组合电动叉车的能量回收系统,其特征在于:所述第一档为pL≤pmin,pL为所述第一压力传感器采集的数据,pmin为所述液压马达-发电机单元不产生额外损耗的最小负载压力;
所述第二档为pmin≤pL≤pd且蓄电池的SOC<Smax,pd为第二档负载区间的负载最大值,Smax为蓄电池允许的最大电量值;
所述第三档为pd≤pL≤pe且蓄电池的SOC<Smax,pe为第三档负载区间的负载最大值;
所述第四档为pe≤pL≤pr且蓄电池的SOC<Smax,pr为第四档负载区间的负载最大值;
所述第五档为pr≤pL≤pLmax且蓄电池的SOC<Smax,pr为第五档负载区间的负载最大值。
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