CN113879097B - 一种多模式电液混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式电液混合动力系统。蓄电池组通过电机控制器与电机电连接，电机的输出轴与分流齿轮箱的输入轴同轴连接，分流齿轮箱的第一输出轴与第一液压泵马达的输入轴同轴连接，分流齿轮箱的第二输出轴通过主离合器与汇流齿轮箱的第二输入轴同轴连接，汇流齿轮箱的第一输入轴与第二液压泵马达的输出轴同轴连接，汇流齿轮箱的输出轴与主减速器的输入轴同轴连接，第一液压泵马达、第二液压泵马达、液压蓄能器和液压油箱之间的液压回路为有阀回路或者无阀回路。本发明可工作在四种模式下，电机输出动力可通过机械传动或液压传动驱动负载，降低了电机的装机功率、避免了大电流充放对蓄电池的负面影响，提高了工程机械的动力性能。

Description

一种多模式电液混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种电液混合动力系统，尤其是涉及一种多模式电液混合动力系统。

背景技术

减少化石燃料使用和发展新能源技术是实现我国碳达峰与碳中和战略的主要技术途径。工程机械作为非道路交通中的主要排放源之一，也有电动化的趋势。纯电动工程机械在能量转化效率、排放、噪声等方面较传统柴油发动机驱动的工程机械有明显优势，但在动力性能上受到电驱动功率密度不高的限制。工程机械工况中常有较剧烈的功率需求波动，对动力系统的功率要求较高，静液压传动由于其功率密度高、结构简单便于布置等优点，在工程机械中得到了广泛应用。而在电动化工程机械上，为了满足峰值功率的需求，将需要根据峰值功率大小配置电机，导致大多数时候电机运行在相对低功率区域，造成了设备利用率不高和运行工作点在低效区等问题。另外在急加速等发生峰值功率的工况下，电机的瞬时大电流对蓄电池的实时容量和充放寿命等都有较大的负面影响。

发明内容

针对技术中的上述问题，本发明提出了一种多模式电液混合动力系统，将能量密度高的电驱动系统和功率密度高的液压驱动系统结合到一起，构成电液混合动力系统，充分发挥各自的优势，电系统可工作在串联模式、并联模式或纯电动模式，系统由电驱动系统提供平均功率，液压驱动系统提供峰值功率，使系统具有较高能量转化效率的同时，又拥有较强的动力性能，提高了工程机械的综合性能。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括蓄电池组、电机控制器、电机、分流齿轮箱、汇流齿轮箱、主减速器、第一液压泵马达、第二液压泵马达、液压蓄能器、液压油箱、主离合器和三位四通液压阀；

蓄电池组通过电机控制器与电机电连接，分流齿轮箱、汇流齿轮箱都是由两个齿轮啮合组成，电机的输出轴与分流齿轮箱的输入轴同轴连接，分流齿轮箱的第一输出轴与第一液压泵马达的输入轴同轴连接，分流齿轮箱的第二输出轴与主离合器的输入轴同轴连接，主离合器的输出轴与汇流齿轮箱的第二输入轴同轴连接，汇流齿轮箱的第一输入轴与第二液压泵马达的输出轴同轴连接，汇流齿轮箱的输出轴与主减速器的输入轴同轴连接，第一液压泵马达、第二液压泵马达、液压蓄能器和液压油箱之间的液压回路为有阀回路或者无阀回路。

当所述液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达的高压进出油口、低压进出油口分别与三位四通液压阀的端口A、B连通，第二液压泵马达的高压进出油口、液压蓄能器的进出油口和三位四通液压阀的进油口P三者相互连通，第二液压泵马达的低压进出油口、液压油箱和三位四通液压阀的出油口T三者相互连通；

当所述液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达的高压进出油口与第二液压泵马达的高压进出油口、液压蓄能器的进出油口三者相互连通，第一液压泵马达的低压进出油口、第二液压泵马达的低压进出油口和液压油箱三者相互连通。

所述混合动力系统主要由电驱动系统和液压驱动系统组成，由所述蓄电池组、电机控制器和电机构成混合动力系统的电驱动系统，电驱动系统提供混合动力系统的平均功率；由所述第一液压泵马达、第二液压泵马达、液压蓄能器和液压油箱构成混合动力系统的液压驱动系统，液压驱动系统提供混合动力系统的峰值功率。

所述混合动力系统工作在以下四个模式中：

A.串联模式：电机输出的动力全部通过液压传动传递，电机的动力经过分流齿轮箱、第一液压泵马达后与液压蓄能器的动力在液压回路中耦合后再经过第二液压泵马达、汇流齿轮箱共同驱动主减速器；

B.并联模式：电机输出的动力通过机械传动传递，电机的动力经过分流齿轮箱和主离合器后到达汇流齿轮箱；液压蓄能器的动力通过液压传动传递，液压蓄能器的动力经过第二液压泵马达后在汇流齿轮箱与电机的动力耦合后共同驱动主减速器；

C.纯电动模式：电机输出的动力全部通过机械传动传递，电机的动力经过分流齿轮箱、主离合器和汇流齿轮箱后驱动主减速器；液压蓄能器不输出动力；

D.纯液压模式：液压蓄能器的动力经过第二液压泵马达和汇流齿轮箱后驱动主减速器；电机不输出动力。

当所述液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达是定排量式液压泵马达；当所述液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达是变排量式液压泵马达；第一液压泵马达是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合；

所述第二液压泵马达是变排量式液压泵马达；所述第二液压泵马达是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合。

当所述液压回路为有阀回路时，混合动力系统工作在串联模式下，主离合器11断开，第一液压泵马达7的排量比根据工况进行调节，第二液压泵马达8的排量比不为零；

工作在并联模式下，主离合器11接合，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比不为零；

工作在纯电动模式下，主离合器11接合，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比为零；

工作在纯液压模式下，主离合器11断开，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节。

当所述液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达7为定排量式液压泵马达；混合动力系统工作在串联模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12一侧的电磁铁通电，使得端口A与进油口P连通，端口B与出油口T连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在并联模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12另一侧的电磁铁通电，使得端口A与出油口T连通，端口B与进油口P连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在纯电动模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比为零；

工作在纯液压模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比不为零。

所述蓄电池组是化学电池、燃料电池或超级电容中的一种，或是两种以上的组合；

所述电机是永磁同步电机、异步电机、开关磁阻电机或是直流电机；

所述液压蓄能器是两个以上液压蓄能器的组合，或是单个的液压蓄能器。

所述分流齿轮箱和汇流齿轮箱均是啮合齿轮对。

所述分流齿轮箱的第一输出轴与第一液压泵马达的输入轴之间、汇流齿轮箱的第一输入轴与第二液压泵马达的输出轴之间直接同轴连接或经过离合器同轴连接。

液压蓄能器提供短时间的大功率充放，电机提供长时间的平均功率，串联模式下，二者的功率通过液压回路耦合在一起；并联模式下，液压蓄能器中的高压液压油通过液压泵马达转化为机械能，经汇流齿轮箱与电机的机械能耦合，共同驱动负载。由于增加了高压液压蓄能器作为辅助动力源，在急加速等大功率需求情况下，利用高功率密度的高压液压蓄能器提供短时间的大功率辅助，提高了工程机械动力性能，减轻了电机的功率负担，避免大电流对蓄电池造成冲击；在匀速情况下，功率需求不大，通过接近额定功率运行的电机提供所需能量；在减速情况下，制动能量可全部或部分回收转换为高压液压油储存到高压液压蓄能器中，避免了通过电机制动时产生大电流对蓄电池产生冲击和产生发热。

本发明的有益效果是：

将能量密度高的电驱动系统和功率密度高的液压驱动系统结合到一起，构成多模式电液混合动力系统，系统可工作在串联模式、并联模式或纯电动模式，电机输出动力可通过机械传动或液压传动驱动负载。在工况中，由电驱动系统提供平均功率，液压驱动系统提供峰值功率。根据平均功率大小选择电机，降低了电机装机功率，减小了电机体积重量，解决了电机设备利用率不高和运行工作点常在低效区等问题；另外解决了在急加速等工况下，电机的瞬时大电流对蓄电池的实时容量和充放寿命有较大负面影响的问题；由于液压驱动的高功率特性，在起动加速等工况中，可以获得比纯电驱动更好的加速动力性能。使系统具有较高能量转化效率的同时，又拥有较强的动力性能，提高了工程机械的综合性能。

附图说明

图1是多模式电液混合动力的系统原理图。

图2是本发明用于轮式装载机轮式驱动的系统原理图。

图3是本发明用于电动矿用卡车轮式驱动的系统原理图。

图4是本发明用于挖掘机回转驱动的系统原理图。

图5是本发明用于电动叉车行走驱动的系统原理图。

图中：1、蓄电池组，2、电机控制器，3、电机，4、分流齿轮箱，5、汇流齿轮箱，6、主减速器，7、第一液压泵马达，8、第二液压泵马达，9、液压蓄能器，10、液压油箱，11、主离合器，12、三位四通液压阀，13、车轮，14、回转机构。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括蓄电池组1、电机控制器2、电机3、分流齿轮箱4、汇流齿轮箱5、主减速器6、第一液压泵马达7、第二液压泵马达8、液压蓄能器9、液压油箱10、主离合器11和三位四通液压阀12；

蓄电池组1通过电机控制器2与电机3电连接，分流齿轮箱4、汇流齿轮箱5都是由两个齿轮啮合组成，电机3的输出轴与分流齿轮箱4的输入轴同轴连接，分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴同轴连接，分流齿轮箱4的第二输出轴与主离合器11的输入轴同轴连接，主离合器11的输出轴与汇流齿轮箱5的第二输入轴同轴连接，汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴同轴连接，汇流齿轮箱5的输出轴与主减速器6的输入轴同轴连接，第一液压泵马达7、第二液压泵马达8、液压蓄能器9和液压油箱10之间的液压回路为有阀回路或者无阀回路。

当液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达7的高压进出油口、低压进出油口分别与三位四通液压阀12的端口A、B连通，第二液压泵马达8的高压进出油口、液压蓄能器9的进出油口和三位四通液压阀12的进油口P三者相互连通，第二液压泵马达8的低压进出油口、液压油箱10和三位四通液压阀12的出油口T三者相互连通；

当液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达7的高压进出油口与第二液压泵马达8的高压进出油口、液压蓄能器9的进出油口三者相互连通，第一液压泵马达7的低压进出油口、第二液压泵马达8的低压进出油口和液压油箱10三者相互连通。

混合动力系统主要由电驱动系统和液压驱动系统组成，由蓄电池组1、电机控制器2和电机3构成混合动力系统的电驱动系统，电驱动系统提供混合动力系统的平均功率；由第一液压泵马达7、第二液压泵马达8、液压蓄能器9和液压油箱10构成混合动力系统的液压驱动系统，液压驱动系统提供混合动力系统的峰值功率。

混合动力系统工作在以下四个模式中：

A.串联模式：电机3输出的动力全部通过液压传动传递，电机3的动力经过分流齿轮箱4、第一液压泵马达7后与液压蓄能器9的动力在液压回路中耦合后再经过第二液压泵马达8、汇流齿轮箱5共同驱动主减速器6；

B.并联模式：电机3输出的动力通过机械传动传递，电机3的动力经过分流齿轮箱4和主离合器11后到达汇流齿轮箱5；液压蓄能器9的动力通过液压传动传递，液压蓄能器9的动力经过第二液压泵马达8后在汇流齿轮箱5与电机3的动力耦合后共同驱动主减速器6；

C.纯电动模式：电机3输出的动力全部通过机械传动传递，电机3的动力经过分流齿轮箱4、主离合器11和汇流齿轮箱5后驱动主减速器6；液压蓄能器9不输出动力；

D.纯液压模式：液压蓄能器9的动力经过第二液压泵马达8和汇流齿轮箱5后驱动主减速器6；电机3不输出动力。

当液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达7是定排量式液压泵马达；当液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达7是变排量式液压泵马达；第一液压泵马达7是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合；

第二液压泵马达8是变排量式液压泵马达；第二液压泵马达8是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合。

蓄电池组1是化学电池、燃料电池或超级电容中的一种，或是两种以上的组合。

电机3是永磁同步电机、异步电机、开关磁阻电机或是直流电机。

液压蓄能器9是两个以上液压蓄能器的组合，或是单个的液压蓄能器。

分流齿轮箱4和汇流齿轮箱5均是啮合齿轮对。

分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴之间、汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴之间直接同轴连接或经过离合器同轴连接。

当液压回路为有阀回路时，混合动力系统工作在串联模式下，主离合器11断开，第一液压泵马达7的排量比根据工况进行调节，第二液压泵马达8的排量比不为零；

工作在并联模式下，主离合器11接合，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比不为零；

工作在纯电动模式下，主离合器11接合，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比为零；

工作在纯液压模式下，主离合器11断开，第一液压泵马达7的排量比零，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节。

当液压回路为无阀回路时，第一液压泵马达7为定排量式液压泵马达，混合动力系统工作在串联模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12一侧的电磁铁通电，使得端口A与进油口P连通，端口B与出油口T连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在并联模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12另一侧的电磁铁通电，使得端口A与出油口T连通，端口B与进油口P连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在纯电动模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比为零；

工作在纯液压模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比不为零。

本发明将能量密度高的电驱动系统和功率密度高的液压驱动系统结合到一起，构成电液混合动力系统，由电驱动系统提供平均功率，液压驱动系统提供峰值功率。选择电机额定功率大小时，根据工程机械适用的工况，估计峰值功率与一个工况周期内的平均功率大小，选择电机时略高于平均功率而远小于峰值功率。在运行中，高压液压蓄能器的压力范围通过能量管理策略进行规划，一方面要使电机能长时间工作在高效区，另一方面要保证在加速等需要液压辅助动力的工况下蓄能器储存的能量足够，而在减速时储存能量较少，有足够空闲容量回收制动能量。

本发明的实施例及其实施工作过程如下：

实施例1

图2是本发明用于轮式装载机行走驱动的系统原理图。第一液压泵马达7和第二液压泵马达8均是变排量式液压泵马达，分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴之间、汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴之间直接同轴连接，液压回路为无阀回路，主减速器6与轮式装载机的车轮13同轴连接。

轮式装载机是一种广泛应用的工程机械，将本发明应用在轮式装载机的轮式驱动上。由于轮式装载机惯性较大，在加减速时的转矩较大，高功率密度的液压蓄能器可以通过能量充放，在急加速等大转矩需求情况下，通过液压马达提供大转矩，提高工程机械动力性能，减轻电机的功率负担，避免大电流对蓄电池造成冲击；在匀速情况下，功率需求不大，通过接近额定功率运行的电机提供所需能量；在减速情况下，制动能量可全部或部分回收转换为高压液压油储存到高压液压蓄能器中，避免了通过电机制动时产生大电流对蓄电池产生冲击和产生发热。

系统的具体工作过程是：

在起步加速或减速制动时，车速较低，为了避开电机的低转速低效区，系统工作在串联模式下，主离合器11断开，电机3驱动第一液压泵马达7输出高压液压油，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量比可以实现电机3的无级变速，通过控制第二液压泵马达8的排量可以控制其输出的转矩大小。在加速时电机3通过液压传动提供部分需求功率，液压蓄能器9提供短时间的大功率，共同驱动第二液压泵马达8，进而经过汇流齿轮箱5驱动主减速器6和车轮13；在减速时，主要通过液压蓄能器9回收制动能量，第一液压泵马达7的排量为零排量，第二液压泵马达8的排量为负排量，作为液压泵工作，输出高压液压油进入液压蓄能器9。

在速度较高时，系统工作在并联模式，主离合器11接合，电机3通过机械传动直接驱动主减速器6，第一液压泵马达7的排量为零排量，转矩为零，通过控制第二液压泵马达8的排量正负和大小控制辅助加减速转矩大小，电机3可以工作在高效区，电机3的输出转矩与驱动车辆所需的驱动转矩不匹配部分由第二液压泵马达8的辅助转矩补足或吸收。

在轻载匀速情况下，系统可以工作在纯电动模式，此时主离合器11接合，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量为零排量，车速由电机3转速决定。

在需要短距离移动微调位置时，系统可以工作在纯液压模式，此时主离合器11断开，通过控制第二液压泵马达8的排量控制车速。

实施例2

图3是本发明用于电动矿用卡车轮式驱动时的系统原理图。第一液压泵马达7和第二液压泵马达8是变排量式液压泵马达，分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴之间、汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴之间经过离合器同轴连接，液压回路为无阀回路，主减速器6与电动矿用卡车的车轮13同轴连接。

由于矿用卡车装载重量较大，在加减速时的转矩较大，在加速或长距离上坡等工况下，由液压蓄能器提供辅助动力，电机在额定功率以下工作，一方面避免电机的瞬时大电流对蓄电池的实时容量和充放寿命有较大负面影响的问题；另一方面由于液压驱动的高功率特性，在起动加速等工况中，获得比纯电驱动更好的加速动力性能。在制动或下坡时，通过液压系统提供刹车转矩，可以避免电机长时间工作在大转矩大电流条件下，产生大量热量且对电机、蓄电池等元件寿命造成负面影响。

系统的具体工作过程是：

在起步加速或减速制动时，车速较低，为了避开电机的低转速低效区，系统工作在串联模式下，主离合器11断开，分流齿轮箱4和汇流齿轮箱5的离合器分别接合，电机3驱动第一液压泵马达7输出高压液压油，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量比可以实现电机3的无级变速，通过控制第二液压泵马达8的排量可以控制其输出的转矩大小。在加速时电机3通过液压传动提供部分需求功率，液压蓄能器9提供短时间的大功率，共同驱动第二液压泵马达8，进而经过汇流齿轮箱5驱动主减速器6和车轮13；在减速时，主要通过液压蓄能器9回收制动能量，第一液压泵马达7的排量为零排量，第二液压泵马达8的排量为负排量，作为液压泵工作，输出高压液压油进入液压蓄能器9。

在速度较高时，系统工作在并联模式，主离合器11接合，分流齿轮箱4的离合器断开，汇流齿轮箱5的离合器接合，电机3通过机械传动直接驱动主减速器6，第一液压泵马达7的排量为零排量，转矩为零，通过控制第二液压泵马达8的排量正负和大小控制辅助加减速转矩大小，电机3可以工作在高效区，电机3的输出转矩与驱动车辆所需的驱动转矩不匹配部分由第二液压泵马达8的辅助转矩补足或吸收。

在轻载匀速情况下，系统可以工作在纯电动模式，此时主离合器11接合，分流齿轮箱4和汇流齿轮箱5的离合器分别断开，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量为零排量，车速由电机3转速决定。

在需要短距离移动微调位置时，系统可以工作在纯液压模式，此时主离合器11断开，通过控制第二液压泵马达8的排量控制车速。

实施例3

图4是本发明用于挖掘机回转驱动时的系统原理图。第一液压泵马达7和第二液压泵马达8是变排量式液压泵马达，分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴之间、汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴之间经过离合器同轴连接，液压回路为无阀回路，主减速器6与电动挖掘机的回转机构14同轴连接。

挖掘机在上车体回转过程要不断的加速和减速制动，由于回转距离有限，基本不存在匀速工况，由于上车质量较大，要求具有大的启动扭矩和制动转矩。回转运动典型工况是加速-减速，在减速时，制动能量可全部或部分回收转换为高压液压油储存到高压液压蓄能器中，避免了电机制动大电流对蓄电池产生冲击和发热；在加速时，液压蓄能器利用回收的制动能量，通过液压马达提供大转矩，提高了能量利用率和动力性能。

液压蓄能器9蓄能状态较低时，为了便于电机3为液压蓄能器9充能，系统工作在串联模式下，主离合器11断开，分流齿轮箱4和汇流齿轮箱5的离合器分别接合，电机3驱动第一液压泵马达7输出高压液压油，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量比可以实现电机3的无级变速，通过控制第二液压泵马达8的排量可以控制其输出的转矩大小。在加速时电机3通过液压传动提供部分需求功率，液压蓄能器9提供短时间的大功率，共同驱动第二液压泵马达8，进而经过汇流齿轮箱5驱动主减速器6和回转机构14；在减速时，主要通过液压蓄能器9回收制动能量，第一液压泵马达7的排量为零排量，第二液压泵马达8的排量为负排量，作为液压泵工作，输出高压液压油进入液压蓄能器9。

在液压蓄能器9蓄能状态较高时，系统工作在并联模式，主离合器11接合，分流齿轮箱4的离合器断开，汇流齿轮箱5的离合器接合，电机3通过机械传动直接驱动主减速器6，第一液压泵马达7的排量为零排量，转矩为零，通过控制第二液压泵马达8的排量正负和大小控制辅助加减速转矩大小，电机3可以工作在高效区，电机3的输出转矩与驱动车辆所需的驱动转矩不匹配部分由第二液压泵马达8的辅助转矩补足或吸收。

在轻载匀速情况下，系统可以工作在纯电动模式，此时主离合器11接合，分流齿轮箱4和汇流齿轮箱5的离合器分别断开，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量为零排量，回转速度由电机3转速决定。

在需要短距离回转微调位置时，系统可以工作在纯液压模式，此时主离合器11断开，汇流齿轮箱5的离合器接合，通过控制第二液压泵马达8的排量控制回转速度。

实施例4

图5是本发明用于电动叉车行走驱动的系统原理图。第一液压泵马达7是定排量式液压泵马达，第二液压泵马达8是变排量式液压泵马达，分流齿轮箱4的第一输出轴与第一液压泵马达7的输入轴之间、汇流齿轮箱5的第一输入轴与第二液压泵马达8的输出轴之间直接同轴连接，液压回路为有阀回路，主减速器6与电动叉车的车轮13同轴连接。叉车是一种广泛应用的工程机械，电动叉车在室内、港口等应用有一定优势。

在起步加速或减速制动时，车速较低，为了避开电机的低转速低效区，系统工作在串联模式下，主离合器11断开，需要转矩较小时，三位四通液压阀12切换到左位，使得端口A与进油口P连通，端口B与出油口T连通，电机3驱动第一液压泵马达7输出高压液压油，驱动第二液压泵马达8或进入液压蓄能器9，通过控制第二液压泵马达8的排量可以控制其输出的转矩大小。在加速时电机3通过液压传动提供部分需求功率，液压蓄能器9提供短时间的大功率，共同驱动第二液压泵马达8，进而经过汇流齿轮箱5驱动主减速器6和车轮13；在减速时，主要通过液压蓄能器9回收制动能量，三位四通液压阀12切换到中位，第二液压泵马达8的排量为负排量，作为液压泵工作，输出高压液压油进入液压蓄能器9。

在速度较高时，系统工作在并联模式，主离合器11接合，三位四通液压阀12切换到中位，电机3通过机械传动直接驱动主减速器6，第一液压泵马达7的转矩为零，通过控制第二液压泵马达8的排量正负和大小控制辅助加减速转矩大小，电机3可以工作在高效区，电机3的输出转矩与驱动车辆所需的驱动转矩不匹配部分由第二液压泵马达8的辅助转矩补足或吸收。三位四通液压阀12切换到右位，使得端口A与出油口T连通，端口B与进油口P连通，液压泵马达9输出高压液压油同时驱动第一液压泵马达7和第二液压泵马达8输出辅助转矩，通过控制第二液压泵马达8的排量大小可以在一定范围内控制其输出的转矩大小。

在轻载匀速情况下，系统可以工作在纯电动模式，12为中位，此时主离合器11接合，通过控制第一液压泵马达7和第二液压泵马达8的排量为零排量，车速由电机3转速决定。

在需要短距离移动微调位置时，系统可以工作在纯液压模式，此时主离合器11断开，通过控制第二液压泵马达8的排量控制车速。

Claims (6)

1.一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：包括蓄电池组（1）、电机控制器（2）、电机（3）、分流齿轮箱（4）、汇流齿轮箱（5）、主减速器（6）、第一液压泵马达（7）、第二液压泵马达（8）、液压蓄能器（9）、液压油箱（10）、主离合器（11）和三位四通液压阀（12）；

蓄电池组（1）通过电机控制器（2）与电机（3）电连接，电机（3）的输出轴与分流齿轮箱（4）的输入轴同轴连接，分流齿轮箱（4）的第一输出轴与第一液压泵马达（7）的输入轴同轴连接，分流齿轮箱（4）的第二输出轴与主离合器（11）的输入轴同轴连接，主离合器（11）的输出轴与汇流齿轮箱（5）的第二输入轴同轴连接，汇流齿轮箱（5）的第一输入轴与第二液压泵马达（8）的输出轴同轴连接，汇流齿轮箱（5）的输出轴与主减速器（6）的输入轴同轴连接，第一液压泵马达（7）、第二液压泵马达（8）、液压蓄能器（9）和液压油箱（10）之间的液压回路为有阀回路；

当所述液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达（7）的高压进出油口、低压进出油口分别与三位四通液压阀（12）的端口A、B连通，第二液压泵马达（8）的高压进出油口、液压蓄能器（9）的进出油口和三位四通液压阀（12）的进油口P三者相互连通，第二液压泵马达（8）的低压进出油口、液压油箱（10）和三位四通液压阀（12）的出油口T三者相互连通；

所述混合动力系统主要由电驱动系统和液压驱动系统组成，由所述蓄电池组（1）、电机控制器（2）和电机（3）构成混合动力系统的电驱动系统，电驱动系统提供混合动力系统的平均功率；由所述第一液压泵马达（7）、第二液压泵马达（8）、液压蓄能器（9）和液压油箱（10）构成混合动力系统的液压驱动系统，液压驱动系统提供混合动力系统的峰值功率；

所述混合动力系统工作在以下四个模式中：

A.串联模式：电机（3）输出的动力全部通过液压传动传递，电机（3）的动力经过分流齿轮箱（4）、第一液压泵马达（7）后与液压蓄能器（9）的动力在液压回路中耦合后再经过第二液压泵马达（8）、汇流齿轮箱（5）共同驱动主减速器（6）；

B.并联模式：电机（3）输出的动力通过机械传动传递，电机（3）的动力经过分流齿轮箱（4）和主离合器（11）后到达汇流齿轮箱（5）；液压蓄能器（9）的动力通过液压传动传递，液压蓄能器（9）的动力经过第二液压泵马达（8）后在汇流齿轮箱（5）与电机（3）的动力耦合后共同驱动主减速器（6）；

C.纯电动模式：电机（3）输出的动力全部通过机械传动传递，电机（3）的动力经过分流齿轮箱（4）、主离合器（11）和汇流齿轮箱（5）后驱动主减速器（6）；液压蓄能器（9）不输出动力；

D.纯液压模式：液压蓄能器（9）的动力经过第二液压泵马达（8）和汇流齿轮箱（5）后驱动主减速器（6）；电机（3）不输出动力。

2.根据权利要求1所述的一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：当所述液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达（7）是定排量式液压泵马达；第一液压泵马达（7）是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合；

所述第二液压泵马达（8）是变排量式液压泵马达；所述第二液压泵马达（8）是单个液压泵马达，或是两个以上液压泵马达的组合。

3.根据权利要求1所述的一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：当所述液压回路为有阀回路时，第一液压泵马达7为定排量式液压泵马达；混合动力系统工作在串联模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12一侧的电磁铁通电，使得端口A与进油口P连通，端口B与出油口T连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在并联模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，或者三位四通液压阀12另一侧的电磁铁通电，使得端口A与出油口T连通，端口B与进油口P连通，第二液压泵马达8的排量比根据工况进行调节；

工作在纯电动模式下，主离合器11接合，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比为零；

工作在纯液压模式下，主离合器11断开，三位四通液压阀12两侧的电磁阀均不通电，第二液压泵马达8的排量比不为零。

4.根据权利要求1所述的一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：

所述蓄电池组（1）是化学电池、燃料电池或超级电容中的一种，或是两种以上的组合；

所述电机（3）是永磁同步电机、异步电机、开关磁阻电机或是直流电机；

所述液压蓄能器（9）是两个以上液压蓄能器的组合，或是单个的液压蓄能器。

5.根据权利要求1所述的一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：所述分流齿轮箱（4）和汇流齿轮箱（5）均是啮合齿轮对。

6.根据权利要求1所述的一种多模式电液混合动力系统，其特征在于：所述分流齿轮箱（4）的第一输出轴与第一液压泵马达（7）的输入轴之间、汇流齿轮箱（5）的第一输入轴与第二液压泵马达（8）的输出轴之间直接同轴连接或经过离合器同轴连接。

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