CN117545895A - 工程机械及动作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种使用电池及液压动力的工程机械，电子动力部，其包括电池和电动机；液压泵，其由所述电子动力部驱动，并且排出工作油；液压管路，供所述液压泵排出的工作油移动；主控制阀，其设置在所述液压管路上，并控制向需要工作油的行驶装置或各种作业装置中的一个以上供应所述工作油；旁通切断阀，其相较于所述主控制阀设置在下游的所述液压管路上，并开闭所述液压管路；以及控制器，其执行增加所述电子动力部的输出并开放所述旁通切断阀的预热模式动作。

Description

工程机械及动作方法
技术领域
本公开涉及一种使用电池及液压动力的工程机械及其动作方法。
背景技术
工程机械大体上是指在土木施工或建筑施工中使用的所有机械。通常，这种工程机搭载有柴油发动机等发动机，以获得行驶和作业装置的液压驱动动力，利用该发动机的力驱动液压泵，并且利用通过液压泵产生的动力行驶或驱动作业装置。
虽然这样周知的工程机械搭载有诸如柴油发动机的发动机，但作为一种化石燃料的柴油逐渐枯竭，替代能源的必要性日益凸显，不仅如此，由于燃料价格的昂贵和重型装备这一特殊性，尤其燃料消耗量多，因此至今存在着驾驶成本增加的缺点。
为了弥补这种缺点，正积极开展对关于搭载电池的工程机械的研究。搭载电池的工程机械利用由电池(而不是发动机)输出的电能驱动电动机来驱动液压泵。
发明内容
技术问题
使用这样的电池及液压动力的工程机械，在冬季等0℃以下的低温状态下，会发生输出下降的问题。
具体地，在低温状态下，作为能量供应源的电池的输出下降。此外，工作油在低温状态下粘度上升，流动性减弱，从而降低通过液压泵产生的动力的输出。
本公开的目的在于，旨在防止使用电池及液压动力的工程机械的输出在低温状态下降低。
技术方案
作为用于解决前述课题的方案，本发明有具备如下特征的实施例。
实施例的工程机械包括：电子动力部，其包括电池和电动机；液压泵，其由所述电子动力部驱动，并且排出工作油；液压管路，供所述液压泵排出的工作油移动；主控制阀，其设置在所述液压管路上，并控制向需要工作油的行驶装置或各种作业装置中的一个以上供应所述工作油；旁通切断阀，其相较于所述主控制阀设置在下游的所述液压管路上，并开闭所述液压管路；以及控制器，其执行增加所述电子动力部的输出并开放所述旁通切断阀的预热模式动作。
特征在于，当所述电池的温度小于第一基准值时，所述控制器执行所述预热模式动作。
特征在于，在所述预热模式动作中，所述控制器通过根据所述电池的温度条件改变所述电池的放电率来控制所述电池。
特征在于，当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，所述控制器执行所述预热模式动作。
特征在于，当所述工作油的温度小于等于第二基准值时，所述控制器在进行所述预热模式的动作时进一步运行加热装置。
特征在于，当输入先导截止杆的先导截止信号时，所述控制器执行所述预热模式动作。
特征在于，当不输入所述先导截止信号时，所述控制器控制为使所述工程机械生成警报。
根据实施例，一种工程机械的控制方法，所述工程机械包括：电子动力部，其包括电池和电动机；液压泵，其由所述电子动力部驱动，并且排出工作油；液压管路，供所述液压泵排出的工作油移动；主控制阀，其设置在所述液压管路上，并控制向需要工作油的行驶装置或各种作业装置中的一个以上供应所述工作油；旁通切断阀，其相较于所述主控制阀设置在下游的所述液压管路上，并开闭所述液压管路；以及油箱，其储存要供应至所述液压泵的工作油，并回收从所述液压泵排出并沿所述液压管路移动的工作油，所述工程机械的控制方法的特征在于，包括：以增加所述电子动力部的输出并开放所述旁通切断阀的预热模式进行动作的步骤。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤包括：当所述电池的温度小于第一基准值时，以所述预热模式进行动作的步骤。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤还包括：以根据所述电池的温度条件改变所述电池的放电率的方式控制所述电池的步骤。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤包括：当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，以所述预热模式进行动作的步骤。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤包括：当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，在以所述预热模式进行动作时进一步运行加热装置。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤包括：当输入先导截止杆的先导截止信号时，以所述预热模式进行动作的步骤。
特征在于，以所述预热模式进行动作的步骤还包括：当不输入所述先导截止信号时，控制为生成警报的步骤。
发明的效果
本发明能够防止使用电池及液压动力的工程机械的输出在低温状态下下降。
附图说明
图1是实施例的工程机械的结构图。
图2是实施例的电子动力部的框图。
图3是示出控制器的控制方法的顺序图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。在本说明书中，当一个构成要素(或区域、层、部分等)被述及为“在……上”、“与……连接”或“与……结合”时，意指其可能直接与另一构成要素连接/结合，或者也可能在它们之间配置有第三构成要素。
相同的附图标记指代相同的构成要素。此外，在附图中，为了技术内容的有效说明，构成要素的厚度、比例及尺寸被夸张。“和/或”包括相关构件可定义的一个以上的所有组合。
第一、第二等术语可以用于描述多种构成要素，但这些构成要素不被这些术语限制。这些术语仅用作区分一个构成要素与另一构成要素的目的。例如，在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。除非上下文另有明确定义，单数表达包括复数表达。
“下方”、“下侧”、“上方”、“上侧”等术语用于描述图中所示的构件之间的相关关系。这些术语是相对性概念，以图中示出的方向为基准进行说明。
“包括”或“具有”等属于旨在指定说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、器件或这些的组合的存在，应理解为不预先排出一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、构成要素、器件或这些的组合的存在或可附加性。
下面参照图1对本发明的实施例的工程机械进行描述。在本发明的实施例中，作为工程机械，以挖掘机为例进行说明。然而，本发明的实施例不限于此，可以适用于通过液压泵排出的工作油传递动力的所有工程机械。
如图1所示，本发明的实施例的工程机械包括液压泵800、电子动力部200、液压管路610、油箱850、主控制阀500(main control valve，MCV)、旁通切断阀400(bypass cutvalve)、先导截止杆300、以及控制器700。
此外，本发明的实施例的工程机械还可以包括各种作业装置和行驶装置。另外，工程机械可以包括以使得作业者能够操作各种作业装置170和行驶装置160的方式设置于驾驶室内的控制杆、操作杆、以及踏板(pedal0)等操作装置。另外，先导截止杆300可以是操作装置的一种。
电子动力部200包括电池以及电动机以产生动力。电子动力部200向液压泵800供应旋转动力。
液压泵800通过电子动力部200产生的动力动作，并排出工作油。从液压泵800排出的工作油通过液压管路610被供应至包括利用于行驶的行驶电机的行驶装置160、使用于上部旋回体摆动(swing)的摆动电机180、以及利用于各种作业装置170的动臂缸、斗杆缸、铲斗缸以及可选缸等驱动装置。另外，这样的驱动装置由从液压泵800供应的工作油驱动。
此外，在本发明的实施例中，液压泵800可以内置有能够测量斜盘角的角度的角度传感器(未图示)，并且可以由控制器700生成的电信号电子式地控制。此时，角度传感器测量的信息被传递至控制器700。因此，控制器700可以基于角度传感器传递的信息强制调节液压泵800的斜盘角。即，液压泵800可以仅由控制器700生成的电信号强制驱动。
液压管路610移动液压泵800排出的工作油，如前所述，将从液压泵800排出的工作油供应至行驶装置160、摆动电机180、动臂缸、斗杆缸、铲斗缸、以及可选缸等各种作业装置170。
油箱850供应液压泵800要排出的工作油。另外，油箱850回收从液压泵800排出并沿液压管路610移动的工作油。
加热装置860对储存在油箱850中的工作油进行加热并升温。例如，加热装置860可以是设置在油箱850的内部的电热丝。
主控制阀500(main control valve，MCV)设置在液压管路610上并控制向需要液压的行驶装置160、摆动电机180或者各种作业装置170中的一个以上的工作油的供应。即，主控制阀500将液压泵800排出的工作油分配至各种作业装置170、摆动电机180以及行驶装置160，并控制工作油的供应。
具体地，主控制阀500包括多个控制阀芯510。另外，每个控制阀芯510控制对行驶装置160、摆动电机180以及动臂缸、斗杆缸、铲斗缸、以及可选缸等的驱动装置170的工作油的供应。
此外，主控制阀500还可以包括分别连接至控制阀芯510的两端，并接收操作装置的先导信号以使控制阀芯510进行冲程(stroke)的阀芯帽(未图示)。例如，阀芯帽中可以设置有电子比例减压阀(electronic proportional pressure reducing valve，EPPRV)，根据电子比例减压阀的开闭程度，作为工作油的压力传递的先导信号施加于控制阀芯510的压力不同，控制阀芯510通过先导信号施加的压力向两个方向移动。
旁通切断阀400相较于主控制阀500设置在下游的液压管路610上，并且被设置为能够开闭液压管路610。
当旁通切断阀400切换到关闭状态时，阻断从液压泵800排出的工作油沿液压管路610移动并返回到油箱850。具体地，由于实施例的工程机械包括可以电子式地控制的液压泵800，因此旁通切断阀400处于关闭状态时阻断工作油返回，流入维持恒定压力45bar的水平，并且工作油不循环。当旁通切断阀400切换到打开状态时，从液压泵800排出的工作油可以返回到油箱850。
即，当旁通切断阀400处于关闭状态时，即使液压泵800进行动作，沿液压管路610移动的工作油的流量也无法增加。
先导截止杆300设置在工程机械的驾驶舱内部，并且包括相互连接的杆和支架，并接收电源以控制工程机械是否能够进行作业。例如，当先导截止杆300处于第一状态(接通状态)时，可以控制为工程机械不能够进行作业的状态，当先导截止杆300处处于第二状态(关断状态)时，可以控制为工程机械能够进行作业的状态。第一状态可以是杆与地面垂直的状态。第二状态可以是与地面水平的状态。当先导截止杆300处于第一状态时，可以输入先导截止信号；当先导截止杆300处于第二状态时，可以不输入先导截止信号。
控制器700控制电子动力部200和主控制阀500、液压泵800等工程机械的多种构件。另外，控制器700可以包括电子动力部控制装置710及车辆控制装置720中的一个以上。
尤其，在本发明的实施例中，控制器700可以执行增加电子动力部200的驱动输出并开放所述旁通切断阀400的预热模式动作。
图2是实施例的电子动力部的框图。
实施例的电子动力部200包括电池210、逆变器230、电动机250。
电池210由可通过充电再使用的二次电池制成。作为二次电池的的种类，有镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等。二次电池大地由阳极、阴极、电解质、分离膜构成，并且在将化学能转化为电能的过程中发生放电。对于这样的二次电池，在低于0℃的低温状态下，电池210的化学反应减慢，致使电池210的输出特性和SOC下降。
例如，对于锂离子电池，通过锂离子在阳极与阴极之间的电解质移动的电流产生电，温度越低，锂离子的移动的速度越慢。这样一来，锂离子电池的内阻增加，并且电池210的电压下降。此外，液体电解质在0℃以下的低温状态下可能会冻结。
逆变器230将电池210的直流电压转换为驱动电动机所需的三相交流电压，并且控制电动机250的扭矩。
电动机250与液压泵800连接，并向液压泵800传递动力。具体地，电动机250从逆变器230接收交流电压并产生旋转力。另外，液压泵800从电动机250接收旋转力并产生工作油的液压。
控制器700可以基于从传感器100接收的电池210的温度或工作油的温度，使工程机械以预热模式进行动作。控制器700可以在预热模式动作下以增加电子动力部200的输出的方式增加电子动力部200的输出。
图3是示出控制器的控制方法的顺序图。
控制器700可以基于电池210的温度、工作油的温度以及先导截止杆的先导截止信号将工程机械运行为预热模式或常规模式。预热模式是指用于防止工程机械的输出在低温状态下下降的工程机械的驾驶模式。控制器700可以控制为增加电子动力部200的输出并开放旁通切断阀400。
首先，当工程机械被启动时，控制器700检查电池210的温度(S100)。控制器700判断电池210的温度是否小于第一基准值Bth。第一基准值Bth可以是0摄氏度。当判断为电池210的温度小于第一基准值Bth时，控制器700将电子动力部200运行为电池210输出限制模式(S300)。当判断为电池210的温度大于或等于第一基准值Bth时，控制器700判断工作油的温度是否大于第二基准值Oth(S200)。
控制器700可以检查工作油的温度。控制器700判断工作油的温度是否大于第二基准值Oth。第二基准值Oth可以是40摄氏度。工作油的粘度根据温度而不同，当40摄氏度以下时，工作油的粘度较高，可能会导致驱动装置的响应性出现问题。即，即使液压泵排出的工作油的量等同，由于工作油的温度所对应的粘度差异，也会导致驱动装置的响应性出现偏差，并引发不规则振荡问题。当判断为工作油的温度小于或等于第二基准值Oth时，控制器700将电子动力部200运行为电池输出限制模式(S300)。当判断为电池210的温度大于或等于第一基准值Bth时，控制器700判断工作油的温度是否大于第二基准值Oth(S200)。
另一方面，当判断为工作油的温度小于或等于第二基准值Oth时，控制器700可以进一步运行加热装置860以运行预热模式。加热装置860可以是设置在油箱850的内部的电热丝，控制器可以启动加热装置860来对储存在油箱850中的工作油进行加热而升温。
在电池输出限制模式S300中，控制器700可以通过基于电池210的温度及工作油的温度限制电池210的输出来控制电动机250的输出。具体地，为了提升低于第一基准值Bth的状态的电池210的温度，控制器700可以提高电池210的放电量。电池210具有几十mΩ的内阻，当开始放电时，根据焦耳定律，与放电率(C-rate)的平方成比例地发生自发热。因此，可以提升电池210的温度。控制器700可以根据电池210的温度条件改变电池210的输出。例如，控制器700可以如下面的[表1]所示根据电池210的温度条件改变电池210的最大放电率(Max.C-rate)。电池210的各温度的电池210的输出量的上限值可以被创建成查找(lookup)表，并包括在电池管理系统(BMS)的内部逻辑中。
【表1】
电池温度(℃) 最大放电率(C)
-30～-20 0.2
-20～-5 0.3
-5以上 0.4
控制器700可以通过电池210中存储的电荷放电到外部负载来对电池210进行放电。控制器700可以通过增加从电池210接收电能的电动机250的扭矩或电动机250的rpm(转速)来提升电池210的放电量。此外，当电动机250的扭矩或电动机250的rpm上升时，由从电动机250接收旋转力的液压泵800生成的工作油的液压会增大。当工作油的液压增大时，液压管路内的工作油的旋转加快，并且由于液压管路内的摩擦，工作油的温度上升。此时，控制器700可以控制为增加电子动力部200的输出，并开放旁通切断阀400。
接下来，控制器700判断是否输入先导截止杆300的先导截止信号(S400)。先导截止杆300通常设置在驾驶舱内部，并且控制工程机械是否能够进行进行作业，当先导截止杆300处于第一状态(接通状态)时，输入先导截止信号；当先导截止杆300处于第二状态(关断状态)时，可以不输入先导截止信号。当先导截止信号被输入至控制器700时，由于先导截止杆300处于第一状态(接通状态)，因此可以说是不能够进行工程机械的作业的状态。当先导截止杆300处于第一状态(接通状态)时，即使液压泵800生成的液压升高，由于工程机械的行驶装置160、摆动电机180、动臂缸、斗杆缸、铲斗缸以及可选缸等各种作业装置170不进行动作，因此确保安全。
在电池输出限制模式(S300)下，当确认到先导截止信号(S400)时，控制器700将工程机械运行为预热模式。
当不输入先导截止信号时，控制器700判断为导截止杆300能够进行工程机械的作业的第二状态(关断状态)，并控制工程机械产生警报(S500)。例如，控制器700可以通过工程设备的仪表板向驾驶员发出将先导截止杆300操作为第一状态(接通状态)的警报。此外，控制器700可以通过蜂鸣器警告声或语音向驾驶员发出将先导截止杆300操作为第一状态(接通状态)的警报。
控制器700可以在预热模式下检查电池210的温度(S100)。控制器700可以在随后的动作中基于电池210的温度、工作油的温度以及先导截止信号将工程机械转换为常规模式来运行，或者维持常规模式。
上述实施例在所有方面都应被理解为时示例性的而非限定性的。本发明的范围由后面描述的权利要求书(而不是上面的详细描述)来体现，并且从权利要求书的意义、范围及其等同概念导出的所有变更或变形的形态应被解释为落入本发明的权利要求书中。

Claims (14)

1.一种工程机械，其特征在于，包括：
电子动力部，其包括电池和电动机；
液压泵，其由所述电子动力部驱动，并且排出工作油；
液压管路，供所述液压泵排出的工作油移动；
主控制阀，其设置在所述液压管路上，并控制向需要工作油的行驶装置或各种作业装置中的一个以上供应所述工作油；
旁通切断阀，其相较于所述主控制阀设置在下游的所述液压管路上，并开闭所述液压管路；以及
控制器，其执行增加所述电子动力部的输出并开放所述旁通切断阀的预热模式动作。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
当所述电池的温度小于第一基准值时，所述控制器执行所述预热模式动作。
3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，
在所述预热模式动作中，所述控制器通过根据所述电池的温度条件改变所述电池的放电率来控制所述电池。
4.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，所述控制器执行所述预热模式动作。
5.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于，
当所述工作油的温度小于等于第二基准值时，所述控制器在进行所述预热模式的动作时进一步运行加热装置。
6.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
当输入先导截止杆的先导截止信号时，所述控制器执行所述预热模式动作。
7.根据权利要求6所述的工程机械，其特征在于，
当不输入所述先导截止信号时，所述控制器控制为使所述工程机械生成警报。
8.一种工程机械的控制方法，所述工程机械包括：电子动力部，其包括电池和电动机；液压泵，其由所述电子动力部驱动，并且排出工作油；液压管路，供所述液压泵排出的工作油移动；主控制阀，其设置在所述液压管路上，并控制向需要工作油的行驶装置或各种作业装置中的一个以上供应所述工作油；旁通切断阀，其相较于所述主控制阀设置在下游的所述液压管路上，并开闭所述液压管路；以及油箱，其储存要供应至所述液压泵的工作油，并回收从所述液压泵排出并沿所述液压管路移动的工作油，所述工程机械的控制方法的特征在于，包括：
以增加所述电子动力部的输出并开放所述旁通切断阀的预热模式进行动作的步骤。
9.根据权利要求8所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤包括：
当所述电池的温度小于第一基准值时，以所述预热模式进行动作的步骤。
10.根据权利要求9所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤还包括：
以根据所述电池的温度条件改变所述电池的放电率的方式控制所述电池的步骤。
11.根据权利要求8所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤包括：
当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，以所述预热模式进行动作的步骤。
12.根据权利要求8所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤包括：
当所述工作油的温度小于或等于第二基准值时，在以所述预热模式进行动作时进一步运行加热装置。
13.根据权利要求8所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤包括：
当输入先导截止杆的先导截止信号时，以所述预热模式进行动作的步骤。
14.根据权利要求13所述的工程机械的控制方法，其特征在于，
以所述预热模式进行动作的步骤还包括：
当不输入所述先导截止信号时，控制为生成警报的步骤。
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