CN1835378A - 一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，该系统包括蓄电池，控制装置，电机，液压泵，液压马达，安全阀，补油装置，控制手柄；电机驱动液压泵，液压泵与液压马达组成闭式容积调速回路。该控制系统除了实现行走机构的驱动控制无级调速外，在电动叉车减速制动和下坡限速时，控制装置使电机工作于再生制动模式，通过DC/DC变化器升压电路对制动能量进行回收，并存储在蓄电池中，实现对蓄电池的短时充电。一方面节省能源，提高电动叉车的作业效率；另一方面由于电机的制动力矩作用，减少机械制动磨损，降低刹车噪声。该系统可以应用于其它液压系统泵－马达容积调速能量回收控制，能够极大减少液压系统节流损失，具有极大的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于电动叉车行走装置控制领域，尤其涉及一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，该系统能够回收控制电动叉车制动过程的叉车制动能量和电动叉车下坡限速时的叉车势能。
背景技术
近年来，随着世界范围内工业技术的发展，能源短缺和环境污染问题日益严重，电动叉车这一集电子技术和液压技术于一体的产品日新月异。当前国内电动叉车的生产和销售每年以20％发展速度递增，加上对原有叉车保有量的改造，这个市场是宽广的。目前大多市售叉车的行走装置多是电机—机械驱动的，结构复杂，占用空间大。国内外新型电动叉车应用新型的电气元件的装备提升了电动叉车的档次，提高了整车性能，使得电动叉车朝着高起升、高速度、高爬坡性能、高安全方向发展。目前全液压电动叉车的市场份额不断上升。其驱动系统多采用电机—液压系统执行方案，行驶驱动速度调节多采用节流调速方式，结果造成系统运行效率低，能量损失大，电机的功率不能充分利用。电动叉车减速制动和下坡限速时的能量均转化为制动器的磨损热能散失掉，即浪费能源，又容易引起刹车片磨损以及刹车噪声。电动叉车的节能问题已成为一个重点研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明在于提供一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统。该控制系统不仅能实现电动叉车的无级调速，提高系统的运行效率。更重要的是，当叉车制动减速和下坡限速时，控制装置使电机工作于再生制动模式，并把再生制动所产生的电能回馈到蓄电池中，实现蓄电池的短时充电，同时利用电机的制动力矩实现叉车减速和限速，减少机械制动器的磨损，降低使用成本，节约能源。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，该系统包括蓄电池，控制装置，电机，液压泵，液压马达，安全阀，补油装置，控制手柄；电机和排量相当的液压泵机械连接，液压泵和液压马达并联，液压泵与液压马达构成闭式容积调速液压回路，液压泵和液压马达的两端分别与补油装置、安全阀相连；控制装置经电气连接线分别与蓄电池和电机相连，并经控制信号连接线与控制手柄和电机上设置的第一信号传感器、液压马达上设置的第二信号传感器相连。
控制装置包括控制电路板和电机驱动DC/DC变换器，其中控制电路板包括滤波电路，微处理器，光电隔离电路和功率驱动电路，控制电路板通过输入滤波电路采集指令信号和第一、第二传感器信号，微处理器对采集到的信号进行数据运算处理后输出PWM信号，经过光电隔离电路和功率驱动电路与电机驱动DC/DC变换器每个功率器件的控制端相连。
本发明带来的技术效果是：
1)利用电子调速方式，实现系统的无级调速，解决了液压系统节流调速能量损失问题，提高系统执行效率。
2)利用电机再生制动原理，实现电动叉车制动减速时的叉车动能以及下坡限速时的叉车势能回收，并把回收能量存储在蓄电池中。节省能源，提高电动叉车的技术含量，增强市场竞争力，具有极大的应用价值，易于产业化生产。
附图说明
图1是具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统结构图，系统由蓄电池1，控制装置2，电机3，液压泵4，液压马达5，安全阀6，补油装置7和控制手柄8组成。
图2是控制装置原理图；
图3是叉车前进驱动时，功率管VT1导通时驱动电流方向图。
图4是叉车前进制动时，功率管VT2导通时制动电流方向图。
图5是叉车前进制动时，功率管VT2关断时回馈电流方向图。
图6是叉车后退驱动时，功率管VT3导通时驱动电流方向图。
图7是叉车后退制动时，功率管VT4导通时制动电流方向图。
图8是叉车后退制动时，功率管VT4关断时回馈电流方向图。
下面结合附图和发明人给出的实例对本发明进一步详细说明。
具体实施方式
本发明包括铅酸蓄电池1，控制装置2，永磁有刷直流电机3，液压泵4，液压马达5，安全阀6，补油装置7，控制手柄8。其相互连接关系如下：
1)电机3和排量相当的液压泵4机械相连，液压泵4与液压马达5组成闭式容积调速液压回路，液压泵4和液压马达5的两端分别与安全阀6和补油回路7相连。
2)控制装置2经电气连接线分别与蓄电池1和电机3相连；并经控制信号连接线与控制手柄8和电机3上的第一信号传感器、液压马达5上的第二信号传感器相连。
控制装置包括控制电路板和电机驱动DC/DC变换器。控制电路板如图2所示包括滤波电路，微处理器，光电隔离电路和功率驱动电路。微处理器采用DSP，滤波电路采用典型的由运算放大器搭建的滤波电路，光电隔离电路由光耦实现，功率驱动电路采用模块化设计。控制装置所需各种电平由蓄电池供电，经过普通DC/DC开关电源匹配提供。对于永磁有刷直流电机，控制装置中电机驱动DC/DC变换器由四个功率器件组成，功率器件VT1和VT2组成半桥，VT3和VT4组成半桥。两组半桥的两端与蓄电池并联连接，两组半桥的中间分别与电机绕组连接，组成全桥驱动电机。
本发明的工作原理如下：
控制电路板经过输入滤波电路接收指令信号和第一、第二信号传感器的信号，信号包括电机电压、电流信号和液压泵速度信号。微处理器对采集信号进行数据处理后输出PWM信号，经光电隔离电路和功率驱动电路控制电机驱动DC/DC变换器每个功率器件的动作，实现对电机驱动与制动控制。电机驱动时，DC/DC变换器工作于降压模式，通过调节PWM信号占空比调节电机转速，由于电机和泵—马达同轴连接，相应改变泵的排量，实现系统的无级调速。电机制动时，DC/DC变换器工作于升压模式，相应调节PWM信号占空比调节电机制动力矩，实现电机再生制动。因此本系统一方面可以实现电动叉车的无级调速；另一方面能实现电动叉车减速制动和下坡限速时的制动动能和叉车势能回收。
当电动叉车前进驱动时，DC/DC变换器工作于降压模式，电机3工作于第一象限，蓄电池1电流经DC/DC变换器正相流入电机3，带动电机3正方向旋转，电流方向如图3所示。控制装置2进一步根据指令信号和传感器信号调节PWM信号占空比控制VT1的导通时间，实现电动叉车的无级调速控制。
当电动叉车前进制动时或下坡限速时，DC/DC变换器工作于升压模式，电机3工作于第二象限，当功率器件VT2导通时，电机3在反电动势作用下产生制动力矩，电流方向如图4所示。当功率器件VT2关断时，由于电机3绕组电感的续流作用，电流不能发生突变，结果电流被泵升到蓄电池1中，实现对蓄电池1的短时充电，电流方向如图5所示。此时调节PWM信号占空比控制VT2的导通时间，控制制动力矩，限制叉车速度。
当电动叉车后退驱动时时，DC/DC变换器工作于降压模式，电机3工作于第三象限，蓄电池1电流经DC/DC变换器反相流入电机3，带动电机3反方向旋转，电流方向如图6所示。控制装置2进一步根据指令信号和传感器信号调节PWM信号占空比控制VT1的导通时间，实现电动叉车的无级调速控制。
当电动叉车后退制动时时，DC/DC变换器工作于升压模式，电机3工作于第二象限，当功率器件VT4导通时，电机3在反电动势作用下产生制动力矩，电流方向如图7所示。当功率器件VT4关断时，由于电机3绕组电感的续流作用，电流不能发生突变，结果电流被泵升到蓄电池1中，实现对蓄电池1的短时充电，电流方向如图8所示。
Claims (9)
1.一种具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，该系统包括蓄电池(1)，控制装置(2)，电机(3)，液压泵(4)，液压马达(5)，安全阀(6)，补油装置(7)，控制手柄(8)；电机(3)和排量相当的液压泵(4)机械连接，液压泵(4)和液压马达(5)并联，液压泵(4)与液压马达(5)构成闭式容积调速液压回路，液压泵(4)和液压马达(5)的两端分别与补油装置(7)、安全阀(6)相连；控制装置(2)经电气连接线分别与蓄电池(1)和电机(2)相连，并经控制信号连接线与控制手柄(8)和电机(3)上设置的第一信号传感器、液压马达(5)上设置的第二信号传感器相连。
2、如权利要求1所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于所述蓄电池是铅酸电池或锂电池或镍氢电池。
3.如权利要求1所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于所述电机是永磁无刷直流电机或永磁有刷直流电机。
4.如权利要求1所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于所述的闭式容积调速回路包括变量泵—定量马达液压回路，定量泵—变量马达液压回路和变量泵—变量马达液压回路。
5.如权利要求1所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于，所述的控制装置(2)包括控制电路板和电机驱动DC/DC变换器，其中控制电路板由输入滤波电路，微处理器，输出光电隔离电路和功率器件驱动电路组成，电机驱动DC/DC变换器由功率器件组成。
6.如权利要求5所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于，所述的微处理器包括单片机，DSP，CPLD和FPGA其中之一。
7.如权利要求5所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于，对于永磁有刷直流电机，控制装置中电机驱动DC/DC变换器由四个功率器件组成，功率器件VT1和VT2组成半桥，VT3和VT4组成半桥；两组半桥的两端与蓄电池(1)并联连接，两组半桥的中间分别与电机(3)的绕组连接，组成全桥驱动电机。
8、如权利要求5所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于，所述的控制装置中电机驱动DC/DC变换器的功率器件采用功率晶体管GTR或金属氧化物—半导体型场效应晶体管MOSFET或绝缘栅型双极型晶体管IGBT或门极关断晶闸管(GTO)或电力晶体管。
9、如权利要求5所述的具有能量回收的电动叉车行走驱动控制系统，其特征在于，所述的DC/DC变换器采用Boost，Buck，Cuk，Forward和Flyback变换器其中之一或其组合构成的各种变换器。
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