CN208324953U

CN208324953U - 一种混合动力驱动的推土机

Info

Publication number: CN208324953U
Application number: CN201820641970.3U
Authority: CN
Inventors: 吕克明; 李东浪; 张明月; 侯文军; 褚涛
Original assignee: Shantui Chutian Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Shantui Chutian Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-02

Abstract

本实用新型属于推土机的技术领域，公开了一种混合动力驱动的推土机。该推土机包括使推土机行走的驱动电机；使推土机的工作液压系统工作的电动机；与驱动电机和电动机连接的燃料电池堆和动力蓄电池，燃料电池堆与动力蓄电池连接；与燃料电池堆和动力蓄电池连接的能源动力控制器，其用于控制燃料电池堆和动力蓄电池单独或组合为推土机供电；用于给能源动力控制器发送控制指令的整车主控制器；与整车主控制器连接的监测装置，监测装置包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器。推土机采用燃料电池堆‑动力蓄电池组成的混合驱动，这种混合驱动结构可以有效解决现有采用内燃机驱动的推土机对环境污染严重的问题。

Description

一种混合动力驱动的推土机

技术领域

本实用新型涉及推土机的技术领域，尤其涉及一种混合动力驱动的推土机。

背景技术

近年燃油需求量不断大幅度上涨，大气污染也日趋严重，工程车辆排放产生的CO₂量、固体颗粒物不断增加，全球气候出现反常变化，能源枯竭和环境污染已成为当今社会亟需解决的问题，发展低排放尤其是无污染工程车辆是缓解这一问题最直接有效的方法。

电能在环保节能、清洁等方面占据着明显优势，而燃料电池的研究和开发不断进行，其应用也甚为广泛，从便携式电源、分布式发电到新一代的燃料电池驱动电动汽车。其中，燃料电池有多种类型，例如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、氧化物燃料电池和甲醇燃料电池。目前，燃料电池系统不允许能量的双向流动，从而导致制动能量的回收比较困难，此外将燃料电池系统应用于推土机领域还未出现。

因此，亟待需要一种新型混合动力驱动的推土机来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合动力驱动的推土机，以解决现有推土机不具有燃料电池系统的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种混合动力驱动的推土机，包括：

使推土机行走的驱动电机；

使推土机的工作液压系统工作的电动机；

与驱动电机和电动机连接的燃料电池堆；

与驱动电机和电动机连接的动力蓄电池，燃料电池堆与动力蓄电池连接；

与燃料电池堆和动力蓄电池连接的能源动力控制器，其用于控制燃料电池堆和动力蓄电池单独或组合为推土机供电；

用于给能源动力控制器发送控制指令的整车主控制器；

与整车主控制器连接的监测装置，监测装置包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器。

作为优选，还包括：

两组履带，其上均设有枢轴座，两组履带通过传动系统与驱动电机连接；

主机架，其固定于枢轴座上，并位于两组履带之间。

作为优选，主机架上固设有燃料电池堆和动力蓄电池，且燃料电池堆通过减震螺栓固设于主机架上。

作为优选，主机架上还固设有电动机和与电动机连接的分动箱，分动箱与工作液压系统连接，工作液压系统与工作油箱连接。

作为优选，传动系统包括固设于主机架上的左终传动和右终传动，驱动电机包括左驱动电机和右驱动电机，左驱动电机与左终传动连接，右驱动电机与右终传动连接。

作为优选，主机架上还固设有与燃料电池堆连接的储氢瓶。

作为优选，燃料电池堆连接有电动风扇，电动风扇与能源动力控制器连接。

作为优选，燃料电池堆与动力蓄电池并联，且二者之间连接有双向DC-DC变换器和电能变换器。

作为优选，动力蓄电池是电解质为固态聚合物的锂聚合物电池。

本实用新型的有益效果：

本实用新型中的推土机采用燃料电池堆-动力蓄电池组成的混合驱动，这种混合驱动结构可以有效解决现有采用内燃机驱动的推土机对环境污染严重的问题，并通过能源动力控制器控制动力源在燃料电池堆和动力蓄电池之间切换来优化动力分配，实现能源的高效利用，且排放物仅有水，不污染环境，满足当下社会对环境标准的要求。

附图说明

图1是本实用新型提供的混合动力驱动的推土机的控制示意图；

图2是本实用新型提供的混合动力驱动的推土机的爆炸示意图。

图中：

1、履带；2、主机架；3、电动风扇；4、工作液压系统；5、右终传动；6、工作油箱；7、储氢瓶；8、动力蓄电池；9、左驱动电机；10、右驱动电机；11、分动箱；12、燃料电池堆；13、电动机；14、左终传动；15、能源动力控制器；16、枢轴座。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1和图2所示，本实用新型提供的一种混合动力驱动的推土机，该推土机包括两组履带1和位于两组履带1之间的主机架2，主机架2上固设有驱动电机、电动机13、燃料电池堆12、动力蓄电池8、能源动力控制器15、整车主控制器和监测装置，其中：

两组履带1上均设有枢轴座16，主机架2固定于枢轴座16上，燃料电池堆12通过减震螺栓固设于主机架2上，可以更好地保护燃料电池堆12，从而延长其使用寿命。燃料电池堆12连接有电动风扇3，电动风扇3与能源动力控制器15连接，当燃料电池堆12的温度过高时，能源动力控制器15控制电动风扇3开启，对燃料电池堆12进行降温。动力蓄电池8优选为电解质为固态聚合物的锂聚合物电池，可以理解的是，动力蓄电池8还可以是其它类型的蓄电池。

两组履带1通过传动系统与驱动电机连接，具体地，传动系统包括固设于主机架2上的左终传动14和右终传动5，驱动电机包括左驱动电机9和右驱动电机10，左驱动电机9与左终传动14连接，右驱动电机10与右终传动5连接，推土机采用燃料电池堆-动力蓄电池组成的混合驱动，这种混合驱动结构可以有效解决现有采用内燃机驱动的推土机对环境污染严重的问题。

本具体实施方式中的推土机利用储氢瓶7为燃料电池堆12提供的氢气(作为负极)，并与大气中的氧气(作为正极)发生氧化还原化学反应而产生出电能。该推土机利用燃料电池堆12作为主动力源，动力蓄电池8作为辅助动力源，并通过能源动力控制器15控制动力源在燃料电池堆12和动力蓄电池8之间切换来优化动力分配，实现能源的高效利用，且排放物仅有水，不污染环境，满足当下社会对环境标准的要求。

推土机的工作液压系统4通过工作油箱6连接，并为其提供液压油。电动机13带动分动箱11的中央传动齿轮旋转，分动箱11为工作泵、先导泵提供动力，进而控制工作液压系统4工作。上述产生的电能一部分带动电动机13工作，一部分提供给控制推土机行走的左驱动电机9和右驱动电机10，并进一步通过左终传动14和右终传动5带动履带1行走，进而实现推土机的前进，后退和转向。该推土机省去了现有技术中复杂的变速转向传动机构，而仅采用电动机来驱动，这样不仅减少了功率损失提升了传动效率，而且可以方便实现无极变速以及再生制动能量回收。

具体地，推土机在正常行驶时，电能从燃料电池堆12流向左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13，如果动力蓄电池8的荷电量较低，燃料电池堆12也向动力蓄电池8提供功率。推土机在启动、爬坡或加速时，电能从燃料电池堆12和动力蓄电池8流向左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13，动力蓄电池8能够提高响应时间，改善电能所需功率变化的动态性能，同时保证燃料电池堆12工作在安全高效的状态。推土机在低速行驶时，此时如果由燃料电池堆12向电动机13供电，这样效率会很低，因此由动力蓄电池8向左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电，如果动力蓄电池8的荷电量较低，燃料电池堆12向动力蓄电池8输送电能。推土机在下坡或制动状态，电动机13输出电功率给动力蓄电池8，回收推土机制动时产生的能量，燃料电池堆12只在动力蓄电池8的荷电量较低时，向动力蓄电池8输送电能。由此可知，本具体实施方式中提供的推土机能够根据行驶状态控制电池能源动力输出，合理分配燃料电池堆12和动力蓄电池8能源的供电组合方式，使得其动力系统的瞬态响应好。

监测装置包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器，其中，速度监测仪用于监测车辆行驶车速，传输速度反馈信号，通过速度反馈信号确定车辆所处状态及行驶模式，加速踏板监测器监测加速踏板开度及其开度变化率，制动踏板监测器监测制动踏板开度及其开度变化率。

整车主控制器通过监测装置所确定的车辆所处状态及行驶模式进行控制燃料电池堆12和动力蓄电池8的开关，进而合理分配能源的利用，确保燃料电池的使用寿命。同时为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13提供可靠的工作条件，能源动力控制器15通过动力蓄电池8的荷电状态SOC值控制燃料电池堆12为动力蓄电池8进行充电，从而确保动力蓄电池8的使用寿命。

具体地，推土机的操作流程如下：

步骤一：根据速度反馈信号，确定推土机所处状态，即起步阶段和行驶阶段，同时根据速度反馈信号及加速踏板开度变化率确定推土机行驶阶段的行驶模式，即加速模式、重载切土模式或轻载模式；

步骤二：确定推土机行驶状态后，起步阶段时，即速度V＝0，dΔα/dT≠0，此时整车主控器控制仅由动力蓄电池8为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电启动推土机，燃料电池堆12不启动；其中，Δα＝α₂-α₁，α₁是加速前踏板开度百分比，α₂是加速后踏板开度百分比，V为车速，单位为km/h，T是加速踏板前后变化时间，单位为s；

推土机进入行驶阶段后，轻载模式下，即V≥3m/s，且在连续的固定时间T内，满足条件0<dΔα/dT≤D时，整车主控制器控制由燃料电池堆12单独为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电驱动推土机；其中，D为设定常数，Δα＝α₂-α₁，α₁是加速前踏板开度百分比，α₂是加速后踏板开度百分比，V为车速，单位为km/h，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，在本实施例中T＝5，D＝12；

加速时，即dΔα/dT＞D时，整车主控制器控制燃料电池堆12和动力蓄电池8同时为为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电；

重载时，即V<3m/s且加速踏板开度α＞65％时，整车主控制器控制燃料电池堆12和动力蓄电池8同时为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电；

任何情况下，只要能源动力控制器15监测到动力蓄电池8电池SOC值低于85％时，控制动力蓄电池8不启动，控制燃料电池堆12在开启驱动推土机的同时为动力蓄电池8充电；达到85％时，根据需要重新启动动力蓄电池8，并与燃料电池堆12共同为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电；

推土机下坡或者制动时，即加速踏板开度α＝0且制动踏板开度β＞0时，整车主控制器控制燃料电池堆12和动力蓄电池8停止为左驱动电机9、右驱动电机10和电动机13供电，而由电动机13吸收制动能量，以发电机状态运行，从而将部分能量转换成电能，为动力蓄电池8充电。

综上所述，本实用新型以氢气作为燃料，利用氢氧之间发生的化学反应产生电能变成动力驱动推土机行驶，而不像内燃机通过燃烧产生动力。该推土机采用燃料电池堆12-动力蓄电池8组成的混合驱动，这种混合驱动结构可以有效避免因燃料电池性能所造成的推土机性能的不足。在推土机正常行驶中，通常燃料电池堆12提供持续功率，动力蓄电池8则提供推土机起步急加速等情况的峰值功率，同时根据工况的需要，动力蓄电池8还可以为推土机提供纯电动模式，极大程度上提升了推土机的经济性。相对于传动内燃机驱动的推土机，主要具有以下突出特性：

(1)能量转化效率高，输出效率较为理想：根据已有的文献资料显示，目前车用燃料电池的效率已可达40％～50％，而传统内燃机的这一效率一般只有12％～15％；

(2)零排放或近似零排放：燃料电池组的最终产物是水且基本无废气排放；

(3)不受续驶里程的限制：由于燃料电池汽车普遍采用高压氢气储存罐的方式来存储氢气，这样相对于纯电动汽车不需要外部充电，而且保证了燃料电池汽车的续驶里程；

(4)传动系统结构简化：燃料电池推土机驱动系统省去了复杂的变速转向传动机构，而仅采用电动机13来驱动，这样不仅减少了功率损失提升了传动效率，而且可以方便实现无极变速以及再生制动能量回收；

(5)对传统能源的零依赖：燃料电池的主要燃料氢可以从天然气、石油等制取，还可通过电解水得到，随着相关制氢技术的不断发展，氢气制取会更加安全廉价且取得途径会更加广泛电动车从能量到推力的转化效率高达90％，而汽油车的转化效率不到35％；

(6)燃料电池没有内燃机那么多零部件，没有那么繁琐的管道线路，维护起来费用至少便宜三分之一；

(7)由于没有了内燃机，整机也就没有了来自发动机的震动及噪声，且没有空滤及排气管的遮挡，驾驶室具有开阔的视野，其舒适性、安全性得到了极大地提高。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种混合动力驱动的推土机，其特征在于，包括：

使推土机行走的驱动电机；

使推土机的工作液压系统(4)工作的电动机(13)；

与所述驱动电机和所述电动机(13)连接的燃料电池堆(12)；

与所述驱动电机和所述电动机(13)连接的动力蓄电池(8)，所述燃料电池堆(12)与所述动力蓄电池(8)连接；

与所述燃料电池堆(12)和所述动力蓄电池(8)连接的能源动力控制器(15)，其用于控制所述燃料电池堆(12)和所述动力蓄电池(8)单独或组合为推土机供电；

用于给所述能源动力控制器(15)发送控制指令的整车主控制器；

与所述整车主控制器连接的监测装置，所述监测装置包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，还包括：

两组履带(1)，其上均设有枢轴座(16)，两组所述履带(1)通过传动系统与所述驱动电机连接；

主机架(2)，其固定于所述枢轴座(16)上，并位于两组所述履带(1)之间。

3.根据权利要求2所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述主机架(2)上固设有所述燃料电池堆(12)和所述动力蓄电池(8)，且所述燃料电池堆(12)通过减震螺栓固设于所述主机架(2)上。

4.根据权利要求2所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述主机架(2)上还固设有所述电动机(13)和与所述电动机(13)连接的分动箱(11)，所述分动箱(11)与所述工作液压系统(4)连接，所述工作液压系统(4)与工作油箱(6)连接。

5.根据权利要求2所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述传动系统包括固设于所述主机架(2)上的左终传动(14)和右终传动(5)，所述驱动电机包括左驱动电机(9)和右驱动电机(10)，所述左驱动电机(9)与所述左终传动(14)连接，所述右驱动电机(10)与所述右终传动(5)连接。

6.根据权利要求2所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述主机架(2)上还固设有与所述燃料电池堆(12)连接的储氢瓶(7)。

7.根据权利要求6所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述燃料电池堆(12)连接有电动风扇(3)，所述电动风扇(3)与所述能源动力控制器(15)连接。

8.根据权利要求1所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述燃料电池堆(12)与所述动力蓄电池(8)并联，且二者之间连接有双向DC-DC变换器和电能变换器。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的混合动力驱动的推土机，其特征在于，所述动力蓄电池(8)是电解质为固态聚合物的锂聚合物电池。