申请/专利权人：江苏大学

申请日：2022-02-25

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN114572018B

主分类号：B60L50/75

分类号：B60L50/75;B60L50/40;B60L58/10;B60L58/30;B60L15/20;B60R16/02;E02F9/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.06.21#实质审查的生效;2022.06.03#公开

摘要：本发明公开了一种挖掘机的混合动力系统及控制方法，包括动力总成、工作系统、行走系统、操控系统和整车控制器，操控系统通过整车控制器控制动力总成分别给工作系统和行走系统提供动力，动力总成包括燃料电池总成、蓄电池总成、超级电容总成、DCDC转换器、变频器、行走系统驱动电机、工作系统驱动电机和发电机，整车控制器控制燃料电池总成、蓄电池总成和超级电容总成输出功率的分配方案和回收能量的分配方案。有益效果：本发明可以满足挖掘机工况的频繁变化，燃料电池总成保持在高效率工作区间工作，达到保护燃料电池总成效果，减少排放；可以提高能量利用效率，延长蓄电池总成使用寿命；实现挖掘机动能的合理配置，提高了整体运行效率。

主权项：1.一种挖掘机的混合动力系统，包括动力总成1、工作系统2、行走系统3、操控系统4和整车控制器5，操控系统4通过整车控制器5控制动力总成1分别给工作系统2和行走系统3提供动力，其特征在于：所述动力总成1包括燃料电池总成11、蓄电池总成12、超级电容总成13、DCDC转换器14、变频器15、行走系统驱动电机16、工作系统驱动电机17和发电机18，所述燃料电池总成11、蓄电池总成12和超级电容总成13相互并联后通过变频器15分别与行走系统驱动电机16和工作系统驱动电机17连接，所述燃料电池总成11通过DCDC转换器14分别与蓄电池总成12和超级电容总成13连接，所述发电机18通过变频器15分别与蓄电池总成12和超级电容总成13连接；所述整车控制器5根据操控系统4输入的操控信号分别控制行走系统驱动电机16、工作系统驱动电机17和发电机18，所述整车控制器5分别采集工作系统2和行走系统3的运行参数以及燃料电池总成11、蓄电池总成12和超级电容总成13状态参数，所述整车控制器5控制燃料电池总成11、蓄电池总成12和超级电容总成13输出功率的分配方案和回收能量的分配方案；所述行走系统3包括左右对称的行走液压传动机构31、减速机构32和履带装置33，所述行走系统驱动电机16驱动行走液压传动机构31，所述行走液压传动机构31通过减速机构32驱动履带装置33运动；所述的挖掘机的混合动力系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、燃料电池参数录入，录入燃料电池高效工作区域的参数；步骤二、启动检测，操控系统4向整车控制器5发出启动信号，启动前整车控制器5检测超级电容总成13和蓄电池总成12的电量；当超级电容总成13的电量值SOCs高于启动阈值SOCsmid时，由超级电容总成13启动整机；当超级电容总成13的电量SOCs值达到或者低于启动阈值SOCsmid时，超级电容总成13不供电，进一步检测蓄电池总成12的电量；当蓄电池总成12的电量值SOCb高于启动阈值SOCbmid时，由蓄电池总成12启动整机；当超级电容总成13和蓄电池总成12的电量均低于启动阈值时，启动燃料电池总成11同时给蓄电池总成12和超级电容总成13充电，待超级电容总成13电量高于启动阈值SOCsmid时，由超级电容总成13启动整机；步骤三、获取实际功率,检测超级电容总成13和蓄电池总成12的电量，计算当前工况下实际需求功率Preq,获取当前超级电容总成13的电量值SOCs和当蓄电池总成12的电量值SOCb；步骤四、功率匹配，将整机实际需求功率以及燃料电池总成11高效工作区域能够提供的功率进行比较，并结合蓄电池总成12和超级电容总成13电量进行功率分配；步骤五、停机检测，操控系统4向整车控制器5发出启动信号，整车控制器5检测蓄电池总成12和超级电容总成13的电量，若蓄电池总成12和超级电容总成13的电量有其一或者均低于设定的安全电量时，则燃料电池总成11通过DCDC转换器14给低于设定安全电量的蓄电池总成12和超级电容总成13充电，直至蓄电池总成12和超级电容总成13电量大于设定的安全电量时，燃料电池总成11停止工作；步骤六、停机，当蓄电池总成12和超级电容总成13电量均大于设定的安全电量时，动力总成1停止工作；所述步骤二中超级电容总成13电量的启动阈值SOCsmid为0.5，蓄电池总成12电量的启动阈值SOCbmid为0.5；所述步骤四中功率分配的方法如下：当实际需求功率Preq0时，进入驱动模式，否则进入能量回收模式；驱动模式：检测当前超级电容总成13的电量值SOCs和当蓄电池总成12的电量值SOCb；当超级电容总成13的电量值SOCs大于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb大于启动阈值SOCbmid时，超级电容总成13协同燃料电池总成11供电；当超级电容总成13的电量值SOCs小于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb大于启动阈值SOCbmid时，蓄电池总成12协同燃料电池总成11供电，燃料电池总成11给超级电容总成13充电，同时超级电容总成13回收能量；当超级电容总成13的电量值SOCs大于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb小于启动阈值SOCbmid时，超级电容总成13协同燃料电池总成11供电，燃料电池总成11给蓄电池总成12充电，同时蓄电池总成12回收能量；实时检测超级电容总成13的电量值SOCs和蓄电池总成12的电量值SOCb，超级电容总成13和蓄电池总成12交替协同燃料电池总成11供电，燃料电池总成11交替给蓄电池总成12和超级电容总成13充电，同时蓄电池总成12和超级电容总成13交替进行能量回收；能量回收模式：实际需求功率Preq≤0时，超级电容总成13的电量值SOCs小于最大阈值SOCsmax时，超级电容总成13回收能量；所述驱动模式的功率匹配方法如下：当超级电容总成13的电量值SOCs大于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb大于启动阈值SOCbmid时，超级电容总成13协同燃料电池总成11供电；燃料电池总成11工作在恒定输出功率点Pfout，超级电容总成13所提供的输出功率Psout为挖掘机实际需求功率Preq与燃料电池总成11提供的恒定输出功率Pfout之差；待超级电容总成13的电量SOCs值达到最低阈值0.2，超级电容总成13停止供电，由蓄电池总成12接替超级电容总成13协同燃料电池总成11提供动力，同时燃料电池总成11工作在高效率区域的最大输出功率点Pmax，用其余功率Pfin给超级电容总成13充电；当超级电容总成13的电量值SOCs小于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb大于启动阈值SOCbmid时，则燃料电池总成11工作在高效率区域的最大输出功率点Pmax，燃料电池总成11为挖掘机输出恒定功率Pfout，挖掘机实际需求功率Preq与燃料电池总成11输出的恒定功率Pfout之差即为蓄电池总成12的输出功率Pbout，燃料电池总成11其余功率Pfin用于超级电容总成13充电，待超级电容总成13的电量SOCs值达到最大阈值0.8，燃料电池总成11不再为超级电容总成13充电，燃料电池总成11工作在恒定输出功率点Pfout；当超级电容总成13的电量值SOCs大于启动阈值SOCsmid，且蓄电池总成12的电量值SOCb小于启动阈值SOCbmid时，燃料电池总成11工作在高效率区域的最大输出功率点Pfmax，燃料电池总成11为挖掘机输出恒定功率Pfout，挖掘机实际需求功率Preq与燃料电池总成11输出的恒定功率Pfout之差即为超级电容总成13的输出功率Psout，燃料电池总成11其余功率Pfin用于给蓄电池总成12充电，待蓄电池总成12电量SOCb值达到最大阈值0.8，燃料电池总成11不再为蓄电池总成12充电，燃料电池总成11工作在恒定输出功率点Pfout；所述步骤五中停机检测的方法如下：检测超级电容总成13及蓄电池总成12的电量，若超级电容总成13的电量SOCs值及蓄电池总成12的电量SOCb值小于0.5，则燃料电池总成11工作在高效率区域的最小充电功率点Pfminin为超级电容总成13及蓄电池总成12进行充电，待超级电容总成13及蓄电池总成12的电量都达到0.5，燃料电池总成11停止工作。

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