申请/专利权人：浙江大学;杭叉集团股份有限公司

申请日：2017-10-19

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN107986196B

主分类号：B66F9/22

分类号：B66F9/22;F15B21/08;F15B21/14;H02J7/32;H02J7/34

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2018.06.01#实质审查的生效;2018.05.04#公开

摘要：本发明公开了一种电动叉车用势能再生装置，包括电机负载系统、降压式变换电路、主控制模块、恒流控制模块和电源模块；所述恒流控制模块和电源模块电性连接，所述电机负载系统、降压式变换电路、电源模块与主控制模块电性连接，并受其控制；本发明提出大幅度减少负载回落发热，并实现能量再生利用的一种电动叉车用势能再生装置。

主权项：1.一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，包括电机负载系统、降压式变换电路、主控制模块、恒流控制模块和电源模块；所述恒流控制模块和电源模块电性连接，所述电机负载系统、降压式变换电路、电源模块与主控制模块电性连接，并受其控制；所述电机负载系统包括双作用电动机-发电机、双作用油泵-液压马达、油缸、第三继电器和附属设备，所述双作用电动机-发电机与双作用油泵-液压马达、第三继电器连接，双作用油泵-液压马达与油缸、附属设备连接；所述降压式变换电路包括电感、第二二极管和第二MOS管，所述第二MOS管的漏极与电机负载系统连接，第二MOS管的源极与电感、第二二极管连接，第二MOS管的栅极与主控制模块连接；所述主控制模块包括控制器、第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块；所述第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块与控制器电性连接，并受其控制；所述控制器接收总开关信号、举升信号、下降信号；所述电源模块包括蓄电池、第一二极管、第一MOS管、超级电容；所述第一MOS管的栅极与恒流控制模块连接，第一MOS管的源极与第一二极管连接，第一MOS管的漏极与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与第一二极管的另一端连接、超级电容电机负载系统连接；所述电机负载系统在控制器收到举升信号时，第三继电器闭合，双作用电动机-发电机作为电动机带动双作用油泵-液压马达正转，实现负载举升；在控制器收到下降信号时，第三继电器闭合，负载下降带动双作用油泵-液压马达反转成为液压马达，带动双作用电动机-发电机反转发电；所述第三继电器受控制器控制；在举升下降信号接收下导通，在处于待机信号下断开。

全文数据：一种电动叉车用势能再生装置技术领域[0001]本发明涉及电动车领域，尤其涉及一种基于蓄电池和超级电容的电动叉车用节能装置。背景技术[0002]近年来，我国物流业规模持续高速增长，2015年，全国社会物流总额达219.2万亿元，比2006年增长3.68倍，年均增长15.58%，社会物流总费用占全国GDP的比重为16%。其中叉车是物流业的核心搬运装备，中国叉车行业连续十余年以年均30%的速度高速增长，已成为全球最大的叉车生产基地。但是全球变暖和能源问题日益突出，居高不下的燃油价格等都促使叉车行业必须解决当前油耗大问题。此外，由于举升系统采用液压驱动，损失的势能大部分转为液压系统节流损失，不仅造成能源浪费、减少叉车可连续工作时间，还会导致液压油发热，损害零件寿命，降低系统效率。因此回收叉车货物下降时重力势能具有重要的意义。[0003]此外，叉车由于其工作特征，举升系统需要频繁的往复运动，货物举升的瞬间、举升加速时需要能量源较大的电流输出。电动叉车中，瞬时大电流输出对蓄电池存在较大冲击，严重损伤蓄电池寿命，因此能量管理方案中，需要合理匹配货物举升瞬间、举升加速时的能量输出，延长蓄电池使用寿命。[0004]针对电动叉车势能回收问题，现有技术如下：以中国专利2〇〇6100426〇3•3为例，通过控制电机的工作模式调控叉车举升系统的工作状态并进行能量回收，需要实现控制系统与电机之间的高精度匹配和响应，控制系统原理复杂，可实现性要求较高。[0005]以中国专利2〇1620398878.X为例，通过三种不同的叉车货叉下降速度调节方式实现部分势能回收，在存在变转速容积调速时可以回收势能，故而节流调速时的势能不能有效回收，势能回收效率不高。[0006]以中国专利2〇151〇772125_0为例，通过在液压系统接入蓄能器和回收油路来回收叉车举升系统势能，故需大幅度更改叉车举升系统中整体液压系统油路模型，对叉车举升系统改动较大，操作复杂，可替换性小。[0007]以中国专利20ie2〇398878.X为例，通过在举升系统下降过程中运用新设计的换向阀利用蓄电池为电机供电实现下降时油泵反转带动电机反转发电的方式回收部分势能，该方法实施条件苛刻，需购买发明人企业特制的换向阀，没有通用性。’发明内容[0008]针对上述技术问题，本发明提出一种电动叉车用势能再生装置。[0009]为了解决上述技术缺陷，本发明的技术方案如下：一种电动叉车用势能再生装置，包括电机负载系统、降压式变换电路、主控制模块、恒流控制模块和电源模块;所述恒流控制模块和电源模块电性连接，所述电机负载系统、降压式变换电路、电源模块与主控制模块电性连接，并受其控制；所述电机负载系统包括双作用电动机-发电机、双作用油泵-液压马达、油缸、第三继电器和附属设备，所述双作用电动机-发电机与双作用油栗—液压马达、第三继电器连接，双作用油泵-液压马达与油缸、附属设备连接；所述降压式变换电路包括电感、第二二极管和第二MOS管，所述第二MOS管的漏极与电机负载系统连接，第二M〇S管的源极与电感、第二二极管连接，第二MOS管的栅极与主控制模块连接；所述主控制模块包括控制器、第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块;所述第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块与控制器电性连接，并受其控制;所述控制器接收总开关信号、举升信号、下降信号；所述电源模块包括蓄电池、第一二极管、第一MOS管、超级电容;所述第一MOS管的栅极与恒流控制模块连接，第一MOS管的源极与第一二极管连接，第一MOS管的漏极与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与第一二极管的另一端连接、超级电容电机负载系统连接。[0010]进一步的，所述第一继电器的一端与第二M0S管的源极连接，另一端与蓄电池的正极连接，所述第二继电器的一端与电机负载系统、第二M0S管的漏极连接，另一端与超级电容连接。[0011]进一步的，所述第一继电器的一端与蓄电池之间连接第一电压检测模块，所述第二继电器与超级电容之间连接第二电压检测模块。[0012]进一步的，所述主控制模块的控制器通过第一电压检测模块、第二电压检测模块的反馈电压信号和叉车举升信号、下降信号、总开关信号，来控制第一控制继电器、第二继电器与降压电路的第二M0S管的通断。[0013]进一步的，所述恒流控制模块，在第一继电器断开、第二继电器闭合时，能控制第一M0S管的通断，并使得蓄电池对超级电容的充电，且控制充电电流。[0014]进一步的，所述第三继电器受控制器控制。[0015]进一步的，所述电机负载系统在控制器收到举升信号时，第三继电器闭合，双作用电动机_发电机作为电动机带动双作用油栗_液压马达正转，实现负载举升;在控制器收到下降信号时，第三继电器闭合，负载下降带动双作用油栗_液压马达反转成为液压马达，带动双作用电动机-发电机反转发电。[0016]本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：1•传统电动叉车负载回落的势能以热能的形式发散浪费，不仅增加油路关键零件的运转负荷，而且大大增强了叉车散热装置散热需求，降低设备使用寿命。本装置可回收大部分负载势能并加以利用，大幅度减少负载回落发热，并实现能量再生利用，适用于绝大部分中高端叉车产品，市场前景广阔，节能效益显著。[0017]2•通过检测双能量源电压信号及接收举升、下降信号，控制继电器的通断，从而完成叉车工作时能量源管理，操作方法简便，控制程序简单，不需过多的硬件设备，大部分电路设计技术成熟，故电路可操作性强，易于制造成整体集成模块，体积空间小，在叉车上便于安放;并且控制程序对硬件的响应速度、过载电压、电流要求不高，电路成本低，具有较好的经济价值。[0018]3.采用蓄电池-超级电容储能方案，超级电容作为回收势能的第一储存装置，在其电童充俩的情况下，蓄电池作为回收势能的第二储能装置。超级电容功率密度高，适合大电流放电，蓄电池能量密度高，适合长时间放电。因此，综合匹配超级电容和蓄电池的能量输出可最大化能量利用率，提高叉车工作效率。此外，采用超级电容作为叉车举升启动、举升加速时的能量源，避免了蓄电池的瞬时大电流输出，可延长蓄电池使用寿命。附图说明[0019]图1为本发明的整体电路框图；图2位本发明的电机负载系统示意图。[0020]图中标识:蓄电池1、第一电压检测模块2、恒流控制模块3、第一继电器4、第一M0S管5、第一二极管6、电感7、第二二极管8、第二M0S管9、第二电压检测模块10、超级电容11、第二继电器I2、电机负载系统13、控制器14、双作用电动机-发电机B1、双作用油栗-液压马达B2、油缸B3、第三继电器B4。具体实施方式[0021]下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。[0022]如图1所示，一种电动叉车用势能再生装置，包括电机负载系统13、降压式变换电路、主控制模块、恒流控制模块3和电源模块。所述恒流控制模块3和电源模块电性连接，所述电机负载系统13、降压式变换电路、电源模块与主控制模块电性连接，并受其控制。[0023]所述电机负载系统13包括双作用电动机-发电机B1、双作用油栗-液压马达B2、油缸B3、第三继电器B4和附属设备。如图2所示，所述双作用电动机-发电机B1与双作用油泵-液压马达B2、第三继电器B4连接，双作用油泵-液压马达B2与油缸B3、附属设备连接。[0024]所述降压式变换电路包括电感7、第二二极管8和第二M0S管9,所述第二M0S管9的漏极与电机负载系统13连接，第二M0S管9的源极与电感7、第二二极管8连接，第二M0S管9的栅极与主控制模块连接。所述第三继电器B4受主控制模块控制，即主控制模块的控制器14控制。所述控制器14接收总开关信号、举升信号、下降信号。则所述电机负载系统13在控制器14收到举升信号时，第三继电器B4闭合，双作用电动机-发电机B1作为电动机带动双作用油泵-液压马达B2正转，实现负载举升;在控制器14收到下降信号时，第三继电器B4闭合，负载下降带动双作用油泵-液压马达B2反转成为液压马达，带动双作用电动机-发电机B1反转发电。第三继电器B4受控制器14控制，在举升下降信号接收下导通，在处于待机信号下断开。[0025]所述主控制模块包括控制器14、第一继电器4、第二继电器12、第一电压检测模块2、第二电压检测模块1〇;所述第一继电器4、第二继电器12、第一电压检测模块2、第二电压检测模块10与控制器14电性连接，并受其控制；所述控制器14接收总开关信号、举升信号、下降信号。所述第一继电器4的一端与第二MOS管9的源极连接，另一端与蓄电池1的正极连接，所述第二继电器12的一端与电机负载系统I3、第二MOS管9的漏极连接，另一端与超级电容11连接。所述第一继电器4的一端与蓄电池1之间连接第一电压检测模块2,所述第二继电器12与超级电容11之间连接第二电压检测模块1〇。[0026]所述主控制模块的控制器14通过第一电压检测模块2、第二电压检测模块10的反馈电压信号和叉车举升信号、下降信号、总开关信号，来控制第一控制继电器、第二继电器12与降压电路的第二MOS管9的通断。[0027]所述电源模块包括蓄电池1、第一二极管6、第一M0S管5、超级电容11;所述第一M0S管5的栅极与恒流控制模块3连接，第一M0S管5的源极与第一二极管6连接，第一M0S管5的漏极与蓄电池1的正极连接，蓄电池1的负极与第一二极管6的另一端连接、超级电容11电机负载系统13连接。所述恒流控制模块3,在第一继电器4断开、第二继电器12闭合时，能控制第一M0S管5的通断，并使得蓄电池1对超级电容11的充电，且控制充电电流。[0028]综上所述，具体的当控制器14接收到举升信号，即举升启动或加速信号时，根据第一电压检测模块2、第二电压检测模块10反馈的电压信号，并当超级电容11两端电压不小于24V时，由控制器14发出信号，来控制第一继电器4断开、第二继电器12导通，使超级电容11处于供电状态，供电直至超级电容11的电压低于20V为止。若超级电容11两端电压本来就不足24V，则仍由蓄电池1来进行供电。[0029]当控制器14没有接收到举升信号或下降信号时，叉车的举升系统处于待机状态，控制器14控制第一继电器4、第二继电器12都断开。[0030]当控制器14接收到下降信号时，根据第一电压检测模块2、第二电压检测模块1〇反馈的电压信号，并当超级电容11两端电压不大于28V时，由控制器14发出信号，控制第一继电器4断开、第二继电器12导通，使电机负载系统13给超级电容11进行充电。若超级电容11两端电压本来就大于28V时，控制器14控制第一继电器4断开、第二继电器12断开，并输出信号给第二M0S管9,即输出脉冲宽度调制来进行对半导体器件第二M0S管9的导通关闭控制，使电机负载系统13给蓄电池1充电。并根据第一电压检测模块2的反馈信号来调节PWM信号的占空比，使得充电电压稳定在28.5V，实现恒压充电。[0031]当连续5次在下降信号下检测到超级电容11的电压大于28V时，在叉车的举升系统处于待机状态时，控制器14控制第一继电器4断开、第二继电器12导通，并输出PWM信号给第二M0S管9,由超级电容11给蓄电池1充电，并根据第一电压检测模块2的反馈信号累死调节PWM信号的占空比，实现恒压充电，直至超级电容11电压不大于24V或接收到举升信号或下降信号。[0032]当连续5次在举升信号启动或加速情况下，检测到超级电容11的电压低于24V时，在叉车的举升系统处于待机状态时，控制器14控制第一继电器4断开、第二继电器12导通，由蓄电池1通过恒流充电模块给超级电容1111以5A的恒定电流充电。[0033]恒流控制模块3,在第一继电器4、第二继电器12都闭合时，通过判断其内部采样电阻的压降状况，来判断充电电流大小，从而控制第一M0S管5的通断，完成蓄电池1对超级电容11的充电，并控制充电电流在5A左右。[0034]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

权利要求：1.一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，包括电机负载系统、降压式变换电路、主控制模块、恒流控制模块和电源模块;所述恒流控制模块和电源模块电性连接，所述电机负载系统、降压式变换电路、电源模块与主控制模块电性连接，并受其控制；所述电机负载系统包括双作用电动机-发电机、双作用油栗-液压马达、油缸、第三继电器和附属设备，所述双作用电动机-发电机与双作用油泵-液压马达、第三继电器连接，双作用油泵-液压马达与油缸、附属设备连接；所述降压式变换电路包括电感、第二二极管和第二MOS管，所述第二MOS管的漏极与电机负载系统连接，第二MOS管的源极与电感、第二二极管连接，第二MOS管的栅极与主控制模块连接；所述主控制模块包括控制器、第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块;所述第一继电器、第二继电器、第一电压检测模块、第二电压检测模块与控制器电性连接，并受其控制;所述控制器接收总开关信号、举升信号、下降信号；所述电源模块包括蓄电池、第一二极管、第一MOS管、超级电容;所述第一MOS管的栅极与恒流控制模块连接，第一MOS管的源极与第一二极管连接，第一MOS管的漏极与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与第一二极管的另一端连接、超级电容电机负载系统连接。2.根据权利要求1所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述第一继电器的一端与第二MOS管的源极连接，另一端与蓄电池的正极连接，所述第二继电器的一端与电机负载系统、第二MOS管的漏极连接，另一端与超级电容连接。3.根据权利要求2所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述第一继电器的一端与蓄电池之间连接第一电压检测模块，所述第二继电器与超级电容之间连接第二电压检测模块。4.根据权利要求1所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述主控制模块的控制器通过第一电压检测模块、第二电压检测模块的反馈电压信号和叉车举升信号、下降信号、总开关信号，来控制第一控制继电器、第二继电器与降压电路的第二MOS管的通断。5.根据权利要求1所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述恒流控制模块，在第一继电器断开、第二继电器闭合时，能控制第一MOS管的通断，并使得蓄电池对超级电容的充电，且控制充电电流。6.根据权利要求1所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述第三继电器受控制器控制。7.根据权利要求6所述的一种电动叉车用势能再生装置，其特征在于，所述电机负载系统在控制器收到举升信号时，第三继电器闭合，双作用电动机-发电机作为电动机带动双作用油泵-液压马达正转，实现负载举升;在控制器收到下降信号时，第三继电器闭合，负载下降带动双作用油泵-液压马达反转成为液压马达，带动双作用电动机-发电机反转发电。

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