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CN103255801B - 一种混合动力机械的储能装置能量控制方法 - Google Patents

一种混合动力机械的储能装置能量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力机械的储能装置能量控制方法，设于机械控制领域，包括：计算混合动力机械的负载功率和超级电容的SOC值；当SOC值低，负载功率大时，电动/发电机处于既不电动也不发电状态；负载功率小时，电动/发电机处于发电状态；当SOC值中，负载功率大时，电动/发电机处于电动状态；负载功率小时，电动/发电机处于发电状态；当SOC值高，负载功率大或小时，电动/发电机处于电动状态；控制器根据上述的判断控制发电/电动机的工作状态。本发明的技术方案以SOC值和负载功率的结合判断发电/电动机的工作状态，防止发动机过载，提高整机节油率。

Description

一种混合动力机械的储能装置能量控制方法
技术领域
本发明属于机械控制方法，尤其涉及一种适用于混合动力建筑机械的储能装置的能量控制方法。
背景技术
目前，由于超级电容本身的特性，在混合动力机械中多选用其为储能单元，且超级电容的应用技术相对成熟。而对于整机系统而言，安全性和节油率至关重要，因此对超级电容的能量即SOC(state of charge)以及SOC状态与负载功率的能量匹配的协调控制尤为关键。
现有技术中有直接将超级电容的SOC值作为控制对象，提高了控制精度，避免算法切换带来的系统不稳定性，可靠性高，适用性广。
但是现有技术中存在如下问题：
1、控制目标为仅为SOC值，而不考虑负载情况，导致有时会出现电机与主泵同时为发动机负载以至于发动机由于过载熄火的状况；
2、过分追求SOC值的控制精度忽略了最终节油的目的。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种混合动力机械的储能装置能量控制方法，通过对SOC值进行实时控制同时对负载功率进行动态计算，以SOC值和负载功率的结合判断发电/电动机的工作状态，防止发动机过载提高整机节油率。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一种混合动力机械的储能装置能量控制方法，所述混合动力机械包括依次相连的发动机、发电/电动机和执行机构，以及通过控制器与发电/电动机连接的超级电容，所述控制器控制所述发电/电动机的工作状态，所述工作状态包括电动状态、发电状态和既不电动也不发电状态，所述方法包括：
步骤1，计算所述混合动力机械的负载功率和超级电容的SOC值；
步骤2，将所述超级电容的SOC值划分为低、中、高；将所述负载功率划分为大、小；
步骤3，通过所述SOC值与负载功率的匹配情况判断确定所述发电/电动机的工作状态：当SOC值低，负载功率大时，所述电动/发电机处于既不电动也不发电状态；负载功率小时，所述电动/发电机处于发电状态；当SOC值中，负载功率大时，所述电动/发电机处于电动状态；负载功率小时，所述电动/发电机处于发电状态；当SOC值高，负载功率大或小时，所述电动/发电机处于电动状态；
步骤4，所述控制器根据步骤3的判断控制所述发电/电动机的工作状态。
优选的，所述步骤2中的SOC值处于0～30％、30％～60％、60％～1时，分别划分为低、中、高。
优选的，所述混合动力机械中还设有数据传感器，所述步骤1中通过所述数据传感器采集的数据计算负载功率。
优选的，所述数据传感器包括电压传感器、电流传感器和压力传感器。
优选的，所述控制器为驱动逆变器。
优选的，所述步骤4中控制器通过控制转速或转矩控制所述发电/电动机的工作状态。
优选的，所述发电/电动机为感应电机或同步电机。
优选的，所述混合动力机械还包括依次相连的回转逆变器、回转电机和回转机构，所述回转逆变器与所述超级电容相连。
优选的，所述执行机构包括液压泵、与液压泵相连的工作装置和行走装置，所述液压泵与所述发电/电动机相连。
优选的，所述工作装置包括动臂、斗杆、铲斗。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)通过直接控制SOC值，并将负载信息作为辅助控制，有效防止了发动机过载，提高精度和系统安全性；
(2)直接对电机的运行状态进行控制，不需要DC/DC，降低成本、提高系统的可靠性；
(3)自适应发动机调速特性，提高系统通用性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的实施例的混合动力挖掘机的结构示意图；
图2是本发明的实施例的流程示意图。
其中，101为发动机、102为发电/电动机、103为液压泵、104为驱动逆变器、105为回转逆变器、106为回转电机、107为回转机构、108为超级电容、109为电压传感器、110为比例阀电流传感器、111为压力传感器，112为工作装置和行走装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明做具体阐释。
本发明的实施例的一种混合动力机械的储能装置能量控制方法，如图1中所示，以混合动力挖掘机为例，包括：发动机101、发电/电动机102、液压泵103、驱动逆变器104、回转逆变器105、回转电机106、回转机构107、超级电容108、电压传感器109、比例阀电流传感器110、压力传感器111，工作装置(动臂、斗杆、铲斗)和行走装置(左行走、右行走)112。
发动机101、发电/电动机202、液压泵103同轴连接，回转电机106与回转机构107机械连接。
液压泵103通过配管分别与各个工作装置和行走装置连接，为工作装置和行走装置工作提供液压动力。
驱动逆变器104为驱动电机102工作提供控制指令；回转逆变器105为回转电机106工作提供控制指令。回转电机106带动回转机构107转动，从而使液压挖掘机上部平台转动。
超级电容108为驱动逆变器104、发电/电动机102和回转逆变器105、回转电机106提供能量，使之电动工作；同时，发电/电动机102、回转电机106发出的电能进行积蓄。
在本发明的实施例中，驱动逆变器104控制发电/电动机102的工作状态，工作状态包括电动状态、发电状态和既不电动也不发电状态，本发明的实施例方法包括：
步骤1，通过各传感器采集数据，估算混合动力机械的负载功率，并估算超级电容的SOC值；
步骤2，将超级电容的SOC值划分为低、中、高，优选SOC值处于0～30％、30％～60％、60％～1时，分别划分为低、中、高；将负载功率划分为大、小；
步骤3，通过SOC值与负载功率的匹配情况判断确定发电/电动机102的工作状态：
当SOC值低，负载功率大时，电动/发电机102处于既不电动也不发电状态，此时负载功率全部由发动机101提供；负载功率小时，电动/发电机102处于发电状态，此时SOC值增加，发动机101转速平稳；
当SOC值中，电动/发电机102恒转速运行，负载功率大时，电动/发电机102处于电动状态；负载功率小时，电动/发电机102处于发电状态；
当SOC值高，无论负载功率大或小时，电动/发电机102处于电动状态；
步骤4，驱动逆变器104根据步骤3的判断控制发电/电动机102的工作状态。
具体流程按照图2中所示：
(1)采集混合动力机械的母线电压等负载信息；
(2)SOC值估算，负载功率估算；
(3)判断SOC值低，是则判断负载功率，若负载功率为大时发电/电动机102处于既不电动也不发电状态，若负载功率小或不为大时则发电/电动机102处于发电状态；
(4)判断SOC值中，是则发电/电动机102恒转速运行；
(5)判断SOC值高，是则发电/电动机102处于电动状态；
(6)控制指令生成；
(7)由控制器进行发电/电动机102驱动；
(8)如发现混合动力机械工作异常，则进行异常处理。
本发明的技术方案中对SOC值的划分可以根据使用情况而进行划分，同时对发电/电动机的控制方式也是变化的，除了本发明的实施例所使用的转速控制还可以采用转矩控制方式，而发电/电动机的选择也不仅仅为感应电机同样可以选取同步电机。
综上，本发明的实施例通过对SOC值进行实时控制的同时对负载功率进行动态计算，以SOC值和负载功率的结合判断发电/电动机的工作状态，防止发动机过载提高整机节油率，同时自适应发动机调速特性，提高系统通用性。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种混合动力机械的储能装置能量控制方法，所述混合动力机械包括依次相连的发动机(101)、发电/电动机(102)和执行机构，以及通过控制器与发电/电动机(102)连接的超级电容(108)，所述控制器控制所述发电/电动机(102)的工作状态，所述工作状态包括电动状态、发电状态和既不电动也不发电状态，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，计算所述混合动力机械的负载功率和超级电容的SOC值；
步骤2，将所述超级电容(108)的SOC值划分为低、中、高；将所述负载功率划分为大、小；
步骤3，通过所述SOC值与负载功率的匹配情况判断确定所述发电/电动机(102)的工作状态：当SOC值低，负载功率大时，所述电动/发电机(102)处于既不电动也不发电状态；负载功率小时，所述电动/发电机(102)处于发电状态；当SOC值中，负载功率大时，所述电动/发电机(102)处于电动状态；负载功率小时，所述电动/发电机(102)处于发电状态；当SOC值高，负载功率大或小时，所述电动/发电机(102)处于电动状态；
步骤4，所述控制器根据步骤3的判断控制所述发电/电动机(102)的工作状态。
2.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述步骤2中的SOC值处于0～30％、30％～60％、60％～1时，分别划分为低、中、高。
3.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述混合动力机械中还设有数据传感器，所述步骤1中通过所述数据传感器采集的数据计算负载功率。
4.如权利要求3所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述数据传感器包括电压传感器(109)、电流传感器(110)和压力传感器(111)。
5.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述控制器为驱动逆变器(104)。
6.如权利要求5所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述步骤4中控制器通过控制转速或转矩控制所述发电/电动机(102)的工作状态。
7.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述发电/电动机(102)为感应电机或同步电机。
8.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述混合动力机械还包括依次相连的回转逆变器(105)、回转电机(106)和回转机构(107)，所述回转逆变器(105)与所述超级电容(108)相连。
9.如权利要求1所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述执行机构包括液压泵(103)、与液压泵(103)相连的工作装置和行走装置(112)，所述液压泵(103)与所述发电/电动机(102)相连。
10.如权利要求9所述的混合动力机械的储能装置能量控制方法，其特征在于，所述工作装置包括动臂、斗杆、铲斗。
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