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CN116409167A - 一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法 - Google Patents

一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法 Download PDF

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CN116409167A CN202310460526.7A CN202310460526A CN116409167A CN 116409167 A CN116409167 A CN 116409167A CN 202310460526 A CN202310460526 A CN 202310460526A CN 116409167 A CN116409167 A CN 116409167A
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motor
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CN202310460526.7A
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张学文
董运晓
张程尧
倪培永
李翔
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Nantong University
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Nantong University
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Abstract

本申请涉及一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法，属于农机混合动力技术领域，包括左行走轮；右行走轮；第一驱动电机，第一驱动电机用于给左行走轮提供动力；第二驱动电机，第二驱动电机用于给右行走轮提供动力；工作轮；PTO电机，PTO电机用于给工作轮和耕具提供动力；蓄电池，蓄电池用于将电量输送到第一驱动电机、第二驱动电机和PTO电机；増程器，包括发动机、发电机和发电机控制器，増程器用于给蓄电池充电。本发明具有减少耕作盲区、提高传动效率、减轻电动农耕机电池重量，延长续航作业时间的效果。

Description

一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法
技术领域
本发明属于农机混合动力技术领域，具体涉及一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法。
背景技术
现有农机耕作动力系统主要有两种，一种是以纯燃料发动机为主要动力，另一种使以纯电动机为动力。
纯燃料发动机以汽油机、柴油机为主，在燃烧时对燃料的利用率较低，导致其排放出的气体中污染物含量高，且燃油消耗高、碳排放量高和噪音振动大；纯电动农机是以蓄电池供电给电动机进行工作的一种新型农机，需要安装大量的电池使得整机重量大、成本高，当蓄电池电量不足的时候需要停止工作前往充电桩充电，其最大的缺点是续航作业时间短，且在附近没有充电桩的情况下无法工作。
随着动力电池、电驱动技术、车载储电、电动机和电子控制新技术的快速发展，电动拖拉机为代表的新能源农机的动力性及经济性等多方面都得到了长足的发展，采用增程式电驱技术，通过燃油发电机组辅助能源增加电动拖拉机的额定功率和续航里程。
目前的农机耕作系统通常用单个电机驱动转向轮及农耕具，且各个行走轮的位置无法调整，在转弯时会出现大面积未耕作的盲区。
发明内容
本发明提供一种增程式电动农机耕作动力系统及其工作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种增程式电动农机耕作动力系统，包括左行走轮；
右行走轮；
第一驱动电机，所述第一驱动电机用于给左行走轮提供动力；
第二驱动电机，所述第二驱动电机用于给右行走轮提供动力；
工作轮；
PTO电机，所述PTO电机用于给工作轮和耕具提供动力；
蓄电池，所述蓄电池用于将电量输送到第一驱动电机、第二驱动电机和PTO电机；
増程器，所述増程器用于给蓄电池充电。
所述增程器包括发动机、发电机和发电机控制器，所述发动机与发电机相连，所述发电机控制器与发电机相连，充电时，所述发电机控制器闭合，所述发动机启动并带动发电机给蓄电池充电。
所述増程器、第一驱动电机、第二驱动电机和PTO电机通过整机控制器控制；
整机控制器内设有激光雷达，激光雷达包括激光器、分光器和接收器。
还包括用于给蓄电池充电的车载充电器，所述车载充电器给蓄电池充电时，所述増程器与蓄电池断开。
以农机前进方向为参考方向，所述第一驱动电机和第二驱动电机位于蓄电池前端，所述PTO电机位于蓄电池后端。
一种增程式电动农机耕作动力系统的工作方法，包括纯电动模式、增程模式和停车充电模式；
所述纯电动模式：当蓄电池SOC>90％时，发电机控制器断开，由蓄电池单一的进行供电；
所述增程模式：当蓄电池SOC<40％时，发电机控制器闭合，柴油发动机启动，带动发电机为蓄电池供电；当蓄电池达到SOC>90％状态时，发电机控制器断开，转为纯电动模式，循环往复；
所述停车充电模式：耕作任务完成后，通过车载充电器对蓄电池进行充电，发电机控制器断开。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、第一驱动电机、第二驱动电机以及PTO电机均采用独立驱动，左行走轮和右行走轮的位置在农机差速器的控制下均可单独调整，从而实现前进、倒退、零转弯半径动作，减少耕作盲区，同时取消了传统的机械差速装置，PTO电机直接驱动耕具，有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声；
2、在蓄电池荷电状态较高时，农机为纯电动模式，节能减排；当工作中蓄电池电量降低，荷电状态较低时，发电机控制器开关闭合，发动机工作，带动发电机工作为蓄电池充电，农机边工作边冲电，避免了纯电动农机蓄电池电量不足就要停车充电的问题，提高了工作效率；发动机和发电机采用单一工况输出，工作效率能够达到最佳，提高了能源利用率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的用于体现纯电动模式的示意图；
图2是本发明用于体现增程模式的示意图；
图3是本发明用于体现停车充电模式的示意图；
图4是本发明用于体现动力系统工作方法的整体流程示意图。
图中：1、左行走轮；11、第一驱动电机；2、右行走轮；21、第二驱动电机；3、工作轮；31、PTO电机；4、蓄电池；5、増程器；51、发动机；52、发电机；53、发电机控制器；6、车载充电器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种增程式电动农机耕作动力系统，包括左行走轮1、右行走轮2、第一驱动电机11、第二驱动电机21、工作轮3、PTO电机31、蓄电池4、増程器5、车载充电器6和整机控制器。
蓄电池4由锂电池组构成，用于将电量输送到第一驱动电机11、第二驱动电机21和PTO电机31；第一驱动电机11和第二驱动电机21分别用于给左行走轮1和右行走轮2提供动力；PTO电机31用于给工作轮3以及农机所连的耕具直接提供动力，工作轮3与左行走轮1和右行走轮2形成对农机整体的支撑和行走，且三者均可在农机差速器的控制下进行转向；増程器5用于在农机作业过程中给蓄电池4充电；车载充电器6用于给停机状态下的蓄电池4充电；整机控制器用于控制増程器5、第一驱动电机11、第二驱动电机21和PTO电机31。
以农机前进方向为参考方向，蓄电池4位于系统的中心位置，第一驱动电机11和第二驱动电机21位于蓄电池4前端，PTO电机31位于蓄电池4后端。
直行时，左行走轮1、右行走轮2和工作轮3均与农机的行进路径平行，左转弯时，农机差速器控制左行走轮1旋转90°至横向位置并停止转动，右行走轮2和工作轮3保持纵向位置并转动，使得农机以左行走轮1为支点进行自动转弯，由于左行走轮1位置不变，农机的转弯半径为零；右转弯与左转弯原理相同，此处不再赘述。在耕地过程中，可以调整左行走轮1、右行走轮2以及工作轮3的横向位置使耕地范围均匀，满足不同宽度田垄的耕地需求。
由于左行走轮1、右行走轮2和工作轮3均采用独立驱动，取消传统的机械差速装置，PTO电机31传动系统直接驱动耕具，有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声，同时也有利于整车总布置的优化和整车动力学性能的匹配优化，降低对平台电机的性能指标要求。
如图2所示，増程器5包括发动机51、发电机52和发电机控制器53，发动机51可采用汽油、甲醇等燃料，发动机51与发电机52相连，发电机控制器53与发电机52相连，充电时，发电机控制器53闭合，发动机51启动并带动发电机52给蓄电池4充电。在増程器5的电量输出下，农机可边工作边冲电，避免了纯电动农机蓄电池4电量不足就要停车充电的问题，提高了工作效率。
发动机51和发电机52采用单一工况输出，工作效率能够达到最佳，提高了能源利用率；发动机51采用电控高压共轨燃油喷射技术、增压及增压中冷技术、EGR或冷却EGR技术等机内净化措施，降低了排放。
如图3所示，完成耕作后，将农机停到充电桩，利用车载充电器6为蓄电池4充电，此时发电机控制器保持断开。
整机控制器内设有激光雷达，激光雷达包括激光器、分光器和接收器，分光器用于将激光器发射的激光脉冲分成两路，其中一路进入接收器，另一路通过反射镜发射到障碍物的表面，再经过障碍物的反射后由反射镜返回接收器。
通过计算发射时间和接收时间的差值，将时间差与光速相乘计算出传感器到障碍物的距离，配合对第一驱动电机11和第二驱动电机21的控制，使得农机在行进过程中遇到障碍时进行及时的躲避。
一种增程式电动农机耕作动力系统的工作方法，如图1、图2和图3所示，包括纯电动模式、增程模式和停车充电模式。
纯电动模式：当蓄电池4剩余电量SOC>90％时，发电机控制器53断开，由蓄电池4单一的进行供电。
增程模式：当蓄电池4剩余电量SOC<40％时，发电机控制器53闭合，柴油发动机启动，带动发电机52为蓄电池4供电；当蓄电池4达到SOC>90％状态时，发电机控制器53断开，转为纯电动模式，循环往复。
停车充电模式：耕作任务完成后，通过车载充电器6对蓄电池4进行充电，发电机控制器53断开。
如图4所示，农机启动后，自动端口对蓄电池4荷电状态进行扫描，在蓄电池4荷电状态较高时，农机为纯电动模式，节能减排。
当工作中蓄电池4电量降低，荷电状态较低时，发电机控制器53开关闭合，发动机51工作，带动发电机52工作为蓄电池4充电。
当蓄电池4的电量恢复时，发电机控制器53断开，再次进入纯电动模式；完成工作后，到充电桩利用车载充电器6为蓄电池4充电。
通过在农机工作过程中，根据蓄电池4的荷电状态转换不同工作模式，结合发动机工作高效区和发电机52工作高效区，在动力匹配时可使发动机始终工作在最佳效率区，降低发动机的排放值和消耗率。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种增程式电动农机耕作动力系统，其特征在于，包括
左行走轮(1)；
右行走轮(2)；
第一驱动电机(11)，所述第一驱动电机(11)用于给左行走轮(1)提供动力；
第二驱动电机(21)，所述第二驱动电机(21)用于给右行走轮(2)提供动力；
工作轮(3)；
PTO电机(31)，所述PTO电机(31)用于给工作轮(3)和耕具提供动力；
蓄电池(4)，所述蓄电池(4)用于将电量输送到第一驱动电机(11)、第二驱动电机(21)和PTO电机(31)；
増程器(5)，所述増程器(5)用于给蓄电池(4)充电。
2.根据权利要求1所述的一种增程式电动农机耕作动力系统，其特征在于，所述增程器(5)包括发动机(51)、发电机(52)和发电机控制器(53)，所述发动机(51)与发电机(52)相连，所述发电机控制器(53)与发电机(52)相连，充电时，所述发电机控制器(53)闭合，所述发动机(51)启动并带动发电机(52)给蓄电池(4)充电。
3.根据权利要求1所述的一种增程式电动农机耕作动力系统，其特征在于，所述増程器(5)、第一驱动电机(11)、第二驱动电机(21)和PTO电机(31)通过整机控制器控制；
整机控制器内设有激光雷达，激光雷达包括激光器、分光器和接收器。
4.根据权利要求1所述的一种增程式电动农机耕作动力系统，其特征在于，还包括用于给蓄电池(4)充电的车载充电器(6)，所述车载充电器(6)给蓄电池(4)充电时，所述増程器(5)与蓄电池(4)断开。
5.根据权利要求1所述的一种增程式电动农机耕作动力系统，其特征在于，以农机前进方向为参考方向，所述第一驱动电机(11)和第二驱动电机(21)位于蓄电池(4)前端，所述PTO电机(31)位于蓄电池(4)后端。
6.一种增程式电动农机耕作动力系统的工作方法，其特征在于，包括纯电动模式、增程模式和停车充电模式；
所述纯电动模式：当蓄电池SOC>90%时，发电机控制器断开，由蓄电池单一的进行供电；
所述增程模式：当蓄电池SOC<40%时，发电机控制器闭合，发动机启动，带动发电机为蓄电池供电；当蓄电池达到SOC>90%状态时，发电机控制器断开，转为纯电动模式，循环往复；
所述停车充电模式：耕作任务完成后，通过车载充电器对蓄电池进行充电，发电机控制器断开。
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