混合动力系统及作业机械的制作方法

1.本实用新型涉及动力设备技术领域，尤其涉及一种混合动力系统及作业机械。


背景技术：

2.目前，传统的轮式起重机等作业机械采用发动机作为动力源，其应用非常成熟，但也存在很多污染严重，排放不达标的劣势，且整车质量较大，为了满足整车动力性要求，常装配大功率、大排量的燃油发动机，导致环境污染严重、经济性低、噪音高。低碳排放、低油耗、低噪音是未来起重机行业发展的主要方向。
3.现有传统的轮式起重机等作业机械采用的大排量的发动机，通过变速箱分为主传动和取力器两分支，一路传递到车桥上，作为车辆行驶的动力来源；一路通过油泵马达液压机构进行上车作业。此种动力形式具有如下缺点：
4.行驶一直使用发动机，在车辆启动时，发动机效率较低，油耗较大；在下坡不能有效利用惯性进行能量回收；众所周知上车很长时间属于等待时间，这期间发动机处于低速区，发动机的效率较低，油耗较大，经济性不高。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种混合动力系统及作业机械，用以解决现有技术中作业机械的动力系统发动机的效率较低，油耗较大，经济性不高的问题。
6.本实用新型提供一种混合动力系统，包括：
7.变速箱，所述变速箱内设置有第一变速器和第二变速器，所述第一变速器的输入端设置有第一离合器，所述第二变速器的输入端设置有第二离合器；
8.发动机，所述发动机的输出轴分别与所述第一离合器和第二离合器连接；
9.电机，与所述第一变速器的输入端传动连接；
10.主传动轴，分别与所述第一变速器的输出端和所述第二变速器的输出端传动连接。
11.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括取力轴、油泵和液压执行机构，所述取力轴的一端与所述第一变速器和所述第二变速器中至少之一传动连接，所述取力轴的输出端连接所述油泵，所述油泵的出口连接所述液压执行机构。
12.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，所述电机固定设置在所述变速箱内。
13.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括：
14.供电模块，与所述电机电连接；
15.所述供电模块包括电池储能装置和多合一控制器，所述多合一控制器分别与所述电池储能装置和所述电机电连接。
16.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，所述供电模块还包括ac充电口和车载充电机，所述ac充电口与所述车载充电机的入口电连接，所述车载充电机的出口与所述电池储能装置电连接。
17.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括混合动力总成控制器和选换挡控制器，所述混合动力总成控制器和所述选换挡控制器分别与所述电池储能装置电连接，所述混合动力总成控制器分别与所述多合一控制器、所述选换挡控制器信号连接。
18.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括发动机散热系统和电池换热系统，所述发动机散热系统通过第一控制阀连接电池换热系统。
19.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括电机散热系统，所述电机散热系统通过第二控制阀连接所述电池换热系统。
20.根据本实用新型提供的一种混合动力系统，还包括蓄热器、第一换热器和第二换热器，所述发动机散热系统通过所述第一换热器与所述蓄热器换热连接，所述发动机散热系统与所述第一换热器的连接管路上设置有第三控制阀，所述电池换热系统通过所述第二换热器与所述蓄热器换热连接，所述发动机散热系统与所述第一换热器的连接管路上设置有第四控制阀。
21.本实用新型还提供一种作业机械，包括如上所述的混合动力系统。
22.本实用新型提供的混合动力系统及作业机械，分别使电机和发动机连接变速箱，可以利用电机辅助发动机工作，降低行驶油耗，让发动机尽可能处于高效燃油经济区。本实用新型提供的混合动力系统及作业机械可以选用电机驱动、电机与发动机并联驱动、发动机驱动和电机发电4种行驶模式，根据路况的要求切换动力模式，达到节油目的。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型提供的一种混合动力系统的使用状态图；
25.图2是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之一；
26.图3是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之二；
27.图4是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之三；
28.图5是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之四；
29.图6是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之五；
30.图7是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之六；
31.图8是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之七；
32.图9是本实用新型提供的一种混合动力系统的整体结构示意图之八；
33.图10是本实用新型提供的一种混合动力系统的换热循环结构图之一；
34.图11是本实用新型提供的一种混合动力系统的换热循环结构图之二；
35.图12是本实用新型提供的一种混合动力系统的换热循环结构图之三；
36.附图标记：
37.1、发动机；2、变速箱；3、主传动轴；4、取力轴；5、油泵；6、选换挡控制器；7、多合一控制器；8、混合动力总成控制器；9、电池储能装置；10、车载充电机；11、ac充电口；12、第一变速器；13、第一离合器；14、第二变速器；15、第二离合器；16、液压执行机构；17、车桥；18、
发动机散热系统；19、第一循环泵；20、第一散热器；21、电池换热系统；22、第二循环泵；23、膨胀水箱；24、第二散热器；25、第一控制阀；26、电机散热系统；27、第三循环泵；28、第三散热器；29、蓄热器；30、第一换热器；31、第二换热器；32、第三控制阀；33、第四控制阀；34、电机；35、第二控制阀。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
39.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
41.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.下面结合图1-图12描述本实用新型实施例的混合动力系统，包括变速箱2、发动机1、电机34、供电模块和主传动轴3。变速箱2内设置有第一变速器12和第二变速器14，第一变速器12的输入端设置有第一离合器13，第二变速器14的输入端设置有第二离合器15；发动机1的输出轴分别与第一离合器13和第二离合器15连接；电机34与第一变速器12的输入端传动连接；主传动轴3分别与第一变速器12的输出端和第二变速器14的输出端传动连接，主传动轴3适于连接车桥17，为车辆的行驶提供动力。
44.本实用新型实施例的混合动力系统，第一离合器13和第二离合器15能够控制发动
机1与第一变速器12和第二变速器14的连接，通过控制第一离合器13和第二离合器15的开闭状态以及发动机1、电机34的运行可以使本实用新型实施例的混合动力系统具有电机34驱动、电机34与发动机1并联驱动、发动机1驱动和制动能量回收4种行驶模式。4种行驶模式具体如下：
45.电机34驱动行驶模式，参见图2：第一离合器13和第二离合器15同时断开，发动机1关闭，电机34利用电能运行，电机34单独为主传动轴3提供动力；
46.电机34与发动机1并联驱动行驶模式，参见图3和图4：第一离合器13和第二离合器15中的一者闭合，发动机1和电机34同时运行，电机34与发动机1同时为主传动轴3提供动力；
47.发动机1驱动行驶模式，参见图5：第一离合器13断开，第二离合器15闭合，发动机1运行，电机34关闭，发动机1单独为主传动轴3提供动力；
48.电机34发电模式，参见图6：电机34发电模式分为两种具体情况，在一种情况下，车辆正常行驶，发动机1的动力超过正常行驶动力需求，且供电模块电量不足时，第一离合器13闭合，第二离合器15断开，仅发动机1工作行驶，电机34作为发电机使用，发动机1的动力一部分用于为主传动轴3提供动力，另一部分带动电机34发电；在另一种情况下，制动或者松开油门踏板时，此时发动机1停止工作，主传动轴3随着车轮反拖电机34旋转，电机34此时充当发电机的角色，将机械能转换为电能，进行能量的回收。
49.可选地，电机34固定设置在变速箱2内，电机34的转轴通过变速箱2内的齿轮与第一变速器12的输入端传动连接。
50.本实用新型实施例的混合动力系统，还包括供电模块，供电模块与电机34电连接。供电模块包括电池储能装置9和多合一控制器7，电池储能装置9为包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池或铅酸电池等类型中的任一种。多合一控制器7分别与电池储能装置9和电机34电连接，电池储能装置9输出的直流电经过多合一控制器7内的dc/dc转换器、逆变器、升压电路传输到电机34上为电机34提供电能；电机34作为发电机使用时产生的交流电也可通过多合一控制器7进行整流、降压处理后储存到电池储能装置9中。
51.可选地，供电模块还包括ac充电口11和车载充电机10，ac充电口11与车载充电机10的入口电连接，车载充电机10的出口与电池储能装置9电连接。通过ac充电口11外接电源后，可以为电池储能装置9供电，也可以直接为电机34提供电能。
52.根据本实用新型实施例的混合动力系统，还包括混合动力总成控制器8(参见图1)和选换挡控制器6，混合动力总成控制器8和选换挡控制器6分别与电池储能装置9电连接，混合动力总成控制器8分别与多合一控制器7、选换挡控制器6信号连接。混合动力总成控制器8能够通过多合一控制器7和选换挡控制器6对电机34和变速箱2进行综合控制，实现电机34与变速箱2的智能控制。
53.在本实用新型一些实施例中，混合动力系统还包括取力轴4、油泵5和液压执行机构16。取力轴4的一端与第一变速器12和第二变速器14中至少之一传动连接，能够从变速箱2内获取动力。取力轴4的输出端连接油泵5，油泵5的出口连接液压执行机构16。液压执行机构16包括液压卷扬、液压回转马达、变幅油缸和伸缩油缸中的至少一者。
54.本实施例中优选取力轴4同时与第一变速器12和第二变速器14传动连接。发动机1和电机34运行时均能够为油泵5提供运行的动力，具体根据第一离合器13、第二离合器15的
接合状态以及发动机1和电机34的运行情况可以分为如下三种作业模式：
55.停车电机34作业模式，参见图7：此模式下第一离合器13和第二离合器15均处于断开状态，当电池储能装置9的能量值高于设定值且处于停车状态时，此时若操作上车作业，电池储能装置9的电能通过多合一控制器7进行升压和逆变将直流电流转换为电机34需要的交流电，通过电机34进行能量转化，将电能转换为机械能，通过第一变速器12输送到取力轴4上，取力轴4转动带动油泵5进行油压转换，再输出至液压执行机构16进行上车作业(例如卷扬、回转、变幅、伸缩等)动作。
56.停车发动机1作业模式，参见图8：当电池储能装置9的能量值低于设定值且处于停车状态时，此时第一离合器13闭合、第二离合器15断开，仅发动机1工作，电机34作为发电机使用。发动机1输出的机械能，一部分通过取力轴4传递到油泵5上，进行上车作业，多余的机械能通过电机34进行转换为电能，对电池储能装置9进行充电。传统的上车作业需要较小的作业力矩，这种工况下发动机1的效率较低，燃油经济性不高，能源浪费严重，本实用新型实施例提出增加发动机1输出力矩，有效利用发动机1的输出特性，将发动机1的能量有效回收利用，提高了发动机1的工作效率。
57.插电作业模式，参见图9：此模式下第一离合器13和第二离合器15均处于断开状态，当作业环境有市电220v或者380v交流电时，通过ac充电口11输送到车载充电机10进行转换为直流电，车载充电机10输入的电能一部分进行电池储能装置9充电存储，另一部分经过多合一控制器7的逆变和升压操作，将直流电转化为交流电，交流电通过电机34将电能转换为机械能，通过第一变速器12输送到取力轴4上，取力轴4转动带动油泵5进行油压转换，再输出至液压执行机构16进行上车作业(例如卷扬、回转、变幅、伸缩等)动作。
58.如图10所示，在本实用新型一些实施例中，混合动力系统还包括发动机散热系统18和电池换热系统21，发动机散热系统18用于对发动机1进行散热，避免发动机1温度过高，电池换热系统21用于对电池储能装置9进行温度调节，保证电池储能装置9在适宜的温度下工作。发动机散热系统18通过第一控制阀25连接电池换热系统21，第一控制阀25能够控制发动机散热系统18与电池换热系统21之间通路的开闭，具体地，第一控制阀25采用三通阀，并在发动机散热系统18上设置有两个，第一控制阀25的其中一个阀口连接至电池换热系统21，当第一控制阀25打开连接至电池换热系统21的阀口时，发动机散热系统18的冷却液可以进入电池换热系统21中，实现对电池储能装置9的温度调节。特别是在环境温度较低的情况下，电池储能装置9受低温影响无法正常工作时，可以将发动机散热系统18的冷却液导入电池换热系统21中，对电池储能装置9进行加热。
59.可选地，发动机散热系统18包括第一循环泵19和第一散热器20，第一循环泵19和第一散热器20与发动机水箱形成散热循环。电池换热系统21包括第二循环泵22和膨胀水箱23，第二循环泵22和膨胀水箱23与电池储能装置9形成电池换热系统21。为避免发动机散热系统18中的冷却液温度过高对电池换热系统21造成危害，优选将第一控制阀25和第二控制阀35布置在发动机散热系统18中位于第一散热器20下游的位置。
60.可选地，电池换热系统21还包括第二散热器24，当电池储能装置9的工作温度较高时，电池储能装置9可以通过第二散热器24进行散热。为保证在寒冷环境中电池储能装置9的工作温度，可在电池换热系统21中设置能够控制第二散热器24是否加入循环的三通阀。
61.如图11所示，根据本实用新型实施例的混合动力系统，还包括电机散热系统26，电
机散热系统26通过第二控制阀35连接电池换热系统21。第二控制阀35采用三通阀，并在发动机散热系统18上设置有两个，第二控制阀35的其中一个阀口连接至电池换热系统21，当第二控制阀35打开连接至电池换热系统21的阀口时，电机散热系统26的冷却液可以进入电池换热系统21中，实现对电池储能装置9的温度调节。
62.可选地，电机散热系统26包括第三循环泵27和第三散热器28，第三循环泵27和第三散热器28与电机34的外壳水套形成散热循环。
63.利用电机散热系统26的冷却液也可以为对电池储能装置9进行温度调节。在寒冷环境下停车作业时，若发动机1停止运行，发动机散热系统18中的冷却液仅能够在发动机1停止运行后的短时间内对电池储能装置9进行加热，而利用电机34在上车作业过程中产生的热量进行加热则可以使电池储能装置9持续保持合适的工作温度。
64.如图12所示，在本实用新型一些实施例中，混合动力系统还包括蓄热器29、第一换热器30和第二换热器31。发动机散热系统18通过第一换热器30与蓄热器29换热连接，电池换热系统21通过第二换热器31与蓄热器29换热连接，由此可以将发动机散热系统18中的热量交换至蓄热器29中，蓄热器29中的热量又可以交换至电池换热系统21中用于为电池储能装置9加热。发动机散热系统18与第一换热器30的连接管路上设置有第三控制阀32，发动机散热系统18与第一换热器30的连接管路上设置有第四控制阀33，通过控制第三控制阀32和第四控制阀33的阀位，可以根据需要确定是否进行蓄热或对电池储能装置9进行加热。当环境温度较低时，可以在行车时将发动机1产生的热量存储到蓄热器29中，停车作业时利用存储的热量对电池储能装置9进行加热，由此可以提高能源的利用率，保证电池储能装置9具有良好的工作环境。
65.本实用新型实施例还提供一种作业机械，包括以上任一项的混合动力系统。本实用新型实施例的作业机械可以是轮式起重机、挖掘机或登高车等设备中的任一种。
66.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。