混合动力推土机的制作方法

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种混合动力推土机。

背景技术：

传统推土机的大排量、高污染，亟需新型能源的替代，作为作业型的大功率机械，如果采用纯电动驱动型则需要重量巨大的电池组，需要较长的充电时间，影响作业机械的工作效率。燃料电池的高比能量，推土机的大体积和大布局空间，可将燃料电池动力系统应用于推土机。

推土机作业过程中会频繁出现铲土、松土、前进和刹车等状态。推土机呈现波动负荷，如果单独用燃料电池，会因功率频繁波动引起频繁的充放电。燃料电池的使用寿命将会大幅降低，怎样才能提高推土机中燃料电池的使用寿命是亟待解决的问题。而利用加装蓄电池改善燃料电池系统，由于蓄电池比能量低，则满足推土机的频繁大功率波动需求需要重量和体积非常大的电池组，对于整车重量和成本不利。

技术实现要素：

基于此，有必要针对怎样才能提高推土机中燃料电池的使用寿命的问题，提供一种混合动力推土机。

一种混合动力推土机，包括驱动系统、作业系统、动力系统和整车控制器。

所述动力系统包括燃料电池装置、蓄电池装置和超级电容装置。所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置分别与所述驱动系统电路连接。所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置分别与所述作业系统电路连接，所述蓄电池装置与所述超级电容装置构成复合电源装置。

所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置分别与所述整车控制器通讯连接所述整车控制器用于控制所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置中的一个或几个为所述驱动系统和所述作业系统供电。

在一个实施例中，所述燃料电池装置包括燃料电池、高压氢气瓶、空压机、第一直流变换器和燃料电池控制器。

所述高压氢气瓶用于向所述燃料电池输出氢气。

所述空压机用于向所述燃料电池输出氧气。

所述第一直流变换器设置于所述燃料电池的电力输出口。所述燃料电池通过所述第一直流变换器与所述驱动系统和所述作业系统电路连接。所述第一直流变换器与所述整车控制器通讯连接。

所述燃料电池控制器与所述燃料电池和所述整车控制器通讯连接。所述整车控制器通过所述燃料电池控制器和所述第一直流变换器控制所述燃料电池为所述驱动系统和所述作业系统供电。

在一个实施例中，所述蓄电池装置包括：蓄电池、第二直流变换器和蓄电池控制器。所述蓄电池与所述燃料电池分别与所述驱动系统电路连接。所述蓄电池与所述燃料电池分别与所述作业系统电路连接。所述第二直流变换器设置于所述蓄电池的电力输出口。所述第二直流变换器与所述整车控制器通讯连接。所述蓄电池控制器与所述蓄电池和所述整车控制器通讯连接。所述整车控制器通过所述蓄电池控制器和所述第二直流变换器控制所述蓄电池为所述驱动系统供电。

在一个实施例中，所述超级电容装置包括：超级电容和电容控制器。所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池分别与所述驱动系统电路连接。所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池分别与所述作业系统电路连接。

所述电容控制器与所述超级电容和所述整车控制器通讯连接。所述燃料电池控制器、所述蓄电池控制器和所述电容控制器分别与所述整车控制器(40)通讯连接。所述整车控制器通过所述燃料电池控制器、所述蓄电池控制器和所述电容控制器控制所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池中的一个或几个为所述驱动系统和所述作业系统供电。

在一个实施例中，所述驱动系统还包括：第一履带、第二履带、第一驱动装置和第二驱动装置。

所述第一履带和所述第二履带相对设置。

所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相对设置。所述第一驱动装置与所述第一履带机械连接。所述第二驱动装置与所述第二履带机械连接。所述动力系统为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供电能。所述整车控制器控制所述第一驱动装置和所述第二驱动装置带动所述第一履带和所述第二履带行进。

在一个实施例中，所述第一驱动装置包括：第一驱动轮、第一驱动电机和第一电机控制器。

所述第一履带包覆于所述第一驱动轮的转动面。

所述第一驱动电机的驱动轴与所述第一驱动轮的轮毂中心机械固定连接。

所述整车控制器、所述动力系统和所述第一驱动电机分别与所述第一电机控制器通讯连接。所述整车控制器通过所述第一电机控制器控制所述动力系统为所述第一驱动电机供电。

在一个实施例中，所述第一驱动装置还包括第一减速机构。所述第一减速机构机械固定连接于所述第一驱动电机的驱动轴与所述第一驱动轮的中心之间。

在一个实施例中，所述第二驱动装置包括：第二驱动轮、第二驱动电机和第二电机控制器。

所述第二履带包覆于所述第二驱动轮的转动面。

所述第二驱动电机的驱动轴与所述第二驱动轮的轮毂中心机械固定连接。

所述整车控制器、所述动力系统和所述第二驱动电机分别与所述第二电机控制器通讯连接。所述整车控制器通过所述第二电机控制器控制所述动力系统为所述第二驱动电机供电。

在一个实施例中，所述第二驱动装置还包括第二减速机构。所述第二减速机构机械固定连接于所述第二驱动电机的驱动轴与所述第二驱动轮的中心之间。

在一个实施例中，所述作业系统还包括铲土装置、松土装置、液压泵、作业电机和作业电机控制器。

所述液压泵与所述铲土装置和所述松土装置液路连接。

所述作业电机的输出轴与所述液压泵的动力轴机械连接。

所述作业电机与所述作业电机控制器通讯连接，所述整车控制器通过所述作业电机控制器控制所述动力系统为所述作业电机供电，进而所述作业电机带动所述液压泵为所述铲土装置和所述松土装置提供液压能。

在一个实施例中，所述铲土装置包括推土铲和推土铲油缸。所述推土铲油缸的输出轴与所述推土铲机械连接。所述推土铲油缸与所述液压泵液路连接。所述液压泵为所述推土铲油缸提供液压能，进而所述推土铲油缸带动所述推土铲作业。

在一个实施例中，所述松土装置包括松土器和松土器油缸。所述松土器油缸与所述松土器机械连接。所述松土器油缸与所述液压泵液路连接。所述液压泵为所述松土器油缸提供液压驱动能，进而所述松土器油缸带动所述松土器作业。

本申请提供的所述混合动力推土机，包括驱动系统、作业系统、动力系统和整车控制器。所述动力系统包括燃料电池装置、蓄电池装置和超级电容装置所述蓄电池装置和超级电容装置形成复合电源装置。所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置分别与所述驱动系统和所述作业系统电连接。所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置分别与所述整车控制器通讯连接，所述整车控制器控制所述燃料电池装置、所述蓄电池装置或所述超级电容装置中的一个或几个为所述驱动系统和所述作业系统供电。所述混合动力推土机包括所述燃料电池装置、所述蓄电池装置和所述超级电容装置三种供电装置。

所述混合动力推土机在行进、刹车或作业时功率频繁瞬间突变。所述超级电容装置的功率密度高，能够瞬间充放电，过滤大波动功率尖峰。同时所述蓄电池装置的能量密度高，能够及时弥补所述超级电容装置泄放引起的供电电压下降，并提供波动功率的变动趋势项，进一步平缓功率波动。所述超级电容装置和所述蓄电池装置配合形成复合电源，对功率从更宽的时间尺度上进行滤波，使所述燃料电池装置工作在稳定的功率环境，有效避免所述燃料电池装置频繁充放电。所述蓄电池装置和所述超级电容装置形成复合电源，所述复合电源提高了所述燃料电池装置的使用寿命，进而，提高了所述混合动力推土机的整体性能。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的所述混合动力推土机的电气原理图；

图2为本申请另一个实施例中提供的所述混合动力推土机的电气原理图。

附图标号：

混合动力推土机10

驱动系统20

第一履带210

第二履带220

第一驱动装置230

第一驱动轮231

第一驱动电机232

第一电机控制器233

第一减速机构234

第一减速器235

第一机械制动器236

第二驱动装置240

第二驱动轮241

第二驱动电机242

第二电机控制器243

第二减速机构244

动力系统30

燃料电池装置310

燃料电池311

高压氢气瓶312

空压机313

燃料电池控制器314

蓄电池装置320

蓄电池321

蓄电池控制器322

超级电容装置330

超级电容331

电容控制器332

整车控制器40

第一直流变换器50

第二直流变换器60

作业系统70

铲土装置710

推土铲711

推土铲油缸712

松土装置720

松土器721

松土器油缸722

液压泵730

作业电机740

作业电机控制器750

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，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。

请参见图1，本申请实施例提供一种混合动力推土机10，包括驱动系统20、作业系统70、动力系统30和整车控制器40。所述动力系统30包括燃料电池装置310、蓄电池装置320和超级电容装置330。所述燃料电池装置310、所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330分别与所述驱动系统20电路连接。所述燃料电池装置310、所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330分别与所述作业系统70电路连接。

所述燃料电池装置310、所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330分别与所述整车控制器40通讯连接所述整车控制器40用于控制所述燃料电池装置310、所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330中的一个或几个为所述驱动系统20和所述作业系统70供电。

本申请实施例提供的所述混合动力推土机10，所述驱动系统20或所述作业系统70在行进、刹车或作业时功率频繁瞬间突变。所述超级电容装置330的功率密度高，能够瞬间充放电，过滤大波动功率尖峰。同时所述蓄电池装置320的能量密度高，能够及时弥补所述超级电容装置330泄放引起的供电电压下降，进一步平缓功率波动。所述超级电容装置330和所述蓄电池装置320配合，对功率从更宽的时间尺度上进行滤波，使所述燃料电池装置310工作在稳定的功率环境，有效避免所述燃料电池装置310频繁充放电。所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330形成复合电源系统，所述复合电源系统提高了所述燃料电池装置310的使用寿命。进而，提高了所述混合动力推土机10的整体性能。

请一并参见图2，在一个实施例中，所述燃料电池装置310包括燃料电池311、高压氢气瓶312、空压机313、第一直流变换器50和燃料电池控制器314。

所述燃料电池311与所述驱动系统20和所述作业系统70电路连接。所述高压氢气瓶312用于向所述燃料电池311输出氢气。所述空压机313用于向所述燃料电池311输出氧气。所述第一直流变换器50设置于所述燃料电池311的电力输出口。所述燃料电池311通过所述第一直流变换器50与所述驱动系统20和所述作业系统70电路连接。所述第一直流变换器50与所述整车控制器40通讯连接。

所述燃料电池控制器314与所述燃料电池311和所述整车控制器40通讯连接。所述整车控制器40通过所述燃料电池控制器314和所述第一直流变换器50控制所述燃料电池311为所述驱动系统20和所述作业系统70供电。

所述第一直流变换器50将所述燃料电池311输出的电能进行电压变换，使其符合输电要求，并能起到对所述燃料电池311输出功率主动控制的作用

在一个实施例中，所述蓄电池装置320包括蓄电池321、第二直流变换器60和蓄电池控制器322。所述蓄电池321与所述燃料电池311分别与所述驱动系统20电路连接。所述第二直流变换器60设置于所述蓄电池321的电力输出口。所述第二直流变换器60与所述整车控制器40通讯连接。所述蓄电池321与所述燃料电池311分别与所述作业系统70电路连接。所述蓄电池控制器322与所述蓄电池321和所述整车控制器40通讯连接。所述整车控制器40通过所述蓄电池控制器322和所述第二直流变换器60控制所述蓄电池321为所述驱动系统20供电。所述第二直流变换器60将所述蓄电池321输出的电能进行电压变换，使其符合输电要求，并能够到对所述蓄电池321输出功率主动控制作用。在一个实施例中，所述超级电容装置330包括超级电容331和电容控制器332。所述超级电容331、所述蓄电池321和所述燃料电池311分别与所述驱动系统20电路连接。所述超级电容331、所述蓄电池321和所述燃料电池311分别与所述作业系统70电路连接。所述电容控制器332与所述超级电容331和所述整车控制器40通讯连接。所述整车控制器40通过所述电容控制器332控制所述超级电容331、所述蓄电池321和所述燃料电池311中的一个或几个为所述驱动系统20和所述作业系统70供电。

所述超级电容331、所述蓄电池321和所述燃料电池311通过供电直流母线向所述驱动系统20和所述作业系统70输送电能。

所述混合动力推土机10采用三种供电方式，利用所述超级电容331的高功率密度特性、快速充放电特性和充放电寿命达到百万次以上的特性，与所述混合动力推土机10的频繁波动、大功率负载相匹配，用以满足频繁大功率充放电的需求。所述超级电容331用于滤除抖动和毛刺。其次，所述混合动力推土机10利用所述蓄电池321的高能量密度特性，将所述蓄电池321与所述第二直流变换器232相结合，在一定时间尺度内将波动功率的总体趋势变得更为平缓，变得所述燃料电池311更能接受，甚至使得所述燃料电池311功率恒定(或功率变动不大)的情况下输出。所述蓄电池321和所述超级电容331组成的复合电源平缓了所述燃料电池311的输出功率，增强所述燃料电池311及其关键组件的寿命。所述燃料电池311与所述第一直流变换器215相结合，使得所述燃料电池311的输出功率被主动控制，起到与所述供电直流母线波动功率隔离的作用。

所述混合动力推土机10中三种供电方式彼此之间相互配合，能够满足所述混合动力推土机10在行进、刹车或拐弯的过程中功率频繁瞬间突变，提高所述混合动力推土机10的整车性能。

。在一个实施例中，所述驱动系统20还包括第一履带210、第二履带220、第一驱动装置230和第二驱动装置240。

所述第一履带210和所述第二履带220相对设置。所述第一驱动装置230和所述第二驱动装置240相对设置。所述第一驱动装置230与所述第一履带210机械连接。所述第二驱动装置240与所述第二履带220机械连接。所述动力系统30为所述第一驱动装置230和所述第二驱动装置240提供电能。所述整车控制器40控制所述第一驱动装置230和所述第二驱动装置240带动所述第一履带210和所述第二履带220行进。

在一个实施例中，所述第一驱动装置230包括第一驱动轮231、第一驱动电机232和第一电机控制器233。所述第一履带210包覆于所述第一驱动轮231的转动面。所述第一驱动电机232的驱动轴与所述第一驱动轮231的轮毂中心机械固定连接。所述整车控制器40、所述动力系统30和所述第一驱动电机232分别与所述第一电机控制器233通讯连接。所述整车控制器40通过所述第一电机控制器233控制所述动力系统30为所述第一驱动电机232供电。

在一个实施例中，所述第一驱动装置230还包括第一减速机构234。所述第一减速机构234机械固定连接于所述第一驱动电机232的驱动轴与所述第一驱动轮231的中心之间。

在一个实施例中，所述第一减速机构234包括第一减速器235和第一机械制动器236。

在一个实施例中，所述第二驱动装置240包括第二驱动轮241、第二驱动电机242和第二电机控制器243。所述第二履带220包覆于所述第二驱动轮241的转动面。所述第二驱动电机242的驱动轴与所述第二驱动轮241的轮毂中心机械固定连接。所述整车控制器40、所述动力系统30和所述第二驱动电机242分别与所述第二电机控制器243通讯连接。所述整车控制器40通过所述第二电机控制器243控制所述动力系统30为所述第二驱动电机242供电。

在一个实施例中，所述第二驱动装置240还包括第二减速机构244。所述第二减速机构244机械固定连接于所述第二驱动电机242的驱动轴与所述第二驱动轮241的中心之间。

在一个实施例中，所述第二减速机构244包括第二减速器245和第二机械制动器246。

所述第一电机控制器233与所述第二电机控制器243分别与所述供电直流母线电路连接。同时所述第一电机控制器233与所述第二电机控制器243分别与所述整车控制器40通讯连接。所述第一电机控制器233与所述第二电机控制器243并分别接收所述整车控制器40的控制命令。

在行进过程中，所述第一电机控制器233将所述供电直流母线的直流电转换为三相交流电，并输送给所述第一驱动电机232。所述第二电机控制器243将所述供电直流母线的直流电转换为三相交流电，并输送给所述第二驱动电机242。所述第一电机控制器233根据所述整车控制器40指令，控制所述第一驱动电机232的转动。所述第二电机控制器243根据所述整车控制器40指令，控制所述第二驱动电机242的转动。

在所述第一减速机构234制动时，所述第一驱动电机232处于发电状态，回收制动能，并以三相交流电能的形式输送给所述第一电机控制器233。所述第一电机控制器233将回收的制动能由三相交流电变为直流电，并输送给所述蓄电池321和所述超级电容331形成的复合电源中。

在所述第二减速机构244制动时，所述第二驱动电机242处于发电状态，回收制动能，并以三相交流电能的形式输送给所述第二电机控制器243。所述第二电机控制器243将回收的制动能由三相交流电变为直流电，并输送给所述蓄电池321和所述超级电容331形成的复合电源中。

在驱动与制动过程中，所述驱动系统20功率需求剧烈波动，所述复合电源适时充放电，平缓了所述燃料电池311的输出功率，延长了所述燃料电池311的寿命。

所述混合动力推土机10采用双轮边驱动电机，使得车辆能够通过控制所述第一驱动电机232和所述第二驱动电机242，实现360度原地转向。所述混合动力推土机10无需增加差速转向装置，仅需要控制所述第一驱动电机232和所述第二驱动电机242即可实现转向。

在一个实施例中，所述作业系统70还包括铲土装置710、松土装置720、液压泵730、作业电机740和作业电机控制器750。

所述液压泵730与所述铲土装置710和所述松土装置720液路连接，为所述铲土装置710和所述松土装置720通过液压管路和液压阀提供液压驱动力。所述作业电机740的输出轴与所述液压泵730的动力轴机械连接。所述作业电机740与所述作业电机控制器750通讯连接，所述整车控制器40通过所述作业电机控制器750控制所述动力系统30为所述作业电机740供电，进而所述作业电机740带动所述液压泵730产生液压能。

在一个实施例中，所述铲土装置710包括推土铲711和推土铲油缸712。所述推土铲油缸712的输出轴与所述推土铲711机械连接。所述推土铲油缸712与所述液压泵730液路连接。所述液压泵730为所述推土铲油缸712提供液压驱动力，进而所述推土铲油缸712带动所述推土铲711作业。

在一个实施例中，所述松土装置720包括松土器721和松土器油缸722。所述松土器油缸722与所述松土器721机械连接。所述松土器油缸722与所述液压泵730液路连接。所述液压泵730为所述松土器油缸722提供液压驱动力，进而所述松土器油缸722带动所述松土器721作业。

所述整车控制器通过所述作业电机控制器750控制所述作业电机740的输出轴转动。所述作业电机740驱动所述液压泵730转动输出带压液体。操作人员通过控制阀控制所述推土铲油缸712或所述松土器油缸722，实现所述推土铲711或所述松土器721的起落。电驱液压泵的应用使得推土机的全电化成为可能，脱离原发动机带动的方式。

所述混合动力推土机10的所述作业系统70采用所述燃料电池装置310和复合电源(所述蓄电池装置320和所述超级电容装置330)作为动力源，双轮边驱动电机作为驱动系统，工作系统采用工作电机驱动液压泵，提高了所述混合动力推土机10的整体性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。