阅读说明：本技术 作业机械、作业附件及其组合体 (Work machine, work attachment, and assembly thereof ) 是由 克里斯蒂安·哈恩 比约恩·杜泽蒙德 于 2018-04-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种作业机械(1),其包括：作业附件连接装置(3、11a、15a、16a),其被构造成将作业附件(2)操作性地连接到作业机械(1),所述作业附件(2)设有作业工具(4),例如清扫机/旋转扫帚、吹雪机或铲斗；以及控制系统(10、11),其被配置成控制作业机械(1)的操作,并且在作业附件(2)经由作业附件连接装置(3)连接到作业机械(1)时控制作业附件(2)的操作。作业机械(1)还包括：至少第一电动马达(5),其被构造用于作业机械(1)的操作；第一可充电电池(7),其被配置成向第一电动马达(5)供应电力；电力电路(8),其连接第一电动马达(5)和第一可充电电池(7),其中,作业附件连接装置(3)包括连接到作业机械(1)的电力电路(8)的第一电连接器(15a),其中,第一电连接器(15a)被构造成连接到布置在作业附件(2)上的对应的电连接器(15b),其中,所述对应的电连接器(15b)连接到布置在作业附件(2)上的辅助可充电电池(17),以便在作业附件(2)经由作业附件连接装置(3)连接到作业机械(1)时允许辅助可充电电池(17)电连接到作业机械(1)的电力电路(8)。本发明还涉及上述类型的作业附件(2)、以及上述类型的作业机械(1)和作业附件(2)的组合体。(The invention relates to a working machine (1) comprising: a work attachment arrangement (3, 11a, 15a, 16a) configured to operatively connect a work attachment (2) to a work machine (1), said work attachment (2) being provided with a work tool (4), such as a sweeper/rotary broom, a snow blower or a bucket; and a control system (10, 11) configured to control operation of the work machine (1) and to control operation of the work attachment (2) when the work attachment (2) is connected to the work machine (1) via the work attachment connecting device (3). The work machine (1) further comprises: at least a first electric motor (5) configured for operation of the work machine (1); a first rechargeable battery (7) configured to supply electric power to the first electric motor (5); a power circuit (8) connecting the first electric motor (5) and the first rechargeable battery (7), wherein the work accessory connecting device (3) comprises a first electrical connector (15a) connected to the power circuit (8) of the work machine (1), wherein the first electrical connector (15a) is configured to be connected to a corresponding electrical connector (15b) arranged on the work accessory (2), wherein the corresponding electrical connector (15b) is connected to an auxiliary rechargeable battery (17) arranged on the work accessory (2) in order to allow the auxiliary rechargeable battery (17) to be electrically connected to the power circuit (8) of the work machine (1) when the work accessory (2) is connected to the work machine (1) via the work accessory connecting device (3). The invention also relates to a work attachment (2) of the above-mentioned type and to a combination of a work machine (1) and a work attachment (2) of the above-mentioned type.)

作业机械、作业附件及其组合体

技术领域

本发明涉及诸如装载机车辆的作业机械，其包括作业附件连接装置，该作业附件连接装置被构造成将作业附件以可操作方式连接到作业机械，该作业附件设置有作业工具，例如清扫机/旋转扫帚、吹雪机或铲斗。本发明还涉及所述类型的作业附件，以及上述类型的作业机械和作业附件的组合体。本发明特别地涉及电动推进和操作的作业机械。

本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域中的作业机械，特别是装载机车辆、轮式装载机等。尽管将针对铰接式轮式装载机描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是还可以用于可连接到作业附件的其它作业机械。

背景技术

人们对为车辆提供电力推进和动力装置越来越感兴趣。这也适用于施工车辆、作业机械等。对于作业车辆，这通常意味着车辆的操作也是电动的，即提升臂的操作、铲斗的提升等。车辆的电动操作/推进通常涉及一个或多个电动马达和一个或多个可充电电能存储装置(通常称为电池组，或简称为电池)。

作业车辆通常具有相对较高的动力需求，并且使这种车辆电气化的挑战是提供足够的电池容量，使得车辆可以在足够长的时间段内操作。这对于连接到作业附件的紧凑型装载机车辆(可能没有容纳大电池组的空间)来说尤其是一个挑战，该作业附件设置有需要额外动力的作业工具，例如清扫机/旋转扫帚或吹雪机。

US2002/0189435公开了一种设置有作业附件的紧凑型装载机车辆的示例，该作业附件设置有旋转扫帚。该装载机和扫帚都由液压装置操作。

需要在装载机作业车辆的电气化领域中进行改进，例如在US2002/0189435中公开的类型的装载机车辆，特别是旨在连接到设有需要额外动力的作业工具的作业附件的作业车辆。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电动操作的作业机械/装载机车辆、作业附件及其组合体，这些装置能够进行更长时间的操作/作业。根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1的作业机械来实现。

本发明涉及一种作业机械，例如装载机车辆，所述作业机械包括：作业附件连接装置，其被构造成将作业附件以可操作方式连接到作业机械，所述作业附件设置有作业工具，例如清扫机/旋转扫帚、吹雪机或铲斗；以及控制系统，其被配置成控制作业机械的操作，并且在作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械时控制作业附件的操作。

本发明的特征在于，所述作业机械还包括：至少第一电动马达，其被配置用于作业机械的操作；第一可充电电池，其被配置成向第一电动马达供应电力；电力电路，其连接第一电动马达和第一可充电电池，其中，作业附件连接装置包括连接到作业机械的电力电路的第一电连接器，其中，第一电连接器被构造成连接到布置在作业附件上的对应的电连接器，并且其中，该对应的电连接器连接到布置在作业附件上的辅助可充电电池，以便在作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械时允许辅助可充电电池电连接到作业机械的电力电路。

因此，所述机械/装载机的电力电路可连接到布置在作业附件上的辅助电池或附加电池。这允许该辅助电池为装载机供电，即，可以增加电能存储容量，并且可以延长作业机械的操作时间。这不仅可以用于其中某个作业工具需要显著更高的电池容量的应用，例如清扫机，还可以用于例如其中挖斗或铲斗设置有辅助电池以便为作业机械提供额外的电能量源的应用。该辅助电池可以用于为各种电动马达提供(附加)电力，或用于为作业机械上的液压泵提供电力，该液压泵可以用于驱动布置在所述附件或作业机械上的各种液压马达。

这种设计还使得：当作业附件连接到作业机械时，可以控制电力电路与第一电池和辅助电池二者中的每一个之间的电流，即，可以控制每个电池应该将电能输送到电力电路的程度，或者应该从电力电路(从另一个电池或者从连接到电力电路的充电单元)对每个电池供应电能的程度。作为示例，这种设计使得能够使用辅助电池来操作和推进作业机械；例如，可以关闭/断开到未充电的第一电池的通路(close)，并使用辅助电池推进车辆“回家”到充电单元。作为另一个示例，它允许对两个电池同时充电，其中馈送到电池的电流可以适应每个电池的特定容量、充电状态等。当然，两个电池的单独充电也是可能的，这在作业附件与作业机械以电气和机械方式断开时特别有用；带有未充电的辅助电池的第一作业附件可以从车辆上断开并开始充电，并且带有完全充电的辅助电池的第二作业附件(或没有电池的另一个作业附件)可以连接到车辆。当作业附件连接到作业机械时，双向DC/DC转换器可以用于实现对电力电路与第一电池和辅助电池二者中的每一个之间的电流的控制。这种类型的转换器在这方面是已知的。

第一电池和辅助电池可以不同或具有相同的类型、容量、电压等；术语“辅助”不用于表示电池之间的任何特定差异，而只是为了给电池起不同的名字以增强清晰度。

术语“电池”是指通常包括多个电连接的电池单体的电能存储装置。这些单体可以成组地布置，从而形成多个子电池，这些子电池又可以各种方式连接。单体和子电池可以布置在通常被称为电池组的东西中，电池组也是术语“电池”所涵盖的电能存储装置的一个示例。电池(电能存储装置)通常包括用于控制单体和单体的一个或多个组件的充电、平衡等的电子设备，例如电池管理系统(BMS)。在这方面，电池、电池组、电能储存装置、BMS等是公知的。

根据一个实施例，作业附件连接装置包括连接到作业机械的电力电路的第二电连接器，其中，该第二电连接器被构造成连接到布置在作业附件上并连接到电动作业工具马达的、对应的电连接器，其中，电动作业工具马达布置在作业附件上并被构造成直接或间接地驱动作业工具，以便在作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械时允许电动作业工具马达电连接到作业机械的电力电路。

由此，作业附件上的可以布置成驱动例如旋转扫帚的电动马达可以连接到车辆的电力电路，并且由第一电池和辅助电池中的任一者或二者供电。与使用单个车辆电池为车辆以及作业附件的作业工具二者提供动力的情况相比，这大大延长了车辆的作业时间。

根据另一个实施例，所述控制系统包括控制单元和控制连接网络，该控制连接网络将控制单元与控制单元所要控制的部件连接，其中，该控制网络包括第三连接器，该第三连接器被构造成连接到布置在作业附件上并连接到电动作业工具马达的对应的连接器，以便在作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械时允许控制单元控制电动作业工具马达。

因此，是控制单元可以控制布置在作业附件上的电动马达。第三连接器和布置在作业附件上的对应的连接器可以被构造用于无线通信。

根据另一个实施例，所述作业机械还包括与电力电路和第一可充电电池连接的第一双向DC/DC转换器，其中，第一双向DC/DC转换器被配置成控制在电力电路和第一可充电电池之间流动的电流的方向和强度/幅度。

如上所述，这可以用于控制：电能是否将(以某一速率)从第一电池输送到电力电路(例如，在作业机械的正常操作期间，或者当充电单元连接到第一电池从而也允许通过电力电路对辅助电池充电时)；电能是否将(以某一速率)从电力电路供应到第一电池(例如，以允许从连接到电力电路的充电单元对第一电池充电，但是该充电单元是在电力电路的另一部分处，例如在辅助电池处，或者允许从比第一电池更完全充电的辅助电池充电)；或者第一电池是否将与电力电路电断开(例如，以便在作业机械不操作时或者当优选仅使用辅助电池时避免电流泄漏)。

双向DC/DC转换器能够在内部处理电压差，以便在期望的方向上引导电流，而不管连接到转换器的两个输入/输出系统或部件(即，在这种情况下的第一电池和电力电路)的电压(在合理的限度内)。在典型情况下，第一电池和电力电路二者的电压是大约48V。在两个系统/部件中，电压可能在48V左右稍微变化，这取决于例如电池的充电水平和电力电路中的当前电力输出。这可以通过双向DC/DC转换器来处理。

根据另一个实施例，所述作业机械还包括连接到电力电路和第一电连接器的第二双向DC/DC转换器，其中，该第二双向DC/DC转换器被配置成控制在电力电路和第一电连接器之间流动的电流的方向和强度/幅度，从而在作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械时控制在电力电路和辅助可充电电池之间流动的电流的方向和强度/幅度。

这可以用于控制电能是否将(以某一速率)以如上文关于第一电池所述的对应方式从辅助电池输送到电力电路/从电力电路供应到辅助电池。

使用第一和第二双向DC/DC转换器两者的优点在于，当作业附件连接到作业机械时，它能够完全控制从两个电池流入/流出电力电路的电流。这可以在操作期间(例如，通过使用辅助电池来完全或部分地为车辆的推进提供动力)和充电期间(例如，通过响应于单独的和可能偏离的电池状态，例如充电状态、容量、所期望的充电电流等，在两个电池之间分配充电电流)使用。

所述控制单元优选被配置成控制第一和第二双向DC/DC转换器中的每一个，并因此控制每个电池和电力电路之间的电流的流动。所述控制单元可以被设置为遵循某些预定的控制规则，这些规则可以根据连接到作业机械的作业附件/作业工具的类型(特别是作业工具的动力需求)、电池的充电水平、车辆的操作状态(操作或充电)、离充电单元的距离等而不同。所述控制单元又能够由作业机械的驾驶员手动控制。所述控制单元优选还被配置成控制作业机械和作业附件的所有马达和其它可控部件的操作。

第二双向DC/DC转换器可以布置在作业附件上，而不是布置在作业机械上。

根据另一个实施例，所述作业机械还包括连接到第一可充电电池的充电连接部件，其中，该充电连接部件被构造成连接到外部电池充电单元。原则上，该充电连接部件可以连接到电力电路的某个点，并因此经由电力电路连接到第一电池。然而，该充电连接部件优选或多或少地直接连接到第一电池，其中第一DC/DC转换器布置在充电连接部件和电力电路的其余部分之间，使得第一DC/DC转换器可以调节应当被允许传递到电力电路的其余部分的充电电流的幅度。此外，即使所述控制单元和/或第一DC/DC转换器被关断/关闭，将第一DC/DC转换器直接连接到第一电池也允许对第一电池充电。

根据另一个实施例，第一电动马达被构造用于作业机械的推进。这可以是一个中央电动马达，或者第一电动马达可以是布置在车辆的每个车轮处的几个(典型为四个)电动轮毂马达中的一个。第一电动马达可以被构造用于通过作为用于车辆的液压推进的电源工作而以间接方式推进车辆。原则上，车辆的推进不需要基于电力(即电池+电动马达)，或者第一电动马达被构造用于作业机械的推进(其可以被构造用于其它操作任务，例如为用于车辆的液压转向的液压泵提供动力)。然而，电推进作业机械具有相对较高的电力输出要求，并且使用布置在作业附件上的辅助电池的想法主要对于这种车辆是重要的。

所述作业机械可以包括至少一个附加的电动马达，该附加的电动马达被布置成驱动至少一个液压泵，以向液压系统提供动力。这种液压系统可以用于车辆转向、移动提升臂、驱动作业工具等。

根据另一个实施例，所述作业附件连接装置被构造成将作业附件机械地和电气地连接到车辆。在作业附件不包含任何电池或其它电子设备的情况下，作业附件仅机械地连接可能就足够了。在一个示例中，所述作业机械可以与设置有辅助电池以及与上文所述一致的电驱动作业工具的作业附件一起使用。通过仅使用辅助电池并让第一个电池保持完全充电，当辅助电池的充电水平变低时，作业附件可能被断开。在对辅助电池充电时，作业机械可以与不需要任何电能或连接的另一个作业附件一起使用(或者与带有充电的辅助电池的另一个作业附件一起使用)。在任何情况下，作业附件连接装置也可以设置有液压连接器，用于连接到作业附件上的任何液压驱动部件。

根据另一个实施例，所述作业机械设置有至少一个提升臂，该提升臂适于附接到不同的作业附件和从不同的作业附件脱离。因此，所述作业附件连接装置与提升臂相关联地布置。典型地，所述作业机械设置有两个平行的、间隔开的提升臂。

根据另一个实施例，所述作业机械是装载机车辆。所述作业机械可以是在其构造中包括枢转接头的铰接式车辆。

本发明还涉及一种用于作业机械的作业附件，其中，该作业附件包括作业工具，例如清扫机/旋转扫帚、吹雪机或铲斗。本发明的作业附件的特征在于，它还包括辅助可充电电池和连接到辅助可充电电池的电连接器，其中，该电连接器被构造成连接到布置在作业机械上的电力电路，以便在作业附件连接到作业机械时允许所述辅助可充电电池电连接到作业机械的电力电路。

根据一个实施例，所述作业附件还包括电动作业工具马达，该电动作业工具马达被构造成直接或间接地驱动作业工具。

根据另一个实施例，所述作业附件还包括连接到电动作业工具马达的第二电连接器，其中，该第二电连接器被构造成连接到布置在作业机械上的电力电路，以便在作业附件连接到作业机械时允许电动作业工具马达电连接到作业机械的电力电路。

根据另一个实施例，在辅助可充电电池和电动作业工具马达之间布置有电连接，使得所述辅助可充电电池可以作为电动作业工具马达的电力源工作。也就是说，辅助电池和作业工具马达之间的连接不必如上所述地通过作业机械。

根据另一个实施例，所述作业附件还包括连接到辅助可充电电池的辅助充电连接部件，其中，该辅助充电连接部件被构造成连接到外部电池充电单元。当作业附件连接到作业机械时，该辅助充电连接部件也可以用于为第一电池充电。

根据另一个实施例，所述作业附件还包括与辅助可充电电池和电连接器连接的辅助双向DC/DC转换器，其中，该辅助双向DC/DC转换器被配置成控制在辅助可充电电池和电连接器之间流动的电流的方向和强度/幅度，从而在作业附件连接到作业机械时控制在电力电路和辅助可充电电池之间流动的电流的方向和强度/幅度。如上所述，辅助双向DC/DC转换器可以替代地布置在作业机械上。

本发明还涉及上述类型的作业机械和上述类型的作业附件的组合体，其中，所述作业附件经由作业附件连接装置连接到作业机械。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的另外的优点和有利特征。

附图说明

参考附图，以下是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。

图1示出了作业机械和作业附件的组合体的实施例，并且

图2示出了根据图1的实施例的电连接和部件的示意图。

具体实施方式

图1示出了装载机车辆1形式的作业机械，特别是铰接式轮式装载机，其经由作业附件连接装置3操作性地连接到作业附件2，该作业附件连接装置3布置在装载机车辆1上的一对提升臂26上。作业附件连接装置3包括电气和机械连接。作业附件2设置有清扫机/旋转扫帚4形式的电驱动作业工具。装载机车辆1是完全电动操作和推进的。

图2示出了根据图1的作业附件2和装载机车辆1的电连接和部件的示意图。如图2中所示，装载机车辆1设置有被布置用于推进装载机车辆1的第一电动马达5、以及被布置成驱动液压泵(未示出)的附加电动马达6，该液压泵用于为液压系统(未示出)提供动力，例如用于装载机车辆1的转向和提升臂26的移动。

第一可充电电池7被配置成经由将电动马达5、6和第一可充电电池7连接的电力电路8向电动马达5、6供应电力。马达5、6经由DC/AC转换器31、32连接到电力电路8。该示例中的所有电动马达都以AC电流/电压运行。

除了用于将作业附件2机械地连接到装载机车辆1的机械连接之外，作业附件连接装置3还包括连接到装载机车辆1的电力电路8的第一电连接器15a。第一电连接器15a连接到被布置在作业附件2上的对应的电连接器15b，其中，该对应的电连接器15b连接到被布置在作业附件2上的辅助可充电电池17。因此，当作业附件2经由作业附件连接装置3连接到装载机车辆1时，建立了该辅助可充电电池17到装载机车辆1的电力电路8的电连接。

作业附件连接装置3还包括连接到装载机车辆1的电力电路8的第二电连接器16a。第二电连接器16a连接到对应的电连接器16b，该对应的电连接器16b布置在作业附件2上，并且经由另一个DC/AC转换器33连接到电动作业工具马达18。电动作业工具马达18布置在作业附件2上，并且被构造成驱动清扫机/旋转扫帚4。因此，当作业附件2经由作业附件连接装置3连接到装载机车辆1时，建立了电动作业工具马达18到装载机车辆1的电力电路8的电连接。

被构造成连接到外部电池充电单元的充电连接部件23布置在装载机车辆1上并且连接到第一可充电电池7。被构造成连接到外部电池充电单元的辅助充电连接部件24布置在作业附件2上并且连接到辅助可充电电池17。

装载机车辆1还包括第一双向DC/DC转换器21，其连接到电力电路8和第一可充电电池7；电力电路8和第一可充电电池7经由所述第一双向DC/DC转换器21连接。第一双向DC/DC转换器21被配置成控制在电力电路8和第一可充电电池7之间流动的电流的方向和强度/幅度。

装载机车辆1还包括第二双向DC/DC转换器22，其连接到电力电路8和第一电连接器15a；电力电路8和第一电连接器15a经由所述第二双向DC/DC转换器22连接。第二双向DC/DC转换器22被配置成控制在电力电路8和第一电连接器15a之间流动的电流的方向和强度/幅度，从而在作业附件2经由作业附件连接装置3连接到装载机车辆1时控制在电力电路8和辅助可充电电池17之间流动的电流的方向和强度/幅度。

该装载机车辆还包括控制系统，该控制系统被配置成控制装载机车辆1的操作，并且在作业附件2经由作业附件连接装置3连接到装载机车辆1时控制作业附件2的操作。该控制系统包括控制单元10和控制连接网络11，该控制连接网络11将控制单元10与控制单元10所要控制的部件(例如电动马达5、6、18(经由它们的DC/AC转换器31、32、33)以及第一双向DC/DC转换器21和第二双向DC/DC转换器22)连接。布置在作业附件连接装置3处的第三连接器11a被构造成连接到对应的连接器11b，该对应的连接器11b布置在作业附件2上。该对应的连接器11b经由转换器33连接到电动作业工具马达18，以便在作业附件2经由作业附件连接装置3连接到装载机车辆1时允许控制单元10控制电动作业工具马达18。

控制单元10可以以可控方式连接到诸如电池7、17的其他部件(例如，连接到电池的BMS，以获得关于充电状态、温度等的信息)、充电连接部件23、24(以获得关于充电单元是否被连接等的信息)以及图2中未示出的其它部件，例如与装载机车辆1的转向相关的部件。

在这种情况下，装载机车辆1是在其构造中包括枢转接头的铰接式车辆。

在该示例中，电池7、17和电力电路8的标称电压都是48V。

两个电池7、17经由相应的第一双向DC/DC转换器21和第二双向DC/DC转换器22连接到电力电路8，所述第一双向DC/DC转换器21和第二双向DC/DC转换器22能够控制电流(即电能)将在每个电池7、17和电力电路8之间流动的程度和方向。这意味着，在装载机车辆1和作业附件2的组合体的操作期间，可以控制每个电池7、17应当对电力输出有多大程度的贡献。

每个电池7、17可以单独用于为装载机车辆1(即马达5和6)和作业附件(即作业工具马达18)供电。两个电池7、17可以在相同或不同的程度上同时用作电源。在许多情况下，有利的是使用辅助电池17，直到它达到某个最小充电水平，然后切换到第一电池7。这样，在断开作业附件2之后，该装载机车辆仍然可以运行。在任何情况下，与作业附件2未设置有任何辅助电池的情况相比，由辅助电池17提供的电能的额外容量延长了车辆1和作业附件2的组合体的操作时间。

如果在车辆1和作业附件2彼此连接时对车辆1和作业附件2的组合体充电，则原则上可以使用任何充电连接部件24，尽管优选的是使用布置在装载机车辆1上的充电连接部件23来主要对第一电池7充电。装载机车辆1和作业附件2可以断开连接并经由对应的充电连接部件24单独地充电。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变型。