一种电动液压挖掘机的动力系统
阅读说明：本技术 一种电动液压挖掘机的动力系统 (Power system of electric hydraulic excavator ) 是由 钱勇 刘浩 孙中林 孟庆锋 张宇 仇维蓉 吴洋 严洁银 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电动液压挖掘机的动力系统,包括：电池驱动系统、交流电驱动系统；电池驱动系统包括：锂电池组,其通过MCU、交流控制箱驱动电机转动；交流电驱动系统包括：交流电源,其通过交流控制箱驱动电机转动的同时,通过MCU向锂电池充电；电机驱动主泵的运动；本装置实现了锂电池与交流电源间的随时切换,从而实现两种能源供给方式的互补,转场、使用方便,续航无限制,充电便利,生产成本、运行维护成本低。(The invention relates to a power system of an electric hydraulic excavator, which comprises: a battery-driven system, an alternating current-driven system; the battery driving system includes: the lithium battery pack drives the motor to rotate through the MCU and the alternating current control box; an alternating current drive system comprising: the alternating current power supply is used for charging the lithium battery through the MCU while driving the motor to rotate through the alternating current control box; the motor drives the main pump to move; the device realizes the switching between the lithium battery and the alternating current power supply at any time, thereby realizing the complementation of two energy supply modes, and having the advantages of convenient transition and use, unlimited endurance, convenient charging, low production cost and low operation and maintenance cost.)
技术领域
本发明涉及动力系统，具体是一种电动液压挖掘机的动力系统。
背景技术
目前电动液压挖掘机主要有两种驱动形式：1、锂电池为能源驱动电机；2交流电为能源驱动电机。两种方案优劣势非常明显：1、锂电池：无电缆影响车辆作业，转场、使用便捷，基本与内燃机无差异；但成本高，续航时间有限，需在一定作业范围内修建充电桩，充电时间长，施工时间受限；2、交流电：成本低，有电即能工作，无需充电，无续航问题，有电就能干活；但转场困难，使用时有电缆在车身周围。
综上，如何实现锂电池与交流电源间的随时切换成为了本公司研究人员急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何实现锂电池与交流电源间的随时切换；
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明是一种电动液压挖掘机的动力系统，包括：电池驱动系统、交流电驱动系统；电池驱动系统包括：锂电池组，其通过MCU、交流控制箱驱动电机转动；交流电驱动系统包括：交流电源，其通过交流控制箱驱动电机转动的同时，通过MCU向锂电池充电；电机驱动主泵的运动；
在本方案中，既能通过锂电池组转化为交流电驱动电机转动，并通过联轴器驱动主泵运动，又能实现交流电直接通过电机驱动主泵运动的同时，通过交流电向锂电池充电。
为了具体说明动力系统，本发明采用锂电池组依次通过PDU、MCU、交流控制箱、电机、联轴器驱动主泵运动；交流电源通过交流充电口、交流控制箱、电机、联轴器驱动主泵运动的同时，交流电源通过交流充电口、交流控制箱、MCU、PDU向锂电池组充电；
在锂电池组这路线中，锂电池组依次通过PDU、MCU(DC-AC)、交流控制箱、电机、主泵；
在交流电源中，交流电源依次通过交流充电口、交流控制箱、电机、主泵的同时，交流充电口通过交流控制箱、MCU(DC-AC)、PDU、向锂电池组充电。
其中：锂电池组：锂电池供电系统；PDU：直流高压配电箱；MCU：电机驱动器；交流控制箱：进行电源的切换、相序检测、交流回路的保护；电机：电机系统，驱动主泵实现给整机提供动力。
为了说明电机的具体装置，本发明采用电机为三相异步电机。
为了说明交流控制箱的具体线路布置，本发明采用交流控制箱包括：第一支路，其连接MCU、电机的第一端，其上设置有KM1；第二支路，其连接MCU、电机的第二端，其上设置有KM2；锂电池组提供的直流电通过MCU转化为交流电，并通过第一、二支路驱动电机转动；第三支路，其连接交流电源、MCU，其上设置有KM3；交流电源通过第三支路向MCU充电；第四支路，其连接交流电源、电机的第一端，其上设置有KM4；第五支路，其连接第四支路、电机的第二端，其上设置有KM5；交流电源通过第四、五支路向电机供电，并驱动电机转动；第六支路，将电机的第二端短接，其上设置有KM6；电机的第一端包括：U1、V1、W1；电机的第二端包括：U2、V2、W2；
电源系统选择由操作者进行选择，当选择支路1时，VCU将接通KM1/KM2，断开KM3/KM4/KM5/KM6，此时MCU与电机间直接连接，电机由MCU将直流高压电转化为交流电使用，整机采用锂电池驱动模式。
当选择支路2时
若电机未启动：
接通KM1/KM2、断开KM3/KM4/KM5/KM6，用MCU启动电机，当电机运行至1400转时KM1/KM2断开，KM6保持断开，KM3/KM4/KM5吸合，电机进入工频运行状态(软启动)。
若电机运行中：
控制电机转速至1400转，KM1/KM2断开，KM6保持断开，KM3/KM4/KM5吸合，电机进入工频运行状态MCU进入回馈系统，对电池进行充电。此时VCU根据额定功率进行回馈电流计算，实时计算回馈电流值，确保对电网的需求保持在额定负载内。
若MCU发生故障时，可通过KM4/KM5/KM6实现星三角降压启动，将电机启动后使用。
其中，VCU为整车控制器，支路1为直流供电回路，支路2为交流供电回路。
本发明的有益效果：本发明是一种电动液压挖掘机的动力系统，本装置实现了锂电池与交流电源间的随时切换，从而实现两种能源供给方式的互补，转场、使用方便，续航无限制，充电便利，生产成本、运行维护成本低。
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是本发明的流程图；
图2是交流控制箱的电路图；
图中：1-锂电池组、2-3-MCU、4-交流控制箱、5-电机、6-主泵、7-交流电源、8-交流充电口、11-第一支路、12-第二支路、13-第三支路、14-第四支路、15-第五支路、16-第六支路。
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。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明是一种电动液压挖掘机的动力系统，包括：电池驱动系统、交流电驱动系统；电池驱动系统包括：锂电池组1，其通过MCU3、交流控制箱4驱动电机5转动；交流电驱动系统包括：交流电源7，其通过交流控制箱4驱动电机5转动的同时，通过MCU3向锂电池组1充电；电机5驱动主泵6的运动；
在本方案中，既能通过锂电池组转化为交流电驱动电机转动，并通过联轴器驱动主泵运动，又能实现交流电直接通过电机驱动主泵运动的同时，通过交流电向锂电池充电。
如图1所示，为了具体说明动力系统，本发明采用锂电池组1依次通过PDU2、MCU3、交流控制箱4、电机5、联轴器驱动主泵6运动；交流电源7通过交流充电口8、交流控制箱4、电机5、联轴器驱动主泵6运动的同时，交流电源7通过交流充电口8、交流控制箱4、MCU3、PDU2向锂电池组1充电；
在锂电池组这路线中，锂电池组依次通过PDU、MCU(DC-AC)、交流控制箱、电机、主泵；
在交流电源中，交流电源依次通过交流充电口8、交流控制箱4、电机5、主泵6的同时，交流充电口8通过交流控制箱4、MCU(DC-AC)3、PDU2、向锂电池组1充电。
其中：锂电池组：锂电池供电系统；PDU：直流高压配电箱；MCU：电机驱动器；交流控制箱：进行电源的切换、相序检测、交流回路的保护；电机：电机系统，驱动主泵实现给整机提供动力。
如图1所示，为了说明电机的具体装置，本发明采用电机5为三相异步电机。
如图2所示，为了说明交流控制箱的具体线路布置，本发明采用交流控制箱包括：第一支路11，其连接MCU3、电机5的第一端，其上设置有KM1；第二支路12，其连接MCU3、电机5的第二端，其上设置有KM2；锂电池组1提供的直流电通过MCU3转化为交流电，并通过第一、二支路11、12驱动电机转动；第三支路，13其连接交流电源7、MCU3，其上设置有KM3；交流电源7通过第三支路13向MCU3充电；第四支路14，其连接交流电源7、电机5的第一端，其上设置有KM4；第五支路15，其连接第四支路14、电机5的第二端，其上设置有KM5；交流电源7通过第四、五支路14、15向电机5供电，并驱动电机5转动；第六支路16，将电机5的第二端短接，其上设置有KM6；电机5的第一端包括：U1、V1、W1；电机5的第二端包括：U2、V2、W2；
电源系统选择由操作者进行选择，当选择支路1时，VCU将接通KM1/KM2，断开KM3/KM4/KM5/KM6，此时MCU与电机间直接连接，电机由MCU将直流高压电转化为交流电使用，整机采用锂电池驱动模式。
当选择支路2时
若电机未启动：
接通KM1/KM2、断开KM3/KM4/KM5/KM6，用MCU启动电机，当电机运行至1400转时KM1/KM2断开，KM6保持断开，KM3/KM4/KM5吸合，电机进入工频运行状态(软启动)。
若电机运行中：
控制电机转速至1400转，KM1/KM2断开，KM6保持断开，KM3/KM4/KM5吸合，电机进入工频运行状态MCU进入回馈系统，对电池进行充电。此时VCU根据额定功率进行回馈电流计算，实时计算回馈电流值，确保对电网的需求保持在额定负载内。
若MCU发生故障时，可通过KM4/KM5/KM6实现星三角降压启动，将电机启动后使用。
其中，VCU为整车控制器，支路1为直流供电回路，支路2为交流供电回路。
本专利的优势，1、锂电池驱动的挖掘机在能量转化上有多道损耗：a、充电机转化效率；b、锂电池充放电转化效率；c、MCU转化效率；当使用交流电直驱时能节约这三道能量的损耗，经济性更佳。
2、挖掘机行驶速度慢，充电桩需跟随车辆作业半径进行位置调整，否则行驶距离过长，将间接导致作业时间下降。本专利只要移动配电箱，在施工场地可操作性大大提升
3、可靠性提升，当直流高压系统故障时，整机可采用交流系统强制供电，控制系统采用铅酸电池以及开关电源持续供电，使车辆可撤出施工位置，避免车辆无法移动导致耽误工期。
4、锂电池供电的20吨级别挖掘机需使用500kwh以上的电量方能实现连续作业8h，充满电需3～4h。作业时间与充电时间不成比例，无法应对工期紧张的场景。采用本专利电池电量仅需150kWh，无外接电源可保证整机工作2h，可保证设备转场、短时间断电等工况，提升了主机的各个场景的适应性并大大降低了整机的成本。
本发明是一种电动液压挖掘机的动力系统，本装置实现了锂电池与交流电源间的随时切换，从而实现两种能源供给方式的互补，转场、使用方便，续航无限制，充电便利，生产成本、运行维护成本低。
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。
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