[发明专利]基于超级电容的液压汽车起重机能量回收系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于超级电容的液压汽车起重机能量回收系统，其特征在于，所述的液压汽车起重机能量回收系统位于液压汽车起重机的配重位置，包括超级电容(1)、DC/DC直流变换模块、直流电机(2)、电机转矩传感器(3)、减速器A(4)、起升卷筒(5)、负载泵(6)、三位四通换向阀(7)、平衡阀(8)、马达(9)、马达转矩传感器(10)、马达转速传感器(11)、减速器B(12)和控制器；

所述超级电容(1)包括均压模块和监管模块，其一端连接DC/DC直流变换模块，用于对超级电容(1)进行充、放电；所述DC/DC直流变换模块另一端通过两条直流母线与直流电机(2)连接，以控制直流电机(2)转矩；DC/DC直流变换模块与直流电机(2)连接的两条直流母线之间并联一个电容；直流电机(2)另一端连接电机转矩传感器(3)的一端，电机转矩传感器(3)用于监测直流电机(2)转矩；电机转矩传感器(3)的另一端连接减速器A(4)，减速器A(4)和减速器B(12)之间连接起升卷筒(5)；减速器B(12)另一端连接马达转矩传感器(10)和马达转速传感器(11)；所述马达转矩传感器(10)和马达转速传感器(11)的另一端均与马达(9)连接，分别用于检测马达(9)的转矩和转速；所述马达(9)与平衡阀(8)连接；平衡阀(8)通过三位四通换向阀(7)与负载泵(6)连接；

所述超级电容(1)、DC/DC直流变换模块、电机转矩传感器(3)、马达转矩传感器(10)和马达转速传感器(11)均通过导线与控制器连接，控制器根据输入信号判断并控制信号的输出。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容的液压汽车起重机能量回收系统，其特征在于，所述的液压汽车起重机能量回收系统取代配重，液压汽车起重机能量回收系统的总质量不超过配重质量。

3.一种利用权利要求1或2所述的基于超级电容的液压汽车起重机能量回收系统进行负载势能回收与利用的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

1)马达转矩传感器(10)和马达转速传感器(11)检测到负载匀速下降

开始时，马达(9)工作、直流电机(2)未运行；马达转速传感器(11)和马达转矩传感器(10)检测到马达(9)稳定运行的转矩T和转速n，设定n＞0时负载处于匀速下降状态，n＜0时负载处于匀速起升状态；

2)监测超级电容(1)的电压

超级电容(1)的额定电压为U_c，额定电压U_c与直流电机(2)相匹配；超级电容(1)的监管模块检测到超级电容(1)的电压U_c1；超级电容(1)的最大充电电压为(U_c-ΔU)，ΔU为电压安全余量，荷电量为SOC；

当检测到超级电容(1)的电压U_c1等于或大于(U_c-ΔU)，则控制器发出关闭DC/DC直流变换模块的指令，马达(9)继续独立工作，直流电机(2)不运行；当超级电容(1)的电压U_c1小于(U_c-ΔU)，则回收能量，控制器发出打开DC/DC直流变换模块的指令，对超级电容(1)进行充电；

3)根据功率需求判断直流电机(2)的输出转矩

直流电机(2)额定功率P_e小于额定工况的负载所需功率；超级电容(1)进行充电时，通过控制器比较负载功率P_fz和直流电机(2)额定功率P_e；其中，负载功率为P_fz＝T·π/(30·n)；

当P_fz＜P_e时，则控制器输出控制信号使直流电机(2)输出90％的负载转矩，液压系统输出剩余10％负载转矩；当P_fz＞P_e时，则控制器输出控制信号使直流电机(2)输出额定转矩，液压系统输出剩余转矩；

4)反馈控制电流大小

根据直流电机(2)转矩与电流的关系计算所需电流大小，通过DC/DC直流变换模块控制直流电机(2)输出所需转矩；并根据电机转矩传感器(3)的反馈控制DC/DC直流变换模块以保证直流电机(2)转矩不变；

5)负载起升时能量再利用

与负载下降过程的控制模式相同，同样遵循“马达控制负载速度，电机控制输出转矩，两者相互协调”的总体控制模式；马达转速传感器(11)检测到马达(9)转速n＜0，则负载匀速起升；若超级电容(1)的监管模块检测超级电容(1)的电压U_c1等于或大于(U_c-ΔU)，则满足放电条件，控制器发出开启DC/DC直流变换模块的指令，超级电容(1)放电；若超级电容(1)的电压U_c1小于不满足放电条件的电压，则控制器发出关闭DC/DC直流变换模块的指令，不予超级电容(1)放电。