动力系统及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种动力系统及起重机。

背景技术

电动起重机越来越广泛地应用于各种工程作业场景。电动起重机依靠动力电池为行驶和吊装工作提供动力，需要在工作前为动力电池充电。由于电动起重机的作业地点不固定，经常在条件恶劣的场景中工作，例如野外作业场景，导致无法为动力电池提供稳定的充电电源，使得电动起重机的作业时间较短，作业效率低下，无法适应多种作业场景的需要。

发明内容

本发明提供一种动力系统及起重机，用以解决起重机的作业时间较短，作业效率低下，无法适应多种作业场景需要的技术问题。

本发明提供一种动力系统，包括电动机、增程模块、拖电模块、电池模块和控制器；

所述增程模块包括机械连接的发动机和发电机，所述发动机用于带动所述发电机产生电能；

所述拖电模块，用于与外部电源连接，并从所述外部电源获取电能；

所述控制器，分别与所述增程模块、所述拖电模块和所述电池模块电连接，用于获取与所述电动机连接的负载的实时负荷，并基于所述实时负荷，控制所述增程模块、所述拖电模块和所述电池模块中的至少一种为所述电动机提供电能。

根据本发明提供的一种动力系统，所述控制器包括负荷获取单元、状态获取单元和供电控制单元；

所述负荷获取单元，用于获取与所述电动机连接的负载的实时负荷；

所述状态获取单元，用于获取所述拖电模块与外部电源之间的连接状态；

所述供电控制单元，分别与所述负荷获取单元和所述状态获取单元电连接，用于基于所述实时负荷，以及所述拖电模块与外部电源之间的连接状态，控制所述增程模块、所述拖电模块和所述电池模块中的至少一种为所述电动机提供电能。

根据本发明提供的一种动力系统，所述供电控制单元具体用于：

当所述拖电模块与外部电源之间的连接状态为连接时，控制所述拖电模块为所述电动机提供电能。

根据本发明提供的一种动力系统，所述供电控制单元具体用于：

当所述拖电模块与外部电源之间的连接状态为未连接时，若所述实时负荷小于第一设定负荷值，则控制所述电池模块为所述电动机提供电能；

所述第一设定负荷值是基于所述电池模块的剩余电量确定的。

根据本发明提供的一种动力系统，所述供电控制单元具体用于：

当所述拖电模块的连接状态为与外部电源未连接时，

若所述实时负荷大于等于第一设定负荷值且小于等于第二设定负荷值，则控制所述增程模块为所述电动机提供电能；

所述第二设定负荷值是基于所述增程模块的额定功率确定的。

根据本发明提供的一种动力系统，所述供电控制单元具体用于：

当所述拖电模块的连接状态为与外部电源未连接时，若所述实时负荷大于第二设定负荷值，则控制所述增程模块和所述电池模块为所述电动机提供电能。

根据本发明提供的一种动力系统，所述电池模块与所述增程模块电连接；

所述控制器包括回收控制单元，用于当所述增程模块为所述电动机提供电能时，若所述实时负荷小于所述增程模块的输出功率，则控制所述电池模块对所述增程模块的输出电能进行回收。

根据本发明提供的一种动力系统，所述拖电模块与所述电池模块电连接；

所述控制器包括充电控制单元，用于当所述拖电模块与外部电源之间的连接状态为连接时，若所述电池模块的电量小于设定值，则控制所述拖电模块为所述电池模块充电。

根据本发明提供的一种动力系统，所述拖电模块设置有活动插座，用于与所述外部电源可拆卸连接。

本发明还提供一种起重机，包括所述的动力系统。

本发明提供的动力系统及起重机，包括电动机、增程模块、拖电模块、电池模块和控制器，控制器获取与电动机连接的负载的实时负荷，并根据实时负荷，控制增程模块、拖电模块和电池模块为电动机提供电能，该动力系统具有增程式和拖电式的动力解决方案，能够提供高效和环保的动力，能够满足多个场景的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明提供的动力系统的结构示意图之一；

图2为本发明提供的增程模块的结构示意图；

图3为本发明提供的控制器的结构示意图之一；

图4为本发明提供的动力系统的结构示意图之二；

图5为本发明提供的控制器的结构示意图之二；

图6为本发明提供的动力系统的结构示意图之三；

图7为本发明提供的控制器的结构示意图之三；

图8为本发明提供的拖电加增程式履带起重机的结构示意图；

图9为本发明提供的拖电加增程式履带起重机的能量传递示意图。

附图标记：

100：动力系统； 110：电动机；

120：增程模块； 130：拖电模块；

140：电池模块； 150：控制器；

151：负荷获取单元； 152：状态获取单元；

153：供电控制单元； 154：回收控制单元；

155：充电控制单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的动力系统的结构示意图之一，如图1所示，该动力系统100包括电动机110、增程模块120、拖电模块130、电池模块140和控制器150；图中虚线表示信号控制连接，实线表示电能传输连接。

增程模块120包括机械连接的发动机121和发电机122，发动机121用于带动发电机122产生电能；拖电模块130，用于与外部电源连接，并从外部电源获取电能；控制器150，分别与增程模块120、拖电模块130和电池模块140电连接，用于获取与电动机110连接的负载的实时负荷，并基于实时负荷，控制增程模块120、拖电模块130和电池模块140中的至少一种为电动机110提供电能。

具体地，作业机械为进行工程作业的各类机械，包括搅拌车、起重机、推土机和挖掘机等。动力系统100设置于作业机械中，为作业机械的行驶和作业提供动力。例如，当作业机械为电动起重机时，动力系统100可以带动电动起重机的液压泵，驱动液压油为电动起重机的各个执行结构提供动力，使得电动起重机可以完成起重任务。动力系统100还可以驱动电动起重机的车轮或者履带，使得电动起重机在多个作业区域之间行走。

动力系统100包括电动机110、增程模块120、拖电模块130、电池模块140和控制器150。电动机110与负载相连接，驱动负载完成各类工作。负载可以为液压装置、驱动装置等。增程模块120、拖电模块130和电池模块140分别与电动机110电连接，为电动机110提供电能。

增程模块120采用将化学能转换为电能的方式，为电动机提供电能。图2为本发明提供的增程模块的结构示意图，如图2所示，增程模块120包括机械连接的发动机121和发电机122。发动机121和发电机122可以采用同轴连接。发动机121可以为内燃机，例如柴油发动机或者汽油发动机。发动机121将燃料的化学能转换为机械能，带动发电机122转动。发电机122将机械能转换为电能。

拖电模块130与外部电源连接，并从外部电源获取电能。例如，外部电源可以为电网或者大型电能储能装置。

电池模块140可以进行充放电。当动力系统100不工作时，可以为电池模块140进行充电，当动力系统100工作时，电池模块140可以通过放电为电动机110提供电能。电池模块140可以为三元聚合物锂电池、磷酸铁锂电池等。

控制器150分别与增程模块120、拖电模块130和电池模块140电连接，获取与电动机110连接的负载的实时负荷，并根据实时负荷，控制增程模块120、拖电模块130和电池模块140为电动机110提供电能。

控制器150可以根据实时负荷，选择增程模块120、拖电模块130和电池模块140中的一个模块或者多个模块为电动机110提供电能。例如，若实时负荷较小，控制器150可以选择电池模块140为电动机110提供电能，若实时负荷较大，控制器150可以选择增程模块120和电池模块140共同为电动机110提供电能。在外部电源获取较为方便的情况下，控制器150还可以选择拖电模块130为电动机110提供电能，此时，增程模块120中的发动机121和发电机122可以不工作，仅仅依靠外部电源为动力系统100提供电能。

相比于现有的动力系统，本发明实施例提供的动力系统110具有多种电能来源，既可以利用电池模块140中预先储存的电能，还可以利用增程模块120和/或拖电模块130提供的电能。

本发明实施例提供的动力系统，包括电动机、增程模块、拖电模块、电池模块和控制器，控制器获取与电动机连接的负载的实时负荷，并根据实时负荷，控制增程模块、拖电模块和电池模块为电动机提供电能，该动力系统具有增程式和拖电式的动力解决方案，能够提供高效和环保的动力，能够满足多个场景的使用需求。

基于上述实施例，图3为本发明提供的控制器的结构示意图之一，如图3所示，控制器150包括负荷获取单元151、状态获取单元152和供电控制单元153；

负荷获取单元151，与供电控制单元153电连接，用于获取与电动机110连接的负载的实时负荷；

状态获取单元152，与供电控制单元153电连接，用于获取拖电模块与外部电源之间的连接状态；

供电控制单元153，用于基于实时负荷，以及拖电模块130与外部电源之间的连接状态，控制增程模块120、拖电模块130和电池模块140中的至少一种为电动机110提供电能。

具体地，负荷获取单元151用于获取与电动机110连接的负载的实时负荷，并将实时负荷发送至电连接的供电控制单元153，以使得供电控制单元153进行电能供给控制。

负载与电动机110机械连接。负载为将电动机110提供的电磁转矩转换为机械转矩并对外做功的设备或者装置。例如，若动力装置100设置在电动起重机上，负载可以为液压泵。电动机110与液压泵直接连接或者通过变速箱连接，将电能转换为液压泵的机械能，推动液压油对外做功，驱动电动起重机的机械臂提升重物。此时，液压泵需要对外提供的输出功率就是液压泵的实时负荷。电动起重机可以包括功率换算装置，根据需要提升的重物的重量确定液压泵的输出功率，并将输出功率作为实时负荷发送至负荷获取单元151。

状态获取单元152用于获取拖电模块130与外部电源之间的连接状态，并将连接状态发送至电连接的供电控制单元153。连接状态包括连接和未连接。

可以在拖电模块130中设置电压或者电流检测装置，用于对外部电源进行检测。若检测到外部电压或者电流，则状态获取单元152确认拖电模块130与外部电源之间的连接状态为连接，若未检测到外部电压或者电流，则状态获取单元152确认拖电模块130与外部电源之间的连接状态为未连接。

供电控制单元153根据实时负荷，以及拖电模块130与外部电源之间的连接状态，灵活选择增程模块120、拖电模块130和电池模块140为电动机110提供电能。例如，若实时负荷较大，则可以选择多个模块共同提供电能。若拖电模块130与外部电源连接，则优先选择外部电源。

基于上述任一实施例，供电控制单元153具体用于：

当拖电模块130与外部电源之间的连接状态为连接时，控制拖电模块130为电动机110提供电能。

具体地，当施工场地允许时，拖电模块130与外部电源连接，可以优先从外部电源获取电能，此时，增程模块120和电池模块140均可以不工作。增程模块120中的发动机不工作，则减少了燃油带来的污染和消耗。电池模块140不工作，则减少了充放电的次数，延长了电池使用寿命。

优选地，外部电源为电网。使用电网中的电能的成本较低。

基于上述任一实施例，供电控制单元153具体用于：

当拖电模块130与外部电源之间的连接状态为未连接时，若实时负荷小于第一设定负荷值，则控制电池模块140为电动机提供电能。

具体地，第一设定负荷值用于对实时负荷进行衡量，可以根据电池模块140的剩余电量进行确定。

当拖电模块130与外部电源之间的连接状态为未连接时，表明此时的作业环境无可用的外部电源。若实时负荷小于第一设定负荷值，则表明负载的实时负荷在电池模块140的承载范围内。供电控制单元153可以选择控制电池模块140为电动机110提供电能。

例如，当电动起重机执行转场任务时，仅需要少部分动力用于驱动车轮，用于在作业区域之间进行移动。此时，电动机110与车轮驱动装置相连接，车轮驱动装置的实时负荷较小，低于第一设定负荷值。此时，控制电池模块140为电动机110提供电能，不必启动增程模块120。

基于上述任一实施例，供电控制单元153具体用于：

当拖电模块130的连接状态为与外部电源未连接时，若实时负荷大于等于第一设定负荷值且小于等于第二设定负荷值，则控制增程模块120为电动机110提供电能；

第二设定负荷值是基于增程模块120的额定功率确定的。

具体地，第二设定负荷值用于对实时负荷进行衡量，可以根据增程模块120的额定功率进行确定。

当拖电模块130的连接状态为与外部电源未连接时，若实时负荷大于等于第一设定负荷值，则表明负载的实时负荷超出了电池模块140的承载范围；实时负荷小于等于第二设定负荷值，则表明负载的实时负荷在增程模块120的承载范围内。供电控制单元153可以选择控制增程模块120为电动机110提供电能。

例如，当电动起重机执行吊装任务时，需要大量动力用于驱动液压泵，用于驱动机械臂对重物进行提升。此时，电动机110与液压泵相连接，液压泵的实时负荷较大，大于第一设定负荷值且小于第二设定负荷，超出了电池模块140的承载范围。此时，控制增程模块120为电动机110提供电能。供电控制单元153可以对发动机121发出启动指令，同轴带动发电机122旋转产生电能。

基于上述任一实施例，供电控制单元153具体用于：

当拖电模块130的连接状态为与外部电源未连接时，若实时负荷大于第二设定负荷值，则控制增程模块120和电池模块140为电动机提供电能。

具体地，当拖电模块130的连接状态为与外部电源未连接时，若实时负荷大于第二设定负荷值，则表明负载的实时负荷超出了增程模块120的承载范围。供电控制单元153可以选择控制增程模块120和电池模块140为电动机提供电能。

例如，当电动起重机执行吊装任务时，需要大量动力用于驱动液压泵，用于驱动机械臂对重物进行提升。此时，电动机110与液压泵相连接，液压泵的实时负荷较大，大于第二设定负荷值，超出了增程模块120的承载范围。

此时，供电控制单元153在控制电池模块140为电动机提供电能的同时，对发动机121发出启动指令，同轴带动发电机122旋转产生电能，使得增程模块120也同时为电动机110提供电能。

基于上述任一实施例，电池模块140与增程模块120电连接；

控制器150包括回收控制单元154，用于当增程模块120为电动机110提供电能时，若实时负荷小于增程模块120的输出功率，则控制电池模块140对增程模块120的输出电能进行回收。

具体地，增程模块120工作时，发动机121一般工作在设定转速。例如，发动机121一般工作在经济转速，此时耗油最低而转矩最大，经济转速是根据发动机121的性能参数和燃油消耗确定的。在增程模块120工作时，负载的实时负荷不是固定不变的，需要根据实时负荷的变化对电动机110消耗的电能进行相应地调整，即调整电动机110的电能供给。此时，若频繁调节增程模块120中发动机121的转速，从而改变发电机122的输出电能，将会导致增程模块120的经济性变差，油耗排放增加，电能输出的稳定性变差。

图4为本发明提供的动力系统的结构示意图之二，如图4所示，电池模块140与增程模块120电连接，图中虚线表示信号控制连接，实线表示电能传输连接。增程模块120产生的电能可以被储存至电池模块140中。图5为本发明提供的控制器的结构示意图之二，如图5所示，控制器150包括回收控制单元154。当增程模块120为电动机110提供电能时，若实时负荷小于增程模块120的输出功率，此时，保持发动机121的转速不变，回收控制单元154控制电池模块140对增程模块120的输出电能进行回收。回收的电能为增程模块120的输出电能与负载消耗的电能的差值。

基于上述任一实施例，拖电模块130与电池模块140电连接；

控制器150包括充电控制单元155，用于当拖电模块130与外部电源之间的连接状态为连接时，若电池模块140的电量小于设定值，则控制拖电模块130为电池模块140充电。

具体地，拖电模块130工作时，从外部电源获取的电能不仅可以提供给电动机110，还可以用来提供给电池模块140用于充电。

图6为本发明提供的动力系统的结构示意图之三，如图6所示，拖电模块130与电池模块140电连接，图中虚线表示信号控制连接，实线表示电能传输连接。图7为本发明提供的控制器的结构示意图之三，如图7所示，控制器150包括充电控制单元155，用于当拖电模块130与外部电源之间的连接状态为连接时，此时，增程模块120不工作。动力系统100的消耗电能全部来自外部电源。若电池模块140的电量小于设定值，则充电控制单元155控制拖电模块130为电池模块140充电。

设定值可以根据电池模块140的低电量报警值进行设定。例如，当电池模块140的电量低于低电量报警值时，可以通过拖电模块130为电池模块140充电。

基于上述任一实施例，拖电模块130设置有活动插座，用于与外部电源可拆卸连接。

具体地，当动力系统100提供电能时，可以为移动状态，也可以为固定状态。例如，动力系统100设置于电动起重机上，电动起重机可以在固定位置提升重物，也可以在小范围内移动重物。

此时，动力系统100可以与外部电源保持柔性连接。例如，在拖电模块130上设置活动插座，通过电缆与电网中的变压器柔性连接，当动力系统100移动时，可以在电缆长度范围内，始终与电网保持连接，并从电网获得电能。当动力系统100的作业区域超出电缆长度范围时，拖电模块130可以拆卸掉电缆连接，与电网断开。此时，动力系统100依靠增程模块120和电池模块140供电。

基于上述任一实施例，本发明还提供一种起重机，包括上述的动力系统。

具体地，本发明提供的起重机包括至少一套动力系统。起重机的类型不限于汽车起重机、履带起重机等。

履带起重机是将起重作业部分装在履带底盘上，行走依靠履带装置的流动式起重机。履带起重机配套钢丝绳品种包括磷化涂层钢丝绳、镀锌钢丝绳和光面钢丝绳。履带起重机由动臂、转台等金属结构，起升、旋转、变幅和运行机构等组成。起升和变幅机构采用卷筒缠绕钢绳，通过复滑轮组使取物装置升降和动臂俯仰变幅。旋转机构采用转盘式支承装置。

汽车起重机将行驶驾驶室与起重操纵室合二为一，是由履带起重机演变而成，将行走机构的履带和行走支架部分变成有轮胎的底盘，克服了履带起重机履带板对路面造成破坏的缺点，属于物料搬运机械。

基于上述任一实施例，图8为本发明提供的拖电加增程式履带起重机的结构示意图，如图8所示，在条件恶劣不能取电的场景下：在起重机需求功率较大时，电池和发电机并联输出提供动力；在起重机需求功率较小时，发电机发出的多余的输出电量给锂电池充电。在起重机总体运行过程中，保证锂电池在起重机需求功率较大时的输出能量等于在起重机需求功率较小时的输入能量。在取电方便的场景下：履带起重机采用拖电工作模式，此时发动机和发电机都不工作，来自电网的电量通过整流交换器整流后直接作用于电机。图9为本发明提供的拖电加增程式履带起重机的能量传递示意图，如图9所示，该拖电加增程式履带起重机将电能转换为机械能，用于对外做功。图中虚线表示电能，实线表示机械能。其中，动力电池的输出为高压直流电，发电机将发动机转动的机械能转换为电能，经过整流器后，送入高压配电单元。高压配电单元用于将高压直流电和/或发电机产生的电转换为电动机所需的380V交流电。电动机在电机控制器的控制下，驱动液压泵，带动各个执行结构对外做功。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。