液压系统用能量回收系统及方法

摘要

本发明提供一种液压系统用能量回收系统，其包括液压试验单元以及能量回收单元，液压试验单元包括电源装置、液压泵、控制器、试验台以及分油器，能量回收单元包括马达开关、液压马达、发电机、电能分配器、蓄电池、第一电量检测装置以及第二电量检测装置。液压马达用于将液压系统的压力能转换为动能，发电机用于将液压马达的动能转换为电能，电能分配器优先将电能为所述电源装置充电，当电源装置充满时，电能分配器为蓄电池充电。本发明是在不改变原有液压试验单元的基础上，针对液压系统使用之前预热过程，增加能量回收单元，替代试验台作为预热负载单元，将试验台空载的能量转换为电能，储蓄起来供试验室应急设备或照明使用。

权利要求

1.一种液压系统用能量回收系统，其包括液压试验单元，所述液压试验单元包括电源装置、液压泵、控制器、试验台以及分油器，其特征在于：液压系统用能量回收系统还包括能量回收单元，所述能量回收单元包括马达开关、液压马达、发电机、电能分配器、蓄电池、第一电量检测装置以及第二电量检测装置，

所述电源装置用于为所述试验台以及控制器供电，所述控制器的输出端连接所述分油器的输入端以对分油器的油路分支进行控制，所述液压泵的输出端连接所述分油器的输入端，所述液压泵用于将液压油供应至分油器，所述分油器的输出端分别连接所述试验台的输入端以及所述马达开关的输入端，所述分油器用于将液压油供应至试验台和马达开关，所述马达开关用于开启或关闭所述液压马达，所述液压马达的输出轴连接所述发电机的输入轴，所述液压马达用于将液压系统的压力能转换为动能，所述发电机用于将液压马达的动能转换为电能，所述发电机的输出端连接有所述电能分配器，所述电能分配器与所述电源装置之间设置有第一支电路，所述电能分配器与所述蓄电池之间设置有第二支电路，所述蓄电池连接有用于检测其电量的第一电量检测装置，所述电源装置连接有用于检测其电量的第二电量检测装置，所述第一电量检测装置的输出端以及所述第二电量检测装置的输出端分别连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别连接所述马达开关以及电能分配器的输入端；

当第一电量检测装置检测到所述蓄电池电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置检测到所述电源装置电量低于第二电量阈值时，第一电量检测装置向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置向控制器发送第二低电平信号，控制器在接收到第一低电平信号和/或第二低电平信号后向马达开关发送开启信号，马达开关接收到所述开启信号后开启所述液压马达，液压马达连接发电机发电，控制器接收到第二电量检测装置的第二低电平信号后控制电能分配器连通第一支电路并断开第二支电路为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置的高电平信号，控制器控制电能分配器断开第一支电路并连通第二支电路为蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：当第一电量检测装置检测到蓄电池电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置检测到电源装置电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置和第二电量检测装置均向控制器发送高电平信号，控制器在接收到第一电量检测装置和第二电量检测装置的高电平信号后向马达开关发送关闭信号，马达开关接收到所述关闭信号后关闭所述液压马达以切断所液压试验单元以及能量回收单元。

3.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述液压马达的输出轴上设置有第一联轴器，所述发电机的输入轴上设置有第二联轴器，所述第一联轴器与所述第二联轴器通过柱销连接。

4.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述马达开关为数字控制液压阀。

5.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述发电机为直流电机或交流电机，所述发电机的参数与所述液压马达的参数相匹配。

6.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述蓄电池的输出端连接外部用电设备。

7.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述蓄电池设置为多组。

8.根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统，其特征在于：所述电源装置以及蓄电池均连接有计量模块。

9.一种根据权利要求1所述的液压系统用能量回收系统进行能量回收的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、第一电量检测装置检测蓄电池的电量，第二电量检测装置检测电源装置的电量；

S2、当第一电量检测装置检测到蓄电池电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置检测到电源装置电量低于电量阈值时，第一电量检测装置向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置向控制器发送第二低电平信号，控制器向马达开关发送开启信号，马达开关开启液压马达；

S3、马达开关开启所述液压马达后，所述液压马达将液压系统的压力能转换为动能，所述发电机将液压马达的动能转换为电能，控制器接收到第二电量检测装置的第二低电平信号后控制电能分配器连通第一支电路并断开第二支电路为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置的高电平信号，控制器控制电能分配器断开第一支电路并连通第二支电路为蓄电池充电；

S4、当第一电量检测装置检测到蓄电池电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置检测到电源装置电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置和第二电量检测装置均向控制器发送高电平信号，控制器向马达开关发送关闭信号，马达开关关闭液压马达以切断所液压试验单元以及能量回收单元。

10.根据权利要求9所述的能量回收的方法，其特征在于：所述马达开关为数字控制液压阀；所述发电机为直流电机或交流电机，所述发电机的参数与所述液压马达的参数相匹配。

说明书

液压系统用能量回收系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液压系统领域，具体地涉及一种液压系统用能量回收系统及方法。

背景技术

[0002] 在液压设备的工程应用中，为了让液压设备获得良好的运动状态，一般在设备正常应用之前，先让设备先进行空载运行，称为系统预热，当液压系统温度达到适当温度时，再开展液压设备的应用，这样不仅保护设备，而且加载效果更好、检测精度更高。

[0003] 系统预热过程，设备不同，其预热时间长短也不同。例如，对于600L、3000psi的液压源，使用MAST液压振动台，一般预热时间0.5小时，液压预热温度需要到35℃，假设液压源开启两个液压泵，两个液压泵功率90kw,则预热过程需要消耗45度电。由于在液压系统预热过程中，设备处于空载运行，不进行加载和检测项目，除了使得液压系统温度升高，其它能量将以设备运转的形式损失掉，造成了能量的损失。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种液压系统用能量回收系统及方法，其能够在液压系统预热过程中，设置能量回收单元，能量回收单元将液压泵提供的能量，经过转换，变成电能，存储在蓄电池里。

[0005] 本发明是这样实现的：本发明提供一种液压系统用能量回收系统，其包括液压试验单元，所述液压试验单元包括电源装置、液压泵、控制器、试验台以及分油器，液压系统用能量回收系统还包括能量回收单元，

[0006] 所述能量回收单元包括马达开关、液压马达、发电机、电能分配器、蓄电池、第一电量检测装置以及第二电量检测装置，

[0007] 所述电源装置用于为所述试验台以及控制器供电，所述控制器的输出端连接所述分油器的输入端以对分油器的油路分支进行控制，所述液压泵的输出端连接所述分油器的输入端，所述液压泵用于将液压油供应至分油器，所述分油器的输出端分别连接所述试验台的输入端以及所述马达开关的输入端，所述分油器用于将液压油供应至试验台和马达开关，所述马达开关用于开启或关闭所述液压马达，所述液压马达的输出轴连接所述发电机的输入轴，所述液压马达用于将液压系统的压力能转换为动能，所述发电机用于将液压马达的动能转换为电能，所述发电机的输出端连接有所述电能分配器，所述电能分配器与所述电源装置之间设置有第一支电路，所述电能分配器与所述蓄电池之间设置有第二支电路，所述蓄电池连接有用于检测其电量的第一电量检测装置，所述电源装置连接有用于检测其电量的第二电量检测装置，

[0008] 所述第一电量检测装置的输出端以及所述第二电量检测装置的输出端分别连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别连接所述马达开关以及电能分配器的输入端；

[0009] 当第一电量检测装置检测到蓄电池电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置检测到所述电源装置电量低于第二电量阈值时，第一电量检测装置向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置向控制器发送第二低电平信号，控制器在接收到第一低电平信号和/或第二低电平信号后向马达开关发送开启信号，马达开关接收到所述开启信号后开启所述液压马达，液压马达连接发电机发电，以及

[0010] 控制器接收到第二电量检测装置的第二低电平信号后控制电能分配器连通第一支电路并断开第二支电路为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置的高电平信号，控制器控制电能分配器断开第一支电路并连通第二支电路为蓄电池充电。

[0011] 优选地，当第一电量检测装置检测到蓄电池电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置检测到电源装置电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置和第二电量检测装置均向控制器发送高电平信号，控制器在接收到第一电量检测装置和第二电量检测装置的高电平信号后向马达开关发送关闭信号，马达开关接收到所述关闭信号后关闭所述液压马达以切断所液压试验单元以及能量回收单元。

[0012] 优选地，所述液压马达的输出轴上设置有第一联轴器，所述发电机的输入轴上设置有第二联轴器，所述第一联轴器与所述第二联轴器通过柱销连接。

[0013] 优选地，所述马达开关为数字控制液压阀。

[0014] 优选地，所述发电机为直流电机或交流电机，所述发电机的参数与所述液压马达的参数相匹配。

[0015] 优选地，所述蓄电池的输出端连接外部用电设备。

[0016] 优选地，一种液压系统的能量回收方法，其包括以下步骤：

[0017] S1、第一电量检测装置检测蓄电池的电量，第二电量检测装置检测电源装置的电量；

[0018] S2、当第一电量检测装置检测到蓄电池电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置检测到电源装置电量低于电量阈值时，第一电量检测装置向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置向控制器发送第二低电平信号，控制器向马达开关发送开启信号，马达开关开启液压马达；

[0019] S3、马达开关开启所述液压马达后，所述液压马达将液压系统的压力能转换为动能，所述发电机将液压马达的动能转换为电能，控制器接收到第二电量检测装置的第二低电平信号后控制电能分配器连通第一支电路并断开第二支电路为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置的高电平信号，控制器控制电能分配器断开第一支电路并连通第二支电路为蓄电池充电；

[0020] S4、当第一电量检测装置检测到蓄电池电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置检测到电源装置电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置和第二电量检测装置均向控制器发送高电平信号，控制器向马达开关发送关闭信号，马达开关关闭液压马达以切断所液压试验单元以及能量回收单元。

[0021] 优选地，所述马达开关为数字控制液压阀；所述发电机为直流电机或交流电机，所述发电机的参数与所述液压马达的参数相匹配。

[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0023] ①本发明是在不改变原有液压试验单元的基础上，针对液压系统使用之前预热过程，增加能量回收单元，替代试验台外接电源作为预热负载单元，将试验台空载的能量转换为电能，储蓄起来供试验室应急设备或照明使用。

[0024] ②液压试验单元中的设备都属于高耗能设备，通过使用该能量回收单元，可以节约很大经济支出，通过技术来减少工业耗能，推进工业发展的方向。

[0025] ③该系统原理简单，成本低，适于推广，能够节约大量电能。该想法在目前的液压试验领域，尚未有人想到使用，其为本领域提出了一种新的思路及想法，利于环境的可持续发展，对本领域来说具有突出的贡献。

附图说明

[0026] 图1为本发明的结构示意图；

[0027] 图2为本发明的结构示意框图；

[0028] 图3为本发明的控制系统的结构示意框图；

[0029] 图4为本发明的方法流程示意图；以及

[0030] 图5为本发明的实施例1的示意图。

具体实施方式

[0031] 以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

[0032] 本发明提供一种液压系统用能量回收系统，如图1至图3所示，其包括液压试验单元1以及能量回收单元2。能量回收单元2用于对液压试验单元1的多余热量进行回收，将试验台空载的能量转换为电能，储蓄起来供试验室应急设备或照明使用。

[0033] 液压试验单元1包括电源装置3、液压泵4、控制器5、试验台6以及分油器7，能量回收单元2包括马达开关8、液压马达9、发电机10、电能分配器11、蓄电池12第一电量检测装置13以及第二电量检测装置14。

[0034] 控制器5设置在控制台51上，控制器5还连接有PC机50。

[0035] 电源装置3为试验台6以及控制器5供电，控制器5的输出端连接分油器7的输入端以对分油器7的油路分支进行控制。

[0036] 液压泵4和分油器7之间通过第一油管15连接，液压泵用于将液压油供应至分油器，分油器7和实验台6之间通过第二油管16连接，试验台6的油管输入口设置有台面的底部。分油器7和马达开关8之间通过第三油管17连接，马达开关8和液压马达9之间通过第四油管18连接。分油器7用于将液压油供应至试验台6和马达开关8，马达开关8用于开启或关闭液压马达9，液压马达9的输出轴连接发电机10的输入轴，液压马达9用于将液压系统的压力能转换为动能，发电机10用于将液压马达9的动能转换为电能。

[0037] 在实际应用中，液压马达9的输出轴上设置有第一联轴器，发电机10的输入轴上设置有第二联轴器，第一联轴器与第二联轴器通过柱销101连接。液压马达9带动发电机10进行发电。

[0038] 电能分配器11对发电机10发的电进行管理分配，电能分配器11优先将电能为电源装置3充电，当电源装置3充满时，电能分配器11为蓄电池进行充电。在实际应用中，蓄电池可以设置为多组，蓄电池的输出端连接外部设备，用于为外部设备供电。例如，外部设备可以为实验室应急设备或照明设备等。

[0039] 电能分配器11与电源装置3之间设置有第一支电路111，电能分配器11与蓄电池111之间设置有第二支电路112。电能分配器优先连通第一支电路111切断第二支电路112为电源装置3充电，在为电源装置3充电完成后，电能分配器切断第一支电路111连通第二支电路112为蓄电池充电。

[0040] 这样就可以实现电源装置3一直处于可供电状态，在其处于可供电状态时即可不用连接市电，而不必像现有的液压系统一样，必须时刻连接市电来为控制器和试验台的试验设备供电，节约了大量电能。

[0041] 发电机10、电能分配器11、蓄电池12以及电源装置3之间通过电缆连接。控制器5的输出端连接分油器的输入端以对分油器的油路分支进行控制。

[0042] 第一电量检测装置13、第二电量检测装置14的输出端连接控制器5的输入端，控制器5的输出端连接马达子站的输入端，第一电量检测装置13、第二电量检测装置14将检测到的电平信号发送至控制5，控制器5根据该电平信号向马达开关8发送开启或关闭信号，马达开关根据开关信号开启或关闭液压马达9。

[0043] 控制器5的输出端连接电能分配器11的输入端，控制器当接收到第二电量检测装置14的低电平信号时，控制器5控制电能分配器11将电能优先为电源装置进行充电。

[0044] 电源装置3与电能分配器11之间设置有第二电量检测装置14，蓄电池12与电能分配器11之间设置有第一电量检测装置13，第二电量检测装置14用于监测电源装置的电量，第一电量检测装置13用于监测蓄电池12的电量。

[0045] 第一电量检测装置13内部设置有第一电量阈值，第二电量检测装置14内部设置有第二电量阈值，第一电量阈值和第二电量阈值的取值一般为总电量的80％-100％。优选100％。

[0046] 当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置14检测到电源装置3电量低于电量阈值时，第一电量检测装置13向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置14向控制器5发送第二低电平信号，控制器5在接收到第一低电平信号和/或第二低电平信号后向马达开关8发送开启信号。马达开关8在接收到控制器发送的开启信号后开启液压马达9。

[0047] 并且，只要控制器接收到第二电量检测装置14的第二低电平信号，无论是否接收到第一电量检测装置的第一低电平信号，控制器5控制电能分配器11优先连通第一支电路并断开第二支电路为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置14的高电平信号，才会控制电能分配器11为断开第一支电路连通第二支电路蓄电池充电，以保证电源装置对试验系统进行预热。在本系统的工作下，能够保证电源装置持续为试验系统进行预热，不在需要连接外部电源，不仅为蓄电池存储了电能供其余外部设备使用，预热本身也不再需要连接外部电源，节省了大量的电能。

[0048] 当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置14检测到电源装置3电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置13和第二电量检测装置14均向控制器5发送高电平信号，控制器5在一段时间内持续接收到第一电量检测装置13和第二电量检测装置14发送的高电平信号后，马达开关8关闭液压马达9以切断所液压试验单元1以及能量回收单元2。此时，因为电源装置和蓄电池不需要充电，因此不需要收集额外的能量，以实现对电源装置和蓄电池的过载保护。

[0049] 当然，在实际应用中，也可以将蓄电池连着内部电网上进行使用，以保证能够及时对蓄电池收集的电进行使用。同时，也可以在蓄电池和电源装置上连接计量模块，对电源的使用量进行记录。

[0050] 在本发明中，马达开关8是一种新型的数字控制液压阀，可以有很高的开关速度，可以对进入液压马达的流量进行控制。

[0051] 发电机10可以是直流发电机，也可以是交流发电机，其性能参数应与液压马达匹配，输出电压为220伏，用于为蓄电池和电源装置3发电。

[0052] 电能分配器11是一种数字式电源开关，优先连通第一支电路断开第二支电路以将电能导入电源装置，根据电源装置的电量饱和信号，判断是否将电能导入蓄电池，以优先满足试验系统的预热功能。

[0053] 蓄电池选择铅酸蓄电池，但不限于该类型，其构成包括稳压电路，可以根据使用需求，输出0～24v直流电压。

[0054] 在具体应用中，液压马达的型号为BM2/BMR-160，发电机的型号可以为STC-10kw三相同步发电机，蓄电池可以为YD350L铅酸电池，第一电量检测装置13和第二电量检测装置14可选用UTE1003A/UTE1010A智能电量测量仪，控制器可以为可编程逻辑控制器。

[0055] 优选地，本发明还提供一种液压系统的能量回收方法，如图4所示，其包括以下步骤：

[0056] S1、第一电量检测装置检测蓄电池的电量，第二电量检测装置检测电源装置的电量；

[0057] S2、当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置14检测到电源装置3电量低于电量阈值时，第一电量检测装置13向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置14向控制器5发送第二低电平信号，控制器5向马达开关8发送开启信号。马达开关8开启液压马达9。

[0058] S3、马达开关开启所述液压马达后，所述液压马达将液压系统的压力能转换为动能，所述发电机将液压马达的动能转换为电能，当控制器接收到第二电量检测装置14的第二低电平信号时，无论是否接收到第一电量检测装置的第一低电平信号，控制器5控制电能分配器11优先为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置14的高电平信号，才会控制电能分配器11为蓄电池充电，以保证电源装置3对试验系统进行预热。

[0059] S4、当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置14检测到电源装置3电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置13和第二电量检测装置14同时向控制器5发送高电平信号，马达开关8关闭液压马达9以切断所液压试验单元1以及能量回收单元2。此时，因为电源装置3和蓄电池不需要充电，因此不需要收集额外的能量。

[0060] 上述能量回收单元提供并满足了一种回收液压系统预热过程中损失能量的方法，该方法不仅满足了液压系统预热过程的需求，而且可以回收损失的电能，可供试验室应急设备或照明设备使用。

[0061] 本发明提出的能量回收单元，可以将液压试验单元产生的动能或电能，进一步转化为其它形式能量，如热能，光能等，都在保护范围内。

[0062] 下面结合实施例对本发明的工作原理做进一步解释：

[0063] 如图5所示，液压泵4将液压油供应至分油器，分油器7将液压油供应至试验台6和马达开关8，马达开关8用于开启或关闭液压马达9，液压马达9的输出轴连接发电机10的输入轴，液压马达9用于将液压系统的压力能转换为动能，发电机10用于将液压马达9的动能转换为电能。

[0064] 电能分配器11对发电机10发的电进行管理分配，电能分配器11优先将电能为电源装置3充电，当电源装置3充满时，电能分配器11为蓄电池进行充电。在实际应用中，蓄电池可以设置为多组，蓄电池的输出端连接外部设备，用于为外部设备供电。

[0065] 发电机10、电能分配器11、蓄电池12以及电源装置3之间通过电缆连接。控制器5的输出端连接分油器的输入端以对分油器的油路分支进行控制。

[0066] 第一电量检测装置13、第二电量检测装置14的输出端连接控制器5的输入端，控制器5的输出端连接马达子站的输入端，第一电量检测装置13、第二电量检测装置14将检测到的电平信号发送至控制5，控制器5根据该电平信号向马达开关8发送开启或关闭信号，马达开关根据开关信号开启或关闭液压马达9。

[0067] 电源装置3与电能分配器11之间设置有第二电量检测装置14，蓄电池12与电能分配器11之间设置有第一电量检测装置13，第二电量检测装置14用于监测电源装置的电量，第一电量检测装置13用于监测蓄电池12的电量。

[0068] 第一电量检测装置13内部设置有第一电量阈值，第二电量检测装置14内部设置有第二电量阈值，第一电量阈值和第二电量阈值的取值为总电量的100％。

[0069] 当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量低于第一电量阈值和/或第二电量检测装置14检测到电源装置3电量低于电量阈值时，第一电量检测装置13向控制器发送第一低电平信号和/或第二电量检测装置14向控制器5发送第二低电平信号，控制器5向马达开关8发送开启信号。马达开关8开启液压马达9。

[0070] 当第一电量检测装置13检测到蓄电池12电量高于第一电量阈值且第二电量检测装置14检测到电源装置3电量高于第二电量阈值时，第一电量检测装置13和第二电量检测装置14同时向控制器5发送高电平信号，马达开关8关闭液压马达9以切断所液压试验单元1以及能量回收单元2。此时，因为电源装置和蓄电池不需要充电，因此不需要收集额外的能量。

[0071] 当控制器接收到第二电量检测装置14的第二低电平信号，控制器5控制电能分配器11优先为电源装置进行充电，直到接收到第二电量检测装置14的高电平信号，才会控制电能分配器11为蓄电池充电，以保证电源装置对试验系统进行预热。

[0072] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0073] 最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。