混合动力设备驱动与能量回欠系统、 工程才 技术领域 本发明涉及以机电一体化技术为特征的混合动 力系统， 尤其涉及一种混合 动力设备驱动与能量回收系统， 本发明还涉及使用该混合动力设备驱动与能量 回收系统的工程机才成。 背景技术 众所周知， 工程机械的应用十分广泛， 同时它又具有油耗高、 排放差等缺 点， 所以工程机械的节能研究具有十分重要的现实 意义。 目前， 混合动力技术 在工程机械中的应用被公认为是最具有前景的 节能方案之一， 故开展相关研究 以促进混合动力技术的成熟运用具有十分重要 的意义。 目前， 一些企业和科研院所也已经开始工程机械混合 动力技术的相关研 究， 并取得了一些阶段性成果， 主要有： （ 1 ) 如专利公开号为 CN101037869A 所公开的： 混合动力建筑机械。 该专利釆用发动机通过动力分配器将液压泵与 发电 /电动机并联连接。 由蓄能池驱动回转电动机。 通过发电 /电动机的电动机 作用来辅助发动机。 （2 )如专利公开号为 CN101408212A所公开的： 混合动力 工程机械执行元件的能量回收系统， 该专利釆用并联式混合动力驱动结构， 同 时引入以回收马达、 蓄能器和发电机为核心元件的动臂能量回收系 统， 对动臂 下降的势能进行回收。 上述专利分别从混合动力系统结构及工作装置 能量回收方式上作了有益 的探索， 但也存在一些不足： 专利 CN101037869A, 在混合动力的驱动方式上 利用动力分配器实现发电 /电动机与液压泵的并联方式，这样由于有限� �工程机 械安装空间使元件的安装比较困难； 在能量的回收方面， 只对回转动能进行再 生制动回收而没有回收动臂下降的势能。 专利 CN101408212A, 对挖掘机动臂 的势能釆用回收马达、 蓄能器和发电机进行回收， 这样尽管在一定程度上有利 于改善发电机的工况， 但由于蓄能器的出口直接与主泵相连， 当液压系统压力 高于蓄能器压力时， 蓄能器在动臂下降时蓄存的能量得不到完全释 放， 回收效 率较低， 且系统较为复杂。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提出一种混合动 力设备驱动与能量回收系 统， 以解决现有混合动力设备中势能回收系统环节 多、 回收效率低的问题。 根据本发明的一个方面， 提供了一种混合动力设备驱动与能量回收系统 ， 包括： 发动机； 与发动机连接的驱动电机； 与驱动电机连接的主液压泵， 主液 压泵通过主分配阀与第一液压虹连接； 电机控制器， 与驱动电机连接， 控制驱 动电机处于发电模式或者电动模式； 储能元件， 与电机控制器连接； 第一液压 虹的无 4干腔油口与主分配阀之间的第一管路上安装� �第一单向阀， 第一单向阀 的出口对应第一液压紅的无杆腔油口； 第一单向阀的两端并联有液压回收马 达； 回收电机， 与液压回收马达连接； 与回收电机连接的辅助液压泵， 辅助液 压泵的出油口连通至主液压泵与主分配阀之间 的第二管路上； 电机控制器还与 回收电机连接， 控制回收电机处于发电模式或者电动模式。 进一步地， 该混合动力设备驱动与能量回收系统还包括多 个与主分配阀连 接并由主液压泵和 /或辅助液压泵驱动的液压执行机构。 进一步地， 该混合动力设备驱动与能量回收系统还包括： 回转电机， 通过 减速机与混合动力设备的回转平台连接； 电机控制器还与回转电机连接， 控制 回转电机处于发电模式或者电动模式。 进一步地， 主液压泵和 助液压泵均为变量泵。 进一步地， 储能元件为超级电容、 电池、 或电容与电池组成的复合电源。 进一步地， 该混合动力设备驱动与能量回收系统还包括： 整车控制器， 设 有操作信号输入接口和压力反馈信号输入接口 ， 其中压力反馈信号输入接口与 液压执行机构、 第一液压缸的信号输出端相接； 整车控制器根据从操作信号输 入接口接收到的操作信号和从压力反馈信号输 入接口接收到的压力反馈信号 向主分配阀、 发动机、 主液压泵、 液压回收马达、 i 助液压泵、 电机控制器和 储能元件发出控制指令。 进一步地， 混合动力设备为挖掘机， 多个液压执行机构包括左行走马达、 右行走马达、 铲斗液压紅和斗 4干液压紅， 第一液压紅为 掘机的动臂液压紅。 根据本发明的另一个方面， 还提供了一种工程机械， 包括上述的混合动力 设备驱动与能量回收系统。 该工程机械例如为挖掘机、 装载机、 推土机、 起重 设备、 工业车辆叉车等。 根据本发明的技术方案， 一方面能将第一液压缸活塞杆回落时的势能通 过 回收马达与回收电机转换成电能储存在储能元 件里； 另一方面当主液压泵泵送 的液压油不足以给其它由主液压泵驱动的工作 机构供油时， 电机控制器控制回 共同驱动各工作机构， 保证了整个混合动力设备的正常运行。 而且， 液压回收 马达可以直接驱动 助液压泵， 可以 夺第一液压缸回收的势能通过 助液压泵 实现液压能的再生， 这样减少了能量转换环节， 有效提高回收效率， 使本发明 能实现在保证发动机稳定工作的同时具有较高 的燃油经济性。 附图说明 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明 的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图 中： 图 1是根据本发明的混合动力设备驱动与能量回� �系统的原理图。 图 1 中： 1、 发动机， 2、 马区动电机， 3、 主液压泵， 4、 左行走马达， 5、 右行走马达， 6、 铲斗液压紅， 7、 斗才干液压紅， 8、 动臂液压紅， 9、 单向阀， 10、 液压回) 马达， 11、 回) 电机， 12、 库 i 助液压泵， 13、 回转平台， 14、 减 速机， 15、 回转电机， 16、 电机控制器， 17、 储能元件， 18、 整车控制器， 19、 主分 己阀。 具体实施方式 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。 参见图 1 , 示出了根据本发明提供的一种混合动力设备驱 动与能量回收系 统的优选实施例。 如图所示， 该混合动力设备驱动与能量回收系统包括： 发动 机 1 , 驱动电机 2, 主液压泵 3 , 主分配阀 19, 左行走马达 4, 右行走马达 5 , 铲斗液压紅 6, 斗 4干液压紅 7, 动臂液压紅 8, 第一单向阀 9, 回收马达 10, 回 收电机 11 , 辅助液压泵 12, 电机控制器 16, 储能元件 17等。 驱动电机 2与发动机 1连接， 主液压泵 3与驱动电机 2连接， 驱动电机 2 和储能元件 17均与电机控制器 16连接。 主液压泵 3由驱动电机 2与发动机 1 组合形成的混合动力系统共同驱动。 驱动电机 2具有发电模式和电动模式两种 工作模式， 驱动电机 2的工作模式由电机控制器 16控制。 具体地讲， 发动机 1 在某一工作模式下时 （在该工作模式下， 发动机 1 的转速和转矩保持不变）， 发动机 1提供某一恒定功率， 当负载功率小于发动机 1的调定功率时， 电机控 制器 16控制驱动电机 2工作在发电模式， 发动机 1驱动主液压泵 3 , 同时驱动 电机 2把发动机 1输出的多余的能量转化成电能通过电机控制� � 16控制、 转 化储存进储能元件 17, 此时储能元件 17处于充电模式； 当负载功率大于发动 机 1的调定功率时， 电机控制器 16控制驱动电机 2工作在电动模式， 储能元 件 17向驱动电机 2提供电源， 主液压泵 3由发动机 1和驱动电机 2共同驱动， 此时储能元件 17处于放电模式。 主液压泵 3的入口连接油箱， 出口通过主分配阀 19分别与左行走马达 4、 右行走马达 5、 铲斗液压紅 6、 斗 4干液压紅 7和动臂液压紅 8连接， 用于向各 液压执行机构输出压力油， 从而控制各液压执行机构的动作。 需要说明的是， 在本实施例中， 该混合动力设备以挖掘机为例， 多个液压执行机构具体地以左 行走马达 4, 右行走马达 5 , 铲斗液压紅 6, 斗 4干液压紅 7为例， 第一液压紅以 动臂液压虹 8为例， 实际应用中， 本发明的应用范围不限于 掘机， 多个液压 执行机构和第一液压紅也并不限于本实施例中 列举出的实施方式。 在动臂液压虹 8的无杆腔油口与主分配阀 19之间的第一管路上安装有第 一单向阀 9, 第一单向阀 9的出口对应动臂液压紅 8的无杆腔油口。 第一单向 阀 9的两端并联有液压回收马达 10, 液压回收马达 10上连接有回收电机 11 , 回收电机 11上连接有辅助液压泵 12。 辅助液压泵 12的进油口连接油箱， 辅助 液压泵 12的出油口连通至主液压泵 3与主分配阀 19之间的第二管路上。 回收 电机 11具有发电模式和电动模式这两种工作模式， 回收电机 11的工作模式可 以由电机控制器 16控制。 液压回收马达 10的进油口连接动臂液压紅 8的无杆腔油口， 出油口接单 向阀 9的进油口。 液压回收马达 10和单向阀 9不同时工作。 当动臂故上升动 作时， 控制液压回收马达 10的排量为 0, 压力油从单向阀 9进入动臂液压紅 8 的无杆腔， 压力油推动动臂液压虹 8的活塞杆的运动进而带动动臂上升。 当动 臂#丈下降动作时， 控制液压回收马达 10启动， 动臂液压虹 8无杆腔的压力油 进入液压回收马达 10的进油口， 4巴动臂下降的势能转化为液压回收马达 10的 液压能， 当主液压泵 3足够供给除动臂液压缸 8以外的其它液压执行机构能量 时， 电机控制器 16控制回收电机 11工作在发电模式， 回收马达 10的液压能 转化为回收电机 11的电能， 通过电机控制器 16储存进储能元件 17, 此时储能 元件 17处于充电模式； 当主液压泵 3泵送的压力油不足以给其他液压执行机 构供油时， 此时可以一方面控制液压回收马达 10驱动辅助液压泵 12输出压力 油与主液压泵 3合流来共同驱动液压执行机构供能， 此时动臂回收的势能通过 辅助液压泵 12 实现液压能的再生， 这样减少了能量转换环节， 有效提高回收 效率； 另一方面通过电机控制器 16控制回收电机 11处于发电模式， 这样可以 把多余的能量通过回收电机 11发电， 并在电机控制器 16的控制下将回收电机 11产生的电能储存进储能元件 17中， 此时储能元件 17处于充电模式。 当然， 在动臂液压缸 8已处于下降状态， 而此时其他液压执行机构还需要 压力油的情况下， 可以通过电机控制器 16控制回收电机 11处于电动模式 （此 时储能元件 17处于放电模式以向回收电机 11提供电源）， 回收电机 11驱动辅 助液压泵 12,辅助液压泵 12泵送出的压力油与主液压泵泵送出的压力油� ��流， 从而满足各液压执行机构的压力油需求， 使系统正常工作； 同时也实现了所回 收动臂势能其能量转换环节最少， 提高了系统的效率。 优选地， 该混合动力设备驱动与能量回收系统还包括： 回转电机 15 , 通过 减速机 14与混合动力设备的回转平台 13连接； 电机控制器 16还与回转电机 15连接， 控制回转电机 15处于发电模式或者电动模式， 以回收回转平台 13在 制动时的能量。 例如， 回转平台 13在制动时， 回转电机 15处于发电模式， 电 机控制器 16控制回转电机 15把生成的三相交流电能整流为直流电能储存� ��储 能元件 17内， 从而将平台机械能直接转换为电能储存在储能 元件 17中， 以取 得更好的节能效果。 优选地， 本发明中的主液压泵 3和辅助液压泵 12均为变量泵。 储能元件 17可以为超级电容、 电池、 或电容与电池组成的复合电源。 优选地， 该混合动力设备驱动与能量回收系统还包括整 车控制器 18。 该整 车控制器 18设有操作信号输入接口和压力反馈信号输入� ��口， 其中压力反馈 信号输入接口与左行走马达 4、 右行走马达 5、 铲斗液压紅 6、 斗杆液压紅 7和 动臂液压缸 8等液压执行机构的信号输出端相接。 整车控制器 18根据从操作 信号输入接口 （例如为控制手柄）接收到的操作信号和从压 力反馈信号输入接 口接收到的压力反馈信号向主分配阀 19、 发动机 1、 主液压泵 3、 液压回收马 达 10、 辅助液压泵 12、 电机控制器 16和储能元件 17发出控制指令。 整车控制器 18对发动机的控制可以为： 整车控制器 18根据接收到的操作 信号和各液压执行机构的压力反馈信号， 对各液压执行机构输出的压力反馈信 号进行数据处理， 获得负载压力。 整车控制器 18根据操作信号控制主分配阀 19, 使压力油根据需要进入不同的液压执行机构中 。 整车控制器 18根据负载 压力向发动机 1、 主液压泵 3、 回收马达 10、 辅助液压泵 12和电机控制器 16 发送控制指令， 从而控制发动机 1的工作模式（发动机处于某一工作模式时发 动机的转速和转矩保持不变， 例如当负载压力大于最大负载压力的 70%时， 整 车控制器 18接收到此负载压力信号， 向发动机发出控制指令， 使发动机 1处 于重载模式）， 并调节主液压泵 3的排量、 液压回收马达 10的排量、 辅助液压 泵 12 的排量以及电机控制器 16 的输出。 整车控制器通过控制电机控制器 16 实现对电机的充放电控制， 从而间接实现对储能元件的充放电控制； 电机控制 器 16通过接收整车控制器 18传输过来的信号， 向驱动电机 12、 回收电机 11 和回转电机 15发出控制指令从而控制各电机的模式。 例如当动臂处于上升阶段， 整车控制器 18控制液压回收马达 10的排量为 0。 当动臂处于下降阶段且主液压泵 3 不足以给除动臂外的其他液压执行机构 供压力油时， 整车控制器 18向液压回收马达 10和储能元件 17发出控制指令， 使液压回收马达 10驱动辅助液压泵 12输出压力油与主液压泵 3合流驱动其他 液压执行机构。 当动臂处于下降阶段且主液压泵 3输出足够给动臂外的其他液 压执行机构供压力油时， 液压回收马达 10驱动回收电机 11 , 同时整车控制器 18向电机控制器 16发出控制指令， 电机控制器 16控制回收电机 11处于发电 模式， 回收电机输出的能量储存进储能元件 17。 这样， 辅助液压泵的补油与回 收电机的发电可同时进行也可不同时进行， 可使得各液压执行机构得到足够的 压力油且多余的能量可以回收， 既保证了液压执行机构的正常工作又能综合回 收能量， 节能效果好。 本发明还提供了一种工程机械， 包括上述的混合动力设备驱动与能量回收 系统。 该工程机械例如可以为挖掘机、 装载机、 推土机等， 或者为起重机械， 还可以为叉车等工业车辆。 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 ^"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。