液压蓄能器能量密度低的原因及优化方案

采用液压蓄能器进行能量回收相对较为成熟。液压蓄能器功率密度高，根据液压蓄能器的类型可以达到2000～19000W/kg，能够快速存储、释放能量，特别适用于作业工况多变且需要爆发力的场合，如频繁快速起动、制动的设备。如图6-9所示，动臂每次下放时间大约只有1s，包括了加速下放和减速下放过程，并无平稳下放过程，但液压蓄能器仍然可以在每次下放时，回收部分动臂势能。

图6-9 频繁下降工况的液压蓄能器回收实验曲线

但由于其能量密度低（5～17W·h/L）、安装空间大，在实际应用中受到一定的限制，尤其对安装空间狭小的场合，需要在系统设计时充分考虑如何提高液压蓄能器的能量密度和空间布置。影响蓄能器储能大小的主要参数有初态容积、最小与最大工作压力、多变指数和有效容积等。

首先分析液压蓄能器的储能公式。气囊气体满足波意耳定理，可以求得气体的压力p₁，得到液压蓄能器的储能公式：

(www.xing528.com)

式中 V₁——蓄能器最低工作压力时对应的气囊体积（L）；

V₂——蓄能器最高工作压力时对应的气囊体积（L）。

根据式（6-5）可以得到以下结论：增大蓄能器的容积V₁能增大蓄能器存储的能量，但是，增大蓄能器的容积要受到空间的限制；对一个选定的囊式液压蓄能器，在相同的多变指数n下，为了使蓄能器的储能效果最优，可按照式（6-7）选择液压蓄能器的最低和最高压力，即对式（6-5）求导，可得在蓄能器能量密度最高时的最大工作压力和最低工作压力关系式（6-7）。