混合動力型建設機械控制方法及混合動力型建設機械的制作方法
【專利摘要】提供通過匹配于蓄電裝置的劣化狀態(tài)調整蓄電裝置的設定電壓來抑制蓄電裝置的劣化的混合動力型建設機械控制方法和混合動力型建設機械。混合動力型建設機械當驅動液壓致動器時使被從蓄電裝置供給電力的電動機協(xié)同驅動，在控制所述混合動力型建設機械中的蓄電裝置的設定電壓的混合動力型建設機械控制方法中，計測上述蓄電裝置的實際電壓；根據混合動力型建設機械的初期狀態(tài)下的上述實際電壓的電壓變動、和動作后的上述實際電壓的電壓變動計算劣化率；根據混合動力型建設機械的運行電壓和動作后的上述實際電壓的電壓變動，計算調整系數；根據基準電壓和調整系數，計算新的設定電壓。
【專利說明】混合動力型建設機械控制方法及混合動力型建設機械
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在建設機械或農業(yè)機械等作業(yè)機械中的、特別是以電動機和發(fā)動機為動力的混合動力型建設機械中使用的電容器(capacitor)或蓄電器(condenser)(以下稱作蓄電池)的混合動力型建設機械控制方法和混合動力型建設機械。
【背景技術】
[0002]作為建設機械或農業(yè)機械等作業(yè)機械的節(jié)能的對策之一，一般為將以往作為熱排出的能量，例如液壓挖掘機的回轉停止時的慣性能量、或起重機裝置的卷降時的位置能量等變換為電能儲存、在起動時再利用的方法。在專利文獻I中表示這樣的以能量再生為目的的以往技術。
[0003]在專利文獻I中，記載有將蓄電裝置的電壓保持一定為某個設定電壓的方法。
[0004]此外，非專利文獻I是基于為了實現電子零件及電子設備產業(yè)整體的安全性提高而制定的JEITA RCR - 1001A由社團法人電子信息技術產業(yè)會制作的，是為了實施例的說明而記載的。
[0005]專利文獻1:特開2011 - 36111號公報。
[0006]非專利文獻1:電子信息技術產業(yè)協(xié)會標準JEITA RCR 一 2370C《電氣雙層蓄電器的使用上的注意事項指南(電氣雙層蓄電器的安全應用指引)》6.2.3外加電壓。
[0007]可是，在專利文獻I中，需要將設定電壓設定為，即使在伴隨蓄電裝置的劣化而增大的系統(tǒng)驅動時的電壓變動下，蓄電裝置的電壓也為不會成為系統(tǒng)運行電壓以下那樣的電壓，在劣化初期階段中，成為使設定電壓變高到所需以上，使蓄電裝置的電壓負荷增大，促進了劣化。

【發(fā)明內容】

[0008]因而，本發(fā)明的目的是為了解決以上的課題而做出的，提供一種通過匹配于蓄電裝置的劣化狀態(tài)調整蓄電裝置的設定電壓來抑制蓄電裝置的劣化的混合動力型建設機械控制方法和混合動力型建設機械。
[0009]為了解決上述課題，有關本發(fā)明的混合動力型建設機械控制方法，控制混合動力型建設機械中的蓄電裝置的設定電壓，所述混合動力型建設機械當驅動液壓致動器時使被從蓄電裝置供給電力的電動機協(xié)同驅動，在所述混合動力型建設機械控制方法中，計測上述蓄電裝置的實際電壓；根據混合動力型建設機械的初期狀態(tài)下的上述實際電壓的電壓變動、和動作后的上述實際電壓的電壓變動計算劣化率；根據混合動力型建設機械的運行電壓和動作后的上述實際電壓的電壓變動，計算調整系數；根據基準電壓和調整系數，計算新的設定電壓。
[0010]進而，也可以是，在由設定電壓以下的電壓變動帶來的最低實際電壓低于運行電壓下限的情況下，計算調整系數以使上述最低實際電壓高于運行電壓下限。
[0011]此外，也可以是，在由設定電壓以下的電壓變動帶來的最高實際電壓超過額定電壓上限的情況下，計算調整系數以使上述最高實際電壓低于額定電壓上限。
[0012]另一方面，用來解決上述課題的有關本發(fā)明的混合動力型建設機械，當驅動液壓致動器時使被從蓄電裝置供給電力的電動機協(xié)同驅動，控制蓄電裝置的設定電壓，在所述混合動力型建設機械中，計測上述蓄電裝置的實際電壓；根據混合動力型建設機械的初期狀態(tài)下的上述實際電壓的電壓變動、和動作后的上述實際電壓的電壓變動計算劣化率；根據混合動力型建設機械的運行電壓和動作后的上述實際電壓的電壓變動，計算調整系數；根據基準電壓和調整系數，計算新的設定電壓。
[0013]通過采用有關本發(fā)明的混合動力型建設機械控制方法和混合動力型建設機械，能夠設定為設定電壓，以便即使在伴隨有關本發(fā)明的蓄電裝置的劣化而增大的系統(tǒng)驅動時的電壓變動下，蓄電裝置的電壓為也不會成為系統(tǒng)運行電壓以下那樣的電壓，在劣化初期階段中，能夠根據需要而設為足夠大的設定電壓，能夠使蓄電裝置的電壓負荷減輕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的包括液壓回路的系統(tǒng)結構圖。
[0015]圖2是有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的電壓控制單元ECU的結構圖。
[0016]圖3是在有關本發(fā)明的混合動力型建設機械中關于電壓變動率的曲線圖，所述電壓變動率是關于電動機輸出電壓、蓄電裝置輸出電壓和時間的關系的電壓變動率。
[0017]圖4是表示非專利文獻I中記載的以往的電氣雙層蓄電器的根據電壓外加條件的電氣特性的曲線圖。
[0018]圖5是表示利用有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的混合動力型建設機械控制方法的運算指令程序32的工序的流程圖。
[0019]圖6是表不有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的電壓變動與電動機輸出(Pm)的關系的曲線圖。
[0020]圖7是表示有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的調整系數(α )與電壓劣化率(K)的關系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]使用圖1?圖3、圖5?圖7，對有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的結構和動作進行說明。首先對結構進行說明，然后對動作進行說明。
[0022]使用圖1所示的有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的包括液壓回路的系統(tǒng)結構圖對結構進行說明。在該圖中，在例示作為驅動建設機械的未圖示的上部回轉體的液壓致動器的液壓馬達Hm和與其相關的液壓驅動回路的該圖中，上部回轉體10經由減速單元11和齒輪單元13結合在液壓馬達Hm及電動機Em上。在上述電動機Em上結合著逆變器12，構成為，向其相繞組流過規(guī)定的電流。
[0023]逆變器12具備將電動機Em的輸出和蓄電裝置的電壓向電氣控制單元E⑶發(fā)送的功能。
[0024]附圖標記14是搭載在建設機械中的蓄電裝置，例如由電容器構成，對電氣控制單元E⑶施加其檢測電壓Vact。在電氣控制單元E⑶上，除了蓄電裝置的檢測電壓Vact以外還施加有作為電動機Em的輸出轉矩的Pm。此外，電氣控制單元ECU計算轉矩指令Tr，將該轉矩指令Tr對逆變器12供給。
[0025]附圖標記16是由上述液壓馬達Hm和并聯連結的連通閥18構成的液壓馬達單元。液壓馬達Hm的壓力油的給排用端口 A、B經由流路LA、LB與切換閥20連接。
[0026]切換閥20經由流路連接著來自未圖示的操縱桿的先導操作壓力信號。產生向液壓馬達Hm供給的壓力油的泵22是可變容量型泵，構成為，受發(fā)動機EG驅動。泵22的一方與切換閥20連結，另一方與箱T連結。
[0027]對于電氣控制單元ECU，使用有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的實施例的電氣控制單元ECU的結構圖即圖2進行說明。在該圖中，附圖標記24是模擬/數字變換部(以下稱作A/D變換部)，被輸入電動機Em的輸出轉矩Pm、蓄電裝置14的輸出Vact。電氣控制單元ECU還具有根據從逆變器12接收到的電動機Em的輸出和蓄電裝置14的電壓推測蓄電裝置14的劣化狀態(tài)的運算裝置的功能，具有根據運算結果帶來的劣化狀態(tài)的推定值調整蓄電裝置14的設定電壓的控制裝置的功能。
[0028]附圖標記26是數據存儲器，在其規(guī)定存儲器劃區(qū)中作為數字值而記錄檢測到的上述信號Pm、Vact,以一定的周期被更新為最新的值。在數據存儲器26中，還設有在電氣控制單元ECU內部運算出的作為蓄電裝置14的額定電壓的Vb、設定電壓Vset、作為蓄電裝置電壓的最高值的Vh、作為蓄電裝置電壓的最低值的V1、初期狀態(tài)下的電壓劣化率K、和初期劣化狀態(tài)下的電壓變動Vo、調整系數α等的存儲器劃區(qū)。
[0029]附圖標記28是中央運算處理裝置(以下稱作CPU)，附圖標記32是存儲有對于CPU28的運算指令用程序的程序存儲器。附圖標記30是數字/模擬變換部(以下稱作D/A變換部)，將數據存儲器26內的設定電壓Vset、調整系數α用D/A變換部變換為模擬信號。
[0030]圖3是關于電壓變動率的曲線圖，所述電壓變動率是關于有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的電動機驅動時的電動機輸出電壓、蓄電裝置輸出電壓和時間的關系的電壓變動率。在圖3中，橫軸為時間(sec)，在縱軸中，左側設置電動機輸出轉矩Pm，在右側設置蓄電裝置電壓Vact，顯示單位分別是相對于電動機最大輸出轉矩的比率(％)、相對于蓄電裝置的額定輸出電壓的比率(實際電壓變動率)(％)。
[0031]波形Vact表示蓄電裝置14的輸出電壓Vact的推移。波形Pm表示電動機Em的輸出轉矩Pm的推移。波形Pm由于進行回轉加速動作，所以向電動機輸出的負方向推移，然后，由于進行回轉減速動作，所以向電動機輸出的正方向推移。波形Vact表示，在電動機驅動時最初維持設定電壓Vset，然后，通過用于回轉加速動作的電動機驅動，在2秒左右電壓下降到最低值VI，然后，通過回轉減速動作的再生作用，上升到Vh。
[0032]接著，使用圖1?圖3、圖5?圖7對有關本發(fā)明的混合動力型建設機械的動作進行說明。
[0033]首先，對在有關本發(fā)明的混合動力型建設機械中將上部回轉體10的回轉加速的情況進行說明。
[0034]切換閥20根據上部回轉體10的回轉方向切換將液壓泵22與液壓馬達Hm連接的油路。液壓泵22受在同軸上連結的發(fā)動機EG驅動，將從動作油箱T吸起的動作油經由切換閥20向液壓馬達Hm供給。液壓馬達Hm通過從液壓泵22供給的高壓的動作油輸出旋轉力，經由齒輪單元13驅動上部回轉體10。電動機Em經由逆變器12接受蓄電裝置14的電力，被基于來自電氣控制單元ECU的指令的輸出驅動，與液壓馬達Hm協(xié)同而驅動上部回轉體10。連通閥18在動作時使液壓馬達Hm作為環(huán)回路，成為自由旋轉的狀態(tài)以不輸出轉矩，但在加速時不動作。
[0035]接著，對將上部回轉體10的回轉減速的情況進行說明。
[0036]此時，切換閥20為中立位置，從液壓泵22吐出的動作油不被向液壓馬達Hm供給而被向動作油箱T送回。連通閥18動作，使液壓馬達Hm能夠旋轉。結果，液壓馬達Hm不輸出制動轉矩，僅通過電動機Em進行制動。電動機Em在上部回轉體10的旋轉慣性力作用下旋轉，但輸出與電氣控制單元ECU的指令對應的制動轉矩，進行旋轉制動，并將旋轉慣性力變換為電力，經由逆變器12將蓄電裝置14充電。
[0037]即，蓄電裝置14發(fā)生在回轉加速時通過電動機Em的輸出而電壓下降、在回轉減速時通過電動機Em的充電而電壓上升的電壓變動。蓄電裝置14的電壓通過由電氣控制單元ECU進行的液壓馬達Hm和電動機Em的輸出調整，回轉加速時之前的電壓被保持為作為一定值的設定電壓。
[0038]接著，使用圖5、圖6、圖7，對電氣控制單元E⑶的按照運算指令程序32的動作進行說明。
[0039]電氣控制單元ECU按照運算指令程序32，從逆變器12接收電動機Em的輸出轉矩Pm和蓄電裝置14的實際電壓變動Vact (圖5的a2工序)。
[0040]電氣控制單元E⑶按照運算指令程序32，根據電動機Em的輸出轉矩Pm運算劣化初期狀態(tài)下的電壓變動Vo(圖5的a4工序，圖6)。這里，由于蓄電裝置14的輸出電壓Vact是劣化狀態(tài)下的電壓變動，所以Vact>Vo。
[0041]此外，在圖6中，表示電壓變動(Vo、Vact)與電動機輸出(Pm)的關系，可知通過蓄電裝置的長年使用，性能劣化，如^那樣函數逐漸變化。關于函數的定義，既可以根據由蓄電裝置的劣化試驗等得到的數據定義近期曲線，或者也可以使用相對于使用年數的電動機輸出(Pm)和電壓變動的三維的矩陣表。
[0042]電氣控制單元E⑶按照運算指令程序32，通過將蓄電裝置14的輸出電壓Vact用劣化初期狀態(tài)下的電壓變動Vo除，計算劣化系數K (圖5的a6工序)。該劣化系數表示蓄電裝置的劣化狀態(tài)。K是I以上的數值，K的值越大，劣化越大。
[0043]電氣控制單元ECU按照運算指令程序32，根據劣化系數K計算作為設定電壓的調整系數的α (圖5的a8工序，圖7)。圖7表示設定電壓Vset=額定電壓Vb的情形下的調整系數(α )與電壓劣化率(K)的關系。關于函數g，既可以根據混合動力型建設機械的運轉試驗的數據等定義近期曲線，或者也可以使用調整系數(α )與電壓劣化率(K)的二維的矩陣表。
[0044]電氣控制單元ECU按照運算指令程序32，對在運算指令程序32內預先設定的蓄電裝置14的額定電壓Vb乘以調整系數α，計算設定電壓Vset(圖5的alO工序)。蓄電裝置14的額定電壓Vb是蓄電裝置的初期狀態(tài)劣化狀態(tài)下的設定電壓，當Vact=Vo時為K= α =1，為 Vb=Vset (圖 7)。
[0045]該運算通過主要在電動機Em穩(wěn)定地輸出一定的轉矩的點進行，能夠抑制運算結果的離差。[0046]例如，在上部回轉體10的減速時，由于液壓馬達為自如旋轉的狀態(tài)，所以不需要考慮液壓馬達的影響，僅通過電動機以某一定的制動轉矩進行減速，所以適合于運算點。
[0047]圖4是表示在非專利文獻I中記載的電氣雙層蓄電器的根據電壓外加條件的電氣特性的例子。
[0048]根據圖4，如果相對于額定電壓(本發(fā)明中的設定電壓(Vset))5.5伏特，在外加電壓(相當于本發(fā)明中的設定電壓(Vset))5伏特和4伏特時比較，則在5伏特時到-40%為約3000小時，相對于此，在4伏特時為約6000小時，可知外加電壓4伏特時到-40%的壽命約2倍較長。
[0049]本發(fā)明對于具有這樣的特性的蓄電裝置，提出了以往所沒有的控制方法，通過采用將有關本發(fā)明的蓄電裝置的設定電壓匹配于劣化狀態(tài)抑制得較低的控制方法，與以往相比使劣化減輕，由此能夠使蓄電裝置的壽命大幅地延長。
[0050]另外，表示了將有關本發(fā)明的混合動力型建設機械控制方法特別應用在建設機械中的實施例，但當然不僅是建設機械，能夠廣泛地應用到混合動力型的農業(yè)機械等作業(yè)機械等的利用蓄電池的混合動力型的作業(yè)機械中。
[0051]附圖標記說明 ECU電氣控制單元 Em電動機
Hm液壓馬達 EG發(fā)動機 T動作油箱 10上部回轉體 11減速單元 12逆變器
13齒輪單元 14蓄電裝置 16液壓馬達單元 18連通閥 20切換閥 22液壓泵
24模擬/數字變換部
26數據存儲器
28中央運算處理裝置(CPU)
30數字/模擬變換部。
【權利要求】
1.一種混合動力型建設機械控制方法，控制混合動力型建設機械中的蓄電裝置的設定電壓，所述混合動力型建設機械當驅動液壓致動器時使被從蓄電裝置供給電力的電動機協(xié)同驅動，所述混合動力型建設機械控制方法的特征在于， 計測上述蓄電裝置的實際電壓； 根據混合動力型建設機械的初期狀態(tài)下的上述實際電壓的電壓變動、和動作后的上述實際電壓的電壓變動計算劣化率； 根據混合動力型建設機械的運行電壓和動作后的上述實際電壓的電壓變動，計算調整系數； 根據基準電壓和調整系數，計算新的設定電壓。
2.如權利要求1所述的混合動力型建設機械控制方法，其特征在于， 在由設定電壓以下的電壓變動帶來的最低實際電壓低于運行電壓下限的情況下，計算調整系數以使上述最低實際電壓高于運行電壓下限。
3.如權利要求1所述的混合動力型建設機械控制方法，其特征在于， 在由設定電壓以下的電壓變動帶來的最高實際電壓超過額定電壓上限的情況下，計算調整系數以使上述最高實際電壓低于額定電壓上限。
4.一種混合動力型建設機械，當驅動液壓致動器時使被從蓄電裝置供給電力的電動機協(xié)同驅動，控制蓄電裝置的設定電壓，其特征在于， 計測上述蓄電裝置的實際電壓； 根據混合動力型建設機械的初期狀態(tài)下的上述實際電壓的電壓變動、和動作后的上述實際電壓的電壓變動計算劣化率； 根據混合動力型建設機械的運行電壓和動作后的上述實際電壓的電壓變動，計算調整系數； 根據基準電壓和調整系數，計算新的設定電壓。
【文檔編號】E02F9/20GK103628516SQ201310368903
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權日:2012年8月22日
【發(fā)明者】西谷圭介 申請人:東芝機械株式會社