CN101826759A - 混合式工作机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在混合式工作机械中测量电容器的特性的技术。蓄电电路蓄积再生电力。该蓄电电路具有：DC总线，连接平滑电容器；蓄电电容器，具有内部电阻；以及转换器，连接DC总线和蓄电电容器，并进行充放电动作。控制装置若起动键被接通，则使第1开关从关闭状态成为接通状态之后，测量有关蓄电电容器的放电特性的物理量，根据测量结果计算蓄电电容器的内部电阻以及静电电容的至少一方。

Description

混合式工作机械

技术领域

本申请主张基于2009年3月5日申请的日本专利申请第2009-052197号、以及2009年11月17日申请的日本专利申请第2009-262062号的优先权。该申请的全部内容通过参照援用在本说明书中。

本发明涉及将动能或位能转换成电能而蓄电于蓄电装置，利用被蓄电的电能驱动驱动系统的混合式工作机械。

背景技术

近几年，对建筑工作用机械等的动力产生机械要求考虑到地球环境的省燃料费、低公害、低噪音等性能。为了满足这些要求，出现了代替液压泵或者作为液压泵的辅助而利用电动机的液压挖掘机等的工作机械。在组装电动机的工作机械中，从电动机产生的剩余的动能转换成电能而蓄积于电容器等。在电容器上例如使用双电层电容器。

电容器通过反复充放电的长期间的使用或者通过过充电、过放电或发热等进行劣化。通过测量电容器的内部电阻可以判断劣化状态(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2007-155586号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供在使用了电容器的混合式工作机械中，测量电容器的特性的技术。

基于本发明的一观点，具有：

进行通过电力的供给而驱动的动力运行动作以及产生电力的再生动作的第1电动机；

控制上述第1电动机的动力运行动作以及再生动作的第1电路；

将电力供给到上述第1电动机以及蓄积来自上述第1电动机的再生电力的蓄电电路；

控制上述第1电路以及上述蓄电电路的控制装置；以及

起动上述控制装置的起动键，

上述蓄电电路具有：

连接于上述第1电路，并在接地线和电源线之间连接有平滑电容器的DC总线；

具有内部电阻的蓄电电容器；

连接上述DC总线和上述蓄电电容器，并且进行将电能从上述蓄电电容器供给到上述DC总线的放电动作及将电能从上述DC总线供给到上述蓄电电容器的充电动作的转换器；以及

进行使连接上述蓄电电容器和上述DC总线的电路导通的接通状态和切断的关闭状态的切换的第1开关，

上述控制装置若上述起动键被接通，则使上述第1开关从关闭状态成为接通状态之后，测量有关上述蓄电电容器的放电特性的物理量，基于测量结果计算上述蓄电电容器的内部电阻以及静电电容的至少一方。

发明的效果

混合式工作机械起动时，可以测量蓄电电容器的内部电阻。由此，可以判断蓄电电容器的劣化状态。

附图说明

图1是基于实施例1的混合式工作机械的侧视图。

图2是基于实施例1的混合式工作机械的方框图。

图3是用于基于实施例1的混合式工作机械的蓄电电路的等效电路图。

图4是用于说明测量基于实施例1的混合式工作机械的电容器特性的方法的等效电路图。

图5是表示用于说明测量基于实施例1的混合式工作机械的电容器特性的方法的电压电流变化的一例的图表。

图6是表示用于说明测量基于实施例2的混合式工作机械的电容器特性的方法的电压电流变化的一例的图表。

图7是用于说明测量基于实施例3的混合式工作机械的电容器特性的方法的等效电路图。

图8是表示用于说明测量基于实施例3的混合式工作机械的电容器特性的方法的电压电流变化的一例的图表。

图9是表示基于实施例3的混合式工作机械的电容器的电压电流变化的实测值的图表。

图10是表示用于说明测量基于实施例5的混合式工作机械的电容器特性的方法的电压电流变化的一例的图表。

图中：1-下部行走体(基体)，1A、1B-液压马达，2-旋转机构，3-上部旋转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂油缸，8-斗杆油缸，9-铲斗油缸，10-驾驶室，11-发动机，12-电动发电机，13-变速器，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18-变频器，19-蓄电电容器，20-变频器(第1电路)，21-旋转用电动机(第1电动机)，22-分解器，23-机械制动器，24-减速器，25-先导管路，26-操作装置，27、28-液压管路，29-压力传感器，30-控制装置，32-起动键，35-显示装置，100-转换器，101-电抗器，102A-升压用IGBT，102B-降压用IGBT，102a、102b-二极管，105-平滑电容器，106-电容器用电压表，107-电容器用电流表，108-充电电阻，111-DC总线用电压表，112-温度计，115-第1开关，116-第2开关，117-第3开关。

具体实施方式

以下，参照附图并对实施例1以及实施例2进行说明。

[实施例1]

在图1表示根据实施例1的混合式工作机械的侧视图。在下部行走体(基体)通过旋转机构2搭载有上部旋转体3。旋转机构2包括电动机(马达)，使上部旋转体3按顺时针或者逆时针旋转。在上部旋转体3安装有动臂4。动臂4通过液压驱动的动臂油缸7相对于上部旋转体3在上下方向摆动。在动臂4的前端安装有斗杆5。斗杆5通过液压驱动的斗杆油缸8相对于动臂4在前后方向摆动。在斗杆5的前端安装有铲斗6。铲斗6通过液压驱动的铲斗油缸9相对于斗杆5在上下方向摆动。在上部旋转体3还搭载有容纳操作人员的驾驶室10。

在图2表示混合式工作机械的方框图。在图2中，用双重线表示机械动力系统，用粗实线表示高压液压管路，用细实线表示电气系统，用虚线表示先导管路。

发动机11的驱动轴连结于变速器13的输入轴。在发动机11上使用通过电气以外的燃料产生驱动力的发动机，例如使用柴油发动机等的内燃机。发动机11在工作机械的运转中始终被驱动。

电动发电机12的驱动轴连结于变速器13的另一输入轴。电动发电机12可以进行电动(辅助)运转和发电运转双方的运转动作。在电动发电机12上例如使用磁铁埋入于转子内部的内部磁铁埋入型(IPM)马达。

变速器13具有2个输入轴和1个输出轴。在该输出轴连结有主泵14的驱动车由。

施加于发动机11的负载大时，电动发电机12进行辅助运转，电动发电机12的驱动力通过变速器13传递到主泵14。由此，减轻施加于发动机11的负载。另一方面，施加于发动机11的负载小时，发动机11的驱动力通过变速器13传递到电动发电机12，从而电动发电机12被发电运转。电动发电机12的辅助运转和发电运转的转换，通过连接于电动发电机12的变频器18进行。变频器18由控制装置30控制。

控制装置30包括中央处理器(CPU)30A以及内部存储器30B。CPU30A执行存储于内部存储器30B的驱动控制用程序。控制装置30通过在显示装置35显示各种装置的劣化状态等而引起操作人员的注意。

主泵14通过高压液压管路16将液压供给到控制阀17。控制阀17通过来自操作人员的指令将液压分配到液压马达1A、1B、动臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸9。液压马达1A及1B分别驱动在图1所示的下部行走体1所具备的左右2个履带。

电动发电机12的电气系统的输入输出端子通过变频器18连接于蓄电电路90。变频器18基于来自控制装置30的指令进行电动发电机12的运转控制。在蓄电电路90上还通过另一变频器20连接有旋转用电动机21。蓄电电路90以及变频器20由控制装置30控制。

辅助运转电动发电机12的期间所需要的电力从蓄电电路90经由变频器18供给到电动发电机12。发电运转电动发电机12的期间通过电动发电机12发电的电力经由变频器18供给到蓄电电路90。

旋转用电动机21通过来自变频器20的脉冲宽度调制(PWM)控制信号进行交流驱动，可以进行动力运行动作以及再生动作双方的运转。在旋转用电动机21上例如使用IPM马达。IPM马达在再生时产生大的感应电动势。

在旋转用电动机21的动力运行动作中，旋转用电动机21的旋转力通过减速器24传递到图1所示的旋转机构2。此时，减速器24减慢旋转速度。由此，在旋转用电动机21产生的旋转力增大并传递到旋转机构2。而且，在再生动作时，上部旋转体3的旋转运动通过减速器24传递到旋转用电动机21，从而旋转用电动机21产生再生电力。此时，减速器24与动力运行动作时相反加快旋转速度。由此，可以使旋转用电动机21的转速上升。

分解器22检测旋转用电动机21的旋转轴的旋转方向的位置。检测结果输入到控制装置30。通过检测在旋转用电动机21的运转前和运转后的旋转轴的旋转方向的位置而导出旋转角度以及旋转方向。

机械制动器23连结于旋转用电动机21的旋转轴，并产生机械制动力。机械制动器23的制动状态和解除状态受到来自控制装置30的控制并由电磁开关切换。

先导泵15产生液压操作系统所需要的先导压力。产生的先导压力通过先导管路25供给到操作装置26。操作装置26包括操作杆或踏板，由操作人员进行操作。操作装置26根据操作人员的操作将从先导管路25供给的1次侧的液压转换成2次侧液压。2次侧液压通过液压管路27传递到控制阀17的同时，通过其他液压管路28传递到压力传感器29。

由压力传感器29检测的压力的检测结果输入到控制装置30。由此，控制装置30可以检测下部行走体1、旋转机构2、动臂4、斗杆5以及铲斗6的操作状况。尤其，在根据实施例1的混合式工作机械中，旋转用电动机21驱动旋转机构2。因此，期望高精度地检测用于控制旋转机构2的操作杆的操作量。控制装置30通过压力传感器29可以高精度地检测该操作杆的操作量。

若起动键32由操作人员接通，则控制装置30起动。控制装置30开始进行发动机11、变频器18、20以及蓄电电路90的控制。控制装置30在下部行走体1、旋转机构2、动臂4、斗杆5以及铲斗6均不进行运转而可以检测均不进行对蓄电电路90的电力的供给以及来自蓄电电路90的电力的强制性输出的状态(非运转状态)。

在图3表示蓄电电路90的等效电路图。蓄电电路90包括蓄电电容器19、转换器100以及DC总线110。

转换器100连接蓄电电容器19和DC总线110。在连接蓄电电容器19和DC总线110的电路上还与蓄电电容器19串联地插入有充电电阻108以及第1开关115。蓄电电容器19例如具有串联连接多个双电层电容器的结构。将蓄电电容器19的静电电容设为Cc，将内部电阻设为Rc。

第1开关115由控制装置30控制，进行使连接蓄电电容器19和DC总线110的电路导通的接通状态和切断的关闭状态的切换。在充电电阻108并联地连接有第2开关116。第2开关116由控制装置30控制，可以使充电电阻108的端子间短路。

电容器用电压表106测量蓄电电容器19的端子间电压，并将测量结果输入到控制装置30。电容器用电流表107测量蓄电电容器19的充放电电流，并将测量结果输入到控制装置30。

温度计112测量充电电阻108的温度，并将测量结果输入到控制装置30。有时充电电阻108的电阻值根据其温度而变化。控制装置30从充电电阻108的额定电阻值、温度特性以及当前的温度计算当前的充电电阻108的电阻值。

DC总线110包括接地线和电源线。在接地线和电源线之间连接有平滑电容器105。DC总线110的接地线和电源线通过变频器18、20分别连接于电动发电机12以及旋转用电动机21。DC总线110的接地线和电源线之间的电压由DC总线用电压表111测量，并将其结果输入到控制装置30。

转换器100包括升压用的绝缘栅双极晶体管(IGBT)102A、降压用IGBT102B以及电抗器101。升压用IGBT102A的发射极连接于DC总线110的接地线，降压用IGBT102B的集电极连接于DC总线110的电源线。升压用IGBT102A的集电极和降压用IGBT102B的发射极相互连接。二极管102a、102b以从发射极朝向集电极的方向成为顺时针方向的方向分别并联连接于升压用IGBT102A以及降压用IGBT102B。

升压用IGBT102A和降压用IGBT102B的相互连接点通过电抗器101连接于蓄电电容器19的一方的端子，DC总线110的接地线连接于蓄电电容器19的另一方的端子。在电抗器101上并联地连接有第3开关117。由控制装置30开闭控制第3开关117。若第3开关117关闭，则电抗器101的端子间短路。

控制装置30在升压用IGBT102A以及降压用IGBT102B的栅电极外加控制用的脉冲宽度调制(PWM)电压。

以下，对升压动作(放电动作)进行说明。对升压用IGBT102A的栅电极外加PWM电压。将升压用IGBT102A从接通切换成关闭时，在电抗器101产生朝向升压用IGBT102A的集电极通电流的方向的感应电动势。该电动势通过二极管102b外加于DC总线110。由此，DC总线110升压。

接着，对降压动作(充电动作)进行说明。对降压用IGBT102B的栅电极外加PWM电压。将降升压用IGBT102B从接通切换成关闭时，在电抗器101产生从降压用IGBT102B的发射极朝向蓄电电容器19通电流的方向的感应电动势。通过该感应电动势蓄电电容器19被充电。另外，在本说明书中，将蓄电电容器19放电的方向的电流设为正，将充电的方向的电流设为负。

参照图4及图5对蓄电电容器19的内部电阻Rc以及静电电容Cc的测量方法进行说明。在混合式工作机械起动时进行该测量。在工作机械起动时，在图3所示的蓄电电容器19蓄积电荷而在平滑电容器105未蓄积电荷。

若混合式工作机械起动，则控制装置30关闭第3开关117并使电抗器101的端子间短路。IGBT102A、102B为关闭状态。而且，是在产生基于电动发电机12的感应电压之前。

在图4表示使电抗器101的端子间短路的状态的等效电路图。另外，将图3所示的二极管102b的顺时针方向的电阻设为0，将另一方的二极管102a的逆时针方向的电阻设为无限大。将蓄电电容器19的放电电流设为i(t)。将充电电阻108的电阻值设为Rr，将平滑电容器105的静电电容设为Cd。

在图5表示连接图4所示的充电电阻108以及平滑电容器105的蓄电电容器19的时刻t＝0以后的放电特性，具体地表示电流i(t)、蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)、平滑电容器105的端子间电压Vd(t)的变动。若起动键32(图2)被接通，则在时刻t＝0，控制装置30关闭第1开关115。将关闭第1开关115之前(工作机械的起动前，具体地是起动建32成为接通之前)的蓄电电容器19的端子间电压设为Vo。在关闭第1开关115的瞬间电流i(t)上升。此时，产生由内部电阻Rc引起的电压下降，从而蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)下降。

平滑电容器105通过放电电流i(t)充电，其端子间电压Vd(t)逐渐增加。伴随端子间电压Vd(t)的增加，放电电流i(t)逐渐减少。由于伴随放电电流i(t)的减少而由内部电阻Rc引起的电压下降变小，因此蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)逐渐增加。若蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)和平滑电容器105的端子间电压Vd(t)成为相等，则放电电流i(t)为0。

放电电流i(t)为0时的蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)低于在即将到时刻t＝0之前的端子间电压Vo。其中，由于蓄电电容器19的静电电容Cc充分大于平滑电容器105的静电电容Cd，所以蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)的下降量极其少。

电流i(t)由下式表示。

[式1]

$i\left(t\right)=\frac{V_0}{R}\exp (-\frac{1}{\mathrm{CR}})...\left(1a\right)$

R＝Rc+Rr…(1b)

$\frac{1}{C}=\frac{1}{\mathrm{Cc}}+\frac{1}{\mathrm{Cd}}...\left(1c\right)$

在式(1a)～(1c)中，t＝+0时获得下式。

[式2]

$\mathrm{Rc}=\frac{V_0}{i(+0)}-\mathrm{Rr}...\left(2\right)$

电流i(+0)是对应于工作机械的起动(具体地键接通)并在刚刚关闭第1开关115之后的电流的大小，可用电容器用电流表107测量。在即将关闭第1开关115之前的蓄电电容器19的端子间电压Vo可由电容器用电压表106测量。充电电阻108的大小Rr是已知的。从而，可从测量值Vo、i(+0)以及已知的电阻值Rr计算内部电阻Rc。

由充电电阻108的电阻值Rr的温度变化引起的变动大时，优选基于用图3所示的温度计112测量的温度校正充电电阻108的电阻值。

由式(1a)获得下式。

[式3]

$C=\frac{\frac{t}{R}}{\ln \left(\frac{V_0}{R}\right)-\ln i\left(t\right)}...\left(3\right)$

用电容器用电流表107测量时刻t＝T₁的时刻的电流i(T₁)。合成静电电容C由下式求出。

[式4]

$C=\frac{\frac{T_1}{R}}{\ln \left(\frac{V_0}{R}\right)-\ln i\left(T_1\right)}...\left(4\right)$

平滑电容器105的静电电容Cd是已知的。从而，从经过时间T₁、测量值Vo、i(T₁)、内电阻Rc的计算值以及式(4)、(1b)以及(1c)可以计算蓄电电容器19的静电电容Cc。

若结束蓄电电容器19的内部电阻Rc以及静电电容Cc的计算，则控制装置30断开图3所示的第3开关117。由此，能进行蓄电电容器19的充放电动作。

[实施例2]

其次，参照图4及图6对根据实施例2的电容器特性的测量方法进行说明。

在图6表示连接充电电阻108、第2开关116、平滑电容器105的蓄电电容器19的t＝0以后的放电特性。

在时刻t＝0关闭第1开关115的顺序与实施例1的情况相同。在实施例2中，在成为i＝0之前的时刻t＝T₂关闭第2开关116。若关闭第2开关116，则由于放电电流i(t)流动的闭合电路的直流电阻下降，因此电流i(t)上升。由于根据电流i(t)的上升，因内部电阻Rc所发生的电压下降变大，因此蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)下降。

通过充电电阻108短路，放电电流i(t)流动的闭合电路的时间常数变短。因此，时刻t＝T₂以后，以更短的时间常数电流i(t)逐渐减少。由于根据电流i(t)的减少，因内部电阻Rc所发生的电压下降逐渐变小，所以蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)在时刻t＝T₂以后逐渐增加。平滑电容器105的端子间电压Vd(t)以更短的时间常数逐渐增加。

基于时刻t＝T₂之前的内部电阻Rc以及充电电阻Rr的电压下降Vr(T₂-0)由下式表示。

[式5]

Vr(T₂-0)＝i(T₂-0)×(Rc+Rr)…(5)

基于时刻t＝T₂之后的内部电阻Rc的电压下降Vr(T₂+0)由下式表示。

[式6]

Vr(T₂+0)＝i(T₂+0)×Rc…(6)

由于蓄电电容器19的静电电容Cc的两端的电压以及平滑电容器105的端子间电压Vd(t)不会有不连续地变化，所以Vr(T₂-0)＝Vr(T₂+0)成立。因此，下式成立：

[式7]

i(T₂-0)×(Rc+Rr)＝i(T₂+0)×Rc…(7)

而且，在即将时刻t＝T₂之前，下式成立。

[式8]

i(T₂-0)×Rr＝Vc(T₂-0)-Vd(T₂-0)…(8)

若从式(7)和式(8)消去充电电阻108的电阻值Rr，则获得下式。

[式9]

$\mathrm{Rc}=\frac{\mathrm{Vc}(T_2-0)-\mathrm{Vd}(T_2-0)}{i(T_2+0)-i(T_2-0)}...\left(9\right)$

式(9)的右边的Vc(T₂-0)可用电容器用电压表106测量，Vd(T₂-0)可用DC总线用电压表111测量。电流i(T₂+0)以及i(T₂-0)可用电容器用电流表107测量。因此，从这些测量结果可以计算式(9)的左边的蓄电电容器19的内部电阻Rc。由于式(9)不包括充电电阻108的电阻值Rr，所以不受到充电电阻108的电阻值Rr的变动的影响而可以求出内部电阻Rc。

时刻t＝T₂以后的电流i(t)的减少的时间常数为C×Rc。由于内部电阻Rc基于式(9)计算，所以如果知道电流i(t)的减少的时间常数，就可以计算蓄电电容器19的静电电容Cc。

电流i(t)的减少的时间常数可以从图6的时刻t＝T₂以后的电流i(t)的变化的形状求出。作为一例可以从时刻t＝T₂以后的至少2点的电流i(t)的值计算时间常数。

若蓄电电容器19的内部电阻Rc以及静电电容Cc的计算结束，则控制装置30断开图3所示的第2开关116以及第3开关117。由此，能进行蓄电电容器19的充放电动作。

[实施例3]

其次，参照图7及图8对基于实施例3的电容器特性的测量方法进行说明。

在图7表示在实施例3中所应用的等效电路图。混合式工作机械起动时，在蓄电电容器19蓄积有电荷，在平滑电容器105几乎没有蓄积电荷。若混合式工作机械起动，则控制装置30(图2、图3)关闭第1开关115。以下，在图7中，认为时刻t＝0时第1开关115成为接通状态。

在图8表示连接图7所示的充电电阻108、电抗器101以及平滑电容器105的蓄电电容器19的在t＝0以后的放电特性。若起动键32(图2)成为接通，并且第1开关115在时刻t＝0成为接通状态，则蓄电电容器19的放电电流i(t)开始流动。但是，因电抗器101的影响，放电电流i(t)表示最大值的时刻从t＝0稍慢。放电电流i(t)表示最大值之后逐渐减少，在蓄电电容器19和平滑电容器105的端子间电压成为相同的时刻成为0。一般，若将图7所示的LCR电路的合成电阻设为R，将感应系数设为L，将合成电容量设为C，则R²＞(4L/C)成立。因此，不发生振动衰减而产生过大的衰减。

使第1开关115为接通状态之前，将用电容器用电压表106测量的电压Vc(t)设为Vo。第1开关115成为接通状态，若放电电流i(t)流动，则由蓄电电容器19的内电阻Rc引起的电压下降，从而端子间电压Vc(t)下降。随着放电电流i(t)减少，电压Vc(t)上升。但是，放电电流i(t)成为0时，由于电荷从蓄电电容器19移动到平滑电容器105，所以电压Vc(t)不会恢复到初期值Vo。具体地成为ΔV＝Vo-Vc(∞)＝Vo×Cd/(Cc+Cd)。其中，Cd为平滑电容器105的静电电容。

用图7所示的电容器用电压表106测量的电压Vc(t)由下式表示。

[式10]

$\mathrm{Vc}\left(t\right)=V_0-\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}-\mathrm{Rc}\·i\left(t\right)...\left(10\right)$

若变形式(10)设为t＝T₃，则获得下式。

[式11]

$\mathrm{Cc}=\frac{1}{V_0-\mathrm{Vc}\left(T_3\right)-\mathrm{Rc}\·i\left(T_3\right)}\underset{0}{\overset{T_3}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}...\left(11\right)$

如图8所示，若将从时刻t＝0到T₃的期间设定成足够长，直到放电电流i(t)大致成为0，则可以使式(11)的Rc·i(T₃)近似于0。若加大经过时间t，则Vo-Vc(t)逐渐接近于有限的值ΔV而并不成为0。Rc·i(T₃)充分小于Vo-Vc(T₃)时，式(11)近似于如下。

[式12]

$\mathrm{Cc}\≈\frac{1}{V_0-\mathrm{Vc}\left(T_3\right)}\underset{0}{\overset{T_3}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}...\left(12\right)$

可测量时刻t＝T₃时的电压Vc(T₃)。通过以可以追随电流的变动的短的时间步长(時間刻み幅)从t＝0到t＝T₃测量放电电流i(t)，可以计算右边的积分项。从而，从式(12)可以计算蓄电电容器19的静电容量Cc

在式(11)中，作为一例，若Rc·i(T₃)成为Vo-Vc(T₃)的1/10以下，则以充分的精度式(12)近似成立。由于图8所示的电压下降量ΔV小于Vo-Vc(T₃)，所以认为若Rc·i(T₃)成为ΔV的1/10以下，则也可以应用式(12)的近似。

t＝∞时的电压下降量ΔV为Vo×Cd/(Cc+Cd)。即，将Rc·i(t)成为ΔV＝Vo×Cd/(Cc+Cd)的1/10以下的时刻作为时刻T3而采用即可。此时，作为蓄电电容器19的静电电容Cc、内部电阻Rc不需要利用当前的严密的值，利用蓄电电容器19的静电电容Cc及内部电阻Rc的初期值或额定值即可。

而且，在蓄电电容器19不劣化的状态下，也可以测量图8所示的放电电流i(t)，并预先决定好Rc·i(t)成为ΔV＝Vo×Cd/(Cc+Cd)的1/10以下的时刻T₃。作为测量混合式工作机械起动时的电容器特性时的时刻T₃，也可以采用在蓄电电容器不劣化的状态下预先决定的时刻T₃。

若变形式(11)设为t＝T₄，则获得下式。

[式13]

$\mathrm{Rc}=\frac{V_0-\mathrm{Vc}\left(T_4\right)-\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{0}{\overset{T_4}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}}{i\left(T_4\right)}...\left(13\right)$

可以测量式(13)的电压Vc(T₄)以及电流i(T₄)。通过以可以追随于电流的变动的短的时间步长从t＝0到t＝T₄测量放电电流i(t)，可以计算右边的积分项。静电电容Cc利用式(12)计算。从而，从式(13)可以计算内部电阻Rc。

若式(13)的右边的分母i(T₄)为0，则由于发生运算错误，所以如图8所示，需要将时刻T₄设定在放电电流i(T₄)不为0的期间内。具体地，时刻T₄需要选择在T₃之前。而且，若将时刻T₄设定为比表示放电电流i(t)为最大值的时刻之前，则式(13)的积分项的测量误差变大。因此，优选时刻T₄选择成比表示放电电流i(t)为最大值的时刻值后。

若电流i(T₄)接近0，则i(T₄)的测量误差对内部电阻Rc的计算结果带来的影响变大。因此，优选以i(T₄)变得足够大的形式设定时刻T₄。作为一例，优选时刻T₄选择成i(T₄)成为放电电流i(t)的最大值的1/3以上。

在图9表示放电电流i(t)和蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)的实测结果的一例。横轴用单位“秒”表示从在第1开关115接通状态下的时刻的经过时间。左纵轴用任意单位表示端子间电压Vc(t)，右纵轴用任意单位表示放电电流。

在时刻0，放电电流i(t)急剧上升。通过积分该放电电流i(t)，可以计算式(12)及式(13)的积分项。

如式(12)及式(13)所示，在实施例3中，在计算蓄电电容器19的电容器特性时不需要利用充电电阻108的电阻值以及平滑电容器105的静电电容。因此，可以不受到这些元件的影响而测量蓄电电容器19的特性。而且，也不需要使电抗器101的两端短路。

[实施例4]

其次，对实施例4进行说明。在实施例4中，通过使式(13)的右边的分子的第3项近似于0而计算内部电阻Rc。即，由下式计算内部电阻Rc。

[式14]

$\mathrm{Rc}=\frac{V_0-\mathrm{Vc}\left(T_4\right)}{i\left(T_4\right)}...\left(14\right)$

式(13)的右边的分子的第3项是对应于通过到蓄电电容器19的时刻T₄的放电而失去的电荷量的电压下降的量。该电压下降的量小于将经过时间t设为∞时的电压下降的量ΔV＝Vo×Cd/(Cc+Cd)。从而，若以Vo-Vc(T₄)成为充分大于ΔV的形式选择时刻T₄，则式(14)以高精度成立。作为一例，若以Vo-Vc(T₄)成为ΔV的5倍以上的形式选择时刻T₄，则可确保充分的精度。

在实施例4中，不测量蓄电电容器19的静电电容Cc而可以计算内部电阻Rc。另外，放电电流的值仅在时刻T₄进行测量即可。不需要测量放电电流i(t)的时刻履历。

[实施例5]

其次，参照图7及图10，对实施例5进行说明。在实施例5中，也与实施例3同样地应用图7所示的等效电路。在上式(10)中，若设为t＝T₅，则获得下式。

[式15]

$\mathrm{Vc}\left(T_5\right)=V_0-\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{0}{\overset{T_5}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}-\mathrm{Rc}\·i\left(T_5\right)...\left(15\right)$

同样地，若设为t＝T₆，则获得下式。

[式16]

$\mathrm{Vc}\left(T_6\right)=V_0-\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{0}{\overset{T_6}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}-\mathrm{Rc}\·i\left(T_6\right)...\left(16\right)$

从式(15)及式(16)获得下式。

[式17]

$\mathrm{Vc}\left(T_5\right)-\mathrm{Vc}\left(T_6\right)=\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{T_5}{\overset{T_6}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}-\mathrm{Rc}\{i\left(T_5\right)-i\left(T_6\right)\}...\left(17\right)$

由于在时刻t＝T₇，也与式(15)、(16)同样地获得Vc(T₇)，所以能导出下式。

[数18]

$\mathrm{Vc}\left(T_6\right)-\mathrm{Vc}\left(T_7\right)=\frac{1}{\mathrm{Cc}}\underset{T_6}{\overset{T_7}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}-\mathrm{Rc}\{i\left(T_6\right)-i\left(T_7\right)\}...\left(18\right)$

如图10所示，在式(17)及式(18)中，静电电容Cc以及内部电阻Rc以外的项均为可测量的物理量。从而，通过解出式(17)和式(18)的二元联立方程式，可以计算静电电容Cc以及内部电阻Rc。

在实施例5中，在使第1开关115为接通状态之后的3个时刻T₅、T₆、T₇(T₅＜T₆＜T₇)，通过测量蓄电电容器19的端子间电压Vc(t)、放电电流i(t)、从时刻T₅到T₆的放电电流的积分值以及从时刻T₆到T₇的放电电流的积分值，求出静电电容Cc以及内部电阻Rc。由于没有利用t＝0附近的急剧变动的电压及电流的测量值，所以可以加长测量电压及电流的时间的步长。另外，在从时刻T₅到T₆的期间、从时刻T₅到T₇的期间以及从时刻T₆到T₇的期间中2个期间，只要计算放电电流i(t)的积分值即可。

在上述实施例1～实施例5中，作为混合式工作机械对使旋转用电动机21进行再生动作的挖掘机进行了说明。在上述实施例中说明的蓄电电容器19的特性的测量方法也可应用于具备起吊用的驱动装置的起重机。此时，起吊对象物的位能转换成电能。发生的电能被于蓄电电容器19。起吊动作时，通过来自蓄电电容器19的放电电流以及来自电动发电机12的发电电力驱动起吊用电动机。

而且，在上述实施例中说明的蓄电电路90的控制方法也可以应用于起重磁铁式工作机械。此时，通过来自蓄电电容器19的放电电流进行起重磁铁的吸附动作。

在工作机械的运转中，由于电动发电机12进行旋转，所以受到感应电压的影响而DC总线的电压变动，作为杂音而检测。在上述实施例1～实施例5中，工作机械起动时测量蓄电电容器19的内部电阻或静电电容。因此，可以提高测量的精度。

而且，在混合式工作机械中，由于在运转中进行起吊操作或挖掘操作等，所以频繁进行蓄电电容器19的充放电。因此，若不能正确地掌握蓄电电容器19的内部电阻等的特性变化，则也不能正确地计算充电率。所计算的充电率不正确的情况，存在不可以将充足的电力供给到马达上的危险。其结果，也存在工作机械不能运转的情况。在上述实施例1～实施例5中，可以提高蓄电电容器19的内部电阻以及静电电容的计算精度。由此，能够进行稳定的工作机械的运转。

根据以上实施例说明了本发明，但是本发明不限于这些，例如可以进行各种变更、改进、组合等对本技术领域者来说是不言自明的。

Claims (12)

1.一种混合式工作机械，其特征在于，具有：

第1电动机，进行通过电力的供给而驱动的动力运行动作以及产生电力的再生动作；

第1电路，控制上述第1电动机的动力运行动作以及再生动作；

蓄电电路，将电力供给到上述第1电动机以及蓄积来自上述第1电动机的再生电力；

控制装置，控制上述第1电路以及上述蓄电电路；以及

起动键，起动上述控制装置，

上述蓄电电路具有：

DC总线，连接于上述第1电路，在接地线和电源线之间连接有平滑电容器；

蓄电电容器，具有内部电阻；

转换器，连接上述DC总线和上述蓄电电容器，并且进行将电能从上述蓄电电容器供给到上述DC总线的放电动作及将电能从上述DC总线供给到上述蓄电电容器的充电动作；以及

第1开关，进行使连接上述蓄电电容器和上述DC总线的电路导通的接通状态和切断的关闭状态的切换，

上述控制装置若上述起动键被接通，则使上述第1开关从关闭状态成为接通状态之后，测量有关上述蓄电电容器的放电特性的物理量，根据测量结果计算上述蓄电电容器的内部电阻以及静电电容的至少一方。

2.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置测量上述第1开关为关闭状态时的上述蓄电电容器的端子间的电压而取得第1测量值，

测量使上述第1开关成为接通状态时的上述蓄电电容器的放电电流而取得第2测量值，

基于上述第1测量值以及上述第2测量值计算上述蓄电电容器的内部电阻。

3.如权利要求2所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置还从使上述第1开关成为接通状态的时刻起测量经过了第1经过时间的时刻的来自上述蓄电电容器的放电电流而取得第3测量值，

基于上述第1测量值、上述内部电阻的计算值、上述第3测量值以及上述第1经过时间计算上述蓄电电容器的静电电容。

4.如权利要求2或3所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述蓄电电路包括串联连接于上述蓄电电容器的充电电阻，而上述控制装置还基于上述充电电阻的电阻值计算上述蓄电电容器的内部电阻。

5.如权利要求4所述的混合式工作机械，其特征在于，

还具有测量上述充电电阻的温度的温度计，

上述控制装置在计算上述蓄电电容器的内部电阻时，基于上述充电电阻的温度校正该充电电阻的电阻值。

6.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，还具有：

充电电阻，串联连接于上述蓄电电容器；以及

第2开关，并联连接于上述充电电阻，并可以使该充电电阻的端子间短路，

上述控制装置使上述第1开关成为接通状态之后，在第2时刻关闭上述第2开关而使上述充电电阻的端子间短路，

基于在即将到上述第2时刻之前的上述蓄电电容器及上述平滑电容器的端子间电压、以及在即将到上述第2时刻之前和刚刚过上述第2时刻之后的上述蓄电电容器的放电电流，计算该蓄电电容器的内部电阻。

7.如权利要求6所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置基于来自关闭了上述第2开关之后的上述蓄电电容器的放电电流的减少的时间常数以及上述蓄电电容器的内部电阻的计算值，计算上述蓄电电容器的静电电容。

8.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置测量上述第1开关为关闭状态时的上述蓄电电容器的端子间的电压而取得第1测量值，

取得从使上述第1开关成为接通状态的时刻起到经过了第3经过时间为止的第3时刻的作为上述蓄电电容器的放电电流的积分值的第1积分值，

测量上述第3时刻的上述蓄电电容器的端子间电压而取得第3测量值，

基于上述第1测量值、上述第1积分值以及上述第3测量值计算上述蓄电电容器的静电电容。

9.如权利要求8所述的混合式工作机械，其特征在于，

在将上述平滑电容器的静电电容设为Cd、将上述蓄电电容器的静电电容的额定值设为Cc、将内部电阻的额定值设为Rc、将上述第3时刻的放电电流设为i(T₃)、将上述第1测量值设为Vo时，这样选择上述第3时刻使得Rc×i(T₃)为Vo×(Cd/(Cc+Cd))的1/10以下。

10.如权利要求8或9所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置还测量使上述第1开关成为接通状态之后，在上述第3时刻之前的第4时刻的上述蓄电电容器的端子间电压及放电电流，分别取得第4测量值及第5测量值，

计算从使上述第1开关成为接通状态的时刻起到上述第4时刻为止的上述蓄电电容器的放电电流的积分值而设为第2积分值，

基于上述第1测量值、第4测量值、第5测量值、第2积分值以及上述蓄电电容器的被计算出的静电电容，计算上述蓄电电容器的内部电阻。

11.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置测量上述第1开关为关闭状态时的上述蓄电电容器的端子间的电压而取得第1测量值，

使上述第1开关成为接通状态之后，测量在第4时刻的上述蓄电电容器的端子间电压及放电电流，分别取得第4测量值及第5测量值，

基于上述第1测量值、第4测量值及第5测量值计算上述蓄电电容器的内部电阻。

12.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，

上述控制装置在从将上述第1开关从关闭状态切换成接通状态的时刻起在经过了第5经过时间、第6经过时间及第7经过时间的第5时刻、第6时刻及第7时刻，测量上述蓄电电容器的端子间电压以及放电电流，

在从上述第5时刻起到第6时刻为止的期间、从上述第5时刻起到第7时刻为止的期间以及从上述第6时刻起到第7时刻为止的期间中的2个期间，计算上述放电电流的积分值，

基于被测量的端子间电压、放电电流以及被计算出的积分值，计算上述蓄电电容器的静电电容及内部电阻。

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