CN102483433A - 混合式施工机械中的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合式施工机械中的控制方法及控制装置。本发明的测定混合式施工机械(100)中的蓄电装置(19)的内部电阻的控制方法，包括：模式生成步骤，在操作员没有对混合式施工机械进行操作的无操作状态下生成内部电阻计量模式；输出变更步骤，在该无操作状态下根据在模式生成步骤中生成的模式变更发电机(12)的输出；电流等检测步骤，在发电机(12)的输出变更前后分别检测蓄电装置(19)中的电流值和电压值；及内部电阻测定步骤，根据发电机(19)的输出变更前后的电流值和电压值测定蓄电装置(19)的内部电阻。

Description

混合式施工机械中的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及一种混合式施工机械中的控制方法及控制装置。
背景技术
一直以来已知有如下车载用电容器的性能诊断方法，即在利用蓄电于车载电容器的能量的车量用电动系统中，由精密电阻的电压值求出车载用电容器的充电电流，根据系统启动后的充电电流和各车载用电容器的电压的初始变化求出车载用电容器各自的静电容量或内部电阻(例如参考专利文献1)。
另外，已知有包含如下工序的二次电池的状态检测方法，即取得多个流过二次电池的电流与对应于电流的二次电池的端子电压的组数据的工序、对充放电时有效的多个组数据进行统计处理并由通过统计处理求出的近似直线上的倾斜度计算二次电池在充放电时的内部电阻值的工序、对充电时有效的多个组数据进行统计处理并由通过统计处理求出的近似直线的倾斜度计算二次电池在充电时的内部电阻值的工序、及根据充放电时的内部电阻值和充电时的内部电阻值计算二次电池的内部电阻值的工序(例如参考专利文献2)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-224902号公报
专利文献2：日本特开2006-126172号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
然而，为了高精确度地测定蓄电装置的内部电阻，期望利用蓄电装置中从实际上无充放电的状态变化为进行充放电的状态时的变化前后的各电流值或电压值。
用于解决技术课题的手段
本发明的目的在于提供一种能够取得在蓄电装置中从实际上无充放电的状态变化为进行充放电的状态时的变化前后的各电流值或电压值来高精确度地测定蓄电装置的内部电阻的控制方法及控制装置。
根据本发明的一方面提供如下控制方法，其测定混合式施工机械中的蓄电装置的内部电阻，该施工机械具备引擎、发电机、所述蓄电装置及利用来自所述蓄电装置的电力驱动的驱动部，其特征在于，包括：
模式生成步骤，在操作员没有对所述混合式施工机械进行操作的无操作状态下生成内部电阻计量模式；
输出变更步骤，在该无操作状态下根据在所述模式生成步骤生成的模式改变所述发电机的输出；
电流等检测步骤，在基于所述输出变更步骤的所述发电机的输出变更前后分别检测所述蓄电装置中的电流值和电压值；及
内部电阻测定步骤，根据在所述电流等检测步骤检测出的所述发电机的输出变更前后的电流值和电压值测定所述蓄电装置的内部电阻。
发明效果
根据本发明，可获得能够取得在蓄电装置中从实际上无充放电的状态变化为进行充放电的状态时的变化前后的各电流值或电压值来高精确度地测定蓄电装置的内部电阻的控制方法及控制装置。
附图说明
图1是表示基于本发明的一实施例的混合式施工机械100的侧视图。
图2是表示混合式施工机械100的主要部分结构的块图。
图3是混合式施工机械100中使用的电容器19的相关结构(蓄电系统120)的详细图。
图4是表示控制器30的主要控制的一例的控制块图。
图5是表示通过控制器30实现的电容器19的内部电阻计量处理的主要部分流程的流程图。
图6是用于以时间序列说明图5所示的内部电阻计算方法的图。
图7是表示基于实施例1的内部电阻计量模式的生成方式的图。
图8是表示基于实施例2的控制器30的主要控制的一例的控制块图。
图9是表示基于实施例2的内部电阻计量模式的生成方式的图。
图10是表示基于实施例3的内部电阻计量模式的生成方式的图。
图11是表示基于实施例4的内部电阻计量模式的生成方式的图。
图12是表示所有驱动部通过液压作动的结构的混合式施工机械的一例的图。
图13是有关利用动臂再生用马达计量内部电阻的结构的回路图。
图14是有关利用动臂再生用马达计量内部电阻的结构的波形图。
图15是有关利用冷却用泵马达计量内部电阻的结构的回路图。
图16是有关利用冷却用泵马达计量内部电阻的结构的波形图。
具体实施方式
以下，参考附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
图1是表示基于本发明的一实施例的混合式施工机械100的侧视图。
该混合式施工机械100的下部行走体1上通过回转机构2A搭载有上部回转体3。另外，上部回转体3除了动臂4、斗杆5及铲斗6和用于液压驱动这些的动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9之外，还搭载有驾驶室10及动力源。
图2是表示包含控制装置的混合式施工机械100的主要部分结构的块图。该图2中，分别用双重线表示机械动力系统，用实线表示高压液压管路，用虚线表示先导管路，用单点划线表示电力驱动或控制系统。
引擎11与电动发电机12一同连接于变速机13的输入轴。另外，该变速机13的输出轴上连接有主泵14及先导泵15。主泵14上通过高压液压管路16连接有控制阀17。
控制阀17为控制混合式施工机械100中的液压系统的控制装置，该控制阀17上通过高压液压管路连接下部行走体1用的液压马达1A(右用)及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。
另外，电动发电机12上通过逆变器18连接有电容器19，并且，电容器19通过逆变器20连接有回转用电动机21。
回转用电动机21的旋转轴21a上连接分解器22、机械制动器23及回转减速机24。另外，先导泵15上通过先导管路25连接操作装置26。
操作装置26上通过液压管路27及28分别连接控制阀17及压力传感器29。该压力传感器29上连接有进行混合式施工机械100的电力系统的驱动控制的控制器30。
这种混合式施工机械100为将引擎11、电动发电机12及回转用电动机21作为动力源的混合式的施工机械。这些动力源搭载于图1所示的上部回转体3。以下，对各部分进行说明。
引擎11例如为由柴油引擎构成的内燃机，其输出轴连接于变速机13的一方的输入轴。该引擎11在混合式施工机械100运行期间始终运行。
电动发电机12为可进行动力运行及再生运行双方的电动机即可。在此，示出通过逆变器18交流驱动的电动发电机作为电动发电机12。该电动发电机12例如可由磁铁埋入于转子内部的IPM(Interior PermanentMagnetic)马达构成。电动发电机12的旋转轴连接于变速机13的另一方的输入轴。
变速机13具有2个输入轴和1个输出轴。2个输入轴上分别连接引擎11的驱动轴和电动发电机12的驱动轴。另外，输出轴上连接主泵14的驱动轴。当引擎11的负载较大时，电动发电机12进行动力运行，电动发电机12的驱动力经变速机13的输出轴传递至主泵14。由此辅助引擎11的驱动。另一方面，当引擎11的负载较小时，引擎11的驱动力经变速机13传递至电动发电机12，由此电动发电机12进行基于再生运行的发电。电动发电机12的动力运行和再生运行的切换通过控制器30根据引擎11的负载等进行。
主泵14为产生用于供给至控制阀17的液压的泵。该液压为了通过控制阀17分别驱动液压马达1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9而供给。
先导泵15为产生液压操作系统所需的先导压的泵。有关该液压操作系统的结构将进行后述。
控制阀17为如下液压控制装置，即通过根据驾驶员的操作输入控制分别供给至通过高压液压管路连接的下部行走体1用的液压马达1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9的液压来液压驱动控制它们。
如上所述，逆变器18设置于电动发电机12与电容器19之间，并根据来自控制器30的指令进行电动发电机12的运行控制。由此，当逆变器18运行控制电动发电机12的动力时，将所需的电力从电容器19供给至电动发电机12。另外，当运行控制电动发电机12的再生时，将通过电动发电机12发电的电力充电至电容器19。
蓄电系统120包含电容器19(参考图3)，并配设于逆变器18与逆变器20之间。由此，蓄电系统为以下用途的电源，即当电动发电机12和回转用电动机21的至少任一方进行动力运行时，供给动力运行所需的电力，并且，当至少任一方进行再生运行时，将通过再生运行产生的再生电力作为电能进行蓄积。另外，电容器19可以是双电层电容器等电容器。还可代替电容器19使用铅电池、镍氢电池、锂离子电池等电池。
如上所述，逆变器20设置于回转用电动机21与电容器19之间，根据来自控制器30的指令对回转用电动机21进行运行控制。由此，当逆变器20运行控制回转用电动机21的动力时，从电容器19向回转用电动机21供给所需的电力。另外，当回转用电动机21进行再生运行时，将通过回转用电动机21发电的电力充电至电容器19。
回转用电动机21为可进行动力运行及再生运行双方的电动机，通过上述逆变器20被PWM(Pulse Width Modulation)驱动。回转用电动机21优选为磁铁埋入于转子内部的IPM马达。回转用电动机21为了驱动上部回转体3的回转机构2A而设置。当进行动力运行时，回转用电动机21的旋转驱动力的旋转力被回转减速机24放大，上部回转体3被加减速控制并进行旋转运动。另外，能够通过上部回转体3的惯性旋转，由回转减速机24增加转速并传递至回转用电动机21，从而产生再生电力。
电容器19的充放电控制基于电容器19的充电状态(SOC)、引擎30的运行状态(引擎转速)、电动发电机12的运行状态(电动运行或发电运行)及回转用电动机21的运行状态(动力运行或再生运行)等，通过控制器30进行。
分解器22为检测回转用电动机21的旋转轴21a的旋转位置及旋转角度的传感器，构成为如下，即通过与回转用电动机21机械地连结来检测回转用电动机21旋转前的旋转轴21a的旋转位置与左旋转或右旋转后的旋转位置之差，由此检测旋转轴21a的旋转角度及旋转方向。通过检测回转用电动机21的旋转轴21a的旋转角度，导出回转机构2A的旋转角度及旋转方向。
机械制动器23为产生机械性制动力的制动装置，使回转用电动机21的旋转轴21a机械地停止。该机械制动器23通过电磁式开关切换制动/解除。该切换通过控制器30进行。
回转减速机24为减速回转用电动机21的旋转轴21a的转速并机械地传递至回转机构2A的减速机。由此，当进行动力运行时，能够使回转用电动机21的旋转力增力，作为更大的旋转力传递至回转体。与此相反，当进行再生运行时，能够增加在回转体中产生的转速，使回转用电动机21产生更多的旋转动作。
回转机构2A可在解除回转用电动机21的机械制动器23的状态下回转，由此，上部回转体3向左方向或右方向回转。
操作装置26为用于操作回转用电动机21、下部行走体1、动臂4、斗杆5及铲斗6的操作装置，包含操纵杆26A及26B和踏板26C。操纵杆26A为用于操作回转用电动机21及斗杆5的操纵杆，设置于上部回转体3的驾驶席附近。操纵杆26B为用于操作动臂4及铲斗6的操纵杆，设置于驾驶席附近。另外，踏板26C为用于操作下部行走体1的一对踏板，设置于驾驶席的脚下。
该操作装置26将通过先导管路25供给的液压(1次侧液压)转换为按照驾驶员的操作量的液压(2次侧液压)而输出。从操作装置26输出的2次侧液压通过液压管路27供给至控制阀17，并且通过压力传感器29检测出。
若分别操作操纵杆26A及26B和踏板26C，则控制阀17通过液压管路27驱动，由此，通过控制液压马达1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9内的液压来驱动下部行走体1、动臂4、斗杆5及铲斗6。
另外，液压管路27为了操作液压马达1A及1B而各设置1根(即合计2根)，为了分别操作动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9而各设置2根(即总计6根)，因此实际上全部有8根，但为了便于说明，概括为1根来表示。
压力传感器29中，由压力传感器29个别独立地检测基于操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C各自的操作的液压管路28内的液压变化。压力传感器29检测用于通过操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C各自的操作对回转用电动机21、动臂4、斗杆5、铲斗6及下部行走体1分别进行操作的液压变化，并输出表示基于各个操作的液压管路28内的液压的电信号。这些电信号输入至控制器30。
在电容器19中设置检测在电容器19中流过的电流(充电电流或放电电流)的电流传感器72及检测电容器19的端子间电压的电压表74。表示通过电流传感器72检测出的电流值的电信号及表示通过电压表74检测出的电压值的电信号输入至控制器30。
控制器30由包含CPU(Central Processing Unit)及内部存储器的运算处理装置构成。控制器30进行混合式施工机械100的各种驱动控制。控制器30例如根据从压力传感器29输出的电信号按照操纵杆26A的操作量通过逆变器20旋转驱动回转用电动机21(参考图4)。
另外，控制器30还具有根据来自电流传感器72及电压表74的电流值及电压值测定电容器19的内部电阻的功能。有关通过控制器30实现的电容器19的内部电阻的测定方法，将在以下进行详细说明。测定电容器19的内部电阻的功能也可通过除控制器30以外的其他处理装置来实现。
图3是混合式施工机械100中使用的电容器19的相关结构(蓄电系统120)的详细图。该升降压转换器1000具备电抗器101、升压用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)102A、降压用IGBT102B、用于连接电容器19的电源连接端子104、用于连接逆变器105的输出端子106及并列插入于一对输出端子106的平滑用电容器107。升降压转换器1000的输出端子106与逆变器105之间通过DC母线110连接。逆变器105相当于逆变器18、20。
电抗器101的一端连接于升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B的中间点，并且另一端连接于电源连接端子104，为了将伴随升压用IGBT102A的开/关产生的感应电动势供给至DC母线110而设置。
升压用IGBT102A及降压用IGBT102B由将MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)编入栅极部的双极晶体管构成，是可进行大电力的高速转换的半导体元件。升压用IGBT102A及降压用IGBT102B通过由控制器30对栅极端子外加PWM电压来驱动。在升压用IGBT102A及降压用IGBT102B上并联作为整流元件的二极管102a及102b。
电源连接端子104及输出端子106为可连接电容器19及逆变器105的端子即可。在一对电源连接端子104之间连接检测电容器电压的电容器电压检测部74。在一对输出端子106之间连接检测DC母线电压的DC母线电压检测部111。
电压表74检测电容器19的电压值，DC母线电压检测部111检测DC母线110的电压。平滑用电容器107为插入于输出端子106的正极端子与负极端子之间且能够将DC母线电压平滑化的蓄电元件即可。电流传感器72为可检测传导至电容器19的电流的值的检测构件即可，包含电流检测用电阻器。该电流传感器72作为电抗器电流检测部检测传导至电容器19的电流值。
图4是表示控制器30的主要控制的一例的控制块图。向控制器30输入液压负载需求输出Phr、回转用电动机需求输出Per、引擎转速Nact及电容器电压Vm。
液压负载需求输出Phr为下部行走体1用的液压马达1A(右用)及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9所需的机械功率的合计。例如，液压负载需求输出Phr根据操作装置26的操纵杆26B和踏板26C等的操作量来计算。
回转用电动机需求输出Per相当于回转用电动机21所需的电功率。例如，回转用电动机需求输出Per根据操作装置26的操纵杆26A的操作量来计算。
引擎转速Nact相当于引擎11的实际转速。引擎11在混合式施工机械100运行时始终被驱动，并检测其转速Nact。
电容器电压Vm相当于电容器19的端子间电压，通过电压表74检测。
引擎输出范围决定模块332中存储有用于由引擎转速Nact求出引擎输出上限值及引擎输出下限值的映像表或变换表。引擎输出范围决定模块332由所输入的引擎转速Nact计算引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol，并供给至动力分配模块335。
向电容器输出决定模块333输入电容器电压Vm及目标SOC。电容器输出决定模块333包含电容器输出范围决定模块333A、电容器输出目标值决定模块333B及充电状态(SOC)计算模块333C。充电状态计算模块333C由所输入的电容器电压Vm计算充电状态(SOC)。计算出的SOC供给至电容器输出范围决定模块333A及电容器输出目标值决定模块333B。
电容器输出范围决定模块333A中存储有用于由SOC计算电容器输出上限值及下限值的映像表或变换表。电容器输出目标值决定模块333B中存储有用于由SOC及目标SOC计算电容器输出目标值的映像表或变换表。该映像表或变换表例如可对所输入的SOC和目标SOC之间的偏差与电容器输出目标值的关系下定义。另外，目标SOC可由任意方式决定，通常时(即除了生成目标SOC的模式作为后述的内部电阻计量模式的情况之外的通常时)可为固定值，也可以为可变值。电容器输出范围决定模块333A从SOC求出第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0，并供给至动力分配模块335。电容器输出目标值决定模块333B从所输入的SOC及目标SOC计算第1电容器输出目标值Pbot0，并供给至动力分配模块335。
第1电容器输出上限值Pbou0相当于放电电力的上限值。第1电容器输出下限值Pbol0为负，其绝对值相当于充电电力的上限值。由第2电容器输出上限值及下限值Pbou1、Pbol1定义电容器19的输入输出电压的适当范围。例如，当根据后述的电容器19的内部电阻计量结果未检测出电容器19的劣化时，成为Pbou1＝Pbou0、Pbol1＝Pbol0，另一方面，当检测出电容器19的劣化时，成为Pbol1＜Pbou0、Pbol1＞Pbol0。
动力分配模块335根据液压负载需求输出Phr、回转用电动机需求输出Per、引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol、第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0及第1电容器输出目标值Pbot0决定最终的液压负载输出Pho、对电动发电机12的电动发电机输出Pao及回转用电动机输出Peo。此时，动力分配模块335由引擎输出容纳在由引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol定义的范围内，且电容器输出容纳在由第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0定义的范围内的方式决定最终的液压负载输出Pho、对电动发电机12的电动发电机输出Pao及回转用电动机输出Peo。
从动力分配模块335输出的对电动发电机12的电动发电机输出Pao在通常时(即除了生成对电动发电机12的电动发电机输出Pao的模式作为后述的内部电阻计量模式的情况之外的通常时)，通过切换部336直接从控制器30输出。另一方面，当生成对电动发电机12的电动发电机输出Pao的模式作为后述的内部电阻计量模式时，通过切换部336从控制器30输出由内部电阻计量模式生成部337生成的电动发电机输出Pao的模式(即后述的内部电阻计量模式)来代替从动力分配模块335输出的对电动发电机12的电动发电机输出Pao的模式。
控制器30根据这些已决定的输出来控制引擎11、逆变器18、20及转换器1000。
图5是表示通过控制器30实现的电容器19的内部电阻计量处理的主要部分流程的流程图。图5所示的处理在引擎11进行动作的情况下执行。
步骤500中，根据操作装置26(操纵杆26A及26B和踏板26C)的操作状态判定是否为操作员没有进行操作的无操作状态。即，判定是否为操纵杆26A及26B和踏板26C均未被操作的无操作状态。当判定当前的状态为无操作状态时，进入步骤502，除此之外的情况下返回到步骤500。
步骤502中，从电流传感器72及电压表74取得当前的电流值及电压值。另外，在步骤502中，可在预定时间内取得多个时刻的电流值及电压值。在该步骤502中取得的电流值及电压值成为在后述的输出变更前取得的电流值及电压值(输出变更前的电流值及电压值)。
步骤504中，生成预先设定的内部电阻计量模式作为控制指令。内部电阻计量模式只要是能够在电容器19中从实际上没有充放电的状态变化为进行充放电的状态的模式，则可以是任意的模式。例如，内部电阻计量模式可以是对电动发电机12的电动发电机输出Pao的模式(辅助指令模式)。此时，生成在电容器19中实施充放电的电动发电机输出Pao的模式作为内部电阻计量模式。例如，在图4所示的例子中，通过切换部336从控制器30输出在内部电阻计量模式生成部337生成的电动发电机输出Pao的模式(内部电阻计量模式)来代替从动力分配模块335输出的对电动发电机12的电动发电机输出Pao的模式。
步骤506中，作为在上述步骤504生成内部电阻计量模式的结果，电动发电机12的输出发生变化。例如，电动发电机12的输出(动作状态)从非动作状态变化为动力运行状态或充电运行状态。
另外，在步骤504与步骤506的处理期间由操作员操作时，可中断步骤504与步骤506的处理并返回到步骤500(即优先由操作员操作)。
步骤508中取得电动发电机12的输出变化后(还包括电动发电机12的输出变化期间)的电流值及电压值。另外，步骤508中，可在预定时间内取得多个时刻的电流值及电压值。在该步骤508取得的电流值及电压值成为输出变更后取得的电流值及电压值(输出变更后的电流值及电压值)。
步骤510中，根据在上述步骤502及508取得的电动发电机12的输出变更前后的电流值和电压值计量(计算)电容器19的内部电阻。该内部电阻计算方法只要是根据在上述步骤502及508取得的电动发电机12的输出变更前后的电流值和电压值计算的方式，则可以是任意的方法。
图6是以时间序列表示图5所示的内部电阻计算方法的图。图6中，从上依次分别示出电动发电机12的输出波形(辅助指令的波形)、电容器19的电流值的波形及电容器19的电压值的波形。
图6所示的例子中，时刻0～t1期间进行电容器19的充电。时刻t1～t2中形成无操作状态。因此，时刻t1～t2中形成在电容器19中实际上未进行充放电的状态。时刻t2中生成将电动发电机12变更为放电输出的预先设定的内部电阻计量模式，电容器19的放电实施至时刻t4。
图6所示的例子中，电容器19的内部电阻R可由以下公式计算。
R＝-(Vm2-Vm1)/(I2-I1)
其中，Vm1及I1为电动发电机12的输出变更之前的电压值及电流值，图6所示的例子中为在时刻t1～t2期间检测出的电压值及电流值。另外，Vm1及I1可以是时刻t2或其之后的电压值及电流值，也可以是时刻t1～t2的多个时刻的电压值及电流值的平均值。另一方面，Vm2及I2为电动发电机12的输出变更之后的电压值及电流值，为在时刻t2～t4期间检测出的电压值及电流值。但是，优选Vm2及I2为在电流稳定的时刻t3～t4期间检测出的电压值及电流值。相同地，在多个时刻检测输出变更之后的电压值及电流值时，Vm2及I2可以是它们的各平均值。另外，也可计量放电之后产生的电压下降前后值。此时，Vm1成为无操作时的电压值，Vm2成为电压下降后的电压值。另外，I1成为无操作时的电流值(OA)，I2成为电压下降后的电流值。
根据以上图5所示的内部电阻计算方法，能够取得在电容器19中从实际上没有充放电的状态变化为进行充放电的状态时的变化前后的各电流值或电压值来高精确度地测定电容器19的内部电阻。另外，由于在无操作状态下生成内部电阻计量模式，所以能够在稳定的条件下高精确度地计量内部电阻，并且还不会因电动发电机12的输出变更而导致混合式施工机械100的动作或功能发生变化。
接着，参考图7以后的图，对混合式施工机械100基于可在以上的图5所示的内部电阻计算方法中采用且优选的内部电阻计量模式的运行方式，分为几个实施例来进行说明。
实施例1
图7是表示基于实施例1的混合式施工机械100的运行方式的图。图7中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、辅助指令(电动发电机12的输出)的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)。
图示的例子中，通过操作员的键开启起动混合式施工机械100的引擎11，并设定引擎11的转速。图示的例子中，引擎11的转速从1200(每分钟)上升至1800(每分钟)。引擎11起动后，实际SOC相对于目标SOC(本例子中为固定值)较低，因此输出电动发电机12的辅助指令，随此实际SOC朝向目标SOC上升。若引擎11的转速在1800稳定之后，操作员进行动臂提升操作或动臂下降操作，则随此实现动臂提升动作或动臂下降动作。进行各动作时，伴随电动发电机12的电动输出从电容器19提取电流，实际SOC相对于目标SOC再次减少，但是在各动作之后根据该目标SOC与实际SOC的偏差输出电动发电机12的发电指令，随此实际SOC朝向目标SOC上升。若在动臂下降动作之后发生3秒钟的无操作状态，则生成内部电阻计量模式。
实施例1中，如上述例示，内部电阻计量模式如图7(C)的X部所示，根据电动发电机12的辅助指令的模式生成内部电阻计量模式。具体而言，若形成无操作状态，则如图7(C)的X部所示，生成如电动发电机12成为放电输出之类的辅助指令的模式作为内部电阻计量模式。这样，可执行上述图5的步骤504的处理。于是，取得电动发电机12的输出变化后(还包括电动发电机12的输出变化期间)的电容器19的电流值及电压值，根据这些计算电容器19的内部电阻(参考图5的步骤506-510)。另外，目标SOC也与辅助指令的X部的变化对应地发生变化(参考Bx部)。
另外，图示的例子中，作为上述图5的步骤500的处理，无操作状态在持续预先设定的时间、具体而言在连续持续3秒钟的情况下被检测。例如，如图7(A)所示，在动臂提升操作与动臂下降操作之间存在2秒钟的无操作状态，但是对该无操作状态未生成内部电阻计量模式。另外，生成内部电阻计量模式的无操作状态的持续时间是任意的，当能够预测(预见)无操作状态的持续时，预先设定的时间可以是极短的时间(最终为零)。
实施例2
图8是表示基于实施例2的控制器30的主要控制的一例的控制块图。向控制器30输入液压负载需求输出Phr、回转用电动机需求输出Per、引擎转速Nact及电容器电压Vm。
液压负载需求输出Phr为下部行走体1用的液压马达1A(右用)及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9所需的机械性功率的合计。例如，液压负载需求输出Phr根据操作装置26的操纵杆26B和踏板26C等的操作量计算。
回转用电动机需求输出Per相当于回转用电动机21所需的电功率。例如，回转用电动机需求输出Per根据操作装置26的操纵杆26A的操作量计算。
引擎转速Nact相当于引擎11的实际转速。引擎11在混合式施工机械100运行时始终驱动，并被检测其转速Nact。
电容器电压Vm相当于电容器19的端子间电压，通过电压表74检测。
引擎输出范围决定模块332中存储有用于由引擎转速Nact求出引擎输出上限值及引擎输出下限值的映像表或变换表。引擎输出范围决定模块332从所输入的引擎转速Nact计算引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol，并供给至动力分配模块335。
向电容器输出决定模块333输入电容器电压Vm及目标SOC。电容器输出决定模块333包含电容器输出范围决定模块333A、电容器输出目标值决定模块333B及充电状态(SOC)计算模块333C。充电状态计算模块333C由所输入的电容器电压Vm计算充电状态(SOC)。计算出的SOC被供给至电容器输出范围决定模块333A及电容器输出目标值决定模块333B。
电容器输出范围决定模块333A中存储有用于由SOC计算电容器输出上限值及下限值的映像表或变换表。电容器输出目标值决定模块333B中存储有用于由SOC及目标SOC计算电容器输出目标值的映像表或变换表。该映像表或变换表例如可定义所输入的SOC和目标SOC之间的偏差与电容器输出目标值的关系。
在此，目标SOC在通常时(即除了作为后述的内部电阻计量模式生成目标SOC的模式的情况之外的通常时)可由任意方式决定，可以为固定值，也可以为可变值。目标SOC在通常时通过切换部336输入至电容器输出目标值决定模块333B。另一方面，当生成目标SOC的模式作为后述的内部电阻测量模式时，由内部电阻计量模式生成部337生成的目标SOC的模式(即后述的内部电阻计量模式)代替通常时的目标SOC的模式通过切换部336输入至电容器输出目标值决定模块333B。
电容器输出范围决定模块333A由SOC求出第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0，并供给至动力分配模块335。电容器输出目标值决定模块333B由所输入的SOC及目标SOC计算第1电容器输出目标值Pbot0，并供给至动力分配模块335。
第1电容器输出上限值Pbou0相当于放电电力的上限值。第1电容器输出下限值Pbol0为负，其绝对值相当于充电电力的上限值。由第2电容器输出上限值及下限值Pbou1、Pbol1定义电容器19的输入输出电压的适当范围。例如，当根据后述的电容器19的内部电阻计量结果未检测到电容器19的劣化时成为Pbou1＝Pbou0、Pbol1＝Pbol0，另一方面当检测出电容器19的劣化时，成为Pbou1＜Pbou0、Pbol1＞Pbol0。
动力分配模块335根据液压负载需求输出Phr、回转用电动机需求输出Per、引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol、第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0及第1电容器输出目标值Pbot0决定最终的液压负载输出Pho、对电动发电机12的电动发电机输出Pao及回转用电动机输出Peo。此时，动力分配模块335以引擎输出限制在由引擎输出上限值Pgou及引擎输出下限值Pgol定义的范围内且电容器输出限制在由第1电容器输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0定义的范围内的方式决定最终的液压负载输出Pho、对电动发电机12的电动发电机输出Pao及回转用电动机输出Peo。
从动力分配模块335输出的对电动发电机12的电动发电机输出Pao直接从控制器30输出。控制器30根据这些决定的输出来控制引擎11、逆变器18、20及转换器1000。
图9是表示基于实施例2的混合式施工机械100的运行方式的图。图9中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行的操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、辅助指令(电动发电机12的输出)的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)。
另外，图9所示的动作的流程除了生成内部电阻计量模式之外与图7所示的流程相同，因此省略说明。本实施例2中，图4中的切换部336及内部电阻计量模式生成部337设定在朝向电容器输出目标值决定模块333B输入目标SOC的线路上。
实施例2中，关于内部电阻计量模式，如图9(B)的X部所示，根据电容器19的SOC的目标值模式生成内部电阻计量模式。具体而言，如图9(B)所示，若形成无操作状态，则生成如电动发电机12成为充电输出那样的SOC的目标值模式作为内部电阻计量模式。图示的例子中，SOC的目标值模式从较低侧的目标值(Low)切换为较高侧的目标值(High)。这样，可执行上述图5的步骤504的处理。由此，辅助指令也与目标SOC的X部的变化对应地发生变化(参考Ax部)。而且，取得伴随SOC的目标值模式变化的电动发电机12的输出变化后(也包括电动发电机12的输出的变化期间)的电容器19的电流值及电压值，并根据这些计算电容器19的内部电阻(参考图5的步骤506-510)。
或者，如图9(B)的Y部所示，可生成如电动发电机12成为放电输出那样的SOC的目标值模式作为内部电阻计量模式。为了在无操作状态下谋求电容器19的长寿命化，该SOC的目标值模式可以与降低SOC的功能联合。具体而言，图示的例子中，SOC的目标值模式从较高侧的目标值(High)切换为较低侧的目标值(Low)。这样，可执行上述图5的步骤504的处理。辅助指令也与目标SOC的Y部的变化对应地发生变化(参考Ay部)。而且，取得伴随SOC的目标值模式变化的电动发电机12的输出变化后(还包括电动发电机12的输出的变化期间)的电容器19的电流值及电压值，并根据这些计算内部电阻(参考图5的步骤506-510)。
Y部的区域中，无操作时的实际SOC未必一定处于较高侧的目标值(High)，所以电容器19的电流值I1及电压值Vm1的测定精确度有可能降低。因此，能够通过生成暂且降低为较低侧的目标值(Low)之后从较低侧的目标值(Low)切换为较高侧的目标值(High)的模式(X部)从而高精确度地测定电容器19的内部电阻。
如此，如参考图4所述，电动发电机12的输出根据目标SOC的输入来决定。在无负载状态下，在目标SOC以外的输入值中液压负载需求输出Phr、回转用电动机需求输出Per成为零。另一方面，由于无负载，因此引擎输出值为不变(恒定)。由此，能够通过使目标SOC发生变化来改变辅助输出Pao，由此，能够产生充电电流或者放电电流。另外，作为结果，如图9(B)所示，实际SOC也发生变化。
另外，图示的例子中，作为上述图5的步骤500的处理，无操作状态在持续预先设定的时间、具体而言连续持续3秒钟的情况下被检测。例如，如图9(A)所示，在动臂提升操作与动臂下降操作之间存在2秒钟的无操作状态，但是对该无操作状态未生成内部电阻计量模式。另外，生成内部电阻计量模式的无操作状态的持续时间是任意的，当能够预测(预见)无操作状态持续时，预先设定的时间可以是极短的时间(最终为零)。
实施例3
图10是表示基于实施例3的混合式施工机械100的运行方式的图。图10中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、辅助指令(电动发电机12的输出)的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)。
另外，图10所示的动作的流程除了生成内部电阻计量模式之外与图7所示的流程相同，因此省略说明。本实施例3中，图4中的切换部336及内部电阻计量模式生成部337设定在朝向电容器输出目标值决定模块333B输入目标SOC的线路上。
实施例3中，关于内部电阻计量模式，如图10(B)的X部及图10(D)的X1部所示，将引擎转速的模式变化作为触发条件并根据SOC的目标值模式生成内部电阻计量模式。具体而言，如图10(D)的X1部所示，若形成预先设定时间的无操作状态，则引擎转速下降，如图10(B)的X部所示，与此联动地生成如电动发电机12成为充电输出那样的SOC的目标值模式作为内部电阻计量模式。即，本例子中，将引擎转速的模式变化作为触发条件，与上述实施例2相同地生成如电动发电机12成为充电输出那样的SOC的目标值模式作为内部电阻计量模式。图示的例子中，SOC的目标值模式从较高侧的第1目标值(High(1))切换为更高侧的第2目标值(High(2))。这样，可执行上述图5的步骤504的处理。由此，辅助指令与目标SOC的X部的变化对应地发生变化(参考Ax部)。于是，取得伴随SOC的目标值模式变化的电动发电机12的输出变化后(还包括电动发电机12的输出变化期间)的电容器19的电流值及电压值，并根据这些计算电容器19的内部电阻(参考图5的步骤506-510)。
该引擎转速的变化可伴随在无操作状态下将引擎转速自动或手动降低为空转转速的自动空转功能或一触式空转功能。即，可将实现自动空转功能或一触式空转功能时的引擎转速的变化(引擎转速降低为空转转速)作为内部电阻计量模式的生成的触发条件来利用。
另外，实施例3的情况基本上与图9所示的实施例2相同，改变目标SOC，随此辅助输出Pao发生变化，从而得到优选电流波形或电压波形。另外，本实施例3的特征在于由电动发电机12发电，以免改变(降低)引擎转速时浪费能源。
另外，图示的例子中，作为上述图5的步骤500的处理，无操作状态在持续预先设定的时间、具体而言在连续持续3秒钟的情况下被检测。例如，如图10(A)所示，在动臂提升操作与动臂下降操作之间存在2秒钟的无操作状态，但是对该无操作状态未生成内部电阻计量模式。另外，生成内部电阻计量模式的无操作状态的持续时间是任意的，当能够预测(预见)无操作状态持续时，预先设定的时间可以是极短的时间(最终为零)。
另外，在上述中，将引擎转速模式的变化作为触发条件，并根据SOC的目标值模式生成内部电阻计量模式，但是，也可与实施例1相同地将引擎转速的模式变化作为触发条件，并根据电动发电机12的辅助指令的模式生成内部电阻计量模式。
实施例4
图11是表示基于实施例4的混合式施工机械100的运行方式的图。图11中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、辅助指令(电动发电机12的输出)的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)。
另外，图11所示的动作流程除了生成内部电阻计量模式之外与图7所示的流程相同，因此省略说明。本实施例4中，图4中的切换部336及内部电阻计量模式生成部337设定在目标SOC朝向电容器输出目标值决定模块333B的输入线路上。
实施例4中，如图11(A)及(B)的X部所示，在键开启之后在来自操作员的操作被许可之前生成内部电阻计量模式。即，操作员为了起动引擎11等而键开启时，起动序列被启动，在此期间，来自操作员的操作无效。利用此期间生成内部电阻计量模式。在起动序列中，起动引擎11之后，实际SOC相对于目标SOC较低，因此输出电动发电机12的辅助指令，随此实际SOC朝向目标SOC上升。在起动序列中，为了实现后述的内部电阻计量模式的生成，设定较低侧的目标值(Low)来代替较高侧的目标值(High)。
另外，在实施例4中，关于内部电阻计量模式，如图11(B)的X部所示，若形成预先设定时间的无操作状态，则根据电容器19的SOC的目标值模式生成内部电阻计量模式。具体而言，若经过形成无操作状态的起动序列的动作时间，则如图11(B)的X部所示，生成如电动发电机12成为充电输出那样的SOC的目标值模式作为内部电阻计量模式。具体而言，图示的例子中，SOC的目标值模式从起动序列中的较低侧的目标值(Low)切换为较高侧的目标值(High)。这样，可执行上述图5的步骤504的处理。由此，辅助指令与目标SOC的X部的变化对应地发生变化(参考Ax部)。而且，取得伴随SOC的目标值模式变化的电动发电机12的输出变化后(还包括电动发电机12的输出变化期间)的电容器19的电流值及电压值，并根据这些计算内部电阻(参考图5的步骤506-510)。由此，能够在引擎启动后的温度等稳定的情况下高精确度地计量内部电阻。
在实施例4中，优选如图11(B)所示，在实际SOC达到目标SOC即较低侧的目标值(Low)的状态下生成内部电阻计量模式即从较低侧的目标值(Low)切换为较高侧的目标值(High)的SOC的目标值模式。为此，较低侧的目标值(Low)设定为可在起动序列的中途达到的水平，典型地设定在显著小于通常时的目标值(例如High)的值。
另外，在实施例4中，如上述实施例1，可根据电动发电机12的指令模式生成内部电阻计量模式来代替SOC的目标值模式。
作为实施例4的变形例，内部电阻计量模式可将键关闭输入作为触发条件来生成。也可在操作员为了停止引擎11等而键关闭时生成内部电阻计量模式。此时，内部电阻计量模式可根据SOC的目标值模式生成，也可如上述实施例1所示，根据电动发电机12的指令模式生成。另外，此时也可进行键关闭操作后，在完成内部电阻计量模式的生成及电压值等的读入的时刻关闭引擎11。
以上的各实施例1至4也可适当地组合来实施。另外，也可对内部电阻计量模式的生成附加其他条件。例如，仅在引擎转速为预定值(例如通常的转速，在图示的例子中为1800/min)以上时生成内部电阻计量模式并计量内部电阻。这是因为引擎转速较高时，由于内部电阻计量模式的生成而引擎声音不会发生较大变化。
以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但是本发明不限于上述的实施例，在不脱离本发明的范围内，能够对上述实施例施加各种变形及置换。
例如，如图12所示，本发明还能够应用于所有驱动部通过液压作动的结构的混合式施工机械。图12所示的结构的混合式施工机械中，根据引擎11的剩余输出由电动发电机12发电的发电电力及通过动臂再生用马达300发电的发电电力蓄电于蓄电系统120。蓄电于蓄电系统120的蓄电电力为了辅助引擎11的输出而使用。
图13及图14分别为有关利用动臂再生用马达计量内部电阻的结构的回路图及波形图。图14中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、动臂再生用马达指令的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)。动臂再生用马达300通过逆变器18C连接于蓄电系统120，利用来自蓄电系统120的电力驱动动臂再生用泵202。若无操作状态持续3秒钟以上，则电磁切换阀200被切换为导通位置。由此，动臂再生用泵202形成循环回路。若向动臂再生用马达300输入内部电阻计量模式的指令值(参考图14(C)的X部)，则根据其模式指令值开始动力运行。随此开始来自电容器19的放电(参考图14(A))，并执行内部电阻的计量。另外，如图14所示，实际SOC也与辅助指令X部的变化对应地发生变化(参考Bx部)。
图15及图16分别为有关利用冷却用泵马达计量内部电阻的结构的回路图及波形图。图16中，在同一时间轴上从上依次示出由操作员进行操作的时间序列(A)、目标SOC和实际SOC的时间序列波形(B)、冷却用泵马达指令(冷却用泵马达的输出)的时间序列波形(C)及引擎转速的时间序列波形(D)及辅助指令(电动发电机12的输出)的时间序列波形(E)。冷却用泵马达204通过逆变器18B连接于蓄电系统120，利用来自蓄电系统120的电力驱动冷却用泵206。在通常状态下，通过电动发电机12的电力驱动冷却用泵马达204。而且，即使无操作状态持续3秒钟以上，冷却用泵马达204也维持通常的输出状态(参考图16(C)的X2部)。但是，若无操作状态持续3秒钟以上，则根据内部电阻计量模式的指令值，电动发电机12的输出成为零(参考图16(E)的X1部)。另外，此处的内部电阻计量模式的指令值成为零。因此，从电动发电机12向冷却用泵马达204的电力供给会消失，因此为弥补该电力，从电容器19开始放电(参考图16(A))。利用此时的各种检测值执行内部电阻的计量。另外，如图16所示，实际SOC也与辅助指令的X1部的变化对应地发生变化(参考Bx部)。
另外，本国际申请主张基于2009年9月15日申请的日本专利申请2009-213641号的优先权，其全部内容通过此说明书中的参照援用于本国际申请中。
符号的说明：
1-下部行走体，1A、1B-液压马达，2A-回转机构，2B-行走机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-引擎，12-电动发电机，13-变速机，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18-逆变器，19-电容器，20-逆变器，21-回转用电动机，22-分解器，23-机械制动器，24-回转减速机，25-先导管路，26-操作装置，26A、26B-操纵杆，26C-踏板，27-液压管路，28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，72-电流传感器，74-电容器电压检测部，100-混合式施工机械。

Claims (15)

1.一种测定混合式施工机械中的蓄电装置的内部电阻的控制方法，该施工机械具备引擎、发电机、所述蓄电装置及利用来自所述蓄电装置的电力驱动的驱动部，其特征在于，该控制方法包括：
模式生成步骤，在操作员没有对所述混合式施工机械进行操作的无操作状态下生成内部电阻计量模式；
输出变更步骤，在该无操作状态下根据在所述模式生成步骤中生成的模式变更所述发电机的输出；
电流等检测步骤，在基于所述输出变更步骤的所述发电机的输出变更前后分别检测所述蓄电装置中的电流值和电压值；及
内部电阻测定步骤，根据在所述电流等检测步骤中检测出的所述发电机的输出变更前后的电流值和电压值测定所述蓄电装置的内部电阻。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中，
在所述模式生成步骤中生成的内部电阻计量模式为所述发电机的指令模式，
在所述电流等检测步骤中分别检测所述指令模式变化前后的电流值和电压值。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中，
在所述模式生成步骤中生成的内部电阻计量模式为所述蓄电装置中的SOC的目标值模式，
在所述电流等检测步骤中分别检测所述SOC的目标值模式变化前后的电流值和电压值。
4.如权利要求2或3所述的控制方法，其中，
所述模式生成步骤在所述无操作状态下，当引擎转速高于预定值时生成所述内部电阻计量模式。
5.如权利要求1所述的控制方法，其中，
在所述模式生成步骤中生成的内部电阻计量模式为将所述引擎的转速变化作为触发条件来产生的模式，
所述电流等检测步骤分别检测所述引擎的转速模式变化前后的电流值和电压值。
6.如权利要求1所述的控制方法，其中，
所述模式生成步骤在键开启之后来自操作员的操作被许可之前生成所述内部电阻计量模式。
7.如权利要求1所述的控制方法，其中，
所述模式生成步骤中将键关闭输入作为触发条件来生成所述内部电阻计量模式。
8.如权利要求2所述的控制方法，其中，
所述发电机为再生用发电机。
9.如权利要求8所述的控制方法，其中，
切换内部电阻的指令模式，并且在连通位置及非连通位置之间切换电磁切换阀。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中，
所述电磁切换阀被配置于控制阀的外侧，若所述电磁切换阀切换为连通位置，则在该控制阀的外侧形成再生用泵的循环回路。
11.一种测定混合式施工机械中的蓄电装置的内部电阻的控制装置，该混合式施工机械具备引擎、发电机、所述蓄电装置及利用来自所述蓄电装置的电力驱动的驱动部，其特征在于，
该控制装置具备模式生成部，在操作员没有对所述混合式施工机械进行操作的无操作状态下生成内部电阻计量模式，
在该无操作状态下，根据由所述模式生成部生成的模式改变所述发电机的输出，并根据所述发电机的输出变更前后的电流值的检测值和电压值的检测值测定所述蓄电装置的内部电阻。
12.如权利要求11所述的控制装置，其中，
由所述模式生成部生成的内部电阻计量模式为所述发电机的指令模式，
所述发电机的输出变更前后的电流值的检测值和电压值的检测值分别与所述指令模式变化前后的电流值的检测值和电压值的检测值对应。
13.如权利要求11所述的控制装置，其中，
由所述模式生成部生成的内部电阻计量模式为所述蓄电装置中的SOC的目标值模式，
所述发电机的输出变更前后的电流值的检测值和电压值的检测值分别与所述SOC的目标值模式变化前后的电流值的检测值和电压值的检测值对应。
14.如权利要求12或13所述的控制装置，其中，
所述模式生成部在所述无操作状态下，当引擎转速高于预定值时生成所述内部电阻计量模式。
15.如权利要求11所述的控制装置，其中，
所述发电机为再生用发电机。
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