CN103189576A - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种搭载发动机且能够使用外部电源的工程机械。工程机械中，搭载利用外部电源进行充电的蓄电装置(14)，在发动机(1)输出不足的状况下通过蓄电装置进行辅助，并且基于作业时间有计划地使用蓄电装置的充电量，基于负载状态控制放电量，由此高效使用蓄电装置。尤其，具有：发动机(1)、连接在发动机上的辅机负载(16)、通过发动机驱动的辅助电动机(2)、将辅助电动机的输出电流即交流电流转换成直流电流的电力转换器(9、10、13)；连接在电力转换器的直流侧的蓄电装置(14)，蓄电装置经由充电装置(15)从外部电源进行充电。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及搭载发动机及蓄电装置的液压挖掘机等的工程机械。
背景技术
以往，液压挖掘机等的工程机械具有通过发动机被驱动的液压泵，通过液压泵对铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸以及行驶用液压马达等液压作业装置部分进行驱动。
而且，工程机械为了在作业时的重负载时也能够对应而需要使发动机输出较大地变动，而且需要具有与低输出发动机相比燃耗差的高输出发动机。
但是，高输出发动机能够列举燃耗效率差、以及排气、噪音等环境上的问题。
因此，近年，作为解决这些问题的解决方法，提案了一种混合动力工程机械，其搭载了维持平均输出的燃耗好的低输出发动机，并搭载了一种技术，通过蓄电装置的电力并由电动机来辅助通过低输出发动机无法维持的不足的输出量。
而且，还对用于高效地使用电动机的方法进行了研究，作为这种现有技术，已知例如专利文献1公开的技术。一种技术，在混合动力工程机械中，将电动机或发电机连结在发动机上，将轻负载作业时多余的电力向电池充电，而在重负载作业时从电池取出电力用于重负载作业，其中，在作业负载为设定值以下(轻负载)且蓄电装置的充电量为设定值以上(大充电量)的条件具备后，使发动机自动停止，过渡到仅通过蓄电装置的蓄电力对电动机进行驱动的无发动机作业。另外，还能够列举以下情况：在无发动机作业中，若作业负载为设定值以上、或充电量为设定值以下则使发动机自动地再发动。也就是说，使发动机在高效率区域即轻负载状态下稳定运转，通过电动机对发动机输出相对于作业负载的不足量进行补充并进行节能驾驶，同时能够使蓄电装置的充电量保持在一定范围内。
另外，专利文献2的特征在于，若蓄电装置的充电量不充分则将通过由发动机进行旋转驱动的发电机所生成的电力向蓄电装置充电，而在充电量充分的情况下，使发动机的输出成为最低的怠速状态，通过使发动机停止来防止蓄电装置的过剩的充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-120109号公报
专利文献2：日本特开2001-11901号公报
发明的概要
发明欲解决的课题
然而，上述技术中，通过蓄电装置对发动机输出相对于作业负载的不足量进行补充，由此，进行使发动机在高效率区域即轻负载时稳定运转的节能驾驶，同时进行将蓄电装置的充电量保持在一定范围的控制。
而且，为了将蓄电装置的充电量保持在一定范围，具有轻负载作业时进行剩余电力的充电的再生电力充电功能等。
但是，本发明中作为蓄电装置所使用的铅蓄电池，已知其在充电时电力损失较大，希望蓄电装置优先进行放电。
发明内容
因此，本发明的目的在于实现一种蓄电装置控制机构，能够进行将作业开始时预先进行了充电的蓄电装置在作业时间内用尽的控制，能够优先地进行放电。
另外，其目的还在于公开一种技术，在对蓄电装置预先充电时，利用能量成本低的商用电源等。
因此，本发明的目的如下。
第一目的为实现插入式(plug in)工程机械，在为了辅助发动机而搭载的蓄电装置中，能够经由充电装置从能量成本低的商用电源等的外部电源进行充电。
第二目的为实现一种工程机械，在搭载了利用外部电源进行充电的蓄电装置的情况下，在发动机输出不足的状况下能够基于蓄电装置进行辅助，能够防止作业中充电量不足且无法辅助的不良情况、以及能够防止无法在作业时间内用尽而无法充分削减燃料消耗的不良情况，换言之以在作业时间内用尽蓄电装置的电力的方式，基于作业时间设定蓄电装置的目标充电量。
第三目的为实现能够高效地使用蓄电装置的工程机械。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，采用例如权利要求书中记载的构成。本申请包含多个解决上述目的的机构，但若列举其一例，则为一种工程机械，具有：发动机、与发动机在同轴上机械连接的辅助电动机；被连接在辅助电动机以及蓄电装置上、对辅助电动机的电压以及蓄电装置的电压进行控制的电力转换器，其特征在于：具有连接在蓄电装置上的充电装置，蓄电装置能够经由充电装置从外部电源进行充电。
另外，一种工程机械，具有：发动机、与发动机在同轴上机械连接的辅助电动机；连接在辅助电动机以及蓄电装置上、对辅助电动机的电压以及蓄电装置的电压进行控制的电力转换器，基于工程机械的假想作业时间确定蓄电装置的充电量目标值，且基于充电量目标值控制充放电量。
发明的效果
根据本发明，能够实现一种工程机械，其搭载发动机且能够使用外部电源。另外，在发动机输出不足的状况下能够通过蓄电装置进行辅助，以在作业结束时将充电量用尽的方式，高效地对蓄电装置进行充放电。
附图说明
图1是本发明的工程机械的外观图。
图2是表示第一实施例的驱动系统的整体构成的图。
图3是表示第一实施例的充放电控制部的构成的图。
图4是表示蓄电装置的放电量比旋转电动机机械输出大的情况下的能量流的图。
图5是表示蓄电装置的放电量比旋转电动机机械输出小的情况下的能量流的图。
图6是表示第一实施例的驱动系统的动作例的图。
图7是表示第二实施例的驱动系统的整体构成的图。
图8是表示第二实施例的充放电控制部的构成的图。
图9是表示相对于总输出和充放电量PB的系统的状态的图。
具体实施方式
利用图1～图6及图9说明本发明的第一实施例。此外，以下的说明中，为了易于理解说明不考虑机器效率，但通过考虑机器效率并进行控制，能够进行更高精度的控制。
图1是表示适用本实施方式的液压挖掘机(工程机械的代表例)的构成的图。图1中，液压挖掘机18具有行驶体201及旋转体202。
行驶体201具有通过行驶用液压马达8使工程机械行驶的功能。
旋转体202通过旋转机构12相对于行驶体201进行旋转，在旋转体202的前部另一方的单侧(例如朝向前方的右侧)具有进行挖掘作业的动臂203、斗杆204及铲斗205。
动臂203、斗杆204及铲斗205分别通过动臂液压缸7、斗杆液压缸6及铲斗液压缸5被驱动。另外，旋转体202具有驾驶室206，在驾驶室206中搭乘有操作者，对工程机械进行操作。
图2表示对图1所示的工程机械进行驱动的工程机械驱动系统的整体构成。
驱动系统构成为包括：发动机1；辅助电动机2；液压泵3；控制阀4；铲斗液压缸5；斗杆液压缸6；动臂液压缸7；行驶用液压马达8；电力转换器9、10、13；旋转电动机11；旋转机构12；蓄电装置14；充电装置15；辅机负载16及控制装置17。
发动机1基于操作者设定的目标转速被进行转速控制。发动机1与辅助电动机2机械结合。
另外，风扇或空调用压缩机等的辅机负载16与发动机1机械结合，并经由发动机1与辅助电动机2连接。
液压泵3被连接在与发动机1机械结合的辅助电动机2上。而且，液压泵3通过发动机1以及辅助电动机2的动力被驱动，向控制阀4供给工作油，控制阀4根据操作者所操作的操作杆，对向铲斗液压缸5、斗杆液压缸6、动臂液压缸7及行驶用液压马达8供给的工作油进行控制。
辅助电动机2在动力运转时对发动机1进行辅助，通过发动机1以及辅助电动机2的动力对液压泵3及辅机负载16进行驱动。而且，辅助电动机2在再生时通过发动机1进行发电。这里，液压作业装置包括：铲斗液压缸5；斗杆液压缸6；动臂液压缸7及行驶用液压马达8，并被设置在旋转体202及行驶体201上。
第一电力转换器9连接在辅助电动机2上，是用于将直流电压转换成交流电压或将交流电压转换成直流电压的部件。换言之，将由辅助电动机2产生的交流电压通过第一电力转换器9转换成直流电压。
另外，在第一电力转换器9的直流侧连接有第二电力转换器10。
第二电力转换器10也与第一电力转换器9同样，是用于将直流电压转换成交流电压或将交流电压转换成直流电压的部件。
而且，在第二电力转换器10的交流侧连接有旋转电动机11，通过操作者所操作的操作杆信息、第一电力转换器9以及第二电力转换器10能够对旋转电动机11的转速和扭矩进行控制。此外，旋转机构12连接在旋转电动机11上，经由旋转电动机11进行驱动。
另外，第一电力转换器9和第二电力转换器10经由直流母线91A被连接，第三电力转换器13经由直流母线91B与直流母线91A连接。
而且，直流母线91A、91B的电压通过第三电力转换器13被转换，在输出有被电压转换的直流电流的一侧连接有蓄电装置14。作为蓄电装置14能够使用铅蓄电池。
另外，蓄电装置14与充电装置15连接。
此外，充电装置15能够与外部电源EPS连接，由于能够将从外部电源EPS得到的电流从交流转换成直流、且能够转换成向蓄电装置14进行充电的电压，因此，蓄电装置14能够从外部电源EPS进行充电。
通过这样的构成，在不进行作业的停止时间里，能够通过能量成本低的商用外部电源进行蓄电装置14的充电。例如，在白天进行作业、夜间不进行作业的情况下，可以在夜间与外部电源EPS连接并进行充电，并将充电的电力用于白天的作业。由此，在作业所需的电力短时间超过发动机输出的情况下，能够从蓄电装置14供给电力，发动机1只要能够应对与平均的作业输出相对应的发动机输出即可，能够利用小容量的发动机。小容量的发动机其价格低，一般效率高，因此，期待能够降低成本。
另外，控制装置17经由通信机构与发动机1、第一电力转换器9、第二电力转换器10、第三电力转换器13、蓄电装置14以及充电装置15连接。
而且，控制装置17由机械负载运算部101、作业时间运算部102、及充放电控制部103构成。
经由前述的通信机构向控制装置17输入来自发动机1的发动机输出PE、来自第一电力转换器9的辅助电动机机械输出PA、来自第二电力转换器10的旋转电动机机械输出PS、蓄电装置14的充电量Q及充电装置15的充电信息CI，向第三电力转换器13输出运算后的充放电指令PB*。第三电力转换器13通过对直流母线91B和蓄电装置14之间的电力进行相互转换，以与控制装置17输出的充放电指令PB*一致的方式控制蓄电装置14的充放电量PB。由此，能够控制蓄电装置14的放充电。此外，是在充放电指令PB*为正值的情况下蓄电装置14为放电，而在其为负值的情况下进行充电那样的指令值。
以下，对构成控制装置17的、机械负载运算部101、作业时间运算部102及充放电控制部103的各部分中的充放电指令PB*的运算方法进行说明。
在机械负载运算部101中，输入发动机输出PE和辅助电动机机械输出PA，利用式(1)，对与液压泵3和辅机负载16所使用的负载相当的机械负载PM进行运算。
PM＝PE+PA...(1)
另外，作业时间运算部102中，对来自充电装置15的充电信息CI和工程机械起动的时间进行积算，由此，对工程机械的作业时间T进行运算。此外，从外部电源EPS向蓄电装置14进行充电，在蓄电装置14成为充满电状态后，重置作业时间T。
而且，在充放电控制部103中，输入旋转电动机机械输出PS、机械负载PM、作业时间T及蓄电装置14的充电量Q，并向第三电力转换器13输出充放电指令PB*。
这里，利用图3说明充放电控制部103中的充放电指令PB*的运算方法的详细情况。
充放电控制部103构成为包括：充电量目标值运算部301；减法器302、310；第一充放电目标值运算部303；最小值运算器304、312；第二充放电目标值运算部305；第三充放电目标值运算部306；加法器307、308、309；及最大值运算器311。
充电量目标值运算部301中，基于工程机械的作业时间T和预先设定的假想作业时间Ts运算充电量目标值Q*。充电量目标值Q*以作业时间T为0时成为蓄电装置14的最大充电量Qmax、作业时间T为作业结束时为最小充电量Qmin的方式被设定，具有相对于作业时间T单调减少的特性。
本发明中，以使充电量Q与该充电量目标值Q*的特性一致的方式进行控制，由此，能够有计划地使用蓄电装置14中所充电的电力，能够防止作业中因充电量不足且无法进行辅助导致的不良情况、以及作业结束时充电量没有用光而无法充分削减燃料消耗的不良情况。因此，不仅能够高效地使用蓄电装置，还具有能小型化的效果。
此外，考虑到平均的作业时间而将本实施例中假想作业时间Ts定为8小时，但考虑到一般的作业时间而设定在6～10小时的范围内都是适当的。另外，对于该假想作业时间Ts，设置作业者能够进行设定的作业时间设定机构321，能够成为能够设定任意的时间的构成。在作业开始前设定假想作业时间Ts的情况下，根据作业时间，以经过假想作业时间Ts后，充电量目标值Q*成为最小充电量Qmin的方式进行充电量目标值运算部301的特性的变更。而且，即使在作业的途中假想作业时间Ts存在变更的情况下，根据经过时间和剩余作业时间，以设定作业时间Ts内充电量目标值Q*成为最小充电量Qmin的方式进行充电量目标值运算部301的特性的变更。作业者虽设定作业时间，但也能够设定作业剩余时间。另外，替代作业时间设定机构，即使设置时钟功能和作业者能够设定作业结束时刻的作业结束时刻设定机构，通过从时刻和作业结束时刻运算作业时间，也能够实现同样的功能。该情况下，能够成为中途能够对作业结束时刻进行变更的构成。而且，通过同时输入午休等的作业的中断时间带，能够使其具有提高了作业时间算出精度的功能。
由于以使蓄电装置14的充电量Q与充电量目标值Q*的特性一致的方式进行控制，所以，首先在加法器302中，从蓄电装置14的充电量Q减去充电量目标值Q*，对充电量余量值ΔQ进行运算。
然后，在第一充放电目标值运算部303中，输入在加法器302中算出的充电量余量值ΔQ，对第一充放电目标值PB1进行运算。第一充放电目标值PB1是与充电量余量值ΔQ相应的放电量，在充电量余量值ΔQ比0小的情况下为0，在充电量余量值ΔQ为0以上的情况下，是以充电量Q与充电量目标值Q*一致的方式使其放电的目标值。
而且，在最小值运算部304中，输入有算出的第一充放电目标值PB 1和旋转电动机机械输出PS，将这些值中较小方的值作为第二充放电目标值PB2输出。即，最小值运算部304输出将旋转电动机机械输出PS作为上限值而进行限制后的值。
另一方面，第二充放电目标值运算部305基于充电量余量值ΔQ对第三充放电目标值PB3进行运算。第三充放电目标值PB3在充电量余量值ΔQ比预先确定的第一充电量余量设定值Qa小的情况下为0，在充电量余量值ΔQ为第一充电量余量设定值Qa以上的情况下，是能够以充电量Q与比充电量目标值Q*大的值即Q*+Qa一致的方式进行放电的放电目标值。
另外，第三充放电目标值运算部306基于充电量余量值ΔQ对第四充放电目标值PB4进行运算。第四充放电目标值PB4在充电量余量值ΔQ比预先确定的第二充电量余量设定值-Qc大的情况下为0，在充电量余量值ΔQ为第二充电量余量设定值-Qc以下的情况下，是能够以充电量Q与比充电量目标值Q*小的值即Q*-Qc一致的方式进行充电的充电目标值。
如以上那样，在对第三充放电目标值PB3和第四充放电目标值PB4进行运算后，这些目标值的加法值在加法器307中被算出。
这样算出的加法值接下来被输入加法器308，算出与第二充放电目标值PB2的加法值，并作为第五充放电目标值PB5算出。
另一方面，加法器309中，输入有机械负载PM以及旋转电动机机械输出PS，算出加法值，并输出驱动系统整体所需要的电力即总输出Pload。
另外，减法器310中运算从由加法器309算出的总输出Pload中减去发动机的最大输出PEmax后的发动机输出不足量ΔP。即，示出了以下情况：在发动机输出不足量ΔP为正值的情况下，为发动机的最大输出PEmax相对于总输出Pload不足的状态，在为负值的情况下则具有余量。
这样被运算的发动机输出不足量ΔP以及第五充放电目标值PB5被输入最大值运算器311，某个较大的值被输出。即，输出将发动机输出不足量ΔP作为下限值进行限制后的值。
同样，在最小值运算器312中，输入有从最大值运算器311输出的值以及总输出Pload，将某个较小的值作为放充电量PB输出。即，输出将总输出Pload作为上限值进行限制后的值，将该值作为充放电指令PB*输出。
换言之，第五充放电目标值PB5经由最大值运算器311以及最小值运算器312输出将发动机输出不足量ΔP作为下限值、且将总输出Pload作为上限值的充放电指令PB*，并被输入到第三电力转换器13。
第三电力转换器13由于与蓄电装置14连接，所以，能够基于被输入的充放电指令并经由第三电力转换器进行蓄电装置14的充放电。
这里，利用图9说明相对于第五充放电目标值PB5限制充放电指令PB*的理由。
图9是表示相对于总输出Pload和充放电量PB的系统的状态的图。区域A中充放电量PB过剩，是即使发动机输出PE为0电力仍过剩的区域。区域B中，充放电量PB不足，是即使发动机输出PE成为发动机的最大输出PEmax也无法维持总输出Pload的区域。区域C中，是充放电量PB不足、且即使发动机输出PE为0电力仍过剩的区域。区域D是充放电量PB过剩、且即使发动机输出PE成为发动机的最大输出PEmax也无法获得总输出Pload和充电量的区域。因此，由于有必要不使充放电量PB进入区域A～D，所以，以前述的方式限制充放电指令PB*。
接下来，对在接收到以上那样的充放电指令时，驱动系统中向各部分的供电量的流动(能量流)进行说明。
从式(1)可知，发动机输出PE与辅助电动机机械输出PA及机械负载PM平衡。这里，在操作者对操作杆进行操作由此机械负载PM增加的情况下，发动机1的旋转速度虽临时降低，但为了满足式(1)，通过发动机1的转速控制使发动机输出PE增加，直到机械负载PM的增加量和发动机输出PE的增加量平衡。因此，除了过渡的短时间，发动机输出PE满足式(2)。即，即使在操作者对操作杆进行操作由此机械负载PM进行增减的情况下，也输出与其相应的发动机输出PE。在辅助电动机机械输出PA增减的情况下也同样。
PE＝PM-PA...(2)
另外，对于第一电力转换器9，由于进行第一电力转换器9和第二电力转换器10之间的直流母线91A的电压控制，因此，进行辅助电动机机械输出PA与旋转电动机机械输出PS以及充放电量PB平衡那样的控制。
例如，在旋转电动机机械输出PS增加的情况下，若直流母线91A的电压临时减少，则通过第一电力转换器9的电压控制，辅助电动机机械输出PA减少。即，若在动力运转中，则辅助量减少且从直流母线向机械系统的电力减少，若在再生中，则发电量增加且来自机械系统的电力增加。因此，除了过渡的短时间，辅助电动机机械输出PA为式(3)。即，即使在因旋转动作而使旋转电动机机械输出PS增减的情况下，辅助电动机机械输出PA也与其相应地被调整。而且，如前述那样，根据PA的增减由式(2)确定发动机输出PE，所以，与旋转动作相应地输出有发动机输出PE。在从蓄电装置14经由第三电力转换器13进行充放电且PB增减的情况下也同样，在放电的情况下，发动机输出PE减少与放电量相当的量，在充电的情况下，发动机输出PE增加与充电量相当的量。
PA＝PB-PS...(3)
下面，利用图6所示的动作的具体例，说明充放电控制部103的动作。
图6是从上表示充电量目标值Q*与充电量Q、机械负载PM、旋转电动机机械输出PS及充放电量PB各自的时间上的关系的时间图。
这里，充电量Q及作业时间T的初始值分别为最大充电量Qmax及0，由于操作者对操作杆进行操作，所以，如图所示，输出有机械负载PM及旋转电动机机械输出PS。
首先，在时刻t0，即作业时间T＝0时，由充电量目标值运算部301算出的充电量目标值Q*与最大充电量Qmax一致，所以，充电量目标值Q*和充电量Q的差即充电量余量值ΔQ为0。
因此，如图3所说明的那样，第一充放电目标值PB1、第三充放电目标值PB3及第四充放电目标值PB4为0。
另外，由于旋转电动机机械输出PS为0，所以，第二充放电目标值PB2为0，第五充放电目标值PB5也为0。
但是，若机械负载PM超过发动机的最大输出PEmax，即由于总输出Pload超过发动机的最大输出PEmax，所以，充放电指令PB*的下限值即发动机输出不足量ΔP成为正值。因此，充放电指令PB*成为发动机输出不足量ΔP。由此，蓄电装置14进行放电，能够对发动机的最大输出PEmax相对于机械负载PM不足的量进行补充。
另外，与时间经过同时地充电量目标值Q*减少，但相对于充电量目标值Q*，因放电导致的蓄电装置14的充电量Q的减少更剧烈，所以，充电量余量值ΔQ成为负值，第五充放电目标值PB5也成为0或者负值。因此，充放电指令PB*成为发动机输出不足量ΔP。
接下来，在时刻t1，机械负载PM减少，旋转电动机11从停止状态开始加速，由此，旋转电动机机械输出PS逐渐开始增加。此时，由于充电量Q比Q*-Qc小，所以，充电量余量值ΔQ也比-Qc小，第四充放电目标值PB4及第五充放电目标值PB5以充电量余量值ΔQ成为Q*-Qc的方式成为负值(充电)。另一方面，发动机输出不足量ΔP因机械负载PM减少且总输出Pload变得比发动机的最大输出PEmax小而成为负值，充放电指令PB*直接输出第五充放电目标值PB5。由此，以变得过少的充电量Q与Q*-Qc一致的方式，蓄电装置14被充电。这样，在充电量Q比Q*-Qc小，且相对于充电量目标值Q*存在较大不足的情况下，蓄电装置14被充电，充电量Q以与充电量目标值Q*的附近即Q*-Qc一致的方式受到控制。
时刻t2时，旋转电动机11切换到减速，旋转电动机机械输出PS被切换成负值(再生)，然后速度开始减少。此时，第二充放电目标值PB2受到旋转电动机机械输出PS限制，成为负值(充电)即旋转电动机机械输出PS，充放电指令PB*也成为旋转电动机机械输出PS。另外，即使充电量Q超过Q*-Qc且第四充放电目标值PB4成为0，也通过第二充放电目标值PB2继续充电。由此，能够将旋转电动机11再生的电力对蓄电装置14进行充电。
时刻t3时，机械负载PM在不超过发动机的最大输出PEmax的范围内增加，旋转电动机11停止且旋转电动机机械输出PS成为0。充电量Q处于Q*-Qc和Q*之间，充电量余量值ΔQ处于-Qc和0之间，因此，第一充放电目标值PB1、第三充放电目标值PB3及第四充放电目标值PB4为0。另外，由于旋转电动机机械输出PS为0，所以第二充放电目标值PB2为0。因此，第五充放电目标值PB5为0。而且，由于机械负载PM及总输出Pload没有超过发动机的最大输出PEmax，所以，充放电指令PB*不受限制成为0，充电量Q恒定。
时刻t4时，与时刻t1同样地，机械负载PM减少，旋转电动机机械输出PS增加。而且，在充电量Q成为充电量目标值Q*以上后，充电量余量值ΔQ成为0以上，第一充放电目标值PB1成为正值(放电)，以旋转电动机机械输出PS为上限，充放电指令PB*成为正值(放电)，以充电量Q与充电量目标值Q*一致的方式从蓄电装置14放电。
时刻t5时，与时刻t2同样，旋转电动机机械输出PS被切换成负值(再生)后，与时刻t2同样，充放电指令PB*成为负值(充电)，进行将旋转电动机11再生的电力向蓄电装置14充电的动作。
时刻t6时，与时刻t3同样，机械负载PM在不超过发动机的最大输出PEmax的范围内增加，旋转电动机机械输出PS成为0。此时，由于旋转电动机机械输出PS为0，所以第二充放电目标值PB2为0，但由于充电量Q在Q*+Qa以上，所以，充电量余量值ΔQ成为Qa以上，PB3成为正值(放电)。由此，充放电指令PB*成为正值(放电)，以充电量Q与Q*+Qa一致的方式从蓄电装置14放电。
时刻t7时，与时刻t1同样，机械负载PM减少，旋转电动机机械输出PS增加。由于充电量Q为Q*+Qa以上，所以，充电量余量值ΔQ成为Qa以上，第三充放电目标值PB3成为正值(放电)，并且，第一充放电目标值PB 1也为正值(放电)，因此，受到旋转电动机机械输出PS限制的第二充放电目标值PB2也为正值(放电)。由此，充放电指令PB*成为比旋转电动机机械输出PS大的正值(放电)，以旋转电动机11所使用的电力以上的程度从蓄电装置14放电。通过超过旋转电动机机械输出PS的放电电力，经由第一电力转换器9，辅助电动机2对发动机1进行辅助。
在伴随放电，充电量Q变得比Q+Qa小后，第三充放电目标值PB3成为0，充放电指令PB*与旋转电动机机械输出PS一致，且从蓄电装置14放出旋转电动机11所使用的电力的量。然后，由于旋转电动机机械输出PS的增加，旋转电动机机械输出PS超过第一充放电目标值PB1后，作为充放电指令PB*输出有第一充放电目标值PB1，以充电量Q与充电量目标值Q*一致的方式从蓄电装置14放电。
时刻t8时，与时刻t5同样，旋转电动机机械输出PS被切换成负值(再生)后，与时刻t5同样，充放电指令PB*成为负值(充电)，进行将由旋转电动机11再生的电力向蓄电装置14充电的动作。
在伴随充电，充电量Q成为Q*+Qa以上后，第三充放电目标值PB3成为正值，充放电指令PB*变得比旋转电动机机械输出PS大。由此，由旋转电动机11再生的电力的一部分没有被向蓄电装置14充电，没有被充电的电力经由第一电力转换器9被向辅助电动机2供给从而对发动机1进行辅助。
时刻t9以后与时刻t6以后的动作同样，因此省略说明。
总结以上说明的动作如下。
在总输出Pload超过发动机的最大输出PEmax的情况下，如时刻t0～t1的动作所说明的那样，不足的电力通过蓄电装置14的放电来维持。
另一方面，在旋转电动机机械输出PS为负值，从旋转电动机11再生电力的情况下，如时刻t2～t3的动作所说明的那样，基本上将再生电力向蓄电装置14充电。
另外，相对于充电量Q的动作如下。在充电量Q为Q*-Qc以下的情况下，为相对于充电量目标值Q*充电量大幅度不足的状态，为了确保总输出Pload超过发动机的最大输出PEmax的作业所必须的电力而需要进行充电动作。因此，如时刻t1～t2的动作所说明的那样，以充电量Q与Q*-Qc一致的方式进行控制。在充电量Q为Q*-Qc～Q*的范围的情况下，除了前述的发动机输出不足量为正的情况以及产生再生电力的情况，如时刻t3～t4的动作所说明的那样，不进行充放电，经过时间的同时等待充电量目标值Q*减少。在充电量Q为Q*～Q*+Qa的范围的情况下，希望通过蓄电装置14的放电在发动机1的燃料使用量的削减效果较大时进行放电。
这里，关于通过蓄电装置14的放电使发动机1的输出减少的效果，利用图4及图5进行说明。
图4表示充放电指令PB*相对于旋转电动机机械输出PS较大时的情况，此时，辅助电动机2进行动力运转动作，并且，进行基于蓄电装置14的放电电力对不足量能量的辅助。
另一方面，图5表示充放电指令PB*相对于旋转电动机机械输出PS较小时的情况，此时，辅助电动机2进行再生动作。
如图4所示，在驱动液压泵3时，存在如下那样的能量流。一个是使来自蓄电装置14的放电电力经过第三电力转换器13、第一电力转换器9及辅助电动机2来驱动液压泵3的能量流。另一个是发动机1经由辅助电动机2直接驱动液压泵3的能量流。这里，考虑到机器效率，在通过蓄电装置14的放电电力驱动液压泵3的情况下，存在的机器数量较多，由于电力或动力的转换损失增加，所以，必须相应地使发动机的输出增加，发动机的燃料使用量的削减效果减小。
另一方面，在为图5所示的能量流的情况下，存在蓄电装置14经过第三电力转换器13及第二电力转换器10向旋转电动机11供给电力的情况；和发动机1经过辅助电动机2、第一电力转换器9、第二电力转换器10向旋转电动机11供给电力的情况。这里，考虑到机器效率，在通过蓄电装置14的放电电力向旋转电动机11供给电力的情况下，存在的机器的数量少，电力或动力的转换损失也少，所以，不用相应地使发动机的输出增加也可以，发动机的燃料使用量的削减效果大。
因此，以成为图5所示的能量流的方式，即以充放电指令PB*相对于旋转电动机机械输出PS减小的方式使蓄电装置14放电的情况下，发动机燃料使用量的削减效果大。因此，如时刻t7～t8的动作等所说明的那样，以成为旋转电动机机械输出PS以下的方式操作充放电指令PB*，由此能够使发动机1相对于放电量的燃料使用量的削减效果大。
在充电量Q为Q*+Qa以上的情况下，充电量相对于充电量目标值Q*为过剩的状态，作业结束时蓄电装置14的充电量有剩余，无法充分削减发动机1的燃料消耗。因此，即使在为图4所示的能量流，即充放电指令PB*相对于旋转电动机机械输出PS较大的情况下，也需要使蓄电装置14放电从而谋求燃料使用量的削减。因此，如时刻t6～t7的动作所说明的那样，以充电量Q与Q*+Qa一致的方式进行控制。
以上说明的实施例中，设定在充电量目标值运算部301中的假想作业时间Ts虽为8小时，但设置操作按钮等的操作者能够进行操作的设定变更机构，而能够变更假想作业时间的设定值Ts。设定变更机构优选以使操作者能够操作的方式设置在驾驶室206内，通过操作者而被输入的假想作业时间经由通信机构被输入控制装置17，优选被输入放充电控制部103的充电目标值运算部301。因此，即使在假想作业时间发生变更的情况下，也能够以变更后的假想作业时间有计划地使用蓄电装置，能够防止在作业时间短的情况下无法有效利用充电量的不良情况、以及在作业时间长的情况下无法确保辅助所需要的充电量的不良情况。
另外，设有按钮操作等的设定变更机构341，在无法通过外部电源对蓄电装置进行充电的环境下，操作者能够指定充电的有无，通过使充电量目标值Q*恒定，也能够不减少蓄电装置的充电量地进行驾驶。对充电的有无进行指定的设定变更机构341优选以操作者能够操作的方式设置在驾驶室206内，通过操作者被输入的充电的有无的信息经由通信机构被输入控制装置17。该情况下，也能够为了进行在发动机输出不足的情况下的辅助而进行放电、或将旋转电动机11的再生电力向蓄电装置充电并进行再利用，能够削减燃料消耗量。而且，即使没有操作者进行指定的设定机构，在停止时间比预先设定的时间长、且无法从外部电源进行充电的情况下，也能够判断为通过外部电源无法进行蓄电装置的充电的环境。此时，同样地，通过将充电量目标值Q*切换成恒定，能够不使蓄电装置的充电量减少地进行驾驶。
另外，实施例中，作为从直流母线向蓄电装置供给电力的电动装置，仅说明了旋转电动机，但还可以适用于其他的电气负载。该情况下，通过将电气负载的电力对旋转电动机机械输出PS作加法，能够进行同样的控制。
利用图7及图8说明本发明的第二实施例。此外，在以下的说明中，与第一实施例同样地，为了易于理解说明不考虑机器效率。另外，关于与第一实施例同样的构成标注相同的附图标记并省略说明。
图7中表示工程机械的驱动系统的整体构成。
本实施例中的驱动系统，相对于图1所示的驱动系统，追加了第四电力转换器701，代替控制装置17而具有控制装置717。
第四电力转换器701、第一电力转换器9及第二电力转换器10经由直流侧电路即直流母线91A、91B被连接，是对来自外部电源EPS的电力的电压进行转换的装置。这里，从外部电源EPS供给的电力经由第四电力转换器701并基于常时供电指令PC*、且经由直流母线91A、91B向各部分供给电力。此外，供给电力是比发动机1的最大输出PEmax小的容量。
控制装置717中，相对于图1的控制装置17，代替充放电控制部103而具有充放电控制部703。充放电控制部703输入旋转电动机机械输出PS、机械负载PM、作业时间T及来自蓄电装置14的充电量Q，并向第三电力转换器13输出充放电指令PB*，及向第四电力转换器701输出常时供电指令PC*。
这里，利用图8说明充放电控制部703的详细情况。充放电控制部703相对于图3所示的充放电控制部103追加了加减法器801、最小值运算器802、减法器803。在加减法器801中，算出从机械负载PM和旋转电动机机械输出PS的加法值减去第四充放电目标值PB4后的值。最小值运算器802将由加减法器801算出并输出的值和第四电力转换器701的最大常时供电量PCmax中较小的值作为常时供电指令PC*输出。
由此，在系统所要求的输出比最大常时供电量PCmax小的情况下，从外部电源对系统所要求的输出量进行供给，另外，在大的情况下，由于能够从外部电源供给常时供电指令PC*，且由于在第四电力转换器701的能力范围内极力供给电力，因此，能够最大限度降低发动机1的燃料消耗量。
另外，减法器803从旋转电动机机械输出PS减去常时供电指令PC*，并代替充放电控制部103的旋转电动机机械输出PS输出所使用的修正后旋转电动机机械输出PS′。这是由于，第四电力转换器701的供给电力，在考虑直流母线的负载的情况下，与旋转电动机机械输出PS减少的供给电量的部分等价，所以，通过减法器803需要考虑第四电力转换器701的供给电力。
第二实施例的工程机械的驱动系统，在旋转电动机11进行动力运转的情况下，供给电量与旋转电动机11的消耗电力减少的量等价，在再生的情况下，供给电量与旋转电动机11的再生电力增加的量等价，所以，进行与第一实施例同样的蓄电装置14的充放电控制，能够得到同样的效果。
而且，通过在系统所要求的输出的范围内供给外部电力，由此还能够得到削减发动机的燃料消耗量的效果。另外，由于搭载发动机，所以，作为第四电力转换器701能够使用小容量的电力转换器，并且，在没有外部供电的情况下也能够进行动作。
附图标记的说明
1 发动机
2 辅助电动机
3 液压泵
4 控制阀
5 铲斗液压缸
6 斗杆液压缸
7 动臂液压缸
8 行驶用液压马达
9 第一电力转换器
10 第二电力转换器
11 旋转电动机
12 旋转机构
13 第三电力转换器
14 蓄电装置
15 充电装置
17、717 控制装置
18 液压挖掘机
19 液压作业装置
91A、91B 直流母线(直流侧电路)
101 机械负载运算部
102 作业时间运算部
103 充放电控制部
201 行驶体
202 旋转体
203 动臂
204 斗杆
205 铲斗
206 驾驶室
301 充电量目标值运算部
303 第一充放电目标值运算部
305 第二充放电目标值运算部
306 第三充放电目标值运算部
321 作业时间设定机构
341 设定变更机构(模式的设定机构)
701 第四电力转换器
CI 充电信息
EPS 外部电源
PA 辅助电动机机械输出
PB 充放电量
PB* 充放电指令
PB1～PB5 第一～第五充放电目标值
PCmax 最大常时供电量
PC* 常时供电指令
PE 发动机输出
PEmax 发动机的最大输出
Pload 总输出
PM 机械负载
PS 旋转电动机机械输出
PS′ 修正后旋转电动机机械输出
Q 充电量
Q* 充电量目标值
ΔQ 充电量余量值
T 作业时间
Ts 假想作业时间(设定值)
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种工程机械，具有：发动机(1)、与所述发动机(1)在同轴上机械连接的辅助电动机(2)、连接在所述辅助电动机(2)以及蓄电装置(14)上、且对所述辅助电动机(2)的电压以及所述蓄电装置(14)的电压进行控制的电力转换器(9、13)，其特征在于：
具有连接在所述蓄电装置(14)上的充电装置(15)，所述蓄电装置(14)能够经由所述充电装置(15)从外部电源(EPS)进行充电，并且，
具有充放电控制机构(103)，其基于所述工程机械的假想作业时间(Ts)确定所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)，并基于所述充电量目标值(Q*)控制充放电量，所述充电量目标值(Q*)以在作业结束时成为所述蓄电装置的最小充电量(Qmin)的方式被设定。
2.(删除)
3.(修改后)如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：具有将从所述外部电源(EPS)供给的电力向所述电力转换器(9)的直流侧电路(91A、791B)供给的外部供电机构(701、717)。
4.(修改后)如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：所述充放电控制机构(103)具有：基于所述工程机械的作业时间(T)和预先设定的假想作业时间(Ts)对所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)进行运算的充电量目标值运算部(301)；充放电目标值运算部(305、306)，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qa)而确定的充电量(Q*+Qa)大的情况下，进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qc)而确定的充电量(Q*-Qc)小的情况下，进行所述蓄电装置(14)的充电。
5.(修改后)如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：所述充放电控制机构(103)具有：充电量目标值运算部(301)，其基于所述工程机械的作业时间(T)和预先设定的假想作业时间(Ts)对所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)进行运算；充放电目标值运算部(303、304、305、306)，其基于所述充电量目标值(Q*)进行所述蓄电装置(14)的充放电，
所述充放电目标值运算部(303、304、305、306)，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qa)而确定的充电量(Q*+Qa)大的情况下，进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比所述充电量目标值(Q*)大的情况下，以比所述工程机械的电动驱动装置的消耗电力(PS)小的电力进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qc)而确定的充电量(Q*-Qc)小的情况下，进行所述蓄电装置(14)的充电。
6.(修改后)如权利要求1、4、5的任一项所述的工程机械，其特征在于：具有能够设定假想作业时间(Ts)的设定机构(321)。
7.(修改后)如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：所述假想作业时间(Ts)为6到10小时。
8.(修改后)如权利要求1或3所述的工程机械，其特征在于：具有对来自所述外部电源(EPS)的充电的有无进行指定的模式的设定机构(341)，基于所述模式对所述蓄电装置(14)的充放电控制方法进行切换。
9.(修改后)如权利要求1、4、5的任一项所述的工程机械，其特征在于：具有对来自所述外部电源(EPS)的充电的有无进行指定的模式的设定机构(341)，基于所述模式对所述充电量目标值(Q*)进行切换。
10.如权利要求8或9所述的工程机械，其特征在于：在从所述工程机械的动作停止的时间开始经过预先设定的时间、且在没有从所述外部电源(EPS)对所述蓄电装置(14)进行充电的状态下起动的情况下，切换成没有来自所述外部电源(EPS)的充电的模式。
11.(追加)如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：所述充电量目标值(Q*)，以在作业开始时成为所述蓄电装置的最大充电量(Qmax)、作业结束时成为所述蓄电装置的最小充电量(Qmin)的方式被设定。

Claims (10)

1.一种工程机械，具有：发动机(1)、与所述发动机(1)在同轴上机械连接的辅助电动机(2)、连接在所述辅助电动机(2)以及蓄电装置(14)上、且对所述辅助电动机(2)的电压以及所述蓄电装置(14)的电压进行控制的电力转换器(9、13)，其特征在于：
具有连接在所述蓄电装置(14)上的充电装置(15)，所述蓄电装置(14)能够经由所述充电装置(15)从外部电源(EPS)进行充电。
2.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于：具有充放电控制机构(103)，其基于所述工程机械的假想作业时间(Ts)确定所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)，并基于所述充电量目标值(Q*)控制充放电量。
3.如权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于：具有将从所述外部电源(EPS)供给的电力向所述电力转换器(9)的直流侧电路(91A、791B)供给的外部供电机构(701、717)。
4.如权利要求2所述的工程机械，其特征在于：所述充放电控制机构(103)具有：基于所述工程机械的作业时间(T)和预先设定的假想作业时间(Ts)对所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)进行运算的充电量目标值运算部(301)；充放电目标值运算部(305、306)，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qa)而确定的充电量(Q*+Qa)大的情况下，进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qc)而确定的充电量(Q*-Qc)小的情况下，进行所述蓄电装置(14)的充电。
5.如权利要求2所述的工程机械，其特征在于：所述充放电控制机构(103)具有：充电量目标值运算部(301)，其基于所述工程机械的作业时间(T)和预先设定的假想作业时间(Ts)对所述蓄电装置(14)的充电量目标值(Q*)进行运算；充放电目标值运算部(303、304、305、306)，其基于所述充电量目标值(Q*)进行所述蓄电装置(14)的充放电，
所述充放电目标值运算部(303、304、305、306)，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qa)而确定的充电量(Q*+Qa)大的情况下，进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比所述充电量目标值(Q*)大的情况下，以比所述工程机械的电动驱动装置的消耗电力(PS)小的电力进行所述蓄电装置(14)的放电，在所述蓄电装置(14)的充电量(Q)比基于所述充电量目标值(Q*)和规定的值(Qc)而确定的充电量(Q*-Qc)小的情况下，进行所述蓄电装置(14)的充电。
6.如权利要求2、4、5的任一项所述的工程机械，其特征在于：具有能够设定假想作业时间(Ts)的设定机构(321)。
7.如权利要求2所述的工程机械，其特征在于：所述假想作业时间(Ts)为6到10小时。
8.如权利要求1～3的任一项所述的工程机械，其特征在于：具有对来自所述外部电源(EPS)的充电的有无进行指定的模式的设定机构(341)，基于所述模式对所述蓄电装置(14)的充放电控制方法进行切换。
9.如权利要求2、4、5的任一项所述的工程机械，其特征在于：具有对来自所述外部电源(EPS)的充电的有无进行指定的模式的设定机构(341)，基于所述模式对所述充电量目标值(Q*)进行切换。
10.如权利要求8或9所述的工程机械，其特征在于：在从所述工程机械的动作停止的时间开始经过预先设定的时间、且在没有从所述外部电源(EPS)对所述蓄电装置(14)进行充电的状态下起动的情况下，切换成没有来自所述外部电源(EPS)的充电的模式。
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