CN103370247B - 蓄电器的充放电控制装置及方法、混合动力作业机械 - Google Patents

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Abstract

提供一种蓄电器的充放电控制装置，其执行具备蓄电器和控制器的作业机械中的上述蓄电器的充放电控制，上述蓄电器能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构，上述控制器控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，其中，上述控制器进行如下充放电控制：在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且在使上述蓄电器放电结束后，以将规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电。

Description

蓄电器的充放电控制装置及方法、混合动力作业机械
技术领域
本发明涉及蓄电器的充放电控制装置及蓄电器的充放电控制方法、具备蓄电器的充放电控制装置的混合动力作业机械，该混合动力作业机械能够将与发动机机械式结合的发电电动机所发出的电能(在以下的说明中有时也将电能表现为电荷)蓄积到蓄电器中，并且通过蓄积在蓄电器中的电能驱动上述发电电动机来对上述发动机的输出进行辅助驱动，或者通过蓄积在蓄电器中的电能驱动其他电动执行机构，另外该混合动力作业机械具备控制器，该控制器在上述蓄电器与上述发电电动机、或者上述蓄电器与上述其他电动执行机构之间控制电能的授受，来进行上述蓄电器的充放电控制。
背景技术
近年来，混合动力作业机械正被实用化，该混合动力作业机械搭载了发动机、和与发动机机械式结合的发电电动机来作为驱动源，利用由发电电动机发出的电能使电动执行机构旋转驱动。在这样的混合动力作业机械中，进行如下控制：在使电动执行机构加速动作(动力运行)时，利用蓄积在后述的蓄电器中的电能或由发电电动机发出的电能，在使电动执行机构减速动作(再生)时，使电动执行机构发电动作，将发出的电能蓄积在蓄电器中。作为蓄电器，采用作为所谓的二次电池的镍氢电池、锂离子电池、电容器等。例如电容器具有能在短时间内进行电能的充放电，并且能进行大容量电能(电荷)的充放电的特征，存在搭载于混合动力建设机械中的情况。
在进行该电容器或电容器周边设备的更换作业或电容器的劣化状态的检查作业等的维护作业时，需要进行电容器的电荷释放(放电)的作业。在不局限于电容器而进行二次电池的放电时，从混合动力作业机械取下电容器，能利用放电器这样的工具来进行电荷释放，但搭载于混合动力作业机械的电容器的电荷释放的处理具有如下特点：在电容器被车载于混合动力作业机械的状态下，在混合动力作业机械具备能将发动机作为负载消耗(放电)电能的构造或控制装置(充放电装置)，若使用该充放电装置能执行电荷释放，则没有在混合动力作业机械运行的现场带入放电器等的烦恼。即，通过在混合动力作业机械中配备充放电装置，对伴随发动机的驱动而旋转驱动的发电电动机，供给(放电)来自电容器的电力，将动作中的发动机作为负载使发电电动机驱动，从而能够将蓄积在电容器中的电荷放电(电荷释放)。
此外，在专利文献1中记载了以下内容：将发动机作为负载来使其驱动，通过对发电电动机以及升压器进行电流控制以及电压控制，由此能迅速地进行电容器的电荷释放。另外，在专利文献2中记载了以下内容：进行将发动机作为负载用行驶用电池驱动发动机启动用马达的放电控制以及用发动机对发动机启动用马达进行旋转驱动来对行驶用电池进行充电的充电控制的任一控制，基于此时的电池电流以及电压算出电池的IV特性，由此来调查电池的劣化状态。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/111649号
专利文献2：JP特开2000-270408号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在将发动机作为负载进行上述的电容器的电荷释放的情况下，其后，为了使混合动力作业机械的运转停止，作业者(操作人员或者维修人员)将作为发动机启动或者发动机停止的指令输出单元发挥功能的钥匙开关操作为关断，使发动机停止。钥匙开关采用下述的开关：通过将钥匙插入锁芯并旋转动作，从而能进行发动机启动或者发动机停止；或者通过按钮操作来进行发动机启动或发动机停止。在钥匙开关是如前述那样插入钥匙并旋转动作的开关的情况下，在旋转动作的旋转方向，设定关断(OFF)的位置、开启(ON)的位置、开始(start)的位置，若钥匙被操作到关断的位置则发动机停止，若操作到开启的位置，则各电气系统为通电状态，若从开启的位置进一步使钥匙旋转动作到开始的位置，则用于启动发动机的启动器(发动机启动用电动机)旋转驱动使发动机启动。
但是，存在进行电容器或其周边设备的维护作业等的作业者进行下述的作业等的情况：如上述那样识别为电荷释放结束将钥匙开关操作到关断的位置(将钥匙旋转动作到关断的位置)，所以判断发动机停止，在该判断后，使混合动力作业机械的驾驶室中配备的用于显示混合动力作业机械的累积运转时间和燃料余量等的机械状态的监视器装置起动，确认这些机械状态。即，存在作业者在该确认作业中为了向监视器装置提供电源而将钥匙开关操作到开启的位置(将钥匙旋转动作到开启的位置)情况。此时，若将钥匙开关操作到开启的位置，而没有将钥匙操作(旋转动作)到开始的位置，则启动器(发动机启动用电动机)没有进行旋转驱动，发动机没有启动，但此时发动机的燃料喷射系统被通电，向发动机的燃烧室内供给燃料。
因此，由于钥匙开关被操作到关断的位置，从而从燃料喷射装置向发动机的燃料的供给停止，发动机转速减少，但在该发动机转速的减少过程中，通过将钥匙开关操作到开启的位置(没有操作到开始的位置，启动器没有被旋转驱动的操作)，从而从燃料喷射装置向发动机供给燃料，在该时刻，若发动机以某种程度的发动机转速驱动，则在发动机的燃烧室内产生燃料的爆发现象，发动机转速上升。这里，在电容器与发电电动机、或者电容器与其他电动执行机构之间控制电能的授受的控制器，将钥匙开关在开启的位置的状态、并且从检测发动机转速的旋转传感器接收到的发动机转速超过了规定的发动机转速的状态作为条件，对电容器进行再充电。
即，规定的发动机转速是指，发动机转速是否因在钥匙开关被操作到关断的位置后，仅通过将钥匙开关操作到开启的位置而被提供给发动机的燃料而上升的分歧点的转速，在比规定的发动机转速低的状态时，即使钥匙开关被操作到开启的位置而向发动机供给了燃料，因发动机的曲轴或发电电动机的转子轴的摩擦阻力(旋转阻力)等，发动机转速不会上升。即，在钥匙开关被操作到关断的位置后，在发动机转速超过规定的发动机转速的状态下若钥匙开关被操作到开启的位置，则发动机转速上升，与发动机机械式结合的发电电动机旋转驱动而发电，引起了电容器被再充电的现象。
即，即使在电容器的电荷释放结束(放电结束)状态下，若在该电荷释放结束之后马上成为发动机转速在规定的转速以上的状态，则产生在电容器中进行作业者不想要的充电(再充电)的情况，存在妨碍电容器的维护作业等的问题。即，若在车载状态下实施了电荷释放的电容器被再充电的状态下，在为了进行电容器的更换或检查而从混合动力作业机械取下电容器时或取下之后妨碍维护作业等。在进行为了确认电容器的劣化状态而测量电容器的电荷量这样的检查作业的情况下，若在电容器中残留电荷，则必须进行再度的放电处理(电荷释放)的作业。另外，在要将从混合动力作业机械取下的电容器废弃的情况下，与一般的二次电池相同，若在电容器残留电荷，则在用于废弃的分解作业、搬运作业之前必须进行放电处理(电荷释放)的作业。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种蓄电器的充放电控制装置、蓄电器的充放电控制方法以及具备蓄电器的充放电控制装置的混合动力作业机械，在蓄电器的电荷释放后，能可靠地防止在蓄电器中进行作业者不希望的充电。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，实现目的，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其执行作业机械中的蓄电器的充放电控制，该作业机械具备：上述蓄电器，其能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构；和控制器，其控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，其中，上述控制器进行如下充放电控制：在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且在使上述蓄电器放电结束后，以将规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述控制器在从上述蓄电器的放电结束后到将上述规定发动机转速以下的状态维持上述规定时间为止的期间，进行禁止上述蓄电器的再充电的充放电控制。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述规定发动机转速以下的状态是通过对上述发动机的启动与停止进行指示的指令输出单元指示发动机停止后。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述规定发动机转速是：在通过对上述发动机的启动与停止进行指示的指令输出单元进行了发动机停止后，操作上述指令输出单元，若向上述发动机供给燃料的燃料喷射装置向上述发动机供给燃料，则上述发动机转速上升的转速。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其执行作业机械中的蓄电器的充放电控制，该作业机械具备：上述蓄电器，其能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构；和控制器，其控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，其中，上述控制器进行如下充放电控制：在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且在使上述蓄电器放电结束后，以接收到将上述蓄电器的再充电禁止解除的解除信号作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述控制器在从上述蓄电器的放电结束后，到接收将蓄电器的再充电禁止解除的解除信号为止的期间，进行禁止上述蓄电器的再充电的控制。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述解除信号是通过操作单元的操作而生成的信号。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，在上述的发明中，上述蓄电器的放电结束是判断上述蓄电器的电压在规定值以下的状态经过了规定时间的时刻来进行充放电控制的。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制方法，执行作业机械中的蓄电器的充放电控制，该作业机械具备：上述蓄电器，其能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构；和控制器，其控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，其中，上述控制器进行如下充放电控制：在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且在使上述蓄电器放电结束后，以将规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
另外，本发明所涉及的蓄电器的充放电控制方法，其执行作业机械中的蓄电器的充放电控制，该作业机械具备：上述蓄电器，其能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构；和控制器，其控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，其中，上述控制器进行如下充放电控制：在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且在使上述蓄电器放电结束后，以接收到将上述蓄电器的再充电禁止解除的解除信号作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
另外，本发明所涉及的具备蓄电器的充放电控制装置的混合动力作业机械，其具备上述发明中的任一项所述的蓄电器的充放电控制装置。
根据本发明，在对搭载于混合动力作业机械的蓄电器，执行了在车载的状态下进行的蓄电器的电荷释放的处理后，使发动机停止，其后，将不对发动机提供启动指令的状态、且发动机在规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电，或者在上述蓄电器的电荷释放结束后，以接收到将蓄电器的再充电禁止解除的解除信号作为条件，进行允许上述蓄电器的再充电的控制，所以在蓄电器的电荷释放后，能可靠地防止对蓄电器进行作业者不希望的充电。
附图说明
图1是表示作为作业机械的一个例子的混合动力液压式挖掘机的整体构成图。
图2是表示混合动力液压式挖掘机的主要构成与主要构成间的关系的包括电路以及液压油路的示意图。
图3是表示本发明的实施方式1的电容器充放电控制部进行的电容器充放电控制处理顺序的流程图。
图4是表示本发明的实施方式1的电容器充放电控制部进行的电容器充放电控制处理的一个例子的时序图。
图5是表示本发明的实施方式1的监视器装置的画面显示的一个例子的图。
图6是表示本发明的实施方式2的电容器充放电控制部进行的电容器充放电控制处理顺序的流程图。
图7是表示本发明的实施方式2的电容器充放电控制部进行的电容器充放电控制处理的一个例子的时序图。
图8是表示本发明的实施方式2的监视器装置的画面显示的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
(实施方式1)
首先，图1以及图2表示作为混合动力作业机械的一个例子的混合动力液压式挖掘机1的整体构成。此外，在不是混合动力的只是作业机械的概念中，包括液压式挖掘机、推土机、自动卸货卡车、车轮加载器等的建设机械，将这些建设机械中配备了混合动力特有构成的机械称作混合动力作业机械。该混合动力液压式挖掘机1具备车辆主体2与作业机3。车辆主体2具有下部行驶体4与上部旋转体5。下部行驶体4具有一对行驶装置4a。各行驶装置4a具有履带4b。各行驶装置4a是通过图2所示的右行驶用液压马达34与左行驶用液压马达35的旋转驱动使履带4b驱动而使混合动力液压式挖掘机1行驶的装置。
上部旋转体5能够回转地设置在下部行驶体4上，回转电动机23与回转机构24(减速机)的驱动轴连结，回转电动机23的旋转力经由回转机构24传递，传递的旋转力经由未图示的回转小齿轮或回转循环等传递到上部旋转体5而使上部旋转体5旋转。另外，在上部旋转体5设有驾驶室6。上部旋转体5具有燃料箱7、工作油箱8、发动机室9与平衡物(counterweight)10。燃料箱7蓄积用于驱动发动机17的燃料。工作油箱8存积对大臂用液压油缸14、小臂用液压油缸15、铲斗用液压油缸16等的液压油缸、以及右行驶用液压马达34、左行驶用液压马达35等的液压马达(液压执行机构)这样的液压设备，从液压泵18排出的工作油。在发动机室9，收纳着发动机17、液压泵18、发电电动机19、电容器25等的各种设备。平衡物10被配置在发动机室9的后方。
作业机3被安装在上部旋转体5的前部中央位置，具有大臂11、小臂12、铲斗13、大臂用液压油缸14、小臂用液压油缸15以及铲斗用液压油缸16。大臂11的基端部能摆动地与上部旋转体5连结。另外，大臂11的与基端部的相反一侧的前端部能够旋转地与小臂12的基端部连结。小臂12的与基端部的相反一侧的前端部能够旋转地与铲斗13连结。另外，铲斗13经由连杆与铲斗用液压油缸16连结。大臂用液压油缸14、小臂用液压油缸15以及铲斗用液压油缸16是通过从液压泵18排出的工作油而进行伸缩动作的液压油缸(液压执行机构)。大臂用液压油缸14使大臂11摆动动作。小臂用液压油缸15使小臂12摆动动作。铲斗用液压油缸16使铲斗13摆动动作。
在图2中，混合动力液压式挖掘机1具有作为驱动源的发动机17、液压泵18、发电电动机19。作为发动机17使用柴油发动机，作为液压泵18采用可变容量型液压泵，例如通过使斜板18a的倾转角变化而使泵容量变化的斜板式液压泵。在发动机17配备用于检测发动机转速的旋转传感器41，表示旋转传感器41检测出的发动机转速的信号被输入到混合动力控制器C2。旋转传感器41接受来自未图示的电池的电力进行动作，只要后述的钥匙开关31被操作到开启(ON)或者开始(ST)的位置，就检测发动机17的发动机转速。在发动机17的驱动轴20上机械式地结合液压泵18以及发电电动机19，通过发动机17驱动，液压泵18以及发电电动机19进行驱动。作为液压驱动系统，具有操作阀33、大臂用液压油缸14、小臂用液压油缸15、铲斗用液压油缸16、右行驶用液压马达34、左行驶用液压马达35等，液压泵18成为向液压驱动系统供给工作油的工作油供给源，来驱动这些液压设备。此外，操作阀33是流量方向控制阀，根据操作杆32的操作方向使未图示的滑阀移动，限制工作油向各液压执行机构的流动方向，将与操作杆32的操作量对应的工作油，提供给大臂用液压油缸14、小臂用液压油缸15、铲斗用液压油缸16、右行驶用液压马达34、左行驶用液压马达35等液压执行机构。
电气驱动系统由以下部分构成：经由电力电缆与发电电动机19连接的驱动器21；经由导线束与驱动器21连接的逆变器22；在驱动器21与逆变器22间，经由导线束而设置的升压器26；经由接触器27(电磁接触器)与升压器26连接的电容器25；经由电力电缆与逆变器22连接的回转电动机23等。此外，接触器27通常将电容器25与升压器26的电路关闭而成为能通电的状态。另一方面，混合动力控制器C2通过检测出漏电等判断为需要断开电路，在进行了该判断时，向接触器27输出用于将能通电状态切换为切断状态的指示信号。然后，从混合动力控制器C2接受到了指示信号的接触器27将电路断开。
回转电动机23如上述那样与回转机构24机械式地连结。发电电动机19发出的电能或者蓄积在电容器25中的电能成为回转电动机23的电力源，经由回转机构24使上部旋转体5旋转。即，回转电动机23通过利用从发电电动机19或者电容器25供给的电能进行动力运行作用来使上部旋转体5旋转加速，在上部旋转体5旋转减速时回转电动机23进行再生作用，将由该再生作用发出的电能供给(充电)到电容器25中。
另外，发电电动机19将发出的电能供给(充电)到电容器25中的同事，根据状况向回转电动机23供给电能。作为该发电电动机19，例如采用SR(开关磁阻)马达。此外，也可以不使用SR马达，而使用利用了永磁铁的同步电动机也能起到向电容器25或回转电动机23供给电能的作用，但在使用了SR马达的情况下，由于SR马达不使用含高价的稀有金属的磁铁，所以在节约成本方面很有效。发电电动机19与发动机17的输出轴20机械式地结合，通过发动机17的驱动使发电电动机19的转子轴旋转。
升压器26对经由驱动器21、逆变器22而被供给到发电电动机19、回转电动机23的电能(蓄积到电容器25中的电荷)的电压进行升压。升压后的电压在对回转电动机23或者发动机17的输出进行辅助时被施加给发电电动机19。此外，升压器26也具有在将由发电电动机19或者回转电动机23发出的电能向电容器25进行充电之际使电压下降的作用。
此外，发电电动机19以及回转电动机23在基于混合动力控制器C2的控制下，分别通过驱动器21、逆变器22而进行扭矩控制。蓄积到电容器25中的电能的量(电荷量或者电容)可以将电压的大小作为指标进行管理，为了检测其电压的大小而在电容器25的规定的输出端子设置了电压传感器28。电压传感器28检测到的电压被作为电信号发送到混合动力控制器C2，混合动力控制器C2监视电容器25的充电量(电能的量(电荷量或者电容))，执行将发电电动机19发出的电能向电容器25供给(充电)、或者向回转电动机23供给(用于动力运行作用的电力供给)这样的能量管理。
另外，电容器25例如采用双电层电容器。也可以取代电容器25，而使用锂离子电池、镍氢电池等，作为其他二次电池发挥功能的蓄电器。并且，作为回转电动机23，例如使用永磁式同步电动机。
液压驱动系统以及电气驱动系统根据设置于车辆主体2上的驾驶室6的内部所设置的作业机杆、行驶杆、回转杆等的操作杆32的操作进行驱动。在混合动力液压式挖掘机1的操作人员操作了作为用于使上部旋转体5回转的操作单元而发挥功能的操作杆32(回转杆)的情况下，回转杆的操作方向以及操作量通过电位计、先导压力传感器等来检测，检测到的操作量作为电信号被发送到控制器C1，进一步被发送到混合动力控制器C2。在操作了其他操作杆32的情况下也同样将电信号发送到各控制器。根据该回转杆的操作方向以及操作量或者其他操作杆32的操作方向、操作量，控制器C1、混合动力控制器C2为了对回转电动机23的旋转动作(动力运行作用或者再生作用)、电容器25的电能的管理(用于充电或者放电的控制)、发电电动机19的电能的管理(发电或者发动机输出的辅助，对回转电动机23的动力运行作用)这样的电力的授受进行控制(能量管理)，而执行逆变器22、升压器26、驱动器21的控制。
在驾驶室6内，除了操作杆32之外，还设置监视器装置30以及钥匙开关31。监视器装置30由液晶面板、操作按钮等构成。另外，监视器装置30也可以是综合了液晶面板的显示功能与操作按钮的各种信息输入功能的触摸面板。监视器装置30是信息输入输出装置，其具有将表示混合动力液压式挖掘机1的动作状态(发动机水温的状态、液压设备等的故障有无状态、燃料余量等的状态等)的信息通知给操作人员或维修人员的功能，并且具有对混合动力液压式挖掘机1进行操作人员所希望的设定、指示(发动机的输出等级设定、行驶速度的速度等级设定等，或者后述的电容器电荷释放指示)的功能。
钥匙开关31是以锁芯为主要构成部件的装置，是发出以下指令的装置：通过将钥匙插入锁芯、使钥匙旋转动作，从而使附属设置在发动机17的启动器(发动机启动用电动机)启动，使发动机驱动(发动机启动)，或者在发动机驱动中通过使钥匙向与发动机启动相反的方向旋转动作，从而使发动机停止(发动机停止)。所谓的钥匙开关31是输出向发动机17、混合动力作业机械1的各种电气设备的指令的指令输出单元。若为了使发动机停止，对钥匙进行旋转动作(具体而言操作到后述的关断的位置)，则对发动机17的燃料供给、从未图示的电池向各种电气设备的电气的供给(通电)被切断，发动机停止。如图2所示，钥匙开关31在使钥匙旋转动作时的位置为关断(OFF)时，切断从未图示的电池向各种电气设备的通电，在钥匙的位置为开启(ON)时，进行从未图示的电池向各种电气设备的通电，在进一步从该位置使钥匙旋转动作而使钥匙位置为开始(ST)时，能经由控制器C1使未图示的启动器启动，使发动机启动。在发动机17启动后、发动机驱动中，钥匙旋转位置处于开启(ON)的位置。
此外，也可以不是上述那样的以锁芯为主要构成部件的钥匙开关31，而是其他指令输出单元，例如按钮式的钥匙开关。即，也可以如下述那样发挥功能的开关：若在发动机停止的状态下按压一次按钮则开启(ON)，若进一步按压按钮则开始(ST)，若在发动机驱动中按压按钮则关断(OFF)。另外，也可以下述那样的开关：在发动机停止的状态下，以规定的时间内持续按压按钮作为条件，从关断(OFF)变为开始(ST)，来使发动机启动。
控制器C1由CPU(数值运算处理器)等的运算装置、存储器(存储装置)构成。控制器C1基于从监视器装置30输出的指示信号、对应于钥匙开关31的钥匙位置而输出的指示信号以及对应于操作杆32的操作而输出的指示信号(表示上述的操作量、操作方向的信号)，来控制发动机17以及液压泵18。发动机17是能基于共轨式的燃料喷射装置40进行电子控制的发动机，通过由控制器C1将燃料喷射量适当地进行控制，能得到所期望的发动机输出，能根据混合动力液压式挖掘机1的负载状态设定发动机转速以及能输出的扭矩。
混合动力控制器C2在与控制器C1的协调控制下，如上述那样控制驱动器21、逆变器22、升压器26，控制发电电动机19、回转电动机23以及电容器25的电能的授受。混合动力控制器C2具有电容器充放电控制部C21。在电容器25或其周边设备的维护作业时等，电容器充放电控制部C21执行用于进行后述的电容器充放电控制处理的控制程序。
这里，参照图3所示的流程图，说明实施方式1的电容器充放电控制部C21所进行的电容器充放电控制处理。在开始电容器充放电控制处理时，发动机17处于驱动中。如后所述为了将发动机17作为负载消耗(放电)蓄积在电容器25中的电能，发动机17进行驱动。如图3所示，电容器充放电控制部C21首先判断是否有电荷释放的指示(步骤S101)。该电荷释放的指示是指，操作人员或者维修人员(以下，统称为作业者)通过操作在监视器装置30上设置的规定的操作按钮从而生成指示信号，指示信号经由控制器C1被输入到电容器充放电控制部C21。具体而言，进行电容器25或其周边设备的维护作业等的作业者在发动机17驱动中操作在监视器装置30的监视器画面上或者监视器装置30或者其附近配置的操作按钮，对特定的密码等进行输入操作，使监视器画面(显示了发动机水温、燃料余量等的通常画面)变为维护画面。其后，为了从该维护画面选择电容器的电荷释放的项目，在监视器装置30为触摸面板的情况下，用手指按压在监视器画面上显示的表示电容器电荷释放的项目的部分，在监视器装置30不是触摸面板的情况下，通过操作在监视器装置30配备的操作按钮或者在监视器装置30的附近配置的操作按钮，由此生成指示电荷释放的指示信号，该指示信号被发送到控制器C1。
在有该电荷释放的指示的情况下(步骤S101，是)，电容器充放电控制部C21成为放电模式(步骤S102)，将接触器27设为开启状态从电容器25向升压器26通电，为了控制升压器26以及驱动器21，使蓄积在电容器25中的电能由发电电动机19消耗(放电)，而使发电电动机19驱动，将发动机17作为负载实行电容器25的电荷释放。其后，电容器充放电控制部C21判断电荷释放是否结束(步骤S103)。对在该步骤S103中进行的判断进行说明。电容器25的电容器电压由电压传感器28依次检测，混合动力控制器C2接收表示由电压传感器28检测到的电容器电压的信号，在电容器电压在规定值Vth以下的状态持续了规定时间ΔT1的情况下，电容器充放电控制部C21判断为电荷释放已经结束。
然后，在该电荷释放结束了的情况下(步骤S103，是)，转移到电荷释放结束(放电结束)模式(步骤S104)。该电荷释放结束模式是禁止电容器25的再充电的模式。即，在是电荷释放结束模式的情况下，在钥匙开关31暂时被操作到关断的位置后即使钥匙开关31被操作到开启的位置或者开始的位置，电容器充放电控制部C21对驱动器21或者逆变器22生成由发电电动机19发出的电能不被充电到电容器25中那样的联锁控制信号(再充电禁止信号)，并且对再充电禁止信号进行输出维持。
此外，若电荷释放结束，则在监视器装置30的监视器画面W1上，如图5所示，显示电荷释放已经结束的显示、应将钥匙开关31关断(OFF)的引导显示。然后，通过将钥匙开关31操作到关断的位置，从而燃料喷射装置40停止向发动机17的燃料供给，发动机转速降低。此外，如图5所示，基于电压传感器28检测的电容器电压，用数值在监视器画面W1上显示电容器充电率。电容器充电率是指，将满充电设为100％，若电容器电压在规定值Vth以下则为0％，用百分率的数值表示蓄积在电容器25中的电能的量。通过进行这样的数值显示，从而作业者能识别电容器25的充电状态。
其后，电容器充放电控制部C21判断发动机转速在规定值Nth1以下的状态是否持续了规定时间ΔT2(步骤S105)。在由旋转传感器41检测到的发动机转速在规定值Nth1以下的状态下持续了规定时间ΔT2的情况下(步骤S105，是)，转移到再充电允许模式(步骤S106)。该再充电允许模式是指允许向电容器25的再充电的模式。这里，将规定值Nth1与钥匙开关31以及发动机17的动作状态建立关联进行以下说明。在钥匙开关31被操作到关断(OFF)的位置后，在发动机17以超过该规定值Nth1的发动机转速进行着驱动的状态下，钥匙开关31被操作到开启(ON)的位置，但在未图示的启动器没有启动的状态(即，钥匙开关31没有旋转动作到开始(ST)的位置的状态)下，燃料喷射装置40向发动机17的燃烧室供给燃料。燃料喷射装置40与钥匙开关31被操作到开启(ON)的位置这一事件连动地将燃料供给到发动机17的燃烧室。在该状态下，发动机17没有处于通常的连续驱动中，所以没有从控制器C1收到发动机输出(目标发动机转速、目标扭矩)的指示信号，但发动机17自身在以规定值Nth1以上的旋转进行驱动时接受燃料供给，在燃烧室中引起燃料的燃烧。其结果，引起了发动机17虽然没有从控制器C1收到指示信号，但发动机转速独立地上升这一现象。若在发动机转速低于规定值Nth1的状态下，则即使向发动机17进行燃料供给，由于曲柄轴的旋转阻力、发电电动机19的转子轴的旋转阻力等的负载，不会出现发动机转速独立地上升的情况。因此，规定值Nth1根据发动机17或者发电电动机19的种类、构造等的不同而值本身也不同，也可以说取决于发动机17等的固有的特性，但规定值Nth1是如上述那样在发动机停止后钥匙开关31被操作到开启(ON)的位置的情况下成为发动机转速上升与否的分歧的转速。因此，在发动机转速在规定值Nth1以下的情况下，即使钥匙开关31被操作到开启(ON)的位置，发动机17也不会独立地使发动机转速上升。
其后，电容器充放电控制部C21判断是否满足充电开始条件(步骤S107)。该充电开始条件是指，以是再充电允许模式为前提，以钥匙开关31在开启(ON)或者开始(ST)的位置，并且发动机转速在规定值Nth2以上为条件。此外，与上述的规定值Nth1相比规定值Nth2是作为大的值而设定的值，所述2个设定值是比维持空转状态的发动机转速Ni小的值。在该再充电允许模式下，在满足充电开始条件的情况下(步骤S107，是)，开始向电容器25的再充电(步骤S108)。即，电容器充放电控制部C21控制驱动器21，进行将发电电动机19发出的电能(电荷)经由升压器26积蓄(充电)到电容器25中的处理。其后，转移到步骤S101并反复上述的处理。此外，在判断为步骤S101为否，步骤S103为否，步骤S105为否，步骤S107为否的情况下，分别反复步骤S101、S103、S105、S107的判断处理。
这里，参照图4所示的时序图，对实施方式1的具体的电容器充放电控制处理进行说明。图4(a)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示电容器电压(V)的变化。图4(b)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示发动机转速(N)的变化。图4(c)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示钥匙开关31被操作的位置的变化。图4(d)所示的时序图中，横轴取时间，表示电容器充放电控制装置C21的模式变化。
如图4所示，若在时刻t1有电容器25的电荷释放的指示，则电容器充放电控制装置C21成为放电模式，按照成为发动机17维持空转状态的规定值Ni(例如800rpm)的方式，由控制器C1以及混合动力控制器C2控制发动机转速N，将发动机17作为负载开始并执行电荷释放。此外，规定值Ni也可以不是以空转的定义设定的转速，也可以设定为其他转速。在执行电荷释放的期间(放电模式)中，电容器电压渐渐降低，直至可以说电容器25实质上为放电结束状态的等级那样的电容器电压(规定值Vth(预先设定的电压，例如，10V))。在从该电容器电压成为规定值Vth的时刻t2开始维持了预先设定了该规定值Vth以下的状态的规定时间ΔT1(例如，10分)的时刻t3，电容器充放电控制部C21判断电荷释放已经结束，将模式从放电模式转移到电荷释放结束模式。若转移到该电荷释放结束模式，则控制器C1从混合动力控制器C2接收表示已经转移到电荷释放结束模式的信号，控制器C1对监视器装置30输出控制信号，该控制信号如图5所示，用于在监视器画面W1上显示“电荷释放结束”、和“应将钥匙开关关断的引导以及电容器充电率”(以下，将这样的显示称作电荷释放结束的引导显示)。
作业者通过按照该电荷释放结束的引导显示在时刻t4将钥匙开关31操作到关断的位置，从而发动机转速从空转状态(发动机转速Ni)开始渐渐降低。与钥匙开关31被操作到关断的位置这一事件连动，在发动机驱动中控制器C1对燃料喷射装置40输出的燃料供给指示信号中断，所以发动机转速降低，但直到惯性力消失之前发动机转速不会变为0。经过时间直到时刻t5，发动机转速降低到规定值Nth1(例如，300rpm)，该规定值Nth1如上述那样是预先设定的并成为发动机17是否独立地旋转驱动的分歧点。若从时刻t5开始将发动机转速N在规定值Nth1以下的状态维持预先设定的规定时间ΔT2(例如，1秒)，则可以看做发动机17为完全停止的状态(发动机停止状态)。在该发动机停止状态下，即使钥匙开关31被操作到开启的位置，发动机转速也不会达到规定值Nth2以上，不对电容器25进行再充电。其后，在经过了该规定时间ΔT2后的时刻t6，电容器充放电控制部C21将模式从电荷释放结束模式转移到再充电允许模式。即，再充电允许模式是允许向电容器25的再充电的模式，解除输出维持的再充电禁止信号。
若在该再充电允许模式有效的时刻(例如时刻t7)，钥匙开关31被从关断的位置操作到开启的位置，进一步进行将钥匙旋转动作到开始的位置的操作，则在时刻t8启动器被起动，发动机17启动。钥匙开关31在如上述那样被操作到开始(ST)的位置后，被保持在开启(ON)的位置，发动机17继续驱动，发动机转速N上升。在发动机17的启动后，在时刻t9，若发动机转速N达到预先设定的规定值Nth2(例如，500rpm)，则电容器充放电控制部C21判断为具备了充电开始条件，为了将由发电电动机19发出的电能再充电到电容器25中，控制驱动器21以及升压器26，并进一步控制逆变器22。其结果，电容器电压V渐渐上升。这样将钥匙开关31操作到开启位置、进一步操作到开始位置而使启动器起动这一动作，表现了作业者执行再充电的意思，进行作业者的意思与控制内容一致的电容器25的充放电控制。
在该实施方式1中，从电容器25的电荷释放结束后(图4所示的时刻t3，放电结束)开始，将起因于发动机17等固有的特性的成为发动机17是否独立地旋转驱动的分歧的发动机转速(规定值Nth1)以下的状态维持规定时间ΔT2为止的期间，作为电荷释放结束模式而执行不允许电容器25的再充电的控制(生成再充电禁止信号，再充电禁止信号的输出维持)，并且在电容器25的电荷释放结束后，以将发动机转速在规定值Nth1以下的状态维持了规定时间ΔT2这一事件作为条件转移到再充电允许模式，进行允许向电容器25的再充电的控制。根据这样的蓄电器的充放电控制装置、蓄电器的充放电控制方法以及具备这样的蓄电器的充放电控制装置的混合动力作业机械，能可靠地防止在电容器25的电荷释放结束后，在电容器25中进行作业者不希望的充电。
(实施方式2)
接下来，对本发明的实施方式2进行说明。在上述的实施方式1的蓄电器的充放电控制装置、蓄电器的充放电控制方法以及具备蓄电器的充放电控制装置的混合动力作业机械中，在将起因于发动机17等的固有的特性的成为发动机17是否独立地驱动的分歧的规定发动机转速(规定值Nth1)以下的状态维持规定时间ΔT2为止的期间，作为电荷释放结束(放电结束)模式进行禁止电容器25的再充电的控制，其后，转移到允许再充电的再充电允许模式。在该实施方式2中，通过电容器再充电控制部C21，将从电荷释放结束模式向再充电允许模式转移的时刻，设为接收到指示电荷释放结束模式的解除的解除信号的时刻。
图6是表示本发明的实施方式2涉及的电容器充放电控制部C21所进行的电容器充放电控制处理顺序的流程图。如图6所示，首先，步骤S201～S204与步骤S101～S104相同，在电荷释放结束后，转移到电荷释放结束模式。此外，在电荷释放结束模式中，未必一定需要将钥匙开关31操作到关断的位置，发动机转速也可以是空转状态。另外，在转移到电荷释放结束模式的时刻，图8所示的监视器画面W2被显示到监视器装置30的画面上，对是电荷释放结束模式这一意旨进行文字显示，并且用于解除该电荷释放结束模式并转移到再充电允许模式的解除按钮SW被进行图标显示。
其后，电容器充放电控制部C21判断是否接收到伴随图8所示的监视器画面W2内显示的解除按钮SW所对应的操作按钮(在监视器装置30是触摸面板的情况下，表示解除按钮SW的图标)的按压而生成的解除信号(步骤S205)。电容器充放电控制部C21在接收到解除信号的情况下(步骤S205，是)，将模式转移到再充电允许模式(步骤S206)。该再充电允许模式是指允许向电容器25的再充电的模式。
其后，判断是否满足充电开始条件(步骤S207)。充电开始条件是如下所述的条件：以模式为再充电允许模式作为前提，钥匙开关31在开启或者开始的位置，并且，发动机转速在预先设定的规定值Nth2以上。在该再充电允许模式的状态下，在充电开始条件的情况下(步骤S207，是)，开始基于发电电动机19的发电而向电容器25的再充电(步骤S208)。即，电容器充放电控制部C21控制驱动器21、逆变器22，进行将发电电动机19发出的电能(电荷)经由升压器26积蓄(充电)到电容器25中的处理。其后，转移到步骤S201，并根据后面的必要反复上述的处理。此外，在判断为步骤S201为否，步骤S203为否，步骤S205为否，步骤S207为否的情况下，分别反复步骤S201、S203、S205、S207的判断处理。
这里，参照图7所示的时序图，对实施方式2的具体的电容器充放电控制处理进行说明。在图7(a)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示电容器电压(V)的变化。在图7(b)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示发动机转速(N)的变化。在图7(c)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示钥匙开关31被操作的位置的变化。在图7(d)所示的时序图中，横轴取时间，纵轴表示解除信号的输出变化(开启或者关断)。在图7(e)所示的时序图中，横轴取时间，表示电容器充放电控制部C21的模式变化。
如图7所示，若在时刻t1有电容器25的电荷释放的指示，则电容器充放电控制部C21设定放电模式，发动机17发动机转速N通过控制器C1被控制为与空转状态相当的预先设定的规定值Ni(例如800rpm)，将发动机17作为负载执行电荷释放。其后，电容器电压V渐渐降低，在从可以说电容器电压实质为放电结束状态的等级那样的电容器电压(作为预先设定的电压的规定值Vth(例如，10V))的时刻t2开始将该规定值Vth以下的状态维持了预先设定的规定时间ΔT1(例如，10分)的时刻t3，电容器充放电控制部C21判断电荷释放结束。然后，电容器充放电控制部C21将模式从放电模式转移到电荷释放结束模式。若转移到电荷释放结束模式，则在监视器画面W2上显示电荷释放已经结束的意旨与表示解除按钮SW的图标(参照图8)。在监视器装置30为触摸面板的情况下，只要不按压表示该解除按钮SW的图标(操作单元)，就维持电荷释放结束模式，禁止再充电。在配备了与解除按钮SW对应的操作按钮的情况下，只要不按压与解除按钮SW对应的操作按钮，就维持电荷释放结束模式，禁止再充电，上述操作按钮是监视器装置30所具备的操作按钮(操作单元)或者在监视器装置30的附近配置的操作按钮(操作单元)。
若作业者按压解除按钮SW，则生成按压信号(解除信号ON)，按压信号经由控制器C1被发送到电容器充放电控制部C21。其结果，电容器充放电控制部C21在进行了该按压的时刻t13，将模式从电荷释放结束模式转移到再充电允许模式。即，转移到允许向电容器25的再充电的模式。如图7所示，在时刻t11钥匙开关31被操作到关断的位置，发动机转速从Ni降低了若干后，钥匙开关31被操作到开启的位置，发动机17从燃料喷射装置40接受燃料供给发动机转速N上升发动机转速N在Nth2以上的状态的情况(发动机独立地驱动的情况)被认为是当前的状况。在这样的状况下，在经过时间电容器充放电控制部C21接受解除信号而使模式转移到再充电允许模式的时刻t13，发动机转速在规定值Nth2以上，并且钥匙开关31也在开启的位置，所以满足充电开始条件(图6的步骤S207的判断为是)，立即开始再充电，电容器电压V渐渐上升。该作业者进行的按压解除按钮SW的操作表达了作业者执行再充电的意思，进行作业者的意思与控制内容一致的电容器25的充放电控制。
如图7所示，即使在模式为电荷释放结束模式、在时刻t11将钥匙开关31操作到关断的位置，在时刻t12将钥匙开关31操作到开启的位置，也不是再充电允许模式，所以不会进行向电容器25的再充电。即使在时刻t11与t12之间很短那样的不管钥匙开关31的操作的电瞬断，即，钥匙开关31从开启电切换到关断、其后返回到开启的情况下也一样。
在该实施方式2中，在从电容器25的电荷释放结束后(放电结束)，到电容器充放电控制部C21接收通过解除按钮SW的按压而解除电容器25的再充电禁止的解除信号为止的期间，进行禁止电容器25的再充电的控制，并且在电容器25的电荷释放结束后，将电容器充放电控制部C21接收到解除电容器25的再充电禁止的解除信号作为条件，转移到再充电允许模式，由发电电动机19进行允许向电容器25的再充电的控制，所以在电容器25的电荷释放后，能可靠地防止在电容器25中进行作业者不希望的充电。
此外，在上述的实施方式2中，对作为产生解除信号的单元，设置了监视器画面上的解除按钮SW的图标或者操作按钮这样的操作单元的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以通过其他操作单元来实现。例如，解除信号的产生也可以是：通过操作特定的操作杆32而生成的操作杆信号、与钥匙开关31分开地设置在驾驶席的下部等使发动机17停止的发动机停止开关的开启信号、或者在混合动力液压式挖掘机1设置接收装置来接收从混合动力液压式挖掘机1外部输入的无线信号。
此外，在以上说明的实施方式1或者实施方式2中，说明了将蓄电器的充放电控制装置或者蓄电器的充放电控制方法应用到混合动力液压式挖掘机的例子，但也可以应用于其他建设机械。例如也可以应用于在行驶机构中设置了通过发动机驱动发电电动机、将由发电电动机发出的电能蓄积到电容器或者锂离子电池等的蓄电器、接收来自蓄电器的电能的供给来进行旋转动作的电动机的推土机、车轮加载器等。这是因为即使在这样的建设机械中，在蓄电器的检查或修理、更换时，也需要可靠地进行蓄电器的电荷释放(放电)，需要可靠地防止进行作业者不希望的充电。
符号说明
1混合动力液压式挖掘机
2车辆主体
3作业机
4下部行驶体
5上部旋转体
11大臂
12小臂
13铲斗
14大臂用液压油缸
15小臂用液压油缸
16铲斗用液压油缸
17发动机
18液压泵
18a斜板
19发电电动机
20驱动轴
21驱动器
22逆变器
23回转电动机
24回转机构(swingmachinery)
25电容器
26升压器
27接触器
28电压传感器
30监视器装置
31钥匙开关
32操作杆
34右行驶用液压马达
35左行驶用液压马达
40燃料喷射装置
41旋转传感器
C1控制器
C2混合动力控制器
C21电容器充放电控制部

Claims (11)

1.一种蓄电器的充放电控制装置，其执行具备蓄电器和控制器的作业机械中的上述蓄电器的充放电控制，上述蓄电器能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构，上述控制器控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，
其中，上述控制器进行如下充放电控制：
在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且
在使上述蓄电器放电结束后，以将规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
2.根据权利要求1所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述控制器在从上述蓄电器的放电结束后到将上述规定发动机转速以下的状态维持上述规定时间为止的期间，进行禁止上述蓄电器的再充电的充放电控制。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述规定发动机转速以下的状态是通过对上述发动机的启动与停止进行指示的指令输出单元指示发动机停止后。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述规定发动机转速是：在通过对上述发动机的启动与停止进行指示的指令输出单元进行了发动机停止后，操作上述指令输出单元，若向上述发动机供给燃料的燃料喷射装置向上述发动机供给燃料，则上述发动机转速上升的转速。
5.一种蓄电器的充放电控制装置，其执行具备蓄电器和控制器的作业机械中的上述蓄电器的充放电控制，上述蓄电器能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构，上述控制器控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，
其中，上述控制器进行如下充放电控制：
在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且
在使上述蓄电器放电结束后，以接收到将上述蓄电器的再充电禁止解除的解除信号作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
6.根据权利要求5所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述控制器在从上述蓄电器的放电结束后到接收将蓄电器的再充电禁止解除的解除信号为止的期间，进行禁止上述蓄电器的再充电的控制。
7.根据权利要求5或6所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述解除信号是通过操作单元的操作而生成的信号。
8.根据权利要求1或2所述的蓄电器的充放电控制装置，其特征在于，
上述蓄电器的放电结束是判断上述蓄电器的电压在规定值以下的状态经过了规定时间的时刻来进行充放电控制的。
9.一种蓄电器的充放电控制方法，执行具备蓄电器和控制器的作业机械中的上述蓄电器的充放电控制，上述蓄电器能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构，上述控制器控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，
其中，通过上述控制器进行如下充放电控制：
在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且
在使上述蓄电器放电结束后，以将规定发动机转速以下的状态维持了规定时间作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
10.一种蓄电器的充放电控制方法，其执行具备蓄电器和控制器的作业机械中的上述蓄电器的充放电控制，上述蓄电器能够蓄积由与发动机结合的发电电动机所发出的电能，并且能够通过所蓄积的电能来驱动上述发电电动机或者其他至少1个电动执行机构，上述控制器控制上述蓄电器、上述发电电动机以及上述电动执行机构间的电能的授受，
其中，通过上述控制器进行如下充放电控制：
在上述发动机的驱动中使上述蓄电器的电能放电，并且
在使上述蓄电器放电结束后，以接收到将上述蓄电器的再充电禁止解除的解除信号作为条件，允许上述蓄电器的再充电。
11.一种混合动力作业机械，其具备权利要求1或2所述的蓄电器的充放电控制装置。
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