CN103493328B - 挖土机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种挖土机。本发明的挖土机具有：电动负载；蓄电装置，具有用于向电动负载供给电力的蓄电部（19）；及控制装置（30），控制对蓄电部（19）进行充电的量，以使蓄电部（19）的充电率在系统控制上限值与系统控制下限值之间。所述控制装置（30）根据蓄电率检测值的变化倾向控制对蓄电部（19）进行充电的量。

Description

挖土机
技术领域
本发明涉及一种具有用于向电动工作要件供给电力的蓄电装置的挖土机。
背景技术
在具有由电动马达或电动驱动器驱动的电动工作要件的挖土机上设置有用于向该电动工作要件供给电力的蓄电装置。在具有辅助引擎的电动发电机（辅助马达）的混合式挖土机上设置有包括用于对由驱动电动发电机而获得的电力进行蓄电的蓄电器或蓄电池等的蓄电装置。辅助马达被来自蓄电装置的电力驱动而辅助引擎。并且，辅助马达被引擎的动力驱动而进行发电。发电的电力在蓄电装置的蓄电器或蓄电池中被蓄电。
为了能够供给所需要的电力，蓄电装置的蓄电器或蓄电池被控制为其充电率（SOC）始终成为一定值以上。因此存在充电率（SOC）大幅下降时，为了快速提高充电率（SOC）而供给大的充电电流的情况。蓄电器或蓄电池的内部具有电阻，因此充电电流流动时会发热而成为内部电阻损耗。内部电阻损耗与电流的平方成比例变大，因此充电电流变大则内部电阻损耗急剧增大。因此，为了使内部电阻减小而有效地使用蓄电器或蓄电池，优选尽可能使充电电流减小。
在此，提出了从外部的交流电源经由功率均衡装置向电力驱动式施工机械的蓄电池供给电力的方案（例如参考专利文献1）。功率均衡装置将来自交流电源的电力的峰值电力抑制在上限值而进行均衡化之后，向蓄电池供给已均衡化的电力。具体而言，通过对充电电流设置上限值而使充电电流不超过上限值。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-114653号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
对向蓄电器或蓄电池供给的充电电流设置一个上限值，其上限值设定为较高时，若充电电流控制为比上限值稍微低的值，则内部电阻损耗变大而成为效率不佳。另一方面，上限值设定为较低时，只能使较小充电电流流动，因此导致充电速度变小，无法使充电率（SOC）维持为较高状态。
因此，希望兼顾蓄电装置的充电率（SOC）的同时控制充电电流或充电电力而有效地使用蓄电装置的蓄电部（蓄电器或蓄电池）。
用于解决技术课题的手段
根据本发明提供一种挖土机，其中，该挖土机具有：电动负载；蓄电装置，具有用于向该电动负载供给电力的蓄电部；及控制装置，控制对所述蓄电部进行充电的量，以使该蓄电部的充电率在系统控制上限值与系统控制下限值之间，所述控制装置根据蓄电率检测值的变化倾向控制对所述蓄电部进行充电的量。
发明效果
根据上述发明，由于根据蓄电装置的充电率（SOC）的变化倾向控制对蓄电装置进行蓄电的量，因此能够降低充电损耗而有效地进行蓄电。
附图说明
图1是混合式挖土机的侧视图。
图2是表示基于第1实施方式的混合式挖土机的驱动系统的结构的方块图。
图3是表示蓄电系统的结构的方块图。
图4是蓄电系统的电路图。
图5是表示挖土机工作时的电容器的充电率变化的曲线图。
图6是表示基于本发明的一实施方式的充电量控制的控制方块图。
图7是充电量控制处理的流程图。
图8是表示充电电力限制控制的一例中的充电率的变化和与其对应的充电电力限制的图。
图9是表示充电电力限制控制的另一例中的充电率的变化和与其对应的充电电力限制的图。
图10是表示基于本发明的第2实施方式的充电量控制的控制方块图。
图11是表示基于本发明的第2实施方式的充电电力限制控制的一例中的充电率的变化和与其对应的充电电力限制的图。
图12是表示基于本发明的第3实施方式的充电量控制的控制方块图。
图13是表示基于本发明的第3实施方式的充电电力限制控制的一例中的充电率的变化和与其对应的充电电力限制的图。
图14是表示串联型混合式挖土机的驱动系统的结构的方块图。
图15是表示所有驱动部通过液压进行工作的结构的混合式挖土机的驱动系统的方块图。
图16是表示电动式挖土机的驱动系统的结构的方块图。
具体实施方式
图1是表示本发明所适用的混合式挖土机的侧视图。
混合式挖土机的下部行走体1上经由回转机构2搭载有上部回转体3。上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有铲斗6。动臂4、斗杆5及铲斗6分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9被液压驱动。上部回转体3上设置有驾驶室10且搭载有引擎等动力源。
另外，能够适用本发明的挖土机不限于混合式挖土机，只要是具有蓄电装置的挖土机，例如在从外部电源供给充电电力的电力驱动式挖土机上也能够适用本发明。
图2是表示基于本发明的第1实施方式的混合式挖土机的驱动系统的结构的方块图。图2中，机械动力系统、高压液压管路、先导管路及电力驱动/控制系统分别以双重线、实线、虚线及实线来示出。
作为机械式驱动部的引擎11和作为辅助驱动部的电动发电机12分别连接于变速器13的2个输入轴。变速器13的输出轴上作为液压泵连接有主泵14及先导泵15。主泵14上经由高压液压管路16连接有控制阀17。
控制阀17为进行混合式挖土机中的液压系统的控制的控制装置。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经由高压液压管路连接于控制阀17。
电动发电机12上经由逆变器18A连接有作为蓄电器的包括电容器的蓄电系统（蓄电装置）120。蓄电系统120上经由逆变器20连接有作为电动工作要件的回转用电动机21。回转用电动机21的旋转轴21A上连接有分解器22、机械制动器23及回转变速器24。并且先导泵15上经由先导管路25连接有操作装置26。由回转用电动机21、逆变器20、分解器22、机械制动器23及回转变速器24构成负载驱动系统。
操作装置26包括操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C。操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C经由液压管路27及28分别连接于控制阀17及压力传感器29。压力传感器29连接于进行电力系统的驱动控制的控制器30。
本实施方式中，用于获得动臂再生电力的动臂再生用马达300（也称为发电机300）经由逆变器18C连接于蓄电系统120。发电机300通过由从动臂缸7吐出的工作油驱动的液压马达310被驱动。当动臂4随重力下降时，发电机300利用从动臂缸7吐出的工作油的压力，将动臂4的位能转换为电能。另外，图2中为了方便说明，液压马达310和发电机300在分开的位置示出，但实际上，发电机300的旋转轴机械连接于液压马达310的旋转轴。
即，液压马达310构成为当动臂4下降时通过从动臂缸7吐出的工作油旋转，且为了将动臂4随重力下降时的能量转换为旋转力而设置。液压马达310设置于控制阀17与动臂缸7之间的液压配管7A，能够安装于上部回转体3内的适当的位置。
由发电机300发电的电力作为再生电力经过逆变器18C供给于蓄电系统120。由发电机300和逆变器18C构成负载驱动系统。
另外，本实施方式中，用于检测动臂4的角度的动臂角度传感器7B被安装于动臂4的支承轴。动臂角度传感器7B将检测出的动臂角度θB供给于控制器30。
图3是表示蓄电系统120的结构的方块图。蓄电系统120包括作为蓄电器的电容器19、升降压转换器及DC母线110。作为第2蓄电器的DC母线110对作为第1蓄电部的电容器19、电动发电机12及回转用电动机21之间的电力的授受进行控制。电容器19上设置有用于检测电容器电压值的电容器电压检测部112和用于检测电容器电流值的电容器电流检测部113。通过电容器电压检测部112和电容器电流检测部113检测出的电容器电压值和电容器电流值被供给于控制器30。
升降压转换器100根据电动发电机12、发电机300及回转用电动机21的运行状态进行切换升压动作与降压动作的控制，以将DC母线电压值限制在一定的范围内。作为第2蓄电部的DC母线110配设于逆变器18A、18C及20与升降压转换器100之间，并进行电容器19、电动发电机12、发电机300及回转用电动机21之间的电力的授受。
返回图2，控制器30为作为进行混合式挖土机的驱动控制的主控制部的控制装置。控制器30由包括CPU（Central Processing Unit）及内部存储器的运算处理装置构成，为通过由CPU执行存储于内部存储器的驱动控制用程序来实现的装置。
控制器30将从压力传感器29供给的信号转换为速度指令来进行回转用电动机21的驱动控制。从压力传感器29供给的信号相当于表示为了驱动回转机构2而对操作装置26进行操作时的操作量的信号。
控制器30进行电动发电机12的运行控制（电动（辅助）运行或发电运行的切换），并且通过驱动控制作为升降压控制部的升降压转换器100而进行电容器19的充放电控制。控制器30根据电容器19的充电状态、电动发电机12的运行状态（电动（辅助）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）进行升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制。由此进行电容器19的充放电控制。并且，控制器30如后述还进行对电容器进行充电的量（充电电流或充电电力）的控制。
升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制根据由DC母线电压检测部111检测出的DC母线电压值、由电容器电压检测部112检测出的电容器电压值、及由电容器电流检测部113检测出的电容器电流值来进行。
如以上的结构中，辅助马达即电动发电机12发电的电力经由逆变器18A供给于蓄电系统120的DC母线110，且经由升降压转换器100供给于电容器19。回转用电动机21进行再生运行而生成的再生电力经由逆变器20供给于蓄电系统120的DC母线110，且经由升降压转换器100供给于电容器19。并且，动臂再生用发电机300发电的电力经由逆变器18C供给于蓄电系统120的DC母线110，且经由升降压转换器100供给于电容器19。
回转用电动机21的转速（角速度ω）由分解器22检测。并且，动臂4的角度（动臂角度θB）由设置于动臂4的支承轴的旋转编码器等动臂角度传感器7B检测。控制器30根据回转用电动机21的角速度ω通过运算求出推断回转再生电力（能量），并且根据动臂角度θB通过运算求出推断动臂再生电力（能量）。并且，控制器30根据通过运算求出的推断回转再生电力和推断动臂再生电力，通过运算求出SOC的再生估计目标值。控制器30以使电容器19的SOC与求出的再生估计目标值接近的方式对混合式挖土机的各部进行控制。
图4是蓄电系统120的电路图。升降压转换器100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100的输出端子106与逆变器18A、18C、20之间通过DC母线100连接。
电抗器101的一端连接于升压用IGBT102A与降压用IGBT102B之间的中间点，另一端连接于电源连接端子104中的一个上。电抗器101为了将随着升压用IGBT102A的开/关而产生的感应电动势供给于DC母线110而设置。
升压用IGBT102A及降压用IGBT102B由将MOSFET（Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor）组装于栅极部的双极晶体管构成，为能够进行大功率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对栅极端子施加PWM电压来驱动。升压用IGBT102A及降压用IGBT102B上分别并联连接有整流元件即二极管102a及102b。
电容器19是能够进行充放电的蓄电部即可，以经由升降压转换器100在与DC母线110之间进行电力的授受。另外，图4中作为第1蓄电部示出电容器19（蓄电器），但是也可以代替电容器19，用锂离子电池等能够进行充放电的二次电池（蓄电池）、锂离子电容器、或能够进行电力授受的其他形态的电源作为第1蓄电部来使用。
电源连接端子104及输出端子106是连接有电容器19及DC母线110的端子。一对电源连接端子104之间连接有检测电容器电压的电容器电压检测部112。一对输出端子106之间连接有检测DC母线电压的DC母线电压检测部111。
电容器电压检测部112检测电容器19的电压值（vbat_det）。DC母线电压检测部111检测DC母线110的电压（以下，DC母线电压：vdc_det）。平滑用电容器107是被插入于输出端子106的正极端子与负极端子之间而用于使DC母线电压平滑化的蓄电元件。通过该平滑用电容器107，DC母线110的电压被维持为预先设定的电压。电容器电流检测部113是检测在电容器19中流动的电流的值的检测构件，包括电流检测用电阻器。即电容器电流检测部113检测在电容器19中流动的电流值（ibat_det）。
在升降压转换器100中，对DC母线110进行升压时，PWM电压施加到升压用IGBT102A的栅极端子。因此，经由并联连接于降压用IGBT102B的二极管102b，随着升压用IGBT102A的开/关而产生于电抗器101的感应电动势被供给于DC母线110。由此，DC母线110被升压。
对DC母线110进行降压时，PWM电压被施加到降压用IGBT102B的栅极端子。因此，将经由降压用IGBT102B供给的再生电力从DC母线110供给于电容器19。由此，蓄积于DC母线110的电力被供给于电容器19，DC母线110被降压。
另外，实际上在控制器30与升压用IGBT102A及降压用IGBT102B之间存在生成对升压用IGBT102A及降压用IGBT102B进行驱动的PWM信号的驱动部，但图4中省略。这种驱动部能够由电子电路或运算处理装置中的任一个来实现。
如上述结构的混合式挖土机中，通过将电容器19的充电率SOC始终维持为较高状态，电容器19的电压始终维持为较高状态。若在电容器19的电压较高的状态下进行充电，则能够减小对电容器19的充电电流。因此，从基于充电电流的流动使电容器19的内部电阻损耗降低的观点来看，优选将电容器19的充电率SOC始终维持为较高的状态。
然而，在挖土机的运行时，电容器19反复进行充电/放电，电容器19的充电率始终进行变化。即为了驱动电动负载进行放电，则充电率下降，若用电动发电机12的发电电力或发电机300（动臂再生用马达）的再生电力进行充电，则充电率上升。因此，为了较高地维持电容器19的充电率，需要决定电容器19的充电率的系统控制中的上限值及下限值（称为系统控制上限值及系统控制下限值）
图5是表示挖土机工作时电容器19的充电率SOC的变化的曲线图。在图5所示的例子中，充电率SOC的系统控制上限值被设定为90%且系统控制下限值被设定为40%，但是系统控制上限值及系统控制下限值优选根据挖土机的驱动系统或电容器19的状态设定为适当的值。其中，充电率SOC将电容器19在额定电压时的充电率设为100%。
挖土机的运行开始而驱动引擎11时，能够由电动发电机12发电。在挖土机的运行中，通常若通过电容器19的电力驱动电动负载而电容器19的SOC下降，则马上进行电容器19的充电而使电容器19的SOC上升。即若挖土机开始工作，则为了驱动挖土机的电动负载，电容器19进行放电，充电率SOC下降。并且，若电动负载的驱动消失，则电容器19被充电而充电率SOC转为上升。称充电率SOC从下降转为上升的点为极小值。若从对电容器19开始充电起充电率SOC上升，则在某一时刻为了再次驱动电动负载而需要从电容器19放电。此时，充电率SOC从上升转为下降。称充电率SOC从上升转为下降的点为极大值。
通常，挖土机的工作如同掘进动作那样多为重复相同的动作，电容器19的充电率SOC的变化如图5所示那样多为重复相同的波形。在此，图5所示的例子中，向电容器19供给的充电电流中存在一定的限制，设定有充电电流的上限值。即对电容器19的充电电流被控制为在一定的上限值以下。
电容器19的充电电流的大小与充电率SOC的上升速度成比例。充电电流越大充电率SOC的上升速度越大，图5中，从充电率SOC的极小值至极大值的变化变快而能够迅速地对电容器19进行充电。但是，若向电容器19供给的充电电流过大，则会产生基于电容器19的内部电阻的发热等问题，因此充电电流中存在一定的限制，并设定有充电电流的上限值。即对电容器19的充电电流（或充电电力）被控制为在一定的上限值以下。
图5所示的例子中，每一次重复动作的充电电流（充电量）为用于维持充电率SOC的充分大小的电流，充电率SOC的平均值（极小值与极大值的中间值）逐渐上升。并且以充电率SOC的值不超过系统控制上限值的方式进行控制，充电率SOC的极大值成为接近系统控制上限值的状态。因此，图5所示的例子中，充电率SOC的平均值始终维持为较高状态。
对电容器19的充电电流越大，越能更迅速地使电容器19的充电率SOC上升，使充电率SOC轻松维持为较高状态。然而，基于充电时的电容器19的内部电阻的能量损耗与充电电流的平方所成比例变大，因此若过度提高电容器19的充电率SOC的上升率，则导致电容器19中的能量效率的下降。
因此，本发明的实施方式中，限制充电电流或充电电力的同时以尽可能使充电率SOC维持为较高状态的方式对充电电流或充电电力进行控制，而有效地利用电容器19。具体而言，在本实施方式中，根据充电率SOC的推移（变化）控制对电容器19进行充电的量（充电电流、充电电力），由此控制为充电率SOC以较高的状态进行推移。更具体而言，根据充电率（SOC）的极小值与极大值的推移（或变化倾向）阶段性地切换充电电力限制或充电电流限制，从而进行使充电率SOC维持为较高状态那样的控制。
图6是表示基于本发明的第1实施方式的充电量控制的控制方块图。充电量控制中，在运算块40中由依次输入的电容器19的充电率SOC的当前值，通过运算求出电容器19的充电率SOC的极小值和极大值。通过运算求出的极小值被输出于SOC下降判断块42，且极大值被输出至SOC维持判断块44。
在SOC下降判断块42中，由所输入的极小值的推移（变化）来判断充电率SOC是否下降。若判断为充电率SOC下降，则生成电力限制向上标记。更具体而言，在SOC下降判断块42中，对随着时间的经过依次求出的极小值与上一次求出的极小值进行比较，由此连续N次判断本次的极小值是否比上一次的极小值低（是否变小）。其中，N为任意整数（极小值的连续下降次数），例如若N=3，则判断连续3次本次的极小值是否比上一次低。电力限制向上标记是表示充电率SOC存在持续下降的倾向的标记。
并且，在SOC下降判断块42中判断被输入的极小值是否在系统控制下限值以下。若判断为极小值为系统控制下限值以下，则生成电力限制最大向上标记。电力限制最大向上标记是表示由于充电率SOC过于下降而需要快速进行充电时的标记。
另一方面，在SOC维持判断块44中，由被输入的极大值的推移（变化）来判断充电率SOC是否被维持。若判断为充电率SOC被维持，则生成电力限制向下标记。更具体而言，在SOC维持判断块44中，对随着时间的经过依次求出的极大值与上一次求出的极大值进行比较，由此连续N次判断本次的极大值是否在上一次的极大值以上（是否被维持）。其中，N为任意整数（极大值的连续上升次数），例如若N=3，则连续3次判断极大值是否被维持。电力限制向下标记是表示存在维持充电率SOC的倾向的标记。并且，在SOC维持判断块44中，对随着时间的经过依次求出的极大值与系统控制上限值进行比较，由此连续N次判断极大值是否在系统控制上限值以上（是否在维持）。其中，N为任意整数（极大值的连续上升次数），例如若N=3，则连续3次判断极大值是否维持为系统控制上限值。当极大值连续3次维持为系统控制上限值时也生成电力限制向下标记。
接着，充电电力限制切换判断块46生成切换充电电力限制的阶段的切换信号而供给于切换块48。例如，在生成上述电力限制向上标记时，充电电力限制切换判断块46将用于使充电电力限制的阶段上升一级的切换信号供给于切换块48。并且，在生成上述电力限制最大向上标记时，充电电力限制切换判断块46将用于使充电电力限制的阶段上升至最高阶段的切换信号供给于切换块48。另一方面，在生成上述电力限制向下标记时，充电电力限制切换判断块46将用于使充电电力限制的阶段降低一级的切换信号供给于切换块48。
充电电力限制的阶段是指阶段性决定对电容器19进行充电的电力量的阶段，例如A阶段为-10kW以下、B阶段为-20kW以下、C阶段为-30kW以下、D阶段为-40kW以下。切换块48根据切换信号选择任一阶段，所选择的阶段的充电电力极限值（-10kW、-20kW、-30kW或-40kW）被输出到限制器50。
从控制器30向限制器50供给充电电力指令值1。限制器50根据从切换块48供给的充电电力极限值对充电电力指令值1施加限制而生成充电电力指令值2，并且输出到上一级系统。因此，从限制器50输出的充电电力指令值2根据充电率的变化倾向成为施加有限制的指令值。本实施方式中，充电电力指令值2成为如上述根据充电率SOC的变化倾向阶段性地限制为-10kW以下、-20kW以下、-30kW以下或-40kW以下的值。该充电电力指令值2成为实际上供给于电容器19的充电电力的指令值。
另外，充电电力限制切换判断块46将切换信号输出于切换块48，并且将复位判断信号输出于SOC下降判断块42及SOC维持判断块44。SOC下降判断块42及SOC维持判断块44接收复位判断信号时，从第一次开始连续N次进行极小值或极大值的比较。
并且，极小值或极大值的连续N次的比较是为了判断充电率SOC有上升倾向还是有下降倾向而进行的，未必一定要通过极小值是否连续N次下降或极大值是否连续N次被维持来进行判断。即，例如只要能够判断某一时间内的蓄电率SOC的变化倾向，就不需要连续N次判断，例如也可以根据隔一次的极小值或极大值进行判断。或者，还可以根据极小值和极大值的移动平均进行判断。
并且，为了判断变化倾向而检测的充电率SOC的检测值不限于极小值及极大值，例如也可以是基于极小值或极大值经预定时间后的检测值。并且，还可以用变化率是否在预先设定的值以上来进行判断。具体而言，能够以当前充电率SOC的检测值与预定时间后的充电率SOC的检测值之差是否在预先设定的值以上为基础来判断变化倾向。
在本实施方式中，作为对电容器19进行充电的量控制为限制充电电力，但是作为对电容器19进行充电的量也可以控制为限制充电电流来代替限制充电电力。
图7是充电量控制处理的流程图。首先，若充电量控制处理开始，则在步骤S1中通过运算求出电容器19的充电率SOC的当前值SOC0。接着，在步骤S2中判断充电率SOC的当前值SOC0是否低于充电率SOC的系统控制下限值（参考图5）。
充电率SOC的当前值SOC0低于系统控制下限值时（步骤S2的YES），将充电电力限制的阶段切换为最高阶段（D阶段）。即由于当前充电率过低，因此为了快速地对电容器19进行充电，将充电电力限制设为最大值而供给较大的充电电力。
另一方面，充电率SOC的当前值SOC0在系统控制下限值以上时（步骤S2中的NO），处理进入步骤S3。
以上的处理在图6所示的充电量控制之前进行。
接着，在步骤S3中计算N次充电率SOC的极小值。第一次计算值设为SOC-1，第N次计算值设为SOC-N。若计算出第N次计算值SOC-N，则在步骤S4中判定充电率SOC的极小值是否连续N次下降。
充电率SOC的极小值连续N次下降时（步骤S4的YES），将充电电力限制的阶段切换到上一级，从而使充电电力极限值上升。例如充电率SOC的极小值连续N次下降时的阶段为B阶段时切换到C阶段，充电电力极限值从B阶段的-20kW提高至C阶段的-30kW。其中，充电电力极限值设为负值是为了将放电电力设为正且将充电电力设为负来区别充电电力与放电电力的。因此，以最大-20kW对电容器19进行充电时，通过充电电力极限值的切换能够以最大-30kW进行充电，能够迅速地对电容器19进行充电而抑制充电率SOC的下降倾向。
另一方面，充电率SOC的极小值没有连续N次下降时（步骤S4中的NO），处理进行步骤S5。在步骤S5中计算N次充电率SOC的极大值。将第一次计算值设为SOC+1，将第N次计算值设为SOC+N。若计算出第N次计算值SOC+N，则在步骤S6中判定充电率SOC的极大值是否连续N次在充电率SOC的系统控制上限值（参考图5）以上，或充电率SOC的极大值是否连续N次上升。
充电率SOC的极大值连续N次在充电率SOC的系统控制上限值以上时，或充电率SOC的极大值连续N次上升时（步骤S6的YES），将充电电力限制的阶段切换到下一阶段，从而使充电电力极限值下降。例如充电率SOC的极大值连续N次上升时的阶段为C阶段时，切换到B阶段，充电电力极限值从C阶段的-30kW降低至C阶段的-20kW。其中，充电电力极限值设为负值是为了将放电电力设为正且将充电电力设为负来区别充电电力与放电电力。因此，以最大-30kW对电容器19进行充电时，通过充电电力极限值的切换限制为最大-20kW，且控制为降低对电容器19进行充电的量而使充电率SOC下降。
另一方面，充电率SOC的极大值没有连续N次在充电率SOC的系统控制上限值以上时，或充电率SOC的极大值没有连续N次上升时（步骤S6的NO），充电电力限制的阶段维持原样，充电电力极限值不变。充电率SOC的极大值没有连续N次在充电率SOC的系统控制上限值以上时，即充电率SOC的极大值在系统控制上限值以上的情况没有连续N次时，或充电率SOC的极大值没有连续N次上升时，判断为电容器19的充电率SOC没有过度提高，不需要降低此时的充电电力限制，从而充电电力限制不会降低。
接着，对如以上的充电电力限制处理进行具体说明。
图8是表示充电电力限制控制的一例中的充电率SOC的变化和与其对应的充电电力限制的图。图8所示的例子中，电容器19的充电率SOC从系统控制上限值（例如90%）的状态逐渐减少，随此，充电率SOC的极大值及极小值也随着时间而逐渐下降。在图8-（a）所示的例子中，判断次数N设定为N=3。因此，在充电率SOC的极小值连续N=3次比上一次的极小值下降的时刻，充电电力限制的阶段提高一级，从A阶段切换到B阶段。由此，充电电力极限值从-10kW上升到-20kW（负号表示充电）。然而，此后若负载增大，则导致基于电动发电机12的引擎辅助运行的输出或对回转用电动机21的输出增大。因此，充电率SOC在此后也持续下降，这次导致极小值低于系统控制下限值。因此，如图8-（b）所示，在极小值低于系统控制下限值的时刻，充电电力限制的阶段提高到最高阶段，从B阶段切换至D阶段。由此，充电电力极限值从-20kW上升至-40kW，从而能够更快速地对电容器19供给充电电力。
另外，图8中示出充电率SOC的极小值连续N=3次比上一次的极小值下降的例子，而充电率SOC的极大值连续N=3次比上一次的极大值上升时，则使充电电力限制的阶段提高一级。
图9是表示充电电力限制控制的另一例子中的充电率SOC的变化和与其对应的充电电力限制的图。图9所示的例子中，电容器19的充电率SOC从系统控制上限值（例如90%）的状态逐渐减少，随此，充电率SOC的极大值及极小值也随着时间而逐渐下降。在图9-（a）所示的例子中，判断次数N设定为N=3。因此，在充电率SOC的极小值连续N=3次比上一次的极小值下降的时刻，充电电力限制的阶段提高一级，从A阶段切换到B阶段。由此，充电电力极限值从-10kW上升到-20kW（负号表示充电）。
在此，与图8所示的例子不同，为了使充电电力极限值从-10kW上升到-20kW，充电率SOC在此后转为上升，导致本次极大值连续N=3次成为系统控制上限值（由于充电率SOC被控制为不会成为系统控制上限值以上，因此极大值也不会成为系统控制上限值以上）。因此，如图9-（b）所示，在极大值连续N=3次上升的时刻，充电电力限制的阶段下降一级，从B阶段切换至A阶段。由此，充电电力极限值从-20kW降低到-10kW，控制为充电电力降低。本实施方式中示出了以充电率SOC为基础进行充电率的电力限制的例子，但是并不限定于本实施方式，例如也包括使用蓄电装置的电压值作为充电率的情况。由此，通过极大值在连续上升预先设定的次数时使充电电力限制下降，能够将充电率SOC控制在系统上限值以内。
并且，充电率SOC在连续维持系统上限值时，也可以进一步设为使充电电力限制下降。
接着，对基于本发明的第2实施方式的充电量控制进行说明。图10是表示基于本发明的第2实施方式的充电量控制的控制方块图。图10中对与图6所示的功能块相同的功能块以相同符号表示并省略其说明。
在本实施方式中，图6所示的切换块48替换为映像切换块60，从映像切换块60输出充电电力指令值1。充电电力指令值1被供给到上一级工序。上一级工序中所决定的充电电力指令值超过充电电力指令值1时通过限制器70被限制，从限制器70作为充电电力指令值2输出。
映像切换块60中设置有用于生成充电电力指令值1的多个映像62-1～62-4。映像62-1表示相当于上述A阶段的充电电力极限值与充电率SOC的关系。若充电率SOC的当前值被输入到映像62-1，则输出被限制为由A阶段设定的充电电力（例如最大为-10kW）的充电电力指令值1。映像62-1是指无论充电率SOC是什么值，都使充电电力设定为在电容器19中流动的充电电流不超过预定的电流值（A阶段的电流值）时的映像。因此，若使用从映像62-1输出的充电电力指令值1，则无论充电率SOC是什么值，都能够使电容器19充电成不超过预定的电流值（A阶段的电流值）。其中，若在映像62-1中充电率SOC变低则充电电力极限值下降，这是因为使充电电流I成为一定时充电电力W成为与充电率SOC的平方根成比例的值（V0为电容器的满充电电压）。
同样，映像62-2、62-3、62-4分别表示相当于上述的B阶段、C阶段、D阶段的充电电力极限值与充电率SOC的关系。若将充电率SOC的当前值输入到映像62-2、62-3、62-4，则分别输出被限制于由B阶段、C阶段、D阶段设定的充电电力（例如-20kW、-30kW、-40kW）的充电电力指令值1。映像62-2、62-3、62-4是指无论充电率SOC是什么值，都使充电电力设定为在电容器19中流动的充电电流不超过预定的电流值（B阶段、C阶段、D阶段的电流值）时的映像。因此，若使用从映像62-2、62-3、62-4输出的充电电力指令值1，则无论各充电率SOC是什么值，都能够使电容器19充电成不超过预定的电流值（B阶段、C阶段、D阶段的电流值）。
图11是表示基于本实施方式的充电电力限制控制的一例中的充电率SOC的变化和与其对应的充电电力限制的图。在图11所示的例子中，电容器19的充电率SOC从系统控制上限值（例如90%）的状态逐渐减少，随此，充电率SOC的极大值及极小值也随着时间逐渐下降。在图11-（a）所示的例子中，判断次数N设定为N=3。因此，在充电率SOC的极小值连续N=3次比上一次的极小值下降的时刻，充电电力限制的阶段提高一级，从A阶段切换到B阶段。由此，如图11-（b）所示，充电电力极限值从映像62-1中的极限值（A阶段：最大为-10kW）上升到映像62-2中的极限值（B阶段：最大为-20kW）（负号表示充电）。然而，此后若负载增大，则导致基于电动发电机12的引擎辅助运行的输出或对回转用电动机21的输出增大。因此，充电率SOC在此后也持续下降，这次导致极小值低于系统控制下限值。因此，在极小值低于系统控制下限值的时刻，充电电力限制的阶段提高到最高阶段，从B阶段切换到D阶段。由此，充电电力极限值从映像62-2中的极限值（B阶段：最大为-20kW）上升到映像62-4中的极限值（D阶段：最大为-40kW（最大充电电力）），成为能够更快速地向电容器19供给充电电力。
接着，对基于本发明的第3实施方式的充电量控制进行说明。图12是表示基于本发明的第3实施方式的充电量控制的控制方块图。图12中对与图6所示的功能块相同的功能块以相同符号表示并省略其说明。
在本实施方式中，图6所示的切换块48被替换为增益运算块80及比例控制块82，从比例控制块82输出充电电力指令值1。并且，比例控制块62中输入有充电率SOC的当前值与SOC目标值之差。从比例控制块82输出的充电电力指令值1供给到上一级工序。上一级工序中决定的充电电力指令值超过充电电力指令值1时，被限制器70限制，从限制器70作为充电电力指令值2输出。
增益运算部块80根据来自充电电力限制切换判断块46的切换信号来计算各阶段中的比例增益。比例控制块82根据充电率SOC的当前值与SOC目标值之差和在增益运算部块80求出的比例增益来计算充电电力指令值1。充电电力指令值1被供给到上一级工序。上一级工序中所决定的充电电力指令值超过充电电力指令值1时，被限制器70限制，从限制器70作为充电电力指令值2输出。
图13是表示基于本实施方式的充电电力限制控制的一例中的充电率SOC的变化和与其对应的充电电力限制的图。在图13所示的例子中，电容器19的充电率SOC从系统控制上限值（例如90%）的状态逐渐减少，随此，充电率SOC的极大值及极小值也随着时间逐渐下降。在图13-（a）所示的例子中，判断次数N设定为N=3。因此，在充电率SOC的极小值连续N=3次比上一次的极小值下降的时刻，用于运算充电电力限制的比例增益提高一级，从A阶段切换到B阶段。由此，如图13-（b）所示，充电电力极限值从A阶段中的极限值（-10kW+比例增益）上升到B阶段中的极限值（-20kW+比例增益）（负号表示充电）。然而，此后若负载增大，则导致基于电动发电机12的引擎辅助运行的输出或对回转用电动机21的输出增大。因此，充电率SOC在此后也持续下降，这次导致极小值低于系统控制下限值。因此，在极小值低于系统控制下限值的时刻，充电电力限制的阶段提高到最高阶段，从B阶段切换到D阶段。由此，充电电力极限值从B阶段中的极限值（-20kW+比例增益）上升到D阶段中的极限值（最大充电电力：-40kW+比例增益），成为能够更快速地向电容器19供给充电电力。
在上述实施方式中，对将本发明适用于将引擎11与电动发电机12连接于液压泵即主泵14来驱动主泵的、所谓并联型混合式挖土机中的例子进行了说明。上述实施方式还能够适用于如图14所示的用引擎11驱动电动发电机12并将电动发电机12所生成的电力蓄积到蓄电系统120后仅通过所蓄积的电力驱动主泵14的、所谓串联型混合式挖土机中。此时，电动发电机12在本实施方式中具备仅进行基于由引擎11驱动的发电运行的作为发电机的功能。
并且，如图15所示也能够将本发明适用于驱动部通过液压工作的结构的所有混合式挖土机中。在图11所示的结构的混合式挖土机中，通过引擎11的剩余输出用电动发电机12发电的发电电力及通过动臂再生马达300发电的发电电力被蓄电于蓄电系统120。蓄电于蓄电系统120的蓄电电力用于辅助引擎11的输出。
另外，还能够将本发明适用于不搭载引擎而仅用电动机来驱动液压泵的电动式挖土机。图16是表示电动式挖土机的驱动系统的结构的方块图。作为电动机发挥功能的电动发电机120连接于主泵14，主泵14仅通过电动发电机12驱动。蓄电系统120上经由转换器410连接有外部电源400，蓄电系统120的蓄电部（电容器19）中从外部电源400供给电力而被充电。
本发明不限定于具体公开的上述实施方式，在不脱离本发明的范围内，可完成各种变形例及改良例。
本申请基于2011年1月28日申请的优选权主张日本专利申请第2011-016545号，其全部内容援用于本申请中。
产业上的可利用性
本发明能够适用于具有用于向电动工作要件供给电力的蓄电装置的挖土机。
符号的说明：
1-下部行走体，1A、1B-液压马达，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，7A-液压配管，7B-动臂角度传感器，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-引擎，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、18A、18B、20-逆变器，19-电容器，21-回转用电动机，22-分解器，23-机械制动器，24-回转变速器，25-先导管路，26-操作装置，26A、26B-操纵杆，26C-踏板，26D-按钮开关，27-液压管路，28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，35-显示装置，40-运算块，42-SOC下降判断块，44-SOC维持判断块，46-充电电力限制切换块，48-切换块，50-限制器，60-映像切换块，70-限制器，80-增益运算块，82-比例控制块，100-升降压转换器，101-电抗器，102A-升压用IGBT，102B-降压用IGBT，104-电源连接端子，106-输出端子，107-电容器，110-DC母线，111-DC母线电压检测部，112-电容器电压检测部，113-电容器电流检测部，120-蓄电系统，300-动臂再生用马达（发电机），310-动臂再生用液压马达，400-外部电源，410-转换器。

Claims (14)

1.一种挖土机，其特征在于，具有：
电动负载；
蓄电装置，具有用于向该电动负载供给电力的蓄电部；及
控制装置，控制对所述蓄电部进行充电的量，以使该蓄电部的SOC在系统控制上限值与系统控制下限值之间，
所述控制装置根据预定的经过时间内的所述SOC的变化倾向，判定所述SOC处于增大倾向还是处于减小倾向，并增大或减小对所述蓄电部进行充电的量的极限值。
2.根据权利要求1所述的挖土机，其特征在于，
所述SOC的检测值大于上一次检测值的情况和/或被维持在上限值的情况连续持续预定次数时，所述控制装置判断为所述充电的量过大，使所述充电的量的极限值下降。
3.根据权利要求1所述的挖土机，其特征在于，
作为所述SOC的检测值，所述控制装置对所述蓄电部的SOC变化中的极大值进行检测，根据该极大值的变化倾向，使所述充电的量的极限值下降。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于，
所述SOC的检测值小于上一次检测值的情况连续持续预定次数时，判断为所述充电的量不足，使所述充电的量的极限值上升。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于，
作为所述SOC的检测值，所述控制装置对所述蓄电部的SOC变化中的极小值进行检测，根据该极小值的变化倾向，使所述充电的量的极限值上升。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于，
所述SOC的极小值变成所述系统控制下限值以下时，所述控制装置使所述充电的量的极限值上升。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于，
作为所述充电的量的极限值，设定有与SOC的变化对应的多个极限值。
8.根据权利要求1所述的挖土机，其特征在于，
所述控制装置具备对充电电力的指令值施加限制的限制部。
9.根据权利要求1所述的挖土机，其特征在于，
所述控制装置根据所述SOC的检测值的变化倾向改变充电电力的指令值。
10.根据权利要求9所述的挖土机，其特征在于，
所述控制装置具备多个根据所述蓄电部的SOC生成所述充电电力的指令值的映像，根据所述检测值的变化倾向对用于生成所述充电电力的指令值的映像进行切换。
11.根据权利要求10所述的挖土机，其特征在于，
根据各所述检测值，所述多个映像的所述充电电力的指令值的大小不同。
12.根据权利要求9所述的挖土机，其特征在于，
所述控制装置根据所述检测值的变化倾向改变相对于所述充电电力的指令值的增益。
13.一种挖土机的控制方法，该挖土机具备具有用于向电动负载供给电力的蓄电部的蓄电装置，该挖土机的控制方法的特征在于，
控制对所述蓄电部进行充电的量，以使所述蓄电部的SOC在系统控制上限值与系统控制下限值之间，
求出预定的经过时间内的所述SOC的多个检测值的变化倾向，
根据所求出的变化倾向，判定所述SOC处于增大倾向还是处于减小倾向，并增大或减小对所述蓄电部进行充电的量的极限值。
14.根据权利要求13所述的挖土机的控制方法，
在所述检测值大于上一次检测值的情况和/或被维持在上限值的情况连续持续预定次数时，判断为所述充电的量过大，使所述充电的量的极限值下降。
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