CN103628516B - 混合动力型建设机械控制方法及混合动力型建设机械 - Google Patents

Abstract

提供通过匹配于蓄电装置的劣化状态调整蓄电装置的设定电压来抑制蓄电装置的劣化的混合动力型建设机械控制方法和混合动力型建设机械。混合动力型建设机械当驱动液压致动器时使被从蓄电装置供给电力的电动机协同驱动，在控制所述混合动力型建设机械中的蓄电装置的设定电压的混合动力型建设机械控制方法中，计测上述蓄电装置的实际电压；根据混合动力型建设机械的初期状态下的上述实际电压的电压变动、和动作后的上述实际电压的电压变动计算劣化率；根据混合动力型建设机械的运行电压和动作后的上述实际电压的电压变动，计算调整系数；根据基准电压和调整系数，计算新的设定电压。

Description

混合动力型建设机械控制方法及混合动力型建设机械

技术领域

本发明涉及在建设机械或农业机械等作业机械中的、特别是以电动机和发动机为动力的混合动力型建设机械中使用的电容器（capacitor）或蓄电器（condenser）（以下称作蓄电池）的混合动力型建设机械控制方法和混合动力型建设机械。

背景技术

作为建设机械或农业机械等作业机械的节能的对策之一，一般为将以往作为热排出的能量，例如液压挖掘机的回转停止时的惯性能量、或起重机装置的卷降时的位置能量等变换为电能储存、在起动时再利用的方法。在专利文献1中表示这样的以能量再生为目的的以往技术。

在专利文献1中，记载有将蓄电装置的电压保持一定为某个设定电压的方法。

此外，非专利文献1是基于为了实现电子零件及电子设备产业整体的安全性提高而制定的JEITARCR－1001A由社团法人电子信息技术产业会制作的，是为了实施例的说明而记载的。

专利文献1：特开2011－36111号公报。

非专利文献1：电子信息技术产业协会标准JEITARCR－2370C《电气双层蓄电器的使用上的注意事项指南（电气双层蓄电器的安全应用指引）》6.2.3外加电压。

可是，在专利文献1中，需要将设定电压设定为，即使在伴随蓄电装置的劣化而增大的系统驱动时的电压变动下，蓄电装置的电压也为不会成为系统运行电压以下那样的电压，在劣化初期阶段中，成为使设定电压变高到所需以上，使蓄电装置的电压负荷增大，促进了劣化。

发明内容

因而，本发明的目的是为了解决以上的课题而做出的，提供一种通过匹配于蓄电装置的劣化状态调整蓄电装置的设定电压来抑制蓄电装置的劣化的混合动力型建设机械控制方法和混合动力型建设机械。

为了解决上述课题，有关本发明的混合动力型建设机械控制方法，控制混合动力型建设机械中的蓄电装置的设定电压，所述混合动力型建设机械当驱动液压致动器时使被从蓄电装置供给电力的电动机协同驱动，在所述混合动力型建设机械控制方法中，计测上述蓄电装置的实际电压；根据混合动力型建设机械的初期状态下的上述实际电压的电压变动、和动作后的上述实际电压的电压变动计算劣化系数；根据混合动力型建设机械的运行电压和动作后的上述实际电压的电压变动，计算调整系数；根据基准电压和调整系数，计算新的设定电压。

进而，也可以是，在由设定电压以下的电压变动带来的最低实际电压低于运行电压下限的情况下，计算调整系数以使上述最低实际电压高于运行电压下限。

此外，也可以是，在由设定电压以下的电压变动带来的最高实际电压超过额定电压上限的情况下，计算调整系数以使上述最高实际电压低于额定电压上限。

另一方面，用来解决上述课题的有关本发明的混合动力型建设机械，当驱动液压致动器时使被从蓄电装置供给电力的电动机协同驱动，控制蓄电装置的设定电压，在所述混合动力型建设机械中，计测上述蓄电装置的实际电压；根据混合动力型建设机械的初期状态下的上述实际电压的电压变动、和动作后的上述实际电压的电压变动计算劣化系数；根据混合动力型建设机械的运行电压和动作后的上述实际电压的电压变动，计算调整系数；根据基准电压和调整系数，计算新的设定电压。

通过采用有关本发明的混合动力型建设机械控制方法和混合动力型建设机械，能够设定为设定电压，以便即使在伴随有关本发明的蓄电装置的劣化而增大的系统驱动时的电压变动下，蓄电装置的电压为也不会成为系统运行电压以下那样的电压，在劣化初期阶段中，能够根据需要而设为足够大的设定电压，能够使蓄电装置的电压负荷减轻。

附图说明

图1是有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的包括液压回路的系统结构图。

图2是有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的电压控制单元ECU的结构图。

图3是在有关本发明的混合动力型建设机械中关于电压变动率的曲线图，所述电压变动率是关于电动机输出电压、蓄电装置输出电压和时间的关系的电压变动率。

图4是表示非专利文献1中记载的以往的电气双层蓄电器的根据电压外加条件的电气特性的曲线图。

图5是表示利用有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的混合动力型建设机械控制方法的运算指令程序32的工序的流程图。

图6是表示有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的电压变动与电动机输出（Pm）的关系的曲线图。

图7是表示有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的调整系数（α）与劣化系数（K）的关系的曲线图。

具体实施方式

使用图1～图3、图5～图7，对有关本发明的混合动力型建设机械的结构和动作进行说明。首先对结构进行说明，然后对动作进行说明。

使用图1所示的有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的包括液压回路的系统结构图对结构进行说明。在该图中，在例示作为驱动建设机械的未图示的上部回转体的液压致动器的液压马达Hm和与其相关的液压驱动回路的该图中，上部回转体10经由减速单元11和齿轮单元13结合在液压马达Hm及电动机Em上。在上述电动机Em上结合着逆变器12，构成为，向其相绕组流过规定的电流。

逆变器12具备将电动机Em的输出和蓄电装置的电压向电气控制单元ECU发送的功能。

附图标记14是搭载在建设机械中的蓄电装置，例如由电容器构成，对电气控制单元ECU施加其检测电压Vact。在电气控制单元ECU上，除了蓄电装置的检测电压Vact以外还施加有作为电动机Em的输出转矩的Pm。此外，电气控制单元ECU计算转矩指令Tr，将该转矩指令Tr对逆变器12供给。

附图标记16是由上述液压马达Hm和并联连结的连通阀18构成的液压马达单元。液压马达Hm的压力油的给排用端口A、B经由流路LA、LB与切换阀20连接。

切换阀20经由流路连接着来自未图示的操纵杆的先导操作压力信号。产生向液压马达Hm供给的压力油的泵22是可变容量型泵，构成为，受发动机EG驱动。泵22的一方与切换阀20连结，另一方与箱T连结。

对于电气控制单元ECU，使用有关本发明的混合动力型建设机械的实施例的电气控制单元ECU的结构图即图2进行说明。在该图中，附图标记24是模拟/数字变换部（以下称作A/D变换部），被输入电动机Em的输出转矩Pm、蓄电装置14的输出Vact。电气控制单元ECU还具有根据从逆变器12接收到的电动机Em的输出和蓄电装置14的电压推测蓄电装置14的劣化状态的运算装置的功能，具有根据运算结果带来的劣化状态的推定值调整蓄电装置14的设定电压的控制装置的功能。

附图标记26是数据存储器，在其规定存储器划区中作为数字值而记录检测到的上述信号Pm、Vact，以一定的周期被更新为最新的值。在数据存储器26中，还设有在电气控制单元ECU内部运算出的作为蓄电装置14的额定电压的Vb、设定电压Vset、作为蓄电装置电压的最高值的Vh、作为蓄电装置电压的最低值的Vl、初期状态下的劣化系数K、和初期状态下的电压变动Vo、调整系数α等的存储器划区。

附图标记28是中央运算处理装置（以下称作CPU），附图标记32是存储有对于CPU28的运算指令用程序的程序存储器。附图标记30是数字/模拟变换部（以下称作D/A变换部），将数据存储器26内的设定电压Vset、调整系数α用D/A变换部变换为模拟信号。

图3是关于电压变动率的曲线图，所述电压变动率是关于有关本发明的混合动力型建设机械的电动机驱动时的电动机输出电压、蓄电装置输出电压和时间的关系的电压变动率。在图3中，横轴为时间（sec），在纵轴中，左侧设置电动机输出转矩Pm，在右侧设置蓄电装置电压Vact，显示单位分别是相对于电动机最大输出转矩的比率（%）、相对于蓄电装置的额定输出电压的比率（实际电压变动率）（%）。

波形Vact表示蓄电装置14的输出电压Vact的推移。波形Pm表示电动机Em的输出转矩Pm的推移。波形Pm由于进行回转加速动作，所以向电动机输出的负方向推移，然后，由于进行回转减速动作，所以向电动机输出的正方向推移。波形Vact表示，在电动机驱动时最初维持设定电压Vset，然后，通过用于回转加速动作的电动机驱动，在2秒左右电压下降到最低值Vl，然后，通过回转减速动作的再生作用，上升到Vh。

接着，使用图1～图3、图5～图7对有关本发明的混合动力型建设机械的动作进行说明。

首先，对在有关本发明的混合动力型建设机械中将上部回转体10的回转加速的情况进行说明。

切换阀20根据上部回转体10的回转方向切换将液压泵22与液压马达Hm连接的油路。液压泵22受在同轴上连结的发动机EG驱动，将从动作油箱T吸起的动作油经由切换阀20向液压马达Hm供给。液压马达Hm通过从液压泵22供给的高压的动作油输出旋转力，经由齿轮单元13驱动上部回转体10。电动机Em经由逆变器12接受蓄电装置14的电力，被基于来自电气控制单元ECU的指令的输出驱动，与液压马达Hm协同而驱动上部回转体10。连通阀18在动作时使液压马达Hm作为环回路，成为自由旋转的状态以不输出转矩，但在加速时不动作。

接着，对将上部回转体10的回转减速的情况进行说明。

此时，切换阀20为中立位置，从液压泵22吐出的动作油不被向液压马达Hm供给而被向动作油箱T送回。连通阀18动作，使液压马达Hm能够旋转。结果，液压马达Hm不输出制动转矩，仅通过电动机Em进行制动。电动机Em在上部回转体10的旋转惯性力作用下旋转，但输出与电气控制单元ECU的指令对应的制动转矩，进行旋转制动，并将旋转惯性力变换为电力，经由逆变器12将蓄电装置14充电。

即，蓄电装置14发生在回转加速时通过电动机Em的输出而电压下降、在回转减速时通过电动机Em的充电而电压上升的电压变动。蓄电装置14的电压通过由电气控制单元ECU进行的液压马达Hm和电动机Em的输出调整，回转加速时之前的电压被保持为作为一定值的设定电压。

接着，使用图5、图6、图7，对电气控制单元ECU的按照运算指令程序32的动作进行说明。

电气控制单元ECU按照运算指令程序32，从逆变器12接收电动机Em的输出转矩Pm和蓄电装置14的实际电压变动Vact（图5的a2工序）。

电气控制单元ECU按照运算指令程序32，根据电动机Em的输出转矩Pm运算初期状态下的电压变动Vo（图5的a4工序，图6）。这里，由于蓄电装置14的输出电压Vact是劣化状态下的电压变动，所以Vact>Vo。

此外，在图6中，表示电压变动（Vo、Vact）与电动机输出（Pm）的关系，可知通过蓄电装置的长年使用，性能劣化，如f＇那样函数逐渐变化。关于函数的定义，既可以根据由蓄电装置的劣化试验等得到的数据定义近期曲线，或者也可以使用相对于使用年数的电动机输出（Pm）和电压变动的三维的矩阵表。

电气控制单元ECU按照运算指令程序32，通过将蓄电装置14的输出电压Vact用初期状态下的电压变动Vo除，计算劣化系数K（图5的a6工序）。该劣化系数表示蓄电装置的劣化状态。K是1以上的数值，K的值越大，劣化越大。

电气控制单元ECU按照运算指令程序32，根据劣化系数K计算作为设定电压的调整系数的α（图5的a8工序，图7）。图7表示设定电压Vset=额定电压Vb的情形下的调整系数（α）与劣化系数（K）的关系。关于函数g，既可以根据混合动力型建设机械的运转试验的数据等定义近似曲线，或者也可以使用调整系数（α）与劣化系数（K）的二维的矩阵表。

电气控制单元ECU按照运算指令程序32，对在运算指令程序32内预先设定的蓄电装置14的额定电压Vb乘以调整系数α，计算设定电压Vset（图5的a10工序）。蓄电装置14的额定电压Vb是蓄电装置的初期状态下的设定电压，当Vact=Vo时为K=α=1，为Vb=Vset（图7）。

该运算通过主要在电动机Em稳定地输出一定的转矩的点进行，能够抑制运算结果的离差。

例如，在上部回转体10的减速时，由于液压马达为自如旋转的状态，所以不需要考虑液压马达的影响，仅通过电动机以某一定的制动转矩进行减速，所以适合于运算点。

图4是表示在非专利文献1中记载的电气双层蓄电器的根据电压外加条件的电气特性的例子。

根据图4，如果相对于额定电压（本发明中的设定电压（Vset））5.5伏特，在外加电压（相当于本发明中的设定电压（Vset））5伏特和4伏特时比较，则在5伏特时到-40%为约3000小时，相对于此，在4伏特时为约6000小时，可知外加电压4伏特时到-40%的寿命约2倍较长。

本发明对于具有这样的特性的蓄电装置，提出了以往所没有的控制方法，通过采用将有关本发明的蓄电装置的设定电压匹配于劣化状态抑制得较低的控制方法，与以往相比使劣化减轻，由此能够使蓄电装置的寿命大幅地延长。

另外，表示了将有关本发明的混合动力型建设机械控制方法特别应用在建设机械中的实施例，但当然不仅是建设机械，能够广泛地应用到混合动力型的农业机械等作业机械等的利用蓄电池的混合动力型的作业机械中。

附图标记说明

ECU电气控制单元

Em电动机

Hm液压马达

EG发动机

T动作油箱

10上部回转体

11减速单元

12逆变器

13齿轮单元

14蓄电装置

16液压马达单元

18连通阀

20切换阀

22液压泵

24模拟/数字变换部

26数据存储器

28中央运算处理装置（CPU）

30数字/模拟变换部。

Claims (4)

1.一种混合动力型建设机械控制方法，控制混合动力型建设机械中的蓄电装置的设定电压，所述混合动力型建设机械当驱动液压致动器时使被从蓄电装置供给电力的电动机协同驱动，所述混合动力型建设机械控制方法的特征在于，

计测上述蓄电装置的实际电压；

根据混合动力型建设机械的初期状态下的上述实际电压的电压变动、和动作后的上述实际电压的电压变动计算劣化系数；

根据上述劣化系数，计算调整系数；

根据上述蓄电装置的额定电压和调整系数，计算新的设定电压。

2.如权利要求1所述的混合动力型建设机械控制方法，其特征在于，

在由设定电压以下的电压变动带来的最低实际电压低于运行所需电压的下限的情况下，计算调整系数以使上述最低实际电压高于运行所需电压的下限。

3.如权利要求1所述的混合动力型建设机械控制方法，其特征在于，

在由设定电压以下的电压变动带来的最高实际电压超过额定电压上限的情况下，计算调整系数以使上述最高实际电压低于额定电压上限。

4.一种混合动力型建设机械，当驱动液压致动器时使被从蓄电装置供给电力的电动机协同驱动，控制蓄电装置的设定电压，其特征在于，

计测上述蓄电装置的实际电压；

根据混合动力型建设机械的初期状态下的上述实际电压的电压变动、和动作后的上述实际电压的电压变动计算劣化系数；

根据上述劣化系数，计算调整系数；

根据上述蓄电装置的额定电压和调整系数，计算新的设定电压。