CN104995357A - 具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本说明书中公开的一个实施例提供一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置及其方法，所述直流端电压控制装置能够通过考虑回转电动机、发动机辅助电动机和储能装置的运转条件来将直流端电压改变为最佳电压大小，从而能够提高逆变器和变换器等电力转换装置的能量效率。

Description

具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置及其方法
技术领域
本发明涉及具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置及其方法。
背景技术
近年来，随着油价急剧上升，对于将发动机的剩余动力存储于电池并由电池提供发动机的不足动力，从而改善油耗的混合动力型工程机械的研究正在活跃地进行。
如上所述，将发动机和电动机用作共同动力源并具有电能存储装置的系统称为混合动力系统。例如，在混合动力系统中存在混合动力汽车和挖掘机等重型设备用混合动力系统。
普通的挖掘机系统以发动机为动力源，通过所谓的液压的介质，执行使作为最终负载的动臂、斗杆及铲斗驱动而回转或行驶的动作。与此不同，混合动力挖掘机系统通过对普通的挖掘机追加设置2个电动机和储电装置，能够提高挖掘机系统的整体效率。对混合动力挖掘机系统追加的主要部件包括电动机、储能装置、逆变器和变换器。其中，储能装置包括电池(Battery)和超级电容器(Ultra-Capacitor，UC)。
通常，在混合动力挖掘机中，逆变器和变换器的电力转换所需要的直流端电压因发动机辅助电动机的输出、回转电动机的输出的不平衡而变动。因此，使用用于恒定地保持直流端电压的储能装置用变换器。
此时，决定变换器的充放电动作的基准电压、即直流端电压控制器的指令电压与工程机械的运转无关而具有定值。此外，该指令电压选择较大值，以便可以应对能够使发动机辅助电动机、回转电动机运转的全部速度和力矩区域。
控制这样的混合动力挖掘机的直流端电压的方法如下。通常，与直流端连接的发动机辅助用逆变器、回转驱动用逆变器、储能装置用变换器由半导体开关构成。半导体开关在驱动中发生的能量损失与输出的电流、开关频率、直流端电压成比例。输出的电流的大小由负载条件决定。开关频率主要由输出端电感和电流脉动的大小决定。在直流端电压的情况下，主要设计成可以在半导体开关所容许的电压范围内能够应对使发动机辅助电动机、回转电动机运转的全部速度和力矩区域的最大电压。
如果这样在混合动力挖掘机中以低速驱动发动机辅助电动机或回转电动机，则与逆变器驱动无关地使直流端电压保持得过大，从而产生不必要的损失。特别是低速高力矩区域的损失存在较大问题。
发明内容
技术课题
本发明是为了解决上述问题而独创的发明，其目的在于提供一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置及其方法，所述直流端电压控制装置通过考虑回转电动机、发动机辅助电动机和储能装置的运转条件将直流端电压改变为最佳电压，能够提高逆变器和变换器等电力转换装置的能量效率。
解决技术的方法
为了实现上述目的，根据本发明中公开的实施例，能够提供一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，包含：至少一个逆变器，分别与将电能转变为机械能或将机械能再生为电能的至少一个电动机连接而用于控制上述至少一个电动机；变换器，与存储由上述至少一个电动机产生的再生电力的储能装置连接而用于控制上述储能装置；直流端电容器，连接于上述至少一个逆变器和上述变换器之间，通过上述至少一个逆变器获得电力供应或通过上述变换器回收上述再生电力；以及控制部，产生上述至少一个逆变器各自需求的至少一个逆变器需求电压和上述变换器中需求的变换器需求电压，并且基于上述产生的至少一个逆变器需求电压和上述变换器需求电压可变地控制上述直流端电容器的直流端电压。
另一方面，根据本说明书中公开的实施例，能够提供一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，包括：逆变器需求电压产生步骤，产生分别与至少一个电动机连接的至少一个逆变器中需求的至少一个逆变器需求电压；变换器需求电压产生步骤，产生与储能装置连接的变换器中需求的变换器需求电压；以及电压控制步骤，基于上述产生的至少一个逆变器需求电压和上述变换器需求电压可变地控制通过上述至少一个逆变器获得电力供应或通过上述变换器回收上述再生电力的直流端电容器的直流端电压。
有益效果
根据本发明公开的实施例，通过可变地控制直流端电压，能够提高电力转换装置的能量效率而降低损失电力。
此外，根据本发明公开的实施例，通过损失电力的降低，减少冷却系统中使用的电力，不仅能够提高电力转换装置的效率，还能够提高整个系统的效率。
此外，根据本发明公开的实施例，不局限于混合动力工程机械，也能够应用于具有储能装置和回转电动机的电动挖掘机。在该情况下，可以仅去除上述说明中的发动机辅助电动机的作用而应用。其中，在电动工程机械的情况下，可以使用电动式行走电动机来代替回转电动机。
附图说明
图1是包含根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的混合动力工程机械的构成图。
图2是包含根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的电动工程机械的构成图。
图3是根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的控制部的详细构成图。
图4是关于根据本发明的实施例的直流端电压控制装置中产生逆变器需求电压的框图。
图5是关于以往的固定式直流端电压控制方法的说明图。
图6是关于根据本发明的实施例的可变式直流端电压控制方法的说明图。
具体实施方式
应当理解，本说明书中使用的技术用语仅用于说明特定实施例，没有限定本发明的意图。此外，本说明书中使用的技术用语只要在本说明书中没有特别进行其他说明，就应当以本发明所属技术领域中普通技术人员的常规理解来解释，不应该解释成过度放大的意义或解释成过度缩小的意义。此外，当本说明书中使用的技术用语为未能够正确表达本发明的思想的错误技术用语时，本领域技术人员应当用能够正确理解的技术用语来代替而进行理解。此外，本发明中使用的一般用语应当根据辞书中的定义或根据上下文内容进行理解，不应当理解成过度缩小的意义。
此外，本说明书中使用的单数表达只要在上下文中没有明确说明，就包含复数表达。在本申请中，“构成”或“包含”等用语不应当解释成一定包含全部说明书中记载的各种构成要素或各种步骤，应当解释成可能不包含其中一部分构成要素或一部分步骤，或者可能进一步包含追加的构成要素或步骤。
此外，对于本说明书中使用的构成要素的词缀“模块”和“部”是仅考虑便于撰写说明书而赋予或混用的，其本身不具有彼此不同的意义或作用。
此外，本说明书中使用的包含像第1、第2等一样的序数的用语可以用于说明多种构成要素，但上述构成要素不应当受到上述用语的限制。上述用语仅用于区别一个构成要素与另一个构成要素的目的。例如，可以在不脱离本发明的权利范围内将第1构成要素命名为第2构成要素，类似地，也可以将第2构成要素命名为第1构成要素。
以下，参照附图对根据本发明的优选实施例进行详细说明，与附图标记无关地，对相同或类似的构成的要素附上相同的参照符号，省略对此的重复说明。
此外，在说明本发明时，当判断对相关公知技术的具体说明会混淆本发明的要旨时，会省略对其详细说明。此外，应当注意，附图仅用于使本发明的思想便于理解，不应当解释成本发明的思想会受到附图的限制。
图1是根据本发明的实施例的包含直流电压控制装置的混合动力工程机械的构成图。
如图1所示，混合动力工程机械(100)包括液压泵(101)、动臂油缸(102)、斗杆油缸(103)、铲斗油缸(104)、发动机(10)、发动机辅助电动机(110)、辅助用逆变器(111)、回转电动机(120)、回转用逆变器(121)、储能装置(130)、DC-DC变换器(131)、直流端电容器(140)和控制部(150)。
具有电动旋转电动机(120)的工程机械(比如，挖掘机、装载机等)根据作为主要动力源的发动机(10)的存在与否可大致分为混合动力工程机械(100)和电动工程机械(图2)。为了便于本发明的说明，重点对混合动力工程机械(100)进行说明，之后，参照图2对电动工程机械进行说明。
图1是关于混合动力工程机械(100)的构成图。
图示的发动机辅助电动机(110)与发动机(10)直接连接。
与发动机辅助电动机(110)直接连接的液压泵(101)与控制液压泵(101)的压力油的控制阀连接。通过从控制阀传递的压力油使驱动动臂、斗杆、铲斗的动臂油缸(102)、斗杆油缸(103)和铲斗油缸(104)驱动。
与发动机(10)直接连接的发动机辅助电动机(110)在发动机(10)的输出不足时作为电动机运转，当发动机(10)的输出存在剩余时作为发电机运转。
辅助用逆变器(111)为了使发动机辅助电动机(110)作为电动机或发电机运转而控制发动机辅助电动机(110)，并且根据控制部(150)的指令驱动发动机辅助电动机(110)。
辅助用逆变器(111)的输入端连接有直流端电容器(140)。直流端电容器(140)发挥如下作用：使辅助用逆变器(111)的输入电压稳定，当发动机辅助电动机(110)作为发电机运转时，暂时存储所产生的能量。
回转电动机(120)使混合动力工程机械(比如，挖掘机等)(100)的回转上部体旋转。回转用逆变器(121)驱动回转电动机(120)，与直流端电容器(140)连接。
驱动回转电动机(120)的回转用逆变器(121)根据混合动力工程机械(100)的控制杆指令进行加速或减速运转。回转用逆变器(121)在加速时使回转电动机(120)作为电动机运转，在减速时作为发电机运转，通过将混合动力工程机械(100)的回转上部体的旋转惯性能转变为电能而供于直流端电容器(140)。
储能装置(130)存储再生能量。储能装置(130)与控制储能装置(130)的充电和放电的DC-DC变换器(131)连接。
控制部(150)通过控制混合动力工程机械(100)整体的电力的流动来决定发动机辅助电动机(110)作为电动机运转时的输出量和作为发电机运转时的输出量，从而控制存储于储能装置(130)的能值。
另一方面，发动机(10)将混合动力工程机械(100)运转时所需的动力提供至液压泵(101)。在混合动力工程机械(100)的负载低于发动机(10)的输出的情况下，与发动机(10)直接连接的发动机辅助电动机(110)作为发电机运转。并且，发动机(10)的剩余能通过辅助用逆变器(111)供于直流端电容器(140)。此时，以往控制储能装置(130)的DC-DC变换器(131)感应直流电压，当直流电压增加时，通过将直流端的能量存储于储能装置(130)来控制直流端的电压以使其恒定。
与此相反，在发动机(10)的输出低于混合动力工程机械(100)的负载的情况下，发动机辅助电动机(110)作为电动机运转，使用存储于直流端的能量。因此，当直流端电压降低时，控制储能装置(130)的DC-DC变换器(131)通过将以往存储于储能装置(130)的能量供于直流端电容器(140)来控制直流端电容器(140)的电压以使其恒定。
回转电动机(120)根据驱动混合动力工程机械(100)的回转上部体的控制杆指令使回转上部体旋转。回转电动机(120)在加速时通过使用存储于直流端电容器(140)的能量使电动机加速。以往，因回转电动机(120)使用的能量而使直流端电容器(140)的电压降低，DC-DC变换器(131)通过将回转电动机(120)加速时使用的能量供于直流端来控制直流端的电压以使其恒定。
在使混合动力工程机械(100)的回转上部体减速时，如果使回转电动机(120)作为发电机运转，产生制动力矩，并将产生的能量供于直流端电容器(140)，则直流端电容器(140)的电压提高。以往，DC-DC变换器(131)通过将增加的能量存储于储能装置(130)来控制直流端电压以使其恒定。
如上所述，以往，虽然控制直流端电压以使其恒定，但根据本发明的实施例的直流端电压控制装置通过考虑发动机辅助电动机(110)、回转电动机(120)和储能装置(130)的运转条件而改变直流端电压，从而能够提高辅助用逆变器(111)、回转用逆变器(121)和DC-DC变换器(131)等电力转换装置的能量效率。
为此，根据本发明的实施例的直流端电压控制装置包括：分别与至少一个电动机(图1中的发动机辅助电动机(110)和回转电动机(120))连接的至少一个逆变器(图1中的辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121))、用于控制储能装置(130)的变换器(图1中的DC-DC变换器(131))、直流端电容器(140)和控制部(150)。控制部(150)与电流检测器(151)、位置检测器(152)和电压检测器(153)连接。上述构成要素并不一定全部需要，可以省略一部分。
以下，参照图1分别对根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的构成要素进行说明。
辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)分别与将电能转换为机械能或将机械能再生为电能的辅助电动机(110)和回转电动机(120)连接而控制辅助电动机(110)和回转电动机(120)。
DC-DC变换器(131)与存储至少一个电动机所产生的再生电力的储能装置(130)连接而控制储能装置(130)。
直流端电容器(140)连接于辅助用逆变器(111)、回转用逆变器(121)和DC-DC变换器(131)之间，通过辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)获得电力供应、或者通过DC-DC变换器(131)回收再生电力。
控制部(150)产生辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)各自需求的至少一个逆变器需求电压和DC-DC变换器(131)需求的变换器需求电压。此时，控制部(150)利用与各逆变器对应的电动机速度、输出电流和逆变器输出电压指令中的至少一个来分别产生各逆变器需求电压。此外，控制部(150)利用与DC-DC变换器(131)对应的储能装置电压或变换器输出电压指令来产生变换器需求电压。
并且，控制部(150)基于其所产生的至少一个逆变器需求电压和变换器需求电压可变地控制直流端电容器(140)的直流端电压。控制部(150)能够计算产生的至少一个逆变器需求电压和变换器需求电压中的最大需求电压，并且根据其计算的最大需求电压可变地控制直流端电容器(140)的直流端电压。此外，控制部(150)能够对计算而得的最大需求电压附加预设的电压裕度，并且根据预设的电压裕度所附加的最大需求电压可变地控制直流端电容器(140)的直流端电压。
图2是包含根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的电动工程机械的构成图。
如图2所示，电动工程机械(200)与图1中的混合动力挖掘机(110)不同，其不具备发动机(10)，但包含驱动液压泵(101)的液压泵电动机(210)和辅助用逆变器(211)。
本发明的实施例不局限于图1中的混合动力挖掘机(110)，也能够应用于具有储能装置(140)和回转电动机(120)的电动挖掘机(200)。此外，也能够应用于使用电动式行走电动机代替回转电动机的电动铲车。
图3是根据本发明的实施例的直流端电压控制装置的控制部的详细构成图。
如图3所示，控制部(150)包括第1逆变器需求电压产生部(310)、第2逆变器需求电压产生部(320)、变换器需求电压产生部(330)、直流端电压指令产生部(340)和直流端电压控制部(350)。
第1逆变器需求电压产生部(310)获得回转电动机(120)的速度、输出电流、逆变器输出电压指令的输入而产生第1逆变器需求电压。
第2逆变器需求电压产生部(320)获得发动机辅助电动机(110)的速度、输出电流、逆变器输出电压指令的输入而产生第2逆变器需求电压。
变换器需求电压产生部(330)获得储能装置(130)的电压、变换器输出电压指令的输入而产生变换器需求电压。
直流端电压指令产生部(340)计算分别由第1逆变器需求电压产生部(310)、第2逆变器需求电压产生部(320)和变换器需求电压产生部(330)产生的第1逆变器需求电压、第2逆变器需求电压和变换器需求电压中的最大需求电压，并根据其计算的最大需求电压来产生直流端电压指令。
直流端电压控制部(350)根据产生的直流端电压指令而可变地控制直流端电容器(140)的直流端电压。
具体而言，在满足下述数学式1的情况下，辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)可以正常运转。因此，辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)所需求的最小直流端电压的大小可以由辅助用逆变器(111)和回转用逆变器(121)的相电压指令求得。
数学式1
其中，Vdc和Vinv分别表示直流端电压和各逆变器需求的最小电压的大小。此时，相电压(V相)表示正常状态下的相电压峰值，依据各电动机的速度和输出电流而决定。这样的关系可以如下述数学式2所示由相量(phasor)表示。
数学式2
V相＝jωLI相+RI相+E
其中，V相、I相和E分别表示由相量表示的相电压、相电流、反电动势。ω、L、R分别表示电动机速度、相电感、相电阻。
此外，如下述数学式3所示，反电动势的大小与磁场磁通量的大小和旋转速度成比例。
数学式3
E＝ωλf
其中，λf表示磁场磁通量的大小。
如上所述，直流端电压指令产生部(340)通过收集各逆变器和变换器所需求的直流端电压并将其中最大值如下述数学式4所示产生为直流端电压控制部(350)的直流端电压指令。
数学式4
Vdc＝a·max(Vinv1，Vinv2，Vconv)
其中，a表示考虑了电力转换装置内难以数值化的要素的裕度。例如，裕度通常为10～20％左右，可以如图6所示控制直流端电压。
图4是关于根据本发明的实施例的直流端电压控制装置中产生逆变器需求电压的框图。
图4是用框图表示的利用逆变器输出电压指令来产生逆变器需求电压的过程。
速度控制器或力矩指令产生器(410)产生力矩或电流指令。
并且，回转用逆变器控制器(420)通过利用产生的力矩或电流指令产生逆变器输出电压指令。
接着，脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)产生器(430)根据产生的逆变器输出电压指令控制回转用逆变器(121)。
当通过上述数学式2产生逆变器中需求的电压时，在实际驱动电动机时存在电流大小的脉动的情况下，可能会出现直流端电压指令频繁变化的问题。在这样的情况下，如果过滤电流后计算或使用电流指令产生需求的电压，则能够减少这样的电流脉动的影响。
求得各逆变器中需求的电压的另一方法是在控制部(150)中直接利用回转用逆变器控制器(420)的逆变器输出电压指令的方法。在这样的情况下，能够减小因相电阻、相电感、反电动势常数等电动机的参数(Parameter)误差产生的上述数学式2的结果与实际需求电压的差异。
为了减小上述数学式2结果与实际需求电压的差异，图4所示的低通滤波器(440)能够在逆变器输出电压的脉动出现问题时通过低通滤波逆变器输出电压指令来产生逆变器需求电压。
图5是关于以往固定式直流端电压控制方法的说明图，图6是关于根据本发明的实施例的可变式直流端电压控制方法的说明图。
如图5所示，以往的固定式直流端电压控制方法与回转电动机需求电压(502)、发动机辅助电动机需求电压(504)和储能装置电压(506)无关，固定地控制直流端电压(508)。此时，直流端电压(508)维持过高而产生不必要的损失。
与此相反，如图6所示，根据本发明的实施例的可变式直流端电压控制方法考虑回转电动机需求电压(502)、发动机辅助电动机需求电压(504)和储能装置电压(506)并根据回转电动机需求电压(502)、发动机辅助电动机需求电压(504)和储能装置电压(506)中的最大需求电压而适当地改变直流端电压(508)，从而能够提高逆变器和变换器等电力变换装置的能量效率。
上述方法可以通过多种多样的方法来表现。例如，本发明的实施例可由硬件、固件(firmware)、软件或其结合等来体现。
在由硬件来体现的情况下，根据本发明的实施例的方法可以由一个以上的ASICs(专用集成电路(application specific integrated circuits))、DSPs(数字信号处理器(digital signal processors))、DSPDs(数字信号处理设备(digital signalprocessing devices))、PLDs(可编程逻辑设备(programmable logic devices))、FPGAs(现场可编程门阵列(field programmable gate arrays))、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来体现。
在由固件或软件来体现的情况下，根据本发明的实施例的方法可以由执行上述说明的功能或动作的模块、程序或函数等形态来体现。软件代码可存储于存储单元并利用处理器求得。上述存储单元位于上述处理器内部或外部，可以利用公知的多种方法与上述处理器交换数据。
上文中参照附图对本说明书所公开的实施例进行了说明。这样在各附图中图示的实施例不应该被解释为限制性的，可以被解释为由熟知本说明书的内容的本领域技术人员彼此组合，且在组合时一部分构成要素可被省略。
并且，本说明书和权利要求书中使用的用语或单词不可以以常规性或辞书性限定进行理解，应当以符合本说明书中记载的技术思想的意义和概念进行理解。
因此，本说明书中记载的实施例和附图中图示的构成仅为本说明书中记载的一个实施例，不完全代表本说明书中记载的技术思想，因此应当理解在提出本申请时可能存在能够代替它们的多种等同物和变形例。
<附图标记说明>
10：发动机         101：液压泵
102：动臂油缸      103：斗杆油缸
104：铲斗油缸      110：发动机辅助电动机
111：辅助用逆变器  120：回转电动机
121：回转用逆变器  130：储能装置
131：DC-DC变换器   140：直流端电容器
150：控制部        151：电流检测器
152：位置检测器    153：电压检测器
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，包含：
至少一个逆变器，分别与将电能转变为机械能或将机械能再生为电能的至少一个电动机连接而用于控制所述至少一个电动机；
变换器，与存储由所述至少一个电动机产生的再生电力的储能装置连接而用于控制所述储能装置；
直流端电容器，连接于所述至少一个逆变器和所述变换器之间，并且通过所述至少一个逆变器获得电力供应或者通过所述变换器回收所述再生电力；以及
控制部，产生所述至少一个逆变器各自需求的至少一个逆变器需求电压和所述变换器中需求的变换器需求电压，并且基于所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压，
所述控制部计算所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压中的最大需求电压，并且根据所述计算的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
2.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部利用与各逆变器对应的电动机速度、输出电流和逆变器输出电压指令中的至少一个而分别产生各自的逆变器需求电压，并且利用与所述变换器对应的储能装置电压或者变换器输出电压指令而产生变换器需求电压。
3.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部进一步包含低通滤波器，为了减少驱动所述至少一个电动机时产生的脉动，通过所述包含的低通滤波器对所述输出电流进行低通滤波而产生逆变器需求电压。
4.(删除)
5.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部对所述计算的最大需求电压附加预设的电压裕度，并且根据附加有所述预设的电压裕度的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
6.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述至少一个电动机包含混合动力工程机械或电动工程机械中的回转电动机、发动机辅助电动机和行走电动机中的至少一个。
7.一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，包括：
逆变器需求电压产生步骤，产生分别与至少一个电动机连接的至少一个逆变器中需求的至少一个逆变器需求电压；
变换器需求电压产生步骤，产生与储能装置连接的变换器中需求的变换器需求电压；以及
电压控制步骤，基于所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压，可变地控制通过所述至少一个逆变器获得电力供应或者通过所述变换器回收所述再生电力的直流端电容器的直流端电压，
在所述电压控制步骤中，计算所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压中的最大需求电压，并且根据所述计算的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
8.根据权利要求7所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，
在所述逆变器需求电压产生步骤中，利用与各逆变器对应的电动机速度、输出电流和逆变器输出电压指令中的至少一个分别产生各自逆变器需求电压，
在所述变换器需求电压产生步骤中，利用与所述变换器对应的储能装置电压或变换器输出电压指令产生变换器需求电压。
9.根据权利要求7所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，
在所述逆变器需求电压产生步骤中，为了减少驱动所述至少一个电动机时产生的脉动，对所述输出电流进行低通滤波而产生逆变器需求电压。
10.(删除)
说明或声明(按照条约第19条的修改)
按照PCT条约第19条规定的修改
国际申请号：PCT/KR2014/000655
国际申请日：2014年1月23日(23.01.2014)
申请人：斗山英维高株式会社
代理人：特许法人Hanbeot(Hanbeot Patent&Law Firm)
大韩民国首尔市西大门区忠正路7救世军大厦15层120-716
Tel：82-2-2189-3626
敬启者
本案的国际申请将按照PCT条约第19条规定修改权利要求书，同时提交国际申请的权利要求书修改页和说明。
1.修改的权利要求范围与修改内容如下。
(1)修改的权利要求：权利要求1、权利要求5和权利要求7
(2)删除的权利要求：权利要求4和权利要求10
2.对说明书和附图的影响如下。
(1)说明书中的“解决课题的方法”可以对应修改的权利要求书进行修改。
(2)对附图没有影响。

Claims (10)

1.一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，包含：
至少一个逆变器，分别与将电能转变为机械能或将机械能再生为电能的至少一个电动机连接而用于控制所述至少一个电动机；
变换器，与存储由所述至少一个电动机产生的再生电力的储能装置连接而用于控制所述储能装置；
直流端电容器，连接于所述至少一个逆变器和所述变换器之间，并且通过所述至少一个逆变器获得电力供应或者通过所述变换器回收所述再生电力；以及
控制部，产生所述至少一个逆变器各自需求的至少一个逆变器需求电压和所述变换器中需求的变换器需求电压，并且基于所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
2.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部利用与各逆变器对应的电动机速度、输出电流和逆变器输出电压指令中的至少一个而分别产生各自的逆变器需求电压，并且利用与所述变换器对应的储能装置电压或者变换器输出电压指令而产生变换器需求电压。
3.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部进一步包含低通滤波器，为了减少驱动所述至少一个电动机时产生的脉动，通过所述包含的低通滤波器对所述输出电流进行低通滤波而产生逆变器需求电压。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部计算所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压中的最大需求电压，并且根据所述计算的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
5.根据权利要求4所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述控制部对所述计算的最大需求电压附加预设的电压裕度，并且根据附加有所述预设的电压裕度的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
6.根据权利要求1所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制装置，其特征在于，所述至少一个电动机包含混合动力工程机械或电动工程机械中的回转电动机、发动机辅助电动机和行走电动机中的至少一个。
7.一种具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，包括：
逆变器需求电压产生步骤，产生分别与至少一个电动机连接的至少一个逆变器中需求的至少一个逆变器需求电压；
变换器需求电压产生步骤，产生与储能装置连接的变换器中需求的变换器需求电压；以及
电压控制步骤，基于所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压，可变地控制通过所述至少一个逆变器获得电力供应或者通过所述变换器回收所述再生电力的直流端电容器的直流端电压。
8.根据权利要求7所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，
在所述逆变器需求电压产生步骤中，利用与各逆变器对应的电动机速度、输出电流和逆变器输出电压指令中的至少一个分别产生各自逆变器需求电压，
在所述变换器需求电压产生步骤中，利用与所述变换器对应的储能装置电压或变换器输出电压指令产生变换器需求电压。
9.根据权利要求7所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，
在所述逆变器需求电压产生步骤中，为了减少驱动所述至少一个电动机时产生的脉动，对所述输出电流进行低通滤波而产生逆变器需求电压。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的具备电动机的工程机械的直流端电压控制方法，其特征在于，
在所述电压控制步骤中，计算所述产生的至少一个逆变器需求电压和所述变换器需求电压中的最大需求电压，并且根据所述计算的最大需求电压，可变地控制所述直流端电容器的直流端电压。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258880A (zh) * 2016-12-21 2018-07-06 威士多公司 机电动力传输链的电气系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6563182B2 (ja) * 2014-08-29 2019-08-21 住友重機械工業株式会社 建設機械
DE102014220162A1 (de) * 2014-10-06 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Elektrischer Motor zum Unterstützen einer Funktion

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1211295A (zh) * 1996-12-12 1999-03-17 新卡特彼勒三菱株式会社 用于建工机械的控制装置
JP2003328397A (ja) * 2002-05-08 2003-11-19 Hitachi Constr Mach Co Ltd ハイブリッド建設機械
CN1673916A (zh) * 2004-03-22 2005-09-28 沃尔沃建造设备控股（瑞典）有限公司 设置施工车辆操作杆的响应模式的方法
JP2008101345A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Hitachi Constr Mach Co Ltd アーティキュレート式作業機
CN202000385U (zh) * 2010-07-16 2011-10-05 徐工集团工程机械股份有限公司江苏徐州工程机械研究院 液电复合混合动力挖掘机驱动装置
CN102459769A (zh) * 2009-06-09 2012-05-16 住友重机械工业株式会社 混合式挖土机及其控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359935A (ja) * 2001-05-31 2002-12-13 Komatsu Ltd ハイブリッド作業機械の蓄電部充放電制御装置
JP4949288B2 (ja) * 2008-02-12 2012-06-06 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型建設機械
CN102325947B (zh) 2009-03-31 2014-04-16 日立建机株式会社 具备电源系统的建筑机械以及工业车辆

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1211295A (zh) * 1996-12-12 1999-03-17 新卡特彼勒三菱株式会社 用于建工机械的控制装置
JP2003328397A (ja) * 2002-05-08 2003-11-19 Hitachi Constr Mach Co Ltd ハイブリッド建設機械
CN1673916A (zh) * 2004-03-22 2005-09-28 沃尔沃建造设备控股（瑞典）有限公司 设置施工车辆操作杆的响应模式的方法
JP2008101345A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Hitachi Constr Mach Co Ltd アーティキュレート式作業機
CN102459769A (zh) * 2009-06-09 2012-05-16 住友重机械工业株式会社 混合式挖土机及其控制方法
CN202000385U (zh) * 2010-07-16 2011-10-05 徐工集团工程机械股份有限公司江苏徐州工程机械研究院 液电复合混合动力挖掘机驱动装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258880A (zh) * 2016-12-21 2018-07-06 威士多公司 机电动力传输链的电气系统
US10630216B2 (en) 2016-12-21 2020-04-21 Danfoss Mobile Electrification Oy Electromechanical power transmission chain and an electric system, a method, and a computer program for controlling the same to stabilize converter input voltages and optimize combustion engine efficiency
CN108258880B (zh) * 2016-12-21 2020-09-15 丹佛斯移动电气化公司 机电动力传输链的电气系统
CN112134438A (zh) * 2016-12-21 2020-12-25 丹佛斯移动电气化公司 机电动力传输链的电气系统
US11146194B2 (en) 2016-12-21 2021-10-12 Danfoss Editron Oy Electromechanical power transmission chain, and an electric system, a method and a computer program for controlling the same to stabilize dc input voltage of a converter driving an electric machine and determining a torque reference of the electric machine
CN112134438B (zh) * 2016-12-21 2023-06-27 丹佛斯电气化公司 机电动力传输链的电气系统

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