CN1189375C

CN1189375C - 电梯控制装置

Info

Publication number: CN1189375C
Application number: CNB011211431A
Authority: CN
Inventors: 坂野裕一; 田岛仁; 荒木博司
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: KR20020036654A; JP2002145543A; KR100415747B1; US6471013B2; CN1353081A; US20020053490A1

Abstract

本发明揭示一种电梯控制装置，包括对来自交流电源1的交流电进行整流并转换成直流电的整流器11；将来自整流器的直流电转换成变压变频的交流电，驱动电动机，使电梯运行的逆变器15；设置在整流器和逆变器间的直流母线间，在电梯再生运行时贮存来自直流母线的电能，动力运行时向直流母线供给已存贮的直流电的电能贮存装置21；控制直流母线对电能贮存装置的充放电的充放电控制电路23；以及计测电能贮存装置的温度、电流、电压的组合，充放电控制电路23A根据计测装置50的输出，调节电能贮存装置21充放电电流最大值的计测装置50。

Description

电梯控制装置

技术领域

本发明涉及应用蓄电池的节能型电梯控制装置。

背景技术

图7为表示以往的电梯控制装置的系统构成图。

图7中，1表示三相交流电等通常的市电、2表示感应电动机等电动机，通过由该电动机2驱动卷扬机2旋转，使绳索4两端系着的电梯轿厢5、平衡锤6、升降，将轿厢内乘客远到指定的楼层。

市电1所供的交流电通过由二极管等构成的整流器(CNV)11整流转换成直流电，转换后的直流电供给直流母线9。该直流电通过由晶体管、IGBT等构成的逆变器(INV)15，转换成变压变频的交流电。

由微型计算机等的构成的控制器8进行电梯全体管理、控制的装置，该控制器8在生成电梯起动、停止指命之同时，还生成电梯的位置、速度指令。逆变器控制电路13在实施以电流检测12来的电流反馈、从装在卷扬机3上编码器等组成的速度检测装置7来的速度反馈信息之同时，还根据控制器8发出的指令，驱动电动机旋转，实现电梯的位置·速度控制。此时，逆变器控制电路13，通过门驱动电路14，控制逆变器15的输出电压及输出频率。

电梯的平衡锤6设定在与轿厢5内适应的负载(通常为额定负载的一半)乘用时相平衡的重量。因此，通常在无负载让轿厢升降时，轿厢下降时边消耗电力、边动力运行，上升时，变成动能返转回电功率的再生运行。此外，反过来，以额定负载下降时为再生运行，上升时为动力运行。在一般的电梯中，该再生运行时的再生电能由再生电阻控制电路17在再生电阻16上转换成热能消耗掉。

应用了蓄电池节能型电梯一般包括：使用铅蓄电池、镍氢蓄电池作为蓄电池的电能贮存装置21、由DC-DC转换器等构成的充放电电路22、控制放电电路22充放电的充放电控制电路23、以及对电梯所需电力作运算，控制充放电控制电路23，应从电能贮存装置21放电市电1不足的电力的所需电力运算电路24。

因为，通常将装置做得小型、廉价，故控制蓄电池的数量，电池的输出电压比直流母线9的电压还低，直线母线9的电压一般控制在市电1经整流器11整流后的电压附近。因此，电池放电时，使充放电路22的母线侧输出升压至母线电压，另外，电池充电时，有必要使充放放电路22的母线侧输入降压压至比整流器输出电压还要低，所以充放电电路22采用DC-DC转换器，由充放电控制电路控制该DC-DC转换器的放电门电路及充电门电路。

图8为表示上述充放电控制电路23电路示例的方框图。

如图8所示，作为充放电控制电路，具备由电压控制器31、充电电流控制器32、PWM信号电路33及门驱动电路34组成的充电电力用控制电路、和电放电电流控制器41、PWM信号电路42、门驱动电路43及除法器44组成的放电电力用控制电路。

在放电电力用控制电路，电压控制器31将从图7所示控制器发出的电压指令和直线母线9的电压反馈之偏差例如作比例积分运算，作为充电电流指令值输出。充电电流控制器32将来自上述电压控制器31的充电电流指令和来自设在图7所示的电能贮存装置21和充放电电路22之间电流检测装置10的电流反馈之偏差，例如作比例积分运算作为充电控制指令值输出。PWM(脉冲调宽)信号电路33根据上述充电电流控制器32发出的充电控制指令值，输出对DC-DC转换器组成的充放电电路22作PWM控制的控制信号。门驱动电路34，根据来自PWM信号电路33的控制信号控制充放电电路22的充电门电路。

在此，有从电动机2电能再生地，直流母线9的电压因该再生电能面上升，在直流母线9的电压比整流器11的输出电压还高时，停止从工业电源来的供电。该直流母线9的电压上升达到某一规定电压，就将来自电压控制器31的充电电流指令值的极性反转，按照充放电控制电路23的控制，再生电流向电能贮存装置21充电。

一方面，在放电电力用控制电路，除法器45从运算电梯所电力的所需电力运算装置24的输出，输出用于从电能贮存装置21放电市电1不足电力的放电电流指令值。即将从所需电力运算装置24发出的输出电力、和从控制器8发出成为市电1最大供给电量的指令值的市电电力之电力偏差值，用电能贮存装置2 1的电池电压除，所得的电流电流指令值再输出。放电电流控制器41将其放电电流指令值，和从设在图7所示的电力贮存装置21及充放电电路22之间的电流检测装置10的电流反馈之差，作比例积分运算输出放电控制装置指令值。PWM信号电路42根据上充放电电流控制器41的放电控制指令值，输出对由DC-DC转换器组成的充放电电路22作PWM控制的控制信号。门驱动电路43根据PWM信号电路42来的控制信号控制充放电电路22的放电门电路。

这里在动力运行时，电梯必须要有电力供给，所需的电力由来自电能贮存装置21的放电及来自市电1的供给，这样两个方面来提供。除法器45从运算电梯所需电力的所需电力运算装置24的输出，输出用于从电能贮存装置21放出市电1不足电力的放电电流指令值。据此，通过充放电控制电路23的控制，电能从电能贮存装置21放出，稳定在恰当的母线电压，从而能供给电梯必需的电力。

这样，通过在电能贮存装置上贮存再生电能并再度利用电能，从而能实现节能。

然而，在上述以往的电梯控制装置中，作为电能贮存装置21有必要以电能贮存装置的温度、充电量(state of change：SOC)等所有条件，装上再生电能能充电的、价格贵、容量大的电能贮存装置。另外，为了确保以上述所有的条件充分的放电量，必须花高价置备相当大的电能贮存装置。

发明内容

本发明为解决上述课题，其目的在于提供不会影响充电的节能效果，并利用低容量。廉价的蓄电池的节能效果好的电梯控制装置。

本发明的一种电梯控制装置，包括对来自交流电源的交流电进行整流并转换成直流电的整流器；将来自所述整流器的直流电转换成变压变频的交流电，驱动电动机，使电梯运行的逆变器；设置在所述变换器和所述逆变器间的直流母线间，在电梯再生运行时贮存来自直流母线的电能，动力运行时向直流母线供给已存贮的直流电的电能贮存装置；控制所述直流母线对所述电能贮存装置的充放电的充放电控制电路；以及计测所述电能贮存装置的温度、电流、电压中的组合的计测装置，所述充放电控制装置对应于所述计测装置的输出，调节所述电能贮存装置充放电电流最大值。

另外，所述计测装置的输出与所述电能贮存装置充放电时的电流、电压、温度中至少有一个存在函数关系。

又，从所述计测装置的输出，在过充电、过放电以前掌握所述电能贮存装置的蓄电状态，并与其对应调节充放电。

还有，从所述计测装置的输出中至少有一个以上，把握所述电能贮存装置的蓄电量的满充电状态还是完全放电状态。

此外，所述充放电控制装置作为调节充放电电流最大值的装置，包括对应于所述计测装置的输出，抑制充放电电流指令值在某充放电电流限制值以内的电流限制电路。

又，所述电流值限制电路为在充放电电流指令值上乘上一常数，该常数表征为将从电梯运转预计到向所述电能贮存装置充放电最大电流值抑制在充放电电流限制值以内。

还有，所述电流限制电路将超出充放电电流限制值的充放电电流指令值抑制在电流限制值。

再者，所述电流值限制电路将充放电流限制值，作为所述电能贮存装置的电池规定数值或电池额定值的固定倍数。

附图说明

图1为表示本发明实施形态1的电梯控制装置的系统构成图。

图2为图1所示的充放电控制电路23A的内部方框图。

图3为图1所示的计测装置50的内部构成图。

图4为说明图3所示的计测装置50内的检测部50a动作的流程图。

图5为说明图3所示的计测装置50内的蓄电池异常检测部50b动作的流程图。

图6为说明图3所示的检测装置50内电流限制值决定部50C动作的流程图。

图7为表示以往的电梯的控制装置系统构成图。

图8为在本发明的实施形态4的充放电控制装置的流程图。

具体实施方式

在本发明中，通过计测电能贮存装置的状态，根据计测的数据控制再生电能的充电及放电，从而提供能进行有盖于电池寿命的充放电控制的电梯控制装置。

也就是说，在本发明中，为确保节能效果，在向电能贮存装置充电时尽量地接受再生电能，从电能贮存装置放电时尽可能出放出电能，为保护电池的充电能力、确保电池的寿命，要控制得没有过度的充电及放电。

以下，就具体的实施形态作说明。

实施形态1

用于电能贮存装置的蓄电池特性会因铅电池、镍氢电池等电池种类而异，一般的镍氢电池在温度比通常温度高的状态下充电的接受能力变劣。另外，在蓄电量接近满充时充电的接受变得困难。在这些充电的接受能力恶化状态下，欲大电流充电，则不仅会产生内阻增大，即电池发热和充电电压上升，还会使此后的充电性能恶化、缩短电池寿命。由此，必须通过控制，使它尽量避免过充电。

另外，在放电中，可以看到蓄电池临近完全放电的状态，电压就急剧下降。在大电流放电的场合，电压下降会更加剧烈。由于电压下降后继续放电，过放电(放电至蓄电池规定的放电终止电压以下)尤其是在欲使用多个电池的场合，反充电，蓄电池就会有直至产生气体、漏液等危险存在。因此，必须通过控制，使它尽量避免过放电。

图1为表示涉及本发明实施形态1的电梯控制装置的系统构成图。

在图1，与图7所示以往的示例相同的部分所注的符号亦相同，故其说明将省略。作为新的符号，50为计测电能贮存装置21的充放电电流、充放电电压、温度等的计测装置。另外，在涉及本实施形态1的充放电控制电路23A，如图2所示，对图2示出的以往示例的充放电控制电路的电路方框图，追加充电电流值限制电路51、放电电流值限制电路52，故就可能作充放电电流最大指令值的调节。

这里，就电能贮存装置所用的蓄电池进行说明。

蓄电池的特性会因铅电池、镍氢电池等电池种类而异，在此，就一般的镍氢蓄电池的电池蓄电池的把握作一翻叙述，

电池容量通常由以电流重表示的规定温度、放电电流及放电终止电压而定，从完全放电状态能取出电量为该电池的额客容量，因此，通过计测累计流过电池的电流，就能从电流量大致掌握电池的蓄电量。

对于电池容量，温度、放电电流是规定好的，在高于规定温度的状态下充电，接受会变劣，在低于的状态下放电，则效率下降，另外，蓄电池的充放电电流越大效率亦越差。由于这些因温度、电流等引发的效率变化，要经常正确地掌握蓄电量是相当困难的。

另一方面，蓄电池的完全充电状态和完全放电状态通常能除了电流量以外来掌握。现叙述其检测方法。

放电直至蓄电池容量临近放电终止，电压就急剧地下降。电压、电压降的变化量根据放电电流值而有相当大的变化，为防止过放电、逆充电，通常在电池电压达到某一电压值的时刻就终止放电。该电压值为放电终止电压，从放电终止电压和电池温度·电流值的关系能规定蓄电池的蓄电量。由此，临近放电终止的蓄电池电量或者完全放电状态能从蓄电池温度、以及电流值·电压值来掌握。

此外，充电直至临近完全充电状态，温度就急剧地上升。该上升之大小取决于充电电流之大小。因此，到那时候上升的电压保持过峰值后，转而下降。由此，完全充电状态能够从电流值和温度的变化量·电压变化量。

由以上所述，能从蓄电池的特性参数掌握电量有效利用蓄电池。同时能避免蓄电池过充电·过放电。

以该想法为根据说明系统的作用。

图1所示的计测装置50具有图3所示的构成。

即，作为计测装置50由以下四部分构成；计测部50a计算有关蓄电池(电能贮存装置21)的计测和由该值得到的计测值、蓄电池异常检测部50b以该计测值为基础检测出蓄电池的异常，判断蓄电池的充放电。停止、电流限制值决定部50c从计测值掌握蓄电池蓄电量，决定蓄电池的充放电控制电流的最大电流值、以及充放电控制条件设定部50d设定对充放电控制电路23设定充放电控制条件。

参照图4所示的流程图说明蓄电池充放电控制。停止指令、输出蓄电池充放电控制最大电流值的计测装置50内的计测部50a之动作。

首先计测电能贮存装置21的蓄电池充放电电流、充放电电压、温度(步S401)。然后，从该计测值求出充放电效率(步S402)。

现设电流为I、温度为T，能由该两个参数决定充放电效率时，该充放电效率η能以η＝f₁(I)+f₂(T)的函数形式表示。就以电流为例考虑之，因随着充放电电流变大效率也恶化，故可使函数f₁(I)和蓄电池性能一致设定为K₁I+K₂(K₁及K₂为常数)。实际的蓄电池因充电开始时的蓄电量、反复充放电次数等效率也有变化，故如将其以函数形式设定就能更精密地设定充放电效率。

然后，计算电压·温度变化量、电池蓄电量，该量是从步S401、402得到的电流和效率相求后的蓄电池电流及其累计值处取得的。

下面，参照图5所示的流程图说明计测装置50内蓄电池异常检测中50b的动作。

通常，蓄电池由其性能决定了可能充放电的电流、电压。所以，判定电池的充放电电流值、充放电电压值正常与否(步S501、S502)。在检测出异常时，就要停止充放电控制装置，不让蓄电池充放电(步S505)。

此外，蓄电池的可能使用温度范围是受限制的。例如，一般的镍氢电池，按照电流的大小也有可能使用温度范围为0～55℃左右。所以，电能贮存位置21的温度如若在温度可能使用范围内，则一如往常进行充放电控制(步骤S503→S504)，在范围之外，就停止从电能贮存装置21的充放电(S503→S505)。

以下，参照图6所示的流程图说明计测装置50内电流限制值决定部50C的动作。

在通常的镍氢蓄电池中，根据电流的大小蓄电池的使用效率较佳时的温度为0～40℃，可以使用温度为0°～55℃左右。

所以，电能贮存装置21温度例如在10～40℃范围内，一如往常地作充放电控制。在0～10℃或40～55℃温度范围要限制充放电的电流最大值。另外，在0℃以下、55℃以上的温度范围如停止从电能贮存装置21的充放电，则不会对蓄电池加上过度的负担，能正确地使用蓄电池。

即，判定电能贮存装置21的温度是否在高效温度范围内(10～40℃温度范围)，若在该范围外(0～10℃、40～55℃温度范围)，则设定并限制充放电控制电流的最大值(步S601、S602)。如果能贮存装置21的温度在高效温度范围内，就要判定从所需电力运算电路24输出的是正还是负(步S603)，是正的场合，设定从电能贮存装置21放电的蓄电池放电方式(步S604)。

在该蓄电池放电方式，由上述把握电池蓄电量的方法，从计算机电池蓄电量、电压的变化量和电流值出发，能够掌握电能贮存装置21的蓄电量将近完全放电状态，例如蓄电量还剩20％左右，所以判定电压变化量在判定值以下与否(步S605)，判定值以下时，放电效率降低，从要全着眼为防止电能贮存装置21过放电，设定放电控制电流最大值，同时修正蓄电量限制减小放电电流(步S606)。

通过这些措施，来自蓄电池的电能供给变少，电梯所需的电能从市电1经整流器11供给。掌握上述蓄电量时，靠限制充电电流指令值，能够减小来自蓄电池的放电电流。

同样地，接上述把握电池蓄电量的方法，通过判定放电时的电池电流值和电压值已低于某一电压，则就能掌握蓄电池在完全放电状态，所以，判定电压值是否已低于放电终止电压以下(步S607)。判定出电压值为放电终止电压以下时，判定完全放电，作放电停止处理，同时修正蓄电量，防止蓄电池过放电(步S608)。

另外，在上述步S603的判定中，在判定从所需电力运算电路24输出不是为正的时，母线电压比规定的充电开始电压高时，设定为向电能贮存装置21进行充电的蓄电池充电方式(步S603、S609、S610)。

在该蓄电池充电方式，按照上述电池蓄电量的把握方法，从计算出的电池蓄电量。蓄电池温度的变化量和电流值，能够掌握电能贮存装置21的蓄电量临近满充电状态，例如蓄电量90％左右，所以，判定蓄电池温度的变化量为判定值以上与否(步S611)，判定值以上时，因充电效率变坏，所以在限制充电控制电流的最大值之同时，修正蓄电量，减小充电电流(步S612)。

通过如此地限制充电电流，再生电能不对所有的蓄电池充电，所以由于电能不能充分地消耗掉，直流母线9的电压变高。这时，即使在没有检测出电压峰值的状态下，如直流母线9的电压在再生开始值以上，则使图1所示的再生电阻控制电路17动作，让再生电能在再生电阻16上放热消耗掉(步S613→S615、S616)。

这样的处理，在把握住上述蓄电量时，靠限制放电电流指令值能减小向蓄电池的充电电流。

同样，由上述电池蓄电量的把握方法，保持放电时刻的电池电流值和曾上升的电压值之峰值，通过判出转为下降，就能判定蓄电池为满充电状态，作充电停止处理同时修正蓄电量，如直流母线9的电压在再生开始值以上，则使图1所示的再生电阻控制电路17动作，通过使再生电能在再生电阻16上放热消耗，防止蓄电池过充电(步S613～S616)。

另外，在上述的步S609，在母线电压比充电开始电压低的场合，变成停止充放电的充放电停止方式(步S617)。

因此，按照实施形态1，计测电能贮存装置的状态，控制与计测数据相应的再生电能的充电及放电，即，为了确保节能效果，向电能贮存装置充电时尽可能接收再生电能，从电能贮存装置放电时尽可能放出电能，但为了保护电池的充电能力、确保电池的寿命，通过控制，不使过度的充电、放电产生，从而能进行有盖于电池寿命的充放电控制，不会影响充电的节能效果，并且能提供使用低容量。兼价的蓄电池、节能效果好的电梯控制装置。

实施形态2

下面，对实施形态2的充放电时电流限制值的设定方法进行说明。

涉及实施形态2的构成与图1及图2所示的实施形态1的构成相同。

在使用通常的蓄电池的场合，在蓄充电附近的高速充电，或完全放电附近的高速放电，存在着充电。过放电的危险。由此，靠计测装置50把握在将满充电或完全放电之前蓄电量，通过限制来自蓄电池的充放电电流，防止发生过充电·过放电，希望能更安全地使用蓄电池。

在一般的蓄电池中，电池的最大充放电值、额定充放电值称作为C(表示充放电电流大小时使用，数值为电池额定容量的倍数、单位为电流的技术指标)，电池规格数值或电池额定值是规定好的。充电电流限制值例如根据电池蓄电量，通常在蓄电量靠近最大充放大值、满充电、完全放电状态时在额定充放电值，或者那些值上附上一个出于对安全考虑的固定倍数，从而不让蓄电池过充电·过放电，电梯能靠效率更高的蓄电池来运转。

另外，通过根据计测装置50来的蓄电量输出，将充放电电流限制值分阶段地，或者和蓄电池温度同时地做成设定表格设定限制值，从而变得能更加精密地控制、电梯能靠效率更高的蓄电池来运转。

在此，对图2所示的充放电控制电路23A中充放电电流值限制电路51及放电电流值限制电路52作一说明。

在充放电控制电路23A的电路方框中，追加充电电流值限制电路51及放电电流值限制电路52，因而就能调节充放电电流最大值。根据计测装置50的输出，限制放电电流的最大值，减小放电电流。

这时，从电池电压计算出自所蓄电力运算装置24输出的研需电力、预先设定的市电电压值，放电电流指令值由放电电流值限制电路52限制。另外，由充电电流值限制电路51，根据计测装置50的输出，限制充电电流的最大值减小充电电流。这时，电压控制器31的输出和从电流反馈算出的充电电流指令被限制。

实施形态3

下面，对实施形态3的充放电控制电路23A的动作进行说明。

电梯取决于最大速度和最大承载量，故亦决定该电梯最大(峰值)电力模式。从蓄电池供给何等的电力全凭其规格，例如向蓄电池充放电的最大充放电流设定在所需电力的峰值。假设该最大充放电流值即所需电力的峰值为Ia。充放电控制电路23A在将计测装置50输出的电流限制值作为Ib时，用充放电控制电路，在电流指令值上乘以常数Ib/Ia。或者大于Ib的电流指令值-概作为Ib动作。

根据上述处理，所有的电流指令值不会超过电流限制值，能限制蓄电池的充放电电流。

如上所述，根据本发明，计测电能贮存装置的状态，通过控制与计测数据相应的再生电能的充电及放电，能进行有盖于电池寿命的充放电控制，不会影响电的节能效果，并能提供使用低容量、廉价的蓄电池、节能效果好的电梯控制装置。

Claims

1.一种电梯控制装置，其特征在于，包括

对来自交流电源的交流电进行整流并转换成直流电的整流器；

将来自所述整流器的直流电转换成变压变频的交流电，驱动电动机，使电梯运行的逆变器；

设置在所述变换器和所述逆变器间的直流母线间，在电梯再生运行时贮存来自直流母线的电能，动力运行时向直流母线供给已存贮的直流电的电能贮存装置；

控制所述直流母线对所述电能贮存装置的充放电的充放电控制电路；以及

计测所述电能贮存装置的温度、电流、电压的组合的计测装置，所述充放电控制装置对应于所述计测装置的输出，调节所述电能贮存装置充放电电流最大值。

2.如权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述计测装置的输出与所述电能贮存装置充放电时的电流、电压、温度中至少有一个存在函数关系。

3.如权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，

从所述计测装置的输出，在过充电、过放电以前掌握所述电能贮存装置的蓄电状态，并与其对应调节充放电。

4.如权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，

从所述计测装置的输出中至少有一个以上，把握所述电能贮存装置的蓄电量的满充电状态还是完全放电状态。

5.如权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述充放电控制装置作为调节充放电电流最大值的装置，包括对应于所述计测装置的输出，抑制充放电电流指令值在某充放电电流限制值以内的电流限制电路。

6.如权利要求5所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述电流值限制电路为在充放电电流指令值上乘上一常数，该常数表征为将从电梯运转预计到向所述电能贮存装置充放电最大电流值抑制在充放电电流限制值以内。

7.如权利要求5所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述电流限制电路将超出充放电电流限制值的充放电电流指令值抑制在电流限制值。

8.如权利要求5所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述电流值限制电路将充放电流限制值，作为所述电能贮存装置的电池规定数值或电池额定值的固定倍数。