DE112009000643T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen Download PDF

Info

Publication number
DE112009000643T5
DE112009000643T5 DE112009000643T DE112009000643T DE112009000643T5 DE 112009000643 T5 DE112009000643 T5 DE 112009000643T5 DE 112009000643 T DE112009000643 T DE 112009000643T DE 112009000643 T DE112009000643 T DE 112009000643T DE 112009000643 T5 DE112009000643 T5 DE 112009000643T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
storage device
capacity
charging voltage
electrical storage
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112009000643T
Other languages
English (en)
Inventor
Jun Yamane
Takayoshi Endou
Tomohisa Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Publication of DE112009000643T5 publication Critical patent/DE112009000643T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/46—Series type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091—Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/08—Structural combinations, e.g. assembly or connection, of hybrid or EDL capacitors with other electric components, at least one hybrid or EDL capacitor being the main component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/005—Electrodes
    • H01G4/008—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/18—Reluctance machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/80—Time limits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/14—Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention
    • B60W2050/146—Display means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60W2300/17—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/08—Electric propulsion units
    • B60W2510/081—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244—Charge state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/246—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/248—Age of storage means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/06—Combustion engines, Gas turbines
    • B60W2710/0644—Engine speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/08—Electric propulsion units
    • B60W2710/081—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/08—Electric propulsion units
    • B60W2710/083—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11—Electric energy storages
    • B60Y2400/114—Super-capacities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in einer Hybrid-Baumaschine mit einem Motor, einem Motor-Generator, dem Speichergerät, einem elektrischen Leistungsantrieb und einer Arbeitsmaschine, die vom elektrischen Leistungsantrieb angetrieben ist, umfassend:
– Überprüfung, dass die Arbeitsmaschine angehalten hat;
– Umschaltung zu einem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, wenn überprüft wurde, dass die Arbeitsmaschine gestoppt hat, und Steigerung von einer vorgeschriebenen Anfangs-Ladespannung zu einer vorgeschriebenen End-Ladespannung im elektrischen Speichergerät durch Betreiben des Motor-Generators mit einer vorgeschriebenen Drehzahl und einem vorgeschriebenen Drehmoment;
– Berechnen einer Kapazität des elektrischen Speichergeräts basierend auf Drehzahl- und Drehmoment-Werten des Motor-Generators während dem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Anfangs- und End-Ladespannungswerten des elektrischen Speichergeräts und einer Zeit, die für das elektrische Speichergerät zum Erreichen der End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung benötigt wird; und
– Beurteilung des Zustands des elektrischen Speichergeräts durch Vergleichen der berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hybrid-Baumaschinen, die mit einem Motor, einem Motor-Generator, einem elektrischen Speichergerät ausgerüstet sind und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, um den Lade- bzw. Entladezustand eines elektrischen Speichergeräts, wie einen Kondensator, zu bestimmen.
  • Technischer Hintergrund
  • In den letzten Jahren sind ebenso wie im Automobilbereich Hybrid-Fahrzeuge auch im Bereich der Baumaschinen entwickelt worden. Diese Art von Hybrid-Baumaschinen ist mit einem Motor, einem Motor-Generator, einem elektrischen Speichergerät und einer Arbeitsmaschine ausgestattet. Hierbei ist das Speichergerät meist eine Batterie, die aufgeladen und beliebig entladen werden kann, oder besteht aus einem Kondensator oder aus einem wiederaufladbaren Akkumulator. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Kondensators beschrieben werden, als ein Vertreter eines solchen elektrischen Speichergeräts. Ein Kondensator als elektrisches Speichergerät dient der Speicherung elektrischer Energie, die erzeugt wird, wenn der Motor-Generator im Ladebetrieb ist. Der Kondensator gibt an den Motor-Generator auch gespeicherte Energie ab, z. B. über einen Inverter, oder gibt Leistung an einen Elektromotor zum Antrieb der Arbeitsmaschine ab.
  • Der Kondensator verliert bei langfristiger Nutzung, wiederholter Tiefentladung, Überladung oder durch Überhitzung usw. an Kapazität. Bei Baumaschinen, die insbesondere in rauen Umgebungen eingesetzt werden, sind die Fahrzeug-Kondensatoren relativ rasch verbraucht. Bei fortgeschrittener Entladung des Kondensators vermindert sich die Arbeitsleistung der Hybrid-Baumaschine, da die elektrische Energie zur Versorgung des Elektromotors absinkt. Aus diesem Grund sollte der Entladezustand des Kondensators vorausbestimmt werden, und dann bei Bedarf eine entsprechende Wartung oder ein Austausch des Kondensators durchgeführt werden.
  • Um den Entladezustand des Kondensators zu bestimmen, gibt es die folgenden Techniken:
    Bei einer herkömmlichen Methode zur Beurteilung der Entladung von Kondensatoren wird die Kapazität eines Kondensators mit einem Hochleistungs-Entladegerät gemessen, das für das Wartungspersonal gedacht ist, wobei bestimmt wird, ob die Kapazität gleich oder kleiner als eine vorgeschriebene Kapazität ist. Wenn die Kapazität die angegebene Kapazität des Kondensators unterschreitet, wird ein Austausch des Kondensators durchgeführt. Bei dieser Methode wird zunächst der Kondensator aus der Baumaschine ausgebaut und zu dem Hochleistungs-Entladegerät getragen und dort angeschlossen. Dann werden Lade- und Entladevorgänge am Kondensator durchgeführt, wobei die Spannungs- und Stromwerte erfasst werden. Dabei wird aus den Strom- und Spannungswerten die Kapazität des Kondensators bestimmt, um festzustellen, ob diese unter den vorgeschriebenen Wert abgesunken ist.
  • Bei der JP 2007-155586 wird ein Kondensator von einer Konvertereinheit versorgt, wobei Spannungs- und Stromwerte erfasst werden und ein innerer Widerstandswert des Kondensators aus den Spannungs- und Stromwerten bestimmt wird, um hieraus den Entladezustand des Kondensators zu bestimmen.
  • Bei der vorstehend genannten, herkömmlichen Methode ist es notwendig, den Kondensator aus dem Fahrzeug auszubauen und zum Hochleistungs-Entladegerät zu tragen und dort anzuschließen. Der Nachteil dabei ist ein hoher Arbeits- und Zeitaufwand. Zudem ist die Anschlussspannung des Kondensators eine Hochspannung von ca. 300 V, so dass die Demontage, der Transport und Anschluss an das Entladegerät mit Gefahren verbunden ist. Da zudem das Hochleistungs-Entladegerät als spezielles Gerät für Service-Personal gedacht ist, können die Bediener der Baumaschine das Resultat nicht einfach erfahren, insbesondere nicht direkt am Fahrersitz. Weiterhin benötigt diese Art der Bestimmung erhebliche Zeit, in der die Baumaschine nicht arbeiten kann, so dass die Betriebseffizienz absinkt.
  • Nach der vorstehenden Patentliteratur ist es zwar möglich, die Bestimmung durchzuführen, wenn der Kondensator am Fahrzeug verbleibt, wobei auch das Testgerät auf der Baumaschine montiert ist. Dieses System verlangt jedoch eine Konfiguration, wobei elektrische Energie vom Konverter an den Kondensator geliefert wird, während der Motor und der Motor-Generator außer Betrieb sind. Hierbei wird während des Normalbetriebs die elektrische Energie vom Motor-Generator im Kondensator gespeichert, wenn der Motor-Generator im Energieerzeugungsbetrieb angetrieben ist (auch als „normale Steuerung” bezeichnet). Beim regenerativen Betrieb kann es jedoch vorkommen, dass elektrische Energie aus dem Leistungsantrieb bzw. Elektromotor zum Laden des Kondensators dient.
  • In dem genannten Stand der Technik ist daher eine spezielle Konfiguration nötig, in der der Kondensator geladen werden kann, ohne dass der Motor und der Motor-Generator läuft, im Gegensatz zu der „normalen Steuerung”, bei der der Kondensator durch den laufenden Motor bzw. Motor-Generator aufgeladen wird. Für diese spezielle Konfiguration, die verschiedenartig zur „normalen Steuerung” ist, gelten völlig unterschiedliche Anforderungen, so dass die Steuerung insgesamt kompliziert wird. Da weiterhin die Spannungs- und Stromwerte des Kondensators erfasst werden müssen, um hieraus den inneren Widerstand und den Kapazitätszustand festzustellen, ist ein Strommessfühler erforderlich, der ein wesentliches Bauteil des Systems bildet, während solch ein Stromsensor bei der „normalen Steuerung” nicht benötigt wird. Der Stromsensor dient somit nur der Zustandsbestimmung und widerspricht der Tendenz zur Verringerung der Komponentenanzahl und Kosten. Dieser zusätzliche Sensor für den Kondensator ergibt somit höhere Kosten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Zustand eines elektrischen Speichergeräts, wie z. B. eines Kondensators, bei Hybrid-Baumaschinen mit eingebautem Speichergerät zu bestimmen, wobei kein zusätzlicher Sensor bzw. keine komplizierte Systemkonfiguration erforderlich ist.
  • Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in einer Hybrid-Baumaschine mit einem Motor, einem Motor-Generator, dem Speichergerät, einem elektrischen Leistungsantrieb und einer Arbeitsmaschine, die vom elektrischen Leistungsantrieb angetrieben ist, vorgeschlagen, umfassend folgende Schritte:
    • – Überprüfung, dass die Arbeitsmaschine angehalten hat;
    • – Umschaltung zu einem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, wenn überprüft wurde, dass die Arbeitsmaschine gestoppt hat, und Steigerung im elektrischen Speichergerät von einer vorgeschriebenen Anfangs-Ladespannung zu einer vorgeschriebenen End-Ladespannung durch Betreiben des Motor-Generators mit einer vorgeschriebenen Drehzahl und einem vorgeschriebenen Drehmoment;
    • – Berechnen einer Kapazität des elektrischen Speichergeräts basierend auf Drehzahl- und Drehmoment-Werten des Motor-Generators während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Anfangs- und End-Ladespannungswerten des elektrischen Speichergeräts und einer Zeit, die für das elektrische Speichergerät zum Erreichen der End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung benötigt wird; und
    • – Beurteilung des Entladezustands des elektrischen Speichergeräts durch Vergleichen der berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität.
  • Bei einer zweiten Ausführung des Verfahrens wird die Kapazität des elektrischen Speichergeräts berechnet, nachdem die Kapazität um die Temperatur des elektrischen Speichergeräts während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus korrigiert wurde.
  • In einer dritten Ausführung des Verfahrens wird der Ladevorgang des elektrischen Speichergeräts mit Steigerung von der Anfangs-Ladespannung zu der End-Ladespannung während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus mehrfach durchgeführt, und der Ladezustand des elektrischen Speichergeräts bestimmt durch Berechnung einer durchschnittlichen Kapazität durch Mitteln von Kapazitäten des elektrischen Speichergeräts von diesbezüglichen Ladevorgängen und durch Vergleichen der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität.
  • Eine vierte Ausführung des Verfahrens umfasst weiterhin einen Schritt zur Darstellung der Ergebnisse der Zustandsbestimmung des elektrischen Speichergeräts.
  • Eine geeignete Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen, umfasst:
    • – einen Motor;
    • – einen Motor-Generator, dessen Antriebswelle mit der Abtriebswelle des Motors verbunden ist, um eine elektrische Leistungserzeugung und einen elektrischen Antrieb durchzuführen,
    • – ein elektrisches Speichergerät, das elektrische Energie speichert, wenn der Motor-Generator die elektrischen Leistungserzeugung durchführt und elektrische Energie an einen elektrischen Leistungsantrieb und den Motor-Generator liefert,
    • – den elektrischen Leistungsantrieb; und
    • – eine Arbeitsmaschine, die vom elektrischen Leistungsantrieb angetrieben ist; wobei die Vorrichtung zur Zustandsbestimmung des elektrischen Speichergeräts umfasst:
    • – eine Spannungserfassungseinheit, die Ladespannungswerte in dem elektrischen Speichergerät erfasst,
    • – ein Steuergerät, das eine Steuermodus zur Zustandsbestimmung des elektrischen Speichergeräts durchführt, wobei das Steuergerät umfasst:
    • – eine Zustandsprüfeinheit, die überprüft, ob wenigstens die Arbeitsmaschine angehalten ist und einen Befehl abgibt, um in einen Zustandsbestimmungs-Zeitmodus überzugehen, wenn überprüft ist, dass die Arbeitsmaschine angehalten ist;
    • – eine Lade-/Entlade-Steuereinheit, die eine Umschaltung zum Zustandsbestimmungs-Zeitmodus veranlasst, wenn von der Zustandsprüfeinheit der Befehl gegeben wird, und einen Steuerbefehl an den Motor und den Motor-Generator ausgibt, so dass der Motor-Generator mit einer vorgegebenen Drehzahl und einem vorgegebenen Drehmoment angetrieben ist, um in dem elektrischen Speichergerät die Anfangs-Ladespannung auf eine End-Ladespannung anzuheben, unter Berücksichtigung eines Ladespannungswertes des elektrischen Speichergerätes, das von der Spannungserfassungseinheit erfasst wird;
    • – eine Kapazitätsberechnungseinheit zur Berechnung einer Kapazität des elektrischen Speichergeräts, basierend auf Drehzahl- und Drehmoment-Werten des Motor-Generators während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Anfangs- und End-Ladespannungswerten des elektrischen Speichergeräts und einer Zeit, die für das elektrische Speichergerät zum Erreichen der End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung benötigt wird; und
    • – eine Zustandsbestimmungseinheit zur Beurteilung des Entladezustands des elektrischen Speichergeräts durch Vergleichen der berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität.
  • In bevorzugter Ausführung dieser Vorrichtung ist weiterhin vorgesehen:
    eine Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen der Temperatur des elektrischen Speichergeräts, wobei
    die Kapazitätsberechnungseinheit die Kapazität des elektrischen Speichergeräts berechnet, nachdem die Kapazität um die Temperatur des elektrischen Speichergeräts während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus korrigiert wurde.
  • Eine weiterhin bevorzugte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lade-/Entlade-Steuereinheit den Ladevorgang steuert, um im elektrischen Speichergerät die Steigerung von der Anfangs-Ladespannung zu der End-Ladespannung während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus mehrfach durchzuführen,
    wobei die Kapazitätsberechnungseinheit eine durchschnittliche Kapazität berechnet durch Mitteln von Kapazitäten des elektrischen Speichergeräts von diesbezüglichen Ladevorgängen, und
    die Zustandsbestimmungseinheit den Ladezustand des elektrischen Speichergeräts bestimmt durch Vergleichen der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität.
  • Insbesondere ist bei der Vorrichtung zudem eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, wobei die Steuereinheit weiterhin eine Zustandsanzeige umfasst, um ein Bestimmungsresultat des Ladezustands des elektrischen Speichergeräts darzustellen. Zudem ist bevorzugt, dass als elektrischer Leistungsantrieb der Arbeitsmaschine ein Elektromotor vorgesehen ist.
  • Entsprechend der Erfindung wird, wie in 3 gezeigt, geprüft, ob die Arbeitsmaschine 2 (Schritt 101) angehalten ist. Dann, wenn bestätigt wurde, dass die Arbeitsmaschine 2 gestoppt wurde, wird zur Beurteilung des Entladungszustands, der Motor-Generator 20 mit einem vorgeschriebenen Drehmoment und einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben, wobei für das elektrische Speichergerät 30 die Anfangs-Ladespannung auf eine End-Ladespannung angehoben wird (Schritt 102).
  • Dann wird die Kapazität des Speichergeräts (Kondensator 30) berechnet, basierend auf den Werten des Drehmoments und der Drehzahl des Motor-Generators 20, während der Beurteilung des Entladezustands, Werte der Anfangs-Ladespannung und der End-Ladespannung des Speichergeräts 30 und die Zeit, die für das Speichergerät 30 benötigt wird, um die End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung zu erreichen (Schritt 103).
  • Dann wird der Entladezustand des Speichergeräts 30 durch den Vergleich der errechneten Kapazität des Speichergeräts 30 mit der Referenzkapazität ermittelt (Schritt 104).
  • Entsprechend der Erfindung wird die Entladung eines Speichergeräts 30, wie z. B. eines Kondensators von einem System ermittelt, das keine externe Vorrichtung ist, sondern in einer Hybrid-Baumaschine 1 installiert ist, in einem Zustand, in dem auch das Speichergerät 30, wie z. B. ein Kondensator montiert bleibt.
  • Ferner, kann die Entladung des Speichergeräts 30 durch die Beurteilung des Entladezustands ermittelt werden, in dem das Speichergerät 30 dadurch geladen wird, dass der Motor 10 und der Motor-Generator 20 in der selben Weise angetrieben werden wie bei der normalen Steuerung, bei der das Speichergerät 30 auch geladen wird, indem der Motor 10 und der Motor-Generator 20 angetrieben werden. Deshalb kann die selbe Steuerung durchgeführt werden wie in der gewöhnlichen Steuerung, um die Ermittlung der Entladung des Speichergeräts 30 durchzuführen, was es möglich macht, die bestehende Vorrichtungen und Systeme zu nutzen, ohne komplizierte Steuerungen zu verursachen.
  • Darüber hinaus können entsprechend der vorliegenden Erfindung die Sensoren, die in der existierenden Vorrichtung installiert sind, so genutzt werden, wie sie sind, da die Kapazität des Speichergeräts 30 berechnet wird, basierend auf den Werten des Drehmoments und der Drehzahl des Motor-Generators 20, während der Beurteilung des Entladezustands, Werte der Anfangs-Ladespannung und der End-Ladespannung des Speichergeräts 30 und die Zeit, die für das Speichergerät 30 benötigt, um die End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung zu erreichen. Deshalb ist es nicht nötig, neue Sensoren hinzuzufügen, wie z. B. Strommessfühler beim genannten Stand der Technik.
  • In der zweiten Ausführung wird die Kapazität des Speichergeräts 30 berechnet, nachdem die Kapazität um die Temperatur des Speichergeräts, während der Beurteilung des Entladezustands korrigiert wurde, wie in 6 gezeigt (Schritt 406).
  • Bei der dritten Ausführung wird der Ladevorgang in dem Speichergerät mit Anstieg von der Anfangs-Ladespannung bis zur End-Ladespannung durch eine Vielzahl von Ladevorgängen mehrfach durchgeführt und während der Beurteilung des Entladezustands, wie in Schritt 301 bis Schritt 306 in 5 gezeigt, die Durchschnittskapazität bestimmt durch Berechnung durchschnittlicher Kapazitäten des Speichergeräts bezüglich der Ladevorgänge, wie in Schritt 405 in 6 gezeigt, und der Entladezustand des Speichergeräts 30 wird durch Vergleich der Durchschnittskapazität mit der Referenzkapazität ermittelt, wie in Schritt 502 in 7 gezeigt.
  • In der vierten Ausführung wird die Anzeige der Ergebnisse der Zustandsbestimmung des Speichergeräts 30 durchgeführt, wie im Schritt 105 von 3 gezeigt.
  • Die fünfte Ausführung ist eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung und umfasst, wie in 1 gezeigt, die Hybrid-Baumaschine 1 mit einem Motor 10, einen Motor-Generator 20 mit Antriebswelle, die mit einer Abtriebswelle des Motors 10 gekoppelt ist, um eine elektrische Energieerzeugung und einen elektrischen Abtrieb durchzuführen, ein Speichergerät 30, das elektrische Energie speichert, wenn der Motor-Generator 20 die elektrische Energieerzeugung durchführt und die elektrische Energie für einen elektrischen Leistungsantrieb 40 und den Motor-Generator 20 bereitstellt; den elektrischen Leistungsantrieb; sowie eine Arbeitsmaschine 2, die von dem elektrischen Leistungsantrieb 40 angetrieben wird; einen Spannungssensor 50, der Ladespannungswerte des Speichergeräts erfasst; und eine Steuereinheit 60, die einen Steuermodus zur Zustandsbestimmung des Speichergeräts 30 durchführt. Die Steuereinheit 60 beinhaltet, wie in 2 gezeigt, eine Zustandsprüfeinheit 61, eine Lade-/Entlade-Steuereinheit 62, eine Kapazitätsberechnungseinheit 63 und eine Zustandsbestimmungseinheit 64.
  • Die Zustandsprüfeinheit 61 stellt sicher, dass zumindest die Arbeitsmaschine 2 gestoppt hat und gibt einen Befehl zur Umschaltung in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, wenn sichergestellt ist, dass die Arbeitsmaschine 2 gestoppt hat. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62, die eine Umschaltung in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus durchführt, wenn der Befehl von der Zustandsprüfeinheit 61 gegeben wird, gibt einen Steuerbefehl an den Motor 10 und den Motor-Generator 20, so dass der Motor-Generator 20 mit einer vorgeschriebenen Drehzahl und einem vorgeschriebenen Drehmoment angetrieben wird, um von der Anfangs-Ladespannung zu einer End-Ladespannung in dem Speichergerät 30 anzusteigen, während Ladespannungswerte des Speichergeräts 30 vom Spannungssensor 50 ermittelt werden.
  • Die Kapazitätsberechnungseinheit 63 ermittelt die Kapazität des Speichergeräts 30 basierend auf den Werten der Drehzahl und des Drehmoments des Motor-Generators 20während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Werten der Anfangs-Ladespannung und der End-Ladespannung des Speichergeräts 30, und der Zeit, die für das Speichergerät 30 benötigt wird, um die End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung zu erreichen. Die Zustandsbestimmungseinheit 64 bestimmt den Entladezustand des Speichergeräts 30 durch Vergleich der errechneten Kapazität des Speichergeräts 30 mit einer Referenzkapazität.
  • Die sechste Ausführung, umfasst eine Temperaturerfassungseinheit 31, die die Temperatur des Speichergeräts 30 ermittelt und die Kapazitätsberechnungseinheit 63, die die Kapazität des Speichergeräts ermittelt, nachdem die Kapazität um die Temperatur des Speichergeräts 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus korrigiert wurde.
  • In der siebten Ausführung führt die Lade-/Entladesteuereinheit 62 mehrfach einen Ladevorgang durch, um von der Anfangs-Ladespannung zu der End-Ladespannung in dem Speichergerät 30 anzusteigen, wobei die Kapazitätsberechnungseinheit 63 eine durchschnittliche Kapazität durch Mittelwertbildung der Kapazitäten des Speichergeräts 30 der betreffenden Ladeabläufe ermittelt und die Zustandsbestimmungseinheit 64 den Entladezustand des Speichergeräts 30 durch den Vergleich der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität ermittelt.
  • Die achte Ausführung umfasst, wie in 1 gezeigt, eine Anzeigevorrichtung 71, wobei die Steuereinheit 60 eine Zustandsanzeigeeinheit 65 aufweist, mit der das Ergebnis der Zustandsbestimmung des Speichergeräts 30 auf der Anzeigevorrichtung 71 angezeigt werden kann. In der neunten Ausführung ist, wie in 1 gezeigt, die Vorrichtung mit einem Elektromotor 40 zum Antreiben der Arbeitsmaschine 2 als Leistungsantrieb aufgebaut.
  • BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Zustandsbestimmung des Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen anhand der Zeichnungen erklärt. Hierbei ist zu beachten, dass das folgende Speichergerät ein Kondensator ist, und ein Elektromotor zum Antrieb der Arbeitsmaschine 2 als Leistungsantrieb beschrieben wird. Hierbei zeigen:
  • 1 ein Diagramm, das die Gesamtausgestaltung der Gerätekonfiguration zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm der Steuerungskonfiguration gemäß dieser Ausgestaltung;
  • 3 den Gesamtablauf des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus;
  • 4 ein Flussdiagramm, das den Ablauf in der Zustandsprüfeinheit darstellt;
  • 5 ein Flussdiagramm, das den Ablauf in der Lade-/Entlade-Steuereinheit zeigt;
  • 6 ein Flussdiagramm, das den Ablauf in der Kapazitätsberechnungseinheit zeigt;
  • 7 ein Flussdiagramm, das den Ablauf in der Zustandsbestimmungseinheit zeigt;
  • 8 ein Flussdiagramm, das den Ablauf in der Zustandsanzeigeeinheit darstellts;
  • 9 den Energiefluss in dieser Ausgestaltung.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform der gesamten Gerätekonfiguration. Wie in 1 gezeigt, enthält eine Hybrid-Baumaschine 1 dieser Ausgestaltung einen Motor 10; einen Motor-Generator 20 mit Antriebswelle, die mit einer Abtriebswelle des Hauptantriebs bzw. Motors 10 gekoppelt ist, um eine elektrische Energieerzeugung und einen elektrischen Antrieb durchzuführen; einen Kondensator 30, der als Speichergerät dient, um elektrische Energie zu speichern, wenn der Motor-Generator 20 die elektrische Energie erzeugt und die elektrische Energie bereitstellt für einen elektrischen Motor 40, der als elektrischer Leistungsantrieb dient; sowie den elektrischen Motor 40, der als elektrischer Leistungsantrieb dient und eine Arbeitsmaschine 2, die von dem elektrischen Motor 40 angetrieben wird.
  • Ein Spannungssensor 50 dient zur Spannungswerterfassung, um Ladespannungswerte des Kondensators 30 anzuzeigen. Die Temperaturerfassung erfolgt mit einem Temperatursensor 31, der die Temperatur des Kondensators 30 erfasst. In der Fahrerkabine ist ein Monitor 70 mit einer Anzeigeeinrichtung 71 vorgesehen.
  • Eine Steuereinheit 60 ist angeordnet, um den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus zur Bestimmung des Lade- bzw. Entladezustands des Kondensators 30 zu steuern. Die Steuereinheit 60, wie unten in 2 beschrieben, beinhaltet eine Zustandsprüfeinheit 61, eine Lade-/Entlade-Steuereinheit 62, eine Kapazitätsberechnungseinheit 63, eine Zustandsbestimmungseinheit 64 und eine Zustandsanzeigeeinheit 65. Die Lade-/Entladesteuereinheit 62, die Kapazitätsberechnungseinheit 63 und die Zustandsbestimmungseinheit 64 sind in einem Steuergerät 69 angeordnet und die Zustandsprüfeinheit 61 und die Zustandsanzeigeeinheit 65 sind in einem Monitor 70 angeordnet. Außerdem ist das Steuergerät 69 mit einer gewöhnlichen Steuereinheit 66 ausgestattet, die den normalen Betrieb steuert. Die Signale des Spannungssensors 50 und des Temperatursensors 31 werden in die Steuereinheit 60 eingegeben.
  • Ein integrierter Wechselrichter 80 beinhaltet das Steuergerät 69, Wechselstrom-Leitungen 81a, 81b, 81c, 81d, 81e und 81f, einen Treiber 82, Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b, einen Wechselrichter 84, Wechselstrom-Leitungen 85a, 85b und 85c, Gleichstrom-Leitungen 86a und 86b, einen Konverter 87, Gleichstrom-Leitungen 88a und 88b und einen Schütz 89. Als Motor-Generator 20, wird zum Beispiel ein SR (Schalt-Reluktanz) Motor verwendet. Der Treiber 82 wird von einem Wechselrichter gebildet, der den Motor-Generator 20 antreibt. Der Motor-Generator 20 ist mit dem Treiber 82 über die Wechselstrom-Leitungen 81a, 81b, 81c, 81d, 81e und 81f elektrisch verbunden. Der Treiber 82 ist mit dem Umrichter 84 über die Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b elektrisch verbunden. Der Umrichter 84 ist mit dem Elektromotor 40 über die Wechselstrom-Leitungen 85a, 85b und 85c elektrisch verbunden. Als Elektromotoren 40 werden zum Beispiel PM (Permanent-Magnet) Motoren verwendet.
  • Die Abtriebswelle des Elektromotors 40 ist mit der Antriebswelle der Arbeitsmaschine 2 verbunden. Wenn die Baumaschine zum Beispiel ein Hydraulikbagger ist, dient der Elektromotor 40 zum Drehen des oberen schwenkbaren Aufbaus und die Arbeitsmaschine 2 ist ein Schwenkmechanismus, der die Rotation des Drehmotors zum Drehen des oberen schwenkbaren Aufbaus umsetzt. Die Arbeitsmaschine 2 wird durch einen Bedienhebel 2a gesteuert. Die Tatsache, dass der Bedienhebel 2a in einer neutralen Position ist, wird von einem Neutralpositions-Sensor 2b erkannt und in die Steuereinheit 60 eingegeben. Der Kondensator 30 ist mit dem Konverter 87 über die Gleichstrom-Leitungen 88a und 88b elektrisch verbunden. Die Gleichstrom-Leitung 88a weist den Schütz 89 auf. Der Schütz 89 ist geschlossen, wenn ein Maschinenschlüsselschalter so gedreht wird, dass die Gleichstrom-Leitung 88a in einem leitenden Zustand ist.
  • Der Konverter 87 ist mit den Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b über die Gleichstrom-Leitungen 86a und 86b elektrisch verbunden. Der Konverter 87 ist dazu bestimmt, die Ladespannung des Kondensators 30 zu steigern und die gesteigerte Spannung auf die Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b anzuwenden. Der Konverter 87 ist zum Beispiel als bidirektionaler Wechselstrom-Gleichstrom-Konverter ausgebildet. Der Konverter 87 wird durch das Steuergerät 69 gesteuert.
  • Die Drehzahl des Motors 10 und damit die Drehzahl des Motor-Generators 20 wird durch das Steuergerät 69 gesteuert. Das Steuergerät 69 gibt einen Befehl, um den Haupt-Motor 10 mit einer vorgegebenen Drehzahl laufen zu lassen. Das Drehmoment des Motor-Generators 20 wird ebenfalls durch das Steuergerät 69 gesteuert. Das Steuergerät 69 gibt hierzu dem Treiber 82 einen Befehl für ein vorgegebenes Drehmoment am Motor-Generator 20. Somit ist der Motor-Generator 20 vom Treiber 82 drehmomentgesteuert. Wenn vom Treiber 82 ein Drehmoment-Befehl mit negativer Polarität (–) gegeben wird, führt der Treiber 82 eine Steuerung derart durch, dass der Motor-Generator 20 als Energieerzeuger betrieben wird. Insbesondere wird ein Teil des vom Motor 10 erzeugten Ausgangsdrehmoments an die Antriebswelle des Motor-Generators 20 übertragen, um das Drehmoment des Motors 10 aufzunehmen, wodurch Energie erzeugt wird. Zudem wird die vom Motor-Generator 20erzeugte Wechselstrom-Energie durch den als Leistungswandler dienenden Treiber 82 in Gleichstrom-Energie umgewandelt und den Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b zugeführt.
  • Wenn vom Treiber 82 ein Drehmoment-Befehl mit positiver Polarität (+) gegeben wird, führt der Treiber 82 eine Steuerung derart durch, dass der Motor-Generator 20 als Motor betrieben wird. Insbesondere wird über die Gleichstrom-Leitungen 88a und 88b, den Konverter 87, die Gleichstrom-Leitungen 86a und 86b und die Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b, die im Kondensator 30 als Gleichstrom gespeicherte elektrische Energie durch den als Umwandler dienenden Treiber 82 in eine Wechselstromenergie umgewandelt und dem Motor-Generator 20 zugeführt, um somit die Antriebswelle des Motor-Generators 20 anzutreiben. Dies erzeugt ein zusätzliches Drehmoment am Motor-Generator 20. Dieses Drehmoment wird von der Antriebswelle des Motor-Generators 20 an die Abtriebswelle des Motors übertragen und dem Ausgangsdrehmoment des Motors 10 hinzugefügt. Der Treiber 82 wandelt die elektrische Energie in eine für den Motor-Generator 20 passende Leistung mit gewünschter Spannung, Frequenz und Phasenanzahl um und führt diese dem Motor-Generator 20 zu. Die Ausgangsleistung (aufgenommenes Drehmoment) und die elektrische Leistung (Beitrag, generiertes Drehmoment) des Motor-Generators 20 variiert je nach Inhalt des oben erwähnten Drehmoment-Befehls.
  • Der Umrichter 84 wandelt eine elektrische Leistung, d. h. eine erzeugte elektrische Energie beim Generatorbetrieb des Motor-Generators 20 oder eine im Kondensator 30 gespeicherte elektrische Energie in eine für den Elektromotor 40 passende elektrische Leistung mit gewünschter Spannung, Frequenz und Phasenanzahl und führt diese über Gleichstrom-Leitungen 83a, 83b und Wechselstrom-Leitungen 85a, 85b, 85c dem Elektromotor 40 zu. Es sei angemerkt, dass beim Verzögern oder Bremsen der Arbeitsmaschine 2 kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die über die Wechselstrom-Leitungen 85a, 85b 85c und den Umrichter 84 an die Gleichstrom-Leitungen 83a und 83b abgegeben wird. Die regenerierte Energie an den Gleichstrom-Leitungen 83a, 83b wird entweder im Kondensator 30 gespeichert oder dem Motor-Generator 20 über den Treiber 82 zugeführt. Somit speichert der Kondensator 30 beim Generatorbetrieb des Motor-Generators 20 eine von diesem erzeugte Leistung oder eine von der Arbeitsmaschine 2 regenerierte elektrische Energie. Zudem führt der Kondensator 30 eine dort gespeicherte elektrische Leistung dem Motor-Generator 20 zu oder versorgt den Elektromotor 40 mit dieser elektrischen Energie Dies erfolgt entspricht der üblichen Steuerung (”Normalbetrieb”).
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Konfiguration der Steuereinheit 60. Die Zustandsprüfeinheit 61 überprüft, ob wenigstens die Arbeitsmaschine 2 gestoppt hat, d. h. der Bedienhebel 2a in Leerlaufstellung ist, und gibt an die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62einen Start-Befehl, in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus zu wechseln, wenn sich bestätigt, dass die Arbeitsmaschine 2 angehalten ist. Die Zustandsprüfeinheit 61 gibt an die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 auch einen Ende-Befehl, um den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus zu beenden. Zudem überträgt die Zustandsprüfeinheit 61 bei Erhalt des Resultats der Zustandsbestimmung des Kondensators 30 das Ergebnis an die Zustandsanzeigeeinheit 65, um das Bestimmungsergebnis dort anzuzeigen.
  • Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 führt einen Wechsel in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus durch, wenn der Start-Befehl von der Zustandsprüfeinheit 61 gegeben wird, und gibt einen Drehzahl-Befehl an den Motor 10 sowie einen Drehmoment-Befehl an den Treiber 82 des Motor-Generators 20, so dass der Motor-Generator 20 mit einer vorgeschriebenen Drehzahl und einem vorgeschriebenen Drehmoment angetrieben wird, um im Kondensator 30 die Anfangs-Ladespannung auf eine End-Ladespannung anzuheben. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 nimmt zudem während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus einen Ladespannungswert des Kondensators 30 auf, der vom Spannungssensor 50 detektiert wird, sowie die Temperatur des Kondensators 30 auf, die durch den Temperatur-Sensor 31 detektiert wird. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 führt zudem mehrmals die Erhöhung von der vorgegebenen Anfangs-Ladespannung auf die vorgegebene End-Ladespannung des Kondensators 30 durch. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 beendet den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, wenn der Ende-Befehl von der Zustandsprüfeinheit 61 gegeben wird. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 gibt an die Kapazitätsberechnungseinheit 63 die Drehmoment- und Drehzahlwerte des Motor-Generators 20 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Werte über die Anfangs-Ladespannung und die End-Ladespannung des Kondensators 30 sowie die Zeit, die für das Erreichen der End-Ladespannung des Kondensators 30 benötigt wird, weiter. Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 gibt zudem die Temperatur des Kondensators 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus an die Kapazitätsberechnungseinheit 63 ab, um die Kapazität des Kondensators 30 entsprechend der Temperatur zu korrigieren.
  • Die Kapazitätsberechnungseinheit 63 berechnet die Kapazität des Kondensators 30 basierend auf den von der Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 eingelesenen Daten über die Drehzahl und das Drehmoment des Motor-Generators 20 während des Zustandsbestimmungs-Modus, Werte über die Anfangs-Ladespannung und die End-Ladespannung des Kondensators 30 und die Zeit, die für das Erreichen der End-Ladespannung des Kondensators 30 benötigt wird. Die Kapazitätsberechnungseinheit 63 berechnet eine durchschnittliche Kapazität durch Mitteln der Kapazitäten des elektrischen Speichers 30 bei verschiedenen Ladevorgängen. Die Kapazitätsberechnungseinheit 63 berechnet die Kapazität des Kondensators 30 mit Kompensation der Temperatur während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus. Die Kapazitätsberechnungseinheit 63 gibt den berechneten Wert der Kapazität des Kondensators 30 an die Zustandsbestimmungseinheit 64 weiter.
  • Die Zustandsbestimmungseinheit 64 bestimmt den Lade- bzw. Entladezustand des Kondensators 30 durch Vergleich der von der Kapazitätsberechnungseinheit 63 berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität. Die Zustandsbestimmungseinheit 64 gibt das Ergebnis über den Lade- bzw. Entladezustand des Kondensators 30 an die Zustandsprüfeinheit 61 weiter. Die Zustandsprüfeinheit 61 löst mit einem Ergebnis-Anzeigebefehl die Darstellung des Zustandsresultats des Kondensators 30 an der Anzeige 71 des Monitors 70 aus.
  • Nachfolgend wird der Zustandsbestimmungs-Zeitmodus mit Bezug auf die in 3 bis 7 gezeigten Flussdiagramme beschrieben. 3 zeigt den Gesamtablauf des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus entsprechend einer Ausgestaltung. Insbesondere wird zunächst geprüft, ob mindestens die Arbeitsmaschine 2 angehalten ist, d. h. dass der Bedienhebel 2a in einer Neutralstellung ist (Schritt 101).
  • Dann, wenn bestätigt ist, dass die Arbeitsmaschine 2 angehalten ist, wird ein Wechsel in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus durchgeführt, wobei der Motor-Generator 20 mit einem vorgeschriebenen Drehmoment und einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird, um für den Kondensator 30 die vorgeschriebene Anfangs-Ladespannung auf die vorgegebene End-Ladespannung zu erhöhen. Während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus wird der Ladevorgang des Kondensators 30 mit Erhöhung der Anfangs-Ladespannung auf die vorgegebene End-Ladespannung mehrere Male wiederholt (Schritt 102).
  • Dann wird die Kapazität des Kondensators 30 berechnet, basierend auf den Daten, die während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus erhalten wurden, d. h. Drehzahl- und Drehmoment-Werte des Motor-Generators 20, Werte der Anfangs-Ladespannung und der End-Ladespannung des Kondensators 30 und die Zeit, die für den Kondensator 30 benötigt wird, um von der Anfangs-Ladespannung ausgehend die End-Ladespannung zu erreichen. Zudem wird ein durchschnittlicher Kapazitätswert berechnet, indem die Kapazitäten des Kondensators 30 bei verschiedenen Ladevorgängen gemittelt werden. Die Kapazität des Kondensators 30 wird berechnet, nachdem die Temperatur des Kondensator 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus kompensiert wurde (Schritt 103).
  • Anschließend wird der Entladungszustand des Kondensators 30 bestimmt, indem die berechnete Kapazität mit einer Referenzkapazität verglichen wird. Der Entladezustand des Kondensators 30 wird bestimmt durch den Vergleich der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität (Schritt 104). Danach wird das Ergebnis der Bestimmung des Entladezustands des Kondensators 30 angezeigt (Schritt 105).
  • Die Abläufe in der Zustandsprüfeinheit 61, der Lade-/Entlade-Steuereinheit 62, der Kapazitätsberechnungseinheit 63, der Zustandsbestimmungseinheit 64 und der Zustandsanzeigeeinheit 65 werden detailliert nacheinander in 4 bis 7 dargestellt.
  • 4 zeigt den Ablauf in der Zustandsprüfeinheit 61. Ein Fahrersitz der Hybrid-Baumaschine 1 ist mit einem Schalter ausgestattet, um die Zustandsbestimmungs-Zeitsteuerung zu betätigen. Wenn dieser Schalter betätigt wird, wird beurteilt, ob die folgenden Bedingungen erfüllt sind oder nicht. Die Zustandsprüfeinheit 61 prüft zunächst, dass die Arbeitsmaschine 2 angehalten ist, d. h. dass der Bedienhebel 2a in einer Neutralstellung ist, basierend auf dem Detektionsergebnis des Neutralpositions-Sensors 2b.
  • Zusätzlich wird geprüft, dass kein Fehler in einer Komponente vorliegt. Die Fehlercodes werden in jedem elektronischen Gerät innerhalb der Hybrid-Baumaschine 1 von der Steuereinheit 60 geprüft und es wird geprüft, dass kein Fehler aufgetreten ist. Nach Prüfung des Vorangegangenen (JA im Schritt 201), wird ein Star-Befehl ausgegeben, um den Start der Messung der Kapazität des Kondensators 30 einzuleiten (Schritt 202). Dann wird geprüft, ob das Ergebnis der Zustandsbestimmung des Kondensators 30 von der Zustandsbestimmungseinheit 64 erhalten wurde oder nicht (Schritt 203). Wenn das Ergebnis der Zustandsbestimmung des Kondensators 30 erhalten wurde (JA im Schritt 203) gibt die Zustandsprüfeinheit 61 der Zustandsanzeigeeinheit 65 einen Befehl, um das Ergebnis der Bestimmung des Zustands des Kondensators 30 auf der Anzeigevorrichtung 71 des Monitors 70 anzuzeigen (Schritt 204).
  • 5 zeigt den Ablauf in der Lade-/Entlade-Steuereinheit 62. Wenn der Start-Befehl von der Zustandsprüfeinheit 61 gegeben wird, beginnt die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 mit dem Ablauf der 5 und löst eine Umschaltung in den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus aus. Während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus wird ein Drehzahl-Befehl an den Motor 10 gegeben und ein Drehmoment-Befehl wird an den Treiber 82 des Motor-Generators 20 gegeben, so dass der Motor-Generator 20 mit einer vorgegebenen Drehzahl Ne und mit einem vorgegebenen Drehmoment Tr angetrieben wird, um im Kondensator 30 die vorgegebene Anfangs-Ladespannung V0 auf eine vorgegebene End-Ladespannung V1 ansteigen zu lassen (Schritte 301 bis 304).
  • Insbesondere wird der Drehmoment-Befehl an den Treiber 82 des Motor-Generators 20 abgegeben, um eine konstante Spannungskontrolle für den Motor-Generator 20 zu leisten, so dass am Kondensator 30 eine konstante Spannung V0 nliegt, z. B. 220 Volt. Wenn am Kondensator 30 eine konstante Spannung V0 (= 220 V) anliegt (JA im Schritt 301), beginnt das Aufladen des Kondensators 30 mit dieser Spannung V0 (= 220 V), was die Anfangs-Ladespannung ist. Zu Beginn des Ladevorgangs startet auch die Zeiterfassung durch einen Timer, der die Ladezeit ΔT misst (Schritt 302).
  • Zudem wird der Drehmoment-Befehl an den Treiber 82 des Motor-Generators 20 gegeben, um das Drehmoment des Motor-Generators 20 zu kontrollieren, so dass der Kondensator 30 mit einer Spannung V1, zum Beispiel 280 V aufgeladen wird. Wenn der Kondensator 30 aufgeladen mit der Spannung V1 (= 280 V) ist, (JA im Schritt 303), ist die Aufladung des Kondensators 30 mit dieser Spannung V1 (= 280 V) beendet, was der End-Ladespannung entspricht. Am Ende des Ladevorgangs wird die Zeiterfassung durch den Timer, der die Ladezeit ΔT misst, beendet (Schritt 304). Die Bestimmung, ob eine aktuelle Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 die End-Ladespannung V1 erreicht hat, wird mit dem Spannungssensor 50 erfasst.
  • Die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 nimmt die durch den Temperatur-Sensor 31 erfasste Temperatur tc des Kondensators 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus auf und erfasst zudem die Ladezeit ΔT, die erforderlich ist, dass die End-Ladespannung V1 erreicht wird, ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 und basierend auf dem Resultat der vorstehenden Zeiterfassung durch den Timer.
  • Für die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 gibt die Lade- und Entlade-Steuereinheit 62 an die Kapazitätsberechnungseinheit 63 die Umdrehungszahl Ne und den Drehmomentwert Tr des Motor-Generators während des Entladezustand-Bestimmungszeit-Steuermodus, die Anfangs-Ladespannung V0 und die End-Ladespannung des Kondensators 30 sowie die Aufladezeit ΔT des Kondensators 30, um die End-Ladespannung V1 ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 zu erreichen, weiter. Zudem gibt die Lade- und Entlade-Steuereinheit 62 die Temperatur tc des Kondensators 30 an die Kapazitätsberechnungseinheit 63 aus, um die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 mit der Korrektur entsprechend der Temperatur tc während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus vorzunehmen (Schritt 305).
  • Dann wird in der Lade- und Entlade-Steuereinheit 62 bestimmt, ob der Ladevorgang zur Steigerung der Anfangs-Ladespannung V0 auf die End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 mehrfach durchgeführt wurde, zum Beispiel 10-mal; mit anderen Worten: es wird geprüft, ob die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 die geforderte Anzahl (10) durchgeführt wurde oder nicht. Der Grund, warum hier die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 mehrfach (10-mal) durchgeführt wird, liegt darin, eine Abweichung im Berechnungsresultat der Kapazität C auszugleichen.
  • Wenn der Ladevorgang mit Erhöhung der Anfangs-Ladespannung V0 auf die End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 nicht die vorgeschriebene Anzahl (10-mal) durchgeführt wurde (NEIN im Bestimmungsschritt 306), wird der vorgenannte Vorgang mit den Schritten 301 bis 305 wiederholt durchgeführt. Wenn der Ladevorgang mit Erhöhung der Anfangs-Ladespannung V0 auf die End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 die vorgeschriebene Anzahl (10-mal) durchgeführt ist (JA im Bestimmungsschritt 306), wird ein Vorgang zur Messung der Kapazität C des Kondensators 30, d. h. der Zustandsbestimmungs-Zeitmodus abgeschlossen. Wenn der Ende-Befehl von der Zustandsprüfeinheit 61 gegeben wird, beendet die Lade-/Entlade-Steuereinheit 62 den Zustandsbestimmungs-Zeitmodus (Schritt 307).
  • 6 zeigt den Ablauf in der Kapazitätsberechnungseinheit 63. Diese Kapazitätsberechnungseinheit 63 empfängt Daten von der Lade-/Entlade-Steuereinheit 62, d. h. die Drehzahlwerte Ne und Drehmomentwerte Tr des Motor-Generators 20 im Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, die Anfangs-Ladespannung V0 und die End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 sowie die benötigte Ladezeit ΔT des Kondensators 30, um die End-Ladespannung V1 ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 zu erreichen. Zudem empfängt die Kapazitätsberechnungseinheit 63 die Temperatur tc des Kondensators 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus (Schritt 401). Die Kapazität des Kondensators wird auf der Basis der Drehzahlwerte Ne und Drehmomentwerte Tr des Motor-Generators 20 im Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, der Anfangs-Ladespannung V0 und der End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 sowie der benötigten Ladezeit ΔT des Kondensators 30, um die End-Ladespannung V1 ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 zu erreichen, berechnet (Schritte 402 und 403).
  • Insbesondere wird der Lade-Energiefluss der vom Motor-Generator 20 erzeugten Energie ΔW, die dem Kondensator 30 als Ladeenergie ΔJ zugeführt wird, in 9 durch einen Pfeil A dargestellt. Die erzeugte Energie ΔW kann durch Nutzung der Drehzahl Ne und des Drehmoments Tr des Motor-Generators 20 beim Zustandsbestimmungs-Zeitmodus erhalten werden.
  • Unter der Annahme, dass die Energieeffizienz α bei der Energieversorgung vom als SR-Motor ausgebildeten Motor-Generator 20 zum integrierten Wechselrichter 80 konstant 0,95 beträgt und der Wirkungsgrad β des Wechselrichters 80 konstant 556,6 [J/sec] ist, wobei die Ladeenergie ΔJ des Kondensators 30 durch die erzeugte Energie ΔW des Motor-Generators 20 ausgedrückt wird und die Ladezeit ΔT berücksichtigt ist, ergibt sich folgende Formel (1): ΔJ = ΔW × α – (β × ΔT) (1)
  • Die Ladeenergie ΔJ des Kondensators 30 kann auch mit der Kapazität C des Kondensators 30, der Anfangs-Ladespannung V0 und der End-Ladespannung V1 des Kondensators 30 als folgende Formel (2) ausgedrückt werden. ΔJ = (1/2)C(V1 – V0) (2)
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Ladeenergie ΔJ des Kondensators 30 berechnet (Schritt 402). Dann wird die Kapazität C des Kondensators 30 aus den obigen Formeln (1) und (2) für die Ladeenergie ΔJ berechnet (Schritt 403).
  • Als nächstes wird von der Kapazitätsberechnungseinheit 63 geprüft, ob die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 basierend auf den obigen Formeln (1) und (2) die vorgeschriebene Anzahl (10-mal) durchgeführt wurde oder nicht (Schritt 404).
  • Wenn die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 basierend auf den Formeln (1) und (2) nicht die vorgeschriebene Anzahl (10-mal) durchgeführt worden ist (NEIN im Schritt 404), wird der oben beschriebene Kapazitätsberechnungsvorgang mit den Schritten 401 bis 403 wiederholt. Wenn die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 basierend auf den Formeln (1) und (2) die vorgeschriebene Anzahl (10-mal) durchgeführt worden ist (JA im Schritt 404), wird die Berechnung der Kapazität C des Kondensators 30 basierend auf den Formeln (1) und (2) abgeschlossen und der Ablauf geht zum nächsten Schritt 405 weiter. Dann führt die Kapazitätsberechnungseinheit 63 eine Mittelbildung für die Kapazität C des Kondensators C durch, die mehrfach (10-mal) berechnet wird, um eine durchschnittliche Kapazität C zu erhalten (Schritt 405).
  • Weiterhin korrigiert die Kapazitätsberechnungseinheit 63 die durchschnittliche Kapazität C des Kondensators 30 um die Temperatur des Kondensators 30 während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus und berechnet die korrigierte Kapazität C. Diese Korrektur wird durch Multiplikation der durchschnittlichen Kapazität C des Kondensators 30 mit einem Korrekturfaktor K je nach der Temperatur tc des Kondensators 30 durchgeführt, zum Beispiel entsprechend der folgenden Tabelle.
    Kondensatortemperatur tc – Korrekturfaktor
    0°C → 1,03
    25°C → 0
    40°C → 0,99
    60°C → 0,98
    (Schritt 406)
  • Als nächstes vervollständigt die Kapazitätsberechnungseinheit 63 die Kapazitätsberechnung und gibt die berechnete Kapazität (durchschnittliche Kapazität) C des Kondensators 30 schließlich an die Zustandsbestimmungseinheit 64 weiter (Schritt 407).
  • 7 zeigt das Verfahren in der Zustandsbestimmungseinheit 64. Diese Zustandsbestimmungseinheit 64 beurteilt nach Erhalt der berechneten Kapazität (durchschnittliche Kapazität) C des Kondensators 30 von der Kapazitätsberechnungseinheit 63 den Lade- bzw. Entladungszustand des Kondensators 30 (Schritt 501) durch Vergleich des berechneten Kapazitätswerts (durchschnittliche Kapazität) C mit einer anfänglichen Kapazität C0, die als Referenz dient.
  • Zum Beispiel wird angenommen, dass die Anfangskapazität C0 des Kondensators 30 zunächst 100 Prozent beträgt, während die errechnete Kapazität C des Kondensators 30 dann 75 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität oder höher ist (JA im Schritt 502), so dass der Ladezustand des Kondensators 30 als OK beurteilt wird (”keine Entladung”). Die Zustandsbestimmungseinheit 64 gibt das Bestimmungsresultat (”OK”) zur Entladung des Kondensators 30 an die Zustandsprüfeinheit 61 (Schritt 503) weiter. Wenn andererseits der berechnete Wert der Kapazität C des Kondensators 30 geringer als 75 Prozent der ursprünglichen Kapazität C0 ist (NEIN im Schritt 502), wird der Ladezustand des Kondensators 30 als NG (”nicht gut”) feststellt. Die Zustandsbestimmungseinheit 64 gibt das Bestimmungsresultat (”NG”) zur Entladung des Kondensators 30 an die Zustandsprüfeinheit 61 weiter (Schritt 504). Es sei angemerkt, dass die Bestimmung des Ladezustands des Kondensators 30 in mehr als zwei Stufen eingeteilt werden kann, obwohl in der hier vorliegenden Ausführungsform nur zwei Stufen ”OK” und ”NG” vorgeschehen sind.
  • 8 zeigt die Abfolge in der Zustandsanzeigeeinheit 65. Die Zustandsanzeigeeinheit 65 bestimmt nach Erhalt des Bestimmungsresultats-Anzeigebefehls von der Zustandsprüfeinheit 61 (Schritt 601), ob das Ergebnis ”OK” ist oder nicht (Schritt 602).
  • Wenn das Ergebnis ”OK” ist (JA im Schritt 602), zeigt die Anzeigevorrichtung 71 des Monitors 70 einen Inhalt an, dass der derzeitige Entladezustand des Kondensators 30 ”OK” (nicht verschlechtert”) ist (Schritt 603). Wenn das Ergebnis als ”NG” beurteilt ist, (NEIN im Schritt 602), zeigt die Anzeigevorrichtung 71 des Monitors 70 die Tatsache an, dass der derzeitige Ladezustand des Kondensators 30 ”NG” (”nicht gut”) ist (Schritt 604).
  • Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform der Ladezustand des Kondensators einem Benutzer, Fahrer oder Watungspersonal optisch angezeigt wird, können auch akustische Anzeigen wie eine Hupe oder ähnliches verwendet werden, um den Ladezustand des Kondensators 30 dem Benutzer oder Bediener am Fahrzeug zu verdeutlichen. Wie bereits erwähnt, kann gemäß dieser Ausführungsform der Zustand des Kondensators 30 durch ein System bestimmt werden, dass nicht außerhalb der Maschine vorgesehen ist, sondern in der Hybrid-Baumaschine 1 installiert ist, wobei auch der Kondensator 30 montiert ist.
  • Darüber hinaus kann der Entladungszustand des Kondensators 30 durch die Umsetzung des Zustandbestimmungs-Zeitmodus während der Aufladung des Kondensators 30 durch Antrieb des Motors 10 und des Motor-Generators ebenso wie im Normalbetrieb bestimmt werden, in dem der Kondensator durch Antrieb des Motors 10 und des Motor-Generators 20 geladen wird. Daher kann die gleiche Steuerung wie im Normalbetrieb durchgeführt werden, um den Zustand des Kondensators 30 zu bestimmen, so dass die bereits vorhandene Ausrüstung genutzt werden kann, ohne zusätzliche, komplizierte Steuerungen zu erfordern.
  • Da zudem bei dieser Ausführungsform die Kapazität C des Kondensators 30 aus den Werten der Drehzahl Ne und des Drehmoments Tr des Motor-Generators 20 während dem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, der Anfangs-Ladespannung V0 und der End-Ladespannung V1 des Kondensators 30, sowie der Zeit ΔT berechnet wird, die für den Kondensator 30 benötigt wird, um die End-Ladespannung V1 ausgehend von der Anfangs-Ladespannung V0 zu erreichen, können die bereits hierfür vorhandenen Sensoren verwendet werden. Damit brauchen keine zusätzlichen Sensoren wie Strommessfühler (vgl. Stand der Technik) eingebaut werden, so dass der Bauaufwand reduziert wird.
  • Zusammenfassung:
  • Der Lade- bzw. -Entladezustand eines Speichergeräts, wie z. B. eines Kondensators in einem System, das in Hybrid-Baumaschinen installiert ist, kann bestimmt werden, wenn das Speichergerät, z. B. ein Kondensator, montiert ist. Um dieses Ziel zu erreichen, wird wenigstens verifiziert, dass die Arbeitsmaschine gestoppt hat. Wenn überprüft wurde, dass die Arbeitsmaschine gestoppt hat (Schritt 101), wird ein Zustandsbestimmungs-Zeitmodus durchgeführt, wobei ein Motor-Generator mit vorgeschriebener Drehzahl und vorgeschriebenem Drehmoment angetrieben wird, und die Speicherung beim Ladevorgang mit der vorgeschriebenen Ladespannung (Schritt 102) ansteigt. Anschließend wird die Kapazität des Speichergeräts basierend auf den Werten der Drehzahl und des Drehmoments des Motor-Generators während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus berechnet, wobei die Werte der Anfangs-Ladespannung und der End-Ladespannung des Speichergeräts sowie die Zeit für das Speichergerät gemessen wird, die benötigt wird, um die End-Ladespannung zu erreichen. Weiter wird durch den Vergleich der errechneten Kapazität des Speichergeräts und einer Bezugskapazität der Lade- bzw. Entladezustand des Speichergeräts bestimmt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2007-155586 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in einer Hybrid-Baumaschine mit einem Motor, einem Motor-Generator, dem Speichergerät, einem elektrischen Leistungsantrieb und einer Arbeitsmaschine, die vom elektrischen Leistungsantrieb angetrieben ist, umfassend: – Überprüfung, dass die Arbeitsmaschine angehalten hat; – Umschaltung zu einem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, wenn überprüft wurde, dass die Arbeitsmaschine gestoppt hat, und Steigerung von einer vorgeschriebenen Anfangs-Ladespannung zu einer vorgeschriebenen End-Ladespannung im elektrischen Speichergerät durch Betreiben des Motor-Generators mit einer vorgeschriebenen Drehzahl und einem vorgeschriebenen Drehmoment; – Berechnen einer Kapazität des elektrischen Speichergeräts basierend auf Drehzahl- und Drehmoment-Werten des Motor-Generators während dem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Anfangs- und End-Ladespannungswerten des elektrischen Speichergeräts und einer Zeit, die für das elektrische Speichergerät zum Erreichen der End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung benötigt wird; und – Beurteilung des Zustands des elektrischen Speichergeräts durch Vergleichen der berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des elektrischen Speichergeräts berechnet wird, nachdem die Kapazität um die Temperatur des elektrischen Speichergeräts während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus korrigiert wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang des elektrischen Speichergeräts mit Steigerung von der Anfangs-Ladespannung zu der End-Ladespannung während dem Zustandsbestimmungs-Zeitmodus mehrfach durchgeführt wird, und der Ladezustand des elektrischen Speichergeräts bestimmt wird durch Berechnung einer durchschnittlichen Kapazität durch Mitteln von Kapazitäten des elektrischen Speichergeräts von diesbezüglichen Ladevorgängen und durch Vergleichen der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter umfasst einen Schritt zur Darstellung der Ergebnisse der Zustandsbestimmung des elektrischen Speichergeräts.
  5. Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen, umfassend: – einen Motor; – einen Motor-Generator, dessen Antriebswelle mit der Abtriebswelle des Motors verbunden ist, um eine elektrische Leistungserzeugung und einen elektrischen Antrieb durchzuführen, – ein elektrisches Speichergerät, das elektrische Energie speichert, wenn der Motor-Generator die elektrische Leistungserzeugung durchführt und elektrische Energie an einen elektrischen Leistungsantrieb und den Motor-Generator liefert, – den elektrischen Leistungsantrieb; und – eine Arbeitsmaschine, die vom elektrischen Leistungsantrieb angetrieben ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zustandsbestimmung des elektrischen Speichergeräts umfasst: – eine Spannungserfassungseinheit, die Ladespannungswerte des elektrischen Speichergeräts erfasst, – eine Steuereinheit, die eine Steuerung zur Bestimmung des Ladezustands eines elektrischen Speichergeräts durchführt, wobei die Steuereinheit umfasst: – eine Zustandsprüfeinheit, die überprüft, ob wenigstens die Arbeitsmaschine angehalten ist und einen Befehl abgibt, um in einen Zustandsbestimmungs-Zeitmodus überzugehen, wenn überprüft ist, dass die Arbeitsmaschine angehalten ist; – eine Lade-/Entlade-Steuereinheit, die eine Umschaltung zum Zustandsbestimmungs-Zeitmodus veranlasst, wenn von der Zustandsprüfeinheit der Befehl gegeben wird und einen Steuerbefehl an den Motor und den Motor-Generator ausgibt, so dass der Motor-Generator mit einer vorgegebenen Drehzahl und einem vorgegebenen Drehmoment angetrieben ist, um in dem elektrischen Speichergerät die Anfangs-Ladespannung auf eine End-Ladespannung anzuheben, unter Berücksichtigung eines Ladespannungswertes des elektrischen Speichergerätes, das von der Spannungserfassungseinheit erfasst wird; – eine Kapazitätsberechnungseinheit zur Berechnung einer Kapazität des elektrischen Speichergeräts, basierend auf Drehzahl- und Drehmoment-Werten des Motor-Generators während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus, Anfangs- und End-Ladespannungswerten des elektrischen Speichergeräts sowie einer Zeit, die für das elektrische Speichergerät zum Erreichen der End-Ladespannung ausgehend von der Anfangs-Ladespannung benötigt wird; und – eine Zustandsbestimmungseinheit zur Beurteilung des Entladezustands des elektrischen Speichergeräts durch Vergleichen der berechneten Kapazität mit einer Referenzkapazität.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin vorgesehen sind: eine Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen der Temperatur des elektrischen Speichergeräts, wobei die Kapazitätsberechnungseinheit die Kapazität des elektrischen Speichergeräts berechnet, nachdem die Kapazität um die Temperatur des elektrischen Speichergeräts während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus korrigiert wurde.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade-/Entlade-Steuereinheit den Ladevorgang steuert, um im elektrischen Speichergerät die Steigerung von der Anfangs-Ladespannung zu der End-Ladespannung während des Zustandsbestimmungs-Zeitmodus mehrfach durchzuführen, wobei die Kapazitätsberechnungseinheit eine durchschnittliche Kapazität berechnet durch Mitteln von Kapazitäten des elektrischen Speichergeräts von diesbezüglichen Ladevorgängen, und die Zustandsbestimmungseinheit den Ladezustand des elektrischen Speichergeräts bestimmt durch Vergleichen der durchschnittlichen Kapazität mit der Referenzkapazität.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin vorgesehen sind: eine Anzeigevorrichtung, wobei die Steuereinheit weiterhin eine Zustandsanzeige umfasst, um ein Bestimmungsresultat des Ladezustands des elektrischen Speichergeräts darzustellen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Leistungsantrieb der Arbeitsmaschine ein Elektromotor vorgesehen ist.
DE112009000643T 2008-03-21 2009-03-16 Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen Withdrawn DE112009000643T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008073602A JP5186690B2 (ja) 2008-03-21 2008-03-21 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置
JP2008-073602 2008-03-21
PCT/JP2009/055062 WO2009116495A1 (ja) 2008-03-21 2009-03-16 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112009000643T5 true DE112009000643T5 (de) 2011-01-13

Family

ID=41090896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112009000643T Withdrawn DE112009000643T5 (de) 2008-03-21 2009-03-16 Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8362786B2 (de)
JP (1) JP5186690B2 (de)
KR (1) KR101237277B1 (de)
CN (1) CN101978118B (de)
DE (1) DE112009000643T5 (de)
WO (1) WO2009116495A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012022462B4 (de) 2011-12-19 2019-05-09 Mazda Motor Corp. Fahrzeugeigene elektrische Quelle und Steuer- oder Regelvorrichtung, entsprechendes Verfahren und Computerprogrammprodukt
DE102017221096A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 Ziehl-Abegg Se Verfahren und Bewertungseinheit zum Ermitteln der Restlebensdauer eines Kondensators sowie System

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10361215A1 (de) * 2003-12-24 2005-07-28 Daimlerchrysler Ag Elektrische Einrichtung und Betriebsverfahren
JP5419745B2 (ja) * 2010-02-22 2014-02-19 三菱重工業株式会社 シリーズハイブリッド車両の制御装置
JP5285655B2 (ja) * 2010-05-14 2013-09-11 株式会社小松製作所 作業車両
JP5226733B2 (ja) * 2010-05-20 2013-07-03 株式会社小松製作所 ハイブリッド建設機械およびハイブリッド建設機械の蓄電器容量計測方法
JP5425721B2 (ja) * 2010-06-22 2014-02-26 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
JP5174875B2 (ja) * 2010-09-17 2013-04-03 日立建機株式会社 ハイブリッドホイールローダ
DE102010042297A1 (de) * 2010-10-12 2012-04-12 Robert Bosch Gmbh Rekuperatorsystem und Verfahren zur Steuerung desselben
KR101210139B1 (ko) 2010-10-28 2012-12-07 기아자동차주식회사 오일펌프용 릴리프밸브
CN103548232B (zh) * 2011-01-28 2016-03-16 住友重机械工业株式会社 挖土机
JP5562272B2 (ja) * 2011-03-01 2014-07-30 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械
JP6022452B2 (ja) * 2011-06-28 2016-11-09 住友重機械工業株式会社 ショベル
JP5778570B2 (ja) * 2011-12-20 2015-09-16 日立建機株式会社 建設機械
JP5855487B2 (ja) * 2012-02-17 2016-02-09 日立建機株式会社 電動駆動式作業車両
US20140372050A1 (en) * 2012-03-27 2014-12-18 Mitsubishi Electric Corporation Life diagnosis method for power storage device
JP6071327B2 (ja) * 2012-08-22 2017-02-01 ナブテスコ株式会社 ハイブリッド型建設機械制御方法およびハイブリッド型建設機械
JP5505478B2 (ja) * 2012-10-16 2014-05-28 国立大学法人 新潟大学 二次電池テスター
JP5956386B2 (ja) * 2013-07-11 2016-07-27 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
JP6565675B2 (ja) * 2013-07-23 2019-08-28 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子の劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システム
DK2887526T3 (da) * 2013-12-19 2019-06-24 Abb Schweiz Ag Fremgangsmåde og strømretter til at bestemme forringelse af en cellekondensator i en omformercelle
US9547037B2 (en) * 2014-02-19 2017-01-17 Nxp Usa, Inc. System and method for evaluating a capacitive interface
EP3115271B1 (de) * 2014-03-06 2021-10-27 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Bagger mit energiespeichersteuerung
JP6225856B2 (ja) * 2014-08-29 2017-11-08 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械
RU2732674C2 (ru) 2015-05-28 2020-09-21 ДЖОЙ ГЛОБАЛ ЛОНГВЬЮ ОПЕРЕЙШНЗ ЭлЭлСи Горная машина и способ её эксплуатации
JP6134438B1 (ja) * 2015-07-31 2017-05-24 株式会社東芝 蓄電池評価装置、蓄電システムおよび蓄電池評価方法
EP3633841B1 (de) * 2017-05-26 2021-12-29 Mitsubishi Electric Corporation Stromwandlungsvorrichtung
DE102019220536A1 (de) * 2019-12-23 2021-06-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren, Computerprogramm, elektronisches Speichermedium und Vorrichtung zur Erkennung des Abrisses einer Energiereserveeinrichtung
JP2023051546A (ja) * 2021-09-30 2023-04-11 ミネベアミツミ株式会社 電源装置及び電源装置の制御方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007155586A (ja) 2005-12-07 2007-06-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 作業機械及び作業機械の運転開始方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3111082B2 (ja) * 1991-04-24 2000-11-20 松下電工株式会社 容量表示回路
JPH06242193A (ja) * 1993-02-23 1994-09-02 Toyota Motor Corp 残存容量計
JP2000013910A (ja) * 1998-06-19 2000-01-14 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド駆動車両の制御装置
JP3673895B2 (ja) * 1999-12-09 2005-07-20 三菱自動車工業株式会社 車載バッテリの劣化判定装置
JP4172222B2 (ja) * 2002-08-08 2008-10-29 日産自動車株式会社 電動車両の制御装置
JP2004236381A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Honda Motor Co Ltd 蓄電池の充放電制御装置および車両用蓄電池の充放電制御装置
JP4043977B2 (ja) * 2003-03-11 2008-02-06 株式会社日本自動車部品総合研究所 二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法
JP2005077128A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Yazaki Corp バッテリ状態検出装置及びその方法
JP4286842B2 (ja) * 2005-03-30 2009-07-01 株式会社ピーシーエヌ 車載バッテリー管理装置
JP4524679B2 (ja) * 2006-03-15 2010-08-18 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007155586A (ja) 2005-12-07 2007-06-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 作業機械及び作業機械の運転開始方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012022462B4 (de) 2011-12-19 2019-05-09 Mazda Motor Corp. Fahrzeugeigene elektrische Quelle und Steuer- oder Regelvorrichtung, entsprechendes Verfahren und Computerprogrammprodukt
DE102017221096A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 Ziehl-Abegg Se Verfahren und Bewertungseinheit zum Ermitteln der Restlebensdauer eines Kondensators sowie System
WO2019101273A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-31 Ziehl-Abegg Se Verfahren und bewertungseinheit zum ermitteln der restlebensdauer eines kondensators sowie system
US11346893B2 (en) 2017-11-24 2022-05-31 Ziehl-Abegg Se Method and assessment unit for determining the remaining service life of a capacitor, and system

Also Published As

Publication number Publication date
US8362786B2 (en) 2013-01-29
KR101237277B1 (ko) 2013-02-27
JP2009227044A (ja) 2009-10-08
US20110018551A1 (en) 2011-01-27
JP5186690B2 (ja) 2013-04-17
CN101978118A (zh) 2011-02-16
CN101978118B (zh) 2012-06-27
KR20100105718A (ko) 2010-09-29
WO2009116495A1 (ja) 2009-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112009000643T5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen
DE102004063956B4 (de) Batteriesystem, Verfahren zum Überwachen der Batterie und Vorrichtung hierfür
DE60020459T2 (de) Batteriesteuerungsvorrichtung für Hybridfahrzeug
EP2516192B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur plausibilisierung eines von einer elektrischen maschine aufgebrachten antriebsmomentes in einem hybridantrieb eines kraftfahrzeuges
EP2477839B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines hybridfahrzeuges beim defekt eines energiesystems
DE102012204866A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Entladeschaltung eines elektrischen Systems
DE102012102633A1 (de) Elektrisches Ladesystem
DE112012006146T5 (de) Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät
DE10160984B4 (de) Verfahren und System zur Bestimmung eines Fahrzeugzustands "Verbrennungsmotor angeschaltet"
AT508875A2 (de) Betrieb eines elektrischen energiespeichers für ein fahrzeug
DE102015225294A1 (de) Verfahren zum Überprüfen einer Entmagnetisierung eines Motors eines umweltfreundlichen Fahrzeugs
DE112012005512T5 (de) Verfahren und Systeme zum Überwachen und Verwenden einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie
DE102013211567A1 (de) Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Zwischenkreises
DE102011079566A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes und Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Netzes
DE102014005391A1 (de) Batterie-Lade/Entlade-Steuerungsvorrichtung
DE112010005299B4 (de) Fahrzeug mit einem Energieversorgungsschalter, dessen Normalität beim Starten überprüft wird
EP2303662B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines fahrzeuges mit hybridantrieb
WO2019072488A1 (de) Energiespeichereinrichtung sowie vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer kapazität einer energiespeichereinrichtung
WO2016177488A1 (de) VERFAHREN ZUM DETEKTIEREN EINER ORDNUNGSGEMÄßEN VERBINDUNG ZUMINDEST EINES ENERGIESPEICHERS MIT EINEM BORDNETZ
DE102020123889A1 (de) Fahrzeugbatterieüberwachungsbaugruppe und überwachungsverfahren
EP1283424B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands einer Fahrzeugbatterie
DE102019120055A1 (de) Elektrifiziertes fahrzeug und verfahren zum schrittweisen einstellen des angezeigten ladezustands
DE102012209885A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers
AT513476B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Range Extanders für Elektrofahrzeuge
EP3575136A1 (de) Löschfahrzeug und verfahren zum betrieb eines teilweise elektrisch betriebenen löschfahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R120 Application withdrawn or ip right abandoned