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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät, welches ein Feststellen einer Betriebsdauer eines Energiespeichergerätes in einer mit einem Gleichstromanschluss einer Motorsteuervorrichtung verbundenen Energiespeichervorrichtung durchführt.
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HINTERGRUND
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Beispielsweise ist in einer Motorsteuervorrichtung, welche eine Betriebssteuerung eines Motors in einer industriellen Maschine wie beispielsweise einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder Druckmaschine ausführt, eine Energiespeichervorrichtung mit einem Gleichstromanschluss verbunden. Eine Gleichstromleistung zum zeitweisen Ergänzen (Unterstützen) einer von einem Wandlerschaltkreis während eines Leistungsbetriebs des Motors an den Gleichstromanschluss ausgegebene Gleichstromleistung kann von dem Energiespeichergerät an dem Gleichstromanschluss bereitgestellt werden. Eine von dem Motor während einer Regeneration des Motors erzeugten regenerierten Energie kann von einem Inverterschaltkreis an den Gleichstromanschluss ausgegeben werden. Demnach wird eine Konfiguration angewendet, welche es ermöglicht die regenerierte Energie in der Energiespeichervorrichtung zu speichern.
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In einem in der Energiespeichervorrichtung von diesem Typ verwendeten Energiespeichergerät werden ein Elektrolytkondensator und ein Doppelschichtkondensator verwendet. In diesem Energiespeichergerät verschlechtern sich eine Kapazität und eine Charakteristik eines internen Widerstands entsprechend dem Wiederholen von Aufladen und Entladen. Demnach wird festgestellt, dass das Energiespeichergerät seine Lebensdauer aufgebraucht hat, wenn ein Grad der Abnutzung des Energiespeichergerätes einen vorbestimmten Planwert erreicht. Es ist notwendig die Betriebsdauer des Energiespeichergerätes festzustellen um ein Handeln wie beispielsweise das Ersetzen des Energiespeichergerätes zu ermöglichen bevor ein System, welchem die Motorsteuervorrichtung zugeordnet ist, ungewöhnlich plötzlich anhält aufgrund der Abnutzung und der Erschöpfung der Lebensdauer des Speichergeräts. Konventionelle Technologien zum Abschätzen einer Betriebsdauer eines Energiespeichergerätes beispielsweise sind aus dem in Patentliteratur 1 und 2 vorgeschlagene Verfahren bekannt.
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Patent Literatur 1 schlägt ein Prüfverfahren vor, bei dem eine Spannung und eine Temperatur während des Betriebs der Vorrichtung gemessen werden, wobei ein geschätzter Abnutzungsgrad eines Kondensators aus den Messdaten berechnet wird unter Verwendung eines zu einer aus den Messdaten eines Entladungswertes in einem Abnutzungstest korrespondierenden Abnutzungskoeffizienten, wobei der Kondensator mit einer festen Stromstärke geladen und entladen wird, wobei Spannungen kurz vor und kurz nach dem Aufladen und Entladen und während des Aufladens gemessen werden, wobei ein tatsächlicher Abnutzungsgrad des Kondensators mit einer tatsächlichen-Abnutzungsgrad-Berechnungseinheit berechnet wird, und, wenn der Unterschied zwischen dem abgeschätzten Abnutzungsgrad und dem tatsächlichen Abnutzungsgrad einen Referenzwert überschreitet, wird festgestellt, dass eine Abnormität des Kondensators aufgetreten ist.
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Patent Literatur 2 schlägt ein Prüfverfahren vor, bei welchem ein Pulsladen und ein Pulsentladen an einer Test-Ziel-Batterie oder einem Energiespeichergerät angewendet wird, um damit eine Batteriespannungs-Wellenform während dem Aufladen oder dem Entladen zu messen, und wobei ein Spannungsänderungsgradient (ΔV/Δt) einer Veränderung in der Batteriespannung pro Zeiteinheit gemessen wird, und wobei die Betriebsdauer der Batterie damit bestimmt wird.
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LITERATURLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: japanisches Patent Nr. 404291
- Patentliteratur 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-187533
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ZUSAMMENFASSUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Allerdings sind in beiden in Patentliteratur 1 und in Patentliteratur 2 beschriebenen konventionellen Technologien spezielle Schaltkreise wie beispielsweise ein Schaltkreis zum Erfassen einer Temperatur und ein Schaltkreis für die Betriebsdauer-Prüfung und eine getrennte Vorrichtung wie beispielsweise eine Betriebsdauer-Prüfungsvorrichtung notwendig um eine Betriebsdauer festzustellen. Weiterhin ist ein Betrieb in einem speziellen Betriebsdauer-Feststellmodus im Gegensatz zu einem normalen Arbeitsbetriebsmodus notwendig. Wenn diese Verfahren angewendet werden, wobei ein Einstellen eines Schaltkreises zum Einstellen eines elektrischen Stroms und ein Einstellen einer getrennten Vorrichtung und eines speziellen Modus zum Ausführen der Betriebsdauer-Prüfung durchgeführt werden, wird eine Erhöhung der Kosten verursacht.
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Die vorliegende Erfindung wurde erhalten in Anbetracht der obigen Ausführungen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät bereitzustellen, welches eine Betriebsdauer-Prüfung eines Energiespeichergerätes in einer mit einem gleichen Stromanschluss für eine Motorsteuervorrichtung verbundene Energiespeichervorrichtung durchführen kann unter Verwendung eines in dem Energiespeichergerät bestehenden Schaltkreises und ohne einen speziellen Schaltkreis oder einen speziellen Modus zu benötigen.
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MITTEL ZUR PROBLEMLÖSUNG
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Um die zuvor erwähnten Aufgaben zu lösen, ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Energiespeichergerät in einer mit einem Gleichstromanschluss parallel zu einem Inverterschaltkreis in einer einen Wandlerschaltkreis umfassenden Motorsteuervorrichtung verbundenen Energiespeichervorrichtung umfasst ist, und wobei der Wandlerschaltkreis eine Wechselstrom-Energieversorgung in eine Gleichstrom-Energieversorgung umwandelt, und wobei der Inverterschaltkreis, welcher eine von dem Wandlerschaltkreis an den Gleichstromanschluss ausgegebene Gleichstromleistung umwandelt und eine Wechselstromleistung für ein Steuern zum Antreiben eines Motors erzeugt, wobei die Energiespeichervorrichtung das Energiespeichergerät, einen zwischen dem Energiespeichergerät und dem Gleichstromanschluss angeordneten nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit eine Entladungssteuerung ausführt um den nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis zu veranlassen eine nach oben transformierende Operation auszuführen und um das Energiespeichergerät zu veranlassen die Gleichstromleistung an dem Gleichstromanschluss bereitzustellen zum Ergänzen der durch den Wandlerschaltkreis an den Gleichstromanschluss ausgegebenen Gleichstromleistung und eine Ladesteuerung ausführt um den nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreises zu veranlassen eine nach unten transformierende Operation auszuführen und um das Energiespeichergerät zu veranlassen eine von dem Motor erzeugte und von dem Inverterschaltkreis an den Gleichstromanschluss ausgegebene regenerierte Leistung zu speichern, wobei die von der Steuereinheit während eines anfänglichen Aufladens, welches in dem Wandlerschaltkreis ausgeführt wird, wenn der Motorsteuervorrichtung Energie zugeführt wird, zum Ausbilden einer vorbestimmten Anschlussspannung an dem Gleichstromanschluss durchgeführte Betriebsdauer-Prüfung für das Energiespeichergerät umfasst: einen Schritt zum Veranlassen eines nach unten transformierenden Schaltelements Ein/Aus Operationen eine vorbestimmte Anzahl von Malen in dem nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis auszuführen um die durch den Wandlerschaltkreis an dem Gleichstromanschluss gebildete vorbestimmte Anschlussspannung nach unten zu transformieren und das anfängliche Aufladen auf das Energiespeichergerät anzuwenden; einen Schritt zum Berechnen einer an das Speichergerät in einem Zeitraum, in dem die Ein/Aus Operationen die vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurden, ausgegebene Gesamtenergie; einen Schritt zum Berechnen einer tatsächlichen Kapazität des Energiespeichergerätes aus der berechneten Gesamtenergie und einer von dem Energiespeichergerät angezeigten Ladespannung; und einen Schritt zum Abschätzen eines Abnutzungsgrades des Energiespeichergerätes und Feststellen der Betriebsdauer des Energiespeichergerätes auf der Basis eines Vergleichs der tatsächlichen Kapazität und einer anfänglichen Kapazität des Energiespeichergerätes.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Betriebsdauer-Prüfung eines Energiespeichergerätes in einer mit dem Gleichstromanschluss einer Motorsteuervorrichtung parallel zu dem Inverterschaltkreis verbundenen Energiespeichervorrichtung durchzuführen unter Verwendung der in der Energiespeichervorrichtung bestehenden Schaltkreise (der Zerhacker-Schaltkreis und die Steuereinheit). Da ein nach unten transformierendes Schaltelement des Zerhacker-Schaltkreises betrieben wird um durch ein während eines normalen Betriebs verwendeten PWM Signal ein- und ausgeschaltet zu werden, wird ein anfängliches Aufladen des Energiespeichergerätes von einer Stromsteuerung einer veränderlichen Frequenz durchgeführt. Demnach ist es im Gegensatz zu den konventionellen Technologien nicht notwendig mit einer fest eingestellten Stromstärke zu laden und es ist ebenfalls nicht notwendig einen speziellen Schaltkreis, einen speziellen Modus, spezielle Einstellungen und eine zusätzliche Vorrichtung für das Feststellen der Betriebsdauer hinzuzufügen. Folglich ist es möglich ohne die Kosten zu erhöhen eine zusätzliche Funktion einer Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes zu der Energiespeichervorrichtung, welche durch ein Verbinden des Gleichstromanschlusses mit der Motorsteuervorrichtung verwendet wird, hinzuzufügen. Weiter ist es möglich einen Abnutzungsgrad des Energiespeichergerätes, welches ein Prüfungsergebnis ist, einem Benutzer anzuzeigen. Demnach gibt es einen Effekt, dass ein Benutzer vorangehende Austauschvorbereitungen durchführen kann und eine Ausfallzeit der Vorrichtung für die Austauscharbeit minimieren kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
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1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Energiespeichergerätes, welche ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt und einer Verbindungsbeziehung zwischen der Energiespeichervorrichtung und einer Motorsteuervorrichtung.
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2 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Betriebsabfolge der in 1 gezeigten Motorsteuervorrichtung.
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3 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsbeispiels einer Energieunterstützung und einem von der in 1 gezeigten Energiespeichervorrichtung ausgeführten Aufladen.
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4 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels des von der in 1 gezeigten Energiespeichervorrichtung ausgeführten Betriebsdauer-Prüfverfahrens für das Energiespeichergerät.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGFORMEN
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Eine Ausführungsform eines Betriebsdauer-Prüfverfahrens für ein Energiespeichergerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu den Zeichnungen im Folgenden genauer erläutert. Es wird darauf hingewiesen dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsform beschränkt wird.
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AUSFÜHRUNGFORM
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1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Konfiguration eines Energiespeichergerätes, welches ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Verbindungsbeziehung zwischen der Energiespeichervorrichtung und einer Motorsteuervorrichtung durchführt. In 1 umfasst eine Motorsteuervorrichtung einen Wandlerschaltkreis 2 und einen Inverterschaltkreis 3 als Basiskomponenten.
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Der Wandlerschaltkreis 2 ist durch einen Diodenstapel 4 und einen Hauptschaltkreis-Kondensator 5 konfiguriert. Der Diodenstapel 4 wandelt eine von einer Wechselstrom-Energieversorgung 6 erhaltene drei-Phasen (L1, L2 und L3) Wechselstrom-Leistung in eine Gleichstromleistung um. Ein positiver Elektrodenanschluss P und ein negativer Elektrodenanschluss P, welche einen Gleichstromanschluss konfigurieren, sind mit einem positiven Elektrodenende und einem negativen Elektrodenende eines Wandlers 2 verbunden. Der zwischen dem positiven Elektrodenanschluss P und dem negativen Elektrodenanschluss N verbundene Hauptschaltkreis-Kondensator 5 führt eine Aktion zum Glätten der von dem Diodenstapel 4 zwischen dem positiven Elektrodenanschluss P und dem negativen Elektrodenanschluss N ausgegebenen Gleichstromspannung und zum Erzeugen und Erhalten der Anschlussspannung aus.
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Aus dieser Schaltkreiskonfiguration ist es offensichtlich, dass direkt nach dem Einschalten der Motorsteuervorrichtung 1 der Wandlerschaltkreis 2 nicht sofort eine Anschlussspannung eines vorbestimmten Wertes ausgibt, sondern eine Anschlussspannung eines von dem Wandler 3 benötigten vorbestimmten Wertes erst nach einer bestimmten Ladezeit (eine Zeitspanne eines anfänglichen Aufladens) in dem Hauptschaltkreis-Kondensator 5 oder Ähnlichem ausgibt.
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Eine Anschlussspannung-Erkennungseinheit 7 erkennt die von dem Wandlerschaltkreis 2 an den die positiven Elektrodenanschluss P und den negativen Elektrodenanschluss N umfassenden Gleichstromanschluss ausgegebene Anschlussspannung und gibt die Anschlussspannung an einen nicht gezeigten Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreis 3 aus. In einem Inverter-Umschalt-Schaltkreis 8 des Inverterschaltkreis 3 schaltet eine Vielzahl von Schaltelementen, welche zwischen dem positiven Elektrodenanschluss P und dem negativen Elektrodenanschluss N angeordnet sind und welche entsprechend mit dem positiven Elektrodenende und dem negativen Elektrodenende des Wandlers 2 verbunden sind, die Anschlussspannung entsprechend einem Antriebssignal des Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreis 3 um, wandelt die Anschlussspannung um und erzeugt eine Drei-Phasen (U, V und W) Wechselstromspannung mit einer beliebigen Größe und Frequenz und betreibt einen Motor 9 in einer industriellen Maschine (z. B. eine numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder Druckmaschine).
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Eine Energiespeichervorrichtung 10 ist parallel zu dem Inverterschaltkreis 3 mit dem positiven Elektrodenende und dem negativen Elektrodenende des Wandlers 2 verbunden, das heißt, mit dem in dem Gleichstromanschluss der Motorsteuervorrichtung 1 umfassten positiven Elektrodenanschluss P und dem negativen Elektrodenanschluss N. Die Energiespeichervorrichtung 10 umfasst ein Energiespeichergerät 11, eine nach unten/oben transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 und eine Steuereinheit 13.
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Das Energiespeichergerät 11 umfasst eine Vielzahl von in Serie und parallel verbundenen Doppelschichtkondensatoren und Elektrolytkondensatoren. Ein negatives Elektrodenende des Energiespeichergerätes ist mit dem negativen Elektrodenanschluss N der Motorsteuervorrichtung 1 verbunden. Ein positives Elektrodenende des Energiespeichergerätes ist mit dem positiven Elektrodenanschluss P der Motorsteuervorrichtung 1 über den nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 verbunden.
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Der nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 umfasst einen Umschalt-Schaltkreis 14 und einen Reaktor 15. Der Umschalt-Schaltkreis 14 umfasst einen Serienschaltkreis von zwei Schaltelementen 14a und 14b. Dioden 14c und 14d sind entsprechend anti-parallel zu den Schaltelementen 14a und 14b verbunden. Der Kollektoranschluss des Schaltelementes 14a ist mit dem positiven Elektrodenanschluss P der Motorsteuervorrichtung 1 zusammen mit dem Kathodenanschluss der Diode 14c verbunden. Der Emitteranschluss des Schaltelements 14b ist mit dem negativen Elektrodenanschluss N der Motorsteuervorrichtung 1 zusammen mit dem Anodenanschluss der Diode 14d verbunden. Ein Verbindungsende der Schaltelemente 14a und 14b und ein Verbindungsende der Dioden 14c und 14d sind mit einem positiven Elektrodenende des Energiespeichergerätes 11 über den Reaktor 15 verbunden.
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Ein Stromsensor 16 erkennt die Größe eines durch den Reaktor 15 fließenden elektrischen Strom und gibt einen Erkennungswert der Größe an die Steuereinheit 13 aus. Ein gespeicherte-Energie-Spannung-Erkennungsschaltkreis 17 erkennt eine Energie-Spannung des Energiespeichergerätes 11 und gibt einen Erkennungswert der gespeicherten-Energie-Spannung an die Steuereinheit 13 aus. Ein Anschluss-Spannung-Erkennungsschaltkreis 18 erkennt eine an beiden Enden des Umschalt-Schaltkreises 14 angelegte Anschluss-Spannung und gibt einen Erkennungswert der Anschluss-Spannung an die Steuereinheit 13 aus. Es wird darauf hingewiesen, dass der Anschluss-Spannung-Erkennungsschaltkreis 18 weggelassen werden kann, und in diesem Fall kann die Steuereinheit 13 die durch den Anschluss-Spannung-Erkennungsschaltkreis 7 der Motorsteuervorrichtung 1 erkannte Anschluss-Spannung erhalten.
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Die Steuereinheit 13 umfasst eine Funktion zum Steuern des Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 14a und 14b des Umschalt-Schaltkreises 14 auf der Basis des Erkennung-Stromwertes des Stromsensors 16, der durch den gespeicherte-Energie-Spannung-Erkennungsschaltkreis 17 erkannten gespeicherte-Energie-Spannung des Energiespeichergerätes 11 und der Anschluss-Spannung und zum Veranlassen des nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreises 12 eine nach oben transformierende Operation (Entladungssteuerung von dem Energiespeichergerät 11 zu dem Gleichstromanschluss) über das Schaltelement 14b und die Diode 14c und eine nach unten transformierende Operation (Ladungssteuerung von dem Gleichstromanschluss an das Energiespeichergerät 11) über das Schaltelement 14a und die Diode 14d auszuführen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Signal zum Betreiben des Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 14a und 14b des Umschalt-Schaltkreises 14 ein PWM Signal ist. Das heißt, die während des normalen Betriebs durchgeführte Entladungssteuerung und Ladungssteuerung wird mit einer Stromsteuerung einer variablen Frequenz ausgeführt.
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In dieser Ausführungsform wird eine Funktion zum Überprüfen der Betriebsdauer des Energiespeichergerätes 11 zu der Steuereinheit 13 zusätzlich zu den oben erläuterten beiden Funktionen hinzugefügt. Der Betrieb der diese Ausführungsform betreffenden Einheiten wird im Folgenden mit Bezug zu den 1 bis 4 erläutert.
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Zuerst wird eine Operationsabfolge der Motorsteuervorrichtung 1 gemäß 2 mit Bezug zu 1 erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Operationsabfolge der in 1 gezeigten Motorsteuervorrichtung ist.
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In 2, wenn eine Energieversorgung der Motorsteuervorrichtung 1 gemäß eines Betriebsstarts eines Systems, bei welchem die Motorsteuervorrichtung 1 verwendet wird (Schritt ST1), eingeschaltet wird, wird ein Aufladen (anfängliches Aufladen) zum Ausbilden einer vorbestimmten Anschlussspannung in dem Hauptschaltkreis-Kondensator 5 in dem Wandlerschaltkreis 2 (Schritt ST2) durchgeführt. Wenn das Aufladen des Hauptschaltkreis-Kondensators 5 voranschreitet, erkennt der Anschlussspannung-Erkennungsschaltkreis 7, dass die Anschlussspannung einen in dem Wandlerschaltkreis 3 benötigten vorbestimmten Wert erreicht hat, und der Anschlussspannung-Erkennungsschaltkreis 18 erkennt, dass die Anschlussspannung an beiden Enden des Umschalt-Schaltkreises 14 angelegt worden ist (Ja in Schritt ST3). Dann betreibt die Steuerspannung 13, welche eine Benachrichtigung von dem Anschlussspannung-Erkennungsschaltkreis 18 erhalten hat, den nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 um ein Aufladen des Energiespeichergerätes 11 auszuführen und führt gleichzeitig eine Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes 11 entsprechend einem nachfolgend beschriebenen Verfahren (Schritt ST4) durch.
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Wenn das Aufladen und die Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes 11 (Schritt ST4) beendet ist, erkennt der Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreis 3, dass die Motorsteuervorrichtung 1 betrieben werden kann. Die Antriebsenergie wird von dem Inverterschaltkreis 3 dem Motor 9 zugeführt und der Motor 9 betrieben (Schritt ST5 bis Schritt ST7). Es wird darauf hingewiesen, dass ein Betriebszeitraum von Schritt ST5 bis Schritt ST7 ein Einheits-Betriebszeitraum eines Zyklus ist (siehe 3).
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In Schritt ST5 wird der Motor 9 zum Beschleunigen betrieben. Während dieses Beschleunigungsbetriebs verbraucht der Motor 9 viel elektrische Energie. Daher ist die von dem Wandlerschaltkreis 2 erzeugte Gleichstromenergie manchmal für den Beschleunigungsbetrieb nicht ausreichend. Daher veranlasst während des Energiebetriebs, bei dem der Motor 9 zum Beschleunigen betrieben wird, um die von dem Wandlerschaltkreis 2 an den Gleichstromanschluss ausgegebene Gleichstromenergie abzudecken der Steuerbereich 13 das Schaltelement 14b eine Ein/Aus Operation in dem nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 auszuführen um eine von dem Energiespeichergerät 11 extrahierte Ladespannung nach oben zu transformieren und die Spannung an den Gleichstromanschluss bereitzustellen (zu entladen) und die unzureichende Leistung während des Energiebetriebs zu kompensieren.
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In Schritt ST6 wird der Motor 9 mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben. In diesem Fall sind beide Schaltelemente 14a und 14b des nach unten/oben transformierenden Zerhacker-Schaltkreises 12 ausgeschaltet. Der Inverterschaltkreis 3 wandelt nur die von dem Wandlerschaltkreis 2 erzeugte Gleichstromenergie um und erzeugt Gleichstromenergie zum Betreiben des Motors 9.
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In Schritt ST7 wird der Motor 9 zum Abbremsen betrieben und hält an einer vorbestimmten Position an. Während des Abbremsbetriebs wird von dem als Generator fungierenden Motor 9 ausgegebene regenerierte Energie von dem Inverterschaltkreis 3 an den Gleichstromanschluss ausgegeben. Daher veranlasst die Steuereinheit 13, während der Regeneration, bei der der Motor 9 zum Abbremsen betrieben wird, wenn die Anschlussspannung mit der von dem Inverterschaltkreis 3 an den Gleichstromanschluss ausgegebenen regenerierten Energie ansteigt, das Schaltelement 14a eine Ein/Aus Operation des nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreises 12 auszuführen und die mit der regenerierten Energie angestiegene Anschlussspannung nach unten zu transformieren und fängt die Anschlussspannung in den Energiespeichergerät 11 ein um die Energie (Ladung) in dem Energiespeichergerät 11 zu speichern.
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Einige Benutzer betreiben in die Vorrichtung in einem Betriebsmuster beginnend mit Regenerations-Operation. In dem Fall von diesem Benutzungsmuster ist das anfängliche Aufladen des Energiespeichergerätes 11 und benötigt. Es ist möglich die Betriebsdauer-Prüfung in der gleichen Art während der Operation zum Aufladen der regenerierten Energie durchzuführen.
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In Schritt ST8 bestimmt der Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreis 3 ob der Betrieb beendet wurde und wiederholt den Betrieb des Motors von Schritt 5 bis Schritt 7 bis der Betrieb endet (nein in Schritt ST8). Wenn der Betrieb zu einem Ende gekommen ist (Ja in Schritt ST8) wird die Energieversorgung der Motorsteuervorrichtung 1 ausgeschaltet (Schritt ST10).
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Es wird darauf hingewiesen, dass „Betriebsende” ein Ende einer Produktionstätigkeit an diesem Tag oder ein Ende der planmäßigen Produktionstätigkeit bedeutet. Weiter im Falle einer kontinuierlichen Produktion ohne Pause bedeutet dies die zeitliche Abfolge, bei der die Energieversorgung der Vorrichtung zur Wartung ausgeschaltet ist. In beiden Fällen wird, wenn die Energieversorgung der Vorrichtung wieder eingeschaltet wird, das Betreiben des Motors in den Prozesszeiten von Schritt 2 bis Schritt 4 durchgeführt. Unter Berücksichtigung dieses Punktes ermöglicht diese Ausführungsform das sichere Ausführen ohne Unterlass der Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes in den Prozesszeiten von Schritt 2 bis Schritt 4.
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Das heißt, in dieser Ausführungsform veranlasst die Steuereinheit 13 in den Prozesszeiten von Schritt 2 bis Schritt 4, nachdem die von dem Wandlerschaltkreis erzeugte Anschlussspannung den in dem Inverterschaltkreis 3 benötigten vorbestimmten Wert erreicht, das Schaltelement 14a in dem nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreis 12 eine vorbestimmte Anzahl von Ein/Aus Operationen auszuführen um die von dem Wandlerschaltkreis 2 erzeugte Anschlussspannung nach unten zu transformieren, fängt die Anschlussspannung in dem Energiespeichergerät 11 ein um die Energie (Ladung) in dem Energiespeichergerät 11 zu speichern (siehe 3 und 4) und die Betriebsdauer des Energiespeichergerätes 11 anhand eines in diesem Vorgang für die Energiespeicherung verbrauchten Energiebetrags oder ähnlichem zu überprüfen. Der Steuerschaltkreis in dem Inverterschaltkreis 3 erkennt, dass die Motorsteuervorrichtung 1 zu dem Betriebszustand nach dem Vervollständigen des Aufladens des Energiespeichergerätes 11 gewechselt ist, und führt den Betrieb des Motors durch.
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3 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsbeispiels einer von der in 1 gezeigten Energiespeichervorrichtung durchgeführten Energieunterstützung und Aufladen. In 3 wird gezeigt (1) eine Zustandsänderung einer Geschwindigkeit und eines Drehmoments des Motors, (2) ein Entladen (Energieunterstützung) während des Energiebetriebs und ein Aufladen während der Regeneration, (3) eine Zustandsänderung der Anschlussspannung und (4) eine Zustandsänderung einer Spannung des Energiespeichergeräts in den Schritten ST1 bis ST7 aus 2.
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In 3 wird in dem Wandlerschaltkreis 2 mit dem anfänglichen Aufladen des Hauptschaltkreis-Kondensator 5 begonnen, wenn die Energieversorgung der Motorsteuervorrichtung 1 zu dem Zeitpunkt 20 eingeschaltet wird. Zu dem Zeitpunkt 21 erreicht die Ladespannung des Hauptschaltkreis-Kondensators 5 die vorbestimmte Anschlussspannung. In einem in der Figur gezeigten Beispiel ist die Anschlussspannung zu dem Zeitpunkt 21 der in dem Inverterschaltkreis 3 notwendige vorbestimmte Wert. Der Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreises 3 erkennt, dass die Motorsteuervorrichtung 1 in dem Betriebszustand ist, wenn eine Benachrichtigung des Abschlusses des Ladevorgangs von der Steuereinheit 13 von dem Energiespeichergerät 11 erhalten wird.
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Wenn die Ladungsspannung des Hauptschaltkreis-Kondensators 5 die vorbestimmte Anschlussspannung zum Zeitpunkt 21 erreicht, veranlasst die Steuereinheit 13 den Zerhacker-Schaltkreis 12 die Anschlussspannung nach unten zu transformieren und beginnt mit dem anfänglichen Aufladen 22 zum Speichern der Energie in dem Energiespeichergerät 11. Das anfängliche Aufladen 22 ist zum Zeitpunkt 23 sofort nach dem Ablauf eines durch die Anzahl der Ein/Aus Operationen des Schaltelements 14a zum Zeitpunkt 21 bestimmten Zeitraums. In 4 ist ein Beispiel eines Operationsinhalts des Zerhacker-Schaltkreises 12 zum Durchführen des anfänglichen Aufladens 22 gezeigt. Ein kombinierter Zeitraum von „Zeitpunkt 20 bis Zeitpunkt 21” und von „Zeitpunkt 21 bis Zeitpunkt 23” ist eine anfängliche Aufladesequenz.
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Wenn die Steuereinheit 13 den Abschluss des Aufladens des Energiespeichergerätes 11 zum Zeitpunkt 23 erkennt, benachrichtigt die Steuereinheit 13 den Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreis 3 darüber, hält die Steuerung des Zerhacker-Schaltkreises 12 an und bestimmt einen Abnutzungsgrad des Energiespeichergerätes 11 und überprüft die Betriebsdauer des Energiespeichergerätes 11 entsprechend einem im Folgenden erläuterten Verfahren. Falls ein Verfahren zum Anzeigen auf einer Anzeige als ein Verfahren zur Benachrichtigung über ein Prüfergebnis verwendet wird, ist es möglich eine angemessene Benachrichtigung mit Bezug zu dem Abnutzungsgrad durchzuführen.
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Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Zeitpunkt 23, wenn der Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreises 3 die Benachrichtigung über das Ende des anfänglichen Aufladens 22 des Energiespeichergerätes 11 von der Steuereinheit 13 erhält, beginnt der Steuerschaltkreis des Inverterschaltkreises 3 mit dem Motorbetrieb über den Inverter-Umschalt-Schaltkreis 8 des Inverterschaltkreises 3. In 3 (1) werden als ein Zustand des Motor Betriebs ein erster Ein-Zyklus und ein Ein-Zyklus zu dem zweiten und den nachfolgenden Zeitpunkten gezeigt. Ein jeder der Ein-Zyklen des Motorbetriebs umfasst einen Beschleunigungszeitraum 24, einen Zeitraum mit konstanter Geschwindigkeit 25 und einen Abbremszeitraum 26. Wie in den 3 (2) und (4) gezeigt wird während des Energiebetriebs, bei dem der Motor zum Beschleunigen betrieben wird, ein Entladen (Energieunterstützung) 27 von der Energiespeichervorrichtung 10 an den Gleichstromanschluss durchgeführt. Während der Regeneration, bei der der Motor zum Abbremsen betrieben wird, wird ein Aufladen 28 von dem Gleichstromanschluss an die Energiespeichervorrichtung 10 durchgeführt. Wie oben erläutert, werden das Entladen (die Energieunterstützung) 27 und das Aufladen 28 von der Stromsteuerung mit variabler Frequenz durchgeführt.
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Ein Betrieb zum Ausführen der Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes 11 während des in 3 (4) gezeigten anfänglichen Aufladens 22 wird mit Bezug zu 4 erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines von der in 1 gezeigten Energiespeichervorrichtung ausgeführten Betriebsdauer-Prüfverfahrens des Energiespeichergerätes ist. In 4 sind gezeigt (1) ein an das Schaltelement 14a ausgegebenes Umschaltsignal, welches das Durchführen einer nach unten transformierenden Operation veranlasst, (2) ein von dem Stromsensor 16 erkannter Reaktorstrom und (3) eine Veränderung in einer Energiespeicher-Spannung des Energiespeichergerätes 11.
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Während des anfänglichen Aufladens 22 wird ein oberer Grenzstrom Ih und ein unterer Grenzstrom I1 eines zu dem Reaktor 15 fließenden elektrischen Stroms in der Steuereinheit 13 eingestellt. Die Anzahl der Ein/Aus Operationen des Schaltelements 14a wird beispielsweise auf 18 eingestellt. Das heißt, der Zeitpunkt, wenn die Anzahl von Ein/Aus Operationen des Schaltelements 14a 18 erreicht, ist der Auflageabschluss-Zeitpunkt des Energiespeichergerätes 11. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Anzahl von Ein/Aus Operationen des Schaltelements 14a sich in Abhängigkeit von der Einstellung des oberen Grenzstroms Ih und des unteren Grenzstroms I1 verändert.
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Das von der Steuereinheit 13 an das Schaltelement 14a ausgegebene Umschaltsignal ist ein PWM Signal, wie in 4 (1) gezeigt. Demnach weist das von dem Stromsensor 16 erkannte Reaktorsignal eine sägezahnähnliche Wellenform auf, wie in 4 (2) gezeigt. Das der Ein/Aus-Steuerung unterliegende Schaltelement 14a bleibt eingeschaltet bis der von dem Stromsensor 16 erkannte Reaktorstrom den oberen Begrenzungsstrom Ih erreicht, wird ausgeschaltet, wenn der Reaktorstrom den oberen Grenzstrom Ih erreicht, bleibt ausgeschaltet bis der Reaktorstrom den unteren Grenzstrom I1 erreicht und wird eingeschaltet, wenn der Reaktorstrom den unteren Grenzstrom I1 erreicht.
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Wenn das Schaltelement 14a eingeschaltet ist, wird Energie in dem Reaktor 15 und dem Energiespeichergerät 11 mit der Energie aus dem Gleichstromanschluss gespeichert. Das Aufladen des Energiespeichergerätes 11 wird entsprechend einem Unterschied zwischen der Anschlussspannung und der Spannung des Energiespeichergerätes 11 durchgeführt. Wenn das Schaltelement 14a ausgeschaltet ist, wird die in dem Reaktor 15 gespeicherte Energie in den Energiespeichervorrichtung 11 geladen. In 4 (3) ist der Spannungswert Vs des Energiespeichergerätes 11 ein Anfangswert. In einem in 4 gezeigten Beispiel ist der Spannungswert V1 eine Spannung, welche erreicht wird, wenn die Gesamtenergie durch eine 18-malige Ein/Aus Operation (die Auflade-Operation) an das Energiespeichergerät 11 übergeben wurde.
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Die an das Energiespeichergerät 11 durch die 18-malige Ein/Aus Operation übergebene Gesamtenergie wird berechnet. Die Kapazität des Energiespeichergerätes 11 kann aus der Gesamtenergie und dem Spannungswert des Energiespeichergerätes 11 zu diesem Zeitpunkt berechnet werden.
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Als ein Verfahren zur Berechnung der Gesamtenergie wird beispielsweise die Energie EL des Reaktors 15 während der Aus-Zeit des Schaltelements 14a aus Gleichung (1) berechnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in Gleichung (1) L für die induktiv des Reaktors 15 steht. EL = (1/2)·L·(Ih^2 – I1^2) (1)
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Die in dem Energiespeichergerät 11 gespeicherte Energie EC während der Ein-Zeit des Schaltelements 14a wird aus Gleichung (2) berechnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in Gleichung (2) Vpn für einen Anschlussspannungswert steht, Ton für einen Ein-Zeitraum des Schaltelements 14a steht und Toff für einen Aus-Zeitraum des Schaltelements 14a steht. EC = (1/2)·(Ih + I1)·Vpn·Ton/(Ton + Toff) (2)
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Die Energie EL und die Energie EC werden addiert um die an das Energiespeichergerät 11 übergebene Gesamtenergie EA zu berechnen. Dann kann die Kapazität C des Speichergeräts 11 aus Gleichung (3) berechnet werden. C = 2·EA/(V1^2 – Vs^2) (3)
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Die Steuereinheit 13 vergleicht die berechnete Kapazität C und die vorab eingestellte anfängliche Kapazität des Energiespeichergerätes 11 um damit einen Abnutzungszustand als ein Verhältnis zu berechnen und die Betriebsdauer des Energiespeichergerätes 11 zu bestimmen. Wenn der Abnutzungszustand einen vorbestimmten Wert erreicht, zeigt die Steuereinheit 13 einem Benutzer des Systems, für das die Motorsteuervorrichtung 1 angewendet wird, eine Warnanzeige an und fordert den Benutzer auf das Energiespeichergerät 11 zum Austauschen vorzubereiten. Entsprechend kann der Benutzer einen Austauschvorbereitungs-Zeitraum für das Energiespeichergerät 11 erstellen, so dass es möglich ist eine Standzeit der Vorrichtung zum Ausführen der Austauscharbeit zu minimieren.
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Wie oben erläutert veranlasst in dem Betriebsdauer-Prüfverfahren für das Energiespeichergerät entsprechend dieser Ausführungsform während des in dem Wandlerschaltkreis zum Zeitpunkt des Einschalten des Systems, für welches die mit dem Gleichstromanschluss parallel zu dem Inverterschaltkreis verbundene Motorsteuervorrichtung angewendet wird, ausgeführten anfänglichen Aufladens zum Ausbilden der vorbestimmten Anschlussspannung an dem Gleichstromanschluss die Energiespeichervorrichtung das nach unten transformierende Schaltelement des nach oben/unten transformierenden Zerhacker-Schaltkreises der Energiespeichervorrichtung die Ein/Aus Operation entsprechend dem PWM Signal die vorbestimmten Male auszuführen, transformiert die durch den Wandlerschaltkreis in dem Gleichstromanschluss gebildete vorbestimmte Spannung nach unten zu transformieren um das anfängliche Aufladen auf das Energiespeichergerät anzuwenden, berechnet die an das Energiespeichergerät übergebene Gesamtenergie aus dem Zeitraum, in dem die Einen/Aus Operationen die vorbestimmten Male ausgeführt wurden, und einem in diesem Zeitraum in das Energiespeichergerät fließenden Stromwert, berechnet die tatsächliche Kapazität des Energiespeichergerätes aus der berechneten Gesamtenergie und einer durch das Energiespeichergerät angezeigten Ladespannung und schätzt einen Abnutzungsgrad des Energiespeichergerätes ab und bestimmt die Betriebsdauer des Energiespeichergerätes auf Basis eines Vergleichs der berechneten Kapazität und der anfänglichen Kapazität des Energiespeichergerätes.
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Das heißt, entsprechend dieser Ausführungsform ist es möglich die Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes in der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung der in der Energiespeichervorrichtung existierenden Schaltkreise (des Zerhacker-Schaltkreises und der Steuereinheit) durchzuführen. Das nach unten transformierende Schaltelement des Zerhacker-Schaltkreises wird so betrieben, dass dieses durch das während des normalen Betriebs verwendeten PWM Signals ein- und ausgeschaltet wird. Demnach wird das anfängliche Aufladen des Energiespeichergerätes durch die Stromsteuerung mit variabler Frequenz ausgeführt. Demnach ist es im Gegensatz zur konventionellen Technologie nicht notwendig eine Einheit, einen speziellen Schaltkreis, einen speziellen Modus und eine zusätzliche Vorrichtung zum Aufladen mit einer festen Stromstärke und zur Betriebsdauer-Prüfung hinzuzufügen.
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Folglich ist es entsprechend dieser Ausführungsform möglich ohne die Kosten zu erhöhen eine zusätzliche Funktion einer Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes zu der mit dem Gleichstromanschluss der Motorsteuervorrichtung verbundenen Energiespeichervorrichtung hinzuzufügen und diese zu verwenden. Demnach kann der Benutzer vorab Vorbereitungen zum Austauschen ausführen. Es ist möglich eine Standzeit der Vorrichtung für dessen Austauscharbeit zu minimieren.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser Ausführungsform in der Berechnung der Energie die Energie während des anfänglichen Aufladens und des letzten Aufladens nicht berechnet wird. Dies liegt daran, dass ein minimaler Stromwert während des anfänglichen Aufladens und des letzten Aufladens absinkt bis dieser kleiner als der untere Grenzstrom I1 wird und gleich Null wird, wie in 4 (2) gezeigt, und die Berechnung kompliziert wird. Das heißt, wenn es den Benutzer nicht stört, dass die Berechnung kompliziert wird, kann die Energie berechnet werden.
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In 4 wird dieser Ausführungsform gezeigt und die Anzahl der Aufladen-Operationen ist 18. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anzahl beschränkt. Wenn eine kleinere Anzahl von Aufladungen wie beispielsweise einige Volt bis einige 10 Volt an das Energiespeichergerät 11 angelegt werden, kann das Aufladen abgeschlossen werden und die Bestimmung einer Betriebsdauer kann ebenfalls durch das ein- oder zweimalige Ausführen der Auflade-Operation abgeschlossen werden. Mit diesen Absichten wird die Anzahl der Aufladen-Operationen in der vorliegenden Erfindung auf die vorbestimmte Anzahl eingestellt.
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Weiter wird für die Berechnung der Energie wie oben beschrieben die Strom-Energie berechnet. Allerdings kann neben der elektrischen Energie die Energie der an das Energiespeichergerät 11 übergebenen Ladungen berechnet werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie oben beschrieben ist das Betriebsdauer-Prüfverfahren für das Energiespeichergerät gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich als ein Betriebsdauer-Prüfverfahren für ein Energiespeichergerät, welches eine Betriebsdauer-Prüfung des Energiespeichergerätes in einer mit einem Gleichstromanschluss einer Motorsteuervorrichtung verbundenen Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines bestehenden Schaltkreises ohne einen speziellen
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Schaltkreis und einen speziellen Modus zu benötigen durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorsteuervorrichtung
- 2
- Wandlerschaltkreis
- 3
- Inverterschaltkreis
- 4
- Diodenstapel
- 5
- Hauptschaltkreis-Kondensator
- 6
- 3 Phasen Wechselstrom-Spannungsversorgung
- 7
- Anschlussspannung-Erkennungsschaltkreis
- 8
- Inverter Umschalt-Schaltkreis
- 9
- Motor
- 10
- Energiespeichervorrichtung
- 11
- Energiespeichergerät
- 12
- nach oben/unten transformierender Zerhacker-Schaltkreis
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Umschalt-Schaltkreis
- 14a, 14b
- Schaltelemente
- 14c, 14d
- Rückflussdioden
- 15
- Reaktor
- 16
- Stromsensor
- 17
- gespeicherte-Energie-Spannung-Erkennungsschaltkreis
- 18
- Anschlussspannung-Erkennungsschaltkreis
- 20, 21, 23
- Zeitpunkte
- 22
- anfängliches Aufladen
- 24
- Beschleunigungszeitraum
- 25
- Zeitraum mit konstanter Geschwindigkeit
- 26
- Abbrems-Zeitraum
- 27
- Aufladen
- 28
- Entladen
