JP2002359935A - Charging/discharging control device for power storing part of hybrid work machine - Google Patents

Charging/discharging control device for power storing part of hybrid work machine

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JP2002359935A
JP2002359935A JP2001165670A JP2001165670A JP2002359935A JP 2002359935 A JP2002359935 A JP 2002359935A JP 2001165670 A JP2001165670 A JP 2001165670A JP 2001165670 A JP2001165670 A JP 2001165670A JP 2002359935 A JP2002359935 A JP 2002359935A
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power
storage unit
power storage
charge
engine
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Japanese (ja)
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Tadashi Kawaguchi
正 河口
Nobuaki Murakami
暢章 村上
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge/discharge control device for the power storing part of a hybrid work machine which enables use of a small-sized battery and prolongs its life time. SOLUTION: This charging/discharging control device for the power storing part of a hybrid work machine is provided with a generator driven by a motive power source, a motor for driving the working machine, and a power storing part which is connected to the generator and the motor electrically, stores power outputted by the generator and the motor respectively, and outputs power for dividing the motor. The control device is provided with an energy detection means for detecting the kinetic energy and the potential energy of the work machine, a stored power detecting means for detecting the quantity of stored power in the power storing part, a controller which has an energy computing part for computing the kinetic energy and the potential energy of the work machine, and a motive power source control unit for controlling the motive power source, on the basis of the computed energies.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド作業
機械の蓄電部充放電制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power storage unit charge / discharge control device for a hybrid working machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】油圧ショベル等の作業機械は、エンジン
によりアクチュエータを駆動するように構成されている
が、軽負荷時でもエンジン出力を一定にして作業するこ
とが多いので、エンジンの燃費が悪いという問題があ
る。また、騒音、排気ガス等の環境上の問題もある。そ
こで、エンジン、エンジンで駆動する発電機、負荷を駆
動する電動機、バッテリを組み合わせ、軽負荷時に発電
機で発電した電力又は制動時に負荷により駆動される電
動機から戻ってくる回生電力をバッテリに充電し、重負
荷時にバッテリから電力を取り出すハイブリッド作業機
械が提案されている。これにより、エンジンへの負荷は
平準化されるので燃費、騒音、排気ガス等の問題を解決
している。
2. Description of the Related Art A working machine such as a hydraulic excavator is configured to drive an actuator by an engine. However, since the work is often performed with a constant engine output even under a light load, the fuel efficiency of the engine is poor. There's a problem. There are also environmental problems such as noise and exhaust gas. Therefore, the engine, the generator driven by the engine, the motor driving the load, and the battery are combined, and the battery is charged with the power generated by the generator at a light load or the regenerative power returned from the motor driven by the load at the time of braking. There has been proposed a hybrid working machine that extracts power from a battery under heavy load. As a result, the load on the engine is leveled, thereby solving problems such as fuel consumption, noise, and exhaust gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
には次のような問題がある。ハイブリッド作業機械で
は、発電機、電動機及びこれらを制御する付属機器の部
品点数が多くなり、さらにバッテリが大型であるために
これらの付属機器及びバッテリを格納する大きなスペー
スが必要となり機械が大型で大重量になるという問題が
ある。また、バッテリの蓄電量の上下限値を予め設定し
ておき、バッテリの蓄電量が下限値よりも小さくなった
ときにエンジンを起動して充電開始し、上限値よりも大
きくなったときにエンジンを停止して充電終了してい
る。このため、蓄電量が上下限値を超えてオーバーシュ
ートすることがあるので蓄電量の最小値と最大値との幅
である電力残量幅が大きくなり、大きな容量のバッテリ
の搭載が必要となると共にバッテリの寿命が短いという
問題がある。なお、蓄電量の変動する値が所定の残量最
適値の近傍である程、バッテリは小型で済み、かつ寿命
は長くなる。
The prior art described above has the following problems. In a hybrid work machine, the number of parts of a generator, an electric motor, and ancillary equipment for controlling them is increased, and since the battery is large, a large space for storing these ancillary equipment and a battery is required. There is a problem of weight. In addition, the upper and lower limits of the charged amount of the battery are set in advance, and when the charged amount of the battery becomes smaller than the lower limit, the engine is started to start charging, and when the charged amount becomes larger than the upper limit, the engine is started. Is stopped and charging is completed. For this reason, the power storage amount may exceed the upper and lower limit values and overshoot, so that the power remaining width, which is the range between the minimum value and the maximum value of the power storage amount, becomes large, and a large-capacity battery must be mounted. In addition, there is a problem that the life of the battery is short. In addition, the smaller the value of the charged amount is near the predetermined optimum value of the remaining amount, the smaller the battery size and the longer the life.

【0004】本発明は、上記の問題を解決するためにな
され、小型のバッテリで済み、かつバッテリを長寿命化
するハイブリッド作業機械の蓄電部充放電制御装置を提
供することを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a power storage unit charge / discharge control device for a hybrid work machine that requires only a small battery and extends the life of the battery.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第1発明は、動力源で駆動する発
電機と、作業機械を駆動する電動機と、発電機及び電動
機に電気接続し発電機及び電動機のそれぞれが出力する
電力を蓄電すると共に電動機を駆動する電力を出力する
蓄電部とを備えたハイブリッド作業機械の蓄電部充放電
制御装置において、作業機械の運動エネルギ及び位置エ
ネルギを検出するエネルギ検出手段と、蓄電部の蓄電量
を検出する蓄電量検出手段と、作業機械の運動エネルギ
及び位置エネルギを演算するエネルギ演算部及び演算し
たエネルギに基づいて動力源を制御する動力源制御部を
有するコントローラとを備えた構成としている。
Means for Solving the Problems, Functions and Effects In order to achieve the above object, a first invention is directed to a generator driven by a power source, a motor driving a work machine, and an electric power generator and a motor. A power storage unit charge / discharge control device for a hybrid work machine, comprising: a power storage unit configured to connect and store power output by each of the generator and the motor and output power for driving the motor. Detecting means for detecting the amount of power stored in the power storage unit, an energy calculating unit for calculating kinetic energy and potential energy of the work machine, and a power source for controlling a power source based on the calculated energy And a controller having a control unit.

【0006】第1発明によれば、作業機の位置が高いと
きには位置エネルギが大きく、次のステップの位置エネ
ルギが小さくなる制動過程で作業機を駆動する電動機か
ら大きな回生電力が戻ってくる。また、作業機の旋回速
度が速いときには運動エネルギが大きく、次のステップ
の運動エネルギが小さくなる制動過程で大きな回生電力
が戻ってくる。このように演算した作業機のエネルギに
より次ステップの回生電力を予測して動力源を制御する
ので蓄電量が上下限値を超えてオーバーシュートするこ
とがなく電力残量幅も小さくなる。また、回生電力とし
て作業機の運動エネルギ及び位置エネルギを有効に利用
するので効率のよい作業機械が得られる。
According to the first aspect, when the position of the working machine is high, the potential energy is large, and in the braking process in which the potential energy in the next step becomes small, a large regenerative electric power returns from the motor driving the working machine. In addition, when the turning speed of the working machine is high, the kinetic energy is large, and a large regenerative power returns in the braking process in which the kinetic energy in the next step becomes small. Since the power source is controlled by predicting the regenerative electric power of the next step based on the energy of the work machine calculated in this way, the power storage amount does not exceed the upper and lower limit values and does not overshoot, and the remaining power range is reduced. Further, since the kinetic energy and the potential energy of the working machine are effectively used as regenerative electric power, an efficient working machine can be obtained.

【0007】第2発明は、第1発明に基づき、コントロ
ーラは、演算した作業機械の運動エネルギ及び位置エネ
ルギが大きいときには蓄電部の充放電閾値を小さく設定
し、エネルギが小さいときには充放電閾値を大きく設定
する構成としている。
According to a second aspect based on the first aspect, the controller sets the charge / discharge threshold of the power storage unit to be small when the calculated kinetic energy and potential energy of the work machine are large, and increases the charge / discharge threshold when the energy is small. It is configured to be set.

【0008】第2発明によれば、エネルギの演算値が大
きいときには大きい回生電力が戻ってくるので充放電閾
値を小さく設定して動力源の停止を早め、起動を遅らせ
る。また、エネルギの演算値が小さいときには小さい回
生電力しか戻ってこないので充放電閾値を大きく設定し
て動力源の起動を早め、停止を遅らせる。これにより、
蓄電部は過充電、過放電することなく、また蓄電量の変
動幅を小さく抑えられるので小型の蓄電部で済み、かつ
蓄電部を長寿命化するハイブリッド作業建設機械の蓄電
部充放電制御装置が得られる。
According to the second aspect of the invention, when the calculated value of the energy is large, a large regenerative power returns. Therefore, the charge / discharge threshold value is set to a small value, so that the power source is stopped earlier and the power source is delayed. When the calculated value of the energy is small, only a small amount of regenerative power returns. Therefore, the charge / discharge threshold is set to a large value to speed up the start of the power source and delay the stop. This allows
The power storage unit does not overcharge or overdischarge, and the fluctuation range of the power storage amount can be suppressed to a small value.Therefore, a power storage unit charge / discharge control device of a hybrid work construction machine that requires only a small power storage unit and extends the life of the power storage unit is required. can get.

【0009】第3発明は、第1又は2発明に基づき、動
力源は出力を固定したエンジンであり、コントローラは
エンジンの起動、停止により蓄電部の充放電を制御する
構成としている。
According to a third aspect based on the first or second aspect, the power source is an engine having a fixed output, and the controller controls charging and discharging of the power storage unit by starting and stopping the engine.

【0010】第3発明によれば、エンジンを燃費がよく
排気ガスの少ない最適出力点で常に使用することができ
る。また、充放電をエンジンの起動・停止だけで行うの
で確実に充放電を制御できる。
According to the third aspect, the engine can always be used at an optimum output point with good fuel efficiency and little exhaust gas. In addition, since charging and discharging are performed only by starting and stopping the engine, charging and discharging can be reliably controlled.

【0011】第4発明は、第1又は2発明に基づき、動
力源はエンジンであり、コントローラはエンジンの出力
を可変にすることにより蓄電部の充放電を制御をする構
成としている。
According to a fourth aspect based on the first or second aspect, the power source is an engine, and the controller controls charging and discharging of the power storage unit by making the output of the engine variable.

【0012】第4発明によれば、蓄電量が所定値よりも
小さいときにはその差に応じて(例えば比例して)動力
源の出力を大きく設定して早く蓄電する。また、蓄電量
が所定値よりも大きいときには動力源の出力を小さく設
定して緩やかに蓄電し蓄電量が所定の閾値よりも大きく
なったら動力源の出力をゼロにする。これにより、動力
源の出力がきめ細かに制御されるので、蓄電量の変動幅
はさらに小さく抑えられ、よりコンパクトで長寿命の蓄
電部とすることができる。
According to the fourth aspect, when the charged amount is smaller than the predetermined value, the output of the power source is set to be large according to the difference (for example, in proportion to the difference), and the charged power is quickly stored. Further, when the charged amount is larger than the predetermined value, the output of the power source is set to be small and the power is gradually stored, and when the charged amount becomes larger than the predetermined threshold value, the output of the power source is set to zero. Thus, the output of the power source is finely controlled, so that the fluctuation range of the charged amount is further reduced, and a more compact and longer-life power storage unit can be provided.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施形態を図
面を参照して説明する。図1に、本実施形態の充放電制
御装置10の構成図を示す。本実施形態では、油圧ショ
ベル11を作業機械の例として説明する。走行装置12
の上で旋回する上部旋回体13にブーム14がブームシ
リンダ15により起伏自在に取り付けられている。ま
た、アーム16はブーム14の先端部に、またバケット
17はアーム16の先端部にそれぞれ回動自在に取り付
けてあり、アーム16はブーム14に対してアームシリ
ンダ18により、またバケット17はアーム16に対し
てバケットシリンダ19によりそれぞれ回動する。各シ
リンダ15,18,19には、ブーム電動機20、アー
ム電動機21、バケット電動機22により駆動されるブ
ームポンプ23、アームポンプ24、バケットポンプ2
5から吐出される圧油が供給されている。ブームポンプ
23、アームポンプ24、バケットポンプ25は、それ
ぞれ2個のポンプを有したタンデムポンプとなってお
り、各シリンダ15,18,19のボトム側に送油して
シリンダを伸長させるときには2個のポンプから送油す
る。このとき、一方のポンプはアキュームレータ99か
ら吸入した油を、他方のポンプはシリンダのヘッド側か
ら吐出される油をボトム側にそのまま供給する。シリン
ダを縮少させるときには、ボトム側から吐出される油の
一部を他方のポンプでヘッド側に供給し、残りをアキュ
ームレータ99に送る。上部旋回体13及び走行装置1
2は、旋回体電動機26及び左右一対の走行装置電動機
27により油圧を介さないで直接駆動されている。検出
器として、エネルギ検出手段としてのブームシリンダ1
5のストローク検出器28、上部旋回体13の回転速度
検出器29がそれぞれ取り付けてあり、各検出器28,
29からストロークSt及び旋回速度Reが出力してい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of a charge / discharge control device 10 of the present embodiment. In the present embodiment, the excavator 11 will be described as an example of a working machine. Traveling device 12
A boom 14 is attached to an upper swing body 13 that swings on the boom by a boom cylinder 15 so as to be able to move up and down. The arm 16 is rotatably attached to the tip of the boom 14 and the bucket 17 is rotatably attached to the tip of the arm 16. The arm 16 is attached to the boom 14 by an arm cylinder 18, and the bucket 17 is attached to the arm 16. , Respectively, by the bucket cylinder 19. Each cylinder 15, 18, 19 has a boom motor 20, an arm motor 21, a boom pump 23, an arm pump 24, and a bucket pump 2 driven by a bucket motor 22.
5 is supplied. Each of the boom pump 23, the arm pump 24, and the bucket pump 25 is a tandem pump having two pumps. Oil from the pump. At this time, one pump supplies the oil sucked from the accumulator 99 and the other pump supplies the oil discharged from the head side of the cylinder to the bottom side. To reduce the cylinder, a part of the oil discharged from the bottom side is supplied to the head side by the other pump, and the rest is sent to the accumulator 99. Upper revolving superstructure 13 and traveling device 1
2 is directly driven by a revolving body electric motor 26 and a pair of left and right traveling device electric motors 27 without interposing hydraulic pressure. Boom cylinder 1 as energy detector as detector
5 and a rotational speed detector 29 of the upper revolving unit 13 are attached respectively.
From 29, the stroke St and the turning speed Re are output.

【0014】充放電制御装置10は、エンジン30、発
電機31、コントローラ32、バッテリ33、電力変換
部34を有している。動力源としてのエンジン30の出
力軸には発電機31が連結され、発電機31で発電され
た電力は電力変換部34の通常充電回路35を介してバ
ッテリ33に入力されている。電力変換部34は、通常
充電回路35、電動機作動回路36、回生充電回路37
を有している。蓄電部としてのバッテリ33から放電さ
れる電力は電動機作動回路36を介して各電動機20,
21,22,26,27に入力されている。ブーム電動
機20及び旋回体電動機26により回生された電力は回
生充電回路37を介してバッテリ33に入力されてい
る。なお、図1及び以降の図においては、回生電力の流
れを点線で示している。
The charge / discharge control device 10 has an engine 30, a generator 31, a controller 32, a battery 33, and a power converter 34. A generator 31 is connected to an output shaft of the engine 30 as a power source, and power generated by the generator 31 is input to a battery 33 via a normal charging circuit 35 of a power converter 34. The power conversion unit 34 includes a normal charging circuit 35, a motor operation circuit 36, a regenerative charging circuit 37
have. The electric power discharged from the battery 33 as a power storage unit is supplied to each motor 20,
21, 22, 26 and 27. The electric power regenerated by the boom motor 20 and the revolving-body electric motor 26 is input to the battery 33 via the regenerative charging circuit 37. In FIG. 1 and the subsequent figures, the flow of the regenerative electric power is indicated by a dotted line.

【0015】コントローラ32は、エネルギ演算部4
1、閾値演算部42、エンジン出力演算部43、エンジ
ン制御部44を有している。エネルギ演算部41には、
旋回速度Re及びストロークStが入力されていて、式
(1)、(2)により上部旋回体13の運動エネルギE
k及びブーム14の位置エネルギEpが演算され、演算
された各エネルギEk,Epは、閾値演算部42に出力
される。 Ek=Cr×ABS(Re)……………………(1) Ep=Cs×St…………………………………(2) ここで、 Cr,Cs:予め設定されている常数 ABS(Re):Reの絶対値を表わす 閾値演算部42は、入力された各エネルギEk,Epに
基づき、式(3)、(4)により充放電閾値としての可
変大閾値Bd及び可変小閾値Bsを演算し、演算された
各閾値Bd,Bsはエンジン制御部44に出力される。 Bd=Bdc−Ek−Ep………………………(3) Bs=Bsc−Ek−Ep………………………(4) ここで、 Bdc:予め設定された一定の上限値 Bsc:予め設定された一定の下限値 上限値Bdc、下限値Bscは、バッテリ33の適正充
電量の範囲を設定する値であり、充電能力の例えば60
%、40%とそれぞれ設定する。
The controller 32 includes an energy calculating unit 4
1, a threshold calculator 42, an engine output calculator 43, and an engine controller 44. The energy calculator 41 includes:
The revolving speed Re and the stroke St are input, and the kinetic energy E of the upper revolving unit 13 is calculated by the equations (1) and (2).
k and the position energy Ep of the boom 14 are calculated, and the calculated energies Ek and Ep are output to the threshold value calculation unit 42. Ek = Cr × ABS (Re) (1) Ep = Cs × St (2) where Cr and Cs are preset. The constant value ABS (Re): represents the absolute value of Re. The threshold value calculating unit 42 calculates the variable large threshold value Bd as the charge / discharge threshold value according to the equations (3) and (4) based on the input energies Ek and Ep. The variable small threshold value Bs is calculated, and the calculated threshold values Bd and Bs are output to the engine control unit 44. Bd = Bdc-Ek-Ep (3) Bs = Bsc-Ek-Ep (4) where Bdc is a predetermined upper limit. Value Bsc: Preset fixed lower limit value The upper limit value Bdc and the lower limit value Bsc are values for setting the range of the appropriate charge amount of the battery 33, for example, 60
% And 40%, respectively.

【0016】エンジン出力演算部43は、バッテリ33
に装着されている蓄電量検出手段としての残量検出器4
5で検出されたバッテリ33の蓄電量Brに基づき式
(5)によりエンジン出力Peが演算され、演算された
エンジン出力Peはエンジン制御部44に出力される。 Pe=Pem+Kp×(Bm−Br)………………………(5) ここで、 Pem:燃費、騒音、排気ガス等を考慮したエンジン出
力の最適値 Kp:予め設定した常数 Bm:バッテリ寿命を考慮した電力残量の最適値 残量最適値Bmは、上下限値Bdc,Bscを60%,
40%とそれぞれ設定すると、50%と設定する。
The engine output calculator 43 includes a battery 33
Remaining amount detector 4 as a charged amount detecting means mounted on the battery
The engine output Pe is calculated by the equation (5) based on the stored amount Br of the battery 33 detected in step 5, and the calculated engine output Pe is output to the engine control unit 44. Pe = Pem + Kp × (Bm−Br) (5) where, Pem: optimal value of engine output in consideration of fuel consumption, noise, exhaust gas, etc. Kp: constant value preset Bm: battery Optimum value of remaining power in consideration of service life Optimum remaining power value Bm is 60% of upper and lower limit values Bdc and Bsc.
If each is set to 40%, it is set to 50%.

【0017】エンジン制御部44は、閾値演算部42か
ら入力された可変大閾値Bd及び可変小閾値Bs、エン
ジン出力演算部43から入力されたエンジン出力Pe、
残量検出器45から入力された蓄電量Brに基づき、エ
ンジン30の回転速度を制御するガバナ装置46に出力
する指令値Gsを図2に示すように設定する。即ち、図
2(a)に示すように、蓄電量Brが可変小閾値Bsよ
りも小さい値から大きくなってきて可変大閾値Bd以上
になったときに切換信号Csはオンからオフに変化す
る。また、蓄電量Brが可変大閾値Bdよりも大きい値
から小さくなってきて可変小閾値Bs以下になったとき
に切換信号Csはオフからオンに変化する。切換信号C
sは、図2(b)に示すようにリレー接点47に入力さ
れ、オンのとき閉じ、オフのとき開く。切換信号Csが
オンのときには指令値Gsはエンジン出力演算部43か
ら入力されたエンジン出力Peに対応する値となり、オ
フのときには指令値Gsはゼロ値となりエンジン30は
停止される。
The engine controller 44 includes a variable large threshold Bd and a variable small threshold Bs input from the threshold calculator 42, an engine output Pe input from the engine output calculator 43,
A command value Gs to be output to the governor device 46 for controlling the rotation speed of the engine 30 is set as shown in FIG. 2 based on the charged amount Br input from the remaining amount detector 45. That is, as shown in FIG. 2A, the switching signal Cs changes from on to off when the charged amount Br increases from a value smaller than the variable small threshold Bs and exceeds the variable large threshold Bd. The switching signal Cs changes from off to on when the storage amount Br decreases from a value greater than the variable large threshold Bd and falls below the variable small threshold Bs. Switching signal C
s is input to the relay contact 47 as shown in FIG. 2B, and is closed when turned on and opened when turned off. When the switching signal Cs is on, the command value Gs has a value corresponding to the engine output Pe input from the engine output calculation unit 43. When the switching signal Cs is off, the command value Gs has a zero value and the engine 30 is stopped.

【0018】ここで、図3により、油圧ショベル11の
代表的な作業である掘削積込作業を例にしてストローク
St、位置エネルギEp、ブーム回生電力Wp、旋回速
度Re、運動エネルギEk、旋回体回生電力Wkの時間
的変化を説明する。時刻t1〜t2の間は土を満載して
いるバケット17を上昇させながらダンプトラックに向
かって上部旋回体13を旋回させ、時刻t2〜t3の間
はダンプトラックに土を積み込んでバケット17を空に
し、時刻t3以降はバケット17を下降させながら掘削
位置に向かって旋回する。図3(a)に示すように、時
刻t1からストロークStが長くなるにしたがってアー
ム16及びバケット17が高い位置に移動するので図3
(b)に示すようにブーム14の位置エネルギEpは大
きくなる。時刻t2ではバケット17が空になるので図
3(b)に示すように位置エネルギEpは急減し、時刻
t3以降ではバケット17を下降させるのでストローク
Stが短くなる。ストロークStが短くなるときに、ブ
ームポンプ23を介してブーム電動機20が駆動され図
3(c)に示すようにブーム回生電力Wpが回生充電回
路37に戻ってくる。一方、上部旋回体13は図3
(d)に示すように時刻t1、t3で旋回開始するので
上部旋回体13の運動エネルギEkは図3(e)に示す
ように旋回速度Reに応じた値となる。ダンプトラック
及び掘削位置に近づいたときには旋回の制動力により旋
回体電動機26が駆動され図3(f)に示すように旋回
体回生電力Wkが回生充電回路37に戻ってくる。
Here, referring to FIG. 3, the stroke St, the potential energy Ep, the boom regenerative power Wp, the turning speed Re, the kinetic energy Ek, the slewing body are taken as an example of the excavating and loading work which is a typical work of the hydraulic shovel 11. A description will be given of a temporal change of the regenerative power Wk. During the time t1 to t2, the upper revolving unit 13 is turned toward the dump truck while raising the bucket 17 full of soil, and during the time t2 to t3, the soil is loaded on the dump truck and the bucket 17 is emptied. After time t3, the bucket 17 is turned toward the excavation position while lowering the bucket 17. As shown in FIG. 3A, the arm 16 and the bucket 17 move to a higher position as the stroke St becomes longer from time t1.
As shown in (b), the potential energy Ep of the boom 14 increases. At time t2, since the bucket 17 becomes empty, the potential energy Ep sharply decreases as shown in FIG. 3B, and after time t3, the bucket 17 is lowered, so that the stroke St is shortened. When the stroke St is shortened, the boom motor 20 is driven via the boom pump 23, and the boom regenerative power Wp returns to the regenerative charging circuit 37 as shown in FIG. On the other hand, FIG.
Since the turning starts at times t1 and t3 as shown in FIG. 3D, the kinetic energy Ek of the upper turning body 13 has a value corresponding to the turning speed Re as shown in FIG. When approaching the dump truck and the excavation position, the revolving-body electric motor 26 is driven by the braking force of the revolving motion, and the revolving-body regenerative power Wk returns to the regenerative charging circuit 37 as shown in FIG.

【0019】このように、油圧ショベル11の作業にお
いては、ストロークStが長くなると次には必ずストロ
ークStが短くなる。このストロークStが短くなると
きに、ストロークStが長いときのアーム16及びバケ
ット17位置エネルギEpに対応するブーム回生電力W
pが回生充電回路37に戻ってくる。また、旋回速度R
eが大きくなると次には必ず旋回速度Reが小さくな
る。この旋回速度Reが小さくなるときに、上部旋回体
13の運動エネルギEkに対応する旋回体回生電力Wk
が回生充電回路37に戻ってくる。本発明は、油圧ショ
ベル11の各作業機の状態に基づいて戻ってくる回生電
力の大きさを演算し、回生電力が大きいときにはエンジ
ン30によるバッテリ33への充電開始時期を遅くし、
小さいときには充電開始時期を早め、バッテリの充電量
を常に適正値に保持する制御装置の発明である。なお、
作業に関与する上部旋回体13、ブーム14、アーム1
6、バケット17の全てを作業機と呼ぶ。
As described above, in the operation of the hydraulic excavator 11, if the stroke St becomes longer, the stroke St always becomes shorter next. When the stroke St is shortened, the boom regenerative power W corresponding to the position energy Ep of the arm 16 and the bucket 17 when the stroke St is long
p returns to the regenerative charging circuit 37. Also, the turning speed R
Next, when e increases, the turning speed Re always decreases. When the slewing speed Re decreases, the slewing body regenerative power Wk corresponding to the kinetic energy Ek of the upper slewing body 13
Returns to the regenerative charging circuit 37. The present invention calculates the magnitude of the regenerative power that returns based on the state of each working machine of the hydraulic shovel 11, and when the regenerative power is large, delays the timing at which the engine 30 starts charging the battery 33,
This is an invention of a control device that advances the charging start timing when the value is small, and always keeps the charge amount of the battery at an appropriate value. In addition,
Upper revolving superstructure 13, boom 14, arm 1 involved in work
6. All of the buckets 17 are called work machines.

【0020】以上のような構成を備えた本実施形態の作
動を説明する。本実施形態は、可変大閾値Bd及び可変
小閾値Bsを式(3),(4)により、またエンジン出
力Peを式(5)によりそれぞれ演算して設定する実施
形態(下記のケースC)である。しかし、比較を容易と
するためにここでは、下記するケースA,Bもそれぞれ
説明する。 ケースA:従来技術であり、可変大小閾値Bd,Bsを
上下限値Bdc,Bscに固定し、エンジン出力Peを
エンジン出力最適値Pemに固定する場合 ケースB:可変大小閾値Bd,Bsを式(3),(4)
により演算し、エンジン出力Peをエンジン出力最適値
Pemに固定する場合 ケースC:可変大小閾値Bd,Bsを式(3),(4)
により演算し、エンジン出力Peを式(5)により演算
する場合
The operation of the present embodiment having the above configuration will be described. This embodiment is an embodiment in which the variable large threshold value Bd and the variable small threshold value Bs are calculated by equations (3) and (4), and the engine output Pe is calculated and set by equation (5) (case C below). is there. However, for ease of comparison, cases A and B described below are also described here. Case A: a conventional technique, in which the variable magnitude thresholds Bd and Bs are fixed to the upper and lower limit values Bdc and Bsc, and the engine output Pe is fixed to the engine output optimum value Pem. 3), (4)
When the engine output Pe is fixed to the engine output optimum value Pem, the case C: the variable magnitude thresholds Bd and Bs are calculated by the equations (3) and (4).
And the engine output Pe is calculated by equation (5).

【0021】ケースA:可変大小閾値Bd,Bsを上下
限値Bdc,Bscに固定し、エンジン出力Peをエン
ジン出力最適値Pemに固定した場合 図4に、蓄電量Br、エンジン出力Pe、負荷Lpの時
間的変化を示す。時刻t11のとき蓄電量Brは下限値
Bscよりも小さいので図2(a)で説明した切換信号
Csはオンとなっており、図2(b)で説明したリレー
接点47は閉じエンジン出力演算部43から出力される
エンジン出力Pe即ちエンジン出力最適値Pemは指令
値Gsとなってガバナ装置46に出力される。そして、
エンジン30はエンジン出力最適値Pemを出力してい
る。また、このとき、エンジン出力最適値Pemが負荷
Lpよりも大きいのでバッテリ33は充電され蓄電量B
rは増加している。蓄電量Brが増加して上限値Bdc
よりも大きくなった時刻t12のとき、図2(a)に示
すように切換信号Csはオンからオフとなりリレー接点
47は開くので指令値Gsはゼロ値となりエンジン30
は停止する。時刻t12以降、蓄電量Brは負荷Lpの
ために消費されるので蓄電量Brは減少してゆき下限値
Bscよりも小さくなった時刻t13のときに再びエン
ジン出力最適値Pemは指令値Gsとなってガバナ装置
46に出力されるのでエンジン30はエンジン出力最適
値Pemを出力する。
Case A: When the variable magnitude thresholds Bd and Bs are fixed to the upper and lower limits Bdc and Bsc, and the engine output Pe is fixed to the optimum engine output Pem. FIG. 4 shows the state of charge Br, the engine output Pe and the load Lp. FIG. At time t11, the storage amount Br is smaller than the lower limit value Bsc, so that the switching signal Cs described with reference to FIG. 2A is turned on, and the relay contact 47 described with reference to FIG. The engine output Pe output from 43, that is, the optimum engine output value Pem is output to the governor 46 as a command value Gs. And
The engine 30 outputs the engine output optimum value Pem. At this time, since the engine output optimum value Pem is larger than the load Lp, the battery 33 is charged and the charged amount B
r is increasing. The storage amount Br increases and the upper limit value Bdc
At time t12 when the switching signal Cs becomes larger than the switching signal Cs from ON to OFF as shown in FIG. 2A and the relay contact 47 is opened, the command value Gs becomes zero and the engine 30
Stops. After time t12, the charged amount Br is consumed for the load Lp, so the charged amount Br decreases and becomes smaller than the lower limit value Bsc. At time t13, the engine output optimum value Pem again becomes the command value Gs. The engine 30 outputs the engine output optimum value Pem.

【0022】このように、蓄電量Brは、エンジン出力
Pe及び負荷Lpに基づいて変化するが、搭載するバッ
テリ33の容量は一般的に、蓄電量Brの最小値Brs
と最大値Brdとの差の電力残量幅Brrに応じて決定
され、バッテリ33の寿命は、電力残量幅Brrが大き
い程短かい。また、電力残量幅Brrが小さく、かつ蓄
電量Brが常に残量最適値Bmの近傍にあるとき、小さ
なバッテリで済み、バッテリ33の寿命は長い。
As described above, the charged amount Br changes based on the engine output Pe and the load Lp, but the capacity of the battery 33 to be mounted is generally the minimum value Brs of the charged amount Br.
Is determined in accordance with the remaining power width Brr of the difference between the maximum remaining power Brd and the maximum value Brd, and the life of the battery 33 is shorter as the remaining power width Brr is larger. In addition, when the remaining power width Brr is small and the charged amount Br is always near the optimum remaining value Bm, only a small battery is required and the life of the battery 33 is long.

【0023】ケースB:可変大小閾値Bd,Bsを式
(3),(4)により演算し、エンジン出力Peをエン
ジン出力最適値Pemに固定した場合 図5に、蓄電量Br、エンジン出力Pe、負荷Lpの時
間的変化を示す。時刻t20からt21までの間の負荷
Lpは、油圧ショベル11の上部旋回体13が旋回しな
がらブームシリンダ15のストロークStを長くしブー
ム14を上昇させているときの変化であるため、運動エ
ネルギEk及び位置エネルギEpが大きい。これによ
り、式(3),(4)により演算される可変大閾値Bd
及び可変小閾値Bsは図5に示すように小さくなる。即
ち、運動エネルギEk及び位置エネルギEpが大きいと
きにはバッテリ33に戻ってくる回生電力が大きくな
り、エンジン30による充電量は少なくて済むので、可
変大小閾値Bd,Bsを小さく設定し蓄電量Brが小さ
いところでエンジン30を起動又は停止させている。こ
のように、回生動力を推測してエンジン30の起動・停
止を制御するので、充電される電力がバッテリの充電能
力を上回ったり、充電される電力が過少となってバッテ
リの放電能力を下回ったりすることがない。
Case B: When the variable magnitude thresholds Bd and Bs are calculated according to the equations (3) and (4) and the engine output Pe is fixed at the engine output optimum value Pem. 5 shows a temporal change of the load Lp. The load Lp from the time t20 to the time t21 is a change when the upper revolving unit 13 of the hydraulic excavator 11 is turning and the stroke St of the boom cylinder 15 is lengthened to raise the boom 14, so that the kinetic energy Ek is changed. And the potential energy Ep is large. Thereby, the variable large threshold value Bd calculated by the equations (3) and (4)
And the variable small threshold value Bs becomes smaller as shown in FIG. That is, when the kinetic energy Ek and the potential energy Ep are large, the regenerative power returning to the battery 33 is large, and the amount of charge by the engine 30 can be small. Therefore, the variable magnitude thresholds Bd and Bs are set small and the amount of stored electricity Br is small. By the way, the engine 30 is started or stopped. As described above, since the start / stop of the engine 30 is controlled by estimating the regenerative power, the power to be charged exceeds the charging capability of the battery, or the power to be charged becomes too low to fall below the discharging capability of the battery. Never do.

【0024】時刻t21のとき蓄電量Brは可変小閾値
Bsよりも小さいので切換信号Csはオンとなってお
り、リレー接点47は閉じエンジン出力演算部43から
出力されるエンジン出力Pe即ちエンジンエンジン出力
最適値Pemは指令値Gsとなってガバナ装置46に出
力される。そして、エンジン30はエンジン出力最適値
Pemを出力している。また、このとき、エンジン出力
Peが負荷Lpよりも大きいのでバッテリ33は充電さ
れ蓄電量Brは増加している。蓄電量Brが増加して可
変大閾値Bdよりも大きくなった時刻t22のとき、切
換信号Csはオンからオフとなりリレー接点47は開く
ので指令値Gsはゼロ値となりエンジン30は停止す
る。時刻t22以降、蓄電量Brは負荷Lpのために消
費されるので蓄電量Brは減少してゆき可変小閾値Bs
よりも小さくなった時刻t23のときに再びエンジン出
力最適値Pemは指令値Gsとなってガバナ装置46に
出力されるのでエンジン30はエンジン出力最適値Pe
mを出力する。
At time t21, the storage amount Br is smaller than the variable small threshold value Bs, so that the switching signal Cs is ON, the relay contact 47 is closed, and the engine output Pe output from the engine output calculation unit 43, that is, the engine engine output is output. The optimum value Pem is output to the governor 46 as a command value Gs. Then, the engine 30 outputs the optimum engine output value Pem. Further, at this time, since the engine output Pe is larger than the load Lp, the battery 33 is charged and the charged amount Br is increasing. At time t22 when the amount of stored electricity Br increases and becomes larger than the variable large threshold value Bd, the switching signal Cs changes from on to off and the relay contact 47 opens, so that the command value Gs becomes zero and the engine 30 stops. After time t22, the charged amount Br is consumed for the load Lp, so that the charged amount Br decreases and the variable small threshold value Bs decreases.
At time t23 when the engine output optimal value Pem becomes smaller than the command value Gs, the engine output optimal value Pem is output to the governor 46 again.
Output m.

【0025】ケースC:可変大小閾値Bd,Bsを式
(3),(4)により演算し、エンジン出力Peを式
(5)により演算する場合 図6に、蓄電量Br、エンジン出力Pe、負荷Lpの時
間的変化を示す。時刻t30からt31までの間の変化
はケースBと同様である。即ち、負荷Lpは、油圧ショ
ベル11の上部旋回体13が旋回しながらブームシリン
ダ15のストロークStを長くしブーム14を上昇させ
ているときの変化であるため、運動エネルギEk及び位
置エネルギEpが大きい。これにより、式(3)、
(4)により演算される可変大閾値Bd及び可変小閾値
Bsは図6に示すように小さくなる。即ち、運動エネル
ギEk及び位置エネルギEpが大きいときには回生電力
が大きくなり、エンジン30による充電量は少なくて済
むので、可変大小閾値Bd,Bsを小さく設定し蓄電量
Brが小さいところでエンジン30を起動又は停止させ
ている。
Case C: Variable thresholds Bd and Bs are calculated by equations (3) and (4) and engine output Pe is calculated by equation (5). FIG. 6 shows the state of charge Br, engine output Pe and load. The time change of Lp is shown. The change from time t30 to t31 is the same as in case B. That is, since the load Lp is a change when the upper revolving structure 13 of the hydraulic excavator 11 is turning and the stroke St of the boom cylinder 15 is lengthened and the boom 14 is raised, the kinetic energy Ek and the potential energy Ep are large. . This gives equation (3),
The variable large threshold value Bd and the variable small threshold value Bs calculated by (4) become small as shown in FIG. That is, when the kinetic energy Ek and the potential energy Ep are large, the regenerative power is large, and the amount of charge by the engine 30 can be small. Has been stopped.

【0026】一方、エンジン出力Peは式(5)により
演算され、時刻t30とt31と間のように蓄電量Br
が残量最適値Bmよりも小さいときにはその差に応じて
(例えば比例して)エンジン出力Peをエンジン出力最
適値Pemよりも大きく設定してエンジン30による充
電量を多くする。これにより、蓄電量Brの減少の仕方
は、図5に示す時刻t20とt21との間の減少の仕方
よりも緩やかとなり、電力残量幅BrrもケースBより
小さくなる。
On the other hand, the engine output Pe is calculated by the equation (5), and as shown between the time t30 and the time t31, the storage amount Br
Is smaller than the remaining amount optimum value Bm, the engine output Pe is set to be larger than the engine output optimum value Pem in accordance with (for example, in proportion to) the difference to increase the amount of charge by the engine 30. As a result, the manner in which the amount of stored electricity Br decreases is more gradual than the manner in which the amount of stored electricity Br decreases between times t20 and t21 shown in FIG.

【0027】時刻t31のとき蓄電量Brは可変小閾値
Bsよりも小さいので切換信号Csはオンとなってお
り、リレー接点47は閉じエンジン出力演算部43から
出力されるエンジン出力Peは指令値Gsとなってガバ
ナ装置46に出力される。そして、エンジン30はエン
ジン出力Peを出力している。また、このとき、エンジ
ン出力Peが負荷Lpよりも大きいのでバッテリ33は
充電され蓄電量Brは増加している。蓄電量Brが増加
して可変大閾値Bdよりも大きくなった時刻t32のと
き、切換信号Csはオンからオフとなりリレー接点47
は開くので指令値Gsはゼロ値となりエンジン30は停
止する。蓄電量Brは負荷Lpのために消費されるので
蓄電量Brは減少してゆき可変小閾値Bsよりも小さく
なった時刻t33のときに再びエンジン出力Peは指令
値Gsとなってガバナ装置46に出力されるのでエンジ
ン30はエンジン出力Peを出力する。
At time t31, the storage amount Br is smaller than the variable small threshold value Bs, so that the switching signal Cs is on, the relay contact 47 is closed, and the engine output Pe output from the engine output calculation unit 43 is equal to the command value Gs. Is output to the governor device 46. The engine 30 outputs the engine output Pe. Further, at this time, since the engine output Pe is larger than the load Lp, the battery 33 is charged and the charged amount Br is increasing. At time t32 when the amount of stored electricity Br increases and becomes larger than the variable large threshold value Bd, the switching signal Cs changes from on to off and the relay contact 47
Is opened, the command value Gs becomes zero, and the engine 30 stops. Since the charged amount Br is consumed for the load Lp, the charged amount Br decreases and becomes smaller than the variable small threshold value Bs. At the time t33, the engine output Pe again becomes the command value Gs and is transmitted to the governor device 46 again. Since the output is performed, the engine 30 outputs the engine output Pe.

【0028】本実施形態の効果を説明する。電力残量幅
Brrは、図4,5,6に示すようにケースA,B,C
の順で小さくなってゆき、ケースB,ケースCはケース
Aの86%,59%となる。このように、本実施形態で
あるケースCによると、電力残量幅Brrを小さく抑え
ることができるので、バッテリ33の容量、即ち大きさ
を従来のバッテリ33の略60%に小型化でき、かつ蓄
電量Br蓄電量Brが残量最適値Bmの近傍で変動する
のでバッテリ33を長寿命化できる。
The effect of this embodiment will be described. As shown in FIGS. 4, 5, and 6, the remaining power width Brr is the case A, B, C
The case B and the case C are 86% and 59% of the case A, respectively. As described above, according to the case C of the present embodiment, the remaining power width Brr can be suppressed small, so that the capacity, that is, the size of the battery 33 can be reduced to approximately 60% of the conventional battery 33, and The storage amount Br fluctuates near the optimum remaining amount Bm, so that the life of the battery 33 can be extended.

【0029】なお、本発明においては、動力源としてエ
ンジン30により説明しているが、これに拘束されるこ
となく燃料電池等の他の動力源を使用してもよい。ま
た、本発明においては、蓄電部としてバッテリ33によ
り説明しているが、コンデンサ等の蓄電部又はバッテリ
とコンデンサとの両方を有する蓄電部を使用してもよ
い。また、本発明においては、上部旋回体13及びブー
ム14のエネルギを演算する例で説明したが、これにア
ーム16、バケット17のエネルギを加えても同様な効
果を発揮する。また、式(1),式(2)は、一般的に
式(6),式(7)のように表せる。 Ek=f(Re)……………………(6) Ep=f(St)……………………(7) 例えば本発明においては、式(1)で運動エネルギEk
をCrとABS(Re)との積で演算しているが、Cr
とReの二乗との積で演算してもよい。
Although the present invention has been described using the engine 30 as a power source, other power sources such as a fuel cell may be used without being limited to this. Further, in the present invention, the battery 33 is described as the power storage unit, but a power storage unit such as a capacitor or a power storage unit having both a battery and a capacitor may be used. Further, in the present invention, the example in which the energies of the upper swing body 13 and the boom 14 are calculated has been described. However, the same effect can be obtained by adding the energies of the arm 16 and the bucket 17 to this. Expressions (1) and (2) can be generally expressed as Expressions (6) and (7). Ek = f (Re) (6) Ep = f (St) (7) For example, in the present invention, the kinetic energy Ek is calculated by the equation (1).
Is calculated by the product of Cr and ABS (Re).
And the square of Re.

【0030】また、本発明においては、油圧ショベル1
1を例として説明したが、本発明は、次に説明する図
7,8,9に示すダンプトラック90、ラフテレーンク
レーン70、ホイールローダ50にも適用可能である。
In the present invention, the excavator 1
1 has been described as an example, but the present invention is also applicable to a dump truck 90, a rough terrain crane 70, and a wheel loader 50 shown in FIGS.

【0031】図7に、ダンプトラック90に本発明を適
用した構成図を示す。エンジン30、発電機31、コン
トローラ32、バッテリ33、電力変換部34を有する
充放電制御装置10は、図1で説明した構成と同一であ
る。バッテリ33から放電された電力は電力変換部34
を介して前後輪電動機91,92及びダンプシリンダ9
3に送油するダンプポンプ94を駆動するダンプ電動機
95に入力されている。ダンプポンプ94は、図1で説
明したシリンダ用の各ポンプ23,24,25と同様に
タンデムポンプとなっている。また、各電動機91,9
2,95により回生された電力は電力変換部34を介し
てバッテリ33に入力されている。コントローラ32に
は、ダンプシリンダ93のストロークStd、ベッセル
荷重Wd、車速Vdが入力されている。
FIG. 7 shows a configuration diagram in which the present invention is applied to a dump truck 90. The charge / discharge control device 10 including the engine 30, the generator 31, the controller 32, the battery 33, and the power converter 34 has the same configuration as that described with reference to FIG. The power discharged from the battery 33 is supplied to the power conversion unit 34.
Front and rear wheel motors 91 and 92 and dump cylinder 9
3 is input to a dump motor 95 that drives a dump pump 94 that feeds oil to the pump 3. The dump pump 94 is a tandem pump, like the cylinder pumps 23, 24, and 25 described in FIG. In addition, each motor 91, 9
The electric power regenerated by the power generators 2 and 95 is input to the battery 33 via the electric power converter 34. The controller 32 receives the stroke Std of the dump cylinder 93, the vessel load Wd, and the vehicle speed Vd.

【0032】ダンプトラック90においては、積込場所
で土をベッセル96に積み込み、所定の走行ルートを走
行して排土場所まで運搬し、ダンプシリンダ93により
ベッセル96を上昇させて排土する作業が多い。走行ル
ートは略一定であるため、登坂時又は降坂時の放電電力
又は回生電力は予測が容易である。そして、ダンプシリ
ンダ93のストロークStdが長いときには次のステッ
プでベッセル96が下降することによって回生電力が戻
ってくることが容易に予測される。したがって、走行時
の放電・回生電力及びダンプシリンダ93操作時の回生
電力の予測等により油圧ショベル11に適用したときの
効果と同様な効果を発揮できる。
In the dump truck 90, the work of loading the soil into the vessel 96 at the loading location, traveling along a predetermined traveling route to the dumping location, and raising the vessel 96 by the dump cylinder 93 to discharge the soil. Many. Since the traveling route is substantially constant, it is easy to predict the discharge power or the regenerative power during uphill or downhill. Then, when the stroke Std of the dump cylinder 93 is long, it is easily predicted that the regenerative power will return due to the lowering of the vessel 96 in the next step. Therefore, the same effect as the effect when applied to the excavator 11 can be exerted by predicting the discharge / regeneration power during running and the regenerative power during operation of the dump cylinder 93.

【0033】図8に、ラフテレーンクレーン70に本発
明を適用した構成図を示す。エンジン30、発電機3
1、コントローラ32、バッテリ33、電力変換部34
を有する充放電制御装置10は、図1で説明した構成と
同一である。バッテリ33から放電された電力は電力変
換部34を介してブーム起伏シリンダ電動機71、ブー
ム伸縮シリンダ電動機72、ウインチ電動機73、上部
旋回体電動機74、アクスル電動機75、補機電動機8
2に入力されている。また、各電動機71,72,7
3,74,75,82により回生された電力は電力変換
部34を介してバッテリ33に入力されている。ブーム
起伏シリンダ電動機71は、ブーム76を起伏させるブ
ーム起伏シリンダ77に送油するブーム起伏ポンプ78
を駆動する。ブーム伸縮シリンダ電動機72は、ブーム
76を伸縮させるブーム伸縮シリンダ79に送油するブ
ーム伸縮ポンプ80を駆動する。ブーム起伏ポンプ78
及びブーム伸縮ポンプ80は、図1で説明したシリンダ
用の各ポンプ23,24,25と同様にタンデムポンプ
となっている。ウインチ電動機73は、負荷を吊り上げ
るウインチ(図示せず)を駆動する。上部旋回体電動機
74は、上部旋回体81を駆動する。アクスル電動機7
5は、前後輪84,85を機械的に連結している伝動機
構(図示せず)を駆動する。補機電動機82は、アウト
リガ等の補機(図示せず)に送油する補機ポンプ83を駆
動する。コントローラ32には、上部旋回体81の旋回
速度Rer、ブーム起伏シリンダ77及びブーム伸縮シ
リンダ79の各ストロークStr1,Str2、ウイン
チの巻上速度Sr及び巻上荷重Wr、車速Vrが入力さ
れている。
FIG. 8 shows a configuration diagram in which the present invention is applied to a rough terrain crane 70. Engine 30, generator 3
1, controller 32, battery 33, power conversion unit 34
Is the same as the configuration described with reference to FIG. The electric power discharged from the battery 33 is passed through a power converter 34, and the boom-lift cylinder motor 71, the boom telescopic cylinder motor 72, the winch motor 73, the upper swing body motor 74, the axle motor 75, and the auxiliary motor 8
2 has been entered. Further, each of the electric motors 71, 72, 7
The power regenerated by 3, 74, 75, 82 is input to the battery 33 via the power converter 34. A boom hoist cylinder electric motor 71 is provided with a boom hoist pump 78 that feeds oil to a boom hoist cylinder 77 that raises and lowers a boom 76.
Drive. The boom telescopic cylinder motor 72 drives a boom telescopic pump 80 that feeds oil to a boom telescopic cylinder 79 that expands and contracts the boom 76. Boom hoisting pump 78
The boom expansion / contraction pump 80 is a tandem pump, similarly to the cylinder pumps 23, 24, and 25 described with reference to FIG. The winch motor 73 drives a winch (not shown) that lifts a load. The upper revolving superstructure motor 74 drives the upper revolving superstructure 81. Axle motor 7
5 drives a transmission mechanism (not shown) that mechanically connects the front and rear wheels 84 and 85. The accessory motor 82 drives an accessory pump 83 that feeds oil to an accessory (not shown) such as an outrigger. The turning speed Rer of the upper turning body 81, the strokes Str1 and Str2 of the boom up / down cylinder 77 and the boom telescopic cylinder 79, the winch hoisting speed Sr, the hoisting load Wr, and the vehicle speed Vr are input to the controller 32.

【0034】ラフテレーンクレーン70においては、負
荷を持ち上げるときには、ブーム起伏シリンダ77及び
ブーム伸縮シリンダ79を伸長させる。各シリンダ7
7,79のストロークStr1,Str2を長くしたと
きには、次のステップで必ず各ストロークStr1,S
tr2を短くするので、大きくなっているブームの位置
エネルギは小さくなる。この位置エネルギが小さくなる
とき、ブーム起伏シリンダ電動機71、ブーム伸縮シリ
ンダ電動機72から回生電力が戻ってくる。また、ウイ
ンチの巻上速度Sr及び巻上荷重Wrが大きいときに
も、次のステップで必ず回生電力が戻ってくる。また、
上部旋回体の旋回速度が大きいときには制動時の回生電
力が必ず戻ってくる。このように回生電力の予測が容易
であり、また検出した車速Vrに基づいて走行時の放
電、回生電力の予測等を行うことができる。したがっ
て、揚重時及び走行時の放電・回生電力の予測により油
圧ショベル11に適用したときの効果と同様な効果を発
揮できる。
In the rough terrain crane 70, when lifting the load, the boom raising / lowering cylinder 77 and the boom telescopic cylinder 79 are extended. Each cylinder 7
When the strokes Str1 and Str2 of 7, 79 are lengthened, each stroke Str1 and S
Since tr2 is shortened, the potential energy of the boom that is increasing becomes smaller. When the potential energy is reduced, regenerative power is returned from the boom hoist cylinder motor 71 and the boom telescopic cylinder motor 72. Also, when the winch hoisting speed Sr and hoisting load Wr are large, the regenerative power always returns in the next step. Also,
When the swing speed of the upper swing body is high, the regenerative electric power at the time of braking always returns. As described above, the prediction of the regenerative power is easy, and the discharge at the time of traveling, the prediction of the regenerative power, and the like can be performed based on the detected vehicle speed Vr. Therefore, the same effect as the effect when applied to the hydraulic excavator 11 can be exhibited by predicting the discharge / regeneration power at the time of lifting and running.

【0035】図9に、ホイールローダ50に本発明を適
用した構成図を示す。エンジン30、発電機31、コン
トローラ32、バッテリ33、電力変換部34を有する
充放電制御装置10は、図1で説明した構成と同一であ
る。バッテリ33から放電された電力は電力変換部34
を介してブームシリンダ電動機51、バケットシリンダ
電動機52、補機電動機53に入力されている。また、
各電動機51,52,53により回生された電力は、電
力変換部34を介してバッテリ33に入力されている。
ブームシリンダ電動機51は、バケット59を昇降させ
るブームシリンダ55に送油するブームシリンダポンプ
54を駆動する。バケットシリンダ電動機52は、バケ
ット59をチルトさせるバケットシリンダ57に送油す
るバケットシリンダポンプ56を駆動する。ブームシリ
ンダポンプ54及びバケットシリンダポンプ56は、図
1で説明したシリンダ用の各ポンプ23,24,25と
同様にタンデムポンプとなっている。補機電動機53
は、操舵等に必要な補機類に送油する補機類ポンプ58
を駆動する。なお、発電機31の出力軸は、トルクコン
バータ62に入力されトランスミッション63を介して
前後輪60,61を駆動している。図7に示す構成は、
ホイールローダ50の駆動力として、バッテリ33の出
力する電力と発電機31の出力軸からの機械出力とを並
列に使用しており、いわゆるパラレルハイブリッド式の
構成となっている。コントローラ32には、ブームシリ
ンダ55及びバケットシリンダ57の各ストロークSt
h1,Sth2、車速Vhが入力されている。
FIG. 9 shows a configuration diagram in which the present invention is applied to a wheel loader 50. The charge / discharge control device 10 including the engine 30, the generator 31, the controller 32, the battery 33, and the power converter 34 has the same configuration as that described with reference to FIG. The power discharged from the battery 33 is supplied to the power conversion unit 34.
Are input to the boom cylinder electric motor 51, the bucket cylinder electric motor 52, and the auxiliary electric motor 53. Also,
The electric power regenerated by the electric motors 51, 52, 53 is input to the battery 33 via the electric power converter 34.
The boom cylinder motor 51 drives a boom cylinder pump 54 that feeds oil to a boom cylinder 55 that moves the bucket 59 up and down. The bucket cylinder motor 52 drives a bucket cylinder pump 56 that feeds oil to a bucket cylinder 57 that tilts the bucket 59. The boom cylinder pump 54 and the bucket cylinder pump 56 are tandem pumps, similarly to the cylinder pumps 23, 24, and 25 described in FIG. Auxiliary motor 53
Is an auxiliary equipment pump 58 for feeding oil to auxiliary equipment necessary for steering and the like.
Drive. The output shaft of the generator 31 is input to the torque converter 62 and drives the front and rear wheels 60 and 61 via the transmission 63. The configuration shown in FIG.
As the driving force of the wheel loader 50, the electric power output from the battery 33 and the mechanical output from the output shaft of the generator 31 are used in parallel, which is a so-called parallel hybrid type configuration. Each stroke St of the boom cylinder 55 and the bucket cylinder 57 is provided to the controller 32.
h1, Sth2, and the vehicle speed Vh are input.

【0036】ホイールローダ50においては、積載物6
4にバケット59を突っ込みブームシリンダ55及びバ
ケットシリンダ57により掘削してバケット59を満載
にし、バケット59を持ち上げながら後進する。そして
制動後、ダンプトラック等の運搬車に向かって前進して
バケット59をダンプして運搬車に積載物を積載すると
いうVシェープ作業が多い。Vシェープ作業はパターン
化されているため、後進から前進に移るときに発電機3
1で発生する制動時の回生電力、ブームシリンダ55及
びバケットシリンダ57が長いときに次のステップで戻
ってくる回生電力は予測が容易である。したがって、走
行時の放電・回生電力の予測及び各シリンダ55,57
操作時の回生電力の予測等により油圧ショベル11に適
用したときの効果と同様な効果を発揮できる。
In the wheel loader 50, the load 6
4, the bucket 59 is inserted into the bucket 4, and the bucket 59 is excavated by the boom cylinder 55 and the bucket cylinder 57, so that the bucket 59 is fully loaded. After braking, there are many V-shape operations in which the vehicle advances toward a transport vehicle such as a dump truck, dumps the bucket 59, and loads a load on the transport vehicle. Since the V-shape work is patterned, when moving from reverse to forward, the generator 3
It is easy to predict the regenerative electric power generated at the time of braking and the regenerative electric power returned in the next step when the boom cylinder 55 and the bucket cylinder 57 are long. Therefore, the prediction of the discharge and regenerative electric power during traveling and the respective cylinders 55, 57
The same effect as the effect when applied to the excavator 11 can be exhibited by predicting the regenerative electric power at the time of operation.

【0037】以上、本発明によれば、動力源で駆動する
発電機と、作業機械を駆動する電動機と、発電機及び電
動機に電気接続し発電機及び電動機のそれぞれが出力す
る電力を蓄電すると共に電動機を駆動する電力を出力す
る蓄電部とを備えたハイブリッド作業機械の蓄電部充放
電制御装置において、作業機械の運動エネルギ及び位置
エネルギを検出するエネルギ検出手段と、蓄電部の蓄電
量を検出する蓄電量検出手段と、作業機械の運動エネル
ギ及び位置エネルギを演算するエネルギ演算部及び演算
したエネルギに基づいて動力源を制御する動力源制御部
を有するコントローラとを備えている。これにより、作
業機の位置が高いときには位置エネルギが大きく、次の
ステップの位置エネルギが小さくなる制動過程で作業機
を駆動する電動機から大きな回生電力が戻ってくる。ま
た、作業機の旋回速度が速いときには運動エネルギが大
きく、次のステップの運動エネルギが小さくなる制動過
程で大きな回生電力が戻ってくる。このように演算した
作業機のエネルギにより次ステップの回生電力を予測し
て動力源を制御するので蓄電部は過充電、過放電するこ
となく、また蓄電量の変動幅を小さく抑えられる。これ
により、小型の蓄電部で済み、かつ蓄電部を長寿命化す
るハイブリッド作業機械の蓄電部充放電制御装置が得ら
れる。
As described above, according to the present invention, a generator driven by a power source, a motor for driving a working machine, and a power generator which is electrically connected to the generator and the motor to store power output from the generator and the motor, respectively. In a power storage unit charge / discharge control device for a hybrid work machine including a power storage unit that outputs electric power for driving an electric motor, an energy detection unit that detects kinetic energy and potential energy of the work machine, and detects an amount of power stored in the power storage unit. The power storage device includes a power storage amount detecting unit, an energy calculating unit that calculates kinetic energy and potential energy of the work machine, and a controller having a power source control unit that controls a power source based on the calculated energy. As a result, when the position of the working machine is high, the potential energy is large, and a large regenerative electric power is returned from the electric motor driving the working machine in a braking process in which the potential energy in the next step becomes small. In addition, when the turning speed of the working machine is high, the kinetic energy is large, and a large regenerative power returns in the braking process in which the kinetic energy in the next step becomes small. Since the power source is controlled by predicting the regenerative electric power in the next step based on the energy of the work machine calculated in this way, the power storage unit does not overcharge or overdischarge, and the fluctuation width of the power storage amount can be suppressed small. Thus, a power storage unit charge / discharge control device for a hybrid work machine that requires only a small power storage unit and extends the life of the power storage unit is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる実施形態の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment according to the present invention.

【図2】エンジン制御部の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an engine control unit.

【図3】位置エネルギ及び運動エネルギの説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of potential energy and kinetic energy.

【図4】可変大小閾値を上下限値に固定し、エンジン出
力をエンジン出力最適値に固定した場合の電力残量、エ
ンジン出力、負荷の時間的変化の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of temporal changes in the remaining power, the engine output, and the load when the variable magnitude threshold is fixed to the upper and lower limits and the engine output is fixed to the optimum engine output.

【図5】可変大小閾値を式(3),(4)により演算
し、エンジン出力Peをエンジン出力最適値に固定した
場合の電力残量、エンジン出力、負荷の時間的変化の説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a temporal change of the remaining power, the engine output, and the load when the variable magnitude threshold is calculated by the equations (3) and (4) and the engine output Pe is fixed at the optimum engine output value. .

【図6】可変大小閾値を式(3),(4)により演算
し、エンジン出力を式(5)により演算する場合の電力
残量、エンジン出力、負荷の時間的変化の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of temporal changes in the remaining power, engine output, and load when a variable magnitude threshold is calculated by equations (3) and (4) and an engine output is calculated by equation (5).

【図7】本発明のダンプトラックへの適用時の説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram when the present invention is applied to a dump truck.

【図8】本発明のラフテレーンクレーンへの適用時の説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory view when the present invention is applied to a rough terrain crane.

【図9】本発明のホイールローダへの適用時の説明図で
ある。
FIG. 9 is an explanatory diagram when the present invention is applied to a wheel loader.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…充放電制御装置、11…油圧ショベル、12…走
行装置、13…上部旋回体、14…ブーム、15…ブー
ムシリンダ、16…アーム、17…バケット、18…ア
ームシリンダ、19…バケットシリンダ、20…ブーム
電動機、21…アーム電動機、22…バケット電動機、
23…ブームポンプ、24…アームポンプ、25…バケ
ットポンプ、26…旋回体電動機、27…走行装置電動
機、28…ストローク検出器、29…回転速度検出器、
30…エンジン、31…発電機、32…コントローラ、
33…バッテリ、34…電力変換部、35…通常充電回
路、36…電動機作動回路、37…回生充電回路、41
…エネルギ演算部、42閾値演算部、43…エンジン出
力演算部、44…エンジン制御部、45…残量検出器、
46…ガバナ装置、47…リレー接点、99…アキュー
ムレータ、St…ストローク、Re…旋回速度、Gs…
指令値、Ep…位置エネルギ、Ek…運動エネルギ、B
d…可変大閾値、Bs…可変小閾値、Bdc…上限値、
Bsc…下限値、Pe…エンジン出力、Pem…エンジ
ン出力最適値、Bm…残量最適値、Br…蓄電量、Cs
…切換信号、Wp…ブーム回生電力、Wk…旋回体回生
電力、Lp…負荷。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Charge / discharge control apparatus, 11 ... Hydraulic excavator, 12 ... Traveling apparatus, 13 ... Upper revolving body, 14 ... Boom, 15 ... Boom cylinder, 16 ... Arm, 17 ... Bucket, 18 ... Arm cylinder, 19 ... Bucket cylinder, 20: boom motor, 21: arm motor, 22: bucket motor,
23 ... boom pump, 24 ... arm pump, 25 ... bucket pump, 26 ... revolving unit electric motor, 27 ... traveling device electric motor, 28 ... stroke detector, 29 ... rotation speed detector,
30 ... engine, 31 ... generator, 32 ... controller,
33 ... battery, 34 ... power conversion unit, 35 ... normal charging circuit, 36 ... motor operating circuit, 37 ... regenerative charging circuit, 41
... Energy calculation unit, 42 threshold value calculation unit, 43 ... Engine output calculation unit, 44 ... Engine control unit, 45 ... Remaining amount detector,
46: governor device, 47: relay contact, 99: accumulator, St: stroke, Re: turning speed, Gs:
Command value, Ep: potential energy, Ek: kinetic energy, B
d: variable large threshold, Bs: variable small threshold, Bdc: upper limit,
Bsc: lower limit value, Pe: engine output, Pem: engine output optimum value, Bm: remaining amount optimum value, Br: power storage amount, Cs
... Switching signal, Wp ... Boom regenerative power, Wk ... Slewing body regenerative power, Lp ... Load.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/48 H02J 7/00 P H02J 7/00 7/34 A 7/34 B60K 9/00 ZHVC Fターム(参考) 2D003 AA01 AB06 AC09 BA05 BB01 CA10 DA04 DB03 DB05 DC01 5G003 AA07 BA01 DA15 FA06 5G060 AA04 AA05 CA21 DB07 5H030 AS08 BB10 DD20 FF41 5H115 PA15 PG09 PI16 PO02 PO17 PU01 PU19 PU21 PV01 QA07 SE02 SE03 SE05 SE06 TI01 TO14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 10/48 H02J 7/00 P H02J 7/00 7/34 A 7/34 B60K 9/00 ZHVC F-term (Reference) 2D003 AA01 AB06 AC09 BA05 BB01 CA10 DA04 DB03 DB05 DC01 5G003 AA07 BA01 DA15 FA06 5G060 AA04 AA05 CA21 DB07 5H030 AS08 BB10 DD20 FF41 5H115 PA15 PG09 PI16 PO02 PO17 PU01 PU19 PU21 PV01 QA07 SE03 SE05 SE05 SE05

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 動力源(30)で駆動する発電機(31)と、 作業機械を駆動する電動機と、 発電機(31)及び電動機に電気接続し発電機(31)及び電動
機のそれぞれが出力する電力を蓄電すると共に電動機を
駆動する電力を出力する蓄電部(33)とを備えたハイブリ
ッド作業機械の蓄電部充放電制御装置において、 作業機械の運動エネルギ及び位置エネルギを検出するエ
ネルギ検出手段と、 蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、 作業機械の運動エネルギ及び位置エネルギを演算するエ
ネルギ演算部(41)及び演算したエネルギに基づいて動力
源(30)を制御する動力源制御部(44)を有するコントロー
ラ(32)とを備えたことを特徴とするハイブリッド作業機
械の蓄電部充放電制御装置。
A generator (31) driven by a power source (30), a motor driving a work machine, and a generator (31) and an electric motor connected to the motor to output each of the generator (31) and the motor A power storage unit for a hybrid work machine, comprising: a power storage unit (33) that stores power to be driven and outputs power for driving an electric motor; and an energy detection unit that detects kinetic energy and potential energy of the work machine. A power storage amount detecting means for detecting the amount of power stored in the power storage unit; an energy calculation unit (41) for calculating kinetic energy and potential energy of the work machine; and a power source control for controlling a power source (30) based on the calculated energy. A charge / discharge control device for a power storage unit of a hybrid working machine, comprising: a controller (32) having a unit (44).
【請求項2】請求項1記載のハイブリッド作業機械の蓄
電部充放電制御装置において、 演算した作業機械の運動エネルギ及び位置エネルギが大
きいときには蓄電部(33)の充放電閾値(Bd,Bs)を小さく
設定し、エネルギが小さいときには充放電閾値(Bd,Bs)
を大きく設定することを特徴とするハイブリッド作業機
械の蓄電部充放電制御装置。
2. The charge / discharge control device for a power storage unit of a hybrid work machine according to claim 1, wherein the charge / discharge thresholds (Bd, Bs) of the power storage unit (33) are set when the calculated kinetic energy and potential energy of the work machine are large. Set small and charge / discharge threshold (Bd, Bs) when energy is small
The charging / discharging control device for a power storage unit of a hybrid working machine, characterized in that:
【請求項3】 請求項1又は2記載のハイブリッド作業
機械の蓄電部充放電制御装置において、 動力源(30)は出力を固定したエンジンであり、 コントローラ(32)はエンジンの起動、停止により蓄電部
(33)の充放電を制御することを特徴とするハイブリッド
作業機械の蓄電部充放電制御装置。
3. The power storage unit charge / discharge control device according to claim 1, wherein the power source (30) is an engine having a fixed output, and the controller (32) stores power by starting and stopping the engine. Department
(33) A charge / discharge control device for a power storage unit of a hybrid working machine, wherein the charge / discharge control is performed.
【請求項4】 請求項1又は2記載のハイブリッド作業
機械の蓄電部充放電制御装置において、 動力源(30)はエンジンであり、 コントローラ(32)はエンジンの出力を可変にすることに
より蓄電部(33)の充放電を制御をすることを特徴とする
ハイブリッド作業機械の蓄電部充放電制御装置。
4. The power storage unit charge / discharge control device for a hybrid working machine according to claim 1, wherein the power source (30) is an engine, and the controller (32) makes the output of the engine variable so that the power storage unit operates. (33) A charge / discharge control device for a power storage unit of a hybrid working machine, wherein the charge / discharge control is performed.
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