JP2010041828A - Battery charging/discharging control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はバッテリ充放電制御方法に係り、特に電気負荷と発電機とが接続されて充放電が比較的頻繁に行なわれるバッテリの充放電制御方法に関する。 The present invention relates to a battery charge / discharge control method, and more particularly, to a battery charge / discharge control method in which charge and discharge are performed relatively frequently by connecting an electric load and a generator.
例えばハイブリッド式自動車等のハイブリッド式機械において、電力供給源であるバッテリは、電動モータ等の電気負荷に電力を供給して充電量が減少すると、継続して電力を供給することができるように発電機等により直ちに充電される。バッテリ充電用の発電機は例えば内燃機関により駆動される。 For example, in a hybrid machine such as a hybrid vehicle, a battery as a power supply source generates power so that power can be continuously supplied when the amount of charge is reduced by supplying power to an electric load such as an electric motor. It is charged immediately by the machine. The battery charging generator is driven by, for example, an internal combustion engine.
このようなバッテリは、比較的頻繁に充放電が繰り返し行なわれる。バッテリの寿命は一回毎の充電量又は放電量に左右され、毎回のバッテリの充放電量が多いとバッテリの劣化が早く、寿命は短くなる。バッテリの充電量が多すぎる過充電状態となると、バッテリの劣化が早まり、且つバッテリが充電電流により損傷するおそれもある。一方、バッテリの放電量が多すぎてバッテリの充電量がゼロに近くなる過放電状態となっても、バッテリの劣化は早まる。そこで、バッテリの劣化速度を配慮した充放電制御が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
上述の特許文献1に開示された技術では、バッテリの充電率SOC(State of Charge)に基づいて、バッテリの出力上限及び回生上限を予め設定しておき、設定した出力上限及び回生上限を越えないように充放電を制御する。しかし、単にその時の充電率SOCにより決定される出力上限及び回生上限により充放電を制御するだけでは、バッテリの充電率SOCを適度な範囲に維持することはできない。すなわち、バッテリの充電率SOCが0%に近づいたり、逆に充電率SOCが100%に近づいたりするおそれがある。また、バッテリが充放電可能な電流を考慮して出力範囲を決定しないとバッテリを損傷(劣化)させるおそれがある。このようにバッテリの充電率SOCが大きく変動したり、過電流で運用すると、バッテリの劣化が早まるという問題がある。
In the technique disclosed in
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、バッテリの過充放電及び過電流によるバッテリの劣化を抑制することのできるバッテリ充放電制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a battery charge / discharge control method capable of suppressing battery overcharge / discharge and battery deterioration due to overcurrent.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、バッテリの充電率を所定範囲内に維持するように決定された目標充電率を考慮して、該バッテリの出力上限値と出力下限値とを決定し、電気負荷が要求する電力又は発電機が生成する電力を、該出力上限値と該出力下限値により制限してバッテリの実際の放電量及び実際の充電量を決定することを特徴とするバッテリ充放電制御方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in consideration of the target charging rate determined to maintain the charging rate of the battery within a predetermined range, the output upper limit value and the output lower limit value of the battery And determining the actual discharge amount and the actual charge amount of the battery by limiting the power required by the electric load or the power generated by the generator with the output upper limit value and the output lower limit value. A battery charge / discharge control method is provided.
上述のバッテリ充放電制御方法において、前記バッテリの現在の充電率から算出した最大放電量と前記目標充電率を考慮して算出した最大放電量とのうち小さいほうを前記出力上限値に設定し、前記バッテリの現在の充電率から算出した最大充電量と前記目標充電率を考慮して算出した最大充電量とのうち小さいほうを前記出力下限値に設定することとしてもよい。また、前記バッテリの充電率の下限値と上限値とを設定することで、前記バッテリの充電率の前記所定の範囲を設定することとしてもよい。さらに、前記バッテリとしてキャパシタを用い、該キャパシタの端子間電圧に基づいて現在の充電率を算出することとしてもよい。 In the battery charge / discharge control method described above, the smaller one of the maximum discharge amount calculated from the current charge rate of the battery and the maximum discharge amount calculated in consideration of the target charge rate is set as the output upper limit value. The smaller one of the maximum charge amount calculated from the current charge rate of the battery and the maximum charge amount calculated in consideration of the target charge rate may be set as the output lower limit value. The predetermined range of the battery charge rate may be set by setting a lower limit value and an upper limit value of the battery charge rate. Further, a capacitor may be used as the battery, and a current charging rate may be calculated based on a voltage between terminals of the capacitor.
本発明によれば、バッテリの充電率を考慮して充放電量が決定されるため、バッテリの過充放電及び過電流が抑制され、バッテリの劣化を抑制することができる。 According to the present invention, since the charge / discharge amount is determined in consideration of the charge rate of the battery, overcharge / discharge and overcurrent of the battery are suppressed, and deterioration of the battery can be suppressed.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の一実施形態によるバッテリ充放電制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式パワーショベルについて説明する。 First, a hybrid power shovel will be described as an example of a hybrid construction machine to which a battery charge / discharge control method according to an embodiment of the present invention is applied.
図1はハイブリッド式パワーショベルの側面図である。パワーショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3からブーム4が延在し、ブーム4の先端にアーム5が接続される。さらに、アーム5の先端にバケット6が接続される。ブーム4、アーム5及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体3には、キャビン10及び動力源(図示せず)が搭載される。
FIG. 1 is a side view of a hybrid excavator. An
図2は、図1に示すパワーショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、油圧ラインは太い実線、電気駆動系は細い実線、電気制御系は点線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the power shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the hydraulic line is indicated by a thick solid line, the electric drive system is indicated by a thin solid line, and the electric control system is indicated by a dotted line.
機械式駆動部11のエンジン12は、発電部13の発電機14を駆動する。発電機14により生成された電力は、発電部13のインバータ15を介して蓄電部16に供給される。蓄電部16に供給された電力は、コンバータ17によりバッテリ(蓄電器)18に供給される。これにより、バッテリ18が充電される。
The
バッテリ18から電力供給を受けて駆動される電気負荷系20には、旋回用電動機21とポンプ駆動用電動機22と設けられている。旋回用電動機21は、上述の旋回機構2を駆動して上部旋回体3を旋回させるためのモータである。旋回用電動機21には、バッテリ18からインバータ23を介して電力が供給される。
The
ポンプ駆動用電動機22にも、インバータ24を介してバッテリ18から電力が供給される。ポンプ駆動用電動機22は、油圧負荷系25の油圧ポンプ26を駆動するためのモータである。
Electric power is also supplied from the
油圧ポンプ26で発生した油圧は、コントロールバルブ27を介して、バケットシリンダ9、アームシリンダ8、ブームシリンダ7、走行(右)油圧モータ28、及び走行(左)油圧モータ29のそれぞれに供給される。バケットシリンダ9は、図1に示すバケット6を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ8は、図1に示すアーム5を駆動するための油圧シリンダである。ブームシリンダ7は、図1に示すブーム4を駆動するための油圧シリンダである。走行(右)油圧モータ28は、図1に示す下部走行体1の右側のクローラを駆動するための油圧モータであり、走行(左)油圧モータ29は、下部走行体1の左側のクローラを駆動するための油圧モータである。
The hydraulic pressure generated by the
なお、本実施形態では、バッテリ18として電気二重層キャパシタのような蓄電器を用いることとするが、これに限られず他の充放電可能な蓄電器を用いてもよい。蓄電器は、端子間電圧から蓄電率SOCを容易に求めることができるという利点を有する。本実施形態では、バッテリ18の端子間電圧を検出するための電圧検出器30がバッテリ18の端子に接続されている。
In the present embodiment, a battery such as an electric double layer capacitor is used as the
コントローラ40は、インバータ15,23,24及びコンバータ17を制御して、発電機14からバッテリ18への供給電力(バッテリ18の充電量)及びバッテリ18から電気負荷系20への供給電力(バッテリの放電量)を制御する。また、コントローラ40は、電圧検出器30からの検出電圧に基づいてバッテリ18の蓄電率SOCを求め、求めた蓄電率SOCに基づいてバッテリ18の出力(充放電量)を制御する。
The
図3はコントローラ40で行なわれるバッテリ充放電制御を表す機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram showing battery charge / discharge control performed by the
ここで、バッテリ充放電制御に関する入力は以下の3つの変数となる。 Here, the input relating to the battery charge / discharge control is the following three variables.
1)電気負荷要求出力Pelcreq
電気負荷要求出力Pelcreqは、電気負荷系20が必要とする電力を示す変数であり、例えばパワーショベルを運転者が操作する際の操作レバーの操作量に相当する。
1) Electric load demand output Pelcreq
The electrical load request output Pelcreq is a variable indicating the power required by the
2)発電機目標出力Pgentgt
発電機目標出力Pgentgtは、充電率SOCを目標値に近づける発電電力を示す量である。現在の充電率SOCが目標値より小さいほど、大きな発電量となる。
2) Generator target output Pgentgt
The generator target output Pgentgt is an amount indicating the generated power that brings the charging rate SOC close to the target value. As the current charging rate SOC is smaller than the target value, the power generation amount becomes larger.
3)キャパシタ電圧V
キャパシタ電圧Vは、バッテリ18の端子間電圧を示す変数であり、電圧検出器35から出力される電圧検出値である。キャパシタ蓄電器の充電量はキャパシタ蓄電器の端子間電圧の二乗に比例するから、端子間電圧を検出することでバッテリ18の充電状態(すなわち、充電率SOC)を知ることができる。
3) Capacitor voltage V
The capacitor voltage V is a variable indicating the voltage between the terminals of the
以上の3つの変数に基づいて、バッテリ18の出力指令Pbatrefを算出し、バッテリ18の充放電量を制御してバッテリ18を最適な充電状態に制御する。
Based on the above three variables, the output command Pbatref of the
キャパシタ電圧Vは、コントローラ40の充電率算出部40−1に入力される。充電率算出部40−1では、入力されたキャパシタ電圧Vから、バッテリ18の現在の充電率SOCを求める。求めた現在の充電率SOCは、第1の出力上下限値算出部40−2及び第2の出力上下限値算出部40−3に出力される。本実施形態では、バッテリ18としてキャパシタ蓄電器を用いるので、電圧検出器30で検出したキャパシタ電圧V(バッテリ18の端子間電圧)から演算により容易に充電率SOCを求めることができる。
The capacitor voltage V is input to the charging rate calculation unit 40-1 of the
第1の上下限値算出部40−2は、入力された現在の充電率SOCと所定の最大充放電電流とから、現在放電できる放電量の最大値(出力上限値Pbatmax1)及び現在充電できる充電量の最大値(出力下限値Pbatmin1)を求める。第1の上下限値算出部40−2には、図3に示すように、充電率SOCに対してその充電率において充放電可能な所定の電流のもとで算出された最大充電量及び最大放電量を表すマップ又は変換テーブルが格納されている。図3では、一例として所定の電流が一定値の場合を示している。すなわち、第1の上下限値算出部40−2は、このマップ又は変換テーブルを参照して現在の充電率SOCにおいて充放電可能な所定の電流のもとで許容される最大放電量(出力上限値Pbatmax1)及び最大充電量(出力下限値Pbatmin1)を求める。求めた最大放電量(出力上限値Pbatmax1)は上限選択部40−4に出力され、求めた最大充電量(出力下限値Pbatmin1)は下限選択部40−5出力される。 The first upper and lower limit value calculation unit 40-2, based on the input current charging rate SOC and a predetermined maximum charging / discharging current, the maximum discharge amount that can be discharged (output upper limit value Pbatmax1) and the charging that can be currently charged. The maximum value (output lower limit value Pbatmin1) is obtained. As shown in FIG. 3, the first upper and lower limit value calculation unit 40-2 includes a maximum charge amount and a maximum charge that are calculated based on a predetermined current that can be charged and discharged at the charge rate with respect to the charge rate SOC. A map or conversion table representing the discharge amount is stored. FIG. 3 shows a case where the predetermined current is a constant value as an example. That is, the first upper and lower limit value calculation unit 40-2 refers to this map or conversion table, and allows the maximum discharge amount (output upper limit) allowed under a predetermined current that can be charged and discharged at the current charge rate SOC. Value Pbatmax1) and maximum charge amount (output lower limit value Pbatmin1). The determined maximum discharge amount (output upper limit value Pbatmax1) is output to the upper limit selection unit 40-4, and the determined maximum charge amount (output lower limit value Pbatmin1) is output to the lower limit selection unit 40-5.
第2の上下限値算出部40−3は、入力された現在の充電率SOCと所定のSOC下限値及びSOC上限値とから、現在放電できる放電量の最大値(出力上限値Pbatmax2)及び現在充電できる充電量の最大値(出力下限値Pbatmin2)を求める。第2の上下限値算出部40−3には、図3に示すように、充電率SOCに対して、SOC下限値以下にならず、SOC上限値以上とならないための最大放電量及び最大充電量を表すマップ又は変換テーブルが格納されている。第2の上下限値算出部40−3は、このマップ又は変換テーブルを参照して現在の充電率SOCにおいて許容される最大放電量(出力上限値Pbatmax2)及び最大充電量(出力下限値Pbatmin2)を求める。求めた最大放電量(出力上限値Pbatmax2)は上限選択部40−4に出力され、求めた最大充電量(出力下限値Pbatmin2)は下限選択部40−5出力される。 The second upper and lower limit value calculation unit 40-3 calculates the maximum discharge amount (output upper limit value Pbatmax2) that can be discharged from the current charge rate SOC that is input, the predetermined SOC lower limit value, and the SOC upper limit value and the current value. The maximum value of the charge amount that can be charged (output lower limit value Pbatmin2) is obtained. As shown in FIG. 3, the second upper and lower limit value calculation unit 40-3 has a maximum discharge amount and a maximum charge with respect to the charging rate SOC so as not to be lower than the SOC lower limit value and not higher than the SOC upper limit value. A map or conversion table representing the quantity is stored. The second upper and lower limit value calculation unit 40-3 refers to this map or conversion table, and allows the maximum discharge amount (output upper limit value Pbatmax2) and the maximum charge amount (output lower limit value Pbatmin2) allowed at the current charge rate SOC. Ask for. The determined maximum discharge amount (output upper limit value Pbatmax2) is output to the upper limit selection unit 40-4, and the determined maximum charge amount (output lower limit value Pbatmin2) is output to the lower limit selection unit 40-5.
上限選択部40−4は、第1の上下限値算出部40−2から供給された出力上限値Pbatmax1と、第2の上下限値算出部40−3から供給された出力上限値Pbatmax2のうち、小さいほうをバッテリ出力上限値Pbatmaxとして、バッテリ出力指令算出部40−6に出力する。 The upper limit selection unit 40-4 includes the output upper limit value Pbatmax1 supplied from the first upper and lower limit value calculation unit 40-2 and the output upper limit value Pbatmax2 supplied from the second upper and lower limit value calculation unit 40-3. The smaller value is output to the battery output command calculation unit 40-6 as the battery output upper limit value Pbatmax.
一方、下限選択部40−5は、第1の上下限値算出部40−2から供給された出力下限値Pbatmin1と、第2の上下限値算出部40−3から供給された出力下限値Pbatmin2のうち、大きいほうをバッテリ出力下限値Pbatminとして、バッテリ出力指令算出部40−6に出力する。ここで、バッテリ出力値がマイナスの場合が充電を表すため、出力下限値の大きいほうということは、マイナスの値が小さいほう、すなわち、ゼロに近いほうの値を意味する。これにより、バッテリ18の出力能力を超えた過度な充放電から確実に保護することができる。
On the other hand, the lower limit selection unit 40-5 includes the output lower limit value Pbatmin1 supplied from the first upper and lower limit value calculation unit 40-2 and the output lower limit value Pbatmin2 supplied from the second upper and lower limit value calculation unit 40-3. Of these, the larger one is output as the battery output lower limit Pbatmin to the battery output command calculation unit 40-6. Here, since the case where the battery output value is negative represents charging, the larger output lower limit value means the smaller negative value, that is, the value closer to zero. Thereby, it can protect reliably from the excessive charging / discharging exceeding the output capability of the
また、コントローラ40に入力された電気負荷要求出力Pelcreq又は発電機目標出力Pgentgtは、バッテリ目標出力Pbattgtとしてバッテリ出力指令算出部40−6に供給される。すなわち、バッテリ18からの放電により電気負荷系20を駆動する場合は電気負荷要求出力Pelcreqが、バッテリ目標出力Pbattgtとしてバッテリ出力指令算出部40−6に出力され、バッテリ18を充電する場合は、発電機目標出力Pgentgtがバッテリ目標出力Pbattgtとしてバッテリ出力指令算出部40−6に出力される。
The electric load request output Pelcreq or the generator target output Pgentgt input to the
以上のように、バッテリ出力指令算出部40−6には、バッテリ出力上限値Pbatmax1、バッテリ出力下限値Pbatmin1、及びバッテリ目標出力Pbattgtが入力される。バッテリ出力指令算出部40−6は、これら入力された値に基づいて、バッテリ出力指令Pbatrefを決定し、コントローラ40の各部に出力する。そして、コントローラ40は、バッテリ出力指令Pbatrefに基づいて、インバータ15,23,24及びコンバータ17を制御してバッテリ18の充放電量を制御する。
As described above, the battery output command calculation unit 40-6 receives the battery output upper limit value Pbatmax1, the battery output lower limit value Pbatmin1, and the battery target output Pbatttgt. The battery output command calculation unit 40-6 determines the battery output command Pbatref based on these input values and outputs the battery output command Pbatref to each unit of the
ここで、コントローラ40において、バッテリ出力指令Pbatrefを決定するバッテリ充放電制御処理について説明する。図4はコントローラ40において行われるバッテリ充放電制御処理のフローチャートである。
Here, the battery charge / discharge control process for determining the battery output command Pbatref in the
まず、ステップS1において、バッテリ目標出力Pbattgtが0(ゼロ)より大きいか否かが判定される。バッテリ目標出力Pbattgtが0(ゼロ)より大きい場合は(S1のYes)、処理はステップS2に進む。ステップS2において、上限選択部40−4は、第2の上下限値算出部40−3で算出された出力上限値Pbatmax2が第1の上下限値算出部40−2で算出された出力上限値Pbatmax1以上であるか否かを判定する。出力上限値Pbatmax2が出力上限値Pbatmax1以上であると判定された場合は(S2のYes)、上限選択部40−4は、出力上限値Pbatmax1をバッテリ出力上限値Pbatmaxとして出力し、処理はステップS3に進む。 First, in step S1, it is determined whether or not the battery target output Pbattgt is greater than 0 (zero). If the battery target output Pbattgt is greater than 0 (zero) (Yes in S1), the process proceeds to step S2. In step S2, the upper limit selection unit 40-4 determines that the output upper limit value Pbatmax2 calculated by the second upper and lower limit value calculation unit 40-3 is calculated by the first upper and lower limit value calculation unit 40-2. It is determined whether or not Pbatmax1 or more. When it is determined that the output upper limit value Pbatmax2 is equal to or greater than the output upper limit value Pbatmax1 (Yes in S2), the upper limit selection unit 40-4 outputs the output upper limit value Pbatmax1 as the battery output upper limit value Pbatmax, and the process is step S3. Proceed to
ステップS3において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ出力上限値Pbatmax(すなわち、出力上限値Pbatmax1)がバッテリ目標出力Pbattgt以上であるか否かを判定する。バッテリ出力上限値Pbatmaxがバッテリ目標出力Pbattgt以上であると判定された場合は(S3のYes)、処理はステップS4に進む。ステップS4において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtをバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する。 In step S3, the battery output command calculation unit 40-6 determines whether or not the battery output upper limit value Pbatmax (that is, the output upper limit value Pbatmax1) is equal to or larger than the battery target output Pbatgtgt. If it is determined that the battery output upper limit value Pbatmax is equal to or greater than the battery target output Pbatgtgt (Yes in S3), the process proceeds to step S4. In step S4, the battery output command calculation unit 40-6 outputs the battery target output Pbattgt as the battery output command Pbatref.
一方、ステップS3においてバッテリ出力上限値Pbatmaxがバッテリ目標出力Pbattgt以上ではないと判定された場合は(S3のNo)、処理はステップS5に進む。ステップS5では、バッテリ出力上限値Pbatmax(すなわち、出力上限値Pbatmax1)をバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する。 On the other hand, when it is determined in step S3 that the battery output upper limit value Pbatmax is not equal to or greater than the battery target output Pbatgtgt (No in S3), the process proceeds to step S5. In step S5, the battery output upper limit value Pbatmax (that is, the output upper limit value Pbatmax1) is output as the battery output command Pbatref.
ステップS2において出力上限値Pbatmax2が出力上限値Pbatmax1以上ではないと判定された場合は(S2のNo)、上限選択部40−4は、出力上限値Pbatmax2をバッテリ出力上限値Pbatmaxとして出力し、処理はステップS6に進む。 When it is determined in step S2 that the output upper limit value Pbatmax2 is not equal to or greater than the output upper limit value Pbatmax1 (No in S2), the upper limit selection unit 40-4 outputs the output upper limit value Pbatmax2 as the battery output upper limit value Pbatmax, and performs processing. Advances to step S6.
ステップS6において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ出力上限値Pbatmax(すなわち、出力上限値Pbatmax2)がバッテリ目標出力Pbattgt以上であるか否かを判定する。バッテリ出力上限値Pbatmaxがバッテリ目標出力Pbattgt以上であると判定された場合は(S6のYes)、処理はステップS7に進む。ステップS7において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtをバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する(ステップS7に至るまでの状況については後で詳述する)。 In step S6, the battery output command calculation unit 40-6 determines whether or not the battery output upper limit value Pbatmax (that is, the output upper limit value Pbatmax2) is equal to or greater than the battery target output Pbatgtgt. If it is determined that the battery output upper limit value Pbatmax is equal to or greater than the battery target output Pbatgtgt (Yes in S6), the process proceeds to step S7. In step S7, the battery output command calculation unit 40-6 outputs the battery target output Pbattgt as the battery output command Pbatref (the situation up to step S7 will be described in detail later).
一方、ステップS6においてバッテリ出力上限値Pbatmaxがバッテリ目標出力Pbattgt以上ではないと判定された場合は(S6のNo)、処理はステップS8に進む。ステップS8では、バッテリ出力上限値Pbatmax(すなわち、出力上限値Pbatmax2)をバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する(ステップS8に至るまでの状況については後で詳述する)。 On the other hand, when it is determined in step S6 that the battery output upper limit value Pbatmax is not equal to or greater than the battery target output Pbattgt (No in S6), the process proceeds to step S8. In step S8, battery output upper limit value Pbatmax (that is, output upper limit value Pbatmax2) is output as battery output command Pbatref (the situation up to step S8 will be described in detail later).
以上のステップS2〜S8の処理が、バッテリ18が放電して電力を電気負荷系20に供給する際のバッテリ18の放電量の制御処理となる。
The process of steps S2 to S8 described above is a process for controlling the discharge amount of the
ステップS1においてバッテリ目標出力Pbattgtが0(ゼロ)より大きくないと判定された場合は(S1のNo)、処理はステップS9に進む。ステップS9において、下限選択部40−5は、第1の上下限値算出部40−2で算出された出力下限値Pbatmin1が第2の上下限値算出部40−3で算出された出力下限値Pbatmin2以上であるか否かを判定する。出力下限値Pbatmin1が出力下限値Pbatmin2以上であると判定された場合は(S9のYes)、下限選択部40−5は、出力下限値Pbatmin1をバッテリ出力上限値Pbatminとして出力し、処理はステップS10に進む。 If it is determined in step S1 that the battery target output Pbattgt is not greater than 0 (zero) (No in S1), the process proceeds to step S9. In step S9, the lower limit selecting unit 40-5 determines that the output lower limit value Pbatmin1 calculated by the first upper and lower limit value calculating unit 40-2 is calculated by the second upper and lower limit value calculating unit 40-3. It is determined whether or not Pbatmin2 or more. When it is determined that the output lower limit value Pbatmin1 is greater than or equal to the output lower limit value Pbatmin2 (Yes in S9), the lower limit selection unit 40-5 outputs the output lower limit value Pbatmin1 as the battery output upper limit value Pbatmin, and the process is step S10. Proceed to
ステップS10において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtが、バッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin1)以上であるか否かを判定する。バッテリ目標出力Pbattgtが、バッテリ出力下限値Pbatmin以上であると判定された場合は(S10のYes)、処理はステップS11に進む。ステップS11において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtをバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する。 In step S10, the battery output command calculation unit 40-6 determines whether or not the battery target output Pbatgtgt is equal to or greater than the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin1). If it is determined that the battery target output Pbattgt is greater than or equal to the battery output lower limit value Pbatmin (Yes in S10), the process proceeds to step S11. In step S11, the battery output command calculation unit 40-6 outputs the battery target output Pbattgt as the battery output command Pbatref.
一方、ステップS10においてバッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtが、バッテリ出力下限値Pbatmin以上ではないと判定された場合は(S10のNo)、処理はステップS12に進む。ステップS12では、バッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin1)をバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する。 On the other hand, if the battery output command calculation unit 40-6 determines in step S10 that the battery target output Pbattgt is not greater than or equal to the battery output lower limit value Pbatmin (No in S10), the process proceeds to step S12. In step S12, the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin1) is output as the battery output command Pbatref.
ステップS9において出力下限値Pbatmin1が出力下限値Pbatmin2以上ではないと判定された場合は(S9のNo)、下限選択部40−5は、出力下限値Pbatmin2をバッテリ出力下限値Pbatminとして出力し、処理はステップS13に進む。 When it is determined in step S9 that the output lower limit value Pbatmin1 is not equal to or greater than the output lower limit value Pbatmin2 (No in S9), the lower limit selection unit 40-5 outputs the output lower limit value Pbatmin2 as the battery output lower limit value Pbatmin, and performs processing. Advances to step S13.
ステップS13において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtが、バッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin2)以上であるか否かを判定する。バッテリ目標出力Pbattgtが、バッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin2)以上であると判定された場合は(S13のYes)、処理はステップS14に進む。ステップS14において、バッテリ出力指令算出部40−6は、バッテリ目標出力Pbattgtをバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する。 In step S13, the battery output command calculation unit 40-6 determines whether or not the battery target output Pbatgtgt is equal to or greater than the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin2). When it is determined that the battery target output Pbattgt is equal to or greater than the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin2) (Yes in S13), the process proceeds to step S14. In step S14, the battery output command calculation unit 40-6 outputs the battery target output Pbattgt as the battery output command Pbatref.
一方、ステップS13においてバッテリ目標出力Pbattgtがバッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin2)以上ではないと判定された場合は(S13のNo)、処理はステップS15に進む。ステップS15では、バッテリ出力下限値Pbatmin(すなわち、出力下限値Pbatmin2)をバッテリ出力指令Pbatrefとして出力する(ステップS15に至るまでの状況については後で詳述する)。 On the other hand, when it is determined in step S13 that the battery target output Pbattgt is not equal to or greater than the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin2) (No in S13), the process proceeds to step S15. In step S15, the battery output lower limit value Pbatmin (that is, the output lower limit value Pbatmin2) is output as the battery output command Pbatref (the situation up to step S15 will be described in detail later).
以上のステップS9〜S15の処理が、発電機14からの電力及び、電気付加が回生した場合にバッテリ18を充電する際のバッテリ18の充電量の制御処理となる。
The process of the above steps S9 to S15 is a process for controlling the amount of charge of the
ここで、上述のステップS8に至る条件について図5を参照しながら具体的に説明する。ステップS8まで至る条件は、まず、電気負荷系20に電力を供給する場合、すなわちバッテリ18が放電する場合である。そして、ステップS2で判定したように、バッテリ18の現在の充電率SOCでみると、出力上限値Pbatmax2のほうが出力上限値Pbatmax1よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部40−6に与えられるバッテリ出力上限値Pbatmaxは、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2となる。すなわち、バッテリ18の放電量の上限値を決定する際に、放電可能な電流から得られる出力上限値Pbatmax1(最大放電量)とするのではなく、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2が採用される。
Here, the conditions leading to the above-described step S8 will be specifically described with reference to FIG. The conditions up to step S8 are first when power is supplied to the
そして、ステップS6で判定したようにバッテリ目標出力Pbattgt(この場合放電側であり、バッテリ目標出力Pbattgtは電気負荷要求Pelcreqである)のほうが出力上限値Pbatmax2より大きいから、バッテリ目標出力Pbattgtをそのまま出力するのではなく、バッテリ18の出力(放電量)は、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2までに制限される。図5において、白丸で示したバッテリ目標出力Pbattgt(すなわち電気負荷要求出力Pelcreq)がそのままバッテリ18の出力とはされず、星印で示したバッテリ出力指令値Pbatref(すなわち、出力上限値Pbatmax2)に制限されていることがわかる。
Then, as determined in step S6, since the battery target output Pbatgt (in this case, on the discharge side, the battery target output Pbatgt is the electric load request Pelcreq) is larger than the output upper limit value Pbatmax2, the battery target output Pbatgtgt is output as it is. Instead, the output (discharge amount) of the
以上のように、ステップS8に至る状況である図5に示す例は、現在の充電率SOCが比較的低く、且つ電気負荷系20が大きな電力を要求している場合である。そのような場合は、要求された電力をそのまま出力(放電)するとバッテリの充電率SOCが大きく低下してしまうので、充電率SOCが低くなり過ぎないようにバッテリ18の出力(放電)を制限するようなバッテリ出力指令Pbatrefが生成されている。
As described above, the example shown in FIG. 5, which is the situation leading to step S <b> 8, is a case where the current charging rate SOC is relatively low and the
次に、上述のステップS7に至る条件について図6を参照しながら具体的に説明する。ステップS7まで至る条件は、まず、電気負荷系20に電力を供給する場合、すなわちバッテリ18が放電する場合である。そして、ステップS2で判定したように、バッテリ18の現在の充電率SOCでみると、出力上限値Pbatmax2のほうが出力上限値Pbatmax1よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部40−6に与えられるバッテリ出力上限値Pbatmaxは、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2となる。すなわち、バッテリ18の放電量の上限値を決定する際に、放電可能な電流から得られる出力上限値Pbatmax1(最大放電量)とするのではなく、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2が採用される。
Next, the conditions leading to the above-described step S7 will be specifically described with reference to FIG. The conditions up to step S7 are first when power is supplied to the
そして、ステップS6で判定したようにバッテリ目標出力Pbattgt(この場合放電側であり、バッテリ目標出力Pbattgtは電気負荷要求Pelcreqである)のほうが出力上限値Pbatmax2より小さい、バッテリ目標出力Pbattgtをそのまま出力してもよく、バッテリ18の出力(放電量)は制限されずにバッテリ目標出力Pbattgtがそのまま出力される。図6において、白丸で示したバッテリ目標出力Pbattgt(すなわち電気負荷要求出力Pelcreq)は、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Pbatmax2よりも小さいので、制限する必要がないことがわかる。
Then, as determined in step S6, the battery target output Pbattgt (in this case, on the discharging side, the battery target output Pbatgt is the electric load request Pelcreq) is smaller than the output upper limit value Pbatmax2, and the battery target output Pbatgtt is output as it is. Alternatively, the output (discharge amount) of the
以上のように、ステップS7に至る状況である図6に示す例は、現在の充電率SOCが上限値と下限値の中間程度であり、且つ電気負荷系20が比較的小さな電力を要求している場合である。そのような場合は、要求された電力をそのまましてもバッテリの充電率SOCが大きく低下することはないので、バッテリ18の出力(放電量)を制限する必要はなく、電気負荷系20が要求する電力をそのまま出力(放電)するようなバッテリ出力指令Pbatrefが生成されている。
As described above, in the example shown in FIG. 6, which is the situation leading to step S7, the current charging rate SOC is about the middle between the upper limit value and the lower limit value, and the
次に、上述のステップS15に至る条件について図7を参照しながら具体的に説明する。ステップS17まで至る条件は、まず、発電機14からバッテリ18に電力を供給してバッテリ18を充電する場合である。ここで、充電の場合は負の値となる。そして、ステップS9で判定したように、バッテリ18の現在の充電率SOCでみると、出力下限値Pbatmin1のほうが出力上限値Pbatmax2よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部40−6に与えられるバッテリ出力下限値Pbatminは、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Pbatmin2となる。すなわち、バッテリ18の充電量の上限値を決定する際に、充電可能な電流から得られる出力下限値Pbatmin1(最大充電量)とするのではなく、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Pbatmin2が採用される。
Next, the conditions leading to step S15 will be specifically described with reference to FIG. The condition up to step S17 is a case where power is supplied from the
そして、ステップS13で判定したようにバッテリ目標出力Pbattgt(この場合充電側であり、バッテリ目標出力Pbattgtは発電機目標出力Pgentgtである)のほうが出力上限値Pbatmin2より小さいから(マイナスの値が大きいということであり充電量が大きいことを意味する)、バッテリ目標出力Pbattgtをそのまま出力するのではなく、バッテリ18の出力(充電量)は、充電率SOCが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Pbatmina2までに制限される。図7において、白丸で示したバッテリ目標出力Pbattgt(すなわち発電機目標出力Pgentgt)がそのままバッテリ18の出力(充電量)とはされず、星印で示したバッテリ出力指令値Pbatref(すなわち、出力下限値Pbatmin2)に制限されていることがわかる。
Then, as determined in step S13, the battery target output Pbatgt (in this case, on the charging side, the battery target output Pbatgt is the generator target output Pgentgt) is smaller than the output upper limit value Pbatmin2 (the negative value is larger). The battery target output Pbattgt is not output as it is, but the output (charge amount) of the
以上のように、ステップS15に至る状況である図7に示す例は、現在の充電率SOCが比較的高く、且つ発電機14が大きな電力を発電している場合である。そのような場合は、発電機14が発電した電力をそのまま充電するとバッテリの充電率SOCが大きく上昇するので、充電率SOCが高くなり過ぎないようにバッテリ18の出力(充電量)を制限するようなバッテリ出力指令Pbatrefが生成されている。
As described above, the example shown in FIG. 7, which is the situation leading to step S15, is a case where the current charging rate SOC is relatively high and the
以上のように、本実施形態によれば、バッテリ18の充放電量を、過電流状態の充放電を回避し、所定の充電率SOCの範囲で制御するので、バッテリ18の劣化を抑制し、バッテリの寿命を延ばすことができる。
As described above, according to the present embodiment, the charging / discharging amount of the
1 下部走行体
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 機械式駆動部
12 エンジン
13 発電部
14 発電機
15,23,24 インバータ
16 蓄電部
17 コンバータ
18 バッテリ
20 電気負荷系
21 旋回用電動機
22 ポンプ駆動用電動機
25 油圧負荷系
26 油圧ポンプ
27 コントロールバルブ
28 走行(右)油圧モータ
29 走行(左)油圧モータ
30 電圧検出器
40 コントローラ
40−1
40−1 充電率算出部
40−2 第1の出力上下限値算出部
40−3 第2の出力上下限値算出部
40−4 上限選択部
40−5 下限選択部
40−6 バッテリ出力指令算出部
DESCRIPTION OF
40-1 Charging Rate Calculation Unit 40-2 First Output Upper / Lower Value Calculation Unit 40-3 Second Output Upper / Lower Value Calculation Unit 40-4 Upper Limit Selection Unit 40-5 Lower Limit Selection Unit 40-6 Battery Output Command Calculation Part
Claims (4)
電気負荷が要求する電力又は発電機が生成する電力を、該出力上限値と該出力下限値により制限してバッテリの実際の放電量及び実際の充電量を決定する
ことを特徴とするバッテリ充放電制御方法。 In consideration of the target charging rate determined to maintain the charging rate of the battery within a predetermined range, an output upper limit value and an output lower limit value of the battery are determined,
Battery charge / discharge characterized by determining the actual discharge amount and the actual charge amount of the battery by limiting the power required by the electric load or the power generated by the generator with the output upper limit value and the output lower limit value Control method.
前記バッテリの現在の充電率から算出した最大放電量と前記目標充電率を考慮して算出した最大放電量とのうち小さいほうを前記出力上限値に設定し、
前記バッテリの現在の充電率から算出した最大充電量と前記目標充電率を考慮して算出した最大充電量とのうち小さいほうを前記出力下限値に設定する
ことを特徴とするバッテリ充放電制御方法。 The battery charge / discharge control method according to claim 1,
The smaller one of the maximum discharge amount calculated from the current charge rate of the battery and the maximum discharge amount calculated in consideration of the target charge rate is set as the output upper limit value,
A battery charge / discharge control method characterized in that the smaller one of the maximum charge amount calculated from the current charge rate of the battery and the maximum charge amount calculated in consideration of the target charge rate is set as the output lower limit value. .
前記バッテリの充電率の下限値と上限値とを設定することで、前記バッテリの充電率の前記所定の範囲を設定することを特徴とするバッテリ充放電制御方法。 The battery charge / discharge control method according to claim 2,
The battery charging / discharging control method characterized by setting the predetermined range of the charging rate of the battery by setting a lower limit value and an upper limit value of the charging rate of the battery.
前記バッテリとしてキャパシタを用い、該キャパシタの端子間電圧に基づいて現在の充電率を算出することを特徴とするバッテリ充放電制御方法。 The battery charge / discharge control method according to any one of claims 1 to 3,
A battery charge / discharge control method, wherein a capacitor is used as the battery, and a current charging rate is calculated based on a voltage between terminals of the capacitor.
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