JP2011030397A - Motor-driven system having power storage device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive and highly reliable motor-driven system having a power storage device, not requiring a management device for charging and discharging. <P>SOLUTION: The motor-driven system 1 includes a motor-driven device 2, a power storage device 7, a generator 6 and a driver 5. The upper limit voltage E1 of a voltage to be supplied to the power storage device 7 is controlled by a voltage upper limit control function of the generator 6, and the power from the generator 6 or the power storage device 7 is supplied to the motor-driven device 2 while preventing the power storage device 7 from having a voltage lower than the lower limit voltage E2 by the driver 5 having the lower limit voltage detecting function. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、蓄電装置を用いた電動システムに関し、特に蓄電装置の上限及び下限電圧の管理に関するものである。   The present invention relates to an electric system using a power storage device, and particularly to management of an upper limit and a lower limit voltage of a power storage device.

従来より、バッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、ハイブリッド車両等において、蓄電装置を用いた電動システムは広く使用されている。   Conventionally, in battery forklifts, hybrid power shovels, electric aerial work platforms, hybrid cranes, railway vehicles, hybrid vehicles and the like, electric systems using power storage devices have been widely used.

例えば、特許文献1では、車両を走行駆動する動力を供給するエンジンと、回転駆動されるドラムとを備えるミキサ車において、エンジンによって駆動される発電装置と、発電装置の出力を蓄積する蓄電装置と、蓄電装置に蓄積された電力によって駆動される電動機からなる電動駆動装置とを備え、電動駆動装置によってドラムを回転させることが知られている。   For example, in Patent Document 1, in a mixer vehicle including an engine that supplies power for driving a vehicle and a drum that is rotationally driven, a power generation device that is driven by the engine, and a power storage device that accumulates output of the power generation device It is known that an electric drive device including an electric motor driven by electric power stored in the power storage device is provided, and the drum is rotated by the electric drive device.

特開2003−226192号公報JP 2003-226192 A

しかしながら、従来の蓄電装置を用いた電動システムでは、図3に示すように、近年広く使用されているリチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、鉛バッテリよりなる蓄電装置107は、上限電圧及び下限電圧を厳密に守らないと、加熱して火傷や発煙事故を起こす可能性がある。しかも、下限電圧の近傍の状態で保管すると、バッテリの自己放電現象によって電圧が下がり、気付かぬうちに下限電圧を下回ることになることもある。電圧管理の厳密度合いは計測器並みの高精度な電圧計測に基づき管理することが求められる。   However, in an electric system using a conventional power storage device, as shown in FIG. 3, the power storage device 107 including a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, and a lead battery widely used in recent years has a strict upper limit voltage and lower limit voltage. Otherwise, there is a risk of burns and smoke. Moreover, if the battery is stored in the vicinity of the lower limit voltage, the voltage may drop due to the self-discharge phenomenon of the battery, and may be lower than the lower limit voltage without notice. The strict degree of voltage management is required to be managed based on highly accurate voltage measurement similar to that of measuring instruments.

このため、従来の蓄電装置107を用いた電動システム101では、高精度な電圧管理が可能なマネージメント装置110を用いて蓄電装置107の上限電圧及び下限電圧を厳密に管理する必要があり、システム全体が複雑化してコストがアップすると共に、信頼性の低下を招いていた。   For this reason, in the electric system 101 using the conventional power storage device 107, it is necessary to strictly manage the upper limit voltage and the lower limit voltage of the power storage device 107 using the management device 110 capable of highly accurate voltage management. However, the cost is increased and the reliability is lowered.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an inexpensive and highly reliable electric system using a power storage device that does not require a management device for charging and discharging. It is to do.

上記の目的を達成するために、この発明では、発電装置又は電源及びドライバが本来有する機能を有効に利用した。   In order to achieve the above object, the present invention effectively utilizes the functions inherent to the power generation device or the power source and the driver.

具体的には、第1の発明では、蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた蓄電装置を用いた電動システムを対象とし、
上記電動システムは、
電圧上限制御機能を有し、上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な発電装置又は電源と、
下限電圧検出機能を有し、上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記発電装置若しくは電源又は上記蓄電装置からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備えている。
Specifically, the first invention is directed to an electric system using a power storage device that has a power storage device and an electric drive device and has a function of charging the power storage device.
The electric system is
A power generator or a power supply having a voltage upper limit control function and capable of controlling the upper limit of the voltage supplied to the power storage device;
And a driver that has a lower limit voltage detection function and that supplies the power generation device or the power source or power from the power storage device to the electric drive device so that the power storage device does not have a voltage lower than the lower limit voltage.

上記の構成によると、発電装置又は電源が本来有する電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限が制御可能であり、また、ドライバが本来有する下限電圧検出機能を利用し、蓄電装置が下限電圧の近傍に近付くと、下限電圧よりも低い電圧にならないように、蓄電装置からの電力を電動駆動装置に供給するのを停止し、発電装置又は電源からの電力を電動駆動装置に供給するようにすればよいので、従来のような充電や放電を司るマネージメント装置を設けなくても、蓄電装置の上限電圧及び下限電圧の管理が可能である。   According to the above configuration, the upper limit of the voltage supplied to the power storage device can be controlled by the voltage upper limit control function inherently possessed by the power generation device or the power source, and the power storage device is utilized by utilizing the lower limit voltage detection function originally possessed by the driver. When approaching the lower limit voltage, supply of electric power from the power storage device to the electric drive device is stopped and electric power from the power generation device or power supply is supplied to the electric drive device so that the voltage is not lower than the lower limit voltage. Therefore, the upper limit voltage and the lower limit voltage of the power storage device can be managed without providing a conventional management device for charge and discharge.

第2の発明では、第1の発明において、
上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである。
In the second invention, in the first invention,
The power storage device is an electric double layer capacitor.

上記の構成によると、電気二重層キャパシタは、その上限電圧を超えても、異常発熱が起こらず安全であり、また、下限電圧は特になく、0Vまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。このため、電動システムの構成を簡単なものにすることができる。   According to the above configuration, the electric double layer capacitor is safe without abnormal heat generation even when the upper limit voltage is exceeded, and there is no lower limit voltage, and it can be used up to 0 V. Not necessary. For this reason, the configuration of the electric system can be simplified.

第3の発明では、第1の発明において、
上記蓄電装置は、ニッケル水素バッテリである。
In the third invention, in the first invention,
The power storage device is a nickel metal hydride battery.

上記の構成によると、ニッケル水素バッテリは、その上限電圧を超えても、異常発熱が起こらず安全であり、また、下限電圧は特になく、0Vまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。このため、電動システムの構成を簡単なものにすることができる。   According to the above configuration, the nickel metal hydride battery is safe without abnormal heat generation even if the upper limit voltage is exceeded, and there is no lower limit voltage, and it can be used up to 0 V, so strict voltage management is necessary. is not. For this reason, the configuration of the electric system can be simplified.

第4の発明では、第1乃至第3のいずれか1つの発明において、
上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電圧は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている。
In a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The electric drive device is configured to be capable of regenerative braking, and a voltage generated by the electric drive device is adjusted to be equal to or lower than an upper limit voltage by the driver and supplied to the power storage device.

上記の構成によると、電動駆動装置で回生制動を行う場合にも、回生制動により発生した電圧は、ドライバによって上限電圧以下に調整することで、蓄電装置の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。   According to the above configuration, even when regenerative braking is performed by the electric drive device, the voltage generated by the regenerative braking is adjusted by the driver to be equal to or lower than the upper limit voltage, so that the regenerative energy can be reduced without shortening the life of the power storage device. Accumulated effectively.

以上説明したように、本発明によれば、発電装置又は電源の電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限を制御し、ドライバの下限電圧検出機能を利用して蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないようにしたことにより、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。   As described above, according to the present invention, the upper limit of the voltage supplied to the power storage device is controlled by the voltage upper limit control function of the power generation device or the power source, and the lower limit voltage is detected by using the lower limit voltage detection function of the driver. Accordingly, the electric system using the power storage device can be made inexpensive and highly reliable without requiring a management device for charge and discharge.

本発明の実施形態にかかる蓄電装置を用いた電動システムのブロック図である。It is a block diagram of the electric system using the electrical storage apparatus concerning embodiment of this invention. 蓄電装置の上限電圧及び下限電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the upper limit voltage and lower limit voltage of an electrical storage apparatus. 従来の蓄電装置を用いた電動システムのブロック図である。It is a block diagram of the electric system using the conventional electrical storage apparatus.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態の蓄電装置を用いた電動システム1を示し、この電動システム1は、サーボモータなどの電動駆動装置2を備える。この電動システム1は、さらに、図示しないバッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、ハイブリッド車両等の車体に搭載した操作表示部3と、コントローラ4とを備えている。操作表示部3を見ながらオペレータがコントローラ4を操作すると、その信号がインバータなどのドライバ5に伝達されるように構成されている。   FIG. 1 shows an electric system 1 using a power storage device according to an embodiment of the present invention. The electric system 1 includes an electric drive device 2 such as a servo motor. The electric system 1 further includes an operation display unit 3 mounted on a vehicle forklift, a hybrid excavator, an electric aerial work platform, a hybrid crane, a railway vehicle, a hybrid vehicle, and the like (not shown), and a controller 4. . When the operator operates the controller 4 while looking at the operation display unit 3, the signal is transmitted to a driver 5 such as an inverter.

電動システム1は、発電装置6を備えている。車体にエンジンなどの内燃機関が備えられているときには、内燃機関による回転により、この発電装置6が回転され、電力が発生するようになっている。発電装置6は、公知の電圧上限制御機能を有している。   The electric system 1 includes a power generation device 6. When the vehicle body is provided with an internal combustion engine such as an engine, the power generation device 6 is rotated by the rotation of the internal combustion engine to generate electric power. The power generator 6 has a known voltage upper limit control function.

電動システム1は、さらに、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置7を有している。この蓄電装置7は、上記発電装置6からの電力を充電可能となっている。そして、発電装置6の電圧上限制御機能により、所定の電圧を超える電圧が蓄電装置7に供給されることがないようになっている。   The electric system 1 further includes a power storage device 7 made of an electric double layer capacitor or a nickel metal hydride battery. The power storage device 7 can be charged with electric power from the power generation device 6. The voltage upper limit control function of the power generation device 6 prevents a voltage exceeding a predetermined voltage from being supplied to the power storage device 7.

また、電動駆動装置2は、回生制動可能に構成されている。この電動駆動装置2で発生した電圧は、ドライバ5で上限電圧E1以下に調整された後、蓄電装置7に供給されるようになっている。   The electric drive device 2 is configured to be capable of regenerative braking. The voltage generated in the electric drive device 2 is adjusted to the upper limit voltage E 1 or less by the driver 5 and then supplied to the power storage device 7.

さらに、ドライバ5は、下限電圧検出機能を有している。このため、蓄電装置7が下限電圧E2よりも低い電圧にならないように、発電装置6又は蓄電装置7からの電力を電動駆動装置2に供給するように構成されている。   Further, the driver 5 has a lower limit voltage detection function. For this reason, it is comprised so that the electric power from the electric power generating apparatus 6 or the electrical storage apparatus 7 may be supplied to the electric drive apparatus 2 so that the electrical storage apparatus 7 may not become a voltage lower than the minimum voltage E2.

−作動−
次に、本実施形態にかかる蓄電装置7を用いた電動システム1の作動について説明する。
-Operation-
Next, the operation of the electric system 1 using the power storage device 7 according to the present embodiment will be described.

まず、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリである蓄電装置7の使用可能電圧について図2を用いて説明する。電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリは、通常、上限電圧E1が設定されている。しかし、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリは、その上限電圧E1を超えても、異常発熱が起こらず安全である。上限電圧E1を超えた場合には、寿命が縮まるにとどまる。しかも、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリ自体に実質的に下限電圧E2はなく、0Vまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。   First, the usable voltage of the electrical storage device 7 which is an electric double layer capacitor or a nickel metal hydride battery will be described with reference to FIG. The upper limit voltage E1 is normally set for the electric double layer capacitor or the nickel metal hydride battery. However, the electric double layer capacitor or the nickel metal hydride battery is safe because no abnormal heat is generated even when the upper limit voltage E1 is exceeded. When the upper limit voltage E1 is exceeded, the lifetime is limited. In addition, the electric double layer capacitor or the nickel metal hydride battery itself has substantially no lower limit voltage E2 and can be used up to 0 V, so that strict voltage management is not necessary.

電動駆動装置2は、発電装置6又は蓄電装置7からの電力で駆動される。例えば、オペレータがコントローラ4を操作して電動駆動装置2を駆動する場合、蓄電装置7の電力と、発電装置6からの電力との少なくとも一方の電力がドライバ5を介して電動駆動装置2に供給される。発電装置6を駆動せず、蓄電装置7のみの電力で電動駆動装置2を駆動させている場合には、蓄電装置7の電圧は徐々に低下する。   The electric drive device 2 is driven by electric power from the power generation device 6 or the power storage device 7. For example, when the operator operates the controller 4 to drive the electric drive device 2, at least one of the electric power of the power storage device 7 and the electric power from the power generation device 6 is supplied to the electric drive device 2 via the driver 5. Is done. When the electric drive device 2 is driven by the electric power of only the power storage device 7 without driving the power generation device 6, the voltage of the power storage device 7 gradually decreases.

蓄電装置7の電圧が、下限電圧E2の近傍に近付くと、ドライバ5の下限電圧検出機能が蓄電装置7の電圧が下限電圧E2近傍まで低下したと検知する。電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置7は、実質的には下限電圧E2がないので、理論上は、下限電圧E2は0Vとしてもよい。   When the voltage of power storage device 7 approaches the vicinity of lower limit voltage E2, the lower limit voltage detection function of driver 5 detects that the voltage of power storage device 7 has dropped to the vicinity of lower limit voltage E2. Since the power storage device 7 made of an electric double layer capacitor or a nickel metal hydride battery has substantially no lower limit voltage E2, the lower limit voltage E2 may theoretically be 0V.

しかし、ドライバ5自体は、下限電圧検出機能を有し、蓄電装置7からの電圧が下限電圧E2以下になると、蓄電装置7からの電力供給をストップさせる。   However, the driver 5 itself has a lower limit voltage detection function, and stops the power supply from the power storage device 7 when the voltage from the power storage device 7 becomes equal to or lower than the lower limit voltage E2.

このため、実際には、蓄電装置7の電圧が0Vになるまで蓄電装置7から電力が供給され続けることはない。   Therefore, in practice, power is not continuously supplied from power storage device 7 until the voltage of power storage device 7 reaches 0V.

ドライバ5が下限電圧E2に近付いたことを検出すると、例えば、その信号をコントローラ4に伝達し、操作表示部3に表示する。それを見たオペレータが発電装置6を駆動し、発電装置6からの電力により電動駆動装置2を駆動させる。   When it is detected that the driver 5 has approached the lower limit voltage E2, for example, the signal is transmitted to the controller 4 and displayed on the operation display unit 3. The operator who sees it drives the power generation device 6 and drives the electric drive device 2 with the electric power from the power generation device 6.

又は、信号を受けたコントローラ4が、電動駆動装置2が停止しないように、自動的に発電装置6を駆動し、発電装置6からの電力により電動駆動装置2を駆動させてもよい。   Alternatively, the controller 4 that receives the signal may automatically drive the power generation device 6 so that the electric drive device 2 does not stop, and drive the electric drive device 2 with the electric power from the power generation device 6.

さらに、発電装置6からの電力を蓄電装置7に供給して充電を行うときには、発電装置6の電圧上限制御機能によって、蓄電装置7に供給する電圧の上限が上限電圧E1以下に制御される。このため、蓄電装置7が上限電圧E1を超えることはないので、その寿命が短くなることはない。   Furthermore, when charging is performed by supplying power from the power generation device 6 to the power storage device 7, the voltage upper limit control function of the power generation device 6 controls the upper limit of the voltage supplied to the power storage device 7 to be equal to or lower than the upper limit voltage E <b> 1. For this reason, since the electrical storage apparatus 7 does not exceed the upper limit voltage E1, the lifetime is not shortened.

一方、電動駆動装置2が回生制動を行う場合には、発生した電力がドライバ5を介して蓄電装置7に供給される。回生制動により発生した電圧は、ドライバ5によって上限電圧E1以下に調整された後に蓄電装置7に供給されて蓄積されるので、蓄電装置7の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。   On the other hand, when the electric drive device 2 performs regenerative braking, the generated electric power is supplied to the power storage device 7 via the driver 5. Since the voltage generated by the regenerative braking is adjusted to the upper limit voltage E1 or less by the driver 5 and then supplied to and stored in the power storage device 7, the regenerative energy is effectively stored without shortening the life of the power storage device 7. Is done.

このように、従来のような充電や放電を司るマネージメント装置110を設けなくても、蓄電装置7の上限電圧E1及び下限電圧E2の管理が可能である。   In this manner, the upper limit voltage E1 and the lower limit voltage E2 of the power storage device 7 can be managed without providing the conventional management device 110 that controls charging and discharging.

−実施形態の効果−
したがって、本実施形態にかかる蓄電装置7を用いた電動システム1によると、発電装置6の電圧上限制御機能によって、蓄電装置7に供給する上限電圧E1を制御し、ドライバ5の下限電圧検出機能を利用して蓄電装置7が下限電圧E2よりも低い電圧にならないようにしたことにより、蓄電装置7を用いた電動システム1を、充電や放電を司るマネージメント装置110を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。
-Effect of the embodiment-
Therefore, according to the electric system 1 using the power storage device 7 according to the present embodiment, the upper limit voltage E1 supplied to the power storage device 7 is controlled by the voltage upper limit control function of the power generation device 6, and the lower limit voltage detection function of the driver 5 is controlled. By utilizing the power storage device 7 so that it does not become lower than the lower limit voltage E2, the electric system 1 using the power storage device 7 does not require the management device 110 for charging and discharging, and is inexpensive and reliable. Can be high.

(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
(Other embodiments)
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.

すなわち、上記実施形態では、電力供給源は、発電装置としたが、外部電力などの電源でもよい。この場合、外部電力は通常、定格の100V〜200Vで上限電圧E1や下限電圧E2が定まっている。このため、この上限電圧E1に対応した電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置7を選択すればよい。   That is, in the above embodiment, the power supply source is the power generation device, but it may be a power source such as external power. In this case, the upper limit voltage E1 and the lower limit voltage E2 are usually determined at a rated voltage of 100V to 200V. For this reason, what is necessary is just to select the electrical storage apparatus 7 which consists of an electric double layer capacitor or nickel hydride battery corresponding to this upper limit voltage E1.

また、上記実施形態では、電動システム1は、回生制動可能としているが、必ずしも回生制動は必要ではなく、その場合には、蓄電装置7は、発電装置6又は外部電力により充電すればよい。   Moreover, in the said embodiment, although the electric system 1 can perform regenerative braking, regenerative braking is not necessarily required, and the electrical storage apparatus 7 should just be charged with the electric power generating apparatus 6 or external electric power in that case.

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。   In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or a use.

1 電動システム
2 電動駆動装置
3 操作表示部
4 コントローラ
5 ドライバ
6 発電装置
7 蓄電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric system 2 Electric drive device 3 Operation display part 4 Controller 5 Driver 6 Power generation device 7 Power storage device

Claims (4)

蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
電圧上限制御機能を有し、上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な発電装置又は電源と、
下限電圧検出機能を有し、上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記発電装置若しくは電源又は上記蓄電装置からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備えている
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
In an electric system using a power storage device having a power storage device and an electric drive device and having a function of charging the power storage device,
A power generation device or a power source having a voltage upper limit control function and capable of controlling the upper limit of the voltage supplied to the power storage device;
A power supply device or a power supply or a driver that supplies power from the power storage device to the electric drive device so that the power storage device does not have a voltage lower than the lower limit voltage. An electric system using the characteristic power storage device.
請求項1に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
In the electric system using the power storage device according to claim 1,
The electric storage system using the electric storage device, wherein the electric storage device is an electric double layer capacitor.
請求項1に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記蓄電装置は、ニッケル水素バッテリである
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
In the electric system using the power storage device according to claim 1,
The electrical storage system using the electrical storage device, wherein the electrical storage device is a nickel metal hydride battery.
請求項1乃至3のいずれか1つに記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電圧は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
In the electric system using the power storage device according to any one of claims 1 to 3,
The electric drive device is configured to be capable of regenerative braking, and a voltage generated by the electric drive device is adjusted to be lower than an upper limit voltage by the driver and supplied to the power storage device. Electric system using power storage device.
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