JP2011135686A - Device and method for controlling hybrid system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、荷役機械や建設機械のエンジンハイブリッドシステムを制御する制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for controlling an engine hybrid system of a cargo handling machine or a construction machine.
コンテナの積み下ろしなどの荷役作業を行う荷役機械は、エンジンとこれにより駆動される発電機と荷役作業用のモータとを備えており、発電機から出力される電力でモータを駆動し、荷物の積み降ろし動作(荷役動作)を行う。荷役機械において、発電機からの電力は、さらに、照明装置や運転室の空調設備などの補機にも供給される。そのため、荷役機械では、荷役動作時以外でもエンジンを動作させて、補機に発電機からの電力を供給している。 A cargo handling machine that performs cargo handling operations such as loading and unloading of containers includes an engine, a generator driven by the engine, and a motor for cargo handling work. The motor is driven by the power output from the generator to load and load the cargo. The unloading operation (loading operation) is performed. In the cargo handling machine, the electric power from the generator is further supplied to auxiliary equipment such as lighting devices and cab air conditioning equipment. Therefore, in the cargo handling machine, the engine is operated even during the cargo handling operation, and the power from the generator is supplied to the auxiliary machine.
また、ホイールローダ等の建設機械においては、建設作業はエンジンにより直接駆動される油圧ポンプで行う油圧式(油圧作業装置)とし、走行作業はエンジンにより駆動される発電機からの電力をモータに供給して行う電動式(電動走行装置)としたハイブリッドシステムが採用されている。 Also, in construction machines such as wheel loaders, construction work is hydraulic (hydraulic working device) that is performed by a hydraulic pump that is directly driven by the engine, and traveling work supplies power from the generator driven by the engine to the motor. Thus, a hybrid system that is an electric type (electric traveling device) is employed.
近年、電源として発電機のほか二次電池を備えた発電機/電池ハイブリッドシステムが開発されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In recent years, a generator / battery hybrid system including a generator and a secondary battery as a power source has been developed (see, for example,
特許文献1に開示された荷役機械は、大きな電力を必要とする巻上げ時にはエンジンを定格運転して発電機から電力供給をし、無負荷状態が続いたときには、エンジンを定格運転からアイドル(アイドリング)に切り替えて、補機への電力供給を二次電池から行う方式を取り、二次電池の電圧が所定値以下に低下すると、エンジンをアイドルから定格運転に切り替えて、発電機から補機に電力を供給している。
In the cargo handling machine disclosed in
特許文献2に開示された建設機械は、作業用モータの駆動に際して、発電機からの発電電力をベース電力とし、二次電池の電力を補助電力とした電力供給とすることで、二次電池の長寿命化、高効率化、小型化を可能としている。
The construction machine disclosed in
二次電池を蓄電装置として用いるハイブリッドシステムにおいて、二次電池はインバータの直流母線に接続されて、発電機と協動して負荷(作業用モータ等)が必要とする電力を供給している。 In a hybrid system using a secondary battery as a power storage device, the secondary battery is connected to the DC bus of the inverter and supplies power required by a load (such as a work motor) in cooperation with a generator.
ハイブリッドシステムにおいて、充放電制御装置を介して二次電池を直流母線に接続する例がある。これは、二次電池の出力電圧を負荷の運転に適合した電圧に変換して給電したり、二次電池に適合した電圧電流に変換して蓄電したりすることにより、二次電池の過放電、過充電を防止して、二次電池の過度な損耗を防止しつつ、電力の過不足を調整を可能としている。 In a hybrid system, there is an example in which a secondary battery is connected to a DC bus via a charge / discharge control device. This is because the output voltage of the secondary battery is converted to a voltage suitable for the operation of the load and supplied, or the secondary battery is over-discharged by storing it by converting it to a voltage / current suitable for the secondary battery. It is possible to adjust the excess or deficiency of power while preventing excessive charging and preventing excessive wear of the secondary battery.
従来、二次電池を蓄電装置とするハイブリッドシステムにおいて、二次電池をインバータの直流母線に直接接続した場合、二次電池の充放電が直流母線の電圧によって成り行きになるため、二次電池が過充電もしくは過放電となる可能性がある。二次電池は過充電もしくは過放電になれば、二次電池を損傷して電池寿命を著しく短くする。 Conventionally, in a hybrid system using a secondary battery as a power storage device, when the secondary battery is directly connected to the DC bus of the inverter, the secondary battery is excessively charged because the secondary battery is charged and discharged by the voltage of the DC bus. Charging or overdischarge may occur. If the secondary battery is overcharged or overdischarged, the secondary battery is damaged and the battery life is remarkably shortened.
また、充放電制御装置を介して二次電池をインバータの直流母線に接続すれば上記の過充電・過放電の問題はなくなるが、構成が複雑になるうえ、充放電制御装置は高価であり設備費用が嵩むという問題がある。 In addition, if the secondary battery is connected to the DC bus of the inverter via the charge / discharge control device, the above problems of overcharge / overdischarge are eliminated, but the configuration is complicated, and the charge / discharge control device is expensive and installed. There is a problem that costs increase.
大きな電力を必要としない補機等のみを運転する場合は、エンジンをアイドル状態にして、二次電池から電力を供給する技術が提案されている。一方、大きな電力を必要とする荷役作業中や建設作業中には、発電機を定格運転して発電機からの電力で運転される。このとき、二次電池は使用されない。荷役作業中や建設作業中に発電機と二次電池の両方が使用されない理由の一つは、二次電池の過放電を防止するためである。 In the case of operating only an auxiliary machine or the like that does not require a large amount of electric power, a technique for supplying electric power from a secondary battery with an engine in an idle state has been proposed. On the other hand, during cargo handling work or construction work that requires a large amount of power, the generator is operated at rated power and operated with power from the generator. At this time, the secondary battery is not used. One of the reasons why both the generator and the secondary battery are not used during cargo handling work or construction work is to prevent overdischarge of the secondary battery.
荷物の巻き下げ時や走行状態から減速時に作業用モータに生じる回生電力を二次電池に蓄電して、荷役作業や建設作業時の電力として使用すれば、エネルギーの有効利用を図ることができる。さらに、エンジン効率の高い定格運転時に二次電池を充電してこの電力を荷役作業等に使用すれば、燃費の節減を図ることができる。しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、荷役作業中や建設作業中に、二次電池が使用されないので、蓄電装置として二次電池が有効に利用されているとは言い難いという問題がある。 When the regenerative electric power generated in the work motor at the time of unloading the baggage or decelerating from the traveling state is stored in the secondary battery and used as the electric power during the cargo handling work or the construction work, the energy can be effectively used. Furthermore, if the secondary battery is charged during rated operation with high engine efficiency and this electric power is used for cargo handling work, fuel consumption can be reduced. However, in the conventional hybrid system, since the secondary battery is not used during the cargo handling work or the construction work, there is a problem that it is difficult to say that the secondary battery is effectively used as the power storage device.
本発明は、上記従来技術における問題を解決するものであって、その目的とするところは、荷役作業中や建設作業中においても、二次電池の過充電・過放電を行うことなく、二次電池の電力を有効に利用することを可能にするハイブリッドシステムからなる荷役機械もしくは建設機械の制御装置及び制御方法を提供することにある。併せて、燃料消費量の少ない荷役機械や建設機械のハイブリッドシステムの制御装置及び制御方法を提供するものである。 The present invention solves the above-described problems in the prior art, and the object of the present invention is to provide a secondary battery without overcharging / discharging the secondary battery even during cargo handling work or construction work. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method for a cargo handling machine or a construction machine including a hybrid system that enables effective use of battery power. In addition, the present invention provides a control device and a control method for a hybrid system of a cargo handling machine and a construction machine with low fuel consumption.
本発明は、エンジンと二次電池を備えたハイブリッドシステムの制御装置であって、 前記ハイブリッドシステムは、作業用のモータと、二次電池と、エンジンからの動力により発電する発電機と、前記発電機の発電電圧を調整するAVRと、直流母線に前記二次電池が接続され、前記発電機及び/又は前記二次電池から供給される電力から前記モータを駆動するための電力変換を行うインバータと、を備えており、前記制御装置は、前記モータの駆動中に、前記AVRの電圧設定値を加減することにより前記発電機と前記二次電池との負荷分担の調節を可能としたことを特徴とする(請求項1)。本発明のハイブリッドシステムの制御装置は、図2に示すパワーフロー制御装置7である。
The present invention is a control device for a hybrid system including an engine and a secondary battery, wherein the hybrid system includes a work motor, a secondary battery, a generator that generates power by power from the engine, and the power generation An AVR that adjusts the power generation voltage of the machine, and an inverter that performs power conversion for driving the motor from the power supplied from the generator and / or the secondary battery, with the secondary battery connected to a DC bus. The control device is capable of adjusting the load sharing between the generator and the secondary battery by adjusting the voltage setting value of the AVR during driving of the motor. (Claim 1). The control device of the hybrid system of the present invention is a power
この構成によれば、エンジンはガソリンエンジンやガスエンジン等の内燃機関であってもよく、好ましくはディーゼルエンジンである。エンジンの出力軸と発電機の駆動軸はカップリングを介して接続されていて、エンジン発電機を構成する。 According to this configuration, the engine may be an internal combustion engine such as a gasoline engine or a gas engine, and is preferably a diesel engine. The output shaft of the engine and the drive shaft of the generator are connected via a coupling to constitute an engine generator.
また、この構成によれば、二次電池は直流母線に、充放電制御装置等の装置であって二次電池の電圧を調節する装置を介さずに、直接に接続されてもよい。
AVRは発電機の励磁の強さを調節することにより発電機の発生電圧(発電機電圧)を制御することを可能にする制御装置である。したがって、「AVRの電圧設定値」のことを、「発電機電圧指令」と称されることもある。
Further, according to this configuration, the secondary battery may be directly connected to the DC bus without using a device such as a charge / discharge control device that adjusts the voltage of the secondary battery.
The AVR is a control device that makes it possible to control the generated voltage (generator voltage) of the generator by adjusting the intensity of excitation of the generator. Therefore, the “AVR voltage setting value” may be referred to as a “generator voltage command”.
発電機電圧が変われば、発電機と二次電池は直流母線を介して接続されているので、発電機と二次電池の負荷分担の割合が変わる。 If the generator voltage changes, since the generator and the secondary battery are connected via the DC bus, the load sharing ratio between the generator and the secondary battery changes.
本発明に係るハイブリッドシステムは、二次電池のSOC(State of Charge)を算出する電池モニタをさらに備えてもよい。このとき、電池モニタにより算出される二次電池のSOCの値に応じて、AVRの電圧設定値を設定してもよい(請求項2)。 The hybrid system according to the present invention may further include a battery monitor that calculates a state of charge (SOC) of the secondary battery. At this time, the voltage setting value of AVR may be set according to the SOC value of the secondary battery calculated by the battery monitor.
また、前記ハイブリッドシステムは、二次電池の端子電圧を測定する電圧計をさらに備えており、電圧計の測定値に応じて、AVRの電圧設定値を設定してもよい(請求項3)。 The hybrid system may further include a voltmeter for measuring a terminal voltage of the secondary battery, and the AVR voltage set value may be set according to a measured value of the voltmeter.
AVRの電圧設定値があらかじめ定めた設定値以下となった場合に、エンジンの回転数を定格回転からアイドル回転に切り替えてもよい(請求項4)。 When the voltage setting value of the AVR is equal to or less than a predetermined setting value, the engine speed may be switched from the rated speed to the idle speed.
この構成によれば、AVRの電圧設定値があらかじめ定めた設定値以下となると、エンジン調速機の設定を下げてエンジンをアイドル状態にして、不要な燃料の消費を抑えることが可能となる。また、発電機電圧が所定値を下回り小さくなると、発電機出力が不安定になるので、これを防止する上でもアイドル状態にする意味がある。 According to this configuration, when the voltage setting value of AVR is equal to or less than a predetermined setting value, the setting of the engine governor is lowered to put the engine in an idle state, and unnecessary fuel consumption can be suppressed. Further, when the generator voltage becomes lower than a predetermined value, the generator output becomes unstable. Therefore, it is meaningful to set the idle state to prevent this.
AVRの電圧設定値の値に関わらず、エンジン発電機の出力が小さくなったときに、エンジンの回転数を定格回転からアイドル回転に切り替えてもよい。このようなエンジン発電機の負荷としては、例えば30%Lが考えられるが、20%Lであってもよい。 Regardless of the value of the voltage setting value of AVR, when the output of the engine generator decreases, the engine speed may be switched from the rated speed to the idle speed. As a load of such an engine generator, for example, 30% L can be considered, but it may be 20% L.
さらには、二次電池の電圧があらかじめ定めた値以上になったときに、エンジン回転数を定格回転からアイドル回転に切り替えてもよい。この場合は、二次電池に蓄電された電力を積極的に使用することにより燃料消費量を抑えることが可能となる。 Furthermore, the engine speed may be switched from the rated speed to the idle speed when the voltage of the secondary battery becomes equal to or higher than a predetermined value. In this case, fuel consumption can be suppressed by positively using the power stored in the secondary battery.
本発明に係るハイブリッドシステムが、荷役機械のハイブリッドシステムの制御装置であってもよい(請求項5)。 The hybrid system according to the present invention may be a control device for a hybrid system of a cargo handling machine (claim 5).
この場合、作業用のモータは、荷役機械において荷物を上昇させるための巻き上げ用モータであってもよく(請求項6)、さらには、荷役機械を走行させるための走行用モータであってもよく(請求項7)、荷物を横行させるための横行用モータであってもよい(請求項8)。 In this case, the working motor may be a hoisting motor for raising the load in the cargo handling machine (Claim 6), or may be a traveling motor for running the cargo handling machine. (Claim 7) A traversing motor for traversing a load may be used (claim 8).
この構成によれば、荷役機械は港湾施設で使用されるクレーン、好ましくは自走式のトランスファークレーンであるとよい。 According to this configuration, the cargo handling machine may be a crane used in a port facility, preferably a self-propelled transfer crane.
本発明に係るハイブリッドシステムが、建設機械のハイブリッドシステムであってもよい(請求項9)。この場合、作業用のモータは、建設機械において油圧ポンプを駆動するためのポンプ駆動モータであってもよく(請求項10)、建設機械を走行させるための走行用モータであってもよい(請求項11)。 The hybrid system according to the present invention may be a hybrid system of a construction machine (claim 9). In this case, the working motor may be a pump drive motor for driving the hydraulic pump in the construction machine (claim 10), or may be a traveling motor for running the construction machine (claim). Item 11).
この構成によれば、建設機械はホイールローダであってもよい。 According to this configuration, the construction machine may be a wheel loader.
荷役機械もしくは建設機械の作業用モータの回生電力により二次電池を充電してもよい(請求項12)。 The secondary battery may be charged by regenerative electric power of a work motor for a cargo handling machine or a construction machine (claim 12).
この構成によれば、インバータは好ましくは回生能力を有しており、荷役機械の巻き上げモータもしくは建設機械の走行用モータからの回生電力は直流母線を介して二次電池に有効に蓄電されるので、エネルギーの無駄を防ぐことが可能となる。特に、荷役機械の巻き上げ用モータや建設機械の走行用モータは大容量なので、巻き下げ時もしくは減速時には大きな回生電力を回収することできる。 According to this configuration, the inverter preferably has regenerative capability, and regenerative power from the hoisting motor of the cargo handling machine or the traveling motor of the construction machine is effectively stored in the secondary battery via the DC bus. It becomes possible to prevent waste of energy. In particular, since the hoisting motor of the cargo handling machine and the traveling motor of the construction machine have a large capacity, a large regenerative electric power can be recovered at the time of lowering or decelerating.
上記二次電池は、いわゆる蓄電機能を備えた蓄電設備であってもよい。好ましくは、上記二次電池は、積層型ニッケル水素電池であるとよい(請求項13)。 The secondary battery may be a power storage facility having a so-called power storage function. Preferably, the secondary battery is a stacked nickel-metal hydride battery.
本発明はハイブリッドシステムの制御方法であって、ハイブリッドシステムは、作業用のモータと、二次電池と、エンジンからの動力により発電する発電機と、発電機の発電電圧を調整するAVRと、直流母線に二次電池が接続され、発電機及び/又は二次電池から供給される電力からモータを駆動するための電力変換を行うインバータとを備えており、制御方法は、モータの駆動中、発電機と二次電池との負荷分担の調節を行うためにAVRの電圧設定値を変更するステップ、を含むことを特徴とする(請求項14)。 The present invention relates to a control method for a hybrid system, which includes a work motor, a secondary battery, a generator that generates electric power by power from an engine, an AVR that adjusts the generated voltage of the generator, and a direct current. A secondary battery is connected to the bus, and an inverter that performs power conversion for driving the motor from the power supplied from the generator and / or the secondary battery is provided. Changing the voltage setting value of the AVR in order to adjust the load sharing between the battery and the secondary battery (claim 14).
さらに本発明に係る制御方法は、二次電池のSOC(State of Charge)を算出するステップを備えており、SOC計算ステップで算出される二次電池のSOCの値に応じてAVRの電圧設定値を設定するステップを備えていてもよい(請求項15)。 Furthermore, the control method according to the present invention includes a step of calculating a SOC (State of Charge) of the secondary battery, and a voltage setting value of the AVR according to the SOC value of the secondary battery calculated in the SOC calculation step. May be provided (claim 15).
またAVRの電圧設定値があらかじめ定めた設定値以下となったときに、エンジンの回転数を定格回転からアイドル回転に切り替えるステップを備えていてもよい(請求項16)。 Further, a step of switching the engine speed from the rated speed to the idle speed when the voltage setting value of the AVR becomes equal to or lower than a predetermined setting value may be provided.
本発明によれば、作業用モータを駆動するのに必要な電力は、エンジンと二次電池の両方から供給され、両者間で適切な負荷分担を行うことが可能となる。この結果、二次電池が過放電となることがなく、蓄電装置としての二次電池の損傷を未然に防ぐことができ、電池寿命の延命化に寄与できる。 According to the present invention, the electric power required to drive the working motor is supplied from both the engine and the secondary battery, and appropriate load sharing can be performed between the two. As a result, the secondary battery is not overdischarged, and the secondary battery as the power storage device can be prevented from being damaged, which can contribute to the extension of the battery life.
さらには、ハイブリッドシステムを運転するのに必要な電力が小さくなったときは、エンジンをアイドル回転に切り替えることにより、エンジンをアイドル状態にして、余分な燃料の消費を防止して、エンジンの燃料消費量を低減に寄与できる。 Furthermore, when the power required to operate the hybrid system is reduced, the engine is idled by switching the engine to idle rotation, thereby preventing excessive fuel consumption and engine fuel consumption. The amount can be reduced.
二次電池に蓄えられた電力は、荷役機械の巻き下げ時や建設機械の減速時に回収した回生電力とエンジン定格運転時に蓄電した電力であり、いずれも経済的な方法で蓄電した電力であるところ、荷役作業や建設作業時に、エンジンと二次電池の両方から電力の供給を可能としたので、二次電池の安価な電力の有効活用を図ることが可能となり、この結果、ハイブリッドシステムの燃料消費を節減することが可能となる。 The power stored in the secondary battery is the regenerative power collected when the cargo handling machine is lowered or the construction machine is decelerated, and the power stored during engine rated operation, both of which are stored in an economical manner In addition, since it is possible to supply power from both the engine and the secondary battery during cargo handling work and construction work, it is possible to effectively use the inexpensive power of the secondary battery, resulting in the fuel consumption of the hybrid system. Can be saved.
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
以下に示す本発明の実施形態は、エンジン発電機と、インバータの直流母線に接続された二次電池と、を備えたハイブリッドシステムの制御において、エンジン発電機と二次電池の負荷分担を適切に行うことにより、二次電池の過充電や過放電を防ぐことにより電池寿命の延命を図り、合わせて回生電力を有効に利用し、二次電池の充電量が多いときに、エンジンをアイドル状態にして、電池のみから補機やモータに電力を供給する。これにより、エンジンの燃費が良くなるという効果が得られる。 The embodiment of the present invention described below appropriately controls the load sharing between the engine generator and the secondary battery in the control of a hybrid system including the engine generator and the secondary battery connected to the DC bus of the inverter. By doing so, the battery life is prolonged by preventing overcharge and overdischarge of the secondary battery, and the regenerative power is used effectively, and when the charge of the secondary battery is large, the engine is put in an idle state. Then, power is supplied only to the battery from the battery to the auxiliary equipment and motor. Thereby, the effect that the fuel consumption of the engine is improved is obtained.
1. 荷役機械の構成
図1に、本発明の実施形態の制御装置を含むハイブリッドシステムを荷役機械に適用した場合について、その荷役機械の外観を概略的に示す。本実施形態の荷役機械100は、港湾等の荷役作業に使用されるクレーン装置の一つであるゴムタイヤ式トランスファークレーン(RTG:Rubber Tired Gantry crane)である。
1. FIG. 1 schematically shows an appearance of a cargo handling machine when a hybrid system including a control device according to an embodiment of the present invention is applied to the cargo handling machine. The
荷役機械100は、コンテナ101を吊り上げるスプレッダ103と、巻き上げ及び巻き下げによりスプレッダ103を上昇及び下降させるワイヤーロープ109と、スプレッダ103を横行させるためのトラバーサ105と、前後の方向に走行が可能なタイヤ107と、を有する。
The
荷役機械100は、コンテナ101をスプレッダ103で吊り上げ、スプレッダ103に取り付けられたワイヤーロープ109を巻き上げてスプレッダ103を上昇させ、トラバーサ105を所望の位置まで横行させた後、ワイヤーロープ109を巻き下げてスプレッダ103を下降させることにより、コンテナ101の積み下ろしを行う。また、荷役機械100は、タイヤ107による走行によって、任意の位置に移動することができる。
The
図2に、本発明にかかる荷役機械100のシステム構成をブロック図で示す。荷役機械100は、交流電力を出力するエンジン発電機13と、エンジン発電機13を制御するパワーフロー制御装置7と、エンジン発電機13に接続されたインバータ3と、インバータ3から出力される電力により駆動するモータ4と、インバータ3に運転指令を出力する運転指令部8と、を有する。
FIG. 2 is a block diagram showing the system configuration of the
エンジン発電機13は、エンジン11とエンジン11に接続された発電機12とにより構成される。本実施形態において、エンジン11は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン11が定格回転しているとき発電機12は動作して発電し、エンジン11がアイドルのとき発電機12は電力の発生を停止する。
The engine generator 13 includes an
パワーフロー制御装置7は、エンジン制御装置1を介してエンジン11の負荷を調節して、エンジン11の回転数を制御し、さらには、AVR2を介して発電機12の励磁を調節することにより発電機電圧を制御する。
The power
インバータ3は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部31と、直流電力を交流電力に変換するインバータ部32と、を有する。インバータ3は、運転指令部8から出力される運転指令に従って、コンバータ部31及びインバータ部32を制御し、モータ4に電力を供給する。
The
モータ4は、図1に示すワイヤーロープ109の巻き上げを行うための巻き上げ用モータである。運転指令部8は、荷役機械100の運転室などに設けられる。運転指令部8は、操作員から指示された運転指令をインバータ3に出力する。運転指令は、巻き上げ及び巻き下げ指令を含む。
The motor 4 is a winding motor for winding the
荷役機械100は、さらに、インバータ3のコンバータ部31とインバータ部32との間の直流母線14に直結された二次電池5と、二次電池5の充電状態(SOC:State Of Charge)を算出する電池モニタ6と、運転指令と二次電池5のSOCに基づいて、エンジン発電機13を制御するパワーフロー制御装置7と、を有する。
The
本実施形態において、二次電池5はニッケル水素単電池を直列に積層した積層型ニッケル水素電池である。具体的には、ニッケル水素電池は、対向して設けられた一対の板状の集電体の間に、セパレータによって仕切られた正極セルと負極セルとを有する複数の単位電池が、互いに隣り合う一方の前記単位電池の正極セルと他方の前記単位電池の負極セルとが対向するように積層されてなる電池モジュールである。
In the present embodiment, the
ニッケル水素電池の特性については後述するが、ニッケル水素電池は、SOC(state of charge)の変動による電圧変動が小さいという特性を有しているため、直流母線14に直結することができる。二次電池の出力電圧は、単位電池の積層数によって調整することができる。ニッケル水素電池の場合は、1.2V単位の小さな単位で二次電池の出力電圧を調整することができる。 Although the characteristics of the nickel metal hydride battery will be described later, the nickel metal hydride battery has a characteristic that the voltage fluctuation due to the fluctuation of the SOC (state of charge) is small, and can be directly connected to the DC bus 14. The output voltage of the secondary battery can be adjusted by the number of unit batteries stacked. In the case of a nickel metal hydride battery, the output voltage of the secondary battery can be adjusted by a small unit of 1.2V.
パワーフロー制御装置7は、運転指令部8からインバータ3に出力される運転指令と電池モニタ6により算出される二次電池5のSOCに基づいて、エンジン11にエンジン回転数指令を出力するとともに発電機12に発電機電圧指令を出力する。エンジン回転指令は、定格回転数を指示する定格回転指令と、定格回転数より低い回転数であるアイドルを指示するアイドル指令を含む。
The power
また、荷役機械100は、インバータ3のコンバータ部31とインバータ部32との間の直流母線14に接続されたDC/ACコンバータ9と、DC/ACコンバータ9に接続された補機10とを備える。補機10は、荷役動作時だけでなく、荷役動作時以外においても電力を必要とするものであって、例えば、荷役機械100に設けられた照明装置や運転室の空調設備、油圧ユニット(油圧ポンプ等)などである。
The
2. 荷役機械の動作
荷役機械100の動作について、巻き上げを指示する運転指令が入力されたときを例にして説明する。図3に、巻き上げを開始するときのパワーフロー制御装置7を中心とするハイブリッドシステムの制御装置における制御動作をフローチャートで示す。巻き上げが開始される前、パワーフロー制御装置7は通常、エンジン回転数指令としてアイドル指令を出力している。そしてエンジン11は、アイドル指令に従って、アイドル状態になっている。このとき、発電機12の発電電力はゼロである。発電機電圧指令は所定の値(SV0)が設定されている(S300)。
2. Operation of the cargo handling machine The operation of the
操作員が巻き上げ指令を運転指令部8に入力すると、運転指令部8は巻き上げ指令を出力する。パワーフロー制御装置7は、運転指令部8からの巻き上げ指令を入力したかどうかを判断する(S301)。巻き上げ指令が入力されると、パワーフロー装置7は、エンジン回転数指令をアイドル指令から定格回転指令に切り替え、定格回転指令をエンジン制御装置1に出力する(S302)。次に、電池モニタ6は、二次電池の電圧、電流、温度の計測値を読み込み(S303)、これら計測値からSOCの計算を行い(S304)、SOCの計算結果をパワーフロー装置7に出力する。パワーフロー制御装置7は、電池モニタ6が算出した二次電池5のSOCを入力として、二次電池5のSOCの値が所定値以上かどうかを判断する(S305)。
When the operator inputs a winding command to the operation command unit 8, the operation command unit 8 outputs the winding command. The power
二次電池5のSOCが所定値未満であれば(S305で<α)、パワーフロー制御装置7は、発電機電圧の設定値を上げる(S306)。すなわち、
If the SOC of the
(数1)
SVn=SV0 + ΔSV
ここに、SV0は発電機電圧設定の基準値、SVnは新しい発電機電圧設定、ΔSVは発電機電圧設定の修正量である。
(Equation 1)
SVn = SV 0 + ΔSV
Here, SV 0 is a reference value for the generator voltage setting, SVn is a new generator voltage setting, and ΔSV is a correction amount for the generator voltage setting.
二次電池5のSOCが所定値よりも大きければ(S305で>α)、パワーフロー制御装置7は、発電機電圧の設定値を下げる(S308)。すなわち、
If the SOC of the
(数2)
SVn=SV0 − ΔSV
発電機電圧設定(SVn)の別な定め方として、(数式1)の代わりに下記の(数式3)を用い、(数式2)の代わりに下記の(数式4)を用いて、適切な制御効果待ち時間毎に、(S303)〜(S309)を繰り返してもよい。すなわち、
(Equation 2)
SVn = SV 0 −ΔSV
As another method of determining the generator voltage setting (SVn), the following (Formula 3) is used instead of (Formula 1), and the following (Formula 4) is used instead of (Formula 2). You may repeat (S303)-(S309) for every effect waiting time. That is,
(数3)
SVn=SVn−1 + ΔSV1
(Equation 3)
SVn = SVn−1 + ΔSV 1
(数4)
SVn=SVn−1 − ΔSV1
ここに、SVn−1は前回制御時の発電機電圧設定、SVnは今回制御時の発電機電圧設定、ΔSV1は発電機電圧設定の修正量である。
(Equation 4)
SVn = SVn−1−ΔSV 1
Here, SVn−1 is a generator voltage setting at the previous control, SVn is a generator voltage setting at the current control, and ΔSV 1 is a correction amount of the generator voltage setting.
AVR2は、パワーフロー制御装置7からの発電機電圧指令に基づき発電機電圧を上げ下げ調節する。
The
巻き上げ指令がOFFになると(S309)、パワーフロー制御装置7は、発電機電圧指令を元の所定値に戻す(S310)。これによりAVR2は発電機の発生電圧を所定の値に戻すよう発電機12を制御する。
巻き上げ指令がONになっていないときは、発電機電圧設定には所定の値が設定されている(S300)(S310)。
When the winding command is turned off (S309), the power
When the winding command is not ON, a predetermined value is set for the generator voltage setting (S300) (S310).
SOCの所定値(α)として、二次電池5を蓄電装置として使用する場合は、蓄電状態を確保するため、SOCの所定値として60%〜90%の範囲で定めることが好ましい。より好ましくは70%〜80%の範囲で定めることができる。
発電機電圧指令の修正量(ΔSV)は、固定値であるところ、SOCの値に応じて変化させてもよい。
When the
The generator voltage command correction amount (ΔSV) is a fixed value, but may be changed according to the SOC value.
本実施形態において、SOCの所定値は75%であるが、好ましくは図10に示すような75%を中央値とする±5%のデッドバンド特性を持たせてもよい。デッドバンドを持たせれば、比較的滑らかな制御を実現することができる。デッドバンド幅はもっと小さくてもよい。 In the present embodiment, the predetermined value of SOC is 75%, but it may preferably have a dead band characteristic of ± 5% with 75% as the median as shown in FIG. If a dead band is provided, relatively smooth control can be realized. The dead band width may be smaller.
図10において、SOCが80%を上回れば、発電機電圧指令の基準値から固定の修正量ΔSVを引き去り、SOCが70%を下回れば、発電機電圧指令の基準値に固定の修正量ΔSVを加えて、発電機電圧指令を求める。しかるに、修正量ΔSVは固定値でなくてもよい。例えば、図11に示すようにSOCの値に応じた連続量としてもよい。 In FIG. 10, if the SOC exceeds 80%, the fixed correction amount ΔSV is subtracted from the reference value of the generator voltage command, and if the SOC is less than 70%, the fixed correction amount ΔSV is set to the reference value of the generator voltage command. In addition, a generator voltage command is obtained. However, the correction amount ΔSV may not be a fixed value. For example, as shown in FIG. 11, it is good also as a continuous quantity according to the value of SOC.
(S303)〜(S310)のステップの処理が繰り返されているとき、AVR2は、発電機電圧指令にしたがって発電機12の電圧の制御を行い、エンジン制御装置1は、定格回転指令に従って、エンジン11を定格回転させる。このとき、エンジン11に結合された発電機12は発電し、エンジン発電機1と二次電池5の両方からモータ4へ電力が供給され、巻き上げが行われる。すなわち、発電機12にて発電された交流電力はインバータ3のコンバータ部31にて直流電力に変換され、直流母線14に直流電力を出力する。二次電池5も直流母線14に接続されているので、直流母線14には発電機12からの電力と二次電池からの電力が供給可能となっている。
When the processes of steps (S303) to (S310) are repeated, the
一方、インバータ3は、運転指令部8から出力される巻き上げ指令に従って動作し、二次電池5およびコンバータ部31を介して発電機12から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータ4に供給する。このように、二次電池5および発電機12からの電力で荷物の巻き上げを行う。
On the other hand, the
ここで二次電池5と発電機12の負荷分担の状況を、図4に基づいて説明する。
Here, the state of load sharing between the
図4は、二次電池5と発電機12の電流−電圧特性を示す図であって、無負荷時の直流母線電圧が等しい場合の特性図である。二次電池5および発電機12の電流電圧特性は共に垂下特性を有していて、その傾きは、一般に二次電池5の方が大きい。
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of the
図4において、直流母線電圧がVcのとき、二次電池5はVc一定の水平線と二次電池の垂下特性との交点の電流Abを分担し、発電機12はVc一定の水平線と発電機の垂下特性との交点の電流Agを分担して、モータ4にはAb+Agの電流が供給される。母線電圧Vcが共通なので、二次電池5と発電機12の負荷分担割合はそれぞれ、
Ab/(Ab+Ag)とAg/(Ab+Ag)となる。
In FIG. 4, when the DC bus voltage is Vc, the
Ab / (Ab + Ag) and Ag / (Ab + Ag).
図5は、発電機電圧を上げた場合の二次電池5と発電機12の電流−電圧特性を示す図であって、発電機12の無負荷電圧がVuで、二次電池5の無負荷電圧がVeで示されている。
FIG. 5 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the
図5において、直流母線電圧が図4と同じVcのとき、二次電池5の分担する電流に変化はないが、発電機12の分担する電流は増加して、結局発電機12の負荷分担が増加することとなる。
In FIG. 5, when the DC bus voltage is the same Vc as in FIG. 4, there is no change in the current shared by the
これとは逆に、発電機電圧を下げた場合の二次電池5と発電機12の電流−電圧特性を図6に示す。図6において、直流母線電圧Vcが同じとき、二次電池5の分担する電流に変化はないが、発電機12の分担する電流は減少して、結局二次電池5の負荷分担が増加することとなる。
On the contrary, the current-voltage characteristics of the
直流母線電圧Vcはモータ4が必要とする電力によって定まり、共通の直流母線電圧のもと、二次電池5と発電機12の電流−電圧特性にしたがって負荷分担が定まる。
The DC bus voltage Vc is determined by the power required by the motor 4, and the load sharing is determined according to the current-voltage characteristics of the
図9に発電機11の電圧制御系統をブロック図で示す。パワーフロー制御装置7から発電機電圧の増減指令20がAVR2に送られる。AVR2において、AVR2内部に設けられた電圧設定値21と増減指令20とが加算器22において合算されて、PID制御器24に対する設定値となる。発電機11の電圧は電圧計25で検出されて、減算器23にて設定値と比較される。減算器23の出力である制御誤差は、PID制御器24で制御演算が施され、発電機11に制御演算結果を出力する。PID制御器24の出力に応じて発電機11の励磁が調節されて発電機の電圧が変わる。
FIG. 9 is a block diagram showing the voltage control system of the
図7に、エンジン11が定格回転からアイドルになる場合の制御の流れをフローチャートで示す。図7において、発電機電圧指令がチェックされて(S701)、所定値以下であれば、次に電池電圧がチェックされ(S702)、所定値以上であればエンジン11にアイドル指令を出力して(S703)、エンジン11はアイドルとなる。
FIG. 7 is a flowchart showing a control flow when the
発電機電圧指令が所定値以下でないか、電池電圧が所定値以上でなければエンジン11が定格回転を維持するようパワーフロー制御装置7はエンジン制御装置1を制御する。
このようにエンジン発電機13の停止制御を行うことにより、エンジン11の無駄な運転を省くことができる。
The power
By performing stop control of the engine generator 13 in this way, useless operation of the
図8に、エンジン11がアイドルから定格回転になる場合の制御の流れをフローチャートで示す。図8において、電池電圧がチェックされ(S801)、所定値以下であればエンジン11に定格回転指令を出力する(S803)。そうでなければ、次にSOCの値がチェックされて(S802)、所定値以下であれば、エンジン11に定格回転指令を出力する(S803)。そうすると、エンジン11は定格回転となりエンジン発電機1は発電する。
FIG. 8 is a flowchart showing the control flow when the
このようにエンジン発電機13の運転制御を行うことにより、二次電池5のSOCを適切な範囲に保つことができる。
電池電圧が所定値以下でなく、かつ、SOCの値が所定値以下でなければエンジン11がアイドルを維持するようパワーフロー制御装置7はエンジン制御装置1を制御する。
By performing the operation control of the engine generator 13 in this way, the SOC of the
The power
図12および図13に、巻き上げ及び巻き下げ動作におけるタイミングチャートを示す。図12および図13において、(a)は運転指令部8が出力する巻き上げ指令のオン/オフを示し、(b)はパワーフロー制御装置7が出力する発電機電圧指令を示し、(c)はエンジン発電機13の出力電力を示し、(d)は二次電池5の出力電力を示し、(e)は二次電池5のSOCを示している。
12 and 13 show timing charts in the winding and lowering operations. 12 and 13, (a) shows ON / OFF of the winding command output from the operation command unit 8, (b) shows the generator voltage command output from the power
図12において、巻き上げ指令が入力されるまで(時刻t0〜時刻t1)、パワーフロー制御装置7は、エンジン回転数指令として、アイドル指令をエンジン制御装置1に出力している。エンジン制御装置1は、アイドル指令に従って、エンジン11をアイドルにしているため、発電機12は発電を停止している。この間、補機10への電力供給は、二次電池5のみによって行われる。そのため、二次電池5のSOCは減少していく。
In FIG. 12, the power
時刻t1で巻き上げ指令が入力される。このときの二次電池5のSOCは60%であり、図10に示す所定の閾値(75%)を超えていないため、パワーフロー制御装置7は発電機電圧設定をΔSV(10%)だけ増加させる。これにより、エンジン発電機13の出力電圧は増加するので、発電機11の負荷分担は増加して(図4から図5に負荷分担が変わる)、発電機電力は(c)に示すように大きく増加する。荷物の巻き上げにより大きな電力を必要とするため、二次電池出力は、必要電力増加分の一部を負担して増加する。これにより、エンジン発電機1と二次電池5からの両方の電力によって巻き上げが行われる(時刻t1〜時刻t2)。二次電池出力の増加分だけ、SOCは減少してゆく。
A winding command is input at time t1. Since the SOC of the
時刻t2で巻き上げが終了すると、巻き上げ指令がオフになる。発電機電圧指令は元の値に戻り、この結果エンジン発電機13の電力と二次電池の電力も元の値に戻る。 When the winding is completed at time t2, the winding command is turned off. The generator voltage command returns to the original value, and as a result, the power of the engine generator 13 and the power of the secondary battery also return to the original values.
一方、巻き下げの指令が入力されると(時刻t2)、荷役機械100は巻き下げを開始する。巻き下げは、モータ4を駆動させず、コンテナ101の重量により行う。コンテナ101の降下に伴いモータ4が回転し、回生電力が発生する。この回生電力により、二次電池5が充電されるので、SOCの値は増加に転じる(時刻t2〜時刻t3)。回生電力によって二次電池5に蓄えられた電力は、補機10への給電と次の巻き上げ作業に利用される。
On the other hand, when a command for lowering is input (time t2), the
図13において、巻き上げ指令が入力されるまで(時刻t0〜時刻t1)の状態は同じである。 In FIG. 13, the state is the same until the winding command is input (time t0 to time t1).
時刻t1で巻き上げ指令が入力されると、このときの二次電池5のSOCは80%であり、所定の閾値(75%)を超えているため、パワーフロー制御装置7は発電機電圧設定をΔSV(10%)だけ減少させる。これにより、エンジン発電機13の出力電圧は減少するので、発電機11の負荷分担は減少するが(図4から図6に負荷分担が変わる)、荷物の巻き上げにより大きな電力を必要とするので、結果的にはエンジン発電機13の出力は増加する。一方、二次電池出力は新たな負荷分担(図6)に従って分担する負荷が定まる。これにより、エンジン発電機1と二次電池5からの両方の電力によって巻き上げが行われる(時刻t1〜時刻t2)。図12と比較して二次電池5の負荷分担が増えている分だけ、SOCの減少の程度は図12よりも大きい。
When the winding command is input at time t1, the SOC of the
時刻t2で巻き上げが終了すると、巻き上げ指令がオフになる。発電機電圧指令は元の値に戻り、この結果エンジン発電機13の電力と二次電池の電力も元の値に戻る。 When the winding is completed at time t2, the winding command is turned off. The generator voltage command returns to the original value, and as a result, the power of the engine generator 13 and the power of the secondary battery also return to the original values.
一方、巻き下げの指令が入力されると(時刻t2)、荷役機械100は巻き下げを開始する。巻き下げに伴いモータ4は回生電力を発生させる。この回生電力により、二次電池5が充電されるので、SOCの値は増加に転じる(時刻t2〜時刻t3)。
On the other hand, when a command for lowering is input (time t2), the
本発明の他の実施形態として、電池電圧の値に応じて、発電機電圧指令を調整してもよい。他の実施形態に係るハイブリッドシステムの制御装置における制御動作を図14にフローチャートで示す。電池電圧が所定値よりも小さければ(<β)発電機電圧指令を増加させ(S1405),所定の値より大きければ(>β)発電機電圧指令を減少させる(S1407)。巻き上げ指令がONになっていないときは、発電機電圧設定には所定の値が設定されている(S1410)。 As another embodiment of the present invention, the generator voltage command may be adjusted according to the value of the battery voltage. FIG. 14 is a flowchart showing a control operation in a control device of a hybrid system according to another embodiment. If the battery voltage is smaller than a predetermined value (<β), the generator voltage command is increased (S1405). If the battery voltage is larger than a predetermined value (> β), the generator voltage command is decreased (S1407). When the winding command is not ON, a predetermined value is set for the generator voltage setting (S1410).
これらSOCおよび電池電圧の所定の値(α、β)や発電機電圧設定の基準値および修正量(SV0、ΔSV)は、あらかじめ定められた値であって、例えば制御を行う計算機のメモリに保持されていてもよい。 These SOC and battery voltage predetermined values (α, β), generator voltage setting reference values and correction amounts (SV 0 , ΔSV) are predetermined values, for example, stored in a memory of a computer that performs control. It may be held.
図15及び図16は、上記の制御に基づきシミュレーション試験を行った際の試験結果を示す図である。図15は発電機電圧設定を一定にした場合の試験結果を示しており、図16は本発明よる発電機電圧設定をSOCに応じて調節した場合の試験結果を示している。試験において、定格負荷(40.6t)の巻上及び巻下と無負荷の巻上及び巻下を1時間にそれぞれ10回行なった。図15及び図16に示すように、SOCを比較すると、図15の発電機電圧設定が一定の場合は、SOCが大きく低下しているのに対して、図16の本発明の場合は、SOCの変化が小さく、所定値の近傍を保持していることが判る。この結果、本発明の方法によれば、二次電池は過充電もしくは過放電となることがないことが確認することができた。 15 and 16 are diagrams showing test results when a simulation test is performed based on the above control. FIG. 15 shows the test results when the generator voltage setting is constant, and FIG. 16 shows the test results when the generator voltage setting according to the present invention is adjusted according to the SOC. In the test, winding and unwinding of the rated load (40.6 t) and unloading and unwinding were performed 10 times each in one hour. As shown in FIGS. 15 and 16, when comparing the SOC, when the generator voltage setting of FIG. 15 is constant, the SOC greatly decreases, whereas in the case of the present invention of FIG. It can be seen that the change in is small and the vicinity of the predetermined value is maintained. As a result, according to the method of the present invention, it was confirmed that the secondary battery was not overcharged or overdischarged.
本発明の更なる他の実施形態に係るシステム構成を図17に示す。図17に示す実施形態は、建設機械のハイブリッドシステムであり、作業用モータ54は好ましくは走行用のモータである。油圧ユニットにおける油圧ポンプ駆動用のモータであってもよい。建設機械として好ましくはホイールローダがあるが、他の建設機械であってもよい。
A system configuration according to still another embodiment of the present invention is shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 17 is a hybrid system of a construction machine, and the
図17に関しては、図2に準じているので、説明を省略する。また、制御動作のフローも図3に順ずるので省略する。 Since FIG. 17 conforms to FIG. 2, the description thereof is omitted. The control operation flow is also the same as that in FIG.
図18は、各種電池等のSOC(state of charge)に対する電圧変化を示すSOC特性図である。曲線aはニッケル水素電池の電圧変化、曲線bは鉛蓄電池の電圧変化、曲線Cはリチウムイオン電池の電圧変化、曲線dは電気二重層キャパシタの電圧変化を示す。 FIG. 18 is an SOC characteristic diagram showing a voltage change with respect to SOC (state of charge) of various batteries and the like. Curve a shows the voltage change of the nickel metal hydride battery, curve b shows the voltage change of the lead acid battery, curve C shows the voltage change of the lithium ion battery, and curve d shows the voltage change of the electric double layer capacitor.
SOCの変動に対する電圧変化は、ニッケル水素電池で約0.1、鉛蓄電池で約1.5、リチウムイオン電池で約2、電気二重層キャパシタで約3になっている。つまり、同じ電圧変化とすれば、ニッケル水素電池は、鉛蓄電池の1/15に、リチウムイオン電池の1/20に、電気二重層キャパシタの1/30に小さくできる。 The voltage change with respect to the SOC fluctuation is about 0.1 for a nickel metal hydride battery, about 1.5 for a lead acid battery, about 2 for a lithium ion battery, and about 3 for an electric double layer capacitor. That is, with the same voltage change, the nickel-metal hydride battery can be reduced to 1/15 of the lead storage battery, 1/20 of the lithium ion battery, and 1/30 of the electric double layer capacitor.
図18に示すように、曲線aで示されるニッケル水素電池は、他の電池等に比較してSOCの広い範囲Sで安定した電圧特性を有する。すなわち、ニッケル水素電池は、SOCの変動に対して電池電圧の変動が小さい。これに比べて、曲線b、C、dで示される他の電池等では、SOCの変動に対して電池電圧の変動が大きい。例えば、SOCの中央値でみれば、ニッケル水素電池では、中央値の電圧をVlとし電圧変動が範囲dVl内におさまるように使用する場合、SOCのほぼ全ての範囲において使用することができ、電池容量を有効に利用することができる。これに対し、鉛蓄電池を中央値の電圧をV2とし電圧変動が範囲dV2内におさまるように使用する場合には、SOCが狭い範囲でしか使用することができず、電池容量を有効に利用できない。同様に、リチウムイオン電池を中央値の電圧をV3とし電圧変動が範囲dV3内におさまるように使用する場合には、SOCが狭い範囲でしか使用することができず、電池容量を有効に利用できない。ここで、電圧変動範囲の大きさは電圧の中央値で正規化して、dVl/Vl=dV2/V2=dV3/V3とする。 As shown in FIG. 18, the nickel metal hydride battery indicated by curve a has stable voltage characteristics over a wide range S of SOC compared to other batteries and the like. That is, the nickel-metal hydride battery has a small battery voltage fluctuation with respect to the SOC fluctuation. Compared with this, in other batteries indicated by curves b, C, d, the battery voltage varies greatly with respect to the SOC. For example, in terms of the median SOC, nickel metal hydride batteries can be used in almost all ranges of SOC when the median voltage is Vl and the voltage fluctuation is within the range dVl. The capacity can be used effectively. On the other hand, when the lead-acid battery is used so that the median voltage is V2 and the voltage fluctuation falls within the range dV2, the SOC can be used only in a narrow range, and the battery capacity cannot be used effectively. . Similarly, when a lithium-ion battery is used so that the median voltage is V3 and the voltage fluctuation falls within the range dV3, the battery can be used only in a narrow range and the battery capacity cannot be used effectively. . Here, the magnitude of the voltage fluctuation range is normalized by the median value of the voltage, and dVl / Vl = dV2 / V2 = dV3 / V3.
したがって、二次電池5を、図2のように直流母線14に直結した場合、二次電池5の充放電が繰り返されることによりその充電状態(SOC)が変動しても電池電圧の変動を非常に小さく抑えることができるので、電池容量を有効に利用することができる。
Therefore, when the
3. まとめ
以上のように、本実施形態によれば、二次電池5のSOCの値に応じて、エンジン発電機13と二次電池5の負荷分担を調整することができるので、インバータ3の直流母線14に接続された二次電池5はそのSOCを適切な範囲に調整することが可能となり、二次電池5の過放電、過放電を防止でき。電池寿命の延命化を図ることが可能となる。また、回生電力を二次電池5に蓄電して有効に利用することができるので、間接的にエンジン発電機13の燃費が向上する。
3. Summary As described above, according to the present embodiment, since the load sharing between the engine generator 13 and the
ニッケル水素電池は、内部抵抗が小さく、かつSOC(state of charge)の変動による電圧変動が小さく電池容量を有効利用できるため、他の二次電池に比べて小容量の電池を用いることができ、大きな設置場所を必要としない。また、二次電池5として、SOCによる電池起電力の変化が小さいニッケル水素電池を使用することにより、二次電池5をインバータの直流母線に直接接続することが可能となるため、二次電池5と直流母線との間に従来技術で必要であった、二次電池5の充放電を制御する充放電制御装置が不要となる。本実施形態によれば、充放電制御装置を用いないため、充放電制御装置の設置スペースが不要となる。また、高価な充放電制御装置を用いないため、装置全体として安価になる。
Nickel metal hydride batteries have low internal resistance, and voltage fluctuations due to fluctuations in SOC (state of charge) are small and battery capacity can be used effectively. Therefore, batteries with smaller capacities than other secondary batteries can be used. Does not require a large installation site. Moreover, since the
二次電池5を直流母線14に直接接続すると、二次電池5への充放電が、二次電池5の起電力とインバータ3の直流母線14の電圧との差によって決まるため、二次電池5が過充電又は過放電になる場合がある。しかし、本実施形態によれば、運転指令が入力されたとき、電池モニタ6により算出される二次電池5のSOCに基づいて、エンジン発電機13と二次電池5とが適切に負荷分担を行なうことができるので、二次電池5の過放電を防ぐことができる。
When the
本発明の方法によれば、エンジン発電機1と二次電池5による巻き上げ時の負荷分担はそれぞれの電圧によって適切に決まるので、回生によって二次電池5に蓄積された電力をエンジンアイドル時の補機10への給電に十分に使用することができる。この結果、燃費の悪い低負荷でのエンジンの運転を防止することができ、全体として燃費の向上をはかることができる。
According to the method of the present invention, the load sharing at the time of winding by the
4.変形例
なお、本実施形態においては、モータ4が巻き上げ用モータである場合について説明したが、モータ4は、トラバーサ105を横行させるための横行用モータ、又はタイヤ107を走行させるための走行用モータであってもよい。この場合であっても、本実施形態を適用できる。すなわち、走行が行われている間及び横行が行われている間、発電機電圧設定を適切に決めることにより、エンジン発電機13と二次電池5の負荷分担を適切に行なう。これにより、二次電池5の過放電を防止することができる。さらに、走行終了時、又は横行終了時において、これら作業用モータ4からの回生電力は二次電池5に有効に蓄電することができ、燃費の節減を図ることができる。
4). In this embodiment, the case where the motor 4 is a hoisting motor has been described. However, the motor 4 is a traversing motor for traversing the
なお、二次電池5は、ニッケル水素電池以外の蓄電設備であってもよい。例えば、二次電池5は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタであってもよい。この場合、電池もしくはキャパシタなどの蓄電設備の間には、充放電制御装置を配して、電池等の電圧を適宜、昇降圧して、直流母線に接続してもよい。この場合であっても、本願発明の所定の効果を得ることができる。
The
また、荷役機械100は、RTGの他、ガントリークレーン、ジブクレーン等であってもよい。
Moreover, the
本発明の制御装置及び制御方法によれば二次電池の過充電および過放電を防止できるという効果を有し、荷役機械や建設機械に有用である。 According to the control device and the control method of the present invention, the secondary battery can be prevented from being overcharged and overdischarged, which is useful for a cargo handling machine and a construction machine.
1、51 エンジン制御装置
2、52 AVR
3、53 インバータ
4、54 モータ
5、55 二次電池
6、56 電池モニタ
7、57 パワーフロー制御装置
8、58 運転指令部
9、59 DC/ACコンバータ
10、60 補機
11、61 エンジン
12、62 発電機
13、63 エンジン発電機
14、64 直流母線
31、81 コンバータ部
32、82 インバータ部
100 荷役機械
101 コンテナ
103 スプレッダ
105 トラバーサ
107 タイヤ
109 ワイヤーロープ
1, 51
3, 53
Claims (16)
前記ハイブリッドシステムは、
作業用のモータと、
二次電池と、
エンジンからの動力により発電する発電機と、
前記発電機の発電電圧を調整するAVRと、
直流母線に前記二次電池が接続され、前記発電機及び/又は前記二次電池から供給される電力から前記モータを駆動するための電力変換を行うインバータと、
を備えており、
前記制御装置は、前記モータの駆動中、前記AVRの電圧設定値を加減することにより前記発電機と前記二次電池との負荷分担の調節を可能としたことを特徴とするハイブリッドシステムの制御装置。 A control device for a hybrid system including an engine and a secondary battery,
The hybrid system
A working motor,
A secondary battery,
A generator for generating power from the engine,
AVR for adjusting the power generation voltage of the generator;
The secondary battery is connected to a DC bus, and an inverter that performs power conversion for driving the motor from the power supplied from the generator and / or the secondary battery;
With
The controller is capable of adjusting the load sharing between the generator and the secondary battery by adjusting the voltage setting value of the AVR while the motor is being driven. .
前記電池モニタにより算出される前記二次電池のSOCの値に応じて、前記AVRの電圧設定値を設定する、請求項1に記載のハイブリッドシステムの制御装置。 The hybrid system further includes a battery monitor that calculates a SOC (State of Charge) of the secondary battery,
The control device for a hybrid system according to claim 1, wherein the voltage setting value of the AVR is set according to the SOC value of the secondary battery calculated by the battery monitor.
前記電圧計の測定値に応じて、前記AVRの電圧設定値を設定する、請求項1に記載のハイブリッドシステムの制御装置。 The hybrid system further includes a voltmeter for measuring a terminal voltage of the secondary battery,
The hybrid system control device according to claim 1, wherein a voltage setting value of the AVR is set according to a measurement value of the voltmeter.
前記ハイブリッドシステムは、
作業用のモータと、
二次電池と、
エンジンからの動力により発電する発電機と、
前記発電機の発電電圧を調整するAVRと、
直流母線に前記二次電池が接続され、前記発電機及び/又は前記二次電池から供給される電力から前記モータを駆動するための電力変換を行うインバータと、
を備えており、
前記制御方法は、前記モータの駆動中、前記発電機と前記二次電池との負荷分担の調節を行うために前記AVRの電圧設定値を変更するステップ、を含むことを特徴とするハイブリッドシステムの制御方法。 A control method for a hybrid system,
The hybrid system
A working motor,
A secondary battery,
A generator for generating power from the engine,
AVR for adjusting the power generation voltage of the generator;
The secondary battery is connected to a DC bus, and an inverter that performs power conversion for driving the motor from the power supplied from the generator and / or the secondary battery;
With
The control method includes a step of changing a voltage setting value of the AVR in order to adjust a load sharing between the generator and the secondary battery during driving of the motor. Control method.
前記SOC計算ステップで算出される前記二次電池のSOCの値に応じて前記AVRの電圧設定値を設定するステップを備えた、請求項14に記載のハイブリッドシステムの制御方法。 In Claim 14, it further comprises the step of calculating the SOC (State of Charge) of the secondary battery,
The hybrid system control method according to claim 14, further comprising a step of setting a voltage setting value of the AVR in accordance with an SOC value of the secondary battery calculated in the SOC calculation step.
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