JP2011190623A - Hybrid working machine - Google Patents

Hybrid working machine Download PDF

Info

Publication number
JP2011190623A
JP2011190623A JP2010058183A JP2010058183A JP2011190623A JP 2011190623 A JP2011190623 A JP 2011190623A JP 2010058183 A JP2010058183 A JP 2010058183A JP 2010058183 A JP2010058183 A JP 2010058183A JP 2011190623 A JP2011190623 A JP 2011190623A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
motor generator
bus
battery
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010058183A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5550954B2 (en
Inventor
Shipeng Li
世鵬 李
Yuta Sugiyama
祐太 杉山
Hideaki Kanbayashi
英明 神林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2010058183A priority Critical patent/JP5550954B2/en
Publication of JP2011190623A publication Critical patent/JP2011190623A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5550954B2 publication Critical patent/JP5550954B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid working machine which controls output of a buck-boost converter so as to prevent the passage of an overcharge current or an over-discharge current, even when the plurality of buck-boost converters each simultaneously perform the charge or discharge of electricity into or from a capacitor. <P>SOLUTION: The hybrid working machine includes: a motor generator 12 which is connected to an engine 11; a plurality of electric motors 21 and 30 for driving an electric load; a plurality of converters 100A and 100B to which the motor generator and the electric motor are connected; the one capacitor 19 to which the plurality of converters are connected; and a control section 120 which controls the electric current charged into/discharged from the capacitor. In hybrid construction machinery, the control section 120 limits the output of the motor generator 12 or the output of the converter 100A to which the motor generator 12 is connected, so that the electric current charged into or discharged from the capacitor is prevented from exceeding a preset allowable value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、昇降圧コンバータを用いて電動機構を駆動するハイブリッド型作業機械に関する。   The present invention relates to a hybrid work machine that drives an electric mechanism using a buck-boost converter.

従来、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型作業機械が提案されている。ハイブリッド型作業機械の一例であるハイブリッド型油圧ショベルは、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備える。油圧ポンプを駆動するエンジンに変速機を介して電動発電機が接続される。電動発電機は、エンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得られた電力をバッテリに充電する。   Conventionally, there has been proposed a hybrid work machine in which a part of the drive mechanism is motorized. A hybrid hydraulic excavator, which is an example of a hybrid work machine, includes a hydraulic pump for hydraulically driving work elements such as a boom, an arm, and a bucket. A motor generator is connected to the engine that drives the hydraulic pump via a transmission. The motor generator assists driving of the engine and charges the battery with the electric power obtained by the power generation.

ハイブリッド型油圧ショベルにおいて、上部旋回体を旋回させるための旋回機構を電動とし、駆動源として旋回用電動機を用いる場合もある。旋回機構の減速時には、旋回用電動機は発電運転(回生運転)に切り替えられ、発電により得られた電力はバッテリに充電される。   In a hybrid hydraulic excavator, a turning mechanism for turning the upper turning body may be electrically operated, and a turning electric motor may be used as a drive source. At the time of deceleration of the turning mechanism, the turning electric motor is switched to the power generation operation (regenerative operation), and the electric power obtained by the power generation is charged in the battery.

ハイブリッド型油圧ショベルでは、電動発電機及び旋回用電動機等の電気負荷による電力消費と回生電力の生成が繰り返し行われる。このため、バッテリからの電力を電気負荷に供給するための電力供給部であるDCバスの電圧値は大きく変動する。DCバスにおける電圧値が大きく変動すると、電気負荷を精度よく制御できなくなるおそれがある。また、DCバスにおける電圧値が許容値を超えて大きく変動すると、バッテリや電気負荷等に過電流が流れ、バッテリや電気負荷用ドライバの損傷を引き起こすおそれがある。   In a hybrid hydraulic excavator, power consumption and generation of regenerative power by an electric load such as a motor generator and a turning electric motor are repeatedly performed. For this reason, the voltage value of the DC bus, which is a power supply unit for supplying power from the battery to the electric load, varies greatly. If the voltage value in the DC bus fluctuates greatly, the electric load may not be accurately controlled. In addition, if the voltage value in the DC bus greatly fluctuates beyond an allowable value, an overcurrent may flow through the battery, the electric load, or the like, possibly causing damage to the battery or the electric load driver.

そこで、DCバス電圧値の安定化を図ることにより、負荷の制御性のばらつきを低減し、過電流によるバッテリや電気負荷用ドライバの損傷の抑制を図ったハイブリッド型作業機械が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In view of this, a hybrid work machine has been proposed that stabilizes the DC bus voltage value, thereby reducing variations in load controllability and suppressing damage to the battery and the electric load driver due to overcurrent ( For example, see Patent Document 1.)

特許文献1に開示されたハイブリッド型作業機械は、複数の電動作業要素を駆動するための複数のインバータと、複数のインバータとの間で電力の授受を行う蓄電器と、複数のインバータに接続されたDCバスと、DCバスと蓄電器との間に配設された昇降圧コンバータとを含む。   The hybrid work machine disclosed in Patent Document 1 is connected to a plurality of inverters for driving a plurality of electric work elements, a capacitor that transfers power between the plurality of inverters, and the plurality of inverters. A DC bus, and a step-up / step-down converter disposed between the DC bus and the battery.

特開2009−191463号公報JP 2009-191463 A

特許文献1に開示されたハイブリッド型作業機械では、複数の昇降圧コンバータが一つの蓄電器(バッテリ)に接続されている。このため、異なる昇降圧コンバータが同時に蓄電器に対して電力を供給したり(充電)、あるいは異なる昇降圧コンバータに対して同時に蓄電器からの電力を供給するという状態が生じ得る。   In the hybrid work machine disclosed in Patent Document 1, a plurality of step-up / step-down converters are connected to one battery (battery). For this reason, a state in which different buck-boost converters simultaneously supply power to the capacitors (charging) or simultaneously supply power from the capacitors to different buck-boost converters may occur.

例えば、一つの電気負荷において回生電流が発生し、同時に電動発電機が発電運転を行なって発電電流が発生した場合、これらの電流の合計が蓄電器に供給されため、合計の電流値が蓄電器の充電許容電流値を超えるおそれがある。また、電気負荷において力行運転が行なわれ、同時に電動発電機がエンジンをアシストするため電動運転を行なう場合もある。このような場合、力行運転に必要な電流と電動運転に必要な電流を合計した電流を蓄電器から供給しなければならないため、合計の電流値が蓄電器の放電許容電流値を超えるおそれがある。   For example, when a regenerative current is generated in one electric load and the motor generator performs a power generation operation at the same time and a generated current is generated, the sum of these currents is supplied to the capacitor, so the total current value is the charge of the capacitor. The allowable current value may be exceeded. Further, there is a case where a power running operation is performed in an electric load and at the same time an electric operation is performed because the motor generator assists the engine. In such a case, since the current obtained by summing the current required for the power running operation and the current required for the electric operation must be supplied from the capacitor, the total current value may exceed the discharge allowable current value of the capacitor.

充電電流が充電許容電流値を超えると、蓄電器や昇降圧コンバータの部品が破損するおそれがある。また、充電電流が繰り返して充電許容電流値を超えるような場合、あるいは、放電電流が繰り返して放電許容電流値を超えるような場合、蓄電器の劣化が促進されるおそれがある。   If the charging current exceeds the charge allowable current value, the components of the battery and the buck-boost converter may be damaged. Further, when the charging current repeatedly exceeds the allowable charging current value, or when the discharging current repeatedly exceeds the allowable discharging current value, deterioration of the battery may be promoted.

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、複数の昇降圧コンバータが一つの蓄電器に接続されている場合に、昇降圧コンバータがそれぞれ同時に蓄電器の充電又は放電を行なっても、蓄電器に対して過充電電流や過放電電流が流れないように昇降圧コンバータの出力を制御することのできるハイブリッド型作業機械を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and when a plurality of buck-boost converters are connected to one capacitor, even if each of the buck-boost converters simultaneously charges or discharges the capacitor, An object of the present invention is to provide a hybrid work machine capable of controlling the output of the buck-boost converter so that no overcharge current or overdischarge current flows.

上述の目的を達成するために、本発明によれば、エンジンに連結された電動発電機と、
電気負荷を駆動する複数の電動モータと、前記電動発電機及び前記電動モータが接続された複数のコンバータと、該複数のコンバータが接続された一つの蓄電器と、該蓄電器の充放電電流を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記蓄電器への充電電流又は前記蓄電器からの放電電流が予め設定された許容値を超えないように、前記電動発電機の出力又は前記電動発電機が接続された前記コンバータの出力を制限することを特徴とするハイブリッド型建設機械が提供される。
To achieve the above object, according to the present invention, a motor generator coupled to an engine;
A plurality of electric motors for driving an electric load, a plurality of converters connected to the motor generator and the electric motor, one capacitor connected to the plurality of converters, and charge / discharge current of the capacitor A control unit, and the control unit outputs the motor generator or the motor generator so that a charging current to the capacitor or a discharging current from the capacitor does not exceed a preset allowable value. A hybrid construction machine is provided that limits the output of the connected converter.

上述のハイブリッド型建設機械において、前記制御部は、前記複数のコンバータの出力電流の合計値が前記許容値以下となるように、前記電動発電機の出力又は前記電動発電機が接続された前記コンバータの出力を制限することが好ましい。前記制御部は、前記電動発電機が接続された前記コンバータの充放電電流の上限値を低減して出力を制限することとしてもよい。   In the hybrid construction machine described above, the control unit is configured to output the motor generator or the converter to which the motor generator is connected so that a total value of output currents of the plurality of converters is equal to or less than the allowable value. Is preferably limited. The control unit may limit an output by reducing an upper limit value of a charge / discharge current of the converter to which the motor generator is connected.

上述のハイブリッド型建設機械において、前記複数のコンバータは、単一のDCバスに接続されることとしてもよい。あるいは、前記複数のコンバータは、複数のDCバスにそれぞれ接続されることとしてもよい。さらに、前記複数のコンバータのうちの一つには、電気駆動機構に用いられる前記電動モータのみが接続されることとしてもよい。また、前記複数のコンバータのうちの一つは、油圧駆動機構に用いられる前記電動モータのみが接続されることとしてもよい。   In the hybrid construction machine described above, the plurality of converters may be connected to a single DC bus. Alternatively, the plurality of converters may be connected to a plurality of DC buses, respectively. Furthermore, only the electric motor used for the electric drive mechanism may be connected to one of the plurality of converters. Further, one of the plurality of converters may be connected only to the electric motor used in the hydraulic drive mechanism.

本発明によれば、複数のコンバータによる充電電流の合計又は放電電流の合計が充電許容電流値又は放電許容電流値を超えないようにコンバータの出力を制御するため、過電流による蓄電器の損傷や劣化を抑制することができる。   According to the present invention, the converter output is controlled so that the sum of the charging currents or the discharging currents of the plurality of converters does not exceed the allowable charging current value or the allowable discharging current value. Can be suppressed.

本発明の第1実施形態による油圧ショベルの側面図である。1 is a side view of a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention. 油圧ショベルの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of a hydraulic shovel. 第1実施形態における蓄電部の回路図である。It is a circuit diagram of the electrical storage part in 1st Embodiment. バッテリの充電電流を制限した場合の充電電流の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the charging current at the time of restricting the charging current of a battery. 充電電流及び充電電流の合計値の大きさを示すグラフであり、(a)は充電電流を制限しない場合を示し、(b)は充電電流を制限する場合を示す。It is a graph which shows the magnitude | size of the total value of a charging current and a charging current, (a) shows the case where a charging current is not restrict | limited, (b) shows the case where a charging current is restrict | limited. 昇降圧コンバータの充電電流を制限する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which restrict | limits the charging current of a buck-boost converter. 図6に示す処理による充電電流制限後の電動発電機の出力指令値の算出アルゴリズムを表す図である。It is a figure showing the calculation algorithm of the output command value of the motor generator after the charging current restriction | limiting by the process shown in FIG. 昇降圧コンバータの放電電流を制限する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which restrict | limits the discharge current of a buck-boost converter. 図8に示す処理による放電電流制限後の電動発電機の出力指令値の算出アルゴリズムを表す図である。It is a figure showing the calculation algorithm of the output command value of the motor generator after the discharge current restriction | limiting by the process shown in FIG. 本発明の第2実施形態における蓄電部の回路図である。It is a circuit diagram of the electrical storage part in 2nd Embodiment of this invention. バッテリの充電電流を制限した場合の充電電流の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the charging current at the time of restricting the charging current of a battery. 充電電流及び充電電流の合計値の大きさを示すグラフであり、(a)は充電電流を制限しない場合を示し、(b)は充電電流を制限する場合を示す。It is a graph which shows the magnitude | size of the total value of a charging current and a charging current, (a) shows the case where a charging current is not restrict | limited, (b) shows the case where a charging current is restrict | limited.

まず、本発明の第1実施形態によるハイブリッド型作業機械について説明する。   First, a hybrid work machine according to a first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の第1実施形態によるハイブリッド型作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。   FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator as an example of a hybrid work machine according to a first embodiment of the present invention.

油圧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には、ブーム4、アーム5、及びバケット6と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が搭載されている。また、上部旋回体3には、操縦装置及び運転席が設けられたキャビン10及びエンジンや蓄電部等の動力源が搭載される。   An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the hydraulic excavator via a swing mechanism 2. Mounted on the upper swing body 3 are a boom 4, an arm 5, and a bucket 6, and a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 for hydraulically driving them. The upper swing body 3 is equipped with a cabin 10 provided with a control device and a driver's seat, and a power source such as an engine and a power storage unit.

図2は、油圧ショベルの全体構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力伝達ラインを太い実線、油圧ラインを一点鎖線、パイロット油圧ラインを破線、電気駆動・制御ラインを実線でそれぞれ示す。   FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the hydraulic excavator. In FIG. 2, the mechanical power transmission line is indicated by a thick solid line, the hydraulic line is indicated by a one-dot chain line, the pilot hydraulic line is indicated by a broken line, and the electric drive / control line is indicated by a solid line.

機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、ともに増速機としての変速機13の入力軸に接続されている。変速機13の出力軸には、油圧ポンプであるメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。   An engine 11 as a mechanical drive unit and a motor generator 12 as an assist drive unit are both connected to an input shaft of a transmission 13 as a speed increaser. A main pump 14 and a pilot pump 15 that are hydraulic pumps are connected to the output shaft of the transmission 13. A control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.

コントロールバルブ17は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ17には、下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、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が高圧油圧ラインを介して接続される。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続される。   The control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system. Connected to the control valve 17 are hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 via a high-pressure hydraulic line. An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 through a pilot line 25.

操作装置26には、パイロット油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及びレバー操作検出部としての圧力センサ29がそれぞれ接続される。圧力センサ29は、電気系の駆動制御を行うコントローラ120に接続されている。   A control valve 17 and a pressure sensor 29 as a lever operation detection unit are connected to the operating device 26 via pilot hydraulic lines 27 and 28, respectively. The pressure sensor 29 is connected to a controller 120 that performs drive control of the electric system.

操作装置26は、旋回用電動機21、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6を操作するための操作装置であり、ハイブリッド型建設機械の運転者によって操作される。   The operating device 26 is an operating device for operating the turning electric motor 21, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and is operated by a driver of the hybrid type construction machine.

操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を運転者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。   The operating device 26 converts the hydraulic pressure (primary hydraulic pressure) supplied through the pilot line 25 into a hydraulic pressure (secondary hydraulic pressure) corresponding to the operation amount of the driver and outputs the converted hydraulic pressure. The secondary hydraulic pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and detected by the pressure sensor 29.

操作装置26が操作されると、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17が駆動され、これにより、油圧モータ1A、1B、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に供給される油圧が制御されることによって、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6が駆動される。   When the operation device 26 is operated, the control valve 17 is driven through the hydraulic line 27, thereby controlling the hydraulic pressure supplied to the hydraulic motors 1 </ b> A, 1 </ b> B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9. Thus, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are driven.

なお、油圧ライン27は、油圧モータ1A及び1B、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の駆動に必要な油圧をコントロールバルブ17に供給する。   The hydraulic line 27 supplies hydraulic pressure necessary for driving the hydraulic motors 1 </ b> A and 1 </ b> B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 to the control valve 17.

旋回用操作検出部としての圧力センサ29は、操作装置26に対して旋回機構2を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン28内の油圧の変化として検出する。圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置26に入力される旋回機構2を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ120に入力され、旋回用電動機21の駆動制御に用いられる。また、本実施形態では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置26に入力される旋回機構2を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。   When the operation for turning the turning mechanism 2 is input to the operating device 26, the pressure sensor 29 as the turning operation detecting unit detects the operation amount as a change in the hydraulic pressure in the hydraulic line 28. The pressure sensor 29 outputs an electrical signal indicating the hydraulic pressure in the hydraulic line 28. Thereby, the operation amount for turning the turning mechanism 2 input to the operating device 26 can be accurately grasped. This electric signal is input to the controller 120 and used for driving control of the turning electric motor 21. Further, in this embodiment, an embodiment using a pressure sensor as a lever operation detection unit will be described. However, a sensor that reads an operation amount for turning the turning mechanism 2 input to the operation device 26 as it is using an electric signal is used. Also good.

エンジン11をアシストするための電動発電機12は、インバータ18を介して蓄電部50に接続される。蓄電部50は電動発電機12や他の電気負荷に対して電力を供給する電力供給部であり、電動発電機12の発電電力や他の電気負荷の回生電力を蓄積する機能も有する。   The motor generator 12 for assisting the engine 11 is connected to the power storage unit 50 via the inverter 18. The power storage unit 50 is a power supply unit that supplies power to the motor generator 12 and other electric loads, and also has a function of accumulating power generated by the motor generator 12 and regenerative power of other electric loads.

蓄電部50にはインバータ20Aを介して旋回用電動機21が電気的に接続される。旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回変速機24が接続される。   The power storage unit 50 is electrically connected to the turning electric motor 21 via the inverter 20A. A resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning transmission 24 are connected to the rotating shaft 21 </ b> A of the turning electric motor 21.

また、蓄電部50にはインバータ20Bを介して電動機30が電気的に接続されている。電動機30は、図1に示すブーム4のブーム軸に接続されており、ブーム4がブームシリンダ7によって油圧で駆動される際に発電を行うように構成されたブーム回生用の発電機である。電動機30により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ20Bを経て蓄電部50に供給される。   In addition, the electric motor 30 is electrically connected to the power storage unit 50 via the inverter 20B. The electric motor 30 is connected to the boom shaft of the boom 4 shown in FIG. 1 and is a generator for boom regeneration configured to generate electric power when the boom 4 is hydraulically driven by the boom cylinder 7. The electric power generated by the electric motor 30 is supplied to the power storage unit 50 through the inverter 20B as regenerative energy.

以上のような構成の油圧ショベルは、エンジン11、電動発電機12、旋回用電動機21、及び電動機30を動力源とするハイブリッド型作業機械である。これらの動力源は、図1に示す上部旋回体3に搭載される。   The hydraulic excavator having the above-described configuration is a hybrid work machine that uses the engine 11, the motor generator 12, the turning electric motor 21, and the electric motor 30 as power sources. These power sources are mounted on the upper swing body 3 shown in FIG.

ここで、蓄電部50について、図3を参照しながら詳細に説明する。図3は蓄電部50の回路図である。   Here, the power storage unit 50 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of the power storage unit 50.

蓄電部50は、バッテリ19と、昇降圧コンバータ100A及び100Bと、DCバス110A及び110Bとを有する。昇降圧コンバータ100A及び100Bの構成は同一であるため、ここでは昇降圧コンバータ100Aを中心に説明を行う。   The power storage unit 50 includes a battery 19, buck-boost converters 100A and 100B, and DC buses 110A and 110B. Since the configuration of the step-up / step-down converters 100A and 100B is the same, the description will focus on the step-up / step-down converter 100A.

昇降圧コンバータ100Aは、リアクトル101、昇圧用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)102A、降圧用IGBT102B、バッテリ19を接続するための電源接続端子103A、及び、負荷を接続するための出力端子104Aを備える。昇降圧コンバータ100Aの出力端子104Aと負荷との間は、DCバス110Aによって接続される。DCバス110Aに接続される電気負荷は、電動発電機12である。   The step-up / down converter 100A includes a reactor 101, a step-up IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 102A, a step-down IGBT 102B, a power supply connection terminal 103A for connecting the battery 19, and an output terminal 104A for connecting a load. The output terminal 104A of the buck-boost converter 100A and the load are connected by a DC bus 110A. The electric load connected to the DC bus 110 </ b> A is the motor generator 12.

なお、図3において、図の簡略化のためにインバータ18(図2参照)図示を省略する。また、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102BをPWM駆動する駆動制御部120A(図2参照)の図示を省略する。   In FIG. 3, the illustration of the inverter 18 (see FIG. 2) is omitted for simplification of the drawing. Also, illustration of a drive control unit 120A (see FIG. 2) that PWM-drives the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B is omitted.

昇降圧コンバータ100Aは自己診断機能を有しており、この自己診断機能は、昇降圧コンバータ100Aの電流検出部113Aが電流値を監視することによって実現される。なお、この自己診断機能は、電流検出部113Aの検出値を昇降圧コンバータ100Aが監視することによって実現されてもよい。   The buck-boost converter 100A has a self-diagnosis function, and this self-diagnosis function is realized by the current detector 113A of the buck-boost converter 100A monitoring the current value. This self-diagnosis function may be realized by the step-up / down converter 100A monitoring the detection value of the current detection unit 113A.

リアクトル101の一端は昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの中間点に接続され、他端は電源接続端子103Aに接続される。リアクトル101は、昇圧用IGBT102Aのオン/オフに伴って生じる誘導起電力をDCバス110Aに供給するために設けられている。   One end of the reactor 101 is connected to an intermediate point between the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, and the other end is connected to the power supply connection terminal 103A. Reactor 101 is provided in order to supply induced electromotive force generated when boosting IGBT 102A is turned on / off to DC bus 110A.

昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの各々は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングを行なうことができる。昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bは、コントローラ120の駆動制御部120Aからゲート端子にPWM電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bには、整流素子であるダイオード102a及び102bがそれぞれ並列に接続される。   Each of the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B is composed of a bipolar transistor in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is incorporated in the gate portion, and can perform high-power high-speed switching. The step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B are driven by applying a PWM voltage to the gate terminal from the drive control unit 120A of the controller 120. Diodes 102a and 102b, which are rectifier elements, are connected in parallel to the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, respectively.

バッテリ19は、昇降圧コンバータ100Aを介してDCバス110Aとの間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図3には蓄電器としてバッテリ19を示すが、バッテリ19の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。   The battery 19 may be a chargeable / dischargeable battery so that power can be exchanged with the DC bus 110A via the step-up / down converter 100A. 3 shows the battery 19 as a capacitor, a capacitor, a chargeable / dischargeable secondary battery, or another form of power supply capable of power transfer may be used as the capacitor instead of the battery 19. .

電源接続端子103Aは、バッテリ19が接続可能な端子であればよい。出力端子104Aは、DCバス110Aが接続可能な端子であればよい。   The power connection terminal 103A may be any terminal to which the battery 19 can be connected. The output terminal 104A may be any terminal to which the DC bus 110A can be connected.

バッテリ19には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部112A及び112Bが接続される。また、DCバス110Aには、DCバス電圧を検出するDCバス電圧検出部111Aが接続される。バッテリ電圧検出部112A及び112Bは、バッテリ19の電圧値を検出し、DCバス電圧検出部111Aは、DCバス110Aの電圧値を検出する。   Battery voltage detectors 112 </ b> A and 112 </ b> B that detect battery voltage are connected to the battery 19. In addition, a DC bus voltage detection unit 111A that detects a DC bus voltage is connected to the DC bus 110A. Battery voltage detectors 112A and 112B detect the voltage value of battery 19, and DC bus voltage detector 111A detects the voltage value of DC bus 110A.

電流検出部113Aは、昇降圧コンバータ100Aのコンバータ電流値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。   The current detection unit 113A may be any detection means capable of detecting the converter current value of the buck-boost converter 100A, and includes a current detection resistor.

昇降圧コンバータ100Bは、リアクトル101、昇圧用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)102A、降圧用IGBT102B、バッテリ19を接続するための電源接続端子103B、及び、負荷を接続するための出力端子104Bを備える。昇降圧コンバータ100Bの出力端子104Bと負荷との間は、DCバス110Bによって接続される。DCバス110Bに接続される電気負荷は、旋回用電動機21及び電動機30である。なお、図3では、図の簡略化のためにインバータ20A及びインバータ20B(図2参照)の図示を省略する。   The step-up / down converter 100B includes a reactor 101, a step-up IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 102A, a step-down IGBT 102B, a power supply connection terminal 103B for connecting the battery 19, and an output terminal 104B for connecting a load. The output terminal 104B of the buck-boost converter 100B and the load are connected by a DC bus 110B. Electric loads connected to the DC bus 110 </ b> B are the turning electric motor 21 and the electric motor 30. In FIG. 3, the illustration of the inverter 20A and the inverter 20B (see FIG. 2) is omitted for simplification of the drawing.

昇降圧コンバータ100Bは自己診断機能を有しており、この自己診断機能は、昇降圧コンバータ100Bの電流検出部113Bが電流値を監視することによって実現される。なお、この自己診断機能は、電流検出部113Bの検出値を昇降圧コンバータ100Bが監視することによって実現されてもよい。   The buck-boost converter 100B has a self-diagnosis function, and this self-diagnosis function is realized by the current detector 113B of the buck-boost converter 100B monitoring the current value. Note that this self-diagnosis function may be realized by the buck-boost converter 100B monitoring the detection value of the current detection unit 113B.

リアクトル101の一端は昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの中間点に接続され、他端は電源接続端子103Bに接続される。リアクトル101は、昇圧用IGBT102Aのオン/オフに伴って生じる誘導起電力をDCバス110Bに供給するために設けられている。   One end of the reactor 101 is connected to an intermediate point between the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, and the other end is connected to the power supply connection terminal 103B. Reactor 101 is provided to supply induced electromotive force generated when boosting IGBT 102A is turned on / off to DC bus 110B.

昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの構成は、昇降圧コンバータ100Aと同一である。バッテリ19は、昇降圧コンバータ100Bを介してDCバス110Bとの間で電力の授受を行う。電源接続端子103Bは、バッテリ19が接続可能な端子であればよい。出力端子104Bは、DCバス110Bが接続可能な端子であればよい。DCバス110Bには、DCバス電圧を検出するDCバス電圧検出部111Bが接続される。DCバス電圧検出部111Bは、DCバス110Bの電圧値を検出する。電流検出部113Bは、昇降圧コンバータ100Bのコンバータ電流値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。   The configuration of the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B is the same as that of the step-up / down converter 100A. The battery 19 exchanges power with the DC bus 110B via the step-up / down converter 100B. The power connection terminal 103B may be any terminal that can be connected to the battery 19. The output terminal 104B may be a terminal to which the DC bus 110B can be connected. A DC bus voltage detector 111B that detects a DC bus voltage is connected to the DC bus 110B. The DC bus voltage detection unit 111B detects the voltage value of the DC bus 110B. The current detection unit 113B may be any detection means capable of detecting the converter current value of the buck-boost converter 100B, and includes a current detection resistor.

以上のように、本実施形態による油圧ショベルの駆動制御装置では、エンジン11のアシスト用の電動発電機12及びブーム回生用の電動機30はDCバス110Aに接続されており、旋回用電動機21はDCバス110Aとは異なるDCバス110Bに接続されている。また、DCバス110Aは昇降圧コンバータ100Aを介してバッテリに接続され、DCバス110Bは昇降圧コンバータ100Aとは異なる昇降圧コンバータ100Bを介してバッテリ19に接続されている。   As described above, in the hydraulic shovel drive control device according to the present embodiment, the motor generator 12 for assisting the engine 11 and the motor 30 for boom regeneration are connected to the DC bus 110A, and the electric motor 21 for turning is DC It is connected to a DC bus 110B different from the bus 110A. The DC bus 110A is connected to the battery via the step-up / down converter 100A, and the DC bus 110B is connected to the battery 19 via the step-up / down converter 100B different from the step-up / down converter 100A.

したがって、油圧駆動部と協働する電動発電機12は、DCバス110Aを介して昇降圧コンバータ100Aとの間で電力の授受を行い、電気駆動部と協働する旋回用電動機21は、DCバス110Bを介して昇降圧コンバータ100Bとの間で電力の授受を行う。   Therefore, the motor generator 12 cooperating with the hydraulic drive unit transmits and receives power to and from the step-up / down converter 100A via the DC bus 110A, and the turning electric motor 21 cooperating with the electric drive unit is connected to the DC bus. Power is exchanged with the buck-boost converter 100B via 110B.

DCバス110A及び110Bには、それぞれのDCバスの電圧値(以下、DCバス電圧値と称す)を検出するためのDCバス電圧検出部111A及び111Bがそれぞれ設けられている。DCバス110A及び110Bにより検出されたDCバス電圧値は、コントローラ120に入力される。また、DCバス110A及び110Bの各々には、平滑用のコンデンサ105が一対の出力端子104A,104Bにそれぞれ並列に挿入される。平滑用のコンデンサ105は、DCバス110A,110BのDCバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。   The DC buses 110A and 110B are provided with DC bus voltage detectors 111A and 111B for detecting the voltage values of the respective DC buses (hereinafter referred to as DC bus voltage values), respectively. DC bus voltage values detected by the DC buses 110A and 110B are input to the controller 120. Further, in each of the DC buses 110A and 110B, a smoothing capacitor 105 is inserted in parallel to the pair of output terminals 104A and 104B. The smoothing capacitor 105 may be a power storage element that can smooth the DC bus voltage of the DC buses 110A and 110B.

バッテリ19には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部112A及び112Bが接続されている。バッテリ19と昇降圧コンバータ100A及び100Bの間には、昇降圧コンバータ100A及び100Bに流れるコンバータ電流値を検出するための電流検出部113A及び113Bが配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とコンバータ電流値は、コントローラ120に入力される。なお、バッテリ電流値は、電流検出部113Aと113Bでそれぞれ検出されるコンバータ電流値の和として求められる。   Battery voltage detectors 112A and 112B for detecting a battery voltage value are connected to the battery 19. Between the battery 19 and the buck-boost converters 100A and 100B, current detectors 113A and 113B for detecting a converter current value flowing in the buck-boost converters 100A and 100B are arranged. The battery voltage value and converter current value detected by these are input to the controller 120. The battery current value is obtained as the sum of the converter current values detected by current detectors 113A and 113B.

インバータ18は、上述の如く電動発電機12と昇降圧コンバータ100Aとの間に設けられ、コントローラ120からの指令に基づき、電動発電機12の運転制御を行う。これにより、インバータ18が電動発電機12の電動(アシスト)運転を制御している際には、必要な電力がバッテリ19と昇降圧コンバータ100AからDCバス110Aを介して電動発電機12に供給される。一方、インバータ18が電動発電機12の発電運転を制御している際には、電動発電機12により発電された電力はDCバス110A及び昇降圧コンバータ100Aに供給される。   The inverter 18 is provided between the motor generator 12 and the step-up / down converter 100A as described above, and controls the operation of the motor generator 12 based on a command from the controller 120. Thus, when the inverter 18 controls the electric (assist) operation of the motor generator 12, necessary power is supplied from the battery 19 and the step-up / down converter 100A to the motor generator 12 via the DC bus 110A. The On the other hand, when the inverter 18 controls the power generation operation of the motor generator 12, the electric power generated by the motor generator 12 is supplied to the DC bus 110A and the step-up / down converter 100A.

バッテリ19は、昇降圧コンバータ100Aを介してインバータ18に接続されるとともに、昇降圧コンバータ100Bを介してインバータ20A及び20Bにも接続されている。このため、電源としてのバッテリ19は、電動発電機12の電動(アシスト)運転と旋回用電動機21の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、必要な電力を供給する。また、電動発電機12が発電運転を行っている際、旋回用電動機21が回生運転を行っている際、又は、電動機30が発電運転を行っている際には、発電運転又は回生運転によって発生した回生電力はバッテリ19に蓄積される。   The battery 19 is connected to the inverter 18 via the buck-boost converter 100A, and is also connected to the inverters 20A and 20B via the buck-boost converter 100B. For this reason, the battery 19 as a power supply supplies necessary electric power when at least one of the electric driving (assist) operation of the motor generator 12 and the power running operation of the turning electric motor 21 is performed. Further, when the motor generator 12 is performing a power generation operation, when the turning motor 21 is performing a regenerative operation, or when the motor 30 is performing a power generation operation, it is generated by the power generation operation or the regenerative operation. The generated regenerative power is stored in the battery 19.

バッテリ19の充放電制御は、バッテリ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、電動機30の発電状態、及び、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、昇降圧コンバータ100A及び100Bによって行われる。この昇降圧コンバータ100A及び100Bの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧検出部111A及び111Bによって検出されるDCバス電圧値、バッテリ電圧検出部112A及び112Bによって検出されるバッテリ電圧値、及び電流検出部113A及び113Bによって検出されるコンバータ電流値に基づき、コントローラ120によって行われる。   The charge / discharge control of the battery 19 includes the charge state of the battery 19, the operation state of the motor generator 12 (electric (assist) operation or power generation operation), the power generation state of the motor 30, and the operation state of the turning motor 21 (power running operation). (Or regenerative operation) is performed by the step-up / step-down converters 100A and 100B. The switching control between the step-up / step-down converters 100A and 100B is performed by a DC bus voltage value detected by the DC bus voltage detection units 111A and 111B, a battery voltage value detected by the battery voltage detection units 112A and 112B, And the controller 120 based on the converter current value detected by the current detectors 113A and 113B.

インバータ20Aは、上述の如く旋回用電動機21と昇降圧コンバータ100Bとの間に設けられ、コントローラ120からの指令に基づき、旋回用電動機21に対して運転制御を行う。これにより、インバータ20Aが旋回用電動機21の力行運転を制御している際には、必要な電力をバッテリ19から昇降圧コンバータ100Bを介して旋回用電動機21に供給する。また、旋回用電動機21の回生運転を制御している際には、旋回用電動機21により発電された電力をDCバス110Bへ供給する。   The inverter 20A is provided between the turning electric motor 21 and the step-up / down converter 100B as described above, and controls the operation of the turning electric motor 21 based on a command from the controller 120. Thus, when the inverter 20A controls the power running operation of the turning electric motor 21, the necessary power is supplied from the battery 19 to the turning electric motor 21 via the step-up / down converter 100B. Further, when the regenerative operation of the turning electric motor 21 is controlled, the electric power generated by the turning electric motor 21 is supplied to the DC bus 110B.

インバータ20Bは、電動機30と昇降圧コンバータ100Bとの間に設けられ、電動機30の駆動制御を行う。電動機30は回生電力を発生させるための発電機として機能するモータであり、特にインバータ20Bは電動機30の発電運転を制御する。   The inverter 20B is provided between the electric motor 30 and the step-up / down converter 100B, and performs drive control of the electric motor 30. The electric motor 30 is a motor that functions as a generator for generating regenerative electric power. In particular, the inverter 20 </ b> B controls the electric power generation operation of the electric motor 30.

昇降圧コンバータ100Aは、一側がDCバス110A及びインバータ18を介して電動発電機12に接続されるとともに、他側がバッテリ19に接続されている。昇降圧コンバータ100Aは、電動発電機12の運転状態(駆動状態)に応じて、昇圧動作又は降圧動作を切り替える。   The step-up / down converter 100 </ b> A has one side connected to the motor generator 12 via the DC bus 110 </ b> A and the inverter 18, and the other side connected to the battery 19. The step-up / down converter 100 </ b> A switches between the step-up operation and the step-down operation according to the operation state (drive state) of the motor generator 12.

電動発電機12が電動(アシスト)運転を行う場合には、インバータ18を介して電動発電機12に電力を供給する必要があるため、DCバス110AのDCバス電圧値を昇圧する。一方、電動発電機12が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ18を介してバッテリ19に充電する必要があるため、DCバス110AのDCバス電圧値を降圧する。このため、昇降圧コンバータ100Aは、電動発電機12の運転状態(駆動状態)に応じて、DCバス110AのDCバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作又は降圧動作を切り替える。   When the motor generator 12 performs an electric driving (assist) operation, it is necessary to supply electric power to the motor generator 12 via the inverter 18, so that the DC bus voltage value of the DC bus 110A is boosted. On the other hand, when the motor generator 12 performs a power generation operation, it is necessary to charge the battery 19 with the generated electric power via the inverter 18, so the DC bus voltage value of the DC bus 110A is lowered. For this reason, the step-up / step-down converter 100A switches the step-up operation or the step-down operation so that the DC bus voltage value of the DC bus 110A falls within a certain range according to the operation state (drive state) of the motor generator 12.

ここで、エンジン11は一定回転数で回転しているため、電動発電機12も一定回転数で回転し、これにより、インバータ18の電圧値は一定になるように制御される。従って、電動発電機12及びインバータ18は電圧変動が少ないDCバス110Aに接続されている。このように、DCバス110Aは電圧変動が小さい駆動部と接続しているので、昇降圧コンバータ100AはDCバス110AにおけるDCバス電圧検出部111Aによって検出した電圧値が一定になるように、DCバス電圧検出部111Aとバッテリ電圧検出部112A及び112Bとの電圧値を比較し、バッテリ19との電力供給の制御を行う。   Here, since the engine 11 rotates at a constant rotational speed, the motor generator 12 also rotates at a constant rotational speed, whereby the voltage value of the inverter 18 is controlled to be constant. Therefore, the motor generator 12 and the inverter 18 are connected to the DC bus 110A with little voltage fluctuation. As described above, since the DC bus 110A is connected to the drive unit having a small voltage fluctuation, the step-up / down converter 100A is configured so that the voltage value detected by the DC bus voltage detection unit 111A in the DC bus 110A is constant. The voltage values of the voltage detector 111A and the battery voltage detectors 112A and 112B are compared, and the power supply to the battery 19 is controlled.

一方、旋回用電動機21の回転速度は、作業内容に対応したオペレータのレバー操作量に基づいて変化するので、電動発電機12に比べて大きい。このため、旋回用電動機21へ供給されるためのDCバス110Bの電圧値は、旋回用電動機21の回転速度に応じて、大きく変化することになる。従って、一定の電圧値に制御されるDCバス110Aに旋回用電動機21を接続した場合、旋回用電動機21の回転速度が高速の場合、DCバス110Aの電圧値が十分に高くないため、高速での旋回動作を行うことができなくなる。しかも、高電圧の回生電力が旋回電動機21よりDCバス110Aへ供給されると、インバータ18の損傷につながってしまう。   On the other hand, the rotational speed of the turning electric motor 21 is larger than that of the motor generator 12 because it changes based on the lever operation amount of the operator corresponding to the work content. For this reason, the voltage value of the DC bus 110 </ b> B to be supplied to the turning electric motor 21 varies greatly according to the rotation speed of the turning electric motor 21. Therefore, when the turning electric motor 21 is connected to the DC bus 110A controlled to a constant voltage value, when the rotation speed of the turning electric motor 21 is high, the voltage value of the DC bus 110A is not sufficiently high. It becomes impossible to perform the turning operation. Moreover, if high-voltage regenerative power is supplied from the swing motor 21 to the DC bus 110 </ b> A, the inverter 18 is damaged.

そこで、本実施形態では、電圧値を一定に制御するDCバス110A及び昇降圧コンバータ100Aとは別に、DCバス110B及び昇降圧コンバータ100Bを設けることで、各電動機を効率よく駆動できるようにしている。   Therefore, in the present embodiment, by providing the DC bus 110B and the buck-boost converter 100B separately from the DC bus 110A and the buck-boost converter 100A that control the voltage value to be constant, each electric motor can be driven efficiently. .

昇降圧コンバータ100Bは、一側がDCバス110Bを介して旋回用電動機21及び電動機30に接続されるとともに、他側がバッテリ19に接続されている。昇降圧コンバータ100Bは、旋回用電動機21に接続されたレゾルバ22、若しくは、電動機30のレゾルバ(図示せず)によって検出された旋回速度、若しくは、回転速度に応じたDCバス110Bの電圧値になるように昇圧動作又は降圧動作を切り替える。ここで、昇降圧コンバータ100Bは、DCバス110Bの電圧値をDCバス110Aの電圧値よりも高い値に設定する。これは、電動発電機12と旋回用電動機21の使用方法の違いによるものである。   The buck-boost converter 100B has one side connected to the turning electric motor 21 and the electric motor 30 via the DC bus 110B, and the other side connected to the battery 19. The step-up / down converter 100B has a voltage value of the DC bus 110B corresponding to the turning speed or the rotation speed detected by the resolver 22 connected to the turning electric motor 21 or the resolver (not shown) of the electric motor 30. Thus, the step-up operation or the step-down operation is switched. Here, the buck-boost converter 100B sets the voltage value of the DC bus 110B to a value higher than the voltage value of the DC bus 110A. This is due to the difference in usage of the motor generator 12 and the turning electric motor 21.

このように、昇降圧コンバータ100BがDCバス110Bの電圧値を可変制御するのは、旋回用電動機21は、駆動時における回転速度の変化が電動発電機12に比べてかなり大きいため、力行運転及び回生運転を行う際にDCバス110Bの電圧値は大きく変動するためである。なお、昇降圧動作の切替は、コントローラ120によって行われる。   As described above, the step-up / step-down converter 100B variably controls the voltage value of the DC bus 110B because the rotational speed of the turning motor 21 is considerably larger than that of the motor generator 12 during driving. This is because the voltage value of the DC bus 110B greatly fluctuates when performing regenerative operation. Note that switching of the step-up / step-down operation is performed by the controller 120.

具体的には、レゾルバ22で検出された回転速度が高速である場合には、DCバス110Bには高電圧が必要とされる。この場合、DCバス電圧検出部111Bの電圧検出値が高速での回転速度に対応した電圧値となるように、昇降圧コンバータ100Bは、DCバス電圧検出部111Bとバッテリ電圧検出部112Bとの電圧値を比較し、バッテリ19との電力供給の制御を行う。   Specifically, when the rotational speed detected by the resolver 22 is high, a high voltage is required for the DC bus 110B. In this case, the step-up / step-down converter 100B has a voltage between the DC bus voltage detection unit 111B and the battery voltage detection unit 112B so that the voltage detection value of the DC bus voltage detection unit 111B becomes a voltage value corresponding to the rotation speed at a high speed. The values are compared, and the power supply to the battery 19 is controlled.

また、レゾルバ22で検出された回転速度が低速である場合には、DCバス110Bの電圧は低い電圧で十分である。この場合、DCバス電圧が高い状態であると過電圧状態となるため、DCバス電圧検出部111Bの電圧検出値を、低速での回転速度に対応した電圧値となるように、昇降圧コンバータ100Bは、バッテリ19との電力供給の制御を行う。   Further, when the rotational speed detected by the resolver 22 is low, a low voltage is sufficient for the DC bus 110B. In this case, since the overvoltage state occurs when the DC bus voltage is high, the step-up / down converter 100B is configured so that the voltage detection value of the DC bus voltage detection unit 111B becomes a voltage value corresponding to the low-speed rotation speed. The power supply to the battery 19 is controlled.

また、上述の説明では、レゾルバ22によって検出された旋回速度に基づいてDCバス110Bの電圧値が変化するが、運転者のレバー操作量に対応した速度指令値に基づいて、DCバス110Bの電圧値を変更するようにしてもよい。電動機30のレゾルバ(図示せず)によってDCバス110Bの電圧値を変更する場合も同様である。   In the above description, the voltage value of the DC bus 110B changes based on the turning speed detected by the resolver 22, but the voltage of the DC bus 110B is changed based on the speed command value corresponding to the lever operation amount of the driver. The value may be changed. The same applies when the voltage value of the DC bus 110B is changed by a resolver (not shown) of the electric motor 30.

なお、既述のように、DCバス電圧検出部111A及びDCバス電圧検出部111Bは、DCバス110A及びDCバス110Bの電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリ電圧検出部112A及び112Bは、バッテリ19の電圧値を検出するための電圧検出部であり、電流検出部113A及び電流検出部113Bは、昇降圧コンバータ100A及び昇降圧コンバータ100Bのコンバータ電流値を検出するための電流検出部である。コンバータ電流値は、バッテリ19から昇降圧コンバータ100A及び100Bに流れる電流を正の値として検出される。   As described above, the DC bus voltage detection unit 111A and the DC bus voltage detection unit 111B are voltage detection units for detecting the voltage values of the DC bus 110A and the DC bus 110B. 112B is a voltage detection unit for detecting the voltage value of the battery 19, and the current detection unit 113A and the current detection unit 113B are current detection units for detecting the converter current values of the buck-boost converter 100A and the buck-boost converter 100B. Part. The converter current value is detected as a positive value of the current flowing from the battery 19 to the buck-boost converters 100A and 100B.

上述の昇降圧コンバータ100Aにおいて、DCバス110Aを昇圧する際には、昇圧用IGBT102Aのゲート端子にPWM電圧を印加し、降圧用IGBT102Bに並列に接続されたダイオード102bを介して、昇圧用IGBT102Aのオン/オフに伴ってリアクトル101に発生する誘導起電力がDCバス110Aに供給される。これにより、DCバス110Aが昇圧される。これは、昇降圧コンバータ100BとDCバス110Bとの関係においても同様である。   In the above-described step-up / down converter 100A, when boosting the DC bus 110A, a PWM voltage is applied to the gate terminal of the boosting IGBT 102A and the diode 102b connected in parallel to the step-down IGBT 102B is connected to the boosting IGBT 102A. The induced electromotive force generated in the reactor 101 in accordance with the on / off is supplied to the DC bus 110A. As a result, the DC bus 110A is boosted. The same applies to the relationship between the step-up / down converter 100B and the DC bus 110B.

DCバス110Aを降圧する際には、降圧用IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧を印加し、降圧用IGBT102Bを介して、電動発電機12によって発生される発電電力がDCバス110Aからバッテリ19に供給される。これにより、DCバス110Aに蓄積された電力がバッテリ19に充電され、DCバス110Aが降圧される。この降圧動作は、昇降圧コンバータ100BとDCバス110Bを介して接続された旋回用電動発電機21との間においても同様である。   When stepping down the DC bus 110A, a PWM voltage is applied to the gate terminal of the step-down IGBT 102B, and the generated power generated by the motor generator 12 is supplied from the DC bus 110A to the battery 19 via the step-down IGBT 102B. The As a result, the electric power stored in the DC bus 110A is charged in the battery 19, and the DC bus 110A is stepped down. This step-down operation is the same between the step-up / down converter 100B and the turning motor generator 21 connected via the DC bus 110B.

以上のような油圧駆動機構、電気駆動機構、及び電気制御系を有する油圧ショベルにおいて、上述のように複数のコンバータ(本実施形態では2つの昇降圧コンバータ100A,100B)が用いられた場合、複数のコンバータのそれぞれがバッテリ19の充放電を行なうこととなる。コントローラ120は、2つの昇降圧コンバータ100A,100Bの充放電電流値が予め設定された電流許容値以下となるように個別に制御する。ところが、2つの昇降圧コンバータ100A,100Bが両方とも同時にバッテリ19の充電を行なうか、あるいはバッテリ19からの放電を同時に行なうという状況が発生し得る。そのような場合には、昇降圧コンバータ100A,100Bの単独では充放電電流値が許容値以下となっていても、両方の昇降圧コンバータ100A,100Bによる充電電流の合計値又は放電電流の合計値が許容値を超えてしまうおそれがある。   In the hydraulic excavator having the hydraulic drive mechanism, the electric drive mechanism, and the electric control system as described above, when a plurality of converters (two step-up / down converters 100A and 100B in the present embodiment) are used as described above, a plurality of converters are used. Each of the converters charges and discharges the battery 19. The controller 120 individually controls the charge / discharge current values of the two step-up / down converters 100A and 100B to be equal to or less than a preset current allowable value. However, there may occur a situation in which both of the two step-up / down converters 100A and 100B charge the battery 19 at the same time or simultaneously discharge the battery 19. In such a case, even if the charging / discharging current value of the buck-boost converters 100A and 100B alone is less than the allowable value, the total value of the charging currents or the total value of the discharging currents by both the buck-boost converters 100A and 100B. May exceed the allowable value.

そこで、本実施形態では、両方の昇降圧コンバータ100A,100Bによる充電電流の合計値又は放電電流の合計値とバッテリ19の電流許容値とを比較する。そして、充電電流の合計値又は放電電流の合計値が電流許容値を超えたら、昇降圧コンバータ100A,100Bのいずれか一方の充電電流又は放電電流を制限して、合計値が電流許容値以下となるように設定する。このとき、昇降圧コンバータ100A,100Bのうち電流が制限される昇降圧コンバータは、油圧駆動部に接続されたコンバータとする。本実施形態では、油圧駆動部に接続されたコンバータは、昇降圧コンバータ100Aである。すなわち、電動発電機12は変速機13とエンジン11を介して油圧ポンプであるメインポンプ14に接続されている。また、ブーム回生用の電動機30は、ブーム4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に接続されている。したがって、電動発電機12が接続された昇降圧コンバータ100Aは、油圧駆動部に関する充放電電流を制御するコンバータである。   Therefore, in the present embodiment, the total value of the charging current or the total value of the discharging current by both the buck-boost converters 100A and 100B is compared with the current allowable value of the battery 19. When the total value of the charging current or the total value of the discharging current exceeds the allowable current value, the charging current or discharging current of either one of the buck-boost converters 100A and 100B is limited, Set as follows. At this time, the step-up / down converter whose current is limited among the step-up / down converters 100A, 100B is a converter connected to the hydraulic drive unit. In the present embodiment, the converter connected to the hydraulic drive unit is a step-up / down converter 100A. That is, the motor generator 12 is connected to the main pump 14 that is a hydraulic pump via the transmission 13 and the engine 11. Further, the boom regeneration electric motor 30 is connected to a boom cylinder 7 which is a hydraulic cylinder for driving the boom 4. Therefore, the buck-boost converter 100A to which the motor generator 12 is connected is a converter that controls the charge / discharge current relating to the hydraulic drive unit.

ここで、油圧駆動部として特に電動発電機12を選択することが好ましい。油圧駆動部に油圧を供給するメインポンプ14はエンジン11の動力で常に駆動されており、メインポンプ14の駆動力の大部分はエンジン11の出力でまかなわれている。電動発電機12は、エンジンの出力が十分でなくなったときにエンジン11をアシストするものであり、電動発電機12によるアシスト量が少なくなっても、あるいはアシストが無くなっても、油圧駆動部が駆動できないわけではない。すなわち、電動発電機12によるエンジン11のアシスト量が減ったとしても、油圧により作動する作業要素の駆動速度が若干落ちたり、作業要素の力強さが減少する程度であり、全く機能しなくなるわけではない。したがって、電動発電機12に繋がっている昇降圧コンバータ100Aの放電電流を制限しても、油圧駆動部の機能が大きく低下することは無いといえる。   Here, it is particularly preferable to select the motor generator 12 as the hydraulic drive unit. The main pump 14 that supplies hydraulic pressure to the hydraulic drive unit is always driven by the power of the engine 11, and most of the driving force of the main pump 14 is provided by the output of the engine 11. The motor generator 12 assists the engine 11 when the output of the engine becomes insufficient, and the hydraulic drive unit is driven even when the assist amount by the motor generator 12 is reduced or the assist is lost. It's not impossible. In other words, even if the assist amount of the engine 11 by the motor generator 12 is reduced, the drive speed of the work element operated by the hydraulic pressure is slightly reduced or the strength of the work element is reduced, and it does not function at all. is not. Therefore, even if the discharge current of the step-up / step-down converter 100A connected to the motor generator 12 is limited, it can be said that the function of the hydraulic drive unit does not greatly deteriorate.

一方、例えば電気駆動部である旋回用電動機21に対して電力を供給する場合は、旋回用電動機21を駆動して上部旋回体3を駆動するときである。上部旋回体3の駆動源は旋回用電動機21のみであり、旋回用電動機21に供給される電流(バッテリ19からの放電電流)の変化は、上部旋回体3の旋回運動に直接影響する。例えば、旋回用電動機21に供給する電流を制限して半減したとすると、上部旋回体3の旋回速度は著しく落ちてしまう。また、旋回用電動機21に供給する電流を停止した場合には、上部旋回体3を旋回することができなくなってしまう。   On the other hand, for example, when power is supplied to the turning electric motor 21 which is an electric drive unit, the upper turning body 3 is driven by driving the turning electric motor 21. The drive source of the upper swing body 3 is only the swing motor 21, and the change in the current supplied to the swing motor 21 (discharge current from the battery 19) directly affects the swing motion of the upper swing body 3. For example, if the current supplied to the turning electric motor 21 is limited and halved, the turning speed of the upper turning body 3 is significantly reduced. Further, when the current supplied to the turning electric motor 21 is stopped, the upper turning body 3 cannot be turned.

以上を考慮すると、電気駆動部である旋回用電動機21が接続された昇降圧コンバータ100Bにおいて放電電流を制限するよりも、油圧駆動部に係わる電動発電機12が接続された昇降圧コンバータ100Aにおいて放電電流を制限するほうが、油圧ショベルの機能を損なわずに充電電流を制限することができることがわかる。   In consideration of the above, rather than limiting the discharge current in the buck-boost converter 100B to which the turning electric motor 21 that is an electric drive unit is connected, the discharge is performed in the buck-boost converter 100A to which the motor generator 12 related to the hydraulic drive unit is connected. It can be seen that limiting the current can limit the charging current without impairing the function of the excavator.

また、電動発電機12が発電運転を行なってバッテリ19に充電電流を供給する場合には、バッテリ19の充電率が低下している場合であるが、電動発電機12の発電量を低減しても、他の電気負荷からの回生電流で充電を行なうことができ、特に問題が生じることはない。   In addition, when the motor generator 12 performs the power generation operation and supplies the charging current to the battery 19, the charging rate of the battery 19 is decreased, but the power generation amount of the motor generator 12 is reduced. However, charging can be performed with a regenerative current from another electric load, and no particular problem occurs.

一方、例えば旋回用電動機21が発電を行なう場合は、旋回用電動機21が減速するときであり、旋回用電動機21が回生ブレーキの機能を果たしていることが多い。そのような場合には、もし旋回用電動機21の発電量を制限したり、発電を停止してしまうと、回生ブレーキを利用できなくなってしまい、上部旋回体3を所望の減速度で減速することができず、旋回運動が著しく制限されてしまうおそれがある。以上を考慮すると、電気駆動部である旋回用電動機21及び電動機30に接続された昇降圧コンバータ100Bにおいて充電電流を制限するよりも、油圧駆動部に係わる電動発電機12が接続された昇降圧コンバータ100Aにおいて充電電流を制限するほうが、油圧ショベルの機能を損なわずに充電電流を制限することができる。   On the other hand, for example, when the turning motor 21 generates power, the turning motor 21 decelerates, and the turning motor 21 often functions as a regenerative brake. In such a case, if the power generation amount of the turning electric motor 21 is limited or the power generation is stopped, the regenerative brake cannot be used, and the upper turning body 3 is decelerated at a desired deceleration. Cannot be performed, and the turning motion may be significantly limited. Considering the above, the step-up / step-down converter to which the motor generator 12 related to the hydraulic drive unit is connected rather than limiting the charging current in the step-up / step-down converter 100B connected to the electric motor for turning 21 and the electric motor 30 which are electric drive units. Limiting the charging current at 100A can limit the charging current without impairing the function of the hydraulic excavator.

以上の考察に基づき、本実施形態では、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充放電電流の合計値がバッテリ19に対する電流許容値を超えた場合に、電動発電機12が接続された昇降圧コンバータ100Aの充放電電流を制限することで、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充放電電流の合計値を制限して、バッテリ19に対する実際の充放電電流を許容値以下としている。   Based on the above consideration, in this embodiment, when the total value of the charge / discharge currents of the step-up / step-down converters 100A and 100B exceeds the allowable current value for the battery 19, the step-up / down converter 100A to which the motor generator 12 is connected. By limiting the charging / discharging current, the total value of the charging / discharging currents of the step-up / down converters 100A and 100B is limited, and the actual charging / discharging current for the battery 19 is set to be equal to or less than the allowable value.

図4はバッテリ19の充電電流を制限した場合の充電電流の変化を示すグラフである。図4において、昇降圧コンバータ100Aにおける充電電流が太い一点鎖線CIAで示され、昇降圧コンバータ100Bにおける充電電流が太い二点鎖線CIBで示され、充電電流CIAと充電電流CIBの合計値CITが太い実線で示されている。充電電流CIAと充電電流CIBとの和(合計値)CITは、バッテリ19に流れる充電電流となる。   FIG. 4 is a graph showing changes in the charging current when the charging current of the battery 19 is limited. In FIG. 4, the charging current in the buck-boost converter 100A is indicated by a thick one-dot chain line CIA, the charging current in the buck-boost converter 100B is indicated by a thick two-dot chain line CIB, and the total value CIT of the charging current CIA and the charging current CIB is thick. It is shown with a solid line. The sum (total value) CIT of the charging current CIA and the charging current CIB is a charging current flowing through the battery 19.

時刻t1までは、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流CIA及びCIBの合計値はバッテリ19に対する充電電流許容値ILを超えていないので、昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAは制限されていない。時刻t1において、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流の合計値CITが充電電流許容値CILを超えたので、超えた分の電流値(CIA−CIL)が昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAから差し引かれて制限されている。このとき、昇降圧コンバータ100Bの充電電流CIBは制限されていない。超えた分の電流値(CIA−CIL)が昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAから差し引かれて制限されているため、時刻t1以降は、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流の合計値CITは、充電電流許容値CILに等しくなっており、充電電流許容値CILを超えることは無い。   Until the time t1, the total value of the charging currents CIA and CIB of the buck-boost converters 100A and 100B does not exceed the allowable charging current IL for the battery 19, and therefore the charging current CIA of the buck-boost converter 100A is not limited. At time t1, the total value CIT of the charging currents of the buck-boost converters 100A and 100B exceeds the charging current allowable value CIL, so the excess current value (CIA-CIL) is subtracted from the charging current CIA of the buck-boost converter 100A. Is limited. At this time, the charging current CIB of the buck-boost converter 100B is not limited. Since the excess current value (CIA-CIL) is subtracted from the charging current CIA of the buck-boost converter 100A and is limited, after time t1, the total value CIT of the charging currents of the buck-boost converters 100A and 100B is: It is equal to the allowable charging current value CIL, and does not exceed the allowable charging current value CIL.

なお、図4において、充電電流CIAの時刻t1以降に示された点線は、充電電流CIAを制限しないときの充電電流の合計値CITを示している。時刻t1以降に充電電流CIAを制限しないと、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流の合計値CITは、充電電流許容値CILを超えてしまうことがわかる。   In FIG. 4, the dotted line shown after time t1 of the charging current CIA indicates the total value CIT of the charging current when the charging current CIA is not limited. If the charging current CIA is not limited after the time t1, it is understood that the total charging current CIT of the buck-boost converters 100A and 100B exceeds the charging current allowable value CIL.

図5は充電電流CIA,CIB及び合計値CITの大きさを示すグラフであり、(a)は充電電流CIAを制限しない場合を示し、(b)は充電電流CIAを制限する場合を示している。図5(b)に示すように、本実施形態による電流制限を行なうことで、昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAが制限されることで、充電電流CIAと充電電流CIBとを合算した電流合計値CITは許容値CILに制限される。   FIG. 5 is a graph showing the magnitudes of the charging currents CIA, CIB and the total value CIT, where (a) shows the case where the charging current CIA is not limited, and (b) shows the case where the charging current CIA is limited. . As shown in FIG. 5B, the current total value obtained by adding the charging current CIA and the charging current CIB by limiting the charging current CIA of the buck-boost converter 100A by performing the current limitation according to the present embodiment. CIT is limited to an allowable value CIL.

ここで、上述のように充電電流CIAを制限して合計値CITを制限する制御方法について説明する。昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAは、DCバス110Aの電圧によって決まるため、DCバス110Aの電圧を制御することで、昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAを制限する。また、DCバス110Aの電圧は電動発電機12の出力によって決まるため、電動発電機12の出力を制御することで、結果として昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAを制限することができる。   Here, a control method for limiting the total value CIT by limiting the charging current CIA as described above will be described. Since the charging current CIA of the buck-boost converter 100A is determined by the voltage of the DC bus 110A, the charging current CIA of the buck-boost converter 100A is limited by controlling the voltage of the DC bus 110A. Further, since the voltage of the DC bus 110A is determined by the output of the motor generator 12, by controlling the output of the motor generator 12, the charging current CIA of the step-up / down converter 100A can be limited as a result.

図6は昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAを制限する処理のフローチャートである。まず、ステップS1において、制御部であるコントローラ120は、バッテリ19に供給されている充電電流(合計値IL)が充電電流許容値CILを超えたか否かを判定する。バッテリ19に供給している充電電流(合計値CIT)は、電流検出部113A及び113Bで検出した電流値を合算することで求められる。   FIG. 6 is a flowchart of a process for limiting the charging current CIA of the buck-boost converter 100A. First, in step S1, the controller 120 serving as the control unit determines whether or not the charging current (total value IL) supplied to the battery 19 exceeds the charging current allowable value CIL. The charging current (total value CIT) supplied to the battery 19 is obtained by adding the current values detected by the current detectors 113A and 113B.

ステップS1において、バッテリ19に供給されている充電電流(合計値CIT)が充電電流許容値CILを超えていないと判定されると、充電電流(合計値CIT)を制限する必要は無いので、処理は終了する。一方、ステップS1において、バッテリ19に供給されている充電電流(合計値CIT)が充電電流許容値CILを超えていると判定されると、処理はステップS2に進む。   If it is determined in step S1 that the charging current (total value CIT) supplied to the battery 19 does not exceed the allowable charging current value CIL, it is not necessary to limit the charging current (total value CIT). Ends. On the other hand, if it is determined in step S1 that the charging current (total value CIT) supplied to the battery 19 exceeds the allowable charging current value CIL, the process proceeds to step S2.

ステップS2では、コントローラ120は、電動発電機12(アシストモータ)の制限出力を算出する。バッテリ19に流れる充電電流はバッテリの端子間電圧に比例するので、バッテリの端子間電圧に対応するDCバス110Aの電圧を求め、DCバス110Aがそのような電圧になるような電動発電機12の出力を求める。この出力が、電動発電機12の制限出力となる。   In step S2, the controller 120 calculates the limit output of the motor generator 12 (assist motor). Since the charging current flowing through the battery 19 is proportional to the voltage between the terminals of the battery, the voltage of the DC bus 110A corresponding to the voltage between the terminals of the battery is obtained, and the motor generator 12 such that the DC bus 110A becomes such a voltage. Find the output. This output becomes the limit output of the motor generator 12.

電動発電機12の制限出力を算出したら、ステップS3において、コントローラ120は、電動発電機12が算出した制限出力を出すように運転するように電動発電機12の制限出力指令値を算出する。そして、コントローラ120は電動発電機12の制限出力指令値を電動発電機12に出力し、処理は終了する。   After calculating the limit output of the motor generator 12, in step S3, the controller 120 calculates the limit output command value of the motor generator 12 so as to operate so as to output the limit output calculated by the motor generator 12. Then, the controller 120 outputs the limit output command value of the motor generator 12 to the motor generator 12, and the process ends.

図7は、上述の処理による制限後の出力指令値の算出アルゴリズムを表す図である。図7において、電流はバッテリ19に流れる充電電流であり、その電流値は負(マイナス)の値であり、電動発電機12の出力も負(マイナス)の値である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an algorithm for calculating an output command value after restriction by the above-described processing. In FIG. 7, the current is a charging current flowing through the battery 19, the current value is a negative (minus) value, and the output of the motor generator 12 is also a negative (minus) value.

コントローラ120は、図7に示す算出アルゴリズムを用いて図6に示す処理を行なうことで、電動発電機12の出力を制限し、それによりDCバス110Aの電圧及び昇降圧コンバータ100Aに印加される電圧を制限する。その結果、昇降圧コンバータ100Aからバッテリ19に流れる充電電流CIAが制限され、充電電流CIA及びCIBの合計値CIT、すなわちバッテリ19に流れる充電電流が、充電電流許容値CIL以下となるように制限される。   The controller 120 performs the process shown in FIG. 6 using the calculation algorithm shown in FIG. 7, thereby limiting the output of the motor generator 12 and thereby the voltage of the DC bus 110A and the voltage applied to the buck-boost converter 100A. Limit. As a result, the charging current CIA flowing from the step-up / down converter 100A to the battery 19 is limited, and the total value CIT of the charging currents CIA and CIB, that is, the charging current flowing to the battery 19 is limited to be equal to or less than the allowable charging current value CIL. The

次に、放電の際に放電電流DIAを制限して合計値DITを制限する制御方法について説明する。昇降圧コンバータ100Aの放電電流IAは、DCバス110Aの電圧によって決まるため、DCバス110Aの電圧を制御することで、昇降圧コンバータ100Aの放電電流IAを制限する。また、DCバス110Aの電圧は電動発電機12の出力によって決まるため、電動発電機12の出力を制御することで、結果として昇降圧コンバータ100Aの放電電流DIAを制限することができる。   Next, a control method for limiting the total value DIT by limiting the discharge current DIA during discharge will be described. Since the discharge current IA of the buck-boost converter 100A is determined by the voltage of the DC bus 110A, the discharge current IA of the buck-boost converter 100A is limited by controlling the voltage of the DC bus 110A. Since the voltage of the DC bus 110A is determined by the output of the motor generator 12, the discharge current DIA of the step-up / down converter 100A can be limited as a result by controlling the output of the motor generator 12.

図8は昇降圧コンバータ100Aの放電電流DIAを制限する処理のフローチャートである。まず、ステップS11において、制御部であるコントローラ120は、バッテリ19に供給されている放電電流(合計値DIT)が放電電流許容値DILを超えたか否かを判定する。バッテリ19から出力している放電電流(合計値DIT)は、電流検出部113A及び113Bで検出した電流値を合算することで求められる。   FIG. 8 is a flowchart of a process for limiting the discharge current DIA of the buck-boost converter 100A. First, in step S11, the controller 120, which is a control unit, determines whether or not the discharge current (total value DIT) supplied to the battery 19 exceeds the discharge current allowable value DIL. The discharge current (total value DIT) output from the battery 19 is obtained by adding the current values detected by the current detectors 113A and 113B.

ステップS11において、バッテリ19から出力されている放電電流(合計値DIT)が放電電流許容値DILを超えていないと判定されると、放電電流(合計値DIT)を制限する必要は無いので、処理は終了する。一方、ステップS11において、バッテリ19から出力されている放電電流(合計値DIT)が放電電流許容値DILを超えていると判定されると、処理はステップS12に進む。   If it is determined in step S11 that the discharge current (total value DIT) output from the battery 19 does not exceed the discharge current allowable value DIL, it is not necessary to limit the discharge current (total value DIT). Ends. On the other hand, if it is determined in step S11 that the discharge current (total value DIT) output from the battery 19 exceeds the discharge current allowable value DIL, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、コントローラ120は、電動発電機12(アシストモータ)の制限出力を算出する。バッテリ19から流れる放電電流はバッテリ19の端子間電圧に比例するので、バッテリ19の端子間電圧に対応するDCバス110Aの電圧を求め、DCバス110Aがそのような電圧になるような電動発電機12の出力を求める。この出力が、電動発電機12の制限出力となる。   In step S12, the controller 120 calculates the limit output of the motor generator 12 (assist motor). Since the discharge current flowing from the battery 19 is proportional to the voltage between the terminals of the battery 19, the voltage of the DC bus 110A corresponding to the voltage between the terminals of the battery 19 is obtained, and the motor generator such that the DC bus 110A becomes such a voltage. 12 outputs are obtained. This output becomes the limit output of the motor generator 12.

電動発電機12の制限出力を算出したら、ステップS13において、コントローラ120は、電動発電機12が算出した制限出力を出すように運転するように電動発電機12の制限出力指令値を算出する。そして、コントローラ120は電動発電機12の制限出力指令値を電動発電機12に出力し、処理は終了する。   After calculating the limit output of the motor generator 12, in step S13, the controller 120 calculates the limit output command value of the motor generator 12 so as to operate so as to output the limit output calculated by the motor generator 12. Then, the controller 120 outputs the limit output command value of the motor generator 12 to the motor generator 12, and the process ends.

図9は、上述の処理による制限後の出力指令値の算出アルゴリズムを表す図である。図9において、電流はバッテリ19から流れる放電電流であり、その電流値は正(プラス)の値であり、電動発電機12の出力も正(プラス)の値である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an algorithm for calculating an output command value after restriction by the above-described processing. In FIG. 9, the current is a discharge current flowing from the battery 19, the current value is a positive value, and the output of the motor generator 12 is also a positive value.

コントローラ120は、図9に示す算出アルゴリズムを用いて図8に示す処理を行なうことで、電動発電機12の出力を制限し、それによりDCバス110Aの電圧及び昇降圧コンバータ100Aに印加される電圧を制限する。その結果、バッテリ19から昇降圧コンバータ100Aに流れる充電電流DIAが制限され、充電電流DIA及びDIBの合算値DIT、すなわちバッテリ19から流れる放電電流が、放電電流許容値DIL以下となるように制限される。   The controller 120 performs the process shown in FIG. 8 using the calculation algorithm shown in FIG. 9, thereby limiting the output of the motor generator 12, thereby causing the voltage of the DC bus 110A and the voltage applied to the buck-boost converter 100A. Limit. As a result, the charging current DIA flowing from the battery 19 to the step-up / down converter 100A is limited, and the combined value DIT of the charging currents DIA and DIB, that is, the discharging current flowing from the battery 19 is limited to be equal to or less than the allowable discharging current value DIL. The

次に、本発明の第2実施形態による油圧ショベルについて説明する。本発明の第2実施形態による油圧ショベルの基本的な構成は、上述の第1実施形態による油圧ショベルの構成と同じであるため、その説明は省略する。   Next, a hydraulic excavator according to a second embodiment of the present invention will be described. Since the basic configuration of the hydraulic excavator according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the hydraulic excavator according to the first embodiment described above, the description thereof is omitted.

第2実施形態では、制御部50の構成が図3に示す第1実施形態による構成と異なる。図3に示す第1実施形態による制御部50は、2つのDCバス110A,110Bを有し、昇降圧コンバータ100A,100BがそれぞれのDCバス110A,110Bに接続されているが、本実施形態では、DCバスは一つであり、一つのDCバスに対して2つの昇降圧コンバータが接続されている。   In 2nd Embodiment, the structure of the control part 50 differs from the structure by 1st Embodiment shown in FIG. The control unit 50 according to the first embodiment shown in FIG. 3 has two DC buses 110A and 110B, and the buck-boost converters 100A and 100B are connected to the respective DC buses 110A and 110B. , There is one DC bus, and two buck-boost converters are connected to one DC bus.

図10は第2実施形態における蓄電部50の回路図である。第2実施形態における蓄電部50は、DCバス110Aのみを有している。そして、2つの昇降圧コンバータ100A,100BはDCバス110Aに対して並列に接続され、インバータ18,20A,20Bを介して、電動発電機12、電動機30、及び旋回用電動機21は全てDCバス110Aに接続される。   FIG. 10 is a circuit diagram of the power storage unit 50 in the second embodiment. The power storage unit 50 in the second embodiment has only the DC bus 110A. The two step-up / down converters 100A, 100B are connected in parallel to the DC bus 110A, and the motor generator 12, the motor 30, and the turning motor 21 are all connected to the DC bus 110A via the inverters 18, 20A, 20B. Connected to.

図11はバッテリ19の充電電流を制限した場合の充電電流の変化を示すグラフである。図11において、昇降圧コンバータ100Aにおける充電電流が太い一点鎖線CIAで示され、昇降圧コンバータ100Bにおける充電電流が太い二点鎖線CIBで示され、これら充電電流の合計値CITが太い実線で示されている。充電電流CIAと充電電流CIBとの和(合計値)CITは、バッテリ19に流れる充電電流となる。   FIG. 11 is a graph showing changes in the charging current when the charging current of the battery 19 is limited. In FIG. 11, the charging current in the buck-boost converter 100A is indicated by a thick one-dot chain line CIA, the charging current in the buck-boost converter 100B is indicated by a thick two-dot chain line CIB, and the total value CIT of these charging currents is indicated by a thick solid line. ing. The sum (total value) CIT of the charging current CIA and the charging current CIB is a charging current flowing through the battery 19.

時刻t1までは、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流CIA及びCIBの合計値CITはバッテリ19に対する電流許容値CILを超えていないので、充電電流CIA及びCIBの合計値CITは制限されていない。時刻t1において、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流の合計値CITが充電電流許容値CILを超えたので、超えた分の電流値(CIA−CIL)の1/2が昇降圧コンバータ100Aの充電電流値CIAから差し引かれ、同時に超えた分の電流値(CIA−CIL)の1/2が昇降圧コンバータ100Bの充電電流値CIBから差し引かれて制限されている。   Until the time t1, the total value CIT of the charging currents CIA and CIB of the buck-boost converters 100A and 100B does not exceed the current allowable value CIL for the battery 19, so the total value CIT of the charging currents CIA and CIB is not limited. At time t1, the total value CIT of the charging currents of the buck-boost converters 100A and 100B has exceeded the charging current allowable value CIL, so 1/2 of the excess current value (CIA-CIL) is charged by the buck-boost converter 100A. The current value (CIA) is deducted from the current value CIA, and ½ of the excess current value (CIA-CIL) is subtracted from the charging current value CIB of the buck-boost converter 100B to be limited.

超えた分の電流値(CIA−CIL)の1/2が昇降圧コンバータ100Aの充電電流CIAから差し引かれ、且つ超えた分の電流値(CIA−CIL)の1/2が昇降圧コンバータ100Bの充電電流CIBから差し引かれて制限されているため、時刻t1以降は、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流の合計値CITは、充電電流許容値CILに等しくなっており、電流許容値CILを超えることは無い。   1/2 of the surplus current value (CIA-CIL) is subtracted from the charging current CIA of the buck-boost converter 100A, and 1/2 of the surplus current value (CIA-CIL) of the buck-boost converter 100B Since the charge current CIB is deducted and limited, the total charge current CIT of the buck-boost converters 100A and 100B is equal to the charge current allowable value CIL and exceeds the current allowable value CIL after time t1. There is nothing.

なお、図11において、充電電流CIAの時刻t1以降に示された点線は、充電電流CIAを制限しないときの充電電流CIT示しており、充電電流CIBの時刻t1以降に示された点線は、充電電流CIBを制限しないときの充電電流CIT示しており、合計値ICTの時刻t1以降に示された点線は、充電電流CIA及び充電電流CIBを制限しないときの合計値CITを示している。   In FIG. 11, the dotted line shown after time t1 of the charging current CIA shows the charging current CIT when the charging current CIA is not limited, and the dotted line shown after the time t1 of the charging current CIB The charging current CIT when the current CIB is not limited is shown, and the dotted line shown after the time t1 of the total value ICT indicates the total value CIT when the charging current CIA and the charging current CIB are not limited.

図12は充電電流CIA,CIB及び合計値CITの大きさを示すグラフであり、(a)は充電電流CIA及びCIBを制限しない場合を示し、(b)は充電電流CIA及びCIBを制限する場合を示している。図12(b)に示すように、本実施形態による電流制限を行なうことで、昇降圧コンバータ100A及び100Bの充電電流CIA及びCIBの両方が制限されることで、充電電流CIAと充電電流CIBとを合算した電流合計値CITは放電電流許容値CILに制限される。   FIG. 12 is a graph showing the magnitudes of the charging currents CIA, CIB and the total value CIT. (A) shows a case where the charging currents CIA and CIB are not limited, and (b) shows a case where the charging currents CIA and CIB are limited. Is shown. As shown in FIG. 12B, by limiting the current according to the present embodiment, both the charging currents CIA and CIB of the buck-boost converters 100A and 100B are limited, so that the charging current CIA and the charging current CIB The total current value CIT obtained by adding together is limited to the discharge current allowable value CIL.

本実施形態における放電電流の制限に関しては、上述の充電電流の制限と同様な方法で制限することができるので、その説明は省略する。   Regarding the limitation of the discharge current in the present embodiment, it can be limited by the same method as the limitation of the charging current described above, and the description thereof will be omitted.

1 下部走行体
1A、1B 走行機構
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 エンジン
12 電動発電機
13 変速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18A、20B、20A、20B インバータ
19 バッテリ
21 旋回用電動機
22 レゾルバ
23 メカニカルブレーキ
24 旋回変速機
25 パイロットライン
26 操作装置
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 電動機
50 蓄電部
100 昇降圧コンバータ
101 リアクトル
102A 昇圧用IGBT
102B 降圧用IGBT
103A、103B 電源接続端子
104A、104B 出力端子
105 コンデンサ
110A、110B DCバス
111A、111B DCバス電圧検出部
112A、112B バッテリ電圧検出部
113A、113B 電流検出部
120 コントローラ
120A 駆動制御部
120B 旋回駆動制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Traveling mechanism 2 Turning mechanism 3 Upper turning body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 12 Motor generator 13 Transmission 14 Main pump 15 Pilot pump 16 High pressure Hydraulic line 17 Control valve 18A, 20B, 20A, 20B Inverter 19 Battery 21 Turning motor 22 Resolver 23 Mechanical brake 24 Turning transmission 25 Pilot line 26 Operating device 27 Hydraulic line 28 Hydraulic line 29 Pressure sensor 30 Electric motor 50 Power storage unit 100 Lift Pressure converter 101 Reactor 102A Boost IGBT
102B IGBT for step-down
103A, 103B Power supply connection terminal 104A, 104B Output terminal 105 Capacitor 110A, 110B DC bus 111A, 111B DC bus voltage detection unit 112A, 112B Battery voltage detection unit 113A, 113B Current detection unit 120 Controller 120A Drive control unit 120B Rotation drive control unit

Claims (7)

エンジンに連結された電動発電機と、
電気負荷を駆動する複数の電動モータと、
前記電動発電機及び前記電動モータが接続された複数のコンバータと、
該複数のコンバータが接続された一つの蓄電器と、
該蓄電器の充放電電流を制御する制御部と
を有し、
該制御部は、前記蓄電器への充電電流又は前記蓄電器からの放電電流が予め設定された許容値を超えないように、前記電動発電機の出力又は前記電動発電機が接続された前記コンバータの出力を制限することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A motor generator connected to the engine;
A plurality of electric motors for driving an electrical load;
A plurality of converters connected to the motor generator and the electric motor;
One battery connected to the plurality of converters;
A controller for controlling the charge / discharge current of the battery,
The control unit outputs the motor generator or the converter to which the motor generator is connected so that a charging current to the capacitor or a discharging current from the capacitor does not exceed a preset allowable value. Hybrid type construction machine characterized by limiting
請求項1記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記制御部は、前記複数のコンバータの出力電流の合計値が前記許容値以下となるように、前記電動発電機の出力又は前記電動発電機が接続された前記コンバータの出力を制限することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
The hybrid construction machine according to claim 1,
The control unit limits the output of the motor generator or the output of the converter to which the motor generator is connected so that a total value of output currents of the plurality of converters is equal to or less than the allowable value. A hybrid type construction machine.
請求項2記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記制御部は、前記電動発電機が接続された前記コンバータの充放電電流の上限値を低減して出力を制限することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A hybrid construction machine according to claim 2,
The hybrid construction machine, wherein the control unit limits an output by reducing an upper limit value of a charge / discharge current of the converter to which the motor generator is connected.
請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記複数のコンバータは、単一のDCバスに接続されることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A hybrid type construction machine according to any one of claims 1 to 3,
The hybrid type construction machine, wherein the plurality of converters are connected to a single DC bus.
請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記複数のコンバータは、複数のDCバスにそれぞれ接続されることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A hybrid type construction machine according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of converters are respectively connected to a plurality of DC buses.
請求項5記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記複数のコンバータのうちの一つには、電気駆動機構に用いられる前記電動モータのみが接続されることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A hybrid construction machine according to claim 5,
Only one of the electric motors used in an electric drive mechanism is connected to one of the plurality of converters.
請求項5記載のハイブリッド型建設機械であって、
前記複数のコンバータのうちの一つは、油圧駆動機構に用いられる前記電動モータのみが接続されることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
A hybrid construction machine according to claim 5,
One of the plurality of converters is connected to only the electric motor used for a hydraulic drive mechanism.
JP2010058183A 2010-03-15 2010-03-15 Hybrid work machine Active JP5550954B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010058183A JP5550954B2 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Hybrid work machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010058183A JP5550954B2 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Hybrid work machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011190623A true JP2011190623A (en) 2011-09-29
JP5550954B2 JP5550954B2 (en) 2014-07-16

Family

ID=44795812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010058183A Active JP5550954B2 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Hybrid work machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5550954B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9637006B2 (en) 2014-07-31 2017-05-02 Caterpillar Inc. Power converter for electric hybrid earthmoving machine
JP2018007376A (en) * 2016-06-30 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power conversion device
CN111641250A (en) * 2019-03-01 2020-09-08 波音公司 Active voltage control for hybrid electric aircraft
JP2021147792A (en) * 2020-03-17 2021-09-27 住友建機株式会社 Shovel
WO2021192290A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 株式会社日立建機ティエラ Electric hydraulic construction machine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008131787A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Toyota Motor Corp Power supply, and vehicle therewith
WO2008153174A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric system control device and control method
JP2009159663A (en) * 2007-12-25 2009-07-16 Toyota Motor Corp Motor drive device, electric vehicle, and method of controlling motor drive devices
JP2009191463A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Sumitomo Heavy Ind Ltd Hybrid construction machinery
WO2009157485A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-30 住友重機械工業株式会社 Hybrid working machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008131787A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Toyota Motor Corp Power supply, and vehicle therewith
WO2008153174A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric system control device and control method
JP2009159663A (en) * 2007-12-25 2009-07-16 Toyota Motor Corp Motor drive device, electric vehicle, and method of controlling motor drive devices
JP2009191463A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Sumitomo Heavy Ind Ltd Hybrid construction machinery
WO2009157485A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-30 住友重機械工業株式会社 Hybrid working machine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9637006B2 (en) 2014-07-31 2017-05-02 Caterpillar Inc. Power converter for electric hybrid earthmoving machine
JP2018007376A (en) * 2016-06-30 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power conversion device
CN111641250A (en) * 2019-03-01 2020-09-08 波音公司 Active voltage control for hybrid electric aircraft
JP7492340B2 (en) 2019-03-01 2024-05-29 ザ・ボーイング・カンパニー Active Voltage Control for Hybrid Electric Aircraft
JP2021147792A (en) * 2020-03-17 2021-09-27 住友建機株式会社 Shovel
JP7445473B2 (en) 2020-03-17 2024-03-07 住友建機株式会社 excavator
WO2021192290A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 株式会社日立建機ティエラ Electric hydraulic construction machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP5550954B2 (en) 2014-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5198660B2 (en) Hybrid excavator and control method thereof
KR101364331B1 (en) Hybrid construction machine
JP4949288B2 (en) Hybrid construction machine
WO2010087363A1 (en) Hybrid working machine and electricity storage control apparatus
JP5448472B2 (en) Hybrid work machine
JP5550954B2 (en) Hybrid work machine
JP5674086B2 (en) Hybrid construction machine
JP5704676B2 (en) Hybrid work machine
US9441345B2 (en) Hybrid excavator and method of controlling hybrid excavator
JP5101400B2 (en) Hybrid construction machine
JP5726929B2 (en) Construction machine and method for controlling construction machine
WO2011135691A1 (en) Control device for hybrid construction machine
KR20110074097A (en) Method for controlling inverter for turning motor
JP5178666B2 (en) Hybrid drilling machine
JP2009294102A (en) Method of measuring internal resistance of electric storage device and internal resistance measuring apparatus
JP5107207B2 (en) Hybrid work machine
JP5601761B2 (en) Hybrid work machine
JP6316623B2 (en) Excavator
JP5037558B2 (en) Hybrid construction machine
JP6324661B2 (en) Excavator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131028

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140520

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140521

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5550954

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S802 Written request for registration of partial abandonment of right

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311802

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250