JP2012140772A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機の回生電力によって蓄電器に充電する一方、必要に応じて回生電力を回生抵抗で消費させる構成をとるショベル等の建設機械に関するものである。 The present invention relates to a construction machine such as an excavator configured to charge a storage battery with regenerative power of an electric motor and to consume regenerative power with a regenerative resistor as necessary.
ハイブリッドショベルを例にとって背景技術を説明する。 The background art will be described using a hybrid excavator as an example.
ハイブリッドショベルでは、エンジンに油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用とを行う電動機(以下、ハイブリッドショベルでの通称に従って発電電動機という)を接続し、油圧ポンプによって油圧アクチュエータを駆動するとともに、発電電動機の発電機作用によって蓄電器に充電し、適時、この蓄電器電力により発電電動機に電動機作用を行わせてエンジンをアシストするように構成される。 In a hybrid excavator, a hydraulic pump and an electric motor that performs a generator action and an electric motor action (hereinafter referred to as a generator motor in accordance with a common name in a hybrid excavator) are connected to an engine, and a hydraulic actuator is driven by the hydraulic pump. The battery is charged by a generator action, and the generator motor is caused to perform a motor action by this battery power to assist the engine when appropriate.
このハイブリッドショベルにおいて、低温時には蓄電器の容量が低下し、蓄電器性能(放電性能)が低下して十分な電力が得られなくなるため、冬期等の低温環境では蓄電器についてもエンジンのように適温まで加熱する暖機対策をとることが望まれる。 In this hybrid excavator, the capacity of the condenser decreases at low temperatures, and the capacity of the condenser (discharge performance) declines and sufficient electric power cannot be obtained, so the condenser is also heated to an appropriate temperature like an engine in a low temperature environment such as winter. It is desirable to take measures to warm up.
この暖機対策として、蓄電器に専用の加熱装置を設けることが考えられるが、余分なコストがかかるため実用的でない。 As a countermeasure against this warm-up, it is conceivable to provide a dedicated heating device for the battery, but it is not practical because it requires extra cost.
一方、専用の加熱装置を用いない蓄電器暖機策として、蓄電器の温度が設定値以下になったときに、発電電動機を作動させて蓄電器に強制的に充放電作用を行わせ、内部加熱によって蓄電器温度を上昇させる技術(特許文献1参照)が公知である。 On the other hand, as a measure for warming up the battery without using a dedicated heating device, when the temperature of the battery becomes lower than the set value, the generator motor is operated to force the battery to charge / discharge, and the battery is heated by internal heating. A technique for raising the temperature (see Patent Document 1) is known.
ところが、一般的に低温での充電は蓄電器の劣化につながるため、暖機のために充放電を繰り返し行うことは蓄電器の寿命を縮めることになる。 However, charging at a low temperature generally leads to deterioration of the battery, and thus repeated charging and discharging for warming up shortens the life of the battery.
とくに、内部抵抗の低い蓄電器では、充放電によって大電流が流れることで電極のリチウム析出も起こり易いため、劣化がより進み易くなる。 In particular, in a capacitor having a low internal resistance, a large current flows due to charge / discharge, so that lithium deposition of the electrode is likely to occur, and therefore, deterioration is more likely to proceed.
そこで本発明は、専用の加熱装置を用いずに、しかも蓄電器寿命に悪影響を与えない建設機械を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides a construction machine that does not use a dedicated heating device and does not adversely affect the life of the battery.
上記課題を解決する手段として、本発明においては、蓄電器と、電動機作用と発電機作用とを行う電動機と、回生抵抗と、制御手段とを具備し、この制御手段により、上記電動機の発電機作用によって発生した電力を上記蓄電器に送って充電する一方、必要に応じて上記電力を上記回生抵抗で消費させるように構成された建設機械において、上記蓄電器を、上記回生抵抗の発熱により加熱されて暖機される状態で設けるとともに、蓄電器の温度を検出する蓄電器温度検出手段を設け、上記制御手段は、上記蓄電器温度検出手段によって検出された蓄電器温度が、暖機を必要とする温度としての設定値以下のときに、上記電動機の回生電力を回生抵抗に供給するように構成したものである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention comprises a power storage device, an electric motor that performs an electric motor action and an electric generator action, a regenerative resistor, and a control means. By this control means, the electric generator action of the electric motor is provided. In the construction machine that is configured to consume the electric power generated by the regenerative resistor as needed, the electric power generated by the regenerative resistor is heated and heated by the heat generated by the regenerative resistor. Provided with a capacitor temperature detecting means for detecting the temperature of the capacitor, the control means is a set value as a temperature at which the capacitor temperature detected by the capacitor temperature detecting means requires warming up The regenerative electric power of the electric motor is supplied to the regenerative resistor at the following times.
この構成によれば、蓄電器の満充電時のような充電不能時や電動機の緊急停止時に、電動機で発生した電力を熱として消費するための回生抵抗を備えた建設機械において、蓄電器温度が設定値以下のときに回生抵抗に電力供給し、その発熱を蓄電器の暖機に利用するため、暖気専用の加熱装置を用いずに蓄電器を暖機することができる。 According to this configuration, in a construction machine having a regenerative resistor for consuming heat generated by an electric motor as heat when charging is impossible such as when the electric condenser is fully charged or when the electric motor is in an emergency stop, the electric condenser temperature is a set value. Since power is supplied to the regenerative resistor and the generated heat is used for warming up the capacitor at the following times, the capacitor can be warmed up without using a dedicated heating device.
しかも、低温化で蓄電器に強制的に充放電作用を行わせる場合のように蓄電器の寿命に悪影響を与えるおそれがない。 In addition, there is no possibility of adversely affecting the life of the battery as in the case where the battery is forcibly charged / discharged at low temperatures.
本発明において、上記電動機をエンジンによって駆動し、上記制御手段は、上記電動機(発電電動機)の発電機作用によって発生した電力を上記蓄電器に送って充電するとともに、この蓄電器の電力により上記電動機を電動機として駆動してエンジンをアシストし、かつ、必要に応じて上記電動機で発生した電力を上記回生抵抗で消費させるように構成することができる(請求項2)。 In the present invention, the electric motor is driven by an engine, and the control means sends electric power generated by the electric generator action of the electric motor (generator electric motor) to the electric accumulator and charges the electric motor. To assist the engine, and if necessary, the electric power generated by the electric motor can be consumed by the regenerative resistor (claim 2).
すなわち、エンジン動力と蓄電器電力を併用するハイブリッド建設機械において、電動機で発生した電力を回生抵抗に送って蓄電器の暖気を行うことができる。 That is, in a hybrid construction machine that uses both engine power and capacitor power, the power generated by the motor can be sent to the regenerative resistor to warm the capacitor.
また本発明において、駆動側と回生側とに作動する作業装置の駆動源として電動機を備え、上記制御手段は、上記作業装置の回生側の作動時に作業装置用電動機で発生した回生電力を、必要に応じて上記回生抵抗で消費させるように構成することができる(請求項3)。 Further, in the present invention, an electric motor is provided as a drive source of a work device that operates on the drive side and the regenerative side, and the control means requires regenerative power generated by the work device motor during operation on the regenerative side of the work device. Accordingly, it can be configured to be consumed by the regenerative resistor (claim 3).
すなわち、作業装置(たとえば上部旋回体)を電動機(同、旋回電動機)で駆動する機械において、旋回制動時に電動機に発生する電力を回生抵抗に送って蓄電器の暖気を行うことができる。 That is, in a machine that drives a working device (for example, an upper swing body) with an electric motor (same as the swing electric motor), the electric power generated in the electric motor at the time of swing braking can be sent to the regenerative resistor to warm the capacitor.
本発明において、上記制御手段は、上記電動機の発電量を調整する発電量調整手段を備え、上記検出された蓄電器温度が設定値以下のときに、設定値を超えるときよりも上記電動機の発電量を増加させるように構成するのが望ましい(請求項4)。 In the present invention, the control means includes power generation amount adjusting means for adjusting the power generation amount of the electric motor, and when the detected condenser temperature is equal to or lower than a set value, the power generation amount of the motor is more than when the detected value exceeds the set value. It is desirable to configure so as to increase (claim 4).
この構成によれば、必要時に回生抵抗を大電流により速やかにかつ高温に発熱させて蓄電器温度を適温まで迅速に上昇させることができる。 According to this configuration, the regenerative resistor can be quickly heated to a high temperature by a large current when necessary, and the capacitor temperature can be quickly raised to an appropriate temperature.
さらに本発明において、上記蓄電器及び回生抵抗と電動機とを結ぶ回路に切換手段を設け、上記制御手段は、この切換手段により、電動機を、上記蓄電器温度とが設定値以下のときは回生抵抗に、設定値を超えるときは蓄電器にそれぞれ接続するように構成した構成するのが望ましい(請求項5)。 Further, in the present invention, a switching unit is provided in a circuit connecting the capacitor and the regenerative resistor and the motor, and the control unit uses the switching unit to switch the motor to a regenerative resistor when the capacitor temperature is equal to or lower than a set value. It is desirable that the battery is connected to the capacitors when the set value is exceeded (claim 5).
こうすれば、蓄電器温度の低下時には電動機を回生抵抗のみに接続し、蓄電器に対しては遮断するため、蓄電器の充放電が行われない。このため、低温化で充放電が行われることによる蓄電器の寿命低下を回避することができる。 In this way, when the temperature of the capacitor is lowered, the electric motor is connected only to the regenerative resistor and is cut off from the capacitor, so that the capacitor is not charged or discharged. For this reason, it is possible to avoid a reduction in the life of the battery due to charging and discharging being performed at a low temperature.
また本発明において、上記回生抵抗の発熱が蓄電器に伝達されるように蓄電器と回生抵抗とを近接して配置するのが望ましい(請求項6)。 In the present invention, it is desirable that the capacitor and the regenerative resistor are arranged close to each other so that the heat generated by the regenerative resistor is transmitted to the capacitor.
回生抵抗の発熱を蓄電器の暖機に利用する具体的手段としては、両者を離間して配置し、回生抵抗の発熱による温風をダクトで蓄電器に送る等の手段も考えられるが、上記のように両者を、互いの間で直接伝熱されるように近接して配置することにより、ダクト等の余分な設備が不要となり、しかも効率の良い蓄電器暖機が可能となる。 As specific means for utilizing the heat generated by the regenerative resistor for warming up the capacitor, it is possible to arrange both of them separately and send the warm air generated by the heat generated by the regenerative resistor to the capacitor through a duct. In addition, by disposing them close to each other so that heat is directly transferred between them, an extra facility such as a duct becomes unnecessary and efficient warming-up of the battery is possible.
本発明によると、専用の加熱装置を用いずに、しかも蓄電器寿命に悪影響を与えずに蓄電器を低温下で暖機することができる。 According to the present invention, the battery can be warmed up at a low temperature without using a dedicated heating device and without adversely affecting the life of the battery.
以下の実施形態ではハイブリッドショベルを適用対象としている。 In the following embodiments, a hybrid excavator is applied.
第1実施形態(図1〜図3参照)
図1は第1実施形態のシステム構成を示す。
1st Embodiment (refer FIGS. 1-3)
FIG. 1 shows a system configuration of the first embodiment.
なお、図1において、動力系の回路を太線、信号系の回路を破線で示している。 In FIG. 1, the power system circuit is indicated by a thick line, and the signal system circuit is indicated by a broken line.
図示のようにエンジン1に、発電機作用と電動機作用とを行う電動機(発電電動機)2と油圧ポンプ3とがタンデム(パラレルでもよい)に接続され、これらがエンジン1によって駆動される。
As shown in the figure, a motor (generator motor) 2 that performs a generator action and a motor action and a
油圧ポンプ3には、制御弁(アクチュエータごとに設けられているが、ここでは複数の制御弁の集合体として示す)4を介して油圧アクチュエータ5(たとえばショベルでいうとブーム、アーム、バケット各シリンダや走行用油圧モータ等)が接続され、油圧ポンプ3から供給される圧油によって油圧アクチュエータ5が駆動される。
The
なお、図1では油圧ポンプ3が一台のみ接続された場合を示しているが、複数台が直列または並列に接続される場合もある。
Although FIG. 1 shows a case where only one
発電電動機2には、コントローラ6とともに制御手段を構成するインバータ/コンバータ7を介してニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の蓄電器8が接続され、コントローラ6からの指令に基づくインバータ/コンバータ7からの制御信号により、蓄電器8の充電状態に応じた充放電作用、発電電動機2の発電機作用と電動機作用の切換え等が行われる。
An
すなわち、蓄電器8の充電量が低下すれば発電電動機2が発電機作用を行い、発生した電力が蓄電器8に送られて充電される一方、適時、この蓄電器8の電力により発電電動機2が電動機作用を行ってエンジン1をアシストする。
That is, if the charge amount of the
また、インバータ/コンバータ7は、後述するように蓄電器8の暖機時に発電電動機2の発電量を非暖機時よりも増加させる発電量調整手段としても機能する。
Further, the inverter /
一方、蓄電器8が満充電状態にあって充電ができないときや、機械の緊急停止時に、発電電動機2で発生した電力を消費するための回生抵抗9が設けられている。
On the other hand, a
この回生抵抗9と蓄電器8は、回生抵抗9の発熱が蓄電器8に直接伝達されるように相近接して配置されている。
The
具体的には、たとえば蓄電器8及び回生抵抗9が一つのケーシングで覆われ、このケーシング内で回生抵抗9の発熱によって蓄電器8が加熱(暖機)される。
Specifically, for example, the
あるいは、両者を別々のケーシングで覆い、両ケーシング内の空気を通気穴で流通させる構成や、両ケーシング同士を密着させて伝熱させる構成をとってもよい。 Or you may take the structure which covers both with a separate casing and distribute | circulates the air in both casings by a ventilation hole, or makes both casings closely_contact | adhere and heat-transfer.
また、蓄電器8及び回生抵抗9と発電電動機2(インバータ/コンバータ7)とを結ぶ回路10中に、コントローラ6からの指令に応じて発電電動機2の接続相手を蓄電器8と回生抵抗9との間で切換える切換手段としてのスイッチ装置(図では単純化して切換スイッチとして示す)11が設けられている。
In addition, in the
図中、11aはこのスイッチ装置11の蓄電器側接点、11bは同、回生抵抗側両接点、12は蓄電器側接点11aと蓄電器8とを結ぶ蓄電器側回路、13は回生抵抗側接点11bと回生抵抗9とを結ぶ回生抵抗側回路である。
In the figure, 11a is a capacitor side contact of the
さらに、蓄電器8の温度を検出する蓄電器温度検出手段として温度センサ14が設けられ、この温度センサ14によって検出された蓄電器温度信号がコントローラ6に入力される。
Further, a
コントローラ6は、この検出された蓄電器温度が、蓄電器8の暖機を行うべき温度範囲の上限値として予め設定された値(設定値)以下のときに、スイッチ装置11を回生抵抗側回路13側に切換えるとともに、設定値を超えるとき(以下、平常時という)よりも発電電動機2の発電量を増加させ、この電力を回生抵抗9に送る。
When the detected capacitor temperature is equal to or lower than a value (set value) set in advance as the upper limit value of the temperature range in which the
この点の作用を図2のフローチャート及び図3のグラフによって詳述する。 The operation of this point will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 2 and the graph of FIG.
図2に示すように、制御開始とともに蓄電器温度が設定値以下か否かが判断され、NO(平常時)のときは、蓄電器8の暖機が不要としてステップS2に移り、通常の制御として、スイッチ装置11を蓄電器側回路12に設定するとともに、発電電動機2の発電機作用によって発生した電力を蓄電器8に送って充電させる(ステップS3)。
As shown in FIG. 2, when the control is started, it is determined whether or not the storage battery temperature is equal to or lower than the set value. If NO (normal), the
一方、ステップS1でYES(設定値以下)のときは、蓄電器8の暖機が必要であるとして、まずステップS4でスイッチ装置11を回生抵抗側回路13に切換えるとともに、ステップS5で発電電動機2への発電量を増加させる指令を出し、ステップS6で、この指令に基づいて発電電動機2で発電された電力〔図3(b)〕を回生抵抗9に送る。
On the other hand, if YES in step S1 (below the set value), it is assumed that the
これにより、回生抵抗9が発熱し〔図3(c)〕、この回生抵抗9からの熱により蓄電器8が加熱されて昇温する〔図3(a)〕。すなわち、蓄電器8の暖機作用が行われる。
As a result, the
この蓄電器暖機中、図3(d)に示すように蓄電器8に充電のために供給される電力は0となる。
During the warming up of the capacitor, the power supplied to the
また、蓄電器暖機作用によって蓄電器温度が設定値を超えると、ステップS1からステップS2に移ってスイッチ装置11が、通常の蓄電器8の充電作用が行われる。
Further, when the capacitor temperature exceeds the set value due to the capacitor warm-up operation, the process proceeds from step S1 to step S2, and the
このように、蓄電器温度が設定値以下のときに回生抵抗9に電力供給し、その発熱を蓄電器8の暖機に利用する構成としているため、暖気専用の加熱装置を用いずに蓄電器8を、良好な性能を発揮し得る温度まで暖機することができる。
Thus, since the power is supplied to the
しかも、低温化で蓄電器8に強制的に充放電作用を行わせる場合のように蓄電器8の寿命に悪影響を与えるおそれがない。
In addition, there is no possibility of adversely affecting the life of the
また、蓄電器温度が設定値以下のときに、設定値を超えるときよりも発電電動機2の発電量を増加させるため、回生抵抗9を大電流により速やかにかつ高温に発熱させて蓄電器温度を適温まで迅速に上昇させることができる。
Further, in order to increase the power generation amount of the
第2実施形態(図4参照)
第1実施形態との相違点のみを説明する。
Second embodiment (see FIG. 4)
Only differences from the first embodiment will be described.
第2実施形態は、上部旋回体を旋回電動機15によって旋回駆動するハイブリッドショベルにおいて、旋回制動時に旋回電動機15に発生する回生電力を回生抵抗9に送って蓄電器8の暖機を行うように構成されている。
In the hybrid excavator in which the upper-part turning body is driven to turn by the turning
旋回電動機15は、図示しない操作手段の操作に基づき、コントローラ6と、このコントローラ6及び電動機用インバータ/コンバータ7とともに制御手段を構成する旋回電動機用のインバータ/コンバータ16とによって制御される。
The
この旋回電動機15は、インバータ/コンバータ16を介して、発電電動機2の回路とパラレルに回路10に接続され、旋回制動時に発生した電力(旋回回生電力)が、通常は、スイッチ装置11及び蓄電器側回路12を通って蓄電器8に充電電力として送られる。
The
一方、蓄電器温度が設定値以下のときは、コントローラ6からの指令に基づくスイッチ装置11の回生抵抗側への切換わり動作により、旋回回生電力が回生抵抗側回路13を通って回生抵抗9に送られ、蓄電器8の暖機作用が行われる。
On the other hand, when the storage battery temperature is equal to or lower than the set value, the turning regenerative power is sent to the
なお、この場合、旋回電動機15の旋回回生電力のみを回生抵抗9に送るように構成してもよいし、発電電動機2で発生した電力も回生抵抗9に併せて送るように構成してもよい。
In this case, it may be configured such that only the regenerative power of the
この第2実施形態の構成によっても、基本的に第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Also according to the configuration of the second embodiment, it is possible to obtain basically the same functions and effects as those of the first embodiment.
加えて、発電電動機2の発電電力を減らすことができるため、エンジン1の消費エネルギーを節減し、燃料消費を抑えることができる。
In addition, since the electric power generated by the
ところで、第2実施形態の構成は、旋回駆動源として油圧ユニットと電動ユニットを併用するハイブリッドショベルにも適用することができる。 By the way, the structure of 2nd Embodiment is applicable also to the hybrid shovel which uses a hydraulic unit and an electric unit together as a turning drive source.
また、第2実施形態の応用形態として、ブームやアーム等の他の作業装置を電動機で駆動する構成をとるハイブリッドショベルにおいて、上記他の作業装置用の電動機の回生電力を旋回回生電力等の他の回生電力と組み合わせて、あるいは単独で回生抵抗9に送るように構成してもよい。
Further, as an application form of the second embodiment, in a hybrid excavator configured to drive other work devices such as a boom and an arm with an electric motor, the regenerative power of the motor for the other work device is other than the swivel regenerative power and the like. The regenerative power may be combined with the regenerative power or may be sent to the
さらに、本発明はハイブリッドショベル以外のハイブリッド建設機械にも、またハイブリッド建設機械に限らず、電動機作用と発電機作用を行う電動機と、電動機の電源となる蓄電器と、電動機の発電機作用による電力を消費する回生抵抗を備えた建設機械に広く適用することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to a hybrid construction machine other than a hybrid excavator, and is not limited to a hybrid construction machine. An electric motor that performs an electric motor action and an electric generator action, a capacitor that serves as an electric power source of the electric motor, and electric power generated by the electric generator action of the electric motor. It can be widely applied to construction machines with regenerative resistance to consume.
1 エンジン
2 電動機(発電電動機)
3 油圧ポンプ
6 制御手段を構成するコントローラ
7 同、インバータ/コンバータ
8 蓄電器
9 回生抵抗
10 電動機と蓄電器及び回生抵抗とを接続する回路
11 スイッチ装置
11a 蓄電器側接点
11b 回生抵抗側接点
12 蓄電器側回路
13 回生抵抗側回路
14 温度センサ(蓄電器温度検出手段)
15 旋回電動機
16 旋回電動機用のインバータ/コンバータ
1
DESCRIPTION OF
15 slewing
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JP5699598B2 (en) | 2015-04-15 |
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