JP5225779B2 - 充放電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は充放電制御方法に係り、特に電気負荷と発電機とが接続されて充放電が比較的頻繁に行なわれる蓄電器の充放電制御方法に関する。

例えばハイブリッド式自動車等のハイブリッド式機械において、電力供給源であるバッテリは、電動モータ等の電気負荷に電力を供給して充電量が減少すると、継続して電力を供給することができるように発電機等により直ちに充電される。バッテリ充電用の発電機は例えば内燃機関により駆動される。

このようなバッテリは、比較的頻繁に充放電が繰り返し行なわれる。バッテリの寿命は一回毎の充電量又は放電量に左右され、毎回のバッテリの充放電量が多いとバッテリの劣化が早く、寿命は短くなる。バッテリの充電量が多すぎる過充電状態となると、バッテリの劣化が早まり、且つバッテリが充電電流により損傷するおそれもある。一方、バッテリの放電量が多すぎてバッテリの充電量がゼロに近くなる過放電状態となっても、バッテリの劣化は早まる。そこで、バッテリの劣化速度を配慮した充放電制御が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１９９２１１号公報

上述の特許文献１に開示された技術では、バッテリの充電率ＳＯＣ（State of Charge）に基づいて、バッテリの出力上限及び回生上限を予め設定しておき、設定した出力上限及び回生上限を越えないように充放電を制御する。しかし、単にその時の充電率ＳＯＣにより決定される出力上限及び回生上限により充放電を制御するだけでは、バッテリの充電率ＳＯＣを適度な範囲に維持することはできない。すなわち、バッテリの充電率ＳＯＣが０％に近づいたり、逆に充電率ＳＯＣが１００％に近づいたりするおそれがある。また、バッテリが充放電可能な電流を考慮して出力範囲を決定しないとバッテリを損傷（劣化）させるおそれがある。このようにバッテリの充電率ＳＯＣが大きく変動したり、過電流で運用すると、バッテリの劣化が早まるという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、蓄電器の過充放電及び過電流による蓄電器の劣化を抑制することのできる充放電制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、発電機を制御する第１インバータと、
電動機を駆動する第２インバータと、前記第１インバータと前記第２インバータとの間に配置されたＤＣバスと、該ＤＣバスに接続されたコンバータと、前記コンバータにより充放電制御される蓄電器とを備えた装置を制御する制御装置により行われる充放電制御方法であって、前記蓄電器の充電率を所定範囲内に維持するように、前記蓄電器の現在の充電率から算出した最大放電量と所定の最大電流を考慮して算出した最大放電量とのうち小さいほうを前記出力上限値に設定し、前記蓄電器の現在の充電率から算出した最大充電量と前記所定の最大電流を考慮して算出した最大充電量とのうち小さいほうを前記出力下限値に設定するとともに、電気負荷が要求する電力又は前記発電機が生成する電力を、該出力上限値と該出力下限値により制限して前記蓄電器の実際の放電量及び実際の充電量を決定することを特徴とする充放電制御方法が提供される。

上述の充放電制御方法において、前記蓄電器の充電率の下限値と上限値とを設定することで、前記蓄電器の充電率の前記所定範囲を設定することとしてもよい。さらに、前記蓄電器としてキャパシタを用い、該キャパシタの端子間電圧に基づいて現在の充電率を算出することとしてもよい。

本発明によれば、蓄電器の充電率を考慮して充放電量が決定されるため、蓄電器の過充放電及び過電流が抑制され、蓄電器の劣化を抑制することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の一実施形態による充放電制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式パワーショベルについて説明する。

図１はハイブリッド式パワーショベルの側面図である。パワーショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。

図２は、図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、油圧ラインは太い実線、電気駆動系は細い実線、電気制御系は点線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部１１のエンジン１２は、発電部１３の発電機１４を駆動する。発電機１４により生成された電力は、発電部１３のインバータ１５を介して蓄電部１６に供給される。蓄電部１６に供給された電力は、コンバータ１７によりバッテリ（蓄電器）１８に供給される。これにより、バッテリ１８が充電される。

バッテリ１８から電力供給を受けて駆動される電気負荷系２０には、旋回用電動機２１とポンプ駆動用電動機２２と設けられている。旋回用電動機２１は、上述の旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させるためのモータである。旋回用電動機２１には、バッテリ１８からインバータ２３を介して電力が供給される。

ポンプ駆動用電動機２２にも、インバータ２４を介してバッテリ１８から電力が供給される。ポンプ駆動用電動機２２は、油圧負荷系２５の油圧ポンプ２６を駆動するためのモータである。

油圧ポンプ２６で発生した油圧は、コントロールバルブ２７を介して、バケットシリンダ９、アームシリンダ８、ブームシリンダ７、走行（右）油圧モータ２８、及び走行（左）油圧モータ２９のそれぞれに供給される。バケットシリンダ９は、図１に示すバケット６を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ８は、図１に示すアーム５を駆動するための油圧シリンダである。ブームシリンダ７は、図１に示すブーム４を駆動するための油圧シリンダである。走行（右）油圧モータ２８は、図１に示す下部走行体１の右側のクローラを駆動するための油圧モータであり、走行（左）油圧モータ２９は、下部走行体１の左側のクローラを駆動するための油圧モータである。

なお、本実施形態では、バッテリ１８として電気二重層キャパシタのような蓄電器を用いることとするが、これに限られず他の充放電可能な蓄電器を用いてもよい。蓄電器は、端子間電圧から蓄電率ＳＯＣを容易に求めることができるという利点を有する。本実施形態では、バッテリ１８の端子間電圧を検出するための電圧検出器３０がバッテリ１８の端子に接続されている。

コントローラ４０は、インバータ１５，２３，２４及びコンバータ１７を制御して、発電機１４からバッテリ１８への供給電力（バッテリ１８の充電量）及びバッテリ１８から電気負荷系２０への供給電力（バッテリの放電量）を制御する。また、コントローラ４０は、電圧検出器３０からの検出電圧に基づいてバッテリ１８の蓄電率ＳＯＣを求め、求めた蓄電率ＳＯＣに基づいてバッテリ１８の出力（充放電量）を制御する。

図３はコントローラ４０で行なわれるバッテリ充放電制御を表す機能ブロック図である。

ここで、バッテリ充放電制御に関する入力は以下の３つの変数となる。

１）電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑ
電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑは、電気負荷系２０が必要とする電力を示す変数であり、例えばパワーショベルを運転者が操作する際の操作レバーの操作量に相当する。

２）発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔ
発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔは、充電率ＳＯＣを目標値に近づける発電電力を示す量である。現在の充電率ＳＯＣが目標値より小さいほど、大きな発電量となる。

３）キャパシタ電圧Ｖ
キャパシタ電圧Ｖは、バッテリ１８の端子間電圧を示す変数であり、電圧検出器３５から出力される電圧検出値である。キャパシタ蓄電器の充電量はキャパシタ蓄電器の端子間電圧の二乗に比例するから、端子間電圧を検出することでバッテリ１８の充電状態（すなわち、充電率ＳＯＣ）を知ることができる。

以上の３つの変数に基づいて、バッテリ１８の出力指令Ｐｂａｔｒｅｆを算出し、バッテリ１８の充放電量を制御してバッテリ１８を最適な充電状態に制御する。

キャパシタ電圧Ｖは、コントローラ４０の充電率算出部４０−１に入力される。充電率算出部４０−１では、入力されたキャパシタ電圧Ｖから、バッテリ１８の現在の充電率ＳＯＣを求める。求めた現在の充電率ＳＯＣは、第１の出力上下限値算出部４０−２及び第２の出力上下限値算出部４０−３に出力される。本実施形態では、バッテリ１８としてキャパシタ蓄電器を用いるので、電圧検出器３０で検出したキャパシタ電圧Ｖ（バッテリ１８の端子間電圧）から演算により容易に充電率ＳＯＣを求めることができる。

第１の上下限値算出部４０−２は、入力された現在の充電率ＳＯＣと所定の最大充放電電流とから、現在放電できる放電量の最大値（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１）及び現在充電できる充電量の最大値（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１）を求める。第１の上下限値算出部４０−２には、図３に示すように、充電率ＳＯＣに対してその充電率において充放電可能な所定の電流のもとで算出された最大充電量及び最大放電量を表すマップ又は変換テーブルが格納されている。図３では、一例として所定の電流が一定値の場合を示している。すなわち、第１の上下限値算出部４０−２は、このマップ又は変換テーブルを参照して現在の充電率ＳＯＣにおいて充放電可能な所定の電流のもとで許容される最大放電量（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１）及び最大充電量（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１）を求める。求めた最大放電量（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１）は上限選択部４０−４に出力され、求めた最大充電量（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１）は下限選択部４０−５出力される。

第２の上下限値算出部４０−３は、入力された現在の充電率ＳＯＣと所定のＳＯＣ下限値及びＳＯＣ上限値とから、現在放電できる放電量の最大値（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）及び現在充電できる充電量の最大値（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）を求める。第２の上下限値算出部４０−３には、図３に示すように、充電率ＳＯＣに対して、ＳＯＣ下限値以下にならず、ＳＯＣ上限値以上とならないための最大放電量及び最大充電量を表すマップ又は変換テーブルが格納されている。第２の上下限値算出部４０−３は、このマップ又は変換テーブルを参照して現在の充電率ＳＯＣにおいて許容される最大放電量（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）及び最大充電量（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）を求める。求めた最大放電量（出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）は上限選択部４０−４に出力され、求めた最大充電量（出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）は下限選択部４０−５出力される。

上限選択部４０−４は、第１の上下限値算出部４０−２から供給された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１と、第２の上下限値算出部４０−３から供給された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２のうち、小さいほうをバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘとして、バッテリ出力指令算出部４０−６に出力する。

一方、下限選択部４０−５は、第１の上下限値算出部４０−２から供給された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１と、第２の上下限値算出部４０−３から供給された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２のうち、大きいほうをバッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎとして、バッテリ出力指令算出部４０−６に出力する。ここで、バッテリ出力値がマイナスの場合が充電を表すため、出力下限値の大きいほうということは、マイナスの値が小さいほう、すなわち、ゼロに近いほうの値を意味する。これにより、バッテリ１８の出力能力を超えた過度な充放電から確実に保護することができる。

また、コントローラ４０に入力された電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑ又は発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔは、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔとしてバッテリ出力指令算出部４０−６に供給される。すなわち、バッテリ１８からの放電により電気負荷系２０を駆動する場合は電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑが、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔとしてバッテリ出力指令算出部４０−６に出力され、バッテリ１８を充電する場合は、発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔがバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔとしてバッテリ出力指令算出部４０−６に出力される。

以上のように、バッテリ出力指令算出部４０−６には、バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１、及びバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが入力される。バッテリ出力指令算出部４０−６は、これら入力された値に基づいて、バッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆを決定し、コントローラ４０の各部に出力する。そして、コントローラ４０は、バッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆに基づいて、インバータ１５，２３，２４及びコンバータ１７を制御してバッテリ１８の充放電量を制御する。

ここで、コントローラ４０において、バッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆを決定するバッテリ充放電制御処理について説明する。図４はコントローラ４０において行われるバッテリ充放電制御処理のフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが０（ゼロ）より大きいか否かが判定される。バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが０（ゼロ）より大きい場合は（Ｓ１のＹｅｓ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２において、上限選択部４０−４は、第２の上下限値算出部４０−３で算出された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２が第１の上下限値算出部４０−２で算出された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１以上であるか否かを判定する。出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２が出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１以上であると判定された場合は（Ｓ２のＹｅｓ）、上限選択部４０−４は、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１をバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘとして出力し、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ（すなわち、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１）がバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上であるか否かを判定する。バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘがバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上であると判定された場合は（Ｓ３のＹｅｓ）、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する。

一方、ステップＳ３においてバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘがバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上ではないと判定された場合は（Ｓ３のＮｏ）、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ（すなわち、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１）をバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する。

ステップＳ２において出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２が出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１以上ではないと判定された場合は（Ｓ２のＮｏ）、上限選択部４０−４は、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２をバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘとして出力し、処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ（すなわち、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）がバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上であるか否かを判定する。バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘがバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上であると判定された場合は（Ｓ６のＹｅｓ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する（ステップＳ７に至るまでの状況については後で詳述する）。

一方、ステップＳ６においてバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘがバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ以上ではないと判定された場合は（Ｓ６のＮｏ）、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、バッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ（すなわち、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）をバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する（ステップＳ８に至るまでの状況については後で詳述する）。

以上のステップＳ２〜Ｓ８の処理が、バッテリ１８が放電して電力を電気負荷系２０に供給する際のバッテリ１８の放電量の制御処理となる。

ステップＳ１においてバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが０（ゼロ）より大きくないと判定された場合は（Ｓ１のＮｏ）、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９において、下限選択部４０−５は、第１の上下限値算出部４０−２で算出された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１が第２の上下限値算出部４０−３で算出された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２以上であるか否かを判定する。出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１が出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２以上であると判定された場合は（Ｓ９のＹｅｓ）、下限選択部４０−５は、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１をバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍｉｎとして出力し、処理はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１）以上であるか否かを判定する。バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ以上であると判定された場合は（Ｓ１０のＹｅｓ）、処理はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する。

一方、ステップＳ１０においてバッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ以上ではないと判定された場合は（Ｓ１０のＮｏ）、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１）をバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する。

ステップＳ９において出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１が出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２以上ではないと判定された場合は（Ｓ９のＮｏ）、下限選択部４０−５は、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２をバッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎとして出力し、処理はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）以上であるか否かを判定する。バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔが、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）以上であると判定された場合は（Ｓ１３のＹｅｓ）、処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、バッテリ出力指令算出部４０−６は、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する。

一方、ステップＳ１３においてバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔがバッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）以上ではないと判定された場合は（Ｓ１３のＮｏ）、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、バッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）をバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆとして出力する（ステップＳ１５に至るまでの状況については後で詳述する）。

以上のステップＳ９〜Ｓ１５の処理が、発電機１４からの電力及び、電気付加が回生した場合にバッテリ１８を充電する際のバッテリ１８の充電量の制御処理となる。

ここで、上述のステップＳ８に至る条件について図５を参照しながら具体的に説明する。ステップＳ８まで至る条件は、まず、電気負荷系２０に電力を供給する場合、すなわちバッテリ１８が放電する場合である。そして、ステップＳ２で判定したように、バッテリ１８の現在の充電率ＳＯＣでみると、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部４０−６に与えられるバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘは、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２となる。すなわち、バッテリ１８の放電量の上限値を決定する際に、放電可能な電流から得られる出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１（最大放電量）とするのではなく、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２が採用される。

そして、ステップＳ６で判定したようにバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（この場合放電側であり、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔは電気負荷要求Ｐｅｌｃｒｅｑである）のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２より大きいから、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをそのまま出力するのではなく、バッテリ１８の出力（放電量）は、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２までに制限される。図５において、白丸で示したバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（すなわち電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑ）がそのままバッテリ１８の出力とはされず、星印で示したバッテリ出力指令値Ｐｂａｔｒｅｆ（すなわち、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２）に制限されていることがわかる。

以上のように、ステップＳ８に至る状況である図５に示す例は、現在の充電率ＳＯＣが比較的低く、且つ電気負荷系２０が大きな電力を要求している場合である。そのような場合は、要求された電力をそのまま出力（放電）するとバッテリの充電率ＳＯＣが大きく低下してしまうので、充電率ＳＯＣが低くなり過ぎないようにバッテリ１８の出力（放電）を制限するようなバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆが生成されている。

次に、上述のステップＳ７に至る条件について図６を参照しながら具体的に説明する。ステップＳ７まで至る条件は、まず、電気負荷系２０に電力を供給する場合、すなわちバッテリ１８が放電する場合である。そして、ステップＳ２で判定したように、バッテリ１８の現在の充電率ＳＯＣでみると、出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部４０−６に与えられるバッテリ出力上限値Ｐｂａｔｍａｘは、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２となる。すなわち、バッテリ１８の放電量の上限値を決定する際に、放電可能な電流から得られる出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ１（最大放電量）とするのではなく、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２が採用される。

そして、ステップＳ６で判定したようにバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（この場合放電側であり、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔは電気負荷要求Ｐｅｌｃｒｅｑである）のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２より小さい、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをそのまま出力してもよく、バッテリ１８の出力（放電量）は制限されずにバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔがそのまま出力される。図６において、白丸で示したバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（すなわち電気負荷要求出力Ｐｅｌｃｒｅｑ）は、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２よりも小さいので、制限する必要がないことがわかる。

以上のように、ステップＳ７に至る状況である図６に示す例は、現在の充電率ＳＯＣが上限値と下限値の中間程度であり、且つ電気負荷系２０が比較的小さな電力を要求している場合である。そのような場合は、要求された電力をそのまましてもバッテリの充電率ＳＯＣが大きく低下することはないので、バッテリ１８の出力（放電量）を制限する必要はなく、電気負荷系２０が要求する電力をそのまま出力（放電）するようなバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆが生成されている。

次に、上述のステップＳ１５に至る条件について図７を参照しながら具体的に説明する。ステップＳ１７まで至る条件は、まず、発電機１４からバッテリ１８に電力を供給してバッテリ１８を充電する場合である。ここで、充電の場合は負の値となる。そして、ステップＳ９で判定したように、バッテリ１８の現在の充電率ＳＯＣでみると、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍａｘ２よりも小さい場合である。この場合、バッテリ出力指令算出部４０−６に与えられるバッテリ出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎは、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２となる。すなわち、バッテリ１８の充電量の上限値を決定する際に、充電可能な電流から得られる出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ１（最大充電量）とするのではなく、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２が採用される。

そして、ステップＳ１３で判定したようにバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（この場合充電側であり、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔは発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔである）のほうが出力上限値Ｐｂａｔｍｉｎ２より小さいから（マイナスの値が大きいということであり充電量が大きいことを意味する）、バッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔをそのまま出力するのではなく、バッテリ１８の出力（充電量）は、充電率ＳＯＣが所定の範囲内になるように考慮して決定された出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎａ２までに制限される。図７において、白丸で示したバッテリ目標出力Ｐｂａｔｔｇｔ（すなわち発電機目標出力Ｐｇｅｎｔｇｔ）がそのままバッテリ１８の出力（充電量）とはされず、星印で示したバッテリ出力指令値Ｐｂａｔｒｅｆ（すなわち、出力下限値Ｐｂａｔｍｉｎ２）に制限されていることがわかる。

以上のように、ステップＳ１５に至る状況である図７に示す例は、現在の充電率ＳＯＣが比較的高く、且つ発電機１４が大きな電力を発電している場合である。そのような場合は、発電機１４が発電した電力をそのまま充電するとバッテリの充電率ＳＯＣが大きく上昇するので、充電率ＳＯＣが高くなり過ぎないようにバッテリ１８の出力（充電量）を制限するようなバッテリ出力指令Ｐｂａｔｒｅｆが生成されている。

以上のように、本実施形態によれば、バッテリ１８の充放電量を、過電流状態の充放電を回避し、所定の充電率ＳＯＣの範囲で制御するので、バッテリ１８の劣化を抑制し、バッテリの寿命を延ばすことができる。

ハイブリッド式パワーショベルの側面図である。 図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリ充放電制御の機能ブロック図である。 バッテリ充放電制御処理のフローチャートである。 放電が制限される場合の状況を説明するための図である。 放電が制限されない場合の状況を説明するための図である。 充電が制限される場合の状況を説明するための図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ 機械式駆動部
１２ エンジン
１３ 発電部
１４ 発電機
１５，２３，２４ インバータ
１６ 蓄電部
１７ コンバータ
１８ バッテリ
２０ 電気負荷系
２１ 旋回用電動機
２２ ポンプ駆動用電動機
２５ 油圧負荷系
２６ 油圧ポンプ
２７ コントロールバルブ
２８ 走行（右）油圧モータ
２９ 走行（左）油圧モータ
３０ 電圧検出器
４０ コントローラ
４０−１
４０−１ 充電率算出部
４０−２ 第１の出力上下限値算出部
４０−３ 第２の出力上下限値算出部
４０−４ 上限選択部
４０−５ 下限選択部
４０−６ バッテリ出力指令算出部

Claims (3)

1. 発電機を制御する第１インバータと、
   電動機を駆動する第２インバータと、
   前記第１インバータと前記第２インバータとの間に配置されたＤＣバスと、
   該ＤＣバスに接続されたコンバータと、
   前記コンバータにより充放電制御される蓄電器と
   を備えた装置を制御する制御装置により行われる充放電制御方法であって、
   前記蓄電器の充電率を所定範囲内に維持するように、
   前記蓄電器の現在の充電率から算出した最大放電量と所定の最大電流を考慮して算出した最大放電量とのうち小さいほうを前記出力上限値に設定し、
   前記蓄電器の現在の充電率から算出した最大充電量と前記所定の最大電流を考慮して算出した最大充電量とのうち小さいほうを前記出力下限値に設定するとともに、
   電気負荷が要求する電力又は前記発電機が生成する電力を、該出力上限値と該出力下限値により制限して前記蓄電器の実際の放電量及び実際の充電量を決定する
   ことを特徴とする充放電制御方法。
2. 請求項１記載の充放電制御方法であって、
   前記蓄電器の充電率の下限値と上限値とを設定することで、前記蓄電器の充電率の前記所定範囲を設定することを特徴とする充放電制御方法。
3. 請求項１又は２記載の充放電制御方法であって、
   前記蓄電器としてキャパシタを用い、該キャパシタの端子間電圧に基づいて現在の充電率を算出することを特徴とする充放電制御方法。

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