JP5550954B2 - Hybrid work machine - Google Patents
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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
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
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
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、前記複数のコンバータの出力電流の合計値が予め設定された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 is connected to the output of the motor generator or the motor generator so that a total value of output currents of the plurality of converters is equal to or less than a preset allowable value . A hybrid construction machine is provided that limits the output of the 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 type construction machine described above, the front Symbol controller may be that the motor generator limits the output by reducing the upper limit value of the charge and discharge currents of the connected the converter.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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
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-
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-
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-
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-
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-
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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-
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-
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
102B IGBT for step-down
103A, 103B Power
Claims (6)
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、前記複数のコンバータの出力電流の合計値が予め設定された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。 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 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 a preset allowable value. A hybrid construction machine characterized by that.
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。 The hybrid construction machine according to claim 1 ,
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.
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 construction machine according to claim 1 or 2 ,
The hybrid type construction machine, wherein the plurality of converters are connected to a single DC bus.
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 construction machine according to claim 1 or 2 ,
The plurality of converters are respectively connected to a plurality of DC buses.
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 4 ,
Only one of the electric motors used in an electric drive mechanism is connected to one of the plurality of converters.
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 4 ,
One of the plurality of converters is connected to only the electric motor used for a hydraulic drive mechanism.
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