JP5647270B2 - ショベル、ショベルの制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電動作業要素に電力を供給するための蓄電装置を有するショベルに関する。
電動モータや電動アクチュエータで駆動される電動作業要素を有するショベルには、当該電動作業要素に電力を供給するための蓄電装置が設けられる。エンジンをアシストする電動発電機(アシストモータ)を有するハイブリッド式ショベルには、電動発電機を駆動して得られた電力を蓄電するための蓄電器又は蓄電池等を含む蓄電装置が設けられる。アシストモータは蓄電装置からの電力で駆動されてエンジンをアシストする。また、アシストモータはエンジンの動力で駆動されて発電を行なう。発電した電力は蓄電装置の蓄電器又は蓄電池に蓄電される。
蓄電装置の蓄電器や蓄電池は、要求された電力を供給できるようにその充電率(SOC)が常に一定値以上になるように制御される。したがって、充電率(SOC)が大きく低下したときには急速に充電率(SOC)を上げようとして大きな充電電流が供給されることがある。蓄電器又は蓄電池は内部抵抗を有するので、充電電流が流れると発熱し、内部抵抗損失となる。内部抵抗損失は電流の二乗に比例して大きくなるので、充電電流が大きくなると内部抵抗損失は急激に増大する。したがって、蓄電器や蓄電池を、内部抵抗を少なくして効率的に使用するためには、充電電流をなるべく小さくすることが好ましい。
ここで、外部の交流電源から電力平準化装置を介して電気駆動式建設機械のバッテリに電力を供給することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。電力平準化装置は、交流電源からの電力のピーク電力を上限値に抑えて平準化してから、平準化された電力をバッテリに供給する。具体的には、充電電流に対して上限値を設けることで、充電電流が上限値を超えないようにしている。
特開2009−114653号公報
蓄電器又は蓄電池に供給する充電電流に対して一つの上限値を設け、その上限値を高く設定した場合であって、充電電流が上限値より僅かに低い値に制御されていると、内部抵抗損失が大きくなり、非効率的となる。一方、上限値を低く設定した場合、小さな充電電流しか流せないので充電速度が小さくなり、充電率(SOC)を高い状態に維持することができなくなるおそれがある。
そこで、蓄電装置の充電率(SOC)を考慮しながら充電電流又は充電電力を制御して蓄電装置の蓄電部(蓄電器又は蓄電池)を効率的に使用することが望ましい。
本発明によれば、電動負荷と、該電動負荷に電力を供給するための蓄電部を有する蓄電装置と、該蓄電部の充電率がシステム制御上限値とシステム制御下限値との間となるように、前記蓄電部に充電する量を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記充電率の複数の検出値から導出された前記検出値の変化傾向に基づいて、前記蓄電部に充電する量の制限値を制御することを特徴とするショベル等が提供される。
上述の発明によれば、蓄電装置の充電率(SOC)の変化傾向に基づいて蓄電装置に蓄電する量を制限するので、充電損失を低減して効率的に蓄電を行なうことができる。
ハイブリッド式ショベルの側面図である。 第1実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の回路図である。 ショベルの作業時におけるキャパシタの充電率の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。 充電量制御処理のフローチャートである。 充電電力制限制御の一例における充電率の変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。 充電電力制限制御の他の例における充電率の変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。 本発明の第2実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。 本発明の第2実施形態による充電電力制限制御の一例における充電率の変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。 本発明の第3実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。 本発明の第3実施形態による充電電力制限制御の一例における充電率の変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。 シリーズ型のハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 全ての駆動部が油圧によって作動する構成のハイブリッド式ショベルの駆動系を示すブロック図である。 電気式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
図1は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
ハイブリッド式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が取り付けられている。ブーム4の先端に、アーム5が取り付けられ、アーム5の先端にバケット6が取り付けられている。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。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
なお、本発明が適用可能なショベルは、ハイブリッド式ショベルに限られず、蓄電装置を有するショベルであれば、例えば外部電源から充電電力が供給される電気駆動式ショベルにも本発明を適用することができる。
図2は、本発明の第1実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示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、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。
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、変速機13の2つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機13の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ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。
コントロールバルブ17は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。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は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続される。
電動発電機12には、インバータ18Aを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系(蓄電装置)120が接続される。蓄電系120には、インバータ20を介して電動作業要素としての旋回用電動機21が接続されている。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。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。旋回用電動機21と、インバータ20と、レゾルバ22と、メカニカルブレーキ23と、旋回変速機24とで負荷駆動系が構成される。
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cを含む。レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29に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30に接続されている。
本実施形態では、ブーム回生電力を得るためのブーム回生用モータ300(発電機300とも称する)がインバータ18Cを介して蓄電系120に接続されている。発電機300は、ブームシリンダ7から吐出される作動油により駆動される油圧モータ310によって駆動される。発電機300は、ブーム4が重力に従って下げられるときにブームシリンダ7から吐出される作動油の圧力を利用して、ブーム4の位置エネルギを電気エネルギに変換する。なお、図2において、説明の便宜上、油圧モータ310と発電機300は離れた位置に示されているが、実際には、発電機300の回転軸は油圧モータ310の回転軸に機械的に接続されている。
すなわち、油圧モータ310は、ブーム4が下げられるときにブームシリンダ7から吐出される作動油によって回転されるように構成されており、ブーム4が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ310は、コントロールバルブ17とブームシリンダ7の間の油圧配管7Aに設けられており、上部旋回体3内の適当な場所に取り付けることができる。
発電機300で発電された電力は、回生電力としてインバータ18Cを経て蓄電系120に供給される。発電機300とインバータ18Cとで負荷駆動系が構成される。
なお、本実施形態では、ブーム4の角度を検出するためのブーム角度センサ7Bがブーム4の支持軸に取り付けられている。ブーム角度センサ7Bは、検出したブーム角度θBをコントローラ30に供給する。
図3は蓄電系120の構成を示すブロック図である。蓄電系120は、蓄電器としてのキャパシタ19と、昇降圧コンバータ100とDCバス110とを含む。第2の蓄電としてのDCバス110は、第1の蓄電部としてのキャパシタ19、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間での電力の授受を制御する。キャパシタ19には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部112と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部113が設けられている。キャパシタ電圧検出部112とキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ30に供給される。
昇降圧コンバータ100は、電動発電機12、発電機300、及び旋回用電動機21の運転状態に応じて、DCバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。第2の蓄電部としてのDCバス110は、インバータ18A、18C、及び20と昇降圧コンバータ100との間に配設されており、キャパシタ19、電動発電機12、発電機300、及び旋回用電動機21の間での電力の授受を行う。
図2に戻り、コントローラ30は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、CPUが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
コントローラ30は、圧力センサ29から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機21の駆動制御を行う。圧力センサ29から供給される信号は、旋回機構2を駆動するために操作装置26を操作したときの操作量を表す信号に相当する。
コントローラ30は、電動発電機12の運転制御(電動(アシスト)運転又は発電運転の切り替え)を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ100を駆動制御することによるキャパシタ19の充放電制御を行う。コントローラ30は、キャパシタ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)、及び旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づいて、昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ19の充放電制御を行う。また、コントローラ30は、後述のようにキャパシタに充電する量(充電電流又は充電電力)の制御も行なう。
昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧検出部111によって検出されるDCバス電圧値、キャパシタ電圧検出部112によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機12が発電した電力は、インバータ18Aを介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。旋回用電動機21が回生運転して生成した回生電力は、インバータ20を介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。また、ブーム回生用の発電機300が発電した電力は、インバータ18Cを介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。
旋回用電動機21の回転速度(角速度ω)はレゾルバ22により検出される。また、ブーム4の角度(ブーム角度θB)はブーム4の支持軸に設けられたロータリエンコーダ等のブーム角度センサ7Bにより検出される。コントローラ30は、旋回用電動機21の角速度ωに基づいて推定旋回回生電力(エネルギ)を演算で求め、また、ブーム角度θBに基づいて推定ブーム回生電力(エネルギ)を演算で求める。そして、コントローラ30は、演算で求めた推定旋回回生電力と推定ブーム回生電力とに基づいて、SOCの回生見込み目標値を演算により求める。コントローラ30は、キャパシタ19のSOCを、求めた回生見込み目標値に近づけるようにハイブリッド式ショベルの各部を制御する。
図4は、蓄電系120の回路図である。昇降圧コンバータ100は、リアクトル101、昇圧用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)102A、降圧用IGBT102B、キャパシタ19を接続するための電源接続端子104、インバータ18A,18C,20を接続するための出力端子106、及び、一対の出力端子106に並列に挿入される平滑用のコンデンサ107を備える。昇降圧コンバータ100の出力端子106とインバータ18A,18C,20との間は、DCバス110によって接続される。
リアクトル101の一端は昇圧用IGBT102Aと降圧用IGBT102Bとの間の中間点に接続され、他端は電源接続端子104の一つに接続される。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110に供給するために設けられている。
昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102B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が可能な半導体素子である。昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bは、コントローラ30により、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がそれぞれ並列接続される。
キャパシタ19は、昇降圧コンバータ100を介してDCバス110との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電部であればよい。なお、図4には、第1の蓄電部としてキャパシタ19(蓄電器)を示すが、キャパシタ19の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池(蓄電池)、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を第1の蓄電部として用いてもよい。
電源接続端子104及び出力端子106は、キャパシタ19及びDCバス110が接続される端子である。一対の電源接続端子104の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部112が接続される。一対の出力端子106の間には、DCバス電圧を検出するDCバス電圧検出部111が接続される。
キャパシタ電圧検出部112は、キャパシタ19の電圧値(vbat_det)を検出する。DCバス電圧検出部111は、DCバス110の電圧(以下、DCバス電圧:vdc_det)を検出する。平滑用のコンデンサ107は、出力端子106の正極端子と負極端子との間に挿入され、DCバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ107によって、DCバス110の電圧は予め定められた電圧に維持される。キャパシタ電流検出部113は、キャパシタ19に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部113は、キャパシタ19に流れる電流値(ibat_det)を検出する。
昇降圧コンバータ100において、DCバス110を昇圧する際には、昇圧用IGBT102Aのゲート端子にPWM電圧が印加される。したがって、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110に供給される。これにより、DCバス110が昇圧される。
DCバス110を降圧する際には、降圧用IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧が印加される。したがって、降圧用IGBT102Bを介して供給される回生電力がDCバス110からキャパシタ19に供給される。これにより、DCバス110に蓄積された電力がキャパシタ19に供給され、DCバス110が降圧される。
なお、実際には、コントローラ30と昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bとの間には、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bを駆動するPWM信号を生成する駆動部が存在するが、図4では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
上述のような構成のハイブリッド式ショベルにおいて、キャパシタ19の充電率SOCを常に高い状態に維持することで、キャパシタ19の電圧が常に高い状態に維持される。キャパシタ19の電圧が高い状態で充電すれば、キャパシタ19への充電電流を小さくすることができる。したがって、充電電流が流れることによるキャパシタ19の内部抵抗損失を低減するという観点からは、キャパシタ19の充電率SOCを常に高い状態に維持することが好ましい。
ただし、ショベルの運転中は、キャパシタ19は充電・放電を繰り返しており、キャパシタ19の充電率は常に変化している。すなわち、電気負荷を駆動するために放電すれば充電率は低下していき、電動発電機12の発電電力や発電機300(ブーム回生用モータ)の回生電力で充電されれば充電率は上昇していく。したがって、キャパシタ19の充電率を高く維持するために、キャパシタ19の充電率のシステム制御上の上限値及び下限値(システム制御上限値及びシステム制御下限値と称する)を決めておく必要がある。
図5はショベルの作業時におけるキャパシタ19の充電率SOCの変化を示すグラフである。図5に示す例では、充電率SOCのシステム制御上限値は90%に設定され、システム制御下限値は40%に設定されているが、システム制御上限値及びシステム制御下限値は、ショベルの駆動システムやキャパシタ19の状態に応じて適切な値に設定することが好ましい。ここで、充電率SOCは、キャパシタ19が定格電圧の時の充電率を100%としている。
ショベルの運転が開始されてエンジン11が駆動されると、電動発電機12での発電が可能となる。ショベルの運転中は、通常、キャパシタ19の電力により電動負荷が駆動されてキャパシタ19のSOCが下がると、すぐにキャパシタ19の充電が行なわれ、キャパシタ19のSOCは上昇する。すなわち、ショベルが作業を始めると、ショベルの電動負荷を駆動するために、キャパシタ19は放電し、充電率SOCは低下していく。そして、電動負荷の駆動が無くなるとキャパシタ19は充電され、充電率SOCは上昇に転じる。充電率SOCが低下から上昇に転じる点を極小値と称する。キャパシタ19への充電が始まってから充電率SOCが上昇していくと、ある時点で再び電動負荷を駆動するためにキャパシタ19からの放電が必要となる。このときは、充電率SOCが上昇から低下に転じる。充電率SOCが上昇から低下に転じる点を極大値と称する。
通常、ショベルの作業は掘削動作のように同じような動作の繰り返しが多く、キャパシタ19の充電率SOCの変化は図5に示すように同じような波形の繰り返しとなることが多い。ここで、図5に示す例では、キャパシタ19へ供給する充電電流に一定の制限があり、充電電流の上限値が設定されている。すなわち、キャパシタ19への充電電流は一定の上限値以下となるように制御されている。
キャパシタ19充電電流の大きさは、充電率SOCの上昇速度に比例する。充電電流が大きければ充電率SOCの上昇速度は大きくなり、図5において充電率SOCの極小値から極大値までの変化が早くなって、キャパシタ19を迅速に充電できる。しかし、キャパシタ19へ供給する充電電流が大き過ぎると、キャパシタ19の内部抵抗による発熱等の問題が発生するため、充電電流には一定の制限があり、充電電流の上限値が設定されている。すなわち、キャパシタ19への充電電流(又は充電電力)は一定の上限値以下となるように制御されている。
図5に示す例では、繰り返し動作の毎回の充電電流(充電量)が、充電率SOCを維持するのに十分な大きさの電流であり、充電率SOCの平均値(極小値と極大値の中間値)は徐々に上昇している。そして充電率SOCの値がシステム制御上限値を超えないように制御が働き、充電率SOCの極大値はシステム制御上限値にはりついた状態となる。したがって、図5に示す例では、充電率SOCの平均値が常に高い状態に維持されている。
キャパシタ19への充電電流が大きいほど、キャパシタ19の充電率SOCをより迅速に上昇させることができ、充電率SOCを高い状態に維持しやすくなる。ところが、充電時のキャパシタ19の内部抵抗によるエネルギ損失は、充電電流の二乗に比例して大きくなるため、キャパシタ19の充電率SOCの上昇率をむやみに高くすると、キャパシタ19でのエネルギ効率が低下してしまう。
そこで、本発明の実施形態では、充電電流又は充電電力を制限しながら、充電率SOCをなるべく高い状態に維持するように充電電流又は充電電力を制御して、キャパシタ19を効率的に用いている。具体的には、本実施形態では、充電率SOCの推移(変化)に基づいて、キャパシタ19に充電する量(充電電流、充電電力)を制御することで、充電率SOCが高い状態で推移するように制御する。より具体的には、充電率(SOC)の極小値と極大値の推移(あるいは、変化傾向)に基づいて充電電力制限又は充電電流制限を段階的に切り替えて、充電率SOCを高い状態に維持するような制御を行なう。
図6は本発明の第1実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。充電量制御では、演算ブロック40において、逐次入力されるキャパシタ19の充電率SOCの現在値から、キャパシタ19の充電率SOCの極小値と極大値が演算により求められる。演算により求められた極小値はSOC低下判断ブロック42に出力され、極大値はSOC維持判断ブロック44に出力される。
SOC低下判断ブロック42では、入力される極小値の推移(変化)から充電率SOCが低下しているか否かが判断される。充電率SOCが低下していると判断されると、電力制限アップフラグが生成される。より具体的には、SOC低下判断ブロック42では、時間の経過と共に逐次求められる極小値を前回求められた極小値と比較することで、連続してN回、今回の極小値が前回の極小値より低下したか(小さくなったか)否かが判断される。ここでNは任意の整数(極小値の連続低下数)であり、例えばN=3とすれば、3回連続で今回の極小値が前回より低くなったか否かが判断される。電力制限アップフラグは、充電率SOCが低下し続ける傾向にあるということを示すフラグである。
また、SOC低下判断ブロック42では、入力される極小値がシステム制御下限値以下となったか否かが判断される。極小値がシステム制御下限値以下となったと判断されると、電力制限最大アップフラグが生成される。電力制限最大アップフラグは、充電率SOCが低下し過ぎているため急速に充電を行なう必要があるということを示すフラグである。
一方、SOC維持判断ブロック44では、入力される極大値の推移(変化)から充電率SOCが維持されているか否かが判断される。充電率SOCが維持されていると判断されると、電力制限ダウンフラグが生成される。より具体的には、SOC維持判断ブロック44では、時間の経過と共に逐次求められる極大値を前回求められた極大値と比較することで、連続してN回、今回の極大値が前回の極大値以上であるか(維持されているか)否かが判断される。ここでNは任意の整数(極大値の連続上昇数)であり、例えばN=3とすれば、3回連続で極大値が維持されているか否かが判断される。電力制限ダウンフラグは、充電率SOCが維持される傾向にあるということを示すフラグである。また、SOC維持判断ブロック44は、時間の経過と共に逐次求められる極大値をシステム制御上限値と比較することで、連続してN回、極大値がシステム制御上限値以上であるか(維持されているか)否かを判断する。ここでNは任意の整数(極大値の連続上昇数)であり、例えばN=3とすれば、3回連続で極大値がシステム制御上限値に維持されているか否かが判断される。3回連続で極大値がシステム制御上限値に維持されている場合にも、電力制限ダウンフラグが生成される。
次に、充電電力制限切替え判断ブロック46は、充電電力制限の段階を切り替える切替え信号を生成して切替えブロック48に供給する。例えば、上述の電力制限アップフラグが生成されたときには、充電電力制限切替え判断ブロック46は、充電電力制限の段階を一段階上げるための切替え信号を切替えブロック48に供給する。また、上述の電力制限最大アップフラグが生成されたときには、充電電力制限切替え判断ブロック46は、充電電力制限の段階を最高の段階に上げるための切替え信号を切替えブロック48に供給する。一方、上述の電力制限ダウンフラグが生成されたときには、充電電力制限切替え判断ブロック46は、充電電力制限の段階を一段階下げるための切替え信号を切替えブロック48に供給する。
充電電力制限の段階とは、キャパシタ19に充電する電力量を段階的に定めたもので、例えば、A段階は−10kW以下、B段階は−20kW以下、C段階は−30kW以下、D段階は−40kW以下である。切替えブロック48は、切替え信号に基づいていずれかの段階を選択し、選択された段階の充電電力制限値(−10kW、−20kW、−30kW、又は−40kW)が制限器50に出力される。
制限器50には、コントローラ30から充電電力指令値1が供給される。制限器50は、切替えブロック48から供給され充電電力制限値に基づいて充電電力指令値1に制限を加えて充電電力指令値2を生成し、上位システムに出力する。したがって、制限器50から出力される充電電力指令値2は、充電率の変化傾向に基づいて制限が加えられた指令値となる。本実施形態では、充電電力指令値2は、上述のように充電率SOCの変化傾向に基づいて段階的に−10kW以下、−20kW以下、−30kW以下、又は−40kW以下に制限された値となる。この充電電力指令値2が、実際にキャパシタ19に供給する充電電力の指令値となる。
なお、充電電力制限切替え判断ブロック46は、切替え信号を切替えブロック48に出力するとともに、リセット判断信号を、SOC低下判断ブロック42及びSOC維持判断ブロック44に出力する。SOC低下判断ブロック42及びSOC維持判断ブロック44は、リセット判断信号を受けると、極小値又は極大値のN回連続の比較を初回から始める。
また、極小値又は極大値のN回連続の比較は、充電率SOCが上昇傾向にあるのか、下降傾向にあるのかを判断するために行なっているものであり、必ずしも極小値がN回連続で低下しているか、あるいは極大値がN回連続で維持されているかにより判断する必要はない。すなわち、例えば、ある時間内の電率SOCの変化傾向を判断することができるのであれば、N回連続でなくてもよく、例えば一回おきの極小値あるいは極大値に基づいて判断を行なってもよい。あるいは、極小値と極大値の移動平均に基づいて判断を行なってもよい。
また、変化傾向を判断するために検出する充電率SOCの検出値は、極小値及び極大値に限ることなく、例えば、極小値又は極大値から所定の時間後の検出値であってもよい。また、変化率が予め定めた値以上であるかどうかで判断してもよい。具体的には、現在の充電率SOCの検出値と所定時間後の充電率SOCの検出値との差が、予め定めた値以上であるかをもとに、変化傾向を判断することができる。
本実施形態では、キャパシタ19に充電する量として充電電力を制限するように制御しているが、充電電力の代わりにキャパシタ19に充電する量として充電電流を制限するように制御してもよい。
図7は充電量制御処理のフローチャートである。まず、充電量制御処理が開始されると、ステップS1において、キャパシタ19の充電率SOCの現在値SOC0が演算により求められる。次に、ステップS2において、充電率SOCの現在値SOC0が充電率SOCのシステム制御下限値(図5参照)より低いか否かが判断される。
充電率SOCの現在値SOC0がシステム制御下限値より低い場合(ステップS2のYES)、充電電力制限の段階を最高の段階(D段階)に切替える。すなわち、現在の充電率が低過ぎるため、キャパシタ19を急速に充電するために、充電電力制限を最大値として、大きな充電電力を供給する。
一方、充電率SOCの現在値SOC0がシステム制御下限値以上の場合(ステップS2のNO)、処理はステップS3に進む。
以上の処理は、図6に示す充電量制御の前に行なわれる。
次に、ステップS3において、充電率SOCの極小値がN回算出される。初回の算出値がSOC−1となり、N回目の算出値がSOC−Nとなる。N回目の算出値SOC−Nが算出されたら、ステップS4において、充電率SOCの極小値がN回連続して低下したか否かが判定される。
充電率SOCの極小値がN回連続して低下した場合(ステップS4のYES)、充電電力制限の段階を一段階上に切替えて、充電電力制限値を上昇させる。例えば、充電率SOCの極小値がN回連続して低下したときの段階がB段階であった場合はC段階に切替えられ、充電電力制限値はB段階の−20kWからC段階の−30kWに引き上げられる。ここで、充電電力制限値がマイナスの値となっているのは、放電電力をプラスとし充電電力をマイナスとして充電電力と放電電力を区別しているためである。したがって、キャパシタ19を最大−20kWで充電していたときには、充電電力制限値の切替えにより最大−30kWで充電可能となり、キャパシタ19を迅速に充電して充電率SOCの低下傾向を抑制することができる。
一方、充電率SOCの極小値がN回連続して低下しなかった場合(ステップS4のNO)、処理はステップS5に進む。ステップS5では、充電率SOCの極大値がN回算出される。初回の算出値がSOC+1となり、N回目の算出値がSOC+Nとなる。N回目の算出値SOC+Nが算出されたら、ステップS6において、充電率SOCの極大値がN回連続して充電率SOCのシステム制御上限値(図5参照)以上であるか否か、又は充電率SOCの極大値がN回連続して上昇しているか否かが判定される。
充電率SOCの極大値がN回連続して充電率SOCのシステム制御上限値以上である場合、又は充電率SOCの極大値がN回連続して上昇している場合(ステップS6のYES)、充電電力制限の段階を一段階下に切替えて、充電電力制限値を低下させる。例えば、充電率SOCの極大値がN回連続して上昇したときの段階がC段階であった場合はB段階に切替えられ、充電電力制限値はC段階の−30kWから段階の−20kWに引き下げられる。ここで、充電電力制限値がマイナスの値となっているのは、放電電力をプラスとし充電電力をマイナスとして充電電力と放電電力を区別しているためである。したがって、キャパシタ19を最大−30kWで充電していたときには、充電電力制限値の切替えにより最大−20kWに制限され、キャパシタ19に充電する量を低減して充電率SOCが低下するように制御する。
一方、充電率SOCの極大値がN回連続して充電率SOCのシステム制御上限値以上では無い場合、又は充電率SOCの極大値がN回連続して上昇していない場合(ステップS6のNO)、充電電力制限の段階はそのままに維持され、充電電力制限値は変更されない。充電率SOCの極大値がN回連続して充電率SOCのシステム制御上限値以上では無い場合、すなわち、充電率SOCの極大値がシステム制御上限値以上となることがN回連続しない場合、又は充電率SOCの極大値がN回連続して上昇していない場合は、キャパシタ19の充電率SOCは過度に高くなっておらず、そのときの充電電力制限を下げる必要は無いと判断し、充電電力制限は低減しない。
次に、以上のような充電電力制限処理について具体的に説明する。
図8は充電電力制限制御の一例における充電率SOCの変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。図8に示す例では、キャパシタ19の充電率SOCが、システム制御上限値(例えば90%)の状態から徐々に減少し、これに伴い、充電率SOCの極大値及び極小値も時間とともに徐々に低下している。図8−(a)に示す例では、判断回数NはN=3に設定されている。したがって、充電率SOCの極小値が連続してN=3回、前回の極小値より低下した時点で、充電電力制限の段階が一段階引き上げられて、A段階からB段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値は−10kWから−20kWに上昇されている(マイナスは充電を意味する)。ところが、その後、負荷が増大すると、電動発電機12によるエンジンアシスト運転の出力や、旋回用電動機21への出力が増大してしまう。このため、充電率SOCはその後も低下し続け、今度は極小値がシステム制御下限値を下回ってしまっている。そこで、図8−(b)に示すように、極小値がシステム制御下限値を下回った時点で、充電電力制限の段階が最高段階まで上げられて、B段階からD段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値は−20kWから−40kWに上昇され、より急速にキャパシタ19に充電電力を供給できるようになっている。
なお、図8では充電率SOCの極小値が連続してN=3回、前回の極小値より低下している例を示しているが、充電率SOCの極大値が連続してN=3回、前回の極大値より上昇する場合には、充電電力制限の段階を一段階引き上げることとなる。
図9は充電電力制限制御の他の例における充電率SOCの変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。図9に示す例では、キャパシタ19の充電率SOCが、システム制御上限値(例えば90%)の状態から徐々に減少し、これに伴い、充電率SOCの極大値及び極小値も時間とともに徐々に低下している。図9−(a)に示す例では、判断回数NはN=3に設定されている。したがって、充電率SOCの極小値が連続してN=3回、前回の極小値より低下した時点で、充電電力制限の段階が一段階引き上げられて、A段階からB段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値は−10kWから−20kWに上昇されている(マイナスは充電を意味する)。
ここで、図8に示す例とは異なり、充電電力制限値が−10kWから−20kWに上昇されたため、充電率SOCはその後上昇に転じ、今度は極大値が連続してN=3回、システム制御上限値となってしまっている(充電率SOCはシステム制御上限値以上にならないように制御されているため、極大値もシステム制御上限値以上にはならない)。そこで、図9−(b)に示すように、極大値が連続してN=3回上昇した時点で、充電電力制限の段階が一段階引き下げられて、B段階からA段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値は−20kWから−10kWに低減され、充電電力が低減されるように制御されている。本実施形態では、充電率SOCを基に充電率の電力制限を行なう例を示したが、本実施形態に限定されることなく、例えば、充電率として蓄電装置の電圧値を用いる場合も含まれる。このように、極大値が連続して予め定められた回数上昇した場合に充電電力制限を低下させることで、充電率SOCをシステム上限値以内に抑制することができる。
また、充電率SOCが、連続してシステム上限値を維持する場合にも、更に、充電電力制限を低下させるようにしてもよい。
次に、本発明の第2実施形態による充電量制御について説明する。図10は本発明の第2実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。図10において、図6に示す機能ブロックと同等の機能ブロックには同じ符号を示し、その説明は省略する。
本実施形態では、図6に示す切替えブロック48がマップ切替えブロック60に置き換えられ、マップ切替えブロック60から充電電力指令値1が出力される。充電電力指令値1は上位プロセスに供給される。上位プロセスにおいて決定された充電電力指令値が充電電力指令値1を超える場合は、制限器70により制限され、制限器70から充電電力指令値2として出力される。
マップ切替えブロック60には、充電電力指令値1を生成するための複数のマップ62−1〜62−4が設けられている。マップ62−1は、上述のA段階に相当する充電電力制限値と充電率SOCとの関係を示している。マップ62−1に充電率SOCの現在値が入力されると、A段階で設定された充電電力(例えば、最大で−10kW)に制限された充電電力指令値1が出力される。マップ62−1は、充電率SOCがどのような値であっても、キャパシタ19に流れる充電電流が所定の電流値(A段階の電流値)を超えないように充電電力を設定したときのマップである。したがって、マップ62−1から出力される充電電力指令値1を用いると、充電率SOCがどのような値であっても所定の電流値(A段階の電流値)を超えないようにキャパシタ19を充電することができる。ここで、マップ62−1において充電率SOCが低くなると充電電力制限値が低下しているのは、充電電流Iを一定にした場合、充電電力Wは充電率SOCの平方根に比例する値となるためである(W=I×V0×√SOC:V0はキャパシタの満充電電圧)。
同様に、マップ62−2,62−3,62−4は、それぞれ上述のB段階,C段階,D段階に相当する充電電力制限値と充電率SOCとの関係を示している。マップ62−2,62−3,62−4に充電率SOCの現在値が入力されると、B段階,C段階,D段階で設定された充電電力(例えば−20kW,−30kW,−40kW)に制限された充電電力指令値1がそれぞれ出力される。マップ62−2,62−3,62−4は、充電率SOCがどのような値であっても、キャパシタ19に流れる充電電流が所定の電流値(B段階,C段階,D段階の電流値)を超えないように充電電力を設定したときのマップである。したがって、マップ62−2,62−3,62−4から出力される充電電力指令値1を用いると、それぞれ充電率SOCがどのような値であっても所定の電流値(B段階,C段階,D段階の電流値)を超えないようにキャパシタ19を充電することができる。
図11は本実施形態による充電電力制限制御の一例における充電率SOCの変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。図11に示す例では、キャパシタ19の充電率SOCが、システム制御上限値(例えば90%)の状態から徐々に減少し、これに伴い、充電率SOCの極大値及び極小値も時間とともに徐々に低下している。図11−(a)に示す例では、判断回数NはN=3に設定されている。したがって、充電率SOCの極小値が連続してN=3回、前回の極小値より低下した時点で、充電電力制限の段階が一段階引き上げられて、A段階からB段階に切替えられている。これにより、図11−(b)に示すように、充電電力制限値はマップ62−1における制限値(A段階:最大で−10kW)からマップ62−2における制限値(B段階:最大で−20kW)に上昇されている(マイナスは充電を意味する)。ところが、その後、負荷が増大すると、電動発電機12によるエンジンアシスト運転の出力や、旋回用電動機21への出力が増大してしまう。このため、充電率SOCはその後も低下し続け、今度は極小値がシステム制御下限値を下回ってしまっている。そこで、極小値がシステム制御下限値を下回った時点で、充電電力制限の段階が最高段階まで上げられて、B段階からD段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値はマップ62−2における制限値(B段階:最大で−20kW)からマップ62−4における制限値(D段階:最大で−40kW(最大充電電力))に上昇されて、より急速にキャパシタ19に充電電力を供給できるようになっている。
次に、本発明の第3実施形態による充電量制御について説明する。図12は本発明の第3実施形態による充電量制御を示す制御ブロック図である。図12において、図6に示す機能ブロックと同等の機能ブロックには同じ符号を示し、その説明は省略する。
本実施形態では、図6に示す切替えブロック48がゲイン演算ブロック80及び比例制御ブロック82に置き換えられ、比例制御ブロック82から充電電力指令値1が出力される。また、比例制御ブロック2には、充電率SOCの現在値とSOC目標値との差分が入力される。比例制御ブロック82から出力される充電電力指令値1は上位プロセスに供給される。上位プロセスにおいて決定された充電電力指令値が充電電力指令値1を超える場合は、制限器70により制限され、制限器70から充電電力指令値2として出力される。
ゲイン演算ブロック80は、充電電力制限切替え判断ブロック46からの切替え信号に基づいて、各段階における比例ゲインを算出する。比例制御ブロック82は、充電率SOCの現在値とSOC目標値との差分とゲイン演算ブロック80で求めた比例ゲインとに基づいて、充電電力指令値1を算出する。充電電力指令値1は上位プロセスに供給される。上位プロセスにおいて決定された充電電力指令値が充電電力指令値1を超える場合は、制限器70により制限され、制限器70から充電電力指令値2として出力される。
図13は本実施形態による充電電力制限制御の一例における充電率SOCの変化と、それに対応する充電電力制限を示す図である。図13に示す例では、キャパシタ19の充電率SOCが、システム制御上限値(例えば90%)の状態から徐々に減少し、これに伴い、充電率SOCの極大値及び極小値も時間とともに徐々に低下している。図13−(a)に示す例では、判断回数NはN=3に設定されている。したがって、充電率SOCの極小値が連続してN=3回、前回の極小値より低下した時点で、充電電力制限を演算するために用いる比例ゲインが一段階引き上げられて、A段階からB段階に切替えられている。これにより、図13−(b)に示すように、充電電力制限値はA段階における制限値(−10kW+比例ゲイン)からB段階における制限値(−20kW+比例ゲイン)に上昇されている(マイナスは充電を意味する)。ところが、その後、負荷が増大すると、電動発電機12によるエンジンアシスト運転の出力や、旋回用電動機21への出力が増大してしまう。このため、充電率SOCはその後も低下し続け、今度は極小値がシステム制御下限値を下回ってしまっている。そこで、極小値がシステム制御下限値を下回った時点で、充電電力制限の段階が最高段階まで上げられて、B段階からD段階に切替えられている。これにより、充電電力制限値はB段階における制限値(−20kW+比例ゲイン)からD段階における制限値(最大充電電力:−40kW+比例ゲイン)に上昇されて、より急速にキャパシタ19に充電電力を供給できるようになっている。
上述の実施形態では、エンジン11と電動発電機12とを油圧ポンプであるメインポンプ14に接続してメインポンプを駆動する、いわゆるパラレル型のハイブリッド式ショベルに本発明を適用した例について説明した。上述の実施形態は、図14に示すようにエンジン11で電動発電機12を駆動し、電動発電機12が生成した電力を蓄電系120に蓄積してから蓄積した電力のみによりメインポンプ14を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド式ショベルにも適用することもできる。この場合、電動発電機12は、本実施形態ではエンジン11によって駆動されることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能を備えている。
また、図15に示すように全ての駆動部が油圧によって作動する構成のハイブリッド式ショベルにも本発明を適用することができる。図11に示す構成のハイブリッド式ショベルでは、エンジン11の余剰出力により電動発電機12で発電された発電電力、及び、ブーム回生モータ300によって発電された発電電力が、蓄電系120に蓄電される。蓄電系120に蓄電された蓄電電力は、エンジン11の出力をアシストするために用いられる。
さらに、エンジンが搭載されずに電動機のみで油圧ポンプを駆動する電気式ショベルにも本発明を適用することができる。図16は電気式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。電動機として機能する電動発電機12はメインポンプ14に接続され、メインポンプ14は電動発電機12のみにより駆動される。蓄電系120には、コンバータ410を介して外部電源400が接続され、蓄電系120の蓄電部(キャパシタ19)には、外部電源400から電力が供給されて充電される。
本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。
本出願は、2011年1月28日出願の優先権主張日本国特許出願第2011−016545号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。
本発明は、電動作業要素に電力を供給するための蓄電装置を有するショベルに適用可能である。
1 下部走行体
1A、1B 油圧モータ
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
7A 油圧配管
7B ブーム角度センサ
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
8A、18、20 インバータ
19 キャパシタ
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
26A、26B レバー
26C ペダ
7 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
35 表示装置
40 演算ブロック
42 SOC低下判断ブロック
44 SOC維持判断ブロック
46 充電電力制限切替えブロック
48 切替えブロック
50 制限器
60 マップ切替えブロック
70 制限器
80 ゲイン演算ブロック
82 比例制御ブロック
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
104 電源接続端子
106 出力端子
107 コンデンサ
110 DCバス
111 DCバス電圧検出部
112 キャパシタ電圧検出部
113 キャパシタ電流検出部
120 蓄電系
300 ブーム回生用モータ(発電機)
310 ブーム回生用油圧モータ
400 外部電源
410 コンバータ


Claims (14)

  1. 電動負荷と、
    該電動負荷に電力を供給するための蓄電部を有する蓄電装置と、
    該蓄電部の充電率がシステム制御上限値とシステム制御下限値との間となるように、前記蓄電部に充電する量を制御する制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、前記充電率の複数の検出値から導出された前記検出値の変化傾向に基づいて、前記蓄電部に充電する量の制限値を制御することを特徴とするショベル。
  2. 請求項1記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値が前回の検出値より大きくなる場合、及び/又は、上限値に維持される場合が所定回数連続して続いたときに、前記充電する量が過大であると判断し、前記充電する量の制限値を低下させることを特徴とするショベル。
  3. 請求項1記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値として前記蓄電部の充電率の変化における極大値を検出し、該極大値の変化傾向に基づいて、前記充電する量の制限値を低下させることを特徴とするショベル。
  4. 請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値が前回の検出値より小さくなる場合が所定回数連続して続いたときに、前記充電する量が不足していると判断し、前記充電する量の制限値を上昇させることを特徴とするショベル。
  5. 請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値として前記蓄電部の充電率の変化における極小値を検出し、該極小値の変化傾向に基づいて、前記充電する量の制限値を上昇させることを特徴とするショベル。
  6. 請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記充電率の極小値が前記システム制御下限値以下となったら、前記充電する量の制限値を上昇させることを特徴とするショベル。
  7. 請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のショベルであって、
    前記充電する量の制限値として、充電率の変化に対応した複数の制限値が設定されることを特徴とするショベル。
  8. 請求項1記載のショベルであって、
    前記制御装置は、充電電力の指令値に対して制限を加える制限部を備えることを特徴とするショベル。
  9. 請求項1記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値の変化傾向に基づいて充電電力の指令値を変更することを特徴とするショベル。
  10. 請求項9記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記蓄電部の充電率から前記充電電力の指令値を生成するマップを複数備え、前記検出値の変化傾向に基づいて、前記充電電力の指令値を生成するために用いるマップを切り替えることを特徴とするショベル。
  11. 請求項10記載のショベルであって、
    前記複数のマップはそれぞれ前記検出値に応じて前記充電電力の指令値の大きさが異なることを特徴とするショベル。
  12. 請求項9記載のショベルであって、
    前記制御装置は、前記検出値の変化傾向に基づいて、前記充電電力の指令値に対するゲインを変更することを特徴とするショベル。
  13. 電動負荷に電力を供給するための蓄電部を有する蓄電装置を有するショベルの制御方法であって、
    前記蓄電部の充電率がシステム制御上限値とシステム制御下限値との間となるように、前記蓄電部に充電する量を制御し
    記充電率の複数の検出値から導出された前記検出値の変化傾向を求め、
    求めた変化傾向に基づいて、前記蓄電部に充電する量の制限値を制御することを特徴とするショベルの制御方法。
  14. 請求項13記載のショベルの制御方法であって、
    前記検出値が前回の検出値より大きくなる場合、及び/又は、上限値に維持される場合が所定回数連続して続いたときに、前記充電する量が過大であると判断し、前記充電する量の制限値を低下させることを特徴とするショベルの制御方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017020169A (ja) * 2015-07-07 2017-01-26 日立建機株式会社 建設機械の制御装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014208565A1 (ja) * 2013-06-25 2014-12-31 日本電気株式会社 充電電力制御方法、充電電力制御システムおよびプログラム
JP6197527B2 (ja) 2013-09-24 2017-09-20 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械
KR20150071628A (ko) * 2013-12-18 2015-06-26 대우조선해양 주식회사 해양 플랜트의 하이브리드 전력 공급 장치 및 방법
JP6316623B2 (ja) * 2014-03-12 2018-04-25 住友建機株式会社 ショベル
AU2015240438B2 (en) * 2014-04-02 2018-08-30 Bookleaf Pty Ltd Battery management system and method and battery powered appliance incorporating the same
CN103981919B (zh) * 2014-04-30 2016-10-05 华侨大学 一种延长挖掘机机载通信终端待机时间的装置及其方法
JP6225856B2 (ja) * 2014-08-29 2017-11-08 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械
US10714968B2 (en) * 2016-03-08 2020-07-14 Nec Corporation Power control apparatus, power control system, and power control method
JP6891444B2 (ja) * 2016-10-19 2021-06-18 ヤマハ株式会社 回路および楽器
US10177420B2 (en) * 2016-10-21 2019-01-08 Richtek Technology Corporation Charger circuit and power conversion circuit thereof
CN106896330B (zh) * 2017-03-24 2019-05-17 东软集团股份有限公司 一种关于电池剩余电量的数据处理方法及装置
KR102547282B1 (ko) * 2018-02-23 2023-06-26 삼성전자주식회사 배터리 충방전 시간에 기반하여 충전을 제어하는 장치 및 방법
NO20220437A1 (en) * 2019-09-17 2022-04-12 Kawasaki Heavy Ind Ltd Electric power supply system, method of controlling the same, and device
JP7389064B2 (ja) * 2021-01-14 2023-11-29 ヤンマーホールディングス株式会社 建設機械
WO2024202326A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 株式会社日立建機ティエラ 建設機械

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000175306A (ja) * 1998-12-07 2000-06-23 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
JP2004186087A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電池の制御方法
JP2004266917A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Kobe Steel Ltd ハイブリッド駆動型建設機械の電力制御装置
JP2006278132A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toyota Motor Corp バッテリ充放電制御装置
JP2008547365A (ja) * 2005-06-14 2008-12-25 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーの充電または放電出力の調整方法及び装置
JP2010041828A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Sumitomo Heavy Ind Ltd バッテリ充放電制御方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09322314A (ja) 1996-05-31 1997-12-12 Isuzu Motors Ltd 電気自動車電源制御装置
JP2007071197A (ja) 2005-08-11 2007-03-22 Yanmar Co Ltd ハイブリッド型油圧作業機
DE112008000589B4 (de) * 2007-03-23 2015-11-19 Komatsu Ltd. Energieerzeugungssteuerverfahren einer Hybridbaumaschine und Hybridbaumaschine
DE102007028700B4 (de) * 2007-06-21 2020-09-17 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Hybridfahrzeuges
FR2921884A1 (fr) * 2007-10-03 2009-04-10 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de pilotage d'une chaine de traction hybride base sur l'etat de charge de la batterie.
JP4937082B2 (ja) 2007-11-02 2012-05-23 日立建機株式会社 電気駆動式建設機械
US8285434B2 (en) * 2007-12-28 2012-10-09 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hybrid-type construction machine having an output condition calculating unit to calculate output conditions of an engine and an electric storage device
JP5277711B2 (ja) 2008-05-09 2013-08-28 新神戸電機株式会社 電源装置及び車両用電源装置
US8212532B2 (en) * 2008-07-24 2012-07-03 General Electric Company Method and system for control of a vehicle energy storage device
JP5116787B2 (ja) * 2009-03-05 2013-01-09 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
US8698437B2 (en) 2009-05-15 2014-04-15 Siemens Industry, Inc. System and method for providing auxiliary power by regeneration power management in mobile mining equipment

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000175306A (ja) * 1998-12-07 2000-06-23 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
JP2004186087A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電池の制御方法
JP2004266917A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Kobe Steel Ltd ハイブリッド駆動型建設機械の電力制御装置
JP2006278132A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toyota Motor Corp バッテリ充放電制御装置
JP2008547365A (ja) * 2005-06-14 2008-12-25 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーの充電または放電出力の調整方法及び装置
JP2010041828A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Sumitomo Heavy Ind Ltd バッテリ充放電制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017020169A (ja) * 2015-07-07 2017-01-26 日立建機株式会社 建設機械の制御装置

Also Published As

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