JP5808779B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本発明は、充放電が繰り返し行われる蓄電器の内部抵抗を測定するコントローラを備えたショベルに関する。 The present invention relates to an excavator provided with a controller that measures the internal resistance of a battery that is repeatedly charged and discharged.
従来より、二次電池として用いられる蓄電器として、静電的に電荷を蓄積又は放出するコンデンサが挙げられる。コンデンサは、負荷の要求に応じて充放電を繰り返すことにより、電気エネルギの蓄積又は放出を行う。 Conventionally, as a battery used as a secondary battery, there is a capacitor that electrostatically accumulates or discharges electric charge. The capacitor accumulates or discharges electric energy by repeatedly charging and discharging according to the demand of the load.
従来より、二次電池として用いられる蓄電器が種々の用途に用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a capacitor used as a secondary battery has been used for various purposes (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、蓄電器により駆動される作業機械の多くの場合、蓄電器の充放電時に駆動する電動発電機においては、作業中においては電動発電機の電動(アシスト)運転及び発電運転が頻繁に繰り返される。特に、電動発電機の電力制御を行う場合、充電率によって電圧が変化するキャパシタ等の制御では一定電流に制御することが困難である。 However, in many work machines driven by a capacitor, in the motor generator driven when the capacitor is charged and discharged, the motor (assist) operation and the power generation operation of the motor generator are frequently repeated during work. In particular, when power control of a motor generator is performed, it is difficult to control to a constant current by controlling a capacitor or the like whose voltage changes depending on the charging rate.
そこで、本発明は、ショベルの動作を利用して、内部抵抗値を測定することのできるショベルを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a shovel that can measure the internal resistance value by using the operation of the shovel.
一態様によれば、下部走行体と、
該下部走行体に旋回機構を介して搭載される上部旋回体と、
該上部旋回体に搭載されるブームと、
前記上部旋回体に搭載され、該ブームを駆動するためのブームシリンダと、
該ブームシリンダに油圧を供給するメインポンプと、
該メインポンプに接続されるエンジンと、
該エンジン、及び、前記メインポンプに接続される電動発電機と、
該電動発電機により発電された電力をコンバータを介して蓄電する蓄電器と、
該蓄電器の内部抵抗を測定するコントローラとを備えたショベルにおいて、
該コントローラは、
ショベルの作業中に、操作装置の操作の有無に基づいて、ショベルの操作が無く且つ前記コンバータが駆動されていないアイドリング状態である非作業状態になったか否かを判定し、
前記非作業状態と判定されたときに前記蓄電器の第1の電流値及び第1の蓄電電圧値を測定し、
その後、前記蓄電器を通電状態とした際に前記蓄電器の第2の電流値及び第2の蓄電電圧値を測定し、
該第2の電流値と前記第1の電流値によって得られる電流差と、該第2の蓄電電圧値と前記第1の蓄電電圧値によって得られる電圧差とに基づいて前記蓄電器の内部抵抗を算出することを特徴とするショベルが提供される。
According to one aspect, the lower traveling body;
An upper swing body mounted on the lower traveling body via a swing mechanism;
A boom mounted on the upper swing body;
A boom cylinder mounted on the upper swing body for driving the boom;
A main pump for supplying hydraulic pressure to the boom cylinder;
An engine connected to the main pump;
A motor generator connected to the engine and the main pump;
A battery for storing electric power generated by the motor generator via a converter ;
In a shovel comprising a controller for measuring the internal resistance of the capacitor,
The controller
During shovel work, based on the presence or absence of the operation of the operation device, it determines whether and said converter operation shovel rather free becomes inoperative state is in an idling state not driven,
Measuring the first current value and the first stored voltage value of the battery when the non-working state is determined;
Thereafter, when the storage device is energized, the second current value and the second storage voltage value of the storage device are measured,
Based on the current difference obtained by the second current value and the first current value and the voltage difference obtained by the second storage voltage value and the first storage voltage value, the internal resistance of the battery is An excavator characterized by calculating is provided.
本発明によれば、内部抵抗値の測定用の特別な機能を備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、ショベルを提供できるという特有の効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to provide a shovel capable of measuring an internal resistance value of a capacitor during normal operation of a load without providing a special function for measuring an internal resistance value. It is done.
以下、本発明の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用した実施の形態について説明する。ここでは、実施の形態1の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の処理内容を分かり易くするために、実施の形態1の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置をハイブリッド型建設機械に適用した例(適用例)について説明を行う。 Hereinafter, an embodiment in which a method for measuring internal resistance of a capacitor and an internal resistance measuring device of the present invention are applied will be described. Here, in order to make it easy to understand the processing contents of the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring device of the first embodiment, the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring device of the first embodiment are applied to a hybrid construction machine. An example (application example) will be described.
[実施の形態1]
実施の形態1の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の適用例について説明するにあたり、まず、図1及び図2を用いてハイブリッド型建設機械の基本構成を説明する。
[Embodiment 1]
In describing an application example of a hybrid construction machine to which the internal resistance measurement method and the internal resistance measurement device according to the first embodiment are applied, first, a basic configuration of the hybrid construction machine will be described with reference to FIGS. 1 and 2. .
図1は、実施の形態1の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械を示す側面図である。 FIG. 1 is a side view showing a hybrid construction machine to which the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring apparatus according to Embodiment 1 are applied.
このハイブリッド型建設機械の下部走行体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。また、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に加えて、キャビン10及び動力源が搭載される。
An
[全体構成]
図2は、実施の形態1の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図2では、機械的動力系を太実線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を実線でそれぞれ示す。
[overall structure]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a hybrid construction machine to which the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring apparatus according to the first embodiment are applied. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a thick solid line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system 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、ともに増力機としての減速機13の入力軸に接続されている。また、この減速機13の出力軸には、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
コントロールバルブ17は、実施の形態1の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、この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。
The
また、電動発電機12には、インバータ18及び昇降圧コンバータ100を介して蓄電器としてのバッテリ19が接続される。このインバータ18と昇降圧コンバータ100との間は、DCバス110によって接続されている。
The
また、DCバス110には、インバータ20を介して旋回用電動機21が接続されている。DCバス110は、バッテリ19、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間で電力の授受を行うために配設されている。
In addition, a turning
DCバス110には、DCバス110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111が配設されている。検出されるDCバス電圧値は、コントローラ30に入力される。
The
また、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106と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部107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バッテリ電流値は、コントローラ30に入力される。
Further, the
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、及び旋回減速機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。
A
操作装置26には、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。この圧力センサ29には、実施の形態1の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ30が接続されている。
A
このような実施の形態1の建設機械は、エンジン11、電動発電機12、及び旋回用電動機21を動力源とするハイブリッド型建設機械である。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。以下、各部について説明する。
The construction machine according to the first embodiment is a hybrid construction machine that uses the engine 11, the
[各部の構成]
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。このエンジン11は、建設機械の運転中は常時運転される。
[Configuration of each part]
The engine 11 is an internal combustion engine composed of, for example, a diesel engine, and its output shaft is connected to one input shaft of the
電動発電機12は、電動(アシスト)運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機12として、インバータ20によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機12の回転軸は減速機13の他方の入力軸に接続される。
The
減速機13は、2つの入力軸と1つの出力軸を有する。2つの入力軸の各々には、エンジン11の駆動軸と電動発電機12の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ14の駆動軸が接続される。エンジン11の負荷が大きい場合には、電動発電機12が電動(アシスト)運転を行い、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。これによりエンジン11の駆動がアシストされる。一方、エンジン11の負荷が小さい場合は、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電運転による発電を行う。電動発電機12の電動運転と発電運転の切り替えは、コントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
The
メインポンプ14は、コントロールバルブ17に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ17を介して油圧モータ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の各々を駆動するために供給される。
The
パイロットポンプ15は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
The
コントロールバルブ17は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体1用の油圧モータ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の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
The
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100との間に設けられ、コントローラ30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を電動運転している際には、必要な電力をバッテリ19と昇降圧コンバータ100からDCバス110を介して電動発電機12に供給する。また、電動発電機12を発電運転している際には、電動発電機12により発電された電力をDCバス110及び昇降圧コンバータ100を介してバッテリ19に充電する。
The
バッテリ19は、昇降圧コンバータ100を介してインバータ18及びインバータ20に接続されている。これにより、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、電動(アシスト)運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機12の発電運転と旋回用電動機21の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。
The
このバッテリ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)、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100によって行われる。この昇降圧コンバータ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、バッテリ電圧検出部106によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部107によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ30によって行われる。
The charge / discharge control of the
インバータ20は、上述の如く旋回用電動機21と昇降圧コンバータ100との間に設けられ、コントローラ30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、インバータが旋回用電動機21の力行を運転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100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が回生運転をしている際には、旋回用電動機21により発電された電力を昇降圧コンバータ100を介してバッテリ19へ充電する。図2には、旋回電動機(1台)及びインバータ(1台)を含む実施の形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをDCバス110に接続するようにしてもよい。
The inverter 20 is provided between the turning
昇降圧コンバータ100は、一側がDCバス110を介して電動発電機12及び旋回用電動機21に接続されるとともに、他側がバッテリ19に接続されており、DCバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。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バス電圧値を昇圧する必要がある。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バス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機21の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機12はエンジン11の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機21は上部旋回体3の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機12と旋回用電動機21には、いずれか一方が電動(アシスト)運転又は力行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。
The buck-
このため、昇降圧コンバータ100は、電動発電機12と旋回用電動機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。この制御手法については、図3を用いて説明する。
For this reason, the step-up / step-down
DCバス110は、2つのインバータ18及び20と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ19、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間で電力の授受が可能に構成されている。
The
DCバス電圧検出部111は、DCバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるDCバス電圧値はコントローラ30に入力され、このDCバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
The DC bus
バッテリ電圧検出部106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、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ30に入力され、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うために用いられる。
The battery
バッテリ電流検出部107は、バッテリ19の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ19から昇降圧コンバータ100に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ30に入力され、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うために用いられる。
The battery
旋回用電動機21は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体3の旋回機構2を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が減速機24にて増幅され、上部旋回体3が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体3の慣性回転により、減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機21として、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ20によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機21は、例えば、磁石埋込型のIPMモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機21にて発電される電力を増大させることができる。
The turning
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機21と機械的に連結することで旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機21の回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構2の回転角度及び回転方向が導出される。また、図2にはレゾルバ22を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
The
メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ23は、電磁式スイッチにより制動/解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ30によって行われる。
The
旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構2に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機21の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機21に発生させることができる。
The
旋回機構2は、旋回用電動機21のメカニカルブレーキ23が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体3が左方向又は右方向に旋回される。
The turning mechanism 2 can turn in a state where the
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、レバー26A及び26Bとペダル26Cを含む。レバー26Aは、旋回用電動機21及びアーム5を操作するためのレバーであり、上部旋回体3の運転席近傍に設けられる。レバー26Bは、ブーム4及びバケット6を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル26Cは、下部走行体1を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
The
この操作装置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
レバー26A及び26Bとペダル26Cの各々が操作されると、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内の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 each of 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の駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
The
圧力センサ29では、旋回用電動機21及びアーム5を操作するためのレバー26Aの操作、アーム4及びバケット6を操作するためのレバー26Bの操作、下部走行体1を走行させるためのペダル26C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し、この電気信号はコントローラ30に入力される。これにより、コントローラ30は、下部走行体1、アーム4、アーム5、バケット6、及び旋回用電動機21の操作の有無を検知することができる。
In the
また、実施の形態1のハイブリッド建設機械は旋回機構2を電動駆動するため、コントローラ30は、圧力センサ29から入力される旋回機構2を旋回させるためのレバー26Aの操作量を的確に把握することができる。
In addition, since the hybrid construction machine of the first embodiment electrically drives the turning mechanism 2, the
なお、実施の形態1では、操作検出部として圧力センサ29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。
In the first embodiment, a mode in which the
[コントローラ30]
コントローラ30は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、旋回駆動制御部40、及び駆動制御部120を含み、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る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。
[Controller 30]
The
このコントローラ30には、圧力センサ29から入力される電気信号に基づき、下部走行体1、アーム4、アーム5、バケット6、及び旋回用電動機21の操作の有無を検知する。また、コントローラ30は、後述する電力制御回路における充放電の制御も行うため、コントローラ30は、ハイブリッド建設機械の非作業状態を検出するように構成されている。非作業状態の検出は、下部走行体1、アーム4、アーム5、バケット6、及び旋回用電動機21のいずれも操作されておらず、かつ、充電又は放電のいずれも行われていない状態である。
The
また、コントローラ30は、非作業状態において、内部抵抗測定用の電流をバッテリ19に通流させるために、エンジン11を所定の短時間だけ運転させる機能を有する。
In addition, the
旋回駆動制御部40は、圧力センサ29から入力される信号(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表す信号)を速度指令に変換し、旋回用電動機21の駆動制御を行う。
The turning
駆動制御部120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)、及び、昇降圧コンバータ100を駆動制御することによるバッテリ19の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御部120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)、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、これによりバッテリ19の充放電制御を行う。
The
この昇降圧コンバータ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、バッテリ電圧検出部106によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部107によって検出されるバッテリ電流値に基づいてコントローラ30によって行われる。
The switching control between the step-up / step-down operation of the step-up / step-down
なお、充電又は放電のいずれも行われていない状態とは、昇降圧コンバータ100学どうされていない状態をいう。
The state in which neither charging nor discharging is performed refers to a state in which the buck-
図3は、図1及び図2で説明したハイブリッド型建設機械に適用される実施の形態1の電力制御回路を示す図である。この電力制御回路は、昇降圧コンバータ100、DCバス110、モータ120、及びバッテリ19を含み、バッテリ19は、実施の形態1の内部抵抗測定装置によって内部抵抗値が測定される蓄電器である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the power control circuit according to the first embodiment applied to the hybrid construction machine described with reference to FIGS. 1 and 2. This power control circuit includes a step-up / down
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、バッテリ19を接続するための電源接続端子103、モータ120を接続するための出力端子104、一対の出力端子104に並列に挿入される平滑用のコンデンサ105、バッテリ電圧検出部106、及びバッテリ電流検出部107を備える。
The step-up / down
昇降圧コンバータ100の出力端子104とモータ120との間は、DCバス110によって接続される。なお、バッテリ19は、図2におけるバッテリ19に相当し、モータ120は、図2における電動発電機12と旋回用電動機21に相当する。図3では、図の簡略化のためにインバータ18及び20(図2参照)を省略する。
The
リアクトル101は、一端が昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子103に接続されており、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9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が並列接続される。
The step-up IGBT 102 </ b> A and the step-down IGBT 102 </ b> B are semiconductor elements that are configured by a bipolar transistor in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is incorporated in a gate portion and can perform high-power high-speed switching. The step-up
ここで、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの駆動制御(充放電の切替制御)は、コントローラ30によって行われる。このため、コントローラ30内では、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bによる充放電の切替が検知される。
Here, the drive control (charge / discharge switching control) of the step-up
なお、ここでは、「充放電の切替」という文言は、放電状態から充電状態への切替、充電状態から放電状態への切替、充放電を行っていない状態から充電状態又は放電状態への切替、あるいは、充電状態又は放電状態から充放電を行っていない状態への切替を表すこととして用い、これは特許請求の範囲においても同様である。 Here, the term “switching of charge / discharge” refers to switching from a discharged state to a charged state, switching from a charged state to a discharged state, switching from a state in which charging / discharging is not performed to a charged state or discharged state, Alternatively, it is used to represent switching from a charged state or a discharged state to a state where charging / discharging is not performed, and this is the same in the scope of claims.
バッテリ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103及び出力端子104は、バッテリ19及びモータ120が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子103の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部106が接続される。一対の出力端子104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。
The
バッテリ電圧検出部106は、バッテリ19の電圧値Vmを検出し、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)を検出する。
The battery
出力端子104に接続される負荷であるモータ120は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。図3には、直流駆動用のモータ120を示すが、インバータを介して交流駆動されるモータであってもよい。
The
平滑用のコンデンサ105は、出力端子104の正極端子と負極端子との間に挿入され、DCバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
The smoothing
バッテリ電流検出部107は、バッテリ19に通流する電流の値を検出可能な検出部であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このバッテリ電流検出部107は、バッテリ19に通流する電流値Iを検出する。
The battery
なお、実施の形態1では、バッテリ19からDCバス110に電流を供給する方向の電流値を正とし、DCバス110からバッテリ19に電流を供給する方向の電流値を負とする。すなわち、バッテリ19を放電する際の電流値が正となり、バッテリ19を充電する際の電流値が負となる。
In the first embodiment, the current value in the direction in which current is supplied from
[昇降圧動作]
このような昇降圧コンバータ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をDCバス110に供給する。これにより、DCバス110が昇圧される。
[Buck-boost operation]
In such a step-up / down
また、DCバス110を降圧する際には、降圧用IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧を印加し、降圧用IGBT102Bを介して、モータ120によって発生される回生電力をDCバス110からバッテリ19に供給する。これにより、DCバス110に蓄積された電力がバッテリ19に充電され、DCバス110が降圧される。
When the
ここで、実施の形態1の昇降圧コンバータ100は、ハイブリッド型建設用機械に適用した場合、バッテリ19の電圧値:約100〜500V、出力端子104における出力定格電圧:約200〜400V、定格出力:約数十kW、瞬時最大出力電力:±100kW、定格電流:±百A、及び、瞬時最大電流:±百Aの仕様値の範囲で用いられる。
Here, when applied to the hybrid construction machine, the buck-
[内部抵抗値の測定]
バッテリ19(バッテリ19)の内部抵抗値の測定は、コントローラ30によって行われる。
[Measurement of internal resistance]
The internal resistance value of the battery 19 (battery 19) is measured by the
図4は、実施の形態1におけるバッテリ19の等価回路を示す図である。バッテリ19は、容量131と内部抵抗132に分けることができる。バッテリ19の端子間電圧値Vmは、容量131の充電電圧値Vcと内部抵抗132での電圧降下分Vrとの和となる。ここで、内部抵抗132の抵抗値をR、バッテリ19に通流する電流をIとすると、Vr=R×Iと表すことができる。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the
実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法では、非作業状態(無負荷状態)におけるハイブリッド建設機械のバッテリ19に通流する電流値I1と、このときのバッテリ19の端子間電圧値V1と、非作業状態においてエンジン11に一定回転を行われることによって電動発電機12に発電させることによってバッテリ19を充電し、このときにバッテリ19に通流する電流値I2と、このときのバッテリ19の端子間電圧値V2とを用いて(1)式によってバッテリ19の内部抵抗値Rを導出する。
In the method for measuring the internal resistance of the battery according to the first embodiment, the current value I1 flowing through the
R=(V2−V1)/(I2−I1) ・・・(1)
この測定方法は、実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用した作業機械としてのハイブリッド建設機械の非作業状態のように、バッテリ19の充電も放電も行われていない状態では、バッテリ19に通流する電流値は略零であって内部抵抗による電圧降下は生じていないが(このため、バッテリ19の端子間電圧はバッテリ19のせ電容量成分の充電電圧に等しいが)、非作業状態から充電を開始する場合は、バッテリ19に電荷を蓄積させるために通流する電流によって内部抵抗で電圧降下が生じるため、この電圧降下値に相当する電圧値の変化分(V2−V1)を電流値の変化分(I2−I1)で除算することによって得る抵抗値をバッテリ19の内部抵抗値として導出する測定方法である。
R = (V2-V1) / (I2-I1) (1)
In this measuring method, the
なお、バッテリ19の端子間電圧値はバッテリ電圧検出部106によって検出され、電流値はバッテリ電流検出部107によって検出される。
Note that the inter-terminal voltage value of the
図5は、実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の測定原理を説明するための特性図であり、測定に必要な電圧値及び電流値の波形と、SOCの関係を示す。 FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining the measurement principle of the internal resistance value by the internal resistance measurement method of the capacitor of Embodiment 1, and shows the relationship between the voltage value and current value waveforms required for measurement and the SOC. Show.
時刻t=0〜t1の期間は、電流値が負であるため、バッテリ19の充電が行われている期間である。このときSOCは徐々に上昇している。
The period from time t = 0 to t1 is a period in which the
時刻t=t1〜t2の期間は、バッテリ19に通流する電流値は略零となり、バッテリ19の充放電が行われない無負荷状態となる。このときの作業機械は、非作業状態であり、エンジン11は一定回転数が維持されるアイドリング状態である。また、電圧値はV1で略一定となるので、SOCは略一定の値を有し、バッテリ19の充電状態は電流値が図示しない閾値内の値を維持する非常に安定した状態である。そして、予め定められた期間が経過すると、エンジン11は一定回転数のままモータ120を駆動して発電(放電)を行い、計測用の電流パターンを作成する。
During the period from time t = t1 to t2, the value of the current flowing through the
時刻t=t2〜t3の期間は、発電(放電)開始時に、コンバータの制御性のため電流が安定するまでの待機期間である。このときSOCは再び徐々に上昇し始めている。そして、バッテリ19に通電する電流値が予め定められた電流値に達すると、電流が安定したと判断し、電流値と電圧値の測定がされる(時刻t=t3)。
The period from time t = t2 to t3 is a standby period until the current is stabilized due to the controllability of the converter at the start of power generation (discharge). At this time, the SOC is gradually increasing again. When the current value for energizing the
時刻t=t3〜t4の期間は、バッテリ19に通流する電流も安定し、SOCは線形的に上昇する。
During the period from time t = t3 to t4, the current flowing through the
なお、t2〜t3は数十ミリ秒、t3〜t4は数十〜百数十ミリ秒の時間間隔である。 Note that t2 to t3 are tens of milliseconds, and t3 to t4 are time intervals of tens to hundreds of milliseconds.
コントローラ30は、非作業状態の最後の時刻t=t2においてバッテリ19の端子間電圧V1と電流値I1を測定し、充電状態において発電量が一定となる時刻t=t3においてバッテリ19の端子間電圧V2と電流値I2を測定し、(1)式を用いてバッテリ19の内部抵抗値を測定する。
The
なお、コントローラ30は、例えば、5ミリ秒周期で端子間電圧値と電流値をサンプリングしているため、時刻t=t2又はその直後における端子間電圧値V1と電流値I1を表すデータが入力されるとともに、時刻t=t3又はその直後後における端子間電圧値V2と電流値I2を表すデータが入力される。
For example, the
図6は、実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の導出手順を示す図である。この処理は、コントローラ30のCPUによって実行される。
FIG. 6 is a diagram showing a procedure for deriving an internal resistance value by the method for measuring the internal resistance of the battery according to the first embodiment. This process is executed by the CPU of the
コントローラ30は、作業機械が非作業状態であるか否かを判定する(ステップS1)。コントローラ30は、圧力センサ29から入力される電気信号に基づき、下部走行体1、アーム4、アーム5、バケット6、及び旋回用電動機21のいずれの操作も行われておらず、かつ、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bのいずれも駆動されていないことを検知すると、非作業状態であると判定する。なお、このステップS1の処理は、非作業状態を検知するまで繰り返し実行される。
The
コントローラ30は、ステップS1で非作業状態を検知すると、SOCが一定値であるか否かを判定する(ステップS2)。なお、SOCが一定値でないと判定した場合は、手順をステップS1にリターンする。
When detecting the non-working state in step S1, the
そして、電流値が閾値内の略零の値を維持すると、コントローラ30は、バッテリ19が無負荷状態であると判定する。そして、予め定められた時間が経過し時刻t=t2になると、コントローラ30は端子間電圧値V1と電流値I1を測定する(ステップS3)。測定した端子間電圧値V1と電流値I1を表すデータは、コントローラ30の内部メモリに格納される。
Then, when the current value maintains a substantially zero value within the threshold, the
次いで、端子間電圧Vに電圧降下が生じるまで電流を通流させる。予め定められた電流値I2に達すると、そのとき(t=t3)の端子電圧V2を測定する(ステップS4)。ここで、容量131の発電(放電)が生じないように電流値I2は予め決定される。測定した端子間電圧値V2と電流値I2を表すデータは、コントローラ30の内部メモリに格納される。また、電動発電機12の発電(放電)が開始(t=t2)後、予め定められた時間が経過した時点(t=t3)に、そのときの端子間電圧V2及び電流値I2を測定するようにしてもよい。
Next, a current is allowed to flow until a voltage drop occurs in the inter-terminal voltage V. When the predetermined current value I2 is reached, the terminal voltage V2 at that time (t = t3) is measured (step S4). Here, the current value I2 is determined in advance so that power generation (discharge) of the
コントローラ30は、ステップS3及びS4で測定した端子間電圧値V1、V2と電流値I1、I2を内部メモリから読み出し、(1)式を用いて内部抵抗値を導出する(ステップS5)。
The
以上で、実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法による測定処理が終了する。 Thus, the measurement process by the method for measuring the internal resistance of the battery of Embodiment 1 is completed.
実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法によれば、ハイブリッド建設機械の動作を利用して、バッテリ19の充電率(SOC)が高い状態で、非作業時と充電時の端子間電圧及び電流値の差に基づいてバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)を導出することができる。
According to the method for measuring the internal resistance of the electric storage device of the first embodiment, the operation of the hybrid construction machine is used, and the voltage between the terminals at the time of non-working and at the time of charging, with the state of charge (SOC) of the
また、実施の形態1の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置をバッテリの充電率に基づいて駆動制御されている電動発電機を用いるハイブリッド型建設機械へ適用した場合には、充電率が変動すると電動発電機の発電(放電)電流を一定に制御することが難しい。 In addition, when the method for measuring the internal resistance of the capacitor and the internal resistance measurement device according to Embodiment 1 are applied to a hybrid construction machine that uses a motor generator that is driven and controlled based on the charging rate of the battery, the charging rate If it fluctuates, it is difficult to control the power generation (discharge) current of the motor generator to be constant.
実施の形態1の手法によれば、定電流を通流させることなく、エンジン11を一定回転で運転して電動発電機12に発電を行わせるだけで、非作業時と充電時の端子間電圧及び電流値の差に基づいてバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)を導出することができるので、ハイブリッド建設機械においても正確にバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)を測定することができる。
According to the method of the first embodiment, the terminal voltage at the time of non-working and charging can be obtained simply by operating the engine 11 at a constant rotation and causing the
コントローラ30は、バッテリ19(バッテリ19)、インバータ18、インバータ20、及び昇降圧コンバータ100の駆動制御を行っており、特に昇降圧コンバータ100を駆動制御することによってバッテリ19(バッテリ19)の充放電制御を行っているため、定期的に内部抵抗132の抵抗値Rを導出して内部メモリに格納しておけば、例えば、内部抵抗132の抵抗値Rの増大に応じてバッテリ充電率(SOC: State Of Charge)の変更等を行うような制御処理を実現することができる。
The
また、バッテリ19の劣化を監視することにより、バッテリ充電率(SOC: State Of Charge)が所定値を達成できない状態になった場合には、交換時期の警報を出力するような警報処理を実現することができる。
In addition, by monitoring the deterioration of the
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の測定原理を説明するための特性図であり、測定に必要な電圧値及び電流値の波形と、SOCの関係を示す。この実施の形態2の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置は、実施の形態1と同様に、図1及び図2に示すハイブリッド型建設機械に適用可能である。このため、同一又は同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図5と共通する符号の説明は省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the principle of measurement of the internal resistance value by the method for measuring the internal resistance of the capacitor according to the second embodiment. The relationship between the voltage value and current value waveforms necessary for measurement and the SOC is shown. Show. The measuring method and the internal resistance measuring device for the internal resistance of the capacitor according to the second embodiment can be applied to the hybrid construction machine shown in FIGS. 1 and 2 as in the first embodiment. For this reason, the same or similar components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Also, the description of the reference numerals common to FIG. 5 is omitted.
実際にハイブリッド型建設機械で検出される電圧値(V1、V2)及び電流値(I1、I2)は、図7に示すような振れ幅のある波形となる。このため、上述のような内部抵抗値の導出手法を用いる場合には、電圧値及び電流値ともに平均値を用いた方が、より正確な内部抵抗値を導出することができる場合がある。 The voltage values (V1, V2) and current values (I1, I2) that are actually detected by the hybrid construction machine are waveforms having a swing width as shown in FIG. For this reason, when the above-described method for deriving the internal resistance value is used, it may be possible to derive a more accurate internal resistance value by using the average value for both the voltage value and the current value.
このため、実施の形態2では、時刻t=t1〜t2までの間の端子間電圧値V1を複数サンプリングし、その平均値V1*を用いる。 For this reason, in the second embodiment, a plurality of inter-terminal voltage values V1 between time t = t1 and t2 are sampled, and the average value V1 * is used.
同様に、時刻t=t3〜t4までの間の端子間電圧値V2を複数サンプリングし、その平均値V2*を用いる。 Similarly, a plurality of inter-terminal voltage values V2 from time t = t3 to t4 are sampled, and the average value V2 * is used.
また、電流値については、時刻t=t1〜t2までの間の電流値I1を複数サンプリングし、その平均値I1*を用いる。 For the current value, a plurality of current values I1 between time t = t1 and t2 are sampled, and the average value I1 * is used.
同様に、時刻t=t3〜t4までの間の電流値I2を複数サンプリングし、その平均値I2*を用いる。ここで、時刻t=t4は、t3から予め定められた時間経過後の時刻としてもよいし、検出される電流値が予め定められた電流値になった時刻としてもよい。 Similarly, a plurality of current values I2 from time t = t3 to t4 are sampled, and the average value I2 * is used. Here, the time t = t4 may be a time after elapse of a predetermined time from t3, or may be a time when the detected current value becomes a predetermined current value.
コントローラ30は、(1)式に平均値V1*、V2*、I1*、及びI2*を代入することにより、内部抵抗132の抵抗値Rを導出する。
The
なお、上述の平均値を導出するためにサンプリングした電圧値(V1、V2)及び電流値(I1、I2)はコントローラ30の内部メモリに格納され、平均値を演算する際に読み込まれる。
Note that the voltage values (V1, V2) and current values (I1, I2) sampled to derive the above average value are stored in the internal memory of the
以上、実施の形態2によるバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)の測定方法によれば、図7に示すように電圧波形及び電流波形に振れ幅があって安定しない場合でも、電圧値及び電流値の平均値を用いることにより、正確にバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)を導出することができる。 As described above, according to the method for measuring the internal resistance value of battery 19 (resistance value R of internal resistance 132) according to the second embodiment, even if the voltage waveform and the current waveform have fluctuations as shown in FIG. By using the average value of the voltage value and the current value, the internal resistance value of the battery 19 (the resistance value R of the internal resistance 132) can be accurately derived.
[実施の形態3]
図8は、実施の形態3の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の測定原理を説明するための特性図であり、測定に必要な電圧値及び電流値の波形と、SOCの関係を示す。なお、図5と共通する符号の説明は省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining the principle of measurement of the internal resistance value by the method of measuring the internal resistance of the capacitor according to the third embodiment. The relationship between the voltage value and current value waveforms necessary for measurement and the SOC is shown. Show. In addition, description of the code | symbol which is common in FIG.
実施の形態3では、電圧値及び電流値の処理に平均値を用いる代わりに、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いて正確な内部抵抗値を導出する点が実施の形態2と異なる。 The third embodiment is different from the second embodiment in that an accurate internal resistance value is derived by using the least square method for the voltage value and current value processing instead of using the average value for the voltage value and current value processing. Different.
このため、実施の形態3では、時刻t=t1〜t2までの間の端子間電圧値V1を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線l1を演算する。この直線l1において、時刻t=t2の値V1を求める。 For this reason, in the third embodiment, a plurality of inter-terminal voltage values V1 from time t = t1 to t2 are sampled, and a straight line l1 that best fits the sample is calculated using the least square method for the sampled values. In this straight line l1, a value V1 at time t = t2 is obtained.
同様に、時刻t=t3〜t4までの間の端子間電圧値V2を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線l2を演算する。この直線l2において、時刻t=t3の値V2を求める。 Similarly, a plurality of inter-terminal voltage values V2 from time t = t3 to t4 are sampled, and a straight line l2 that best fits the sample is calculated using the sampled value using the least square method. On this straight line l2, the value V2 at time t = t3 is obtained.
また、電流値については、時刻t=t1〜t2までの間の電流値I1を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線k1を演算する。この直線k1において、時刻t=t2の値I1を求める。 As for the current value, a plurality of current values I1 from time t = t1 to t2 are sampled, and a straight line k1 that best fits the sample is calculated using the least square method for the sampled values. A value I1 at time t = t2 is obtained on this straight line k1.
同様に、時刻t=t3〜t4までの間の電流値I2を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線k2を演算する。この直線k2において、時刻t=t3の値I2を求める。ここで、時刻t=t4は、t3から予め定められた時間経過後の時刻としてもよいし、検出される電流値が予め定められた電流値になった時刻としてもよい。 Similarly, a plurality of current values I2 from time t = t3 to t4 are sampled, and a straight line k2 that best fits the sample is calculated using the least square method for the sampled values. On this straight line k2, the value I2 at time t = t3 is obtained. Here, the time t = t4 may be a time after elapse of a predetermined time from t3, or may be a time when the detected current value becomes a predetermined current value.
コントローラ30は、(1)式に最小二乗法で求めた値V1、V2、I1、及びI2を代入することにより、内部抵抗132の抵抗値Rを導出する。
The
なお、サンプリングした電圧値(V1、V2)及び電流値(I1、I2)はコントローラ30の内部メモリに格納され、最小二乗法による演算を行う際に読み込まれる。
Note that the sampled voltage values (V1, V2) and current values (I1, I2) are stored in the internal memory of the
以上、実施の形態3によるバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)の測定方法によれば、図7に示すように電圧波形及び電流波形が安定しない場合でも、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いることにより、充放電の切替開始時及び切替終了時の電圧値及び電流値を演算によって求めることができるので、正確にバッテリ19の内部抵抗値(内部抵抗132の抵抗値R)を導出することができる。
As described above, according to the method for measuring the internal resistance value of battery 19 (resistance value R of internal resistance 132) according to the third embodiment, even when the voltage waveform and the current waveform are not stable as shown in FIG. By using the least squares method for the value processing, the voltage value and the current value at the start and end of switching of charging / discharging can be obtained by calculation, so that the internal resistance value of the battery 19 (the
以上では、実施の形態1乃至3の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置が適用されるハイブリッド型建設機械の制御系にPI制御を用いる形態について説明したが、制御方式はPI制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。 In the above description, the method of using the PI control for the control system of the hybrid construction machine to which the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring device of the first to third embodiments are applied has been described. The control is not limited to hysteresis control, robust control, adaptive control, proportional control, integral control, gain scheduling control, or sliding mode control.
また、以上では、ハイブリッド型建設機械に適用した場合の実施の形態1乃至3の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置ついて説明したが、実施の形態1乃至3の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の適用対象は、ハイブリッド型建設機械に搭載されるバッテリ19に限られず、充放電が行われるのであれば、様々な装置に含まれるバッテリの内部抵抗値を導出することができる。
In the above description, the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring device according to the first to third embodiments when applied to a hybrid construction machine have been described. The application target of the measuring method and the internal resistance measuring device is not limited to the
また、以上では、実施の形態1乃至3の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械について説明したが、適用例としてのハイブリッド型作業機械は、建設機械以外の形態の作業機械であってもよく、例えば、ハイブリッド型の運搬荷役機械(クレーンやフォークリフト)であってもよい。 Moreover, although the hybrid type construction machine to which the internal resistance measuring method and the internal resistance measuring device according to the first to third embodiments are applied has been described above, the hybrid type working machine as an application example is other than the construction machine. For example, it may be a hybrid type transporting and handling machine (a crane or a forklift).
例えば、図2に示すエンジン11及び電動発電機12をクレーンのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図2に示す旋回用電動機21をクレーンの荷役作業において部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源は、ワイヤの巻き取り、又は引出に伴って力行運転(巻き取り時)と回生運転(引出時)を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
For example, the engine 11 and the
また、フォークリフトの場合も同様に、図2に示すエンジン11及び電動発電機12をフォークリフトのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図2に示す旋回用電動機21をフォークリフトの荷役作業においてフォークを上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、フォークを上昇又は下降させるための動力源は、上下動作に伴って力行運転(巻き取り時)と回生運転(引出時)を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
Similarly, in the case of a forklift, the engine 11 and
以上、本発明の例示的な実施の形態のショベルについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 As mentioned above, although the excavator of the exemplary embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and various types can be made without departing from the scope of the claims. Can be modified or changed.
例えば、本発明の一局面の蓄電器の内部抵抗の測定方法は、作業機械の作業時に電動発電機を介して動力源と用いられる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、該蓄電器が無負荷状態のときに第1の電流値及び第1の蓄電電圧値を計測し、前記電動発電機により前記蓄電器を通電状態とし、前記蓄電器の該通電状態において第2の電流値及び第2の蓄電電圧値を計測し、該第2の電流値と前記第1の電流値によって得られる電流差と、該第2の蓄電電圧値と前記第1の蓄電電圧値によって得られる電圧差とに基づいて前記蓄電器の内部抵抗を算出することを特徴とする。 For example, the method for measuring the internal resistance of a capacitor according to one aspect of the present invention is a method for measuring the internal resistance of a capacitor that is used as a power source via a motor generator during work of a work machine, and the capacitor is in an unloaded state. A first current value and a first stored voltage value are measured at the time, and the battery is energized by the motor generator, and the second current value and the second stored voltage value in the energized state of the capacitor. And measuring the battery based on the current difference obtained from the second current value and the first current value, and the voltage difference obtained from the second stored voltage value and the first stored voltage value. The internal resistance is calculated.
また、前記蓄電器の充電率が予め定められた値以上のときに、前記第1の電流値及び前記第1の蓄電電圧値が計測されてもよい。 Further, the first current value and the first stored voltage value may be measured when a charging rate of the battery is equal to or greater than a predetermined value.
また、前記電流値が閾値範囲内と判断された後、前記第1の電流値が計測されてもよい。 The first current value may be measured after it is determined that the current value is within a threshold range.
また、前記電動発電機は、前記蓄電器の充電率に基づいて電動発電運転を行ってもよい。 The motor generator may perform a motor generator operation based on a charging rate of the battery.
また、前記作業機械には前記電動発電機の発電動作を行うエンジンが備えられ、該エンジンが一定回転数を保持した状態で前記電動発電機を通電状態とし、前記第2の電流値及び前記第2の蓄電電圧値を測定してもよい。 The work machine includes an engine that performs a power generation operation of the motor generator. The motor generator is energized in a state where the engine maintains a constant rotation speed, and the second current value and the first The storage voltage value of 2 may be measured.
また、前記作業機械が非作業状態において、前記第1、第2の電流値及び前記第1、第2の蓄電電圧値が計測されてもよい。 Further, the first and second current values and the first and second stored voltage values may be measured when the work machine is in a non-working state.
本発明の一局面の内部抵抗測定装置は、作業機械の作業時に電動発電機を介して動力源と用いられる蓄電器の内部抵抗を測定する内部抵抗測定装置であって、該蓄電器が無負荷状態のときに第1の電流値及び第1の蓄電電圧値を計測する第1計測部と、前記電動発電機により前記蓄電器を通電状態とする制御部と、前記蓄電器の該通電状態において第2の電流値及び第2の蓄電電圧値を計測する第2計測部と、該第2の電流値と前記第1の電流値によって得られる電流差と、該第2の蓄電電圧値と前記第1の蓄電電圧値によって得られる電圧差とに基づいて前記蓄電器の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部とを含む。 An internal resistance measurement device according to one aspect of the present invention is an internal resistance measurement device that measures an internal resistance of a capacitor used as a power source via a motor generator during work of a work machine, and the capacitor is in an unloaded state. A first measurement unit for measuring the first current value and the first storage voltage value, a control unit for energizing the capacitor by the motor generator, and a second current in the energization state of the capacitor A second measurement unit for measuring the value and the second storage voltage value, a current difference obtained from the second current value and the first current value, the second storage voltage value and the first storage And an internal resistance calculator that calculates an internal resistance of the battery based on a voltage difference obtained by a voltage value.
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
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 減速機
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、18B 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 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
31 速度指令変換部
32 駆動制御装置
40 旋回駆動制御装置
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
103 電源接続端子
104 出力端子
105 コンデンサ
106 バッテリ電圧検出部
107 バッテリ電流検出部
110 DCバス
111 DCバス電圧検出部
120 モータ
131 容量
132 内部抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Hydraulic motor 2
102B IGBT for step-down
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該下部走行体に旋回機構を介して搭載される上部旋回体と、
該上部旋回体に搭載されるブームと、
前記上部旋回体に搭載され、該ブームを駆動するためのブームシリンダと、
該ブームシリンダに油圧を供給するメインポンプと、
該メインポンプに接続されるエンジンと、
該エンジン、及び、前記メインポンプに接続される電動発電機と、
該電動発電機により発電された電力をコンバータを介して蓄電する蓄電器と、
該蓄電器の内部抵抗を測定するコントローラとを備えたショベルにおいて、
該コントローラは、
ショベルの作業中に、操作装置の操作の有無に基づいて、ショベルの操作が無く且つ前記コンバータが駆動されていないアイドリング状態である非作業状態になったか否かを判定し、
前記非作業状態と判定されたときに前記蓄電器の第1の電流値及び第1の蓄電電圧値を測定し、
その後、前記蓄電器を通電状態とした際に前記蓄電器の第2の電流値及び第2の蓄電電圧値を測定し、
該第2の電流値と前記第1の電流値によって得られる電流差と、該第2の蓄電電圧値と前記第1の蓄電電圧値によって得られる電圧差とに基づいて前記蓄電器の内部抵抗を算出することを特徴とするショベル。 A lower traveling body,
An upper swing body mounted on the lower traveling body via a swing mechanism;
A boom mounted on the upper swing body;
A boom cylinder mounted on the upper swing body for driving the boom;
A main pump for supplying hydraulic pressure to the boom cylinder;
An engine connected to the main pump;
A motor generator connected to the engine and the main pump;
A battery for storing electric power generated by the motor generator via a converter ;
In a shovel comprising a controller for measuring the internal resistance of the capacitor,
The controller
During shovel work, based on the presence or absence of the operation of the operation device, it determines whether and said converter operation shovel rather free becomes inoperative state is in an idling state not driven,
Measuring the first current value and the first stored voltage value of the battery when the non-working state is determined;
Thereafter, when the storage device is energized, the second current value and the second storage voltage value of the storage device are measured,
Based on the current difference obtained by the second current value and the first current value and the voltage difference obtained by the second storage voltage value and the first storage voltage value, the internal resistance of the battery is An excavator characterized by calculating.
前記蓄電器を通電状態とした際の電流値及び蓄電電圧値をそれぞれ複数サンプリングし、
該サンプリングされた複数の電流値及び蓄電電圧値を用いて所定の演算を行い、前記第2の電流値及び前記第2の蓄電電圧値を算出する、請求項1に記載のショベル。 The controller is
Sampling a plurality of current values and stored voltage values when the capacitor is energized,
The shovel according to claim 1, wherein a predetermined calculation is performed using the plurality of sampled current values and stored voltage values, and the second current value and the second stored voltage value are calculated.
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