JP6071327B2 - Hybrid type construction machine control method and hybrid type construction machine - Google Patents

Hybrid type construction machine control method and hybrid type construction machine Download PDF

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Description

本発明は、建設機械或いは農業機械などの作業機械のうち、特に電動機とエンジンを動力とするハイブリッド型建設機械において使用されるキャパシタ或いはコンデンサ(以下蓄電池とする)のハイブリッド型建設機械制御方法とハイブリッド型建設機械に関する。   The present invention relates to a hybrid construction machine control method and a hybrid of a capacitor or a capacitor (hereinafter referred to as a storage battery) used in a construction machine or a working machine such as an agricultural machine, particularly a hybrid construction machine powered by an electric motor and an engine. Related to mold construction machinery.

建設機械或いは農業機械等の作業機械における省エネルギ対策の一つとして、従来では熱として排出していたエネルギ、例えば油圧ショベルの旋回停止時の慣性エネルギ、或いはクレーン装置における巻き下げ時の位置エネルギ等を電気エネルギに変換蓄積し、起動時に再利用する方法が一般的となりつつある。このようなエネルギ回生を目的とした従来技術を特許文献1に示す。   As one of energy-saving measures in construction machines or agricultural machines, etc., energy that was conventionally discharged as heat, for example, inertial energy when a hydraulic excavator stops turning, potential energy when a crane device is lowered, etc. It is becoming common to convert the energy into electrical energy and reuse it at startup. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151867 shows a conventional technique for such energy regeneration.

特許文献1では、蓄電装置の電圧をある設定電圧に一定に保つ方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a method of keeping the voltage of the power storage device constant at a set voltage.

また、非特許文献1は、電子部品及び電子機器業界全体での安全性向上を図るために制定されたJEITA RCR−1001Aに基づいて社団法人電子情報技術産業会が作成したものであり、実施例の説明のために記載したものである。   Non-Patent Document 1 was created by the Japan Electronics and Information Technology Industries Association based on JEITA RCR-1001A established for the purpose of improving safety in the entire electronic component and electronic equipment industry. It is described for explanation.

特開2011−36111号公報JP 2011-36111 A

電子情報技術産業協会規格JEITA RCR−2370C「電気二重層コンデンサの使用上の注意事項ガイドライン(電気二重層コンデンサの安全アプリケーションガイド)」6.2.3 印加電圧Japan Electronics and Information Technology Industries Association Standard JEITA RCR-2370C “Electric Double Layer Capacitor Guidelines (Safety Application Guide for Electric Double Layer Capacitors)” 6.2.3 Applied Voltage

ところで、特許文献1では蓄電装置の劣化に伴い増大するシステム駆動時の電圧変動でも蓄電装置の電圧がシステム稼働電圧以下とならないような電圧となるように設定電圧を設定する必要があり、劣化初期段階では、必要以上に設定電圧を高くすることとなり、蓄電装置の電圧負荷を増大させて劣化を促進させていた。   By the way, in Patent Document 1, it is necessary to set the set voltage so that the voltage of the power storage device does not become equal to or lower than the system operating voltage even when the voltage fluctuation during system driving increases with the deterioration of the power storage device. In the stage, the set voltage is increased more than necessary, and the voltage load of the power storage device is increased to promote deterioration.

従って、本発明の目的は、以上の課題を解決するためになされたもので、蓄電装置の劣化状態に合わせて蓄電装置の設定電圧を調整することで蓄電装置の劣化を抑制するハイブリッド型建設機械制御方法とハイブリッド型建設機械を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention has been made to solve the above problems, and a hybrid construction machine that suppresses deterioration of a power storage device by adjusting a set voltage of the power storage device in accordance with a deterioration state of the power storage device. It is to provide a control method and a hybrid type construction machine.

前記の課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド型建設機械制御方法は、油圧アクチュエータを駆動する際に蓄電装置から電力供給される電動機を協調駆動させるハイブリッド型建設機械における蓄電装置の設定電圧を制御するハイブリッド型建設機械制御方法において、前記蓄電装置の実電圧を計測してハイブリッド型建設機械の初期状態における前記実電圧の電圧変動と、動作後の前記実電圧の電圧変動とから劣化率を算出し、ハイブリッド型建設機械の稼働電圧と動作後の前記実電圧の電圧変動とから調整係数を算出し、基準電圧と調整係数とから新たな設定電圧を算出する。   In order to solve the above-described problem, a hybrid construction machine control method according to the present invention provides a set voltage of a power storage device in a hybrid construction machine that cooperatively drives an electric motor supplied with power from the power storage device when driving a hydraulic actuator. In the hybrid type construction machine control method for controlling the power, the actual voltage of the power storage device is measured to determine the deterioration rate from the voltage fluctuation of the actual voltage in the initial state of the hybrid type construction machine and the voltage fluctuation of the actual voltage after operation. The adjustment coefficient is calculated from the operating voltage of the hybrid construction machine and the voltage fluctuation of the actual voltage after the operation, and a new set voltage is calculated from the reference voltage and the adjustment coefficient.

さらに、設定電圧以下の電圧変動による最低実電圧が稼働電圧下限を下回る場合は、前記最低実電圧が稼働電圧下限を上回るように調整係数を算出してもよい。   Furthermore, when the lowest actual voltage due to voltage fluctuations below the set voltage is below the operating voltage lower limit, the adjustment coefficient may be calculated so that the lowest actual voltage exceeds the operating voltage lower limit.

また、設定電圧以下の電圧変動による最高実電圧が定格電圧上限を上回る場合は、前記最高実電圧が定格電圧上限を下回るように調整係数を算出してもよい。   In addition, when the maximum actual voltage due to voltage fluctuation below the set voltage exceeds the rated voltage upper limit, the adjustment coefficient may be calculated so that the maximum actual voltage falls below the rated voltage upper limit.

一方、前記の課題を解決する本発明に係るハイブリッド型建設機械は、油圧アクチュエータを駆動する際に蓄電装置から電力供給される電動機を協調駆動させ、蓄電装置の設定電圧を制御するハイブリッド型建設機械において、前記蓄電装置の実電圧を計測してハイブリッド型建設機械の初期状態における前記実電圧の電圧変動と、動作後の前記実電圧の電圧変動とから劣化率を算出し、ハイブリッド型建設機械の稼働電圧と動作後の前記実電圧の電圧変動とから調整係数を算出し、基準電圧と調整係数とから新たな設定電圧を算出する。   On the other hand, the hybrid construction machine according to the present invention that solves the above-described problems is a hybrid construction machine that controls the set voltage of the power storage device by cooperatively driving an electric motor supplied from the power storage device when driving the hydraulic actuator. Then, the actual voltage of the power storage device is measured to calculate the deterioration rate from the voltage fluctuation of the actual voltage in the initial state of the hybrid construction machine and the voltage fluctuation of the actual voltage after operation, and the hybrid construction machine An adjustment coefficient is calculated from the operating voltage and the voltage fluctuation of the actual voltage after the operation, and a new set voltage is calculated from the reference voltage and the adjustment coefficient.

本発明に係るハイブリッド型建設機械制御方法とハイブリッド型建設機械を採用することで、本発明に係る蓄電装置の劣化に伴い増大するシステム駆動時の電圧変動でも蓄電装置の電圧がシステム稼働電圧以下とならないような電圧となるように設定電圧に設定することができ、劣化初期段階では、必要にして十分な設定電圧とすることができ、蓄電装置の電圧負荷を軽減させることができる。   By adopting the hybrid type construction machine control method and the hybrid type construction machine according to the present invention, the voltage of the power storage device is less than or equal to the system operating voltage even in the voltage fluctuation at the time of system driving that increases with the deterioration of the power storage device according to the present invention. The set voltage can be set so as not to become a voltage. In the initial stage of deterioration, the set voltage can be set as necessary and sufficient, and the voltage load on the power storage device can be reduced.

本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の油圧回路を含むシステム構成図である。1 is a system configuration diagram including a hydraulic circuit of an embodiment in a hybrid type construction machine according to the present invention. 本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の電気制御ユニットECUの構成図である。It is a block diagram of electric control unit ECU of the Example in the hybrid type construction machine which concerns on this invention. 本発明に係るハイブリッド型建設機械に電動機出力電圧と蓄電装置出力電圧と時間との関係についての電圧変動率についてのグラフである。It is a graph about the voltage fluctuation rate about the relationship between an electric motor output voltage, the electrical storage apparatus output voltage, and time in the hybrid type construction machine which concerns on this invention. 非特許文献1に記載の従来の電気二重層コンデンサの電圧印加条件による電気特性を示すグラフである。6 is a graph showing electric characteristics of a conventional electric double layer capacitor described in Non-Patent Document 1 according to voltage application conditions. 本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例のハイブリッド型建設機械制御方法による演算指令プログラム32の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the calculation command program 32 by the hybrid type construction machine control method of the Example in the hybrid type construction machine which concerns on this invention. 本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の電圧変動と電動機出力(Pm)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the voltage fluctuation | variation of an Example and the motor output (Pm) in the hybrid type construction machine which concerns on this invention. 本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の調整係数(α)と電圧劣化率(K)の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the adjustment coefficient ((alpha)) and voltage deterioration rate (K) of the Example in the hybrid type construction machine which concerns on this invention.

図1〜3,5〜7を用いて、本発明に係るハイブリッド型建設機械の構成と動作について説明する。先に構成について説明し、おって動作について説明する。   The configuration and operation of the hybrid construction machine according to the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration will be described first, and the operation will be described.

図1に示される本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の油圧回路を含むシステム構成図を用いて構成について説明する。同図においては、建設機械の図示しない上部旋回体を駆動する油圧アクチュエータとしての油圧モータHmとそれに関係する油圧駆動回路を例示する同図において上部旋回体10は、減速ユニット11とギヤユニット13を介して油圧モータHmおよび電動機Emに結合されている。前記電動機Emにはインバータ12が結合されその相捲線へ所定の電流が流れるように構成される。   A configuration will be described with reference to a system configuration diagram including a hydraulic circuit of an embodiment of the hybrid type construction machine according to the present invention shown in FIG. In the figure, the upper swing body 10 exemplifies a hydraulic motor Hm as a hydraulic actuator for driving an upper swing body (not shown) of the construction machine and a hydraulic drive circuit related thereto, and the upper swing body 10 includes a reduction unit 11 and a gear unit 13. The hydraulic motor Hm and the electric motor Em are coupled to each other. An inverter 12 is coupled to the electric motor Em so that a predetermined current flows through the phase difference wire.

インバータ12は、電動機Emの出力と蓄電装置の電圧を電気制御ユニットECUに送信する機能を備えている。   The inverter 12 has a function of transmitting the output of the electric motor Em and the voltage of the power storage device to the electric control unit ECU.

参照符号14は、建設機械に搭載された蓄電装置であって、例えばキャパシタから構成され、その検出電圧Vactが電気制御ユニットECUに与えられている。電気制御ユニットECUには蓄電装置の検出電圧Vactの他に電動機Emの出力トルクであるPmも与えられている。また、電気制御ユニットECUはトルク指令Tr算出して、そのトルク指令Trをインバータ12に供給している。   Reference numeral 14 denotes a power storage device mounted on the construction machine, which is composed of, for example, a capacitor, and the detection voltage Vact is given to the electric control unit ECU. In addition to the detection voltage Vact of the power storage device, the electric control unit ECU is also supplied with Pm which is the output torque of the electric motor Em. Further, the electric control unit ECU calculates the torque command Tr and supplies the torque command Tr to the inverter 12.

参照符号16は、前記油圧モータHmと並列に連結される連通弁18とからなる油圧モータユニットである。油圧モータHmの圧油の給廃用ポートA,Bは流路LA、LBを介して切換弁20と接続されている。   Reference numeral 16 denotes a hydraulic motor unit including a communication valve 18 connected in parallel with the hydraulic motor Hm. The pressure oil supply / discharge ports A and B of the hydraulic motor Hm are connected to the switching valve 20 via flow paths LA and LB.

切換弁20は、図示されない操縦桿からのパイロット操作圧信号が流路を介して接続されている。油圧モータHmに供給される圧油を発生するポンプ22は可変容量型ポンプであり、エンジンEGにより駆動されるように構成される。ポンプ22は一方が切換弁20と連結され、他方はタンクTと連結される。   The switching valve 20 is connected to a pilot operation pressure signal from a control stick (not shown) through a flow path. The pump 22 that generates the pressure oil supplied to the hydraulic motor Hm is a variable displacement pump and is configured to be driven by the engine EG. One of the pumps 22 is connected to the switching valve 20 and the other is connected to the tank T.

電気制御ユニットECUについて、本発明に係るハイブリッド型建設機械における実施例の電気制御ユニットECUの構成図である図2を用いて説明する。同図において、参照符号24はアナログ/デジタル変換部(以下A/D変換部と称する)であって、電動機Emの出力トルクPm、蓄電装置14の出力Vactが入力されている。電気制御ユニットECUは、さらにインバータ12から受信した電動機Emの出力と蓄電装置14の電圧から蓄電装置14の劣化状態を推測する演算装置の機能を有し、演算結果による劣化状態の推定値から蓄電装置14の設定電圧を調整する制御装置の機能を有する。   The electric control unit ECU will be described with reference to FIG. 2 which is a configuration diagram of the electric control unit ECU of the embodiment in the hybrid construction machine according to the present invention. In the figure, reference numeral 24 denotes an analog / digital conversion unit (hereinafter referred to as an A / D conversion unit), to which an output torque Pm of the electric motor Em and an output Vact of the power storage device 14 are input. The electric control unit ECU further has a function of a calculation device that estimates the deterioration state of the power storage device 14 from the output of the electric motor Em received from the inverter 12 and the voltage of the power storage device 14, and stores the power from the estimated value of the deterioration state based on the calculation result. It has the function of a control device that adjusts the set voltage of the device 14.

参照符号26はデータメモリであって、その所定メモリ区画には検出された前記信号Pm,Vactがデジタル値として記録され、一定の周期で最新の値に更新される。データメモリ26にはまた、電気制御ユニットECU内部で演算された蓄電装置14の定格電圧であるVb,設定電圧Vset、蓄電装置電圧の最高値であるVh、蓄電装置電圧の最低値であるVl、初期状態における電圧劣化率Kと、劣化のない期状態における電圧変動Vo、調整係数α等のメモリ区画が設けられている。
Reference numeral 26 denotes a data memory, and the detected signals Pm and Vact are recorded as digital values in the predetermined memory section, and are updated to the latest values at a constant cycle. The data memory 26 also includes Vb that is the rated voltage of the power storage device 14 calculated inside the electric control unit ECU, the set voltage Vset, Vh that is the maximum value of the power storage device voltage, Vl that is the minimum value of the power storage device voltage, a voltage degradation rate K in the initial state, the voltage fluctuation Vo, a memory section such as adjustment factor α is provided in the initial state with no degradation.

参照符号28は中央演算処理装置(以下CPUと称する)、参照符号32はCPU28に対する演算指令用プログラムを記憶しているプログラムメモリである。参照符号30はデジタル/アナログ変換部(以下D/A変換部と称する)であって、データメモリ26内の設定電圧Vset、調整係数αをD/A変換部でアナログ信号に変換する。   Reference numeral 28 is a central processing unit (hereinafter referred to as a CPU), and reference numeral 32 is a program memory for storing a calculation command program for the CPU 28. Reference numeral 30 denotes a digital / analog converter (hereinafter referred to as a D / A converter), which converts the set voltage Vset and the adjustment coefficient α in the data memory 26 into an analog signal by the D / A converter.

図3は、本発明に係るハイブリッド型建設機械における電動機駆動時の電動機出力電圧と蓄電装置出力電圧と時間との関係についての電圧変動率についてのグラフである。図3において、横軸は時間(sec)、縦軸には左側が電動機出力トルクPmおよび右側に蓄電装置電圧Vactが設けられているが、表示単位はそれぞれ電動機最大出力トルクに対する比率(%)、蓄電装置の定格出力電圧に対する比率(実電圧変動率)(%)となっている。   FIG. 3 is a graph of the voltage fluctuation rate regarding the relationship between the motor output voltage, the power storage device output voltage, and the time when the motor is driven in the hybrid construction machine according to the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis is time (sec), the vertical axis is provided with the motor output torque Pm on the left side, and the power storage device voltage Vact on the right side, but the display unit is the ratio (%) to the maximum motor output torque, respectively. It is a ratio (actual voltage fluctuation rate) (%) to the rated output voltage of the power storage device.

波形Vactは、蓄電装置14の出力電圧Vactの推移を示す。波形Pmは、電動機Emの出力トルクPmの推移を示す。波形Pmは旋回加速動作を行うため電動機出力のマイナス方向に推移し、その後、旋回減速動作を行うため電動機出力のプラス方向に推移している。波形Vactは、電動機駆動時当初が設定電圧Vsetを維持し、その後、旋回加速動作の為の電動機駆動により2秒程度で電圧が最低値Vlまで下がり、その後、旋回減速動作の回生作用によりVhまで上昇することが示されている。   Waveform Vact shows the transition of output voltage Vact of power storage device 14. A waveform Pm shows a transition of the output torque Pm of the electric motor Em. The waveform Pm changes in the negative direction of the motor output to perform the turning acceleration operation, and thereafter changes in the positive direction of the motor output to perform the turning deceleration operation. The waveform Vact initially maintains the set voltage Vset when the motor is driven, and then drops to the minimum value Vl in about 2 seconds by driving the motor for the turning acceleration operation, and then reaches Vh by the regenerative action of the turning deceleration operation. It has been shown to rise.

続いて、本発明に係るハイブリッド型建設機械の動作について図1〜3,5〜7を用いて説明する。   Then, operation | movement of the hybrid type construction machine which concerns on this invention is demonstrated using FIGS. 1-3, 5-7.

初めに本発明に係るハイブリッド型建設機械において上部旋回体10の旋回を加速している場合について説明する。   First, the case where the turning of the upper turning body 10 is accelerated in the hybrid construction machine according to the present invention will be described.

切換弁20は、上部旋回体10の旋回方向に応じて油圧ポンプ22と油圧モータHmを繋ぐ油路を切り替える。油圧ポンプ22は、同軸上で連結されるエンジンEGにより駆動され、作動油タンクTから吸い上げた作動油を切換弁20を介して油圧モータHmに供給する。油圧モータHmは油圧ポンプ22から供給された高圧の作動油によって回転力を出力しギヤユニット13を介して上部旋回体10を駆動する。電動機Emは蓄電装置14の電力をインバータ12を介して受取り、電気制御ユニットECUからの指令に基づいた出力で駆動され、油圧モータHmと協調して上部旋回体10を駆動する。連通弁18は作動時に油圧モータHmをループ回路としてトルクを出力しないように回転自由な状態にするが、加速時は作動しない。   The switching valve 20 switches an oil path connecting the hydraulic pump 22 and the hydraulic motor Hm according to the turning direction of the upper swing body 10. The hydraulic pump 22 is driven by an engine EG connected on the same axis, and supplies hydraulic oil sucked from the hydraulic oil tank T to the hydraulic motor Hm via the switching valve 20. The hydraulic motor Hm outputs a rotational force by the high-pressure hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 22 and drives the upper swing body 10 via the gear unit 13. The electric motor Em receives the electric power of the power storage device 14 via the inverter 12, is driven by an output based on a command from the electric control unit ECU, and drives the upper swing body 10 in cooperation with the hydraulic motor Hm. The communication valve 18 is in a freely rotating state so as not to output torque by using the hydraulic motor Hm as a loop circuit during operation, but does not operate during acceleration.

続いて上部旋回体10の旋回を減速している場合について説明する。   Next, the case where the turning of the upper turning body 10 is decelerated will be described.

この時、切換弁20は中立位置となり、油圧ポンプ22から吐出される作動油は油圧モータHmへ供給されずに作動油タンクTに戻される。連通弁18は作動し、油圧モータHmを回転可能とする。その結果、油圧モータHmは制動トルクを出力せず、電動機Emのみで制動を行う。電動機Emは、上部旋回体10の回転慣性力により回転させられるが、電気制御ユニットECUの指令に応じた制動トルクを出力し、回転制動を行うと共に、回転慣性力を電力に変換し、インバータ12を介して蓄電装置14を充電する。   At this time, the switching valve 20 is in the neutral position, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 22 is returned to the hydraulic oil tank T without being supplied to the hydraulic motor Hm. The communication valve 18 operates to allow the hydraulic motor Hm to rotate. As a result, the hydraulic motor Hm does not output a braking torque and performs braking only with the electric motor Em. The electric motor Em is rotated by the rotational inertial force of the upper swing body 10, but outputs a braking torque according to a command from the electric control unit ECU, performs rotational braking, converts the rotational inertial force into electric power, and converts the inverter 12 The power storage device 14 is charged via

すなわち、蓄電装置14は、旋回加速時には電動機Emの出力により電圧が低下し、旋回減速時には電動機Emによる充電により電圧が上昇する電圧変動を生じる。蓄電装置14の電圧は、電気制御ユニットECUによる油圧モータHmと電動機Emの出力調整により、旋回加速時前の電圧が一定値である設定電圧に保たれる。   That is, the power storage device 14 generates a voltage fluctuation in which the voltage decreases due to the output of the electric motor Em during turning acceleration, and the voltage increases due to charging by the electric motor Em during turning deceleration. The voltage of the power storage device 14 is maintained at a set voltage at which the voltage before turning acceleration is a constant value by adjusting the outputs of the hydraulic motor Hm and the electric motor Em by the electric control unit ECU.

続いて、図5,6,7を用いて電気制御ユニットECUの演算指令プログラム32に従う動作について説明する。   Subsequently, an operation according to the calculation command program 32 of the electric control unit ECU will be described with reference to FIGS.

電気制御ユニットECUは、演算指令プログラム32に従ってインバータ12から電動機Emの出力トルクPmと蓄電装置14の実電圧変動Vactを受信する(図5のa2工程)。   The electric control unit ECU receives the output torque Pm of the electric motor Em and the actual voltage fluctuation Vact of the power storage device 14 from the inverter 12 according to the calculation command program 32 (step a2 in FIG. 5).

電気制御ユニットECUは、演算指令プログラム32に従って、電動機Emの出力トルクPmから劣化のない初期状態における電圧変動Voを演算する(図5のa4工程、図6)。ここで、蓄電装置14の出力電圧Vactは劣化状態での電圧変動であるため、Vact>Voとなる。
The electric control unit ECU calculates the voltage fluctuation Vo in the initial state without deterioration from the output torque Pm of the electric motor Em according to the calculation command program 32 (step a4 in FIG. 5, FIG. 6). Here, since output voltage Vact of power storage device 14 is a voltage fluctuation in a deteriorated state, Vact> Vo.

また、図6において、電圧変動(V0、Vact)と電動機出力(Pm)の関係を示しているが、蓄電装置の経年使用で性能が劣化し、f´のように関数が徐々に変化してゆくことが分かっている。関数の定義については、蓄電装置の劣化試験等によるデータから近似曲線を定義してもよいし、あるいは使用年数に対する電動機出力(Pm)と電圧変動の三次元的なマトリクス表を使ってもよい。
In addition, FIG. 6 shows the relationship between the voltage fluctuation (V0, Vact) and the motor output (Pm). However, the performance deteriorates with the aging of the power storage device, and the function gradually changes like f ′. I know it will go. Regarding the definition of the function, an approximate curve may be defined from data obtained by a deterioration test of the power storage device, or a three-dimensional matrix table of the motor output (Pm) and the voltage fluctuation with respect to the service life may be used.

電気制御ユニットECUは、演算指令プログラム32に従って、蓄電装置14の出力電圧Vactを劣化初期状態における電圧変動Voで除算することで劣化係数Kを算出する(図5のa6工程)。この劣化係数が蓄電装置の劣化状態を表す。Kは1以上の数値でKの値が大きいほど劣化が大きいこととなる。   The electric control unit ECU calculates the deterioration coefficient K by dividing the output voltage Vact of the power storage device 14 by the voltage fluctuation Vo in the initial deterioration state according to the calculation command program 32 (step a6 in FIG. 5). This deterioration coefficient represents the deterioration state of the power storage device. K is a numerical value of 1 or more, and the greater the value of K, the greater the deterioration.

電気制御ユニットECUは、演算指令プログラム32に従って、劣化係数Kから設定電圧の調整係数となるαを算出する(図5のa8工程、図7)。図7は設定電圧Vset=定格電圧Vbのケースにおける調整係数(α)と電圧劣化率(K)の関係を表す。関数gについては、ハイブリッド型建設機械の運転試験のデータなどから近似曲線を定義してもよいし、あるいは調整係数(α)と電圧劣化率(K)の二次元的なマトリクス表を使ってもよい。
The electric control unit ECU calculates α as an adjustment coefficient of the set voltage from the deterioration coefficient K according to the calculation command program 32 (step a8 in FIG. 5, FIG. 7). FIG. 7 shows the relationship between the adjustment coefficient (α) and the voltage deterioration rate (K) in the case where the set voltage Vset = the rated voltage Vb. As for the function g, an approximate curve may be defined from the data of the operation test of the hybrid construction machine, or a two-dimensional matrix table of the adjustment coefficient (α) and the voltage deterioration rate (K) may be used. Good.

電気制御ユニットECUは、演算指令プログラム32に従って、演算指令プログラム32内であらかじめ設定しておいた蓄電装置14の定格電圧Vbに調整係数αを乗算して設定電圧Vsetを算出する(図5のa10工程)。蓄電装置14の定格電圧Vbは蓄電装置の劣化のない期状態での設定電圧であり、Vact=VoのときK=α=1となり、Vb=Vsetとなる(図7)。 In accordance with the calculation command program 32, the electric control unit ECU calculates the set voltage Vset by multiplying the rated voltage Vb of the power storage device 14 preset in the calculation command program 32 by the adjustment coefficient α (a10 in FIG. 5). Process). Rated voltage Vb of power storage device 14 is a set voltage at the initial state with no deterioration of the power storage device, when Vact = Vo K = α = 1, and becomes a Vb = Vset (Figure 7).

この演算は主に電動機Emが安定して一定のトルクを出力するポイントで行うことで演算結果のバラツキを抑えることができる。   This calculation is mainly performed at a point where the electric motor Em stably outputs a constant torque, so that variations in the calculation result can be suppressed.

例えば、上部旋回体10の減速時は油圧モータが回転自由の状態となるため、油圧モータの影響を考慮する必要がなく、電動機だけである一定の制動トルクで減速を行うため、演算ポイントに適している。   For example, when the upper swing body 10 is decelerated, the hydraulic motor is free to rotate, so there is no need to consider the influence of the hydraulic motor, and deceleration is performed with a constant braking torque that is only an electric motor. ing.

図4は非特許文献1に記載されている電気二重層コンデンサの電圧印加条件による電気的特性を示した例である。   FIG. 4 is an example showing the electrical characteristics of the electric double layer capacitor described in Non-Patent Document 1 depending on the voltage application conditions.

図4によれば、定格電圧(本発明での設定電圧(Vset))5.5ボルトに対して印加電圧(本発明での設定電圧(Vset)に相当)5ボルトと4ボルトで比較してみると、5ボルトでは−40%まで約3,000時間なのに対して4ボルトでは約6,000時間であり、印加電圧4ボルトの方が−40%までの寿命が約2倍長いことが分かる。   According to FIG. 4, compared to the rated voltage (set voltage (Vset) in the present invention) of 5.5 volts, the applied voltage (corresponding to the set voltage (Vset) in the present invention) is compared between 5 volts and 4 volts. Looking at it, it is about 3,000 hours up to -40% at 5 volts, but about 6,000 hours at 4 volts, and it can be seen that the life to -40% is about twice longer at 4 volts. .

本発明は、このような特性を有する蓄電装置に対して従来に無い制御方法を提案したもので、本発明に係る蓄電装置の設定電圧を劣化状態に合わせて低く抑える制御方法を採用することで、従来と比較して劣化を低減させることで蓄電装置の寿命を大幅に延長させることができる。   The present invention proposes an unprecedented control method for a power storage device having such characteristics, and by adopting a control method for keeping the set voltage of the power storage device according to the present invention low according to the deterioration state. The life of the power storage device can be greatly extended by reducing the deterioration as compared with the conventional case.

なお、本発明に係るハイブリッド型建設機械制御方法を特に建設機械に適用する実施例を示したが、建設機械のみならずハイブリットタイプの農業機械等の作業機械などの蓄電池を利用するハイブリットタイプの作業機械に広く適用することができることは言うまでもないことである。   In addition, although the Example which applies the hybrid type construction machine control method which concerns on this invention to a construction machine was shown especially, the hybrid type operation | work using storage batteries, such as working machines, such as not only a construction machine but a hybrid type agricultural machine It goes without saying that it can be widely applied to machines.

ECU 電気制御ユニット
Em 電動機
Hm 油圧モータ
EG エンジン
T 作動油タンク
10 上部旋回体
11 減速ユニット
12 インバータ
13 ギヤユニット
14 蓄電装置
16 油圧モータユニット
18 連通弁
20 切替弁
22 油圧ポンプ
24 アナログ/デジタル変換部
26 データメモリ
28 中央演算処理装置(CPU)
30 デジタル/アナログ変換部
ECU Electric control unit Em Electric motor Hm Hydraulic motor EG Engine T Hydraulic oil tank 10 Upper turning body 11 Deceleration unit 12 Inverter 13 Gear unit 14 Power storage device 16 Hydraulic motor unit 18 Communication valve 20 Switching valve 22 Hydraulic pump 24 Analog / digital conversion unit 26 Data memory 28 Central processing unit (CPU)
30 Digital / analog converter

Claims (4)

油圧アクチュエータを駆動する際に蓄電装置から電力供給される電動機を協調駆動させるハイブリッド型建設機械における蓄電装置の設定電圧(Vset)を制御するハイブリッド型建設機械制御方法において、
前記蓄電装置の実電圧を計測して
ハイブリッド型建設機械の劣化のない初期状態における前記実電圧の電圧変動(Vo)と、動作後の前記実電圧の電圧変動(Vact)とから、Pmを電動機出力、f(Pm)及びf′(Pm)を、いずれもPmを従属変数とする関数とするとき、
Vo=f(Pm)
Vact=f′(Pm)
と表せること、及び次式で定義される劣化率(K)、
K=Vact/Vo
さらに
Kを従属変数とする関数g(K)であって、ハイブリッド型建設機械の運転試験データから近似曲線によって定義される関数g(K)、あるいは調整係数(α)と電圧劣化率(K)が、
α=g(K)
なる関係にあることを利用して、該調整係数(α)と電圧劣化率(K)の二次元的なマトリクス表によって与えられる関数g(K)を用い、
前記蓄電装置の定格電圧(Vb)と該調整係数(α)とから
Vset=α×Vb
によって新たな設定電圧を算出するハイブリッド型建設機械制御方法。
In a hybrid construction machine control method for controlling a set voltage (Vset) of a power storage device in a hybrid construction machine that cooperatively drives an electric motor supplied with power from the power storage device when driving a hydraulic actuator,
Wherein the voltage variation of the actual voltage (V o) in the actual voltage measured initial state with no degradation in the hybrid type construction machine of the electric storage device, since the voltage variation of said actual voltage after operation (Vac t) , Pm is the motor output, and f (Pm) and f ′ (Pm) are both functions with Pm as a dependent variable ,
Vo = f (Pm)
Vact = f ′ (Pm)
And the deterioration rate (K) defined by the following equation:
K = Vact / Vo
In addition ,
A function g (K) having K as a dependent variable, and a function g (K) defined by an approximate curve from operation test data of a hybrid type construction machine, or an adjustment coefficient (α) and a voltage deterioration rate (K) ,
α = g (K)
Using the function g (K) given by the two-dimensional matrix table of the adjustment coefficient (α) and the voltage deterioration rate (K)
From the rated voltage (Vb) of the power storage device and the adjustment coefficient (α) ,
Vset = α × Vb
A hybrid construction machine control method for calculating a new set voltage by
設定電圧以下の電圧変動による最低実電圧が仕様として設定された定格電圧としての稼働に必要な電圧下限を下回る場合は、前記最低実電圧が前記電圧下限を上回るように調整係数を算出することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド型建設機械制御方法。   When the minimum actual voltage due to voltage fluctuations below the set voltage is below the lower voltage limit required for operation as the rated voltage set as the specification, an adjustment factor is calculated so that the minimum actual voltage exceeds the lower voltage limit. The hybrid construction machine control method according to claim 1, characterized in that: 設定電圧以下の電圧変動による最高実電圧が仕様として設定された定格電圧としての稼働に必要な電圧上限を上回る場合は、前記最高実電圧が前記電圧上限を下回るように調整係数を算出することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド型建設機械制御方法。   When the maximum actual voltage due to voltage fluctuations below the set voltage exceeds the upper voltage limit necessary for operation as the rated voltage set as the specification, the adjustment factor is calculated so that the maximum actual voltage falls below the upper voltage limit. The hybrid construction machine control method according to claim 1, characterized in that: 油圧アクチュエータを駆動する際に蓄電装置から電力供給される電動機を協調駆動させ、蓄電装置の設定電圧(Vset)を制御するハイブリッド型建設機械において、
前記蓄電装置の実電圧を計測して
ハイブリッド型建設機械の劣化のない初期状態における前記実電圧の電圧変動(Vo)と、動作後の前記実電圧の電圧変動(Vact)とから、Pmを電動機出力、f(Pm)及びf′(Pm)を、いずれもPmを従属変数とする関数とするとき、
Vo=f(Pm)
Vact=f′(Pm)
と表せること、及び次式で定義される劣化率(K)、
K=Vact/Vo
さらに
を従属変数とする関数g(K)であって、ハイブリッド型建設機械の運転試験データから近似曲線によって定義される関数g(K)、あるいは調整係数(α)と電圧劣化率(K)が、
α=g(K)
なる関係にあることを利用して、該調整係数(α)と電圧劣化率(K)の二次元的なマトリクス表によって与えられる関数g(K)を用い、
前記蓄電装置の定格電圧(Vb)と該調整係数(α)とから
Vset=α×Vb
によって新たな設定電圧を算出するハイブリッド型建設機械。
In the hybrid construction machine that controls the set voltage (Vset) of the power storage device by cooperatively driving the electric motor supplied with power from the power storage device when driving the hydraulic actuator,
Wherein the voltage variation of the actual voltage (V o) in the actual voltage measured initial state with no degradation in the hybrid type construction machine of the electric storage device, since the voltage variation of said actual voltage after operation (Vac t) , Pm is the motor output, and f (Pm) and f ′ (Pm) are both functions with Pm as a dependent variable ,
Vo = f (Pm)
Vact = f ′ (Pm)
And the deterioration rate (K) defined by the following equation:
K = Vact / Vo
In addition ,
A function g (K) having K as a dependent variable, and a function g (K) defined by an approximate curve from operation test data of a hybrid type construction machine, or an adjustment coefficient (α) and a voltage deterioration rate (K) ,
α = g (K)
Using the function g (K) given by the two-dimensional matrix table of the adjustment coefficient (α) and the voltage deterioration rate (K)
From the rated voltage (Vb) of the power storage device and the adjustment coefficient (α) ,
Vset = α × Vb
A hybrid construction machine that calculates a new set voltage.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3352534B2 (en) * 1994-06-24 2002-12-03 マツダ株式会社 Hybrid power supply for electric vehicles
JP4555640B2 (en) * 2004-09-03 2010-10-06 東芝機械株式会社 Servo motor current control method and servo motor
JP5104416B2 (en) * 2008-03-07 2012-12-19 日産自動車株式会社 Abnormality detection device for battery pack
JP5186690B2 (en) * 2008-03-21 2013-04-17 株式会社小松製作所 Method and apparatus for determining deterioration state of power storage device in hybrid construction machine
US8810210B2 (en) * 2009-04-01 2014-08-19 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hybrid working machine
US8174225B2 (en) * 2009-05-15 2012-05-08 Siemens Industry, Inc. Limiting peak electrical power drawn by mining excavators
KR101360698B1 (en) * 2009-06-09 2014-02-07 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 Hybrid excavator and controlling method therefor
JP2011036111A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Toshiba Mach Co Ltd Charge amount control method and control device for electrical storage device in hybrid construction machine
JPWO2011034060A1 (en) * 2009-09-15 2013-02-14 住友重機械工業株式会社 Control method and control apparatus for hybrid construction machine
JP5504126B2 (en) * 2010-10-12 2014-05-28 本田技研工業株式会社 Control device for lithium-ion battery

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