JP6640650B2 - Construction machinery - Google Patents

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Description

本発明は、電動機、蓄電装置および油圧ポンプが搭載された建設機械に関する。   The present invention relates to a construction machine equipped with an electric motor, a power storage device, and a hydraulic pump.

一般に、エンジンと油圧ポンプに機械的に結合された電動機と、リチウムイオンバッテリやキャパシタ等の蓄電装置とを備えたハイブリッド建設機械が知られている。このようなハイブリッド建設機械では、電動機は、エンジンの駆動力によって発電した電力を蓄電装置に充電する、または蓄電装置の電力を用いて力行することによってエンジンをアシストする、という役割を担う。   In general, a hybrid construction machine including an electric motor mechanically coupled to an engine and a hydraulic pump, and a power storage device such as a lithium ion battery or a capacitor is known. In such a hybrid construction machine, the electric motor plays a role of charging the power storage device with the power generated by the driving force of the engine or assisting the engine by powering using the power of the power storage device.

また、リチウムイオンバッテリ等の蓄電装置は、一次的な性能低下や損傷を防止するために、電圧、電流、温度等を制御する必要がある。このため、蓄電装置には、その状態を監視する監視装置が設けられ、監視装置は、所定の使用範囲を逸脱しないように電圧等を制御している(例えば、特許文献1,2参照)。   In addition, a power storage device such as a lithium ion battery needs to control voltage, current, temperature, and the like in order to prevent primary performance degradation and damage. For this reason, the power storage device is provided with a monitoring device for monitoring its state, and the monitoring device controls the voltage and the like so as not to deviate from a predetermined usage range (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、電池内部の短時間の大電流による可逆的内部抵抗と、長時間の低電流による不可逆的内部抵抗とを演算し、これらの抵抗の比率によって充放電を停止させて、不可逆的内部抵抗の増加を防止する構成が開示されている。特許文献2には、部品発熱を抑制するために、電流の二乗値の一次遅れ式を用いて電流を制限し、定格温度以内の部品温度を押える構成が開示されている。   Patent Literature 1 discloses that a reversible internal resistance due to a short-time large current inside a battery and an irreversible internal resistance due to a long-time low current are calculated, and charging / discharging is stopped according to a ratio of these resistances. A configuration for preventing an increase in the target internal resistance is disclosed. Patent Document 2 discloses a configuration in which in order to suppress heat generation of a component, the current is limited using a first-order lag equation of the square value of the current, and the temperature of the component within the rated temperature is suppressed.

特許第4923116号公報Japanese Patent No. 4923116 特開2012−96712号公報JP 2012-96812 A

ところで、特許文献1に記載された制御方式では、可逆的内部抵抗と不可逆的内部抵抗との比率に基づいて、電池の充放電を停止させる。このため、例えば電池の電力への依存度が高く、定常的なモータ出力の使用を前提にした建設機械には、適用が難しいという問題がある。   By the way, in the control method described in Patent Literature 1, charging and discharging of a battery are stopped based on a ratio between a reversible internal resistance and an irreversible internal resistance. For this reason, for example, there is a problem that it is difficult to apply to a construction machine which is highly dependent on the electric power of a battery and is based on the assumption that a steady motor output is used.

一方、特許文献2に記載された制御方式では、充電と放電で制限値の切り換えを行っているが、基本的に単一の部品に対して単一の制限値で制御するものである。即ち、単一の一次遅れ式の結果に基づいて電流を制限しているに過ぎず、電流値から演算で求められる、電池の可逆的内部抵抗、不可逆的内部抵抗、温度等の複数の指標(制限条件)で同一の対象(電池または電池電流)を制御することができないという問題点がある。   On the other hand, in the control method described in Patent Literature 2, the limit value is switched between charging and discharging. However, basically, a single component is controlled with a single limiting value. That is, the current is merely limited based on the result of the single first-order lag equation, and a plurality of indices (such as reversible internal resistance, irreversible internal resistance, temperature, etc.) of the battery, which are calculated from the current value, There is a problem that the same target (battery or battery current) cannot be controlled by the (restriction condition).

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、蓄電装置の運用停止を抑制しつつ、複数の制限条件に応じて蓄電装置の電流を制御することができる建設機械を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a construction capable of controlling the current of a power storage device according to a plurality of limiting conditions while suppressing operation stop of the power storage device. To provide a machine.

上記課題を解決するために、本発明は、電動機と、前記電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記電動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動する油圧装置と、前記蓄電装置の出力を制御するコントローラとを有する建設機械において、前記コントローラは、互いに異なる時定数を有し、前記蓄電装置の電流に基づいた一次遅れ演算を行う複数の一次遅れ演算器と、前記複数の一次遅れ演算器の演算結果に基づいて、前記蓄電装置の電流を制御する電流制御演算器と、を備え、前記電流制御演算器は、前記複数の一次遅れ演算器のうち時定数が小さい一次遅れ演算器の定常値が、時定数が大きい一次遅れ演算器の定常値に比べて小さくなるように、前記各一次遅れ演算器の演算結果を調整する複数の演算結果調整器と、前記複数の演算結果調整器による調整結果のうち最大のものを選択する最大値選択器と、前記最大値選択器からの出力結果に基づいて、前記蓄電装置の電流の制限値を算出する電流制限値算出部と、を備えたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides an electric motor, a power storage device electrically connected to the electric motor, a hydraulic pump driven by the electric motor, and a hydraulic device driven by hydraulic oil from the hydraulic pump. And, in the construction machine having a controller that controls the output of the power storage device, the controller has a different time constant from each other, a plurality of first-order delay calculators that perform a first-order delay calculation based on the current of the power storage device, A current control calculator that controls the current of the power storage device based on the calculation results of the plurality of first-order delay calculators , wherein the current control calculator is a time constant of the plurality of first-order delay calculators. The plurality of operations for adjusting the calculation results of the first-order lag calculators such that the steady-state value of the first-order lag calculator having a smaller time constant is smaller than the steady-state value of the first-order lag calculator having a larger time constant. A result adjuster, a maximum value selector that selects the largest one of the adjustment results from the plurality of operation result adjusters, and a current limit value of the power storage device based on an output result from the maximum value selector. And a current limit value calculation unit that calculates the current limit value .

本発明によれば、複数の制限条件を持つ蓄電装置を、運用停止を抑制しつつ、適切(効率良く)に運用することができる。   According to the present invention, a power storage device having a plurality of limiting conditions can be appropriately (efficiently) operated while suppressing operation stoppage.

本発明の実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルを示す正面図である。1 is a front view illustrating a hybrid excavator according to an embodiment of the present invention. 図1中のハイブリッド油圧ショベルに適用する油圧システムと電動システムを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a hydraulic system and an electric system applied to the hybrid hydraulic shovel in FIG. 1. 図2中のバッテリユニットの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a battery unit in FIG. 2. 図3中のハイブリッドコントローラ内に搭載された本発明の構成をブロック図にて具現化した図である。FIG. 4 is a block diagram of a configuration of the present invention mounted in the hybrid controller in FIG. 3. 蓄電装置の電流がステップ状に変化したときに、第1ないし第4の一次遅れ演算器から出力される出力信号の時間変化を示す特性線図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a time change of an output signal output from the first to fourth primary delay calculators when the current of the power storage device changes stepwise. 図5に示す出力信号に基づいて、第1ないし第4の除算器から出力される比率の時間変化を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change over time of a ratio output from the first to fourth dividers based on the output signal shown in FIG. 5.

以下、本発明の実施の形態による建設機械としてハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて、添付図面に従って説明する。   Hereinafter, a hybrid hydraulic shovel will be described as an example of a construction machine according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

図1ないし図4は本発明の実施の形態を示している。ハイブリッド油圧ショベル1(以下、油圧ショベル1という)は、後述のエンジン21と発電電動機27(電動機)とを備えている。この油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に設けられた旋回装置3と、下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置11とにより構成されている。このとき、下部走行体2と上部旋回体4とは、油圧ショベル1の車体を構成している。   1 to 4 show an embodiment of the present invention. The hybrid hydraulic shovel 1 (hereinafter, hydraulic shovel 1) includes an engine 21 and a generator motor 27 (electric motor), which will be described later. The hydraulic excavator 1 is mounted on a lower traveling body 2 of a crawler type that is capable of self-traveling, a swing device 3 provided on the lower traveling body 2, and is swingably mounted on the lower traveling body 2 via the swing device 3. And a multi-joint working device 11 provided on the front side of the upper rotating body 4 for performing excavation work and the like. At this time, the lower traveling unit 2 and the upper revolving unit 4 constitute a vehicle body of the excavator 1.

上部旋回体4は、旋回フレーム5上に設けられエンジン21等が収容された建屋カバー6と、オペレータが搭乗するキャブ7とを備えている。キャブ7内には、オペレータが着座する運転席(図示せず)が設けられると共に、運転席の周囲には、操作レバー、操作ペダル等からなる走行操作装置8と、操作レバー等からなる旋回操作装置9と、操作レバー等からなる作業操作装置10とが設けられている(図2参照)。   The upper swing body 4 includes a building cover 6 provided on the swing frame 5 and housing the engine 21 and the like, and a cab 7 on which an operator rides. A driver's seat (not shown) on which an operator sits is provided in the cab 7, and around the driver's seat, a traveling operation device 8 including an operation lever and an operation pedal, and a turning operation including an operation lever and the like. A device 9 and a work operation device 10 including an operation lever and the like are provided (see FIG. 2).

ここで、操作装置8〜10には、これらの操作量を検出する操作量センサ8A〜10Aがそれぞれ設けられている。これらの操作量センサ8A〜10Aは、例えば下部走行体2の走行操作、上部旋回体4の旋回操作、作業装置11の俯仰動操作(掘削操作)等のような車体の操作状態を検出する。   Here, the operation devices 8 to 10 are provided with operation amount sensors 8A to 10A for detecting these operation amounts, respectively. These operation amount sensors 8 </ b> A to 10 </ b> A detect operation states of the vehicle body such as a traveling operation of the lower traveling body 2, a turning operation of the upper revolving body 4, a raising / lowering operation (excavation operation) of the working device 11, and the like.

図1に示すように、作業装置11は、例えばブーム11A、アーム11B、バケット11Cと、これらを駆動するブームシリンダ11D、アームシリンダ11E、バケットシリンダ11Fとによって構成されている。ブーム11A、アーム11B、バケット11Cは、互いにピン結合されている。作業装置11は、旋回フレーム5に取付けられ、シリンダ11D〜11Fを伸長または縮小することによって、俯仰動する。   As shown in FIG. 1, the working device 11 includes, for example, a boom 11A, an arm 11B, and a bucket 11C, and a boom cylinder 11D, an arm cylinder 11E, and a bucket cylinder 11F that drive these. The boom 11A, the arm 11B, and the bucket 11C are pin-connected to each other. The working device 11 is attached to the turning frame 5 and moves up and down by extending or contracting the cylinders 11D to 11F.

ここで、油圧ショベル1は、発電電動機27等を制御する電動システムと、作業装置11等の動作を制御する油圧システムとを搭載している。以下、油圧ショベル1のシステム構成について図2および図3を参照して説明する。   Here, the hydraulic shovel 1 includes an electric system that controls the generator motor 27 and the like, and a hydraulic system that controls the operation of the working device 11 and the like. Hereinafter, the system configuration of the excavator 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

エンジン21は、旋回フレーム5に搭載されている。このエンジン21は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。図2に示すように、エンジン21の出力側には、油圧ポンプ23と発電電動機27とが機械的に直列接続して取付けられ、これらの油圧ポンプ23と発電電動機27とは、エンジン21によって駆動される。ここで、エンジン21の作動はエンジンコントロールユニット22(以下、ECU22という)によって制御され、ECU22は、メインコントローラ36(以下、MC36という)からのエンジン出力指令に基づいて、エンジン21の出力トルク、回転速度(エンジン回転数)等を制御する。なお、エンジン21の最大出力は、例えば油圧ポンプ23の最大動力よりも小さくなっている。   The engine 21 is mounted on the turning frame 5. The engine 21 is configured by an internal combustion engine such as a diesel engine, for example. As shown in FIG. 2, a hydraulic pump 23 and a generator motor 27 are mechanically connected in series on the output side of the engine 21, and the hydraulic pump 23 and the generator motor 27 are driven by the engine 21. Is done. Here, the operation of the engine 21 is controlled by an engine control unit 22 (hereinafter, referred to as ECU 22), and the ECU 22 controls the output torque, rotation, The speed (engine speed) is controlled. The maximum output of the engine 21 is smaller than the maximum power of the hydraulic pump 23, for example.

油圧ポンプ23は、エンジン21に機械的に接続されている。この油圧ポンプ23は、エンジン21単独のトルクによって駆動可能である。また、油圧ポンプ23は、エンジン21のトルクに発電電動機27のアシストトルクを加えた複合トルク(合計トルク)によっても駆動可能である。この油圧ポンプ23は、タンク(図示せず)内に貯溜された作動油を加圧し、走行油圧モータ25、旋回油圧モータ26、作業装置11のシリンダ11D〜11F等に圧油として吐出する。   The hydraulic pump 23 is mechanically connected to the engine 21. The hydraulic pump 23 can be driven by the torque of the engine 21 alone. The hydraulic pump 23 can also be driven by a combined torque (total torque) obtained by adding the assist torque of the generator motor 27 to the torque of the engine 21. The hydraulic pump 23 pressurizes hydraulic oil stored in a tank (not shown) and discharges the hydraulic oil as hydraulic oil to the traveling hydraulic motor 25, the swing hydraulic motor 26, the cylinders 11D to 11F of the working device 11, and the like.

油圧ポンプ23は、コントロールバルブ24を介して油圧装置としての走行油圧モータ25、旋回油圧モータ26、シリンダ11D〜11Fに接続されている。これらの油圧モータ25,26、シリンダ11D〜11Fは、油圧ポンプ23からの圧油によって駆動する。コントロールバルブ24は、走行操作装置8、旋回操作装置9、作業操作装置10に対する操作に応じて、油圧ポンプ23から吐出された圧油を走行油圧モータ25、旋回油圧モータ26、シリンダ11D〜11Fに供給または排出する。   The hydraulic pump 23 is connected to a traveling hydraulic motor 25 as a hydraulic device, a swing hydraulic motor 26, and cylinders 11D to 11F via a control valve 24. These hydraulic motors 25 and 26 and cylinders 11D to 11F are driven by pressure oil from a hydraulic pump 23. The control valve 24 supplies the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 23 to the travel hydraulic motor 25, the swing hydraulic motor 26, and the cylinders 11D to 11F in accordance with operations on the travel operation device 8, the swing operation device 9, and the work operation device 10. Supply or discharge.

発電電動機27(モータジェネレータ)は、エンジン21に機械的に接続されている。この発電電動機27は、例えば同期電動機等によって構成される。発電電動機27は、エンジン21を動力源に発電機として働き蓄電装置32への電力供給を行う発電と、蓄電装置32からの電力を動力源にモータとして働きエンジン21および油圧ポンプ23の駆動をアシストする力行との2通りの役割を果たす。従って、エンジン21のトルクには、状況に応じて発電電動機27のアシストトルクが追加され、これらのトルクによって油圧ポンプ23は駆動する。この油圧ポンプ23から吐出される圧油によって、車両の走行動作、旋回動作、作業装置11の俯仰動動作等が行われる。   The generator motor 27 (motor generator) is mechanically connected to the engine 21. The generator motor 27 is constituted by, for example, a synchronous motor or the like. The generator motor 27 functions as a generator using the engine 21 as a power source to supply power to the power storage device 32, and assists driving of the engine 21 and the hydraulic pump 23 by using power from the power storage device 32 as a motor as a motor. And play two roles. Therefore, the assist torque of the generator motor 27 is added to the torque of the engine 21 according to the situation, and the hydraulic pump 23 is driven by these torques. The running operation, the turning operation, the raising / lowering operation of the working device 11 and the like are performed by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 23.

図2に示すように、発電電動機27は、インバータ28を介して一対の直流母線29A,29Bに接続されている。インバータ28は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成され、パワーコントロールユニット30(以下、PCU30という)によって各スイッチング素子のオン/オフが制御される。直流母線29A,29Bは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百V程度の直流電圧が印加されている。   As shown in FIG. 2, the generator motor 27 is connected to a pair of DC buses 29A and 29B via an inverter 28. The inverter 28 is configured using a plurality of switching elements including, for example, a transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the like, and ON / OFF of each switching element is controlled by a power control unit 30 (hereinafter, referred to as a PCU 30). The DC buses 29A and 29B form a pair on the positive electrode side and the negative electrode side, and a DC voltage of, for example, about several hundred volts is applied thereto.

発電電動機27の発電時には、インバータ28は、発電電動機27からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置32に供給する。発電電動機27の力行時には、インバータ28は、直流母線29A,29Bの直流電力を交流電力に変換して発電電動機27に供給する。そして、PCU30は、HCU35からの発電電動機出力指令等に基づいて、インバータ28の各スイッチング素子のオン/オフを制御する。これにより、PCU30は、発電電動機27の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。   When the generator motor 27 generates power, the inverter 28 converts AC power from the generator motor 27 into DC power and supplies the DC power to the power storage device 32. During power running of the generator motor 27, the inverter 28 converts the DC power of the DC buses 29 </ b> A and 29 </ b> B into AC power and supplies the AC power to the generator motor 27. The PCU 30 controls on / off of each switching element of the inverter 28 based on a generator motor output command from the HCU 35 and the like. Thereby, the PCU 30 controls the generated power when the generator motor 27 generates power and the driving power during power running.

バッテリユニット31は、例えばリチウムイオン二次電池からなる蓄電装置32と、電流センサ33と、バッテリコントローラ34(以下、BC34という)とを備えている(図3参照)。蓄電装置32は、発電電動機27に電気的に接続されている。具体的には、蓄電装置32は、直流母線29A,29Bを介してインバータ28に接続されている。   The battery unit 31 includes a power storage device 32 made of, for example, a lithium ion secondary battery, a current sensor 33, and a battery controller 34 (hereinafter, referred to as a BC 34) (see FIG. 3). Power storage device 32 is electrically connected to generator motor 27. Specifically, power storage device 32 is connected to inverter 28 via DC buses 29A and 29B.

蓄電装置32は、発電電動機27の発電時には発電電動機27から供給される電力を充電し、発電電動機27の力行時(アシスト駆動時)には発電電動機27に向けて駆動電力を供給する。蓄電装置32は、BC34からの情報に基づいて、HCU35によって充電動作や放電動作が制御される。   The power storage device 32 charges the electric power supplied from the generator motor 27 when the generator motor 27 generates electric power, and supplies driving power to the generator motor 27 when the generator motor 27 is running (assist driving). The HCU 35 controls the charging operation and the discharging operation of the power storage device 32 based on information from the BC 34.

電流センサ33は、例えば蓄電装置32の正極側の端子に接続され、蓄電装置32の充電電流または放電電流を検出する。電流センサ33の出力側は、BC34に接続されている。電流センサ33は、検出した電流Iに応じた信号をBC34に出力する。   The current sensor 33 is connected to, for example, a positive terminal of the power storage device 32 and detects a charging current or a discharging current of the power storage device 32. The output side of the current sensor 33 is connected to the BC 34. The current sensor 33 outputs a signal corresponding to the detected current I to the BC 34.

BC34には、電流センサ33からの信号に基づいて、蓄電装置32の電流Iが入力される。また、BC34には、電圧センサおよび温度センサ(いずれも図示せず)が接続され、蓄電装置32の電圧Vおよび温度Tが入力される。BC34は、電流I、電圧V、温度Tに基づいて、蓄電装置32から放電可能な電力をバッテリ放電電力として算出する。同様に、BC34は、蓄電装置32に充電可能な電力をバッテリ充電電力として算出する。BC34は、バッテリ蓄電率(SOC)、バッテリ放電電力、バッテリ充電電力等をハイブリッドコントロールユニット35(以下、HCU35という)に向けて出力する。   The current I of the power storage device 32 is input to the BC 34 based on a signal from the current sensor 33. Further, a voltage sensor and a temperature sensor (both not shown) are connected to the BC 34, and the voltage V and the temperature T of the power storage device 32 are input. The BC 34 calculates power that can be discharged from the power storage device 32 as battery discharge power based on the current I, the voltage V, and the temperature T. Similarly, the BC 34 calculates power that can be charged in the power storage device 32 as battery charging power. The BC 34 outputs a battery storage rate (SOC), battery discharge power, battery charge power, and the like to a hybrid control unit 35 (hereinafter, referred to as HCU 35).

これに加えて、BC34は、電圧V、電流I、温度T、蓄電率(SOC:State Of Charge)、劣化度(SOH:State Of Health)等に基づいて、蓄電装置32の状態を監視し、推定する。BC34は、これらの複数の要素のいずれかの指標が適正な使用範囲を逸脱した場合または逸脱しそうな場合には、HCU35に信号を送信し、異常・警告を発報する。   In addition, the BC 34 monitors the state of the power storage device 32 based on the voltage V, the current I, the temperature T, the state of charge (SOC: State Of Charge), the degree of deterioration (SOH: State Of Health), and the like. presume. The BC 34 transmits a signal to the HCU 35 and issues an abnormality / warning when any one of these indices deviates from or is likely to deviate from the proper use range.

HCU35は、例えばマイクロコンピュータによって構成されると共に、CAN(Controller Area Network)等を用いてECU22、PCU30、BC34、MC36に電気的に接続されている。また、MC36には、操作装置8〜10のレバー操作量を検出する操作量センサ8A〜10Aが接続されている。MC36は、ECU22、HCU35と通信し、例えばレバー操作量、エンジン21の回転数、蓄電装置32の蓄電率(SOC)等に基づいて、各種の制御信号をECU22、PCU30、HCU35に送信する。これにより、ECU22は、MC36からの制御信号に基づいて、エンジン21の回転数等を制御する。また、HCU35は、その他のハイブリッド機器(モータ、インバータ)の状態と、MC36からの操作装置8〜10のレバー操作量の情報を基づいて、ハイブリッド機器である発電電動機27、インバータ28、蓄電装置32を制御する。   The HCU 35 is configured by, for example, a microcomputer, and is electrically connected to the ECU 22, the PCU 30, the BC 34, and the MC 36 using a CAN (Controller Area Network) or the like. The MC 36 is connected to operation amount sensors 8A to 10A that detect the lever operation amounts of the operation devices 8 to 10. The MC 36 communicates with the ECU 22 and the HCU 35, and transmits various control signals to the ECU 22, the PCU 30, and the HCU 35 based on, for example, the lever operation amount, the rotation speed of the engine 21, the state of charge (SOC) of the power storage device 32, and the like. Thus, the ECU 22 controls the number of revolutions of the engine 21 and the like based on the control signal from the MC 36. Also, the HCU 35, based on the state of other hybrid devices (motors and inverters) and information on the lever operation amounts of the operating devices 8 to 10 from the MC 36, the generator motor 27, the inverter 28, and the power storage device 32, which are hybrid devices. Control.

これに加えて、HCU35は、コントローラを構成し、蓄電装置32の出力を制御する。具体的には、HCU35は、BC34からの信号に基づいて、蓄電装置32の電流Iが入力される。このとき、HCU35は、電流Iに基づいて、電流Iを制限するための電流制限値Ilim[%]を算出する。電流Iの制限が不要な場合には、電流制限値Ilimは100%になる。一方、電流Iの制限が必要な場合には、制限の度合いに応じて電流制限値Ilimは100%よりも低下した値(Ilim<100)になる。HCU35は、電流Iが電流制限値Ilimよりも小さくなるように、PCU30およびインバータ28を用いて、蓄電装置32の充電および放電を制御する。   In addition, HCU 35 forms a controller and controls the output of power storage device 32. Specifically, the current I of the power storage device 32 is input to the HCU 35 based on a signal from the BC 34. At this time, the HCU 35 calculates a current limit value Ilim [%] for limiting the current I based on the current I. If the current I does not need to be limited, the current limit value Ilim becomes 100%. On the other hand, when the current I needs to be limited, the current limit value Ilim becomes a value lower than 100% (Ilim <100) according to the degree of the restriction. HCU 35 controls charging and discharging of power storage device 32 using PCU 30 and inverter 28 such that current I becomes smaller than current limit value Ilim.

次に、HCU35に搭載した本発明の具体的な構成について説明する。図4に示すように、HCU35は、二乗演算器41と、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45と、電流制御演算器46とを備える。   Next, a specific configuration of the present invention mounted on the HCU 35 will be described. As shown in FIG. 4, the HCU 35 includes a square calculator 41, first to fourth primary delay calculators 42 to 45, and a current control calculator 46.

二乗演算器41は、その入力側がBC34に接続され、電流センサ33によって検出された電流Iが入力される。この二乗演算器41は、電流Iを二乗した電流演算値I2を算出する。このとき、電流演算値I2は、充電および放電のいずれの電流Iが入力されたときであっても、正の値になる。二乗演算器41は、電流演算値I2を第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45に出力する。 The input side of the square calculator 41 is connected to the BC 34, and the current I detected by the current sensor 33 is input. The square calculator 41 calculates a current calculation value I 2 obtained by squaring the current I. At this time, the current calculation value I 2 becomes a positive value regardless of whether the charging or discharging current I is input. Square calculation unit 41 outputs a current operation value I 2 to the first to fourth first-order lag calculator 42-45.

第1の一次遅れ演算器42は、電流演算値I2の一次遅れ応答を演算し、出力信号Y1(t)を出力する。第1の一次遅れ演算器42は、予め決められた時定数T1を有し、低域通過フィルタを構成している。第1の一次遅れ演算器42は、以下の数1の式に示す伝達関数H1(s)を有している。 The first primary delay calculator 42 calculates the first-order lag response of the current calculation value I 2, and outputs an output signal Y1 (t). The first primary delay calculator 42 has a predetermined time constant T1 and constitutes a low-pass filter. The first primary delay calculator 42 has a transfer function H1 (s) shown in the following equation (1).

Figure 0006640650
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第2ないし第4の一次遅れ演算器43〜45も、第1の一次遅れ演算器42とほぼ同様に構成されている。このため、第2ないし第4の一次遅れ演算器43〜45は、電流演算値I2の一次遅れ応答を演算し、出力信号Y2(t)〜Y4(t)を出力する。第2ないし第4の一次遅れ演算器43〜45は、予め決められた時定数T2〜T4を有し、低域通過フィルタを構成している。第2ないし第4の一次遅れ演算器43〜45は、以下の数2〜数4の式に示す伝達関数H2(s)〜H4(s)をそれぞれ有している。 The second to fourth first-order lag calculators 43 to 45 have substantially the same configuration as the first first-order lag calculator 42. Therefore, the second to fourth first-order lag calculator 43 to 45, calculates a first-order lag response of the current calculation value I 2, and outputs an output signal Y2 (t) ~Y4 (t) . The second to fourth primary delay calculators 43 to 45 have predetermined time constants T2 to T4 and constitute a low-pass filter. The second to fourth first-order lag calculators 43 to 45 have transfer functions H2 (s) to H4 (s) represented by the following equations 2 to 4, respectively.

Figure 0006640650
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ここで、時定数T1〜T4は、互いに異なる値に設定されている。具体的には、時定数T1〜T4は、以下の数5の式に示す関係を満たしている。即ち、時定数T1〜T4は、順次大きくなっている。このため、時定数T1よりも時定数T2が大きく、時定数T2よりも時定数T3が大きく、時定数T3よりも時定数T4が大きくなっている。   Here, the time constants T1 to T4 are set to different values. Specifically, the time constants T1 to T4 satisfy the relationship shown in the following equation (5). That is, the time constants T1 to T4 are sequentially increased. Therefore, the time constant T2 is larger than the time constant T1, the time constant T3 is larger than the time constant T2, and the time constant T4 is larger than the time constant T3.

Figure 0006640650
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このため、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45の中で、第1の一次遅れ演算器42は、そのカットオフ周波数が最も高くなっている。このため、電流Iが短時間で急峻に変化したときでも、第1の一次遅れ演算器42の出力信号Y1(t)は変化する。これに対し、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45の中で、第4の一次遅れ演算器45は、そのカットオフ周波数が最も低くなっている。このため、電流Iが短時間で急峻に変化したときには、第4の一次遅れ演算器45の出力信号Y4(t)は変化が小さく、長時間で緩やかに電流Iが変化したときに、出力信号Y4(t)は変化する。   For this reason, among the first to fourth primary delay arithmetic units 42 to 45, the first primary delay arithmetic unit 42 has the highest cutoff frequency. For this reason, even when the current I changes sharply in a short time, the output signal Y1 (t) of the first primary delay calculator 42 changes. On the other hand, among the first to fourth primary delay arithmetic units 42 to 45, the fourth primary delay arithmetic unit 45 has the lowest cutoff frequency. For this reason, when the current I changes sharply in a short time, the output signal Y4 (t) of the fourth primary delay calculator 45 changes little, and when the current I changes slowly in a long time, the output signal Y4 (t) changes. Y4 (t) changes.

第2の一次遅れ演算器43のカットオフ周波数は、第1の一次遅れ演算器42のカットオフ周波数よりも低く、第4の一次遅れ演算器45のカットオフ周波数よりも高くなっている。このため、第2の一次遅れ演算器43の出力信号Y2(t)は、出力信号Y1(t)と出力信号Y4(t)の中間的な特性となる。従って、例えば電流Iがステップ状に増加したときには、出力信号Y2(t)は、出力信号Y1(t)よりも立上りが遅くなり、出力信号Y4(t)よりは立上りが早くなる。   The cutoff frequency of the second primary delay calculator 43 is lower than the cutoff frequency of the first primary delay calculator 42 and higher than the cutoff frequency of the fourth primary delay calculator 45. For this reason, the output signal Y2 (t) of the second primary delay calculator 43 has intermediate characteristics between the output signal Y1 (t) and the output signal Y4 (t). Therefore, for example, when the current I increases stepwise, the output signal Y2 (t) rises slower than the output signal Y1 (t) and rises earlier than the output signal Y4 (t).

第3の一次遅れ演算器44のカットオフ周波数は、第2の一次遅れ演算器43のカットオフ周波数よりも低く、第4の一次遅れ演算器45のカットオフ周波数よりも高くなっている。このため、第3の一次遅れ演算器44の出力信号Y3(t)は、出力信号Y2(t)と出力信号Y4(t)の中間的な特性となる。従って、例えば電流Iがステップ状に増加したときには、出力信号Y3(t)は、出力信号Y2(t)よりも立上りが遅くなり、出力信号Y4(t)よりは立上りが早くなる。   The cutoff frequency of the third primary delay calculator 44 is lower than the cutoff frequency of the second primary delay calculator 43 and higher than the cutoff frequency of the fourth primary delay calculator 45. Therefore, the output signal Y3 (t) of the third primary delay calculator 44 has an intermediate characteristic between the output signal Y2 (t) and the output signal Y4 (t). Therefore, for example, when the current I increases stepwise, the output signal Y3 (t) rises slower than the output signal Y2 (t) and rises earlier than the output signal Y4 (t).

数1〜数4の式中で、係数K1〜K4は、通過域の利得(ゲイン)を示している。これらの係数K1〜K4は、仕様等に応じて適宜設定される。係数K1〜K4は、互いに同じ値でもよく、互いに異なる値でもよい。係数K1〜K4は、例えば同じ値として1に設定されている。   In the equations (1) to (4), coefficients K1 to K4 indicate the gain of the pass band. These coefficients K1 to K4 are appropriately set according to specifications and the like. The coefficients K1 to K4 may have the same value or different values. The coefficients K1 to K4 are set to 1, for example, as the same value.

電流制御演算器46は、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45の演算結果に基づいて、蓄電装置32の充放電電流を制御する。具体的には、電流制御演算器46は、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45からの出力信号Y1(t)〜Y4(t)に基づいて、充放電電流を制限するための電流制限値Ilim[%]を出力する。電流制御演算器46は、第1ないし第4の除算器46A〜46Dと、最大値選択器46Eと、電流制限値算出部46Fとを備えている。   Current control calculator 46 controls the charge / discharge current of power storage device 32 based on the calculation results of first to fourth primary delay calculators 42 to 45. More specifically, the current control calculator 46 controls the charge / discharge current based on the output signals Y1 (t) to Y4 (t) from the first to fourth primary delay calculators 42 to 45. The current limit value Ilim [%] is output. The current control calculator 46 includes first to fourth dividers 46A to 46D, a maximum value selector 46E, and a current limit value calculator 46F.

第1ないし第4の除算器46A〜46Dは、演算結果調整器を構成している。第1ないし第4の除算器46A〜46Dは、一次遅れ演算器42〜45のうち時定数が小さい一次遅れ演算器の定常値が、時定数が大きい一次遅れ演算器の定常値に比べて小さくなるように、各一次遅れ演算器42〜45の出力信号Y1(t)〜Y4(t)を調整する。   The first to fourth dividers 46A to 46D constitute an operation result adjuster. In the first to fourth dividers 46A to 46D, the steady-state value of the first-order lag calculator having the smaller time constant among the first-order lag calculators 42 to 45 is smaller than the steady-state value of the first-order lag calculator having the larger time constant. The output signals Y1 (t) to Y4 (t) of the first-order lag calculators 42 to 45 are adjusted so as to be as follows.

第1の除算器46Aは、出力信号Y1(t)を予め決められた閾値C1で除算する。第1の除算器46Aは、閾値C1に対する出力信号Y1(t)の比率として、第1の比率R1(R1=Y1/C1)を算出する。   The first divider 46A divides the output signal Y1 (t) by a predetermined threshold C1. The first divider 46A calculates a first ratio R1 (R1 = Y1 / C1) as a ratio of the output signal Y1 (t) to the threshold C1.

第2の除算器46Bは、出力信号Y2(t)を予め決められた閾値C2で除算する。第2の除算器46Bは、閾値C2に対する出力信号Y2(t)の比率として、第2の比率R2(R2=Y2/C2)を算出する。   The second divider 46B divides the output signal Y2 (t) by a predetermined threshold C2. The second divider 46B calculates a second ratio R2 (R2 = Y2 / C2) as a ratio of the output signal Y2 (t) to the threshold C2.

第3の除算器46Cは、出力信号Y3(t)を予め決められた閾値C3で除算する。第3の除算器46Cは、閾値C3に対する出力信号Y3(t)の比率として、第3の比率R3(R3=Y3/C3)を算出する。   The third divider 46C divides the output signal Y3 (t) by a predetermined threshold C3. The third divider 46C calculates a third ratio R3 (R3 = Y3 / C3) as a ratio of the output signal Y3 (t) to the threshold C3.

第4の除算器46Dは、出力信号Y4(t)を予め決められた閾値C4で除算する。第4の除算器46Dは、閾値C4に対する出力信号Y4(t)の比率として、第4の比率R4(R4=Y4/C4)を算出する。   The fourth divider 46D divides the output signal Y4 (t) by a predetermined threshold C4. The fourth divider 46D calculates a fourth ratio R4 (R4 = Y4 / C4) as a ratio of the output signal Y4 (t) to the threshold C4.

第1ないし第4の除算器46A〜46Dは、比率R1〜R4を最大値選択器46Eに出力する。ここで、閾値C1〜C4は、以下の数6の式に示す関係を満たすように設定されている。このため、出力信号Y1(t)〜Y4(t)を算出した一次遅れ演算器42〜45の時定数T1〜T4が大きくなるに従って、出力信号Y1(t)〜Y4(t)に対応した係数K1〜K4と閾値C1〜C4との比率は小さくなっている。従って、K1/C1は最も小さくなり、K4/C4は最も大きくなっている。   The first to fourth dividers 46A to 46D output the ratios R1 to R4 to the maximum value selector 46E. Here, the thresholds C1 to C4 are set so as to satisfy the relationship shown in the following equation (6). Therefore, as the time constants T1 to T4 of the first-order lag calculators 42 to 45 that calculate the output signals Y1 (t) to Y4 (t) increase, the coefficients corresponding to the output signals Y1 (t) to Y4 (t) increase. The ratio between K1 to K4 and thresholds C1 to C4 is small. Therefore, K1 / C1 is the smallest and K4 / C4 is the largest.

Figure 0006640650
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最大値選択器46Eは、第1ないし第4の比率R1〜R4のうち最も大きな最大比率Rmaxを選択する。このとき、除算器46A〜46Dは、係数K1〜K4と閾値C1〜C4との比率が一次遅れ演算器42〜45の時定数T1〜T4に応じて互いに異なる値に設定されている。このため、例えば短時間で急激に電流Iが増加したときには、出力信号Y1(t)が出力信号Y2(t)〜Y4(t)よりも早く大きくなる。これにより、電流Iが増加した直後は、第1の除算器46Aから出力される比率R1が、他の比率R2〜R4に比べて大きくなる傾向がある。   The maximum value selector 46E selects the largest maximum ratio Rmax among the first to fourth ratios R1 to R4. At this time, in the dividers 46A to 46D, the ratios of the coefficients K1 to K4 and the thresholds C1 to C4 are set to different values according to the time constants T1 to T4 of the first-order lag calculators 42 to 45. Therefore, for example, when the current I sharply increases in a short time, the output signal Y1 (t) becomes larger than the output signals Y2 (t) to Y4 (t) earlier. As a result, immediately after the current I increases, the ratio R1 output from the first divider 46A tends to be higher than the other ratios R2 to R4.

これに対し、例えば長時間に亘って緩やかに電流Iが増加したときには、出力信号Y1(t)〜Y4(t)はいずれも緩やかに増加する。この場合、数6の式中でK4/C4が最も大きくなっているから、長時間の経過後は、第4の除算器46Dから出力される比率R4が、他の比率R1〜R3に比べて大きくなる傾向がある。   On the other hand, for example, when the current I gradually increases over a long period of time, the output signals Y1 (t) to Y4 (t) all gradually increase. In this case, since K4 / C4 is the largest in the equation (6), after a long time, the ratio R4 output from the fourth divider 46D is smaller than the other ratios R1 to R3. Tends to be larger.

このように、電流変化の割合や時間の経過状況等に応じて、第1ないし第4の比率R1〜R4の大小関係が異なる。このため、最大値選択器46Eは、第1ないし第4の比率R1〜R4のうち最大比率Rmaxを選択することによって、電流Iの制限が必要となる要素(成分)を抽出することができる。   As described above, the magnitude relationship of the first to fourth ratios R1 to R4 differs depending on the current change ratio, the elapsed time, and the like. Therefore, the maximum value selector 46E can extract an element (component) that needs to limit the current I by selecting the maximum ratio Rmax among the first to fourth ratios R1 to R4.

電流制限値算出部46Fは、最大比率Rmaxに基づいて充放電電流を制限するための電流制限値Ilim[%]を出力する。電流制限値Ilim[%]は、通常時に許容される充放電電流を基準値(100%)として、この基準値に対する低下割合(低下比率)を示している。電流制限値算出部46Fは、図4に示すテーブル47に基づいて、最大比率Rmaxから電流制限値Ilimを演算する。   The current limit value calculator 46F outputs a current limit value Ilim [%] for limiting the charge / discharge current based on the maximum ratio Rmax. The current limit value Ilim [%] indicates a rate of decrease (decrease rate) with respect to this reference value, with the charge / discharge current allowed at normal times as a reference value (100%). The current limit value calculator 46F calculates the current limit value Ilim from the maximum ratio Rmax based on the table 47 shown in FIG.

電流制限値算出部46Fは、最大比率Rmaxが所定の下限値以下(例えば、Rmax≦0.8)のときは、電流制限値Ilimを通常時と同じ値に設定する(Ilim=100%)。電流制限値算出部46Fは、最大比率Rmaxが所定の下限値よりも大きく、上限値よりも小さい(例えば、0.8<Rmax<1)ときは、最大比率Rmaxと下限値との差異に応じて、電流制限値Ilimを通常時よりも低下させる(0%<Ilim<100%)。そして、電流制限値算出部46Fは、最大比率Rmaxが所定の上限値(例えば、Rmax=1)に到達したときに、電流制限値Ilimが充放電を停止させる値(Ilim=0%)となるように、電流制限値Ilimを、最大比率Rmaxが上限値に近付くに従って徐々に低下させる。このため、許可と禁止と2状態で充放電電流を制御する場合に比べて、充放電の停止を抑制することができる。なお、上述した下限値、上限値および電流制限値Ilimが減少する割合等は、例示したものに限らず、蓄電装置32の仕様等に応じて適宜設定される。   When the maximum ratio Rmax is equal to or less than a predetermined lower limit (for example, Rmax ≦ 0.8), the current limit value calculation unit 46F sets the current limit value Ilim to the same value as in the normal state (Ilim = 100%). When the maximum ratio Rmax is larger than the predetermined lower limit and smaller than the upper limit (for example, 0.8 <Rmax <1), the current limit value calculator 46F responds to the difference between the maximum ratio Rmax and the lower limit. Thus, the current limit value Ilim is made lower than usual (0% <Ilim <100%). When the maximum ratio Rmax reaches a predetermined upper limit value (for example, Rmax = 1), the current limit value calculating unit 46F sets the current limit value Ilim to a value at which charging / discharging is stopped (Ilim = 0%). In this way, the current limit value Ilim is gradually reduced as the maximum ratio Rmax approaches the upper limit value. For this reason, stoppage of charging / discharging can be suppressed as compared with the case where the charging / discharging current is controlled in two states of permission and inhibition. Note that the lower limit, the upper limit, and the rate at which the current limit value Ilim decreases are not limited to those illustrated above, but are appropriately set according to the specifications of the power storage device 32 and the like.

HCU35は、電流制限値算出部46Fから出力された電流制限値Ilimを超えないように、蓄電装置32の充放電の電流Iを制御する。即ち、HCU35は、最大比率Rmaxが上限値を超えないように、電流Iを制御する。これにより、HCU35は、例えば電流制限値Ilimによって蓄電装置32からの電力供給が低下すること等を考慮した上で、エンジン21および発電電動機27を制御する。   HCU 35 controls charging / discharging current I of power storage device 32 so as not to exceed current limit value Ilim output from current limit value calculation unit 46F. That is, the HCU 35 controls the current I so that the maximum ratio Rmax does not exceed the upper limit. As a result, the HCU 35 controls the engine 21 and the generator motor 27 in consideration of, for example, a decrease in power supply from the power storage device 32 due to the current limit value Ilim.

本実施の形態による油圧ショベル1は上述のような構成を有するもので、次に、HCU35による蓄電装置32の電流Iの制御内容について、図4ないし図6を参照しつつ説明する。なお、図5および図6は、開始時点tsから電流Iがステップ状に増加し、電流Iが0Aから通常時に使用可能な所定値(例えば150A)まで上昇した場合を示している。実際のバッテリユニット31では、開始時点tsから所定時間(例えば数十秒から数分程度)が経過すると、電流Iは、HCU35によって制限されて低下する。これに対し、図5および図6は、電流Iが制限されない仮想的な場合を示している。   The hydraulic shovel 1 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the control of the current I of the power storage device 32 by the HCU 35 will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIGS. 5 and 6 show a case where the current I increases stepwise from the start time ts, and the current I rises from 0 A to a predetermined value (for example, 150 A) that can be used in normal times. In the actual battery unit 31, when a predetermined time (for example, several tens seconds to several minutes) elapses from the start time ts, the current I is limited by the HCU 35 and decreases. 5 and 6 show a virtual case where the current I is not limited.

図5に示すように、開始時点tsで電流Iがステップ状に増加すると、一次遅れ演算器42〜45から出力される出力信号Y1(t)〜Y4(t)は、いずれも増加する。このとき、HCU35の一次遅れ演算器42〜45は、その時定数T1〜T4が互いに異なる。このため、電流Iが増加した直後の過渡状態では、出力信号Y1(t)〜Y4(t)の増加割合は、時定数T1〜T4に応じて互いに異なる。例えば、第1の一次遅れ演算器42の時定数T1は、他の時定数T2〜T4に比べて小さいから、過渡状態の出力信号Y1(t)は、他の出力信号Y2(t)〜Y4(t)に比べて早期に増加する。逆に、第4の一次遅れ演算器45の時定数T4は、他の時定数T1〜T3に比べて大きいから、出力信号Y4(t)の増加は、他の出力信号Y1(t)〜Y3(t)に比べて遅延する。   As shown in FIG. 5, when the current I increases stepwise at the start time ts, the output signals Y1 (t) to Y4 (t) output from the first-order lag calculators 42 to 45 all increase. At this time, the first-order delay calculators 42 to 45 of the HCU 35 have different time constants T1 to T4. For this reason, in the transient state immediately after the increase of the current I, the increase rates of the output signals Y1 (t) to Y4 (t) differ from each other according to the time constants T1 to T4. For example, the time constant T1 of the first primary delay calculator 42 is smaller than the other time constants T2 to T4, so that the output signal Y1 (t) in the transient state is different from the other output signals Y2 (t) to Y4. It increases earlier than (t). Conversely, the time constant T4 of the fourth primary delay calculator 45 is larger than the other time constants T1 to T3, so that the increase of the output signal Y4 (t) increases the other output signals Y1 (t) to Y3. Delay compared to (t).

この場合、4個の除算器46A〜46Dによって、出力信号Y1(t)の定常値は他の出力信号Y2(t)〜Y4(t)の定常値に比べて小さくなるが、過渡状態の出力信号Y1(t)は、他の出力信号Y2(t)〜Y4(t)よりも大きい。このため、図6に示すように、電流Iが増加した直後は、第1の除算器46Aから出力される比率R1が、他の比率R2〜R4に比べて大きくなる。この結果、電流制限値算出部46Fは、過渡状態の電流Iについては、最大値選択器46Eによって選択された比率R1に基づいて電流制限値Ilimを算出する。   In this case, the four dividers 46A to 46D make the steady value of the output signal Y1 (t) smaller than the steady values of the other output signals Y2 (t) to Y4 (t). The signal Y1 (t) is larger than the other output signals Y2 (t) to Y4 (t). For this reason, as shown in FIG. 6, immediately after the current I increases, the ratio R1 output from the first divider 46A becomes larger than the other ratios R2 to R4. As a result, the current limit value calculator 46F calculates the current limit value Ilim for the current I in the transient state based on the ratio R1 selected by the maximum value selector 46E.

一方、図5に示すように、電流Iが所定値付近に収束した定常状態では、係数K1〜K4が互いに同じ値である場合には、一次遅れ演算器42〜45の出力信号Y1(t)〜Y4(t)は互いに同程度の値に収束する。このとき、除算器46A〜46Dは、時定数T1が小さい一次遅れ演算器42の定常値が、他の一次遅れ演算器43〜45の定常値に比べて小さくなるように、出力信号Y1(t)〜Y4(t)を調整した比率R1〜R4を出力する。このため、図6に示すように、電流Iの増加から十分に時間が経過した定常状態では、時定数T3が時定数T1,T2に比べて大きいから、一次遅れ演算器44による出力信号Y3(t)を調整した比率R3が、比率R1,R2に比べて大きくなる。同様に、さらに継続して電流Iを流すと、最終的には比率R4が比率R3を上回るようになる。この結果、電流制限値算出部46Fは、定常状態の電流Iについては、最大値選択器46Eによって選択された比率R3,R4に基づいて電流制限値Ilimを算出する。   On the other hand, as shown in FIG. 5, in a steady state in which the current I converges to a predetermined value, if the coefficients K1 to K4 have the same value, the output signals Y1 (t) of the first-order lag calculators 42 to 45 YY4 (t) converge to substantially the same value. At this time, the dividers 46A to 46D output the signal Y1 (t) so that the steady-state value of the first-order lag calculator 42 having a small time constant T1 is smaller than the steady-state values of the other first-order lag calculators 43 to 45. ) To Y4 (t) are adjusted to output ratios R1 to R4. For this reason, as shown in FIG. 6, in a steady state where a sufficient time has elapsed since the increase of the current I, the time constant T3 is larger than the time constants T1 and T2, so that the output signal Y3 ( The ratio R3 obtained by adjusting t) becomes larger than the ratios R1 and R2. Similarly, when the current I is further continued to flow, the ratio R4 eventually exceeds the ratio R3. As a result, the current limit value calculator 46F calculates the current limit value Ilim for the steady state current I based on the ratios R3 and R4 selected by the maximum value selector 46E.

上述したように、短時間で急激に電流Iが変化した場合と、長時間で緩やかに電流Iが変化した場合とでは、異なる出力信号Y1(t)〜Y4(t)に基づいて、電流制限値Ilimを算出することができる。この結果、電流Iから演算で求められる、蓄電装置32の可逆的内部抵抗、不可逆的内部抵抗、温度等のような複数の指標(制限条件)で同一の対象(電池または電池電流)を制御することができる。   As described above, when the current I changes rapidly in a short time and when the current I changes slowly in a long time, the current limit is determined based on different output signals Y1 (t) to Y4 (t). The value Ilim can be calculated. As a result, the same target (battery or battery current) is controlled by a plurality of indices (restriction conditions) such as a reversible internal resistance, an irreversible internal resistance, and a temperature of the power storage device 32, which are calculated from the current I. be able to.

かくして、本実施の形態によれば、HCU35は、互いに異なる時定数T1〜T4を有し、蓄電装置32の充放電電流に基づいた一次遅れ演算を行う4個の一次遅れ演算器42〜45と、4個の一次遅れ演算器42〜45の演算結果に基づいて蓄電装置32の電流Iを制御する電流制御演算器46とを備える構成とした。このため、一次遅れ演算器42〜45は互いに異なる応答性をもった出力信号Y1(t)〜Y4(t)を出力するから、電流制御演算器46は応答性の異なる複数の条件に基づいて、蓄電装置32の電流Iを制御することができる。従って、電流Iから演算で求められる、蓄電装置32の可逆的内部抵抗、不可逆的内部抵抗、温度等のような複数の指標(制限条件)で同一の対象(電池または電池電流)を制御することができる。この結果、蓄電装置32の運用停止を抑制しつつ、複数の制限条件に応じて蓄電装置32の電流Iを制御することできるから、蓄電装置32の性能低下を適切に防止しながら、蓄電装置32を使用することができる。   Thus, according to the present embodiment, the HCU 35 has four different time constants T1 to T4, and four first-order delay calculators 42 to 45 that perform the first-order delay calculation based on the charging / discharging current of the power storage device 32. And a current control calculator 46 for controlling the current I of the power storage device 32 based on the calculation results of the four primary delay calculators 42 to 45. For this reason, since the first-order lag calculators 42 to 45 output the output signals Y1 (t) to Y4 (t) having different responsiveness from each other, the current control calculator 46 is based on a plurality of conditions having different responsiveness. , The current I of the power storage device 32 can be controlled. Therefore, the same object (battery or battery current) is controlled by a plurality of indices (restriction conditions) such as reversible internal resistance, irreversible internal resistance, and temperature of the power storage device 32, which are calculated from the current I. Can be. As a result, the current I of the power storage device 32 can be controlled according to a plurality of limiting conditions while suppressing the operation stop of the power storage device 32, so that the performance of the power storage device 32 can be appropriately prevented from deteriorating. Can be used.

また、電流制御演算器46は、4個の除算器46A〜46D(演算結果調整器)と、最大値選択器46Eと、電流制限値算出部46Fとを備える。このとき、4個の除算器46A〜46Dは、4個の一次遅れ演算器42〜45のうち時定数が小さい一次遅れ演算器の定常値が、時定数が大きい一次遅れ演算器の定常値に比べて小さくなるように、各一次遅れ演算器42〜45の出力信号Y1(t)〜Y4(t)を調整する。   The current control calculator 46 includes four dividers 46A to 46D (calculation result adjusters), a maximum value selector 46E, and a current limit value calculator 46F. At this time, the four dividers 46A to 46D change the steady-state value of the first-order lag calculator having the smaller time constant among the four first-order lag calculators 42 to 45 into the steady-state value of the first-order lag calculator having the larger time constant. The output signals Y1 (t) to Y4 (t) of the first-order lag calculators 42 to 45 are adjusted so as to be smaller.

このため、定常状態では、一次遅れ演算器42〜45の出力信号Y1(t)〜Y4(t)が互いに近い値になるから、時定数T4が大きい一次遅れ演算器45の出力信号Y4(t)に基づく比率R4が、他の比率R1〜R3に比べて大きくなる。一方、過渡状態では、時定数T1が小さい一次遅れ演算器42の出力信号Y1(t)が、他の出力信号Y2(t)〜Y4(t)よりも大きくなるから、出力信号Y1(t)に基づく比率R1が、他の比率R2〜R4に比べて大きくなる。   Therefore, in the steady state, the output signals Y1 (t) to Y4 (t) of the first-order lag calculators 42 to 45 are close to each other, so that the output signal Y4 (t) of the first-order lag calculator 45 having a large time constant T4. ) Is larger than the other ratios R1 to R3. On the other hand, in the transient state, the output signal Y1 (t) of the first-order lag calculator 42 having a small time constant T1 is larger than the other output signals Y2 (t) to Y4 (t). Is larger than the other ratios R2 to R4.

このとき、最大値選択器46Eは、4個の除算器46A〜46Dによって出力信号Y1(t)〜Y4(t)が調整された比率R1〜R4(調整結果)のうち最大比率Rmaxを選択する。これにより、最大値選択器46Eは、電流Iが急激に変化した場合と、電流Iが緩やかな変化した場合とで、異なる比率R1〜R4を選択することができ、電流Iの制限が必要となる要素(成分)を抽出することができる。   At this time, the maximum value selector 46E selects the maximum ratio Rmax among the ratios R1 to R4 (adjustment results) in which the output signals Y1 (t) to Y4 (t) are adjusted by the four dividers 46A to 46D. . Accordingly, the maximum value selector 46E can select different ratios R1 to R4 depending on whether the current I changes abruptly or when the current I changes gradually, and it is necessary to limit the current I. Elements (components) can be extracted.

さらに、電流制限値算出部46Fは、最大値選択器46Eからの最大比率Rmax(出力結果)に基づいて、蓄電装置32の電流制限値Ilimを算出する。これにより、電流変化の割合や時間の経過状況等に応じて、電流Iを制限することができる。   Further, current limit value calculating section 46F calculates current limit value Ilim of power storage device 32 based on maximum ratio Rmax (output result) from maximum value selector 46E. As a result, the current I can be limited in accordance with the rate of change of the current, the elapsed time, and the like.

この結果、電流制御演算器46は、短時間で急峻に電流Iが変化した場合には、例えば時定数T1の小さい一次遅れ演算器42の演算結果(出力信号Y1(t))の比率R1が上限値に近付いたときに、蓄電装置32の電流Iを制限することができる。一方、電流制御演算器46は、長時間で緩やかに電流Iが変化した場合には、例えば時定数T4の大きい一次遅れ演算器45の演算結果(出力信号Y4(t))の比率R4が上限値に近付いたときに、蓄電装置32の電流Iを制限することができる。   As a result, when the current I changes abruptly in a short time, the current control calculator 46 changes the ratio R1 of the calculation result (output signal Y1 (t)) of the primary delay calculator 42 having a small time constant T1. When approaching the upper limit value, current I of power storage device 32 can be limited. On the other hand, when the current I gradually changes over a long period of time, the current control calculator 46 sets the upper limit of the ratio R4 of the calculation result (output signal Y4 (t)) of the primary delay calculator 45 having a large time constant T4. When approaching the value, current I of power storage device 32 can be limited.

なお、前記実施の形態では、電流制御演算器46は、4個の除算器46A〜46Dと、最大値選択器46Eと、電流制限値算出部46Fとを備える構成とした。本発明はこれに限らず、例えば時定数T1〜T4が大きくなるに従って、一次遅れ演算器42〜45の係数K1〜K4(ゲイン)が大きくなる場合には、除算器46A〜46Dを省く構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the current control calculator 46 is configured to include the four dividers 46A to 46D, the maximum value selector 46E, and the current limit value calculator 46F. The present invention is not limited to this. For example, when the coefficients K1 to K4 (gains) of the first-order lag calculators 42 to 45 increase as the time constants T1 to T4 increase, the dividers 46A to 46D are omitted. Is also good.

前記実施の形態では、演算結果調整器として除算器46A〜46Dを用いるものとした。本発明はこれに限らず、複数の一次遅れ演算器のうち時定数が小さい一次遅れ演算器の定常値が、時定数が大きい一次遅れ演算器の定常値に比べて小さくなるように、各一次遅れ演算器の演算結果を調整するものであればよく、例えば係数を乗算する乗算器でもよい。   In the above embodiment, the dividers 46A to 46D are used as operation result adjusters. The present invention is not limited to this. Each primary delay computing unit is configured such that the primary value of the primary delay computing unit having a small time constant is smaller than the stationary value of the primary delay computing unit having a large time constant. Any device that adjusts the operation result of the delay operation device may be used. For example, a multiplier that multiplies a coefficient may be used.

前記実施の形態では、HCU35は、4個の一次遅れ演算器42〜45を備える構成としたが、2個または3個の一次遅れ演算器を備える構成としてもよく、5個以上の一次遅れ演算器を備える構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the HCU 35 is configured to include the four primary delay arithmetic units 42 to 45, but may be configured to include two or three primary delay arithmetic units, and may be configured to include five or more primary delay arithmetic units. It is good also as composition provided with a container.

前記実施の形態では、HCU35によって、蓄電装置32を制御するための電流制限値Ilimを算出する構成としたが、BC34によって電流制限値Ilimを算出してもよい。また、HCU35は、二乗演算器41と、第1ないし第4の一次遅れ演算器42〜45と、電流制御演算器46とを備えるものとしたが、これらのうち前段部分(例えば二乗演算器41)をBC34が備え、後段部分(例えば一次遅れ演算器42〜45および電流制御演算器46)をHCU35が備える構成としてもよい。さらに、HCU35とBC34とを統合して、単一のコントローラを構成してもよい。   In the above embodiment, the HCU 35 calculates the current limit value Ilim for controlling the power storage device 32. However, the BC 34 may calculate the current limit value Ilim. The HCU 35 includes the square calculator 41, the first to fourth first-order lag calculators 42 to 45, and the current control calculator 46. Of these, the former part (for example, the square calculator 41) ) May be provided in the BC 34, and the HCU 35 may be provided in the HCU 35 with subsequent stages (for example, the first-order lag calculators 42 to 45 and the current control calculator 46). Further, the HCU 35 and the BC 34 may be integrated to form a single controller.

前記実施の形態では、エンジン21の最大出力を油圧ポンプ23の最大動力よりも小さくしたが、エンジン21の最大出力は、油圧ショベル1の仕様等に応じて適宜設定される。このため、エンジン21の最大出力は、油圧ポンプ23の最大動力と同程度でもよく、油圧ポンプ23の最大動力よりも大きくてもよい。   In the above-described embodiment, the maximum output of the engine 21 is smaller than the maximum power of the hydraulic pump 23. However, the maximum output of the engine 21 is appropriately set according to the specifications of the hydraulic excavator 1. Therefore, the maximum output of the engine 21 may be about the same as the maximum power of the hydraulic pump 23, or may be larger than the maximum power of the hydraulic pump 23.

前記実施の形態では、蓄電装置32にリチウムイオン二次電池を用いた場合を例に挙げて説明したが、必要な電力を供給可能な他の二次電池(例えばニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ)やキャパシタを用いてもよい。また、蓄電装置と直流母線との間にDC−DCコンバータ等の昇降圧装置を設けてもよい。   In the above-described embodiment, the case where a lithium ion secondary battery is used as the power storage device 32 has been described as an example. However, another secondary battery (for example, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery) capable of supplying necessary power is described. Or a capacitor may be used. Further, a step-up / step-down device such as a DC-DC converter may be provided between the power storage device and the DC bus.

前記実施の形態では、建設機械としてクローラ式のハイブリッド油圧ショベル1を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えばホイール式のハイブリッド油圧ショベル、ハイブリッドホイールローダ、リフトトラック等のように、エンジンと油圧ポンプに連結された電動機と、蓄電装置とを備えた各種のハイブリッド建設機械に適用可能である。また、エンジンを省いて、電動機のみで油圧ポンプを駆動する電動式建設機械についても、本発明は適用可能である。   In the above-described embodiment, the crawler type hybrid hydraulic excavator 1 has been described as an example of the construction machine. The present invention is not limited to this. For example, various hybrid construction machines including an electric motor connected to an engine and a hydraulic pump and a power storage device, such as a wheel-type hybrid hydraulic excavator, a hybrid wheel loader, a lift truck, and the like. Applicable. The present invention is also applicable to an electric construction machine in which an engine is omitted and a hydraulic pump is driven only by an electric motor.

1 ハイブリッド式油圧ショベル(建設機械)
11 作業装置
11D ブームシリンダ(油圧装置)
11E アームシリンダ(油圧装置)
11F バケットシリンダ(油圧装置)
21 エンジン
23 油圧ポンプ
25 走行油圧モータ(油圧装置)
26 旋回油圧モータ(油圧装置)
27 発電電動機(電動機)
32 蓄電装置
33 電流センサ
34 バッテリコントローラ
35 ハイブリッドコントローラ(コントローラ)
42〜45 一次遅れ演算器
46 電流制御演算器
46A〜46D 除算器(演算結果調整器)
46E 最大値選択器
46F 電流制限値算出部
1 hybrid hydraulic excavator (construction equipment)
11 work equipment 11D boom cylinder (hydraulic device)
11E Arm cylinder (hydraulic device)
11F Bucket cylinder (hydraulic device)
21 engine 23 hydraulic pump 25 traveling hydraulic motor (hydraulic device)
26 Rotating hydraulic motor (hydraulic device)
27 Generator motor (motor)
32 Power storage device 33 Current sensor 34 Battery controller 35 Hybrid controller (controller)
42-45 First-order lag calculator 46 Current control calculator 46A-46D Divider (calculation result adjuster)
46E maximum value selector 46F current limit value calculator

Claims (2)

電動機と、
前記電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
前記電動機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動する油圧装置と、
前記蓄電装置の出力を制御するコントローラとを有する建設機械において、
前記コントローラは、
互いに異なる時定数を有し、前記蓄電装置の電流に基づいた一次遅れ演算を行う複数の一次遅れ演算器と、
前記複数の一次遅れ演算器の演算結果に基づいて、前記蓄電装置の電流を制御する電流制御演算器と、を備え
前記電流制御演算器は、前記複数の一次遅れ演算器のうち時定数が小さい一次遅れ演算器の定常値が、時定数が大きい一次遅れ演算器の定常値に比べて小さくなるように、前記各一次遅れ演算器の演算結果を調整する複数の演算結果調整器と、
前記複数の演算結果調整器による調整結果のうち最大のものを選択する最大値選択器と、
前記最大値選択器からの出力結果に基づいて、前記蓄電装置の電流の制限値を算出する電流制限値算出部と、を備えたことを特徴とする建設機械。
Electric motor,
A power storage device electrically connected to the electric motor,
A hydraulic pump driven by the electric motor,
A hydraulic device driven by pressure oil from the hydraulic pump,
A construction machine having a controller that controls an output of the power storage device;
The controller is
A plurality of primary delay calculators having different time constants and performing a primary delay calculation based on the current of the power storage device;
A current control calculator that controls a current of the power storage device based on a calculation result of the plurality of primary delay calculators ,
The current control calculator is such that, among the plurality of first-order delay calculators, the steady-state value of the first-order delay calculator having a smaller time constant is smaller than the steady-state value of the first-order delay calculator having a larger time constant. A plurality of operation result adjusters for adjusting the operation result of the primary delay operation unit;
A maximum value selector for selecting the largest one of the adjustment results by the plurality of operation result adjusters,
A construction machine , comprising: a current limit value calculator that calculates a current limit value of the power storage device based on an output result from the maximum value selector .
前記電動機に機械的に接続されたエンジンをさらに備え、
前記油圧ポンプは、前記電動機および前記エンジンによって駆動されることを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
Further comprising an engine mechanically connected to the electric motor,
The construction machine according to claim 1, wherein the hydraulic pump is driven by the electric motor and the engine.
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