KR101237277B1 - 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법 및 장치 Download PDF

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KR101237277B1
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다카요시 엔도
도모히사 사토
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 커패시터 등의 축전 장치를 탑재한 상태에서, 또한 외부의 장치가 아니고 하이브리드 건설 기계에 탑재된 시스템으로서, 커패시터 등의 축전 장치의 열화 판정을 행할 수 있도록 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 적어도 작업기가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행되고, 발전 전동기가 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동되어, 축전 장치가 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승된다(스텝 102). 다음에, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량이 산출된다. 다음에, 산출한 축전 장치의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치의 열화 상태가 판정된다.

Description

하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE DEGRADATION STATE OF A STORAGE DEVICE IN HYBRID CONSTRUCTION EQUIPMENT}
본 발명은, 엔진과 발전 전동기와 축전 장치와 작업기가 구비된 하이브리드 건설 기계에 관한 것이며, 특히, 커패시터 등의 축전 장치의 열화(劣化) 상태를 판정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 건설 기계의 분야에 있어서도 일반 자동차와 마찬가지로 하이브리드 차가 개발되어 있다. 이 종류의 하이브리드 건설 기계에는, 엔진과 발전 전동기와 축전 장치와 작업기가 구비되어 있다. 여기서, 축전 장치는, 충방전을 자유롭게 행할 수 있는 축전지의 것이며, 커패시터나 2차 전지 등에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이하에서는, 축전 장치로서, 커패시터를 대표적으로 설명한다. 축전 장치로서의 커패시터는, 발전 전동기가 발전 작용한 경우에 발전한 전력을 축적한다. 또한, 커패시터는, 커패시터에 축적된 전력을 발전 인버터 등의 드라이버를 통하여 발전 전동기에, 또는 상기 전력을 전력 부하, 예를 들면, 작업기를 구동시키기 위한 전동 모터에 공급한다.
커패시터는, 장기간 사용되거나, 과충전 또는 과방전을 반복하거나 하면, 또는 발열 등에 의해, 열화가 진행된다. 특히 건설 기계는, 가혹한 환경 하에서 사용되므로, 차량탑재된 커패시터는, 열화가 진행되기 쉽다. 커패시터가 열화되면, 하이브리드 건설 기계는, 전동 모터에 공급하는 전력이 저하되어, 작업 능력이 저하된다. 그러므로, 커패시터의 열화 상태를 사전에 판정하고, 열화가 한도까지 진행되고 있는 경우에는, 커패시터를 교환하는 등의 필요한 유지보수를 행할 필요가 있다.
여기서, 커패시터의 열화 상태를 판정하는 기술로서, 이하의 기술이 있다.
(종래 기술 1)
현재 실시되고 있는 커패시터 열화 판정 방법으로서는, 서비스맨을 위해 준비되어 있는 고출력 방전 장치를 사용하여, 커패시터의 용량을 계측하고, 계측한 용량이 규정하는 용량 이하로 되었는지 여부를 판정하는 방법이 있다. 그리고, 커패시터의 용량 계측값이 규정 용량 이하에 달하고 있는 경우에는, 커패시터를 교환하는 유지보수가 행해진다. 이 방법에 의하면, 먼저, 하이브리드 건설 기계에 차량탑재되어 있는 커패시터를 차 위로부터 내리고, 커패시터를 고출력 방전 장치가 있는 장소까지 옮겨, 고출력 방전 장치와 커패시터를 접속하는 작업이 행해진다. 그리고, 고출력 방전 장치를 사용하여, 커패시터에 충방전을 반복하고, 이 때의 전압값, 전류값을 검출하고, 또한 전압 검출값, 전류 검출값에 기초하여 커패시터의 용량을 계측하고, 계측한 용량이 규정하는 용량 이하로 되었는지 여부를 판정하는 것이다.
(종래 기술 2)
특허 문헌 1에는, 하이브리드 건설 기계의 엔진을 시동하기 전에, 엔진이나 발전 전동기를 구동시키지 않는 상태에서, 승강압 컨버터 유닛으로부터 커패시터에 전력을 공급하고, 그 때의 커패시터의 전압값과 전류값을 검출하고, 검출한 전압값과 전류값에 기초하여 커패시터의 내부 저항값을 산출하고, 산출한 내부 저항값에 기초하여 커패시터의 열화 상태를 판정한다는 발명이 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본공개특허 제2007-155586호 공보
상기 종래 기술 1에서는, 차량탑재한 커패시터를 내리고, 운반하여, 고출력 방전 장치에 접속하는 작업을 행할 필요가 있다. 그러므로, 커패시터 열화 판정을 위해 많은 노력과 작업 시간이 소비된다는 문제가 있다.
또한, 커패시터의 단자 전압은, 300V라는 고전압이며, 차량탑재한 커패시터를 내리고, 운반하여, 고출력 방전 장치에 접속하는 작업은, 위험을 수반한다.
또한, 고출력 방전 장치는 서비스맨을 위해 준비되어 있는 특별한 장치이며, 사용자, 오퍼레이터가 간단하고 용이하게 운전석에서 열화 상태의 판정 결과를 알 수 없다. 또한, 커패시터 열화 판정의 작업에 시간을 빼앗기고, 그 사이, 건설 기계를 가동할 수 없게 되어, 가동 효율이 악화된다는 문제도 있다.
한편, 상기 종래 기술 2에 의하면, 커패시터를 차량탑재한 상태에서, 그리고, 또한 하이브리드 건설 기계에 탑재된 시스템에 의해, 커패시터 열화 판정을 행할 수 있다. 그러므로 상기 종래 기술 1에서 생기는 전술한 여러 가지 문제는 해결된다.
그러나, 상기 기술은, 엔진이나 발전 전동기를 구동시키지 않는 상태에서, 승강압 컨버터 유닛으로부터 커패시터에 전력을 공급하는 시스템 구성으로 하는 것을 전제로 한다. 여기서, 하이브리드 건설 기계의 가동중인 통상의 전기 에너지의 흐름은, 엔진과 발전 전동기가 구동되고, 발전 전동기가 발전 작용한 경우에 발전한 전력이 커패시터에 축적된다는 것이다(이것을 통상 제어라고 함). 그리고, 회생시에는 전동 모터 등의 전력 부하로부터 커패시터에 전기 에너지가 공급되어 충전되는 경우도 있다.
종래 기술 2에서는, 엔진과 발전 전동기가 구동되어 커패시터가 충전된다는 통상 제어와는 달리, 엔진과 발전 전동기를 구동하지 않고 커패시터를 충전하는 특별한 시스템 구성으로 하지 않으면 안된다. 특별한 시스템 구성을 위해, 통상 제어와는 상이한 전혀 다른 제어가 필요해지므로, 제어가 번잡하게 된다.
또한, 커패시터의 전압값과 전류값을 검출하고, 검출한 전압값과 전류값에 기초하여 커패시터의 내부 저항값을 산출하고, 산출한 내부 저항값에 기초하여 커패시터의 열화 상태를 판정하는 방법을 취하기 때문에, 커패시터의 전류값을 검출하기 위한 전류 센서가 필수로 된다. 전류 센서는, 통상 제어시에 필수적인 센서에 의하지 않는다. 그러므로, 부품수 삭감이나 비용 다운 또는 소형화를 위해 전류 센서는, 기존의 하이브리드 건설 기계에 설치되어 있지 않은 것이 통례이다. 종래 기술 2에 의하면, 커패시터 열화 판정을 위해서만 전류 센서를 설치할 필요가 있어, 장치 비용이 높아지는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 커패시터 등의 축전 장치를 차량탑재한 상태에서, 그리고, 또한 외부의 장치가 아니고 하이브리드 건설 기계에 탑재된 시스템에 의해, 커패시터 등의 축전 장치의 열화 판정을 행할 수 있도록 하는 것을 해결 과제로 한다. 또한, 그 시스템은 기존의 장치 구성을 그대로 이용할 수 있어, 특별한 시스템 구성을 필요로 하지 않도록 하여, 전류 센서 등 새롭게 센서를 추가할 필요가 없도록 하는 것을 해결 과제로 하는 것이다.
제1 발명은,
엔진과; 발전 전동기와; 축전 장치와; 전력 부하와; 전력 부하에 의해 작동하는 작업기가 구비된 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법으로서,
적어도 작업기가 정지 중인 것을 확인하는 스텝과,
작업기가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 발전 전동기를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 스텝과,
열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량을 산출하는 스텝과,
산출한 축전 장치의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2 발명은, 제1 발명에 있어서,
축전 장치의 용량은, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 축전 장치의 온도에 의해 보정된 후 산출되는 것을 특징으로 한다.
제3 발명은, 제1 발명에 있어서,
열화 상태 판정시의 제어 모드에서는, 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작이 복수회 행해지고,
각 충전 동작마다의 축전 장치의 용량을 평균한 평균 용량을 산출하고, 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 것을 특징으로 한다.
제4 발명은, 제1 발명에 있어서,
축전 장치의 열화 상태의 판정 결과를 표시하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제5 발명은,
엔진과,
엔진의 출력축에 구동축이 연결되고, 발전 작용과 전동 작용을 행하는 발전 전동기와,
발전 전동기가 발전 작용을 행함으로써 전력이 축적되어 전력을 전력 부하 및 발전 전동기에 공급하는 축전 장치와,
전력 부하와,
전력 부하에 의해 작동하는 작업기
를 포함하는 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치로서,
축전 장치의 충전 전압값을 검출하는 전압값 검출 수단과,
축전 장치의 열화 상태를 판정하기 위한 제어를 행하는 제어 장치
를 포함하고,
제어 장치는,
적어도 작업기가 정지 중인 것을 확인하고, 작업기가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키는 지령을 출력하는 상태 관리부와,
상태 관리부로부터 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 발전 전동기를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키도록 엔진 및 발전 전동기에 제어 지령을 부여하고, 전압값 검출 수단에 의해 검출되는 축전 장치의 충전 전압값을 입수하는 충방전 제어부와,
열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량을 산출하는 용량 산출부와,
산출한 축전 장치의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 열화 판정부
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
제6 발명은, 제5 발명에 있어서,
축전 장치의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 더 포함하고,
용량 산출부는, 축전 장치의 용량을, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 축전 장치의 온도에 의해 보정한 후에 산출하는 것을 특징으로 한다.
제7 발명은, 제5 발명에 있어서,
충방전 제어부는, 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작을 복수회 행하게 하고,
용량 산출부는, 각 충전 동작마다의 축전 장치의 용량을 평균한 평균 용량을 산출하고,
열화 판정부는, 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 것을 특징으로 한다.
제8 발명은, 제5 발명에 있어서,
표시기를 더 포함하고,
제어 장치는,
축전 장치의 열화 상태의 판정 결과를 표시기에 표시하게 하는 상태 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제9 발명은, 제5 발명에 있어서,
전력 부하는, 작업기를 구동하는 전동 모터인 것을 특징으로 한다.
제1 발명에 의하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 먼저, 적어도 작업기(2)가 정지 중인 것을 확인할 수 있다(스텝 101).
다음에, 작업기(2)가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행되고, 발전 전동기(20)가 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동되어, 축전 장치(30)가 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승된다(스텝 102).
다음에, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 축전 장치(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치(30)의 용량이 산출된다(스텝 103).
다음에, 산출한 축전 장치(30)의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치(30)의 열화 상태가 판정된다(스텝 104).
제1 발명에 의하면, 커패시터 등의 축전 장치(30)를 차량탑재한 상태에서, 그리고, 또한 외부의 장치가 아니고 하이브리드 건설 기계(1)에 탑재된 시스템에 의해, 커패시터 등의 축전 장치(30)의 열화 판정을 행할 수 있다.
또한, 엔진(10)과 발전 전동기(20)를 구동시켜 축전 장치(30)를 충전하는 통상 제어와 마찬가지로 엔진(10)과 발전 전동기(20)를 구동시켜 축전 장치(30)를 충전하는 열화 상태 판정시의 제어 모드를 행함으로써, 축전 장치(30)의 열화 판정을 행할 수 있다. 그러므로 축전 장치(30)의 열화 판정을 행하기 위해 통상 제어와 동일한 제어를 행하면 되고, 기존의 장치, 시스템을 그대로 이용할 수 있어 제어가 번잡하게 되지 않는다.
또한, 본 발명에서는, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 축전 장치(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치(30)의 용량을 산출하도록 하고 있고, 기존의 장치에 구비되어 있는 센서 등을 그대로 이용할 수 있다. 종래 기술 2와 같이 전류 센서 등 새롭게 센서를 추가할 필요가 없다.
제2 발명에서는, 도 6의 스텝 406에 나타낸 바와 같이, 축전 장치(30)의 용량은, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 축전 장치(30)의 온도에 의해 보정된 후 산출된다.
제3 발명에서는, 도 5의 스텝 301 내지 스텝 306에 나타낸 바와 같이, 열화 상태 판정시의 제어 모드에서는, 축전 장치(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작이 복수회 행해지고, 도 6의 스텝 405에 나타낸 바와 같이, 각 충전 동작마다의 축전 장치의 용량을 평균한 평균 용량이 산출되고, 도 7의 스텝 502에 나타낸 바와 같이, 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치(30)의 열화 상태가 판정된다.
제4 발명에서는, 도 3의 스텝 105에 나타낸 바와 같이, 또한 축전 장치(30)의 열화 상태의 판정 결과를 표시하는 스텝이 실시된다.
제5 발명은, 제1 발명의 방법의 발명에 대응하는 장치의 발명이며, 하이브리드 건설 기계(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)과, 엔진(10)의 출력축에 구동축이 연결되고, 발전 작용과 전동 작용을 행하는 발전 전동기(20)와, 발전 전동기(20)가 발전 작용을 행함으로써 전력이 축적되고, 전력을 전력 부하(40) 및 발전 전동기(20)에 공급하는 축전 장치(30)와, 전력 부하(40)와, 전력 부하(40)에 의해 작동하는 작업기(2)와, 축전 장치의 충전 전압값을 검출하는 전압값 검출 수단(50)과, 축전 장치(30)의 열화 상태를 판정하기 위한 제어를 행하는 제어 장치(60)를 포함하고 있다.
제어 장치(60)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상태 관리부(61)와, 충방전 제어부(62)와, 용량 산출부(63)와, 열화 판정부(64)를 구비하고 있다.
상태 관리부(61)는, 적어도 작업기(2)가 정지 중인 것을 확인하고, 작업기(2)가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키는 지령을 출력한다.
충방전 제어부(62)는, 상태 관리부(61)로부터 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 발전 전동기(20)를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 축전 장치(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키도록 엔진(10) 및 발전 전동기(20)에 제어 지령을 부여하고, 전압값 검출 수단(50)에 의해 검출되는 축전 장치(30)의 충전 전압값을 입수한다.
용량 산출부(63)는, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 축전 장치(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치(30)의 용량을 산출한다.
열화 판정부(64)는, 산출한 축전 장치(30)의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치(30)의 열화 상태를 판정한다.
제6 발명에서는, 축전 장치(30)의 온도를 검출하는 온도 검출 수단(31)을 더 포함하고, 용량 산출부(63)는, 축전 장치(30)의 용량을, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 축전 장치(30)의 온도에 의해 보정한 후에 산출한다.
제7 발명에서는, 충방전 제어부(62)는, 축전 장치(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작을 복수회 행하게 하고, 용량 산출부(63)는, 각 충전 동작마다의 축전 장치(30)의 용량을 평균한 평균 용량을 산출하고, 열화 판정부(64)는, 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 축전 장치(30)의 열화 상태를 판정한다.
제8 발명에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 표시기(71)를 더 포함하고, 제어 장치(60)의 상태 표시부(65)는, 축전 장치(30)의 열화 상태의 판정 결과를 표시기(71)에 표시하게 한다.
제9 발명에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 작업기(2)를 구동하는 전동 모터(40)를, 전력 부하로 하여 장치가 구성된다.
도 1은 실시예의 전체 장치 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 실시예의 열화 상태 판정시 제어의 전체의 흐름을 나타낸 플로차트이다.
도 4는 상태 관리부에 있어서의 처리 수순을 나타낸 플로차트이다.
도 5는 충방전 제어부에 있어서의 처리 수순을 나타낸 플로차트이다.
도 6은 용량 산출부에 있어서의 처리 수순을 나타낸 플로차트이다.
도 7은 열화 판정부에 있어서의 처리 수순을 나타낸 플로차트이다.
도 8은 상태 표시부에 있어서의 처리 수순을 나타낸 플로차트이다.
도 9는 실시예의 에너지의 흐름을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법 및 장치의 실시예에 대하여 설명한다. 그리고, 이하에서는, 축전 장치는, 커패시터이며, 전력 부하는, 작업기(2)를 구동하는 전동 모터인 것으로 하여 설명한다.
도 1은, 실시예의 전체 장치 구성을 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 실시예의 하이브리드 건설 기계(1)는, 엔진(10)과, 엔진의 출력축에 구동축이 연결되고 발전 작용과 전동 작용을 행하는 발전 전동기(20)와, 발전 전동기(20)가 발전 작용을 행함으로써 전력이 축적되어 전력을 전력 부하로서의 전동 모터(40) 및 발전 전동기(20)에 공급하는 축전 장치로서의 커패시터(30)와, 전력 부하로서의 전동 모터(40)와, 전동 모터(40)에 의해 작동하는 작업기(2)를 포함하고 있다.
전압값 검출 수단으로서의 전압 센서(50)는, 커패시터(30)의 충전 전압값을 검출한다.
온도 검출 수단으로서의 온도 센서(31)는, 커패시터(30)의 온도를 검출한다.
운전석에는, 모니터(70)가 설치되어 있다. 모니터(70)는, 표시기(71)를 구비하고 있다.
제어 장치(60)는, 커패시터(30)의 열화 상태를 판정하기 위한 열화 상태 판정시 제어를 행하기 위해 설치되어 있다. 제어 장치(60)는, 도 2에 의해 후술하는 바와 같이, 상태 관리부(61)와, 충방전 제어부(62)와, 용량 산출부(63)와, 열화 판정부(64)와, 상태 표시부(65)로 이루어진다. 충방전 제어부(62)와, 용량 산출부(63)와, 열화 판정부(64)는 컨트롤러(69)에 설치되어 있고, 상태 관리부(61)와 상태 표시부(65)는 모니터(70)에 설치되어 있다. 또한, 컨트롤러(69)는, 통상 제어부(66)를 구비하고 있고, 통상 제어를 행한다. 전압 센서(50) 및 온도 센서(31)의 검출 신호는, 제어 장치(60)에 입력된다.
일체형 인버터(80)는, 컨트롤러(69)와, 교류 신호선(81a, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f)과, 드라이버(82)와, 직류 신호선(83a, 83b)과, 인버터(84)와, 교류 신호선(85a, 85b, 85c)과, 직류 신호선(86a, 86b)과, 컨버터(87)와, 직류 신호선(88a, 88b)과, 콘택터(89)를 포함하여 구성되어 있다.
발전 전동기(20)는, 예를 들면, SR(Swiched Reluctanse) 모터가 사용된다.
드라이버(82)는, 발전 전동기(20)를 구동하는 인버터로 구성되어 있다. 발전 전동기(20)는, 드라이버(82)에 교류 신호선(81a, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
드라이버(82)는, 직류 신호선(83a, 83b)을 통하여 인버터(84)에 전기적으로 접속되어 있다. 인버터(84)는, 교류 신호선(85a, 85b, 85c)을 통하여 전동 모터(40)에 전기적으로 접속되어 있다. 전동 모터(40)는, 예를 들면, PM(Permanent Magnetic) 모터가 사용된다.
전동 모터(40)의 출력축은, 작업기(2)의 구동축에 접속되어 있다. 예를 들면, 건설 기계가 유압 셔블(shovel)인 경우, 전동 모터(40)는, 상부 선회체를 선회시키기 위한 선회 모터이며, 작업기(2)는, 선회 모터의 회전 속도를 감속시켜 상부 선회체를 선회시키는 스윙 머시너리이다. 작업기(2)는, 조작 레버(2a)에 의해 조작된다. 조작 레버(2a)가 중립으로 된 것은, 중립 위치 센서(2b)에 의해 검출되고, 제어 장치(60)에 입력된다.
커패시터(30)는, 직류 신호선(88a, 88b)을 통하여 컨버터(87)에 전기적으로 접속되어 있다. 직류 신호선(88a)에는 콘택터(89)가 설치되어 있다. 콘택터(89)는, 엔진 키스위치가 투입되는 것에 의해 닫히고, 직류 신호선(88a)이 도통 상태로 된다.
컨버터(87)는, 직류 신호선(86a, 86b)을 통하여, 직류 신호선(83a, 83b)에 전기적으로 접속되어 있다. 컨버터(87)는, 커패시터(30)의 충전 전압을 승압하여 직류 신호선(83a, 83b)에, 승압된 전압을 인가하기 위해 설치되어 있다. 컨버터(87)는, 예를 들면, AC 링크 양방향 DC-DC 컨버터로 구성되어 있다. 컨버터(87)는, 컨트롤러(69)에 의해 제어된다.
엔진(10)의 회전수, 즉 발전 전동기(20)의 회전수는, 컨트롤러(69)에 의해 제어된다. 컨트롤러(69)는, 엔진(10)에 대하여 엔진(10)을 소정의 회전수로 회전시키기 위한 회전수 지령을 부여한다.
발전 전동기(20)의 토크는, 컨트롤러(69)에 의해 제어된다. 컨트롤러(69)는, 드라이버(82)에 대하여 발전 전동기(20)를 소정의 토크로 구동시키기 위한 토크 지령을 부여한다.
발전 전동기(20)는, 드라이버(82)에 의해 토크 제어된다. 드라이버(82)에 대하여 부(－)극성의 토크 지령이 부여되면, 드라이버(82)는 발전 전동기(20)가 발전기로서 작동하도록 제어한다. 즉, 엔진(10)에 의해 발생한 출력 토크의 일부는, 발전 전동기(20)의 구동축에 전달되어 엔진(10)의 토크를 흡수하여 발전이 행해진다. 그리고, 발전 전동기(20)에 의해 발생한 교류 전력은, 발전 인버터로서의 드라이버(82)에 의해 직류 전력으로 변환되어 직류 신호선(83a, 83b)에 공급된다.
또한, 드라이버(82)에 대하여 정(＋)극성의 토크 지령이 부여되면, 드라이버(82)는 발전 전동기(20)가 전동기로서 작동하도록 제어한다. 즉, 커패시터(30)에 축적된 직류 전력은, 직류 신호선(88a, 88b), 컨버터(87), 직류 신호선(86a, 86b), 직류 신호선(83a, 83b)을 통하여, 발전 인버터로서의 드라이버(82)에 의해 교류 전력으로 변환되어 발전 전동기(20)에 공급되고, 발전 전동기(20)의 구동축을 회전 작동시킨다. 이로써, 발전 전동기(20)에 의해 토크가 발생하고, 이 토크는, 발전 전동기(20)의 구동축으로부터 엔진 출력축에 전달되어, 엔진(10)의 출력 토크에 가산된다. 드라이버(82)는, 발전 전동기(20)에 적합한 원하는 전압, 주파수, 상수(相數)의 전력으로 변환하여 발전 전동기(20)에 공급한다.
발전 전동기(20)의 발전량(흡수 토크량), 전동량(어시스트량；발생 토크량)은, 상기 토크 지령의 내용에 따라 변화한다.
인버터(84)는, 발전 전동기(20)가 발전 작용한 경우에는 발전한 전력을, 또는 커패시터(30)에 축적된 전력을, 직류 신호선(83a, 83b)으로부터 교류 신호선(85a, 85b, 85c)을 경유하여, 전동 모터(40)에 적합한 원하는 전압, 주파수, 상수(相數)의 전력으로 변환하여 전동 모터(40)에 공급한다. 그리고, 작업기(2)가 감속, 제동 등 되었을 경우에는, 운동 에너지가 전기 에너지로 변환된 후, 교류 신호선(85a, 85b, 85c), 인버터(84)를 통하여, 직류 신호선(83a, 83b)에 공급된다. 직류 신호선(83a, 83b)에 공급된 회생 전력은, 커패시터(30)에 축전되거나, 드라이버(82)를 통하여 발전 전동기(20)에 전동기를 위한 전력으로서 공급된다.
이같이 하여 커패시터(30)에는, 발전 전동기(20)가 발전 작용한 경우에 발전한 전력이 축적된다. 또는, 작업기(2)를 통하여 회생한 전력이 축적된다. 또한, 커패시터(30)는, 커패시터(30)에 축적된 전력을 발전 전동기(20)에, 또는 전동 모터(40)에 공급한다. 이상이 통상 제어의 내용이다.
도 2는 실시예의 제어 장치(60)의 구성을 블록도에 의해 나타낸 것이다.
상태 관리부(61)는, 적어도 작업기(2)가 정지 중인 것, 즉 조작 레버(2a)가 중립에 있는 것을 확인하고, 작업기(2)가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키는 개시 지령을 충방전 제어부(62)에 출력한다. 또한, 상태 관리부(61)는, 열화 상태 판정시의 제어 모드를 종료시키는 종료 지령을 충방전 제어부(62)에 출력한다. 또한, 상태 관리부(61)는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 받으면, 그 판정 결과를 표시하게 하기 위한 판정 결과 표시 지령을 상태 표시부(65)에 송출한다.
충방전 제어부(62)는, 상태 관리부(61)로부터 개시 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 발전 전동기(20)를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 커패시터(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키도록 엔진(10)에 회전수 지령을 부여하는 동시에 발전 전동기(20)의 드라이버(82)에 토크 지령을 부여한다. 또한, 충방전 제어부(62)는, 열화 상태 판정시의 제어 모드 실행중, 전압 센서(50)에 의해 검출되는 커패시터(30)의 충전 전압값을 입수하는 동시에, 온도 센서(31)에 의해 검출되는 커패시터(30)의 온도를 입수한다. 또한, 충방전 제어부(62)는, 커패시터(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작을 복수회 행하게 한다. 충방전 제어부(62)는, 상태 관리부(61)로부터 종료 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드를 종료시킨다. 충방전 제어부(62)는, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 충전 시간을 용량 산출부(63)에 출력한다. 또한, 충방전 제어부(62)는, 커패시터(30)의 용량을 온도에 따라 보정하기 위해, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도를 용량 산출부(63)에 출력한다.
용량 산출부(63)는, 충방전 제어부(62)로부터 입력된 데이터, 즉 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 충전 시간에 기초하여, 커패시터(30)의 용량을 산출한다. 용량 산출부(63)는, 각 충전 동작마다의 커패시터(30)의 용량을 평균한 평균 용량을 산출한다. 용량 산출부(63)는, 커패시터(30)의 용량을, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도에 의해 보정한 후에 산출한다. 용량 산출부(63)는, 커패시터(30)의 용량 산출값을 열화 판정부(64)에 출력한다.
열화 판정부(64)는, 용량 산출부(63)로부터 입력된 커패시터(30)의 용량 산출값과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 커패시터(30)의 열화 상태를 판정한다. 열화 판정부(64)는, 산출한 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 커패시터(30)의 열화 상태를 판정한다. 열화 판정부(64)는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 상태 관리부(61)에 출력한다.
상태 표시부(65)는, 상태 관리부(61)로부터 판정 결과 표시 지령을 받으면, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 모니터(70)의 표시기(71)에 표시하게 한다.
다음에, 도 3 내지 도 7에 나타낸 플로차트를 참조하여 실시예의 열화 상태 판정시 제어의 처리의 스텝에 대하여 설명한다.
도 3은 실시예의 열화 상태 판정시 제어의 전체의 흐름을 나타낸다.
즉, 먼저, 적어도 작업기(2)가 정지 중, 즉 조작 레버(2a)가 중립에 있는 것을 확인할 수 있다(스텝 101).
다음에, 작업기(2)가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행되고, 발전 전동기(20)가 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동되어, 커패시터(30)가 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승된다. 열화 상태 판정시의 제어 모드에서는, 커패시터(30)를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작이 복수회 행해진다(스텝 102).
다음에, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 취득된 데이터, 즉 발전 전동기(20)의 회전수값 및 토크값과, 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 커패시터(30)의 용량이 산출된다. 또한, 각 충전 동작마다의 커패시터(30)의 용량을 평균한 평균 용량이 산출된다. 또한, 커패시터(30)의 용량은, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도에 의해 보정된 후 산출된다(스텝 103).
다음에, 산출한 커패시터(30)의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 커패시터(30)의 열화 상태가 판정된다. 각 충전 동작마다의 용량을 평균한 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 커패시터(30)의 열화 상태가 판정된다(스텝 104).
다음에, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과가 표시된다(스텝 105).
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 상태 관리부(61), 충방전 제어부(62), 용량 산출부(63), 열화 판정부(64), 상태 표시부(65)마다 처리 내용을 구체적으로 설명한다.
도 4는 상태 관리부(61)에 있어서의 처리 수순을 나타낸다.
하이브리드 건설 기계(1)의 운전석에는, 열화 상태 판정시 제어를 지시하는 스위치가 설치되어 있다. 이 스위치가 조작되면, 다음의 조건이 성립하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
상태 관리부(61)는, 먼저, 작업기(2)가 정지 중인 것, 즉 중립 위치 센서(2b)의 검출 결과에 따라 조작 레버(2a)가 중립 위치로 되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 각 컴퍼넌트에서 에러가 없는 것을 확인할 수 있다. 제어 장치(60) 등, 하이브리드 건설 기계(1)의 내부에 설치되어 있는 각 전자 기기에 의해 에러 코드의 체크가 행해지고, 에러가 발생하고 있지 않은 것을 확인할 수 있다.
이상의 것이 확인되면(스텝 201의 판단 YES), 커패시터(30)의 용량의 계측의 개시를 지시하는 개시 지령이 출력된다(스텝 202).
다음에, 열화 판정부(64)로부터, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 수신했는지 여부가 판단된다(스텝 203).
상태 관리부(61)는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과가 수신된 경우에는(스텝 203의 판단 YES), 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 모니터(70)의 표시기(71)에 표시하는 것을 지시하는 판정 결과 표시 지령을, 상태 표시부(65)에 출력한다(스텝 204).
도 5는 충방전 제어부(62)에 있어서의 처리 수순을 나타낸다.
충방전 제어부(62)는, 상태 관리부(61)로부터 개시 지령이 주어진 경우에, 도 5의 처리를 개시시켜, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시킨다. 열화 상태 판정시의 제어 모드에서는, 발전 전동기(20)를 소정의 회전수 Ne 및 소정의 토크 Tr로 구동하여, 커패시터(30)를 소정의 충전 개시 전압 V0로부터 소정의 충전 종료 전압 V1에서 상승시키도록 엔진(10)에 회전수 지령을 부여하는 동시에 발전 전동기(20)의 드라이버(82)에 토크 지령을 부여한다(스텝 301 ~ 스텝 304).
즉, 발전 전동기(20)의 드라이버(82)에 토크 지령을 부여하고, 커패시터(30)가 정전압(定電壓) V0, 예를 들면 220V로 되도록 발전 전동기(20)를 정전압 제어한다. 커패시터(30)가 정전압 V0(= 220V)으로 되면(스텝 301의 판단 YES), 이 전압 V0(= 220V)를 충전 개시 전압으로 하여 커패시터(30)의 충전이 개시된다. 충전 개시 시, 충전 시간 ΔT를 계측하는 타이머에 의한 계시(計時)가 개시된다(스텝 302).
이후, 발전 전동기(20)의 드라이버(82)에 토크 지령을 부여하고, 커패시터(30)가 전압 V1, 예를 들면(280V)까지 충전되도록 발전 전동기(20)를 토크 제어한다. 발전 전동기(20)가 전압 V1(= 280V)까지 충전되면(스텝 303)의 판단 YES), 이 전압 V1(= 280V)을 충전 종료 전압으로서 커패시터(30)의 충전을 정지시킨다. 충전 종료 시, 충전 시간 ΔT를 계측하는 타이머에 의한 계시가 종료한다(스텝 304). 커패시터(30)의 실제의 충전 전압값이 충전 개시 전압 V0, 충전 종료 전압 V1에 달했는지 여부의 판단은, 전압 센서(50)의 검출 결과에 따라 행해진다.
충방전 제어부(62)는, 열화 상태 판정시의 제어 모드 실행중, 온도 센서(31)에 의해 검출되는 커패시터(30)의 온도 tc를 입수한다. 또한, 상기 타이머의 계시 결과로부터, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0로부터 충전 종료 전압값 V1에 달하기까지에 요하는 충전 시간 ΔT를 계측한다.
충방전 제어부(62)는, 커패시터(30)의 용량 C를 산출하기 위해, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 Ne 및 토크값 Tr과, 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 V0 및 충전 종료 전압값 V1과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0로부터 충전 종료 전압값 V1에 달하기까지에 요하는 충전 시간 ΔT를, 용량 산출부(63)에 출력한다. 또한, 충방전 제어부(62)는, 커패시터(30)의 용량 C를 온도 tc에 따라 보정하여 산출하도록 하기 위해, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도 tc를 용량 산출부(63)에 출력한다(스텝 305).
다음에, 충방전 제어부(62)에서는, 커패시터(30)를 충전 개시 전압 V0로부터 충전 종료 전압 V1까지 상승시키는 충전 동작이 규정의 복수회, 예를 들면 10회 행해졌는지 여부, 즉 커패시터(30)의 용량 C의 산출이 규정 횟수 10회 행해졌는지 여부가 판단된다. 여기서, 커패시터(30)의 용량 C의 산출을 규정 횟수 10회 행하도록 하고 있는 것은, 용량 C의 산출 결과의 불균일을 억제하기 위해서이다.
커패시터(30)를 충전 개시 전압 V0로부터 충전 종료 전압 V1까지 상승시키는 충전 동작이 규정의 복수회 10회 행해지고 있지 않은 경우에는(스텝 306의 판단 NO), 전술한 스텝 301 내지 스텝 305까지의 처리가 반복 행해진다. 커패시터(30)를 충전 개시 전압 V0로부터 충전 종료 전압 V1까지 상승시키는 충전 동작이 규정의 복수회 10회 행해진 경우에는(스텝 306의 판단 YES), 커패시터(30)의 용량 C를 계측하기 위한 처리, 즉 상기한 열화 상태 판정시의 제어 모드를 완료한다. 충방전 제어부(62)는, 상태 관리부(61)로부터 종료 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드를 완료한다(스텝 307).
도 6은 용량 산출부(63)에 있어서의 처리 수순을 나타낸다.
용량 산출부(63)는, 충방전 제어부(62)로부터 입력된 데이터, 즉 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 Ne 및 토크값 Tr과 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 V0 및 충전 종료 전압값 V1과 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0로부터 충전 종료 전압값 V1에 달하기까지에 요하는 충전 시간 ΔT를 수신한다. 또한, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도 tc를 수신한다(스텝 401).
다음에, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 Ne 및 토크값 Tr과 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 V0 및 충전 종료 전압값 V1과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0로부터 충전 종료 전압값 V1에 달하기까지에 요하는 충전 시간 ΔT에 기초하여, 커패시터(30)의 용량을 산출한다(스텝 402, 403).
즉, 발전 전동기(20)의 발전 에너지 ΔW가 커패시터(30)에 충전 에너지 ΔJ로서 공급될 때의 에너지의 흐름은, 도 9의 화살표 A와 같이 된다.
발전 에너지 ΔW는, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 Ne 및 토크값 Tr을 사용하여 구할 수 있다.
따라서, SR 모터로서 구성되는 발전 전동기(20)로부터 일체형 인버터(80)에 에너지가 공급될 때의 에너지 효율 α를 상수(定數) 0.95, 일체형 인버터(80)에 있어서의 인버터 효율 β를 상수 556.6[J/sec]으로 하면, 커패시터(30)의 충전 에너지 ΔJ는, 발전 전동기(20)의 발전 에너지 ΔW, 에너지 효율 α(상수 0.95), 인버터 효율 β(상수 556.6[J/sec], 충전 시간 ΔT를 사용하여, 하기 (1)식에 의해 표현된다.
ΔJ= ΔW×α―(β×ΔT) …(1)
한편, 커패시터(30)의 충전 에너지 ΔJ는, 커패시터(30)의 용량 C, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0, 충전 종료 전압값 V1을 사용하여, 하기 (2)식에 의해 표현된다.
ΔJ= (1/2)·C·(V12－V02) …(2)
상기와 같이 커패시터(30)의 충전 에너지 ΔJ가 산출된다(스텝 402).
다음에, 상기 (1), (2)식의 충전 에너지 ΔJ의 산출식으로부터 커패시터(30)의 용량 C가 산출된다(스텝 403).
다음에, 용량 산출부(63)에서는, 상기 (1), (2)식에 기초한 커패시터(30)의 용량 C의 산출이 규정 횟수 10회 행해졌는지 여부가 판단된다(스텝 404).
상기 (1), (2)식에 따른 커패시터(30)의 용량 C의 산출이 규정의 복수회 10회 행해지고 있지 않은 경우에는(스텝 404의 판단 NO), 전술한 스텝 401 내지 스텝 403까지의 용량 산출 처리가 반복하여 행해진다. 상기 (1), (2)식에 따른 커패시터(30)의 용량 C의 산출이 규정의 복수회 10회 행해진 경우에는(스텝 404의 판단 YES), 상기 (1)식, (2)식에 따른 커패시터(30)의 용량 C를 산출하는 처리를 완료시켜, 다음의 스텝 405로 이행한다.
다음에, 용량 산출부(63)는, 복수회 10회 산출된 커패시터(30)의 용량 C를 평균하는 연산을 행하여, 평균 용량 C를 산출한다(스텝 405).
다음에, 용량 산출부(63)는, 커패시터(30)의 평균 용량 C를, 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 커패시터(30)의 온도 tc에 의해 보정하고, 보정된 용량 C를 산출한다. 보정은, 예를 들면 하기 표에 나타낸 커패시터(30)의 온도 tc에 따른 보정 계수 K를, 커패시터(30)의 평균 용량 C에 승산함으로써, 행한다.
커패시터 온도 tc → 보정 계수 K
0℃ → 1.03
25℃ → 0
40℃ → 0.99
60℃ → 0.98
(스텝 406)
다음에, 용량 산출부(63)는, 용량 산출 처리를 완료시키고, 최종적으로 얻어진 커패시터(30)의 용량 산출값(평균 용량) C를, 열화 판정부(64)에 출력한다(스텝 407).
도 7은 열화 판정부(64)에 있어서의 처리 수순을 나타낸다.
열화 판정부(64)는, 용량 산출부(63)로부터 커패시터(30)의 용량 산출값(평균 용량) C를 수신하면(스텝 501), 수신한 용량 산출값(평균 용량) C와 기준이 되는 초기 용량 C0를 비교함으로써, 커패시터(30)의 열화 상태를 판정한다.
예를 들면, 커패시터(30)의 초기 용량 C0를 100%로 한 경우에, 커패시터(30)의 용량 산출값 C가 초기 용량 C0의 75% 이상으로 되어 있는 경우에(스텝 502의 판단 YES), 커패시터(30)의 열화 상태는, OK(「열화되어 있지 않음」)라고 판정한다. 열화 판정부(64)는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과(「OK」)를 상태 관리부(61)에 출력한다(스텝 503). 또한, 커패시터(30)의 용량 산출값 C가 초기 용량 C0의 75% 미만으로 되어 있는 경우에(스텝 502의 판단 NO), 커패시터(30)의 열화 상태는, NG(「열화되어 있음」)이라고 판정한다. 열화 판정부(64)는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과(「NG」)를 상태 관리부(61)에 출력한다(스텝 504).
그리고, 실시예에서는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정을 「OK」, 「NG」의 2단계로 행하도록 하고 있지만, 또한 열화 상태의 단계를 세분화하여 판정해도 된다.
도 8은 상태 표시부(65)에 있어서의 처리 수순을 나타낸다.
상태 표시부(65)는, 상태 관리부(61)로부터 판정 결과 표시 지령을 수신하면(스텝 601), 판정 결과가 「OK」인지 여부를 판단한다(스텝 602).
판정 결과가 「OK」인 경우에는(스텝 602의 판단 YES), 커패시터(30)의 열화 상태가 현재 「OK」(「열화되어 있지 않음」)인 것을 나타내는 내용을 모니터(70)의 표시기(71)에 표시하게 한다(스텝 603). 또한, 판정 결과가 「NG」인 경우에는(스텝 602의 판단 NO), 커패시터(30)의 열화 상태가 현재 「NG」(「열화되어 있음」)인 것을 나타내는 내용을 모니터(70)의 표시기(71)에 표시하게 한다(스텝 604).
그리고, 전술한 실시예에서는, 커패시터(30)의 열화 상태의 판정 결과를 표시함으로써, 사용자, 오퍼레이터 내지는 서비스맨에게 알리고 있지만, 사용자, 오퍼레이터 내지는 서비스맨이 커패시터(30)의 열화 상태를 차 위에서 인식할 수 있으면 되므로, 버저 등을 울리는 등 소리로 알리도록 해도 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 커패시터(30)를 차량탑재한 상태에서, 그리고, 또한 외부의 장치가 아니고 하이브리드 건설 기계(1)에 탑재된 시스템에 의해, 커패시터(30)의 열화 판정을 행할 수 있다.
또한, 엔진(10)과 발전 전동기(20)를 구동시켜 커패시터(30)를 충전하는 통상 제어와 마찬가지로 엔진(10)과 발전 전동기(20)를 구동시켜 커패시터(30)를 충전하는 열화 상태 판정시의 제어 모드를 행함으로써, 커패시터(30)의 열화 판정을 행할 수 있다. 그러므로, 커패시터(30)의 열화 판정을 행하기 위해 통상 제어와 동일한 제어를 행하면 되므로, 기존의 장치, 시스템을 그대로 이용할 수 있어, 제어가 번잡하게 되지 않는다.
또한, 본 실시예에서는, 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기(20)의 회전수값 Ne 및 토크값 Tr과, 커패시터(30)의 충전 개시 전압값 V0 및 충전 종료 전압값 V1과, 커패시터(30)가 충전 개시 전압값 V0으로부터 충전 종료 전압값 V1에 달하기까지에 요하는 시간 ΔT에 기초하여, 커패시터(30)의 용량 C를 산출하도록 하고 있고, 기존의 장치에 구비되어 있는 센서 등을 그대로 이용할 수 있다. 종래 기술 2와 같이 전류 센서 등 새롭게 센서를 추가할 필요가 없기 때문에, 장치 비용을 억제할 수 있다.
1: 하이브리드 건설 기계, 2: 작업기, 10: 엔진, 20: 발전 전동기, 30: 축전 장치(커패시터, 40: 전력 부하(전동 모터, 60: 제어 장치, 61: 상태 관리부, 62: 충방전 제어부, 63: 용량 산출부, 64: 열화 판정부, 65: 상태 표시부, 71: 표시기

Claims (9)

  1. 엔진과; 발전 전동기와; 축전 장치와; 전력 부하와; 전력 부하에 의해 작동하는 작업기가 구비된 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화(劣化) 상태 판정 방법으로서,
    적어도 상기 작업기가 정지 중인 것을 확인하는 스텝과,
    상기 작업기가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 상기 발전 전동기를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 상기 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 스텝과,
    상기 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 상기 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량을 산출하는 스텝과,
    산출한 상기 축전 장치의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 상기 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 스텝
    을 포함하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전 장치의 용량은, 상기 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 상기 축전 장치의 온도에 의해 보정된 후 산출되는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열화 상태 판정시의 제어 모드에서는, 상기 발전 전동기를 상기 소정의 회전수 및 상기 소정의 토크로 구동시켜, 상기 축전 장치를 상기 소정의 충전 개시 전압으로부터 상기 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작이 복수회 행해지고,
    상기 복수회의 충전 동작 마다, 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 상기 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량을 산출하고,
    상기 산출된 복수의 용량 산출값을 평균하여 평균 용량을 산출하고, 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 상기 축전 장치의 열화 상태를 판정하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축전 장치의 열화 상태의 판정 결과를 표시하는 스텝을 더 포함하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법.
  5. 엔진과,
    상기 엔진의 출력축에 구동축이 연결되고, 발전 작용과 전동 작용을 행하는 발전 전동기와,
    상기 발전 전동기가 발전 작용을 행함으로써 전력이 축적되고, 전력을 전력 부하 및 상기 발전 전동기에 공급하는 축전 장치와,
    전력 부하와,
    상기 전력 부하에 의해 작동하는 작업기
    를 포함하는 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치로서,
    상기 축전 장치의 충전 전압값을 검출하는 전압값 검출 수단과,
    상기 축전 장치의 열화 상태를 판정하기 위한 제어를 행하는 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    적어도 상기 작업기가 정지 중인 것을 확인하고, 상기 작업기가 정지 중인 것이 확인된 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키는 지령을 출력하는 상태 관리부와,
    상기 상태 관리부로부터 지령이 주어진 경우에, 열화 상태 판정시의 제어 모드로 이행시키고, 상기 발전 전동기를 소정의 회전수 및 소정의 토크로 구동시켜, 상기 축전 장치를 소정의 충전 개시 전압으로부터 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키도록 상기 엔진 및 상기 발전 전동기에 제어 지령을 부여하고, 상기 전압값 검출 수단에 의해 검출되는 축전 장치의 충전 전압값을 입수하는 충방전 제어부와,
    상기 열화 상태 판정시의 제어 모드시의 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 상기 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 상기 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 상기 축전 장치의 용량을 산출하는 용량 산출부와,
    산출한 상기 축전 장치의 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 상기 축전 장치의 열화 상태를 판정하는 열화 판정부
    를 포함하여 구성되는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축전 장치의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 더 포함하고,
    상기 용량 산출부는, 상기 축전 장치의 용량을, 상기 열화 상태 판정시의 제어 모드시에 있어서의 상기 축전 장치의 온도에 의해 보정한 후에 산출하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는, 상기 발전 전동기를 상기 소정의 회전수 및 상기 소정의 토크로 구동시켜, 상기 축전 장치를 상기 소정의 충전 개시 전압으로부터 상기 소정의 충전 종료 전압까지 상승시키는 충전 동작을 복수회 행하게 하고,
    상기 용량 산출부는, 상기 복수회의 충전 동작 마다, 발전 전동기의 회전수값 및 토크값과, 축전 장치의 충전 개시 전압값 및 충전 종료 전압값과, 상기 축전 장치가 충전 개시 전압값으로부터 충전 종료 전압값에 달하기까지에 요하는 시간에 기초하여, 축전 장치의 용량을 산출하고, 상기 산출된 복수의 용량 산출값을 평균하여 평균 용량을 산출하며,
    상기 열화 판정부는, 상기 평균 용량과 기준이 되는 용량을 비교함으로써, 상기 축전 장치의 열화 상태를 판정하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    표시기를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 축전 장치의 열화 상태의 판정 결과를 표시기에 표시하게 하는 상태 표시부를 더 포함하는, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전력 부하는, 상기 작업기를 구동하는 전동 모터인, 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 장치.
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