KR102238170B1 - 쇼벨 - Google Patents

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KR102238170B1
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turning
controller
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지쯔타카 타케오
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스미토모 겐키 가부시키가이샤
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095—Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14—Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/10—Supports for movable superstructures mounted on travelling or walking gears or on other superstructures
    • E02F9/12—Slewing or traversing gears
    • E02F9/121—Turntables, i.e. structure rotatable about 360°
    • E02F9/123—Drives or control devices specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091—Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
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    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
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Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체(1)와, 상부선회체(3)와, 작업어태치먼트와, 엔진(11)과, 엔진(11)에 연결된 전동발전기(12)와, 전동발전기(12)와 연결하여 작업어태치먼트에 작동유를 공급하는 유압펌프(14)와, 상부선회체(3)에 탑재되는 선회용 전동기(21)와, 축전기(19)와, 축전기(19)와 선회용 전동기(21)를 전기적으로 접속하는 DC버스(110)와, 제어장치(30)를 갖고, 제어장치(30)는, 축전기의 온도의 저하에 따라, 축전기(19)의 충방전제한치를 저감시키고, 또한 축전기(19)가 선회용 전동기(21)에 공급하는 전력의 최대치인 방전요구치를 변화시킨다.

Description

쇼벨{Excavator}
본 발명은, 선회용 전동기 및 축전계를 구비하는 쇼벨에 관한 것이다.
배터리에 접속되는 전동발전기, 선회용 유압모터로부터의 복귀오일로 회전하는 유압모터, 엔진구동의 메인펌프, 메인펌프를 어시스트하는 어시스트펌프를 구비한 하이브리드 건설기계가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 하이브리드 건설기계는, 선회를 정지시킬 때에 선회용 유압모터로부터의 복귀오일로 발전하고, 발전한 전력을 배터리에 충전시킨다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2011-241539호
그러나, 회생 발전을 억제하면 전기적인 제동력이 얻어지지 않는다.
상술을 감안하여, 저온시에도 적절히 동작 가능한 선회용 전동기 및 축전계를 구비하는 쇼벨을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상부선회체와, 작업어태치먼트와, 엔진과, 상기 엔진에 연결된 전동발전기와, 상기 전동발전기와 연결하여 상기 작업어태치먼트에 작동유를 공급하는 유압펌프와, 상기 상부선회체에 탑재되는 선회용 전동기와, 축전기와, 상기 축전기와 상기 선회용 전동기를 전기적으로 접속하는 DC버스와, 제어장치를 갖고, 상기 제어장치는, 온도의 저하에 따라, 상기 축전기의 충방전제한치를 저감시키고, 또한 상기 축전기가 상기 선회용 전동기에 공급하는 전력의 최대치인 방전요구치를 변화시킨다.
상술한 수단에 의하여, 저온시에도 적절히 동작 가능한 선회용 전동기 및 축전계를 구비하는 쇼벨을 제공할 수 있다.
도 1은 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 축전계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 요구치 도출처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 5는 SOC·요구치 대응테이블의 일례를 설명하는 도이다.
도 6은 선회역행(力行)시 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 선회회생시 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 선회정지시 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 9는 펌프최대출력 증감처리를 설명하는 개념도이다.
도 10은 SOC·요구치 대응테이블의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 11은 방전요구선의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 12는 커패시터의 SOC와 선회속도제한치의 관계를 나타내는 도이다.
도 13은 선회속도제한치와, 선회토크제한치 및 펌프전류제한치의 관계를 나타내는 도이다.
도 14는 SOC·요구치 대응테이블의 또 다른 예를 나타내는 도이다.
도 15는 유압회로의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 16은 축전계의 난기(暖機; warming-up)개시조건을 설명하는 도이다.
도 17은 축전계 난기처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 18은 방전(어시스트)처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 19는 충전(발전)처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 20은 커패시터 입출력, SOC, 커패시터전압 및 커패시터전류의 추이를 나타내는 도이다.
도 21은 축전계의 난기정지조건을 설명하는 도이다.
도 22는 흡수마력 증감처리를 설명하는 개념도이다.
도 23은 축전계 난기처리 중의 각종 파라미터의 시간적 추이의 일례를 나타내는 도이다.
도 24는 축전계 난기처리 중의 각종 파라미터의 시간적 추이의 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 1은, 본 발명이 적용되는 건설기계의 일례인 쇼벨을 나타내는 측면도이다. 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 개재하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 작업어태치먼트의 일례인 굴삭어태치먼트를 구성하고, 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선(破線), 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타나 있다.
기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)와 컨트롤밸브(17) 내의 각 밸브는 병렬 접속되어 있어도 된다.
메인펌프(14)는, 쇼벨에 있어서의 유압구동계의 구성요소이며, 본 실시예에서는 사판식 가변용량형 유압펌프이다.
레귤레이터(14a)는, 메인펌프(14)의 토출량을 제어하는 장치이다. 본 실시예에서는, 레귤레이터(14a)는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각을 조정하여 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.
컨트롤밸브(17)는, 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 유압컨트롤장치이다. 우측주행용 유압모터(1R), 좌측주행용 유압모터(1L), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9) 등의 유압액추에이터는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 다만, 유압계는, 우측주행용 유압모터(1R), 좌측주행용 유압모터(1L), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 메인펌프(14), 컨트롤밸브(17)를 포함한다.
전동발전기(12)에는, 전동발전기 제어부로서의 인버터(18)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(120)가 접속된다. 또, 축전계(120)에는, 전동발전기 제어부로서의 인버터(20)를 통하여 전동작업요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23) 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21)와, 인버터(20)와, 리졸버(22)와, 메커니컬브레이크(23)와, 선회변속기(24)로 부하구동계로서의 전동선회계가 구성된다. 선회용 전동기(21)는 선회구동의 기능을 갖고 상부선회체(3)를 회전시킨다. 선회계로서 유압의 구동·브레이크계(系)를 구비하는 구성이어도 된다. 본 실시예는 특히 선회구동에 유압을 이용하지 않는 구성에서 현저한 효과를 발휘한다. 이하, 선회구동에 유압을 이용하지 않는 구성에 대하여 설명한다.
조작장치(26)는, 조작량에 관련된 정보를 생성한다. 정보는 그대로 혹은 변환되어서 구동장치 또는 그 외의 장치에 대하여 직접적으로 혹은 컨트롤러(30) 등을 개재시켜 간접적으로 공급될 수 있다. 조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B) 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다.
압력센서(29)는, 조작장치(26)의 조작내용을 압력의 형태로 검출하는 센서이며, 검출치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
토출압센서(29A)는, 메인펌프(14)의 토출압을 검출하는 센서이며, 검출치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
온도센서(M2, M3)는, 축전계(120)의 온도를 검출하는 센서이며, 검출치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 본 실시예에서는, 온도센서(M2, M3)는, 서미스터로 구성되며, 검출치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, CPU 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되며, 내부메모리에 저장된 구동제어용의 프로그램을 CPU에 실행시켜 각종 기능을 실현한다.
또, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 압력센서(29), 토출압센서(29A), 온도센서(M2) 및 온도센서(M3)로부터의 검출치를 받아 각종 연산을 실행하여, 엔진(11), 레귤레이터(14a), 축전계(120) 등에 각종 지령을 출력한다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 온도센서(M2)의 검출치에 근거하여 축전계(120)의 온도가 소정 온도 미만이라고 판단한 경우에 축전계(120)의 난기를 개시시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 압력센서(29) 및 토출압센서(29A)의 검출치에 근거하여 유압구동계의 난기가 개시되었다고 판단한 경우이더라도, 축전계(120)의 난기를 계속시킨다. 다만, 유압구동계의 난기 및 축전계(120)의 난기에 관한 상세한 설명은 후술된다.
도 3은 축전계(120)의 구성을 나타내는 블록도이다. 축전계(120)는, 제1 축전기로서의 커패시터(19)와, 승강압 컨버터(100)와, 버스라인으로서의 DC버스(110)를 포함한다. 다만, 제1 축전기는, 전력을 충방전 가능한 장치이며, 예를 들면, 리튬이온 커패시터, 전기 이중층 커패시터, 리튬이온전지 등이다. 본 실시예에서는, 커패시터(19)는, 리튬이온 커패시터이다.
축전계(120)에는, 커패시터전압치를 검출하기 위한 커패시터전압 검출부(112)와, 커패시터전류치를 검출하기 위한 커패시터전류 검출부(113)가 마련되어 있다. 커패시터전압치와 커패시터전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.
커패시터전압치는, 커패시터(19)의 단자전압에 상당한다. 커패시터(19)의 개방 전압을 Vc[V]로 하고, 커패시터(19)의 내부저항을 R[Ω]로 하며, 커패시터(19)로부터 승강압 컨버터(100)에 흐르는 방전전류의 크기를 Id[A]로 하면, 커패시터(19)의 방전시의 단자전압 V1은, V1=Vc-R×Id로 나타나고, 커패시터(19)의 방전전력 W1은, W1=V1×Id로 나타난다. 또, 승강압 컨버터(100)로부터 커패시터(19)에 흐르는 충전전류의 크기를 Ic로 하면, 커패시터(19)의 충전시의 단자전압 V2는, V2=Vc+R×Ic로 나타나고, 커패시터(19)의 충전전력 W2는, W2=V2×Ic로 나타난다.
또, 커패시터(19)의 방전시의 발열량 Q1은 Id2×R로 나타나고, 충전시의 발열량 Q2는 Ic2×R로 나타난다.
또, 커패시터(19)의 충전율(SOC)은, 커패시터(19)의 최소전압을 Vmin으로 하고, 최대전압을 Vmax로 하면, 이하의 식으로 나타난다.
[수학식 1]
Figure 112016074225966-pct00001
이상의 관계로부터, 커패시터(19)의 SOC가 높은 것은 개방 전압 Vc가 높은 것을 의미하고, 소정의 방전전력 W1을 실현하는 경우의 방전전류 Id가 적어도 되며, 방전시의 발열량 Q1도 작아지기 때문에, 방전효율이 높다. 마찬가지로, 소정의 충전전력 W2를 실현하는 경우의 충전전류 Ic가 적어도 되며, 충전시의 발열량 Q2도 작아지기 때문에, 충전효율이 높다.
또, 축전계(120)에 마련되어 있는 온도센서(M2)는, 커패시터(19)의 온도(커패시터온도)를 검출한다. 온도센서(M3)는, 승강압 컨버터(100)의 온도를 검출한다. 커패시터온도는, 커패시터(19)의 온도의 적당한 기준에 대한 상대치를 알 수 있는 양태로 검출되면 되고, 통상은 직접 측정된다. 커패시터온도에 관련된 정보가 이용되어도 된다. 예를 들면, 커패시터(19)의 냉각에 이용되는 냉각수의 온도를 검출함으로써 간접적으로 검출되어도 된다. 또, 커패시터(19)의 온도에 영향을 주는 냉각수 이외의 다른 열 매체의 온도를 검출함으로써 간접적으로 검출되어도 된다. 기온 등의 환경온도여도 된다. 예를 들면, 온도센서(M2)는, 커패시터셀의 전극에 장착된 서미스터로 구성되며, 커패시터온도를 검출하고, 그 검출치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
승강압 컨버터(100)는, 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라, DC버스전압치가 일정한 범위 내에 들어가도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다. 다만, DC버스(110)의 전압은, DC버스전압 검출부(111)에 의하여 검출된다. DC버스(110)는, 인버터(18 및 20)의 각각과 승강압 컨버터(100)의 사이에 배치되어 있으며, 커패시터(19), 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수(授受)를 행한다.
컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 속도지령으로 변환하고, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다. 이 경우, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다.
또, 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환)를 행함과 함께, 승강압 컨버터(100)를 구동제어하는 것에 의한 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(어시스트운전 또는 발전운전) 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 대응하여 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다.
승강압 컨버터(100)의 제어에서는, DC버스전압치, 커패시터전압치 및 커패시터전류치가 고려된다.
이상과 같은 구성에 있어서, 어시스트모터인 전동발전기(12)가 발전한 전력은, 인버터(18)를 통하여 DC버스(110)에 공급된 후, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급되거나, 혹은 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)에 공급될 수 있다. 또, 선회용 전동기(21)가 회생운전하여 생성한 회생전력은, 인버터(20)를 통하여 DC버스(110)에 공급된 후, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급되거나, 혹은 인버터(18)를 통하여 전동발전기(12)에 공급될 수 있다. 또, 커패시터(19)에 축적된 전력은, 승강압 컨버터(100) 및 DC버스(110)를 통하여 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21) 중 적어도 한쪽에 공급될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성의 쇼벨에 있어서, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 소정의 충전율(SOC)을 유지할 수 있도록 혹은 유지되기 쉽도록 커패시터(19)를 충방전시킨다. 이 소정의 SOC는, 커패시터(19)를 둘러싸는 환경에 따라 적절한 범위로 변화시키면 후술하는 메리트가 있다. 적어도, 커패시터(19)가 각종 전기부하와의 사이에서 전력을 주고받거나 수용했다고 해도 과충전, 과방전이 되지 않는 범위로 유지한다. 그 후에, SOC의 운용으로서 커패시터(19)의 SOC를 소정의 SOC 레벨(예를 들면 70%)로 유지해도 된다. 이 레벨이 높을수록 높은 에너지를 유지할 수 있다. 단, 후술하는 바와 같이 환경온도가 낮고, 커패시터(19)의 온도가 낮은 경우는 비교적 낮은 레벨 쪽이 바람직한 경우도 있다.
다만, “커패시터(19)의 충전 이외의 목적”은, 엔진(11)에 의도적으로 부하를 가하는 것을 포함한다. 또, 임의의 타이밍에 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 것으로 엔진(11)에 의도적으로 부하를 가함으로써, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)의 출력을 임의의 타이밍에 증대시킬 수 있다. 엔진(11)은 부하가 증대한 경우에 소정 회전수를 유지하고자 하여 출력을 증대시키기 때문이다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)에 유압부하가 가해지기 전에, 엔진(11)의 출력을 순간적으로 증대시킴으로써, 유압부하가 실제로 가해졌을 때에 출력부족에 의하여 엔진(11)의 회전수가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
커패시터(19)의 SOC는, 커패시터전압치에 근거하여 산출된다. 커패시터(19)의 내부저항을 계측함으로써 도출되어도 되고, 다른 임의의 공지의 방법을 이용하여 도출되어도 된다.
컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC의 현재치에 근거하여 충전요구치 및 방전요구치를 결정하여, 커패시터(19)의 충방전을 제어한다. 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)에 충전요구치에 상당하는 전력(발전 자체는 그 이상의 전력을 발전해도 됨)으로 발전시켜, 충전요구치에 상당하는 전력으로 커패시터(19)를 충전시킨다. 충전요구치는, 현재의 SOC, 전동기, 발전기의 상태에 따라 변화되는 구성이어도 된다. 충전요구치를 값 제로로 한 경우, 커패시터(19)를 충전시키지 않는다. 단, 다른 목적을 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 것을 금지하지는 않는다.
또, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 역행운전하고 있는 경우에는, 방전요구치에 근거하여 커패시터(19)의 전력을 방전시킨다(선회나 어시스트에 필요한 전력이 낮으면 방전요구치 이하의 전력이 방전되는 경우도 있다). 방전요구치는, 현재의 SOC, 전동기, 발전기의 상태에 따라 변화되는 구성이어도 된다. 선회용 전동기(21)의 구동에 필요로 하는 출력[kW]이 방전요구치에 상당하는 전력보다 크면, 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시킨다. 전동발전기(12)가 발전하는 전력과 커패시터(19)가 방전하는 전력으로 선회용 전동기(21)를 구동시키기 위해서이다. 또, 컨트롤러(30)는, 방전요구치를 값 제로로 한 경우, 커패시터(19)를 방전시키지 않는다.
여기에서, 도 4를 참조하여, 컨트롤러(30)가 커패시터(19)의 SOC에 근거하여 충전요구치 및 방전요구치를 도출하는 처리(이하, “요구치 도출처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 4는, 요구치 도출처리의 흐름을 나타내는 플로차트이며, 컨트롤러(30)는, 소정의 제어주기로 반복하여 이 요구치 도출처리를 실행한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC를 취득한다(스텝 S1).
또, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 상태를 검출한다(스텝 S2). 리졸버(22)의 출력에 근거하여 산출되는 선회속도로부터 선회용 전동기(21)의 운전상태와 정지상태를 판별한다. 인버터(20)를 흐르는 전류에 근거하여 산출되는 선회토크와 선회속도로부터 선회용 전동기(21)의 역행운전상태와 회생운전상태를 판별한다.
또, 스텝 S1 및 스텝 S2는 순서부동이며, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 상태를 검출한 후에 커패시터(19)의 SOC를 취득해도 되고, 2개의 처리를 동시에 실행해도 된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC 및 선회용 전동기(21)의 상태에 근거하여 충전요구치를 도출한다(스텝 S3). 이때, 내부메모리에 저장된 SOC·요구치 대응테이블을 참조해도 된다.
또, 커패시터(19)의 SOC 및 선회용 전동기(21)의 상태에 근거하여 방전요구치를 도출한다(스텝 S4). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 충전요구치를 도출하는 경우에 이용한 SOC·요구치 대응테이블을 참조해도 된다.
도 5는, SOC·요구치 대응테이블의 일례를 설명하는 도이다. 도 5는, 커패시터(19)의 SOC와 방전요구치 및 충전요구치의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축이 SOC[%]에 대응하고, 세로축이 요구치에 대응한다. 다만, 도 5에서는, 방전요구치를 정의 값으로 하고 충전요구치를 부의 값으로 한다. 또, 도 5의 충전요구치는, 커패시터(19)의 충전을 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키기 위한 것이다. 선회용 전동기(21)의 회생전력은, 충전요구치에 따른 전동발전기(12)의 발전전력에 의한 충전과는 별도로 커패시터(19)에 충전된다.
도 5의 파선으로 나타내는 충전요구선 CL1은, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 40[%] 이하인 경우에 충전요구치가 값 C1이 되고, 또한 SOC가 저하되어도 값 C1로 일정하다. SOC가 40[%]를 넘어 45[%]에 이를 때까지 서서히 값 제로에 가까워지고, SOC가 45[%] 이상인 경우에 값 제로(제로 부근을 포함한다. 이하 동일)가 되는 것을 나타낸다. 충전요구선 CL1이 채용된 경우, SOC는, 40[%] 이하일 때에는 40[%]를 넘을 때에 비하여 증대되기 쉽다. 따라서, SOC가 상대적으로 낮은 경우부터 충전율이 증가하고, 40∼45[%]의 사이에서 유지되기 쉽다. 또, SOC가 더 저하되어도 값 C1이 비교적 낮게 설정되기 때문에, 발전량을 낮게 억제하고, 엔진출력이 유압부하, 선회부하로 돌려지기 쉽게 한다.
또, 도 5의 1점쇄선으로 나타내는 충전요구선 CL2는, 선회용 전동기(21)가 회생운전상태인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 40[%] 이하인 경우에 충전요구치가 값 C2가 되고, 또한 SOC가 저하되어도 값 C2로 일정하다. SOC가 40[%]를 넘어 60[%]에 이를 때까지 서서히 값 제로에 근접하여, SOC가 60[%] 이상인 경우에 값 제로가 되는 것을 나타낸다. 충전요구선 CL2가 채용된 경우, SOC는, 40[%] 이하일 때에는 40[%]를 넘을 때에 비하여 증대되기 쉽다. 또, SOC는 45∼60[%] 부근에서 유지되기 쉽다. 또, SOC가 더 저하되어도 값 C2가 비교적 낮게 설정되기 때문에, 발전량을 낮게 억제하고, 엔진출력이 유압부하, 선회부하로 돌려지기 쉽게 한다. 값 C1보다 값 C2의 경우 쪽이 충전되기 쉽지만, 이것은 선회가 회생 중이기 때문에 선회부하에 대한 발전량을 별로 고려하지 않아도 되기 때문이다.
또, 도 5에 2점쇄선으로 나타내는 충전요구선 CL3은, 선회용 전동기(21)가 정지상태인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 40[%] 이하인 경우에 충전요구치가 값 C3이 되고, SOC가 40[%]를 넘어 60[%]에 이를 때까지 서서히 값 제로에 근접하여, SOC가 60[%] 이상인 경우에 값 제로가 되는 것을 나타낸다. 충전요구선 CL3이 채용된 경우, SOC는, 40[%] 이하일 때에는 40[%]를 넘을 때에 비하여 증대되기 쉽다. 따라서, 45∼60[%]의 사이에서 유지되기 쉽다. 또, SOC가 더 저하되어도 값 C3이 비교적 낮게 설정되기 때문에, 발전량을 낮게 억제하고, 엔진출력이 유압부하, 선회부하로 돌려지기 쉽게 한다. 값 C3의 레벨은 값 C2보다 낮고, 값 C1보다 크다. 이것은 선회정지 중인 것을 고려한 것이다.
또, 도 5의 파선으로 나타내는 방전요구선 DL1은, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 60[%] 이하인 경우에 방전요구치가 값 제로가 되고, SOC가 60[%]를 넘어 100[%]에 이를 때까지 일정한 비율로 증가하여, SOC가 100[%]에 도달한 경우에 값 D1이 되는 것을 나타낸다. 방전요구선 DL1이 채용된 경우, SOC는 높은 레벨인 때일수록 많이 방전할 수 있어 전동기(예를 들면 선회)의 구동력을 크게 할 수 있다. 그 만큼, SOC는 저감되기 쉽고, 60[%] 부근에서 유지되기 쉽다.
또, 도 5의 1점쇄선으로 나타내는 방전요구선 DL2는, 선회용 전동기(21)가 회생운전상태인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 70[%] 이하인 경우에 방전요구치가 값 제로가 되고, SOC가 70[%]를 넘어 80[%]에 이를 때까지 일정한 비율로 증가하여, SOC가 80[%] 이상인 경우에 값 D2가 되는 것을 나타낸다. 방전요구선 DL2가 채용된 경우, SOC는, 80[%] 이상일 때에는 80[%] 미만일 때에 비하여 많이 방전할 수 있어 전동기(예를 들면 어시스트)의 구동력을 크게 할 수 있다. 그 만큼, SOC는 저감되기 쉽고, 70∼80[%]의 사이, 특히 70[%] 부근에서 유지되기 쉽다.
또, 도 5에 2점쇄선으로 나타내는 방전요구선 DL3은, 선회용 전동기(21)가 정지상태인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타낸다. 또, SOC가 70[%] 이하인 경우에 방전요구치가 값 제로가 되고, SOC가 70[%]를 넘어 85[%]에 이를 때까지 일정한 비율로 증가하여, SOC가 85[%] 이상인 경우에 값 D3이 되는 것을 나타낸다. 방전요구선 DL3이 채용된 경우, SOC는, 85[%] 이상일 때에는 85[%] 미만일 때에 비하여 전동기의 구동력을 크게 할 수 있지만 그 만큼 SOC는 저감되기 쉽다. 따라서, 70∼85[%]의 사이, 특히 70[%] 부근에서 유지되기 쉽다.
도 5의 그래프는, 커패시터(19)의 현재의 SOC가 70[%]이고 또한 선회용 전동기(21)의 현재상태가 역행운전상태이면, 충전요구치가 값 제로이고 또한 방전요구치가 D4인 것을 나타낸다. 커패시터(19)의 현재의 SOC가 30[%]이고 또한 선회용 전동기(21)의 현재상태가 회생운전상태이면, 충전요구치가 C2이고 또한 방전요구치가 값 제로인 것을 나타낸다. 이와 같이, 전동발전기(12)의 발전 및 선회회생에 의한 커패시터(19)의 충전과, 전동발전기(12)의 어시스트 및 선회역행을 위한 커패시터(19)의 방전은, 특정한 방전요구선과 충전요구선에 기본적으로 따라 실행된다. 방전에 관해서는 SOC가 클수록 방전되기 쉽고, 충전에 관해서는 SOC가 작을수록 충전되기 쉬운 영역과 SOC가 작아도 일정한 충전요구치로 되어 있는 영역이 마련되어 있다. 이와 같이 설정함으로써, 축전계(120)는 방전에 의하여 구동력을 내기 쉽고, 발전에 의하여 엔진(11)의 부하 증대를 억제하도록 되어 있어, 작업성이 높은 형태로 되어 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에, 컨트롤러(30)가 충전요구치 및 방전요구치를 이용하여 커패시터(19)의 충방전을 제어하는 처리(이하, “선회역행시 처리”라고 함)에 대하여 설명한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 선회구동에 필요한 출력(이하, “소요출력”이라고 함)이 방전요구치 이하인지 아닌지를 판정한다(스텝 S11). 방전전력만으로 선회용 전동기(21)를 구동할 수 있을지 판단하기 위해서이다. 컨트롤러(30)는, 리졸버(22)의 출력에 근거하여 산출되는 선회속도와, 인버터(20)를 흐르는 전류에 근거하여 산출되는 선회토크의 곱으로부터 소요출력을 도출한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 그 소요출력과 도 4의 요구치 도출처리로 도출한 방전요구치를 비교한다.
소요출력이 방전요구치 이하라고 판정한 경우(스텝 S11의 YES), 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 전력(방전전력)만으로 선회용 전동기(21)를 구동시킨다(스텝 S12).
한편, 소요출력이 방전요구치보다 크다고 판정한 경우(스텝 S11의 NO), 컨트롤러(30)는, 충전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S13). 값 제로의 충전요구치는, 이용된 충전요구선에 근거하여 SOC가 소정치 이상으로 되어 있는 경우에, 더 이상 충전하지 않도록 제어하기 위하여 채용되는 경우가 있다. 이 경우, 커패시터(19)의 충전이 정지된다. 충전요구치가 제로가 아닌 경우는, 발전전력의 일부가 충전에 할당된다.
충전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S13의 YES), 컨트롤러(30)는, 소요출력이 방전요구치와 발전제한치의 합계 이하인지 아닌지를 판정한다(스텝 S14). 방전전력과 발전전력만으로 선회용 전동기(21)를 구동할 수 있을지 판단하기 위해서이다. 다만, 발전제한치는, 전동발전기(12)가 발전 가능한 전력의 최대치를 의미한다.
소요출력이 방전요구치와 발전제한치의 합계 이하라고 판정한 경우(스텝 S14의 YES), 컨트롤러(30)는, 방전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S15). 값 제로의 방전요구치는, 이용된 방전요구선에 근거하여 SOC가 소정치 이하로 되어 있는 경우에, 더 이상 방전하지 않도록 제어하기 위하여 채용되는 경우가 있다.
방전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S15의 YES), 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)가 발전하는 전력(발전전력)만으로 선회용 전동기(21)를 구동시킨다(스텝 S16).
또, 방전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S15의 NO), 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 방전전력과 전동발전기(12)가 발전하는 발전전력으로 선회용 전동기(21)를 구동시킨다(스텝 S17).
또, 소요출력이 방전요구치와 발전제한치의 합계보다 크다고 판정한 경우(스텝 S14의 NO), 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 방전요구치 상당의 방전전력보다 큰 방전전력과, 전동발전기(12)가 발전하는 발전제한치 상당의 발전전력으로 선회용 전동기(21)를 구동시킨다(스텝 S19). 발전제한치 상당의 발전전력과 방전요구치 상당의 방전전력으로는 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 소요출력을 공급할 수 없기 때문이다. 단, 선회출력을 억제하도록 제어해도 된다. 커패시터(19)로부터의 방전을 방전요구치 상당으로 억제할 수 있다.
또, 충전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S13의 NO), 컨트롤러(30)는, 소요출력이 발전제한치로부터 충전요구치를 뺀 값 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S18). 전동발전기(12)만으로는 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 소요출력을 공급할 수 없는지를 판단하기 위해서이다.
소요출력이 발전제한치로부터 충전요구치를 뺀 값 이상이라고 판정한 경우(스텝 S18의 YES), 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 방전요구치 상당의 방전전력보다 큰 방전전력과, 전동발전기(12)가 발전하는 발전제한치 상당의 발전전력으로 선회용 전동기(21)를 구동시킨다(스텝 S19). 전동발전기(12)가 발전하는 충전요구치 상당의 발전전력으로 커패시터(19)를 충전시킨 경우, 커패시터(19)는 방전할 수 없고, 전동발전기(12)만으로는 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 소요출력을 공급할 수 없기 때문이다. 단, 선회출력을 억제하도록 제어해도 된다. 커패시터(19)로부터의 방전을 방전요구치 상당으로 억제할 수 있다.
한편, 소요출력이 발전제한치로부터 충전요구치를 뺀 값 미만이라고 판정한 경우(스텝 S18의 NO), 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)가 발전하는 발전전력만으로 선회용 전동기(21)를 구동시키고, 또한 전동발전기(12)가 발전하는 충전요구치 상당의 발전전력으로 커패시터(19)를 충전시킨다(스텝 S20). 즉, 전동발전기(12)는, 소요출력에 상당하는 전력의 발전, 및 충전요구치에 상당하는 전력의 발전을 행한다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 선회용 전동기(21)가 회생운전상태인 경우에, 컨트롤러(30)가 충전요구치 및 방전요구치를 이용하여 커패시터(19)의 충방전을 제어하는 처리(이하, “선회회생시 처리”라고 함)에 대하여 설명한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 방전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S21).
방전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S21의 YES), 즉, 커패시터(19)의 방전을 정지하고 있는 경우, 컨트롤러(30)는, 충전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S22). 커패시터(19)의 충전을 정지하고 있지 않은지를 판단하기 위해서이다.
충전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S22의 YES), 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 회생하는 회생전력 전부와 충전요구치에 상당하는 발전전력을 커패시터(19)에 충전시킨다(스텝 S23).
다만, 충전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S22의 NO), 발전전력은 없고, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 회생하는 회생전력 전부를 커패시터(19)에 충전시킨다(스텝 S24).
또, 방전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S21의 NO), 컨트롤러(30)는, 회생전력이 방전요구치보다 큰지 아닌지를 판정한다(스텝 S25). 커패시터(19)의 충전을 행할지를 판단하기 위해서이다. 다만, 본 실시예에서는, 회생전력은 부의 값으로 나타나고, 방전요구치는 정의 값으로 나타난다. 이로 인하여, 엄밀하게는, 컨트롤러(30)는, 회생전력의 절대치가 방전요구치보다 큰지 아닌지를 판정한다.
회생전력이 방전요구치보다 크다고 판단한 경우(스텝 S25의 YES), 컨트롤러(30)는, 회생전력과 방전요구치에 상당하는 전력의 차만큼, 커패시터(19)에 충전시킨다(스텝 S26). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 방전요구치에 상당하는 회생전력의 일부를 선회용 전동기(21)로부터 전동발전기(12)에 공급하여 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시키고, 회생전력의 나머지 부분을 커패시터(19)에 충전시킨다.
한편, 회생전력이 방전요구치 이하라고 판단한 경우(스텝 S25의 NO), 컨트롤러(30)는, 회생전력과, 방전요구치에 상당하는 전력의 합을 전동발전기(12)로 향하게 한다(스텝 S27). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 회생전력 전부를 선회용 전동기(21)로부터 전동발전기(12)에 공급하고, 또한 방전요구치에 상당하는 전력을 커패시터(19)로부터 전동발전기(12)에 공급하여 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시킨다.
다만, 본 실시예에서는, 전동기로서 기능하는 전동발전기(12)가 수용 가능한 전력은, 소정의 어시스트제한치에 의하여 제한된다. 이 경우, 어시스트제한치는, 전동기로서 기능하는 전동발전기(12)가 수용 가능한 전력의 최대치를 의미한다. 어시스트출력이 지나치게 커져 엔진(11)의 회전수가 상승해 버리는 것을 방지하기 위해서이다. 따라서, 회생전력과, 방전요구치에 상당하는 전력의 합이 어시스트제한치에 상당하는 전력을 상회하는 경우, 컨트롤러(30)는, 방전요구치에 상당하는 전력을 저감시킴으로써, 즉 커패시터(19)로부터 방전되는 전력을 저감시킴으로써 전동발전기(12)에 공급되는 전력이 어시스트제한치에 상당하는 전력과 동일해지도록 한다.
상술한 선회회생시 처리를 반복 실행함으로써, 컨트롤러(30)는, 도 5의 충전요구선 CL2로 나타내는 바와 같이, 값 제로의 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 30%)를 커패시터(19)가 나타내는 경우, 회생전력 전부를 커패시터(19)에 공급하여 커패시터(19)를 충전시키고, 또한 충전요구치에 상당하는 전력을 전동발전기(12)로 발전시켜, 그 발전전력으로 커패시터(19)를 충전시킨다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC가 낮은 상태에 있는 경우에는, 선회회생시이더라도 전동발전기(12)에 발전시켜 커패시터(19)를 충전시킴으로써, SOC를 높은 상태로 되돌린다.
또, 컨트롤러(30)는, 도 5의 방전요구선 DL2로 나타내는 바와 같이, 커패시터(19)의 과충전을 방지한다. 예를 들면, 값 제로가 아닌 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 70%보다 큰 값)를 커패시터(19)가 나타내는 경우, 회생전력의 크기가 방전요구치의 크기보다 크면, 그 차분 전력으로 커패시터(19)를 충전시킨다. 그리고, 방전요구치에 상당하는 전력을 선회용 전동기(21)로부터 전동발전기(12)에 공급하여 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시킨다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 180도 선회 등으로 큰 회생전력이 발생하는 경우이더라도, 그 회생전력의 일부를 전동발전기(12)에서 소비시킴으로써, 커패시터(19)의 과충전을 방지한다.
또, 값 제로가 아닌 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 70%보다 큰 값)를 커패시터(19)가 나타내는 경우, 회생전력의 크기가 방전요구치의 크기 이하이면, 컨트롤러(30)는 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시킨다. 예를 들면, 값 제로의 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 70%)에 도달할 때까지는, 회생전력과, 방전요구치에 상당하는 전력의 합을 전동발전기(12)로 향하게 하여, 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시킨다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 과충전을 방지한다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 선회용 전동기(21)가 정지상태인 경우에, 컨트롤러(30)가 충전요구치 및 방전요구치를 이용하여 커패시터(19)의 충방전을 제어하는 처리(이하, “선회정지시 처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 8은, 선회정지시 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이며, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 정지상태인 경우에, 소정의 제어주기로 반복하여 이 선회정지시 처리를 실행한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 방전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S31). 커패시터(19)의 방전을 정지하고 있는지를 판단하기 위해서이다.
방전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S31의 YES), 즉, 커패시터(19)의 방전을 정지하고 있는 경우, 컨트롤러(30)는, 충전요구치가 값 제로인지 아닌지를 판정한다(스텝 S32). 커패시터(19)의 충전을 정지하고 있지 않은지를 판단하기 위해서이다.
충전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S32의 YES), 즉, 커패시터(19)의 충전을 정지하고 있지 않은 경우, 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키고, 전동발전기(12)가 발전하는 발전전력으로 커패시터(19)를 충전시킨다(스텝 S33).
다만, 충전요구치가 값 제로라고 판정한 경우(스텝 S32의 NO), 즉, 커패시터(19)의 충전을 정지하고 있는 경우, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)를 충전시키지 않는다. 이로 인하여, 커패시터(19)의 충전만을 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 경우는 없다. 단, 다른 목적을 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 것을 금지하지는 않는다.
한편, 방전요구치가 값 제로가 아니라고 판정한 경우(스텝 S31의 NO), 즉, 커패시터(19)의 방전을 정지하고 있지 않은 경우, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 전력으로 전동발전기(12)를 구동시킨다(스텝 S34).
상술한 선회정지시 처리를 반복 실행함으로써, 컨트롤러(30)는, 도 5의 충전요구선 CL3으로 나타내는 바와 같이, 커패시터(19)의 과방전을 방지한다. 예를 들면, 값 제로가 아닌 충전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 30%)를 나타내는 커패시터(19)를, 값 제로의 충전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 60%)까지 충전시킨다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 소정의 경우에는, 선회정지시이더라도 커패시터(19)를 충전시킴으로써, 커패시터(19)의 과방전을 방지한다. 소정의 경우는, 예를 들면, 엔진(11)의 부하를 일정하게 하기 위하여 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시키기 위한 커패시터(19)의 방전이 증가하여 커패시터(19)의 SOC가 낮은 상태에 있는 경우를 포함한다.
또, 컨트롤러(30)는, 도 5의 방전요구선 DL3으로 나타내는 바와 같이, 값 제로가 아닌 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 90%)를 나타내는 커패시터(19)를, 값 제로의 방전요구치에 대응하는 SOC(예를 들면 70%)까지 방전시킨다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 빈번하게 충전되는 경우이더라도, 커패시터(19)의 SOC가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 커패시터(19)는, 예를 들면, 엔진(11)에 의도적으로 부하를 가하기 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 기회, 또는 엔진(11)의 부하를 일정하게 하기 위하여 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시키는 기회가 증가함으로써 빈번하게 충전된다.
또, 컨트롤러(30)는, 충전요구치 및 방전요구치가 어느 쪽도 값 제로가 되는 SOC(예를 들면 60% 이상 70% 이하)를 커패시터(19)가 나타내는 경우, 커패시터(19)를 충방전시키지 않도록 한다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 현재의 SOC에 대응하는 충전요구치 및 방전요구치에 근거하여 커패시터(19)의 충방전을 제어한다. 이로 인하여, 커패시터(19)의 충방전을 보다 적절히 제어할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 상태에 따라 충전요구치 및 방전요구치를 변화시킨다. 이로 인하여, 커패시터(19)의 충방전을 보다 적절히 제어할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하여, 전동발전기(12)가 발전기 또는 전동기로서 기능하는 경우에, 컨트롤러(30)가 메인펌프(14)의 펌프최대출력을 증감시키는 처리(이하, “펌프최대출력 증감처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 9는, 펌프최대출력 증감처리를 설명하는 개념도이다. 또, 본 실시예에서는, 메인펌프(14)의 출력(흡수마력)은, 메인펌프(14)의 토출량과 토출압의 곱으로서 산출된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)을 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 엔진회전수센서(도시하지 않음)의 검출치를 받아, 내부메모리에 미리 기억된 엔진회전수·엔진출력 대응맵을 참조하여 엔진출력(EP)을 도출한다.
또, 컨트롤러(30)는, 어시스트출력(AP)을 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압 검출부(112) 및 커패시터전류 검출부(113)의 검출치에 근거하여, 전동발전기(12)와 커패시터(19)의 사이에서 주고받는 전력을 어시스트출력(AP)으로서 도출한다. 다만, 본 실시예에서는, 어시스트출력(AP)은, 전동발전기(12)가 전동기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 방전을 행하는 경우)에 정의 값이 되고, 전동발전기(12)가 발전기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 충전을 행하는 경우)에 부의 값이 된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)과 어시스트출력(AP)을 가산하여 총 출력(TP)을 도출한다. 총 출력(TP)은, 전동발전기(12)가 전동기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 방전을 행하는 경우)에 엔진출력(EP)보다 어시스트출력(AP)분만큼 큰 값이 되고, 전동발전기(12)가 발전기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 충전을 행하는 경우)에 엔진출력(EP)보다 어시스트출력(AP)분만큼 작은 값이 된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 펌프전류(PC)를 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 엔진회전수센서의 검출치를 받아, 내부메모리에 미리 기억되어 있는 엔진회전수에 따른 총 출력·펌프전류 대응맵을 참조하여 펌프전류(PC)를 도출한다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 펌프전류(PC)를 메인펌프(14)의 레귤레이터(도시하지 않음)에 대하여 출력한다. 다만, 레귤레이터는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각을 조정하여 메인펌프(14)의 토출량을 제어하는 장치이다. 본 실시예에서는, 레귤레이터는, 펌프전류(PC)가 작을수록 메인펌프(14)의 토출량을 저감시킨다.
이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)이 일정하면, 어시스트출력(AP)이 클수록, 펌프전류(PC)를 크게 하여 메인펌프(14)의 펌프최대출력을 증대시킨다. 즉, 엔진회전수가 일정하면, 전동발전기(12)의 전력 소비량(커패시터(19)의 방전량)이 클수록, 펌프전류(PC)를 크게 하여 메인펌프(14)의 펌프최대출력을 증대시킬 수도 있다. 어시스트출력(AP)이 커지면 총 출력(TP)도 커져, 총 출력(TP)에 여유가 생기기 때문이며, 그 여유분을 메인펌프(14)가 효율적으로 이용할 수 있도록 하기 위해서이다. 그 결과, 메인펌프(14)의 출력(흡수마력)은, 증대된 펌프최대출력의 범위 내에서 제어된다. 한편, 엔진(11)에 급부하가 가해진 경우에 레귤레이터를 조정하지 않고 어시스트력을 증가시켜 메인펌프(14)의 부하를 흡수해도 된다.
다음으로, 도 10을 참조하여, 커패시터온도에 따라 컨트롤러(30)가 SOC·요구치 대응테이블의 내용을 조정하는 처리에 대하여 설명한다. 다만, 여기에서는 커패시터온도를 채용하지만, 커패시터(19)에 영향을 주는 환경 또는 기구 등의 온도이면 된다. 또, 도 10은, SOC·요구치 대응테이블의 다른 예를 나타내는 도이며, 도 5에 대응한다. 구체적으로는, 도 10은, 커패시터(19)의 SOC와, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에 채용되는 방전요구치 및 충전요구치의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축이 SOC[%]에 대응하고, 세로축이 출력[kW]에 대응한다.
또, 도 10의 파선으로 나타내는 방전요구선 DL(20℃)는, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태이고 또한 커패시터온도가 20℃인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타내며, 도 5의 방전요구선 DL1에 상당한다. 또, 파선으로 나타내는 방전요구선 DL(0℃)는 커패시터온도가 0℃인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타낸다. 마찬가지로, 파선으로 나타내는 방전요구선 DL(-10℃)는 커패시터온도가 -10℃인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타내고, 파선으로 나타내는 방전요구선 DL(-20℃)는, 커패시터온도가 -20℃인 경우에 채용되는 방전요구치의 추이를 나타낸다.
또, 도 10의 점선으로 나타내는 충전요구선 CL(20℃)는, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태이고 또한 커패시터온도가 20℃인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타내며, 도 5의 충전요구선 CL1에 대응한다. 또, 점선으로 나타내는 충전요구선 CL(0℃)는 커패시터온도가 0℃인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타낸다. 마찬가지로, 점선으로 나타내는 충전요구선 CL(-10℃)는 커패시터온도가 -10℃인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타내고, 점선으로 나타내는 충전요구선 CL(-20℃)는, 커패시터온도가 -20℃인 경우에 채용되는 충전요구치의 추이를 나타낸다.
또, 도 10의 실선으로 나타내는 방전제한선 UL(20℃)는, 커패시터온도가 20℃인 경우의 방전제한치의 추이를 나타낸다. 방전제한치는, 커패시터(19)가 방전 가능한 전력의 최대치를 의미하고, 커패시터(19)의 과방전을 방지하기 위하여 이용된다. 구체적으로는, 커패시터(19)의 단자전압이 소정의 하한전압을 하회하지 않도록 커패시터(19)의 방전전력을 제한할 때에 이용된다. 도 10에서는 SOC가 30[%]인 경우에 커패시터(19)의 방전전력이 값 D10으로 제한되고, 만일 커패시터(19)의 방전전력이 값 D10을 상회하면 단자전압이 하한전압을 하회할 우려가 있는 것을 나타낸다. 또, 실선으로 나타내는 방전제한선 UL(0℃)는 커패시터온도가 0℃인 경우의 방전제한치의 추이를 나타낸다. 마찬가지로, 실선으로 나타내는 방전제한선 UL(-10℃)는, 커패시터온도가 -10℃인 경우의 방전제한치의 추이를 나타내고, 실선으로 나타내는 방전제한선 UL(-20℃)는, 커패시터온도가 -20℃인 경우의 방전제한치의 추이를 나타낸다.
또, 도 10의 실선으로 나타내는 충전제한선 BL(20℃)는, 커패시터온도가 20℃인 경우의 충전제한치의 추이를 나타낸다. 충전제한치는, 커패시터(19)가 충전 가능한 전력의 최대치를 의미하고, 커패시터(19)의 과충전을 방지하기 위하여 이용된다. 구체적으로는, 커패시터(19)의 단자전압이 소정의 상한전압을 상회하지 않도록 커패시터(19)의 충전전력을 제한할 때에 이용된다. 도 10에서는 SOC가 55[%]인 경우에 커패시터(19)의 충전전력이 값 C10으로 제한되고, 만일 커패시터(19)의 충전전력이 값 C10을 상회하면 단자전압이 상한전압을 상회할 우려가 있는 것을 나타낸다. 또, 실선으로 나타내는 충전제한선 BL(0℃)는 커패시터온도가 0℃인 경우의 충전제한치의 추이를 나타낸다. 마찬가지로, 실선으로 나타내는 충전제한선 BL(-10℃)는, 커패시터온도가 -10℃인 경우의 충전제한치의 추이를 나타내고, 실선으로 나타내는 충전제한선 BL(-20℃)는, 커패시터온도가 -20℃인 경우의 충전제한치의 추이를 나타낸다. 다만, 이하에서는, 충전제한치 및 방전제한치를 일괄하여 충방전제한치라고 칭하는 경우도 있다.
다음으로, 커패시터온도에 따라 채용해야 할 방전요구선을 변경하는 것의 효과에 대하여 설명한다.
도 10의 예에서는, 방전요구선 DL(20℃)는, SOC가 60[%] 이하인 경우에 값 제로가 되고, SOC가 60[%]를 넘어 100[%]에 이를 때까지 변화율 α로 증가한다. 또, 방전요구선 DL(0℃)는, SOC가 48[%] 이하인 경우에 값 제로가 되고, SOC가 48[%]를 넘어 100[%]에 이를 때까지 변화율 α로 증가한다. 또, 방전요구선 DL(-10℃)는, SOC가 40[%] 이하인 경우에 값 제로가 되고, SOC가 40[%]를 넘어 방전제한선에 이를 때까지 변화율 α로 증가하며, 방전제한선 UL(-10℃)의 레벨에 도달한 후에는 방전제한선 UL(-10℃)를 따라 증가한다. 또, 방전요구선 DL(-20℃)는, SOC가 25[%] 이하인 경우에 값 제로가 되고, SOC가 25[%]를 넘어 100[%]에 이를 때까지 방전제한선 UL(-20℃)를 따라 증가한다. 다만, 방전요구선 DL(20℃), 방전요구선 DL(0℃), 및 방전요구선 DL(-10℃)의 SOC에 대한 변화율 α는, 대응하는 방전제한선 이하의 영역에서 동일하다.
이와 같이, 커패시터온도가 저하됨에 따라서, 방전요구치가 값 제로로부터 커질 때의 SOC(방전개시 충전율: 방전개시 SOC)를 낮게 함으로써, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 역행운전 및 회생운전이 행해질 때의 SOC를 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 커패시터온도가 예를 들면 20℃인 경우, 커패시터(19)의 SOC는, 방전요구선 DL(20℃)가 채용됨으로써 역행운전 및 회생운전이 행해질 때에 60[%]∼80[%]의 범위를 추이한다. 한편, 커패시터온도가 예를 들면 -20℃인 경우, 커패시터(19)의 SOC는, 방전요구선 DL(-20℃)가 채용됨으로써 역행운전 및 회생운전이 행해질 때에 25[%]∼45[%]의 범위를 추이한다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 선회회생시에 선회용 전동기(21)가 생성하는 회생전력인 충전전력이 충전제한선을 넘는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 회생운전이 행해질 때의 SOC가 55[%]인 경우, 커패시터온도가 20℃이면, 커패시터(19)는, 단자전압이 상한전압을 상회하는 것을 방지하면서, 값 C10의 충전전력을 수용할 수 있다. 그러나, 커패시터온도가 0℃이면, 커패시터(19)는, 단자전압이 상한전압을 상회하는 것을 방지하기 때문에, 값 C11보다 큰 충전전력을 수용할 수 없다. 또한, 커패시터온도가 -10℃이면, 값 C12보다 큰 충전전력을 수용할 수 없고, 커패시터온도가 -20℃이면, 값 C13보다 큰 충전전력을 수용할 수 없다. 이와 같이, 커패시터(19)가 수용 가능한 충전전력(수용 가능 충전전력)은, 커패시터온도가 낮을수록 작아진다. 한편, 수용 가능 충전전력은 SOC가 작을수록 커진다. 이 관계로부터, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 낮을수록, 방전개시 SOC를 낮게 하여 선회용 전동기(21)의 역행운전 및 회생운전이 행해질 때의 SOC를 저감시킴으로써, 선회회생시의 회생전력(충전전력)이 충전제한선을 넘는 것을 억제할 수 있다.
또, 커패시터(19)의 내부저항 R은 커패시터온도가 낮을수록 크다. 또한, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 낮을수록, 방전개시 SOC를 낮게 하기 때문에, 충방전시의 커패시터(19)의 단자전압도 낮게 한다. 이로 인하여, 동일한 방전전력을 얻기 위하여 흐르는 방전전류는 커지고, 또한 동일한 충전전력을 얻기 위하여 흐르는 충전전류는 커진다. 따라서, 커패시터(19)의 발열량은, 커패시터온도가 낮을수록, 내부저항 R의 증대 및 충방전전류의 증대에 기인하여 커진다. 그 결과, 커패시터(19)의 난기를 촉진할 수 있다. 다만, 커패시터(19)의 난기는, 커패시터온도가 소정 온도 이하인 경우에, 커패시터(19)를 충방전시킴으로써 커패시터온도를 강제적으로 상승시키는 처리이다. 본 실시예에서는, 쇼벨이 무조작상태이면 엔진(11)이 아이들링 중이더라도 전동발전기(12) 등을 이용하여 커패시터(19)를 충방전시킴으로써 실현된다.
반대로, 커패시터(19)의 내부저항 R은 커패시터온도가 높을수록 작다. 또한, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 높을수록, 방전개시 SOC를 높게 하기 때문에, 충방전시의 커패시터(19)의 단자전압도 높게 한다. 이로 인하여, 동일한 방전전력을 얻기 위하여 흐르는 방전전류는 작아지고, 또한 동일한 충전전력을 얻기 위하여 흐르는 충전전류는 작아진다. 따라서, 커패시터(19)의 발열량은, 커패시터온도가 높을수록, 내부저항 R의 저하 및 충방전전류의 저하에 따라 작아진다. 그 결과, 열손실을 줄여, 커패시터(19)를 고효율로 이용할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 방전제한선 이하의 영역에 있어서, 방전요구선 DL(20℃), 방전요구선 DL(0℃), 및 방전요구선 DL(-10℃)의 각각의 SOC에 대한 변화율 α를 동일하게 한다. 이것은, 커패시터온도에 관계없이, 쇼벨의 조작감을 유지할 수 있다고 하는 효과를 갖는다. 구체적으로는, 변화율 α가 작을수록, 선회역행시의 선회용 전동기(21)의 소요출력이 방전요구치를 넘기 쉬워져, 전동발전기(12)에 의한 발전이 보다 조기에 개시되어, 메인펌프(14)의 펌프최대출력이 보다 조기에 제한된다. 예를 들면, 붐상승선회가 행해지는 경우, 선회역행시의 보다 빠른 단계에서 붐(4)의 상승속도가 저하된다. 이로 인하여, 커패시터온도에 관계없이 변화율 α를 유지하는 것은, 붐(4)의 상승속도가 저하되는 타이밍을 변경하지 않도록 하는 것을 의미한다. 다만, 변화율 α는, 커패시터온도에 관계없이, 특히 SOC가 비교적 높은 영역에서는 비교적 커지도록 설정되어도 된다. 선회역행시에 가능한 한 방전전력을 크게 하여 그 후의 선회회생시에 있어서의 과충전을 방지하기 위해서이다. 한편, 변화율 α는, 커패시터(19)를 보호하기 위하여, 방전제한선의 제한을 받는다. 예를 들면, 커패시터온도가 -20℃일 때의 방전요구선 DL(-20℃)에 있어서 변화율을 크게 하면, 방전개시 SOC인 지점에서 방전전력이 방전제한선 UL(-20℃)를 넘어 버려, 과방전을 일으켜 버리기 때문이다. 이로 인하여, 변화율 α는, 방전제한선을 고려하여 적절히 설정될 필요가 있다.
다만, 도 10에서는, 방전요구선 DL은 직선을 그리도록 설정되지만, 곡선을 그리도록 설정되어도 되고, 꺾은선을 그리도록 설정되어도 된다.
또, 도 10에서는, 커패시터온도가 20℃, 0℃, -10℃ 및 -20℃일 때의 방전요구선 DL, 방전제한선 UL 및 충전제한선 BL을 나타내지만, 실제로는, 소정 온도단위로 방전요구선 DL, 방전제한선 UL 및 충전제한선 BL이 존재한다.
도 11은, 커패시터온도가 -10℃일 때의 방전요구선의 다른 예를 나타내는 도이다. 다만, 도 11은, 명료화를 위하여, 커패시터온도가 -10℃일 때의 방전제한선 UL(-10℃) 및 방전요구선 DLa(-10℃), DLb(-10℃)만을 나타내고, 다른 온도일 때의 방전제한선 및 방전요구선과 충전요구선을 생략한다.
점선으로 나타내는 방전요구선 DLa(-10℃)는, 꺾은선을 그리도록 설정되는 추이의 예이며, SOC가 30[%]로부터 47[%]에 이를 때까지 비교적 작은 변화율로 증가한다. 그리고, 그 후에 SOC가 55[%]에 이를 때까지 비교적 큰 변화율로 증가하고, 그 후에 SOC가 100[%]에 이를 때까지 비교적 작은 변화율로 증가한다. 이와 같은 추이를 채용함으로써, 컨트롤러(30)는, SOC가 47[%]에서 55[%]일 때에, 비교적 큰 방전전력으로 커패시터(19)를 방전시킴으로써, 그 후의 선회회생시에 커패시터(19)의 단자전압이 상한전압을 상회하는 것을 방지할 수 있다.
1점쇄선으로 나타내는 방전요구선 DLb(-10℃)는, 방전제한선 UL(-10℃)의 제한을 받지 않고 직선을 그리도록 설정되는 추이의 예이며, SOC가 30[%]로부터 100[%]에 이를 때까지 변화율이 불변이다. 이와 같은 추이를 채용함으로써, 컨트롤러(30)는, 꺾은선을 그리도록 추이가 설정되는 경우와 같이 선회역행 중에 방전요구치가 급격하게 변화하는 경우가 없기 때문에, 쇼벨의 조작감이 급변하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 12를 참조하여, 커패시터(19)의 SOC가 커짐에 따라 또한 커패시터온도가 저하함에 따라 감소하는 수용 가능 충전전력에 대처하기 위하여, 컨트롤러(30)가 선회역행시의 선회속도를 제한하는 처리에 대하여 설명한다. 다만, 도 12는, 커패시터(19)의 SOC와 선회속도제한치의 관계를 나타내는 도이며, 가로축이 SOC[%]에 대응하고, 세로축이 선회속도제한치[rpm]에 대응한다.
구체적으로는, 커패시터(19)의 수용 가능 충전전력은, 선회개시시의 커패시터(19)의 SOC 및 커패시터온도에 따라 결정된다. 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 커패시터온도가 0℃이고 또한 SOC가 55[%]이면, 충전제한선 BL(0℃)를 참조하면, 수용 가능 충전전력은 값 C11이 된다. 그리고, 수용 가능 충전전력이 결정되면, 그 수용 가능 충전전력의 범위 내에서 실현 가능한 최대제동토크가 결정되고, 그 최대제동토크가 필요하게 될 때의 최대선회속도(선회속도제한치)가 결정된다.
본 실시예에서는, 선회속도제한치 Ncl은, 충전제한치를 Wcl로 하고, 최대제동토크를 Tmax로 하며, 어시스트제한치에 상당하는 전력을 Wa로 하면,
[수학식 2]
Figure 112016074225966-pct00002
로 나타난다. 다만, ξ1, ξ2는 효율을 나타낸다. 또, 선회개시시는, 예를 들면, 선회조작레버의 조작량이 소정치를 넘은 시점, 선회속도가 소정 속도에 도달한 시점 등을 의미한다. 또, 컨트롤러(30)는, 선회개시시마다 선회속도제한치를 결정한다.
도 12는, 상술과 같이 하여 결정되는 선회속도제한치의 SOC에 대한 추이를 나타낸다. 구체적으로는, 점선으로 나타내는 선회속도제한선 TL(20℃)는, 커패시터온도가 20℃일 때의 선회속도제한치의 추이를 나타내고, 점선으로 나타내는 선회속도제한선 TL(0℃)는, 커패시터온도가 0℃일 때의 선회속도제한치의 추이를 나타낸다. 또, 점선으로 나타내는 선회속도제한선 TL(-10℃)는, 커패시터온도가 -10℃일 때의 선회속도제한치의 추이를 나타내고, 점선으로 나타내는 선회속도제한선 TL(-20℃)는, 커패시터온도가 -20℃일 때의 선회속도제한치의 추이를 나타낸다.
또, 본 실시예에서는, 선회속도는 상한 Rmax로 전기적으로 혹은 기계적으로 제한된다. 또, 선회개시시의 SOC가 55[%] 이하이고 또한 커패시터온도가 0℃ 이하인 경우에는, SOC가 55[%]일 때의 선회속도제한치가 채용된다. 선회조작이 행해질 때마다 선회속도제한치가 변화되어 실제의 최대선회속도가 변화하는 것을 방지하기 위해서이다. 구체적으로는, 선회개시시의 SOC가 55[%] 이하이고 또한 커패시터온도가 -10℃인 경우에는, 선회속도제한치는 값 Rb로 설정된다. 또, 선회개시시의 SOC가 55[%] 이하이고 또한 커패시터온도가 -20℃인 경우에는, 선회속도제한치는 값 Ra로 설정된다. 다만, 도 10에 나타내는 바와 같은 SOC·요구치 대응테이블을 채용하면, 커패시터온도가 0℃ 이하인 경우, SOC가 55[%] 이하인 범위에서 선회조작이 행해지는 것이 통상이다. 이로 인하여, SOC가 55[%]보다 큰 범위에서 선회속도제한치가 선회속도제한선을 따라 변화하도록 했다고 해도, 선회조작이 행해질 때마다 실제의 최대선회속도가 변화되지는 않는다.
이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도에 따라 최대선회속도를 제한한다. 또, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 상승함에 따라 최대선회속도의 제한을 서서히 해제한다.
다음으로, 도 13을 참조하여, 컨트롤러(30)가 최대선회속도의 제한에 맞추어 선회역행시의 최대선회토크 및 메인펌프(14)의 펌프최대출력을 제한하는 처리에 대하여 설명한다. 다만, 도 13의 (A)는, 선회속도제한치와 선회토크제한치의 관계를 나타내는 도이며, 가로축이 선회속도제한치[rpm]에 대응하고, 세로축이 선회토크제한치[%]에 대응한다. 또, 도 13의 (B)는, 선회속도제한치와 펌프전류제한치의 관계를 나타내는 도이며, 가로축이 선회속도제한치[rpm]에 대응하고, 세로축이 펌프전류제한치[mA]에 대응한다.
예를 들면, 컨트롤러(30)는, 선회개시시의 SOC가 55[%] 이하이고 또한 커패시터온도가 -10℃인 경우에는, 선회속도제한치를 값 Rb로 제한한다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 도 13의 (A)에 나타내는 바와 같은 대응테이블을 참조하여, 선회토크제한치로서 값 Sb를 도출한다. 또, 컨트롤러(30)는, 도 13의 (B)에 나타내는 바와 같은 대응테이블을 참조하여, 펌프전류제한치로서 값 Pb를 도출한다.
마찬가지로, 컨트롤러(30)는, 선회개시시의 SOC가 55[%] 이하이고 또한 커패시터온도가 -20℃인 경우에는, 선회속도제한치를 값 Ra(<Rb)로 제한한다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 선회토크제한치로서 값 Sa(<Sb)를 도출하고, 펌프전류제한치로서 값 Pa(<Pb)를 도출한다.
다만, 컨트롤러(30)는, 선회속도제한치와 마찬가지로, 선회개시시마다 선회토크제한치 및 펌프전류제한치를 결정한다.
선회역행시의 선회토크의 제한은 상부선회체(3)의 가속도의 제한을 초래하고, 펌프전류의 제한은 유압액추에이터의 동작속도의 제한을 초래한다. 또, 그 후의 커패시터온도의 상승에 의한 선회토크의 제한의 완화는 상부선회체(3)의 가속도의 제한의 완화를 초래하고, 펌프전류의 제한의 완화는 유압액추에이터의 동작속도의 제한의 완화를 초래한다. 이로 인하여, 선회속도제한치가 최대치 Rmax 미만으로 제한되고 있는 경우에 붐상승선회가 행해지면, 선회속도의 제한에 맞추어 붐(4)의 상승속도도 제한된다. 또, 그 후의 커패시터온도의 상승에 의하여 선회속도제한치가 최대치 Rmax를 향하여 증대함에 따라 선회속도의 제한이 완화되고, 그 선회속도의 제한의 완화에 맞추어 붐(4)의 상승속도의 제한도 완화된다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 선회속도에 맞는 유압액추에이터의 동작속도를 조작자에게 제공할 수 있으며, 조작감이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 컨트롤러(30)는, 선회속도제한치로서 최대치 Rmax를 채용한 경우에는, 선회토크제한치로서 값 Smax를 도출하고, 펌프전류제한치로서 값 Pmax를 도출한다. 즉, 컨트롤러(30)는, 최대선회속도를 제한하지 않는 경우에는, 최대선회토크 및 펌프최대출력을 제한하지 않는다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도의 저하에 따라 충전제한치 및 방전제한치를 저감시키고 또한 방전요구치를 변화시킨다. 본 실시예에서는, SOC의 변화에 대한 충전제한치 및 방전제한치의 각각의 변화를 저감시키고, 또한 SOC의 변화에 대한 방전요구치의 변화를 저감시킨다. 구체적으로는, 커패시터온도의 저하에 따라 방전제한선 UL 및 충전제한선 BL의 각각의 제한치를 작게 한다. 또, 커패시터온도의 저하에 따라 선회역행시의 방전요구선 DL의 기울기를 작게 한다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 낮은 상태로 선회용 전동기(21)를 구동시킨 경우이더라도, 커패시터(19)의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 난기가 완료되기 전이어도, 커패시터(19)에 악영향을 주지 않고, 선회용 전동기(21)를 구동시킬 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도의 저하에 따라, 방전요구치를 값 제로보다 큰 값으로 하는 커패시터(19)의 충전율의 하한을 저감시킨다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도의 저하에 따라 방전개시 SOC를 저감시킨다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 낮을수록, 커패시터(19)의 SOC가 보다 낮은 범위에서 추이하도록, 선회역행시 및 선회회생시의 커패시터(19)의 충방전을 제어할 수 있다. 그 결과, 커패시터온도가 낮을수록, 보다 발열하기 쉬운 조건에서 커패시터(19)를 충방전시켜 커패시터(19)의 난기를 촉진할 수 있다. 또, 커패시터온도가 낮을수록, 선회회생개시시의 SOC를 낮게 유도하기 때문에, 선회회생 중에 커패시터(19)의 단자전압이 상한전압에 도달하는 것을 방지할 수 있어, 커패시터(19)의 과충전을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 더할 수 있다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에 커패시터온도에 따라 SOC·요구치 대응테이블의 내용을 조정한다. 그러나, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)가 역행운전상태인 경우에 한하여 SOC·요구치 대응테이블의 내용을 조정하는 것이 아닌, 선회용 전동기(21)가 회생운전상태 및 정지상태인 경우에도 커패시터온도에 따라 SOC·요구치 대응테이블의 내용을 조정해도 된다.
도 14는, SOC·요구치 대응테이블의 또 다른 예를 나타내는 도이며, 도 5 및 도 10에 대응한다. 구체적으로는, 도 14는, 커패시터(19)의 SOC와, 선회용 전동기(21)가 회생운전상태인 경우에 채용되는 방전요구치 및 충전요구치의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 선회역행시용 SOC·요구치 대응테이블뿐 아니라, 선회회생시용 SOC·요구치 대응테이블을 갖는다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 선회역행시와 마찬가지로, 커패시터온도가 낮을수록, 커패시터(19)의 SOC가 보다 낮은 범위에서 추이하도록, 선회회생시의 커패시터(19)의 충방전을 제어한다.
다만, 도시는 생략하지만, 컨트롤러(30)는, 선회정지시용 SOC·요구치 대응테이블을 갖고, 선회역행시 및 선회회생시와 마찬가지로, 커패시터온도가 낮을수록, 커패시터(19)의 SOC가 보다 낮은 범위에서 추이하도록, 선회정지시의 커패시터(19)의 충방전을 제어한다.
다음으로, 도 15를 참조하여, 유압구동계의 난기에 대하여 설명한다. 도 15는, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 유압회로의 개략도이다. 고압유로, 파일럿유로 및 전기제어라인을 각각 실선, 파선 및 점선으로 나타낸다.
본 실시예에서는, 메인펌프(14)는, 2개의 메인펌프(14L, 14R)로 구성되고, 레귤레이터(14a)는 2개의 레귤레이터(14aL, 14aR)로 구성된다. 또, 레귤레이터(14aL)는 메인펌프(14L)에 대응하고, 레귤레이터(14aR)는 메인펌프(14R)에 대응한다.
유압회로는, 메인펌프(14L, 14R)로부터, 센터바이패스유로(40L, 40R)의 각각을 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시킨다.
센터바이패스유로(40L)는, 유량제어밸브(150∼152)를 지나는 고압유로이다. 유량제어밸브(150)의 상류에는 릴리프밸브(50L)가 설치된다. 마찬가지로, 센터바이패스유로(40R)는, 유량제어밸브(153∼156)를 지나는 고압유로이다. 유량제어밸브(153)의 상류에는 릴리프밸브(50R)가 설치된다.
유량제어밸브(150)는 좌측주행용 유압모터(1L)를 흐르는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다. 유량제어밸브(153)는 우측주행용 유압모터(1R)를 흐르는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다. 또, 유량제어밸브(154)는 버킷실린더(9)를 흐르는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다. 유량제어밸브(151, 155)는 붐실린더(7)를 흐르는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다. 유량제어밸브(152, 156)는 암실린더(8)를 흐르는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다.
릴리프밸브(50L, 50R)는, 센터바이패스유로(40L, 40R) 내의 작동유의 압력을 소정 압력 이하로 억제하는 밸브이다. 구체적으로는, 릴리프밸브(50L, 50R)는, 센터바이패스유로(40L, 40R) 내의 작동유의 압력이 소정 압력에 도달한 경우에 개방되어 그 작동유를 작동유탱크에 방출한다.
유압구동계의 난기를 행하는 경우, 쇼벨의 조작자는, 예를 들면 버킷(6)을 완전히 폐쇄한 상태에서 버킷(6)의 폐쇄조작을 소정 시간(예를 들면 30초)을 넘지 않는 범위에서 계속한다. 이 경우, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유는, 버킷실린더(9)의 보텀측 유실(油室)에 유입할 수 없기 때문에, 도 15의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 센터바이패스유로(40R) 내의 작동유의 압력을 증대시킨다. 그리고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유는, 릴리프밸브(50R)를 통하여 작동유탱크에 방출되고, 릴리프밸브(50R)를 통과할 때의 관로저항에 기인하는 압력 손실에 따른 열을 발생시킨다. 그 결과, 유압회로를 순환하는 작동유의 온도가 상승한다. 그 후, 조작자는, 버킷(6)을 완전히 폐쇄한 경우와 마찬가지로, 버킷(6)을 완전히 개방한 상태에서 버킷(6)의 개방조작을 소정 시간(예를 들면 30초)을 넘지 않는 범위에서 계속하여 작동유의 온도를 상승시킨다. 이와 같이, 조작자는, 버킷(6)의 개폐를 반복함으로써, 작동유의 온도를 상승시킬 수 있다. 다만, 조작자는, 예를 들면 암(5)의 개폐조작 등, 버킷(6)의 개폐조작 이외의 조작을 행함으로써 작동유의 온도를 상승시켜도 된다.
다음으로, 도 16∼도 24를 참조하여, 축전계(120)의 난기에 대하여 설명한다. 도 16은, 축전계(120)의 난기개시조건을 설명하는 도이다. 다만, 축전계(120)의 난기개시조건에는, 쇼벨이 아이들링상태에 있을 때에 축전계(120)의 난기를 개시시키는 조건과, 조작자가 유압구동계를 난기하고 있을 때에 축전계(120)의 난기를 개시시키는 조건이 포함된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 소정 시간에 걸쳐 조작자에 의한 조작장치(26)에 대한 조작이 없고, 또한 커패시터온도가 소정의 난기개시 커패시터온도 Ts 이하인 경우에 축전계(120)의 난기를 개시한다. 이 조건은, 쇼벨이 아이들링상태에 있을 때에 축전계(120)의 난기를 개시시키는 조건에 대응한다. 다만, 커패시터온도는, 예를 들면, 소정 시간에 있어서의 평균치, 중간치, 최소치 등의 통계치여도 되고, 순간치여도 된다. 또, 커패시터온도는, 커패시터(19)의 냉각에 이용되는 냉각수의 온도를 검출함으로써 간접적으로 검출되어도 된다. 혹은, 컨트롤러(30)는, 소정 시간에 걸쳐 조작자에 의한 조작장치(26)에 대한 조작이 없고, 또한 냉각수온도센서(도시하지 않음)가 검출하는 냉각수온도가 소정의 난기개시 냉각수온도 이하인 경우에 축전계(120)의 난기를 개시해도 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 선회조작 및 주행조작이 없고, 커패시터온도가 Ts 이하이며, 또한 토출압센서(29A)의 검출치에 근거하여 유압구동계의 난기가 행해지고 있다고 판단한 경우에, 축전계(120)의 난기를 개시한다. 이 조건은, 조작자가 유압구동계를 난기하고 있을 때에 축전계(120)의 난기를 개시시키는 조건에 대응한다. 다만, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 선회조작 및 주행조작이 없고, 냉각수온도가 소정의 난기개시 냉각수온도 이하이며, 또한 토출압센서(29A)의 검출치에 근거하여 유압구동계의 난기가 행해지고 있다고 판단한 경우에, 축전계(120)의 난기를 개시해도 된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 토출압센서(29AL)(도 15 참조)가 검출하는 메인펌프(14L)의 토출압(제1 펌프압)이 대략 릴리프압으로 되어 있는 릴리프상태, 즉 릴리프밸브(50L)의 개방상태가 소정 시간 tr에 걸쳐 계속된 경우에, 유압구동계의 난기가 행해지고 있다고 판단한다. 혹은, 컨트롤러(30)는, 토출압센서(29AR)(도 15 참조)가 검출하는 메인펌프(14R)의 토출압(제2 펌프압)이 대략 릴리프압으로 되어 있는 릴리프상태, 즉 릴리프밸브(50R)의 개방상태가 소정 시간 tr에 걸쳐 계속된 경우에, 유압구동계의 난기가 행해지고 있다고 판단한다. 다만, 소정 시간 tr은, 굴삭조작 등에 의한 릴리프상태와, 유압구동계의 난기를 위한 릴리프상태를 구별하기 위하여 설정된다.
다음으로, 도 17을 참조하여, 컨트롤러(30)가 축전계(120)를 난기하는 처리(이하, “축전계 난기처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 도 17은, 축전계 난기처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 컨트롤러(30)는, 축전계(120)의 난기개시조건이 충족된 경우, 축전계(120)의 난기정지조건(후술)이 충족될 때까지, 이 축전계 난기처리를 소정의 제어주기로 반복하여 실행한다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 공지의 방법을 이용하여 커패시터(19)의 충전율(SOC)을 도출하고, 커패시터(19)의 SOC가 소정의 방전(어시스트)/충전(발전)개시 결정 충전율(SOC0) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S41).
SOC가 SOC0 이상이라고 판정한 경우(스텝 S41의 YES), 컨트롤러(30)는, 방전(어시스트)처리를 개시한다(스텝 S42).
또, SOC가 SOC0 미만이라고 판정한 경우(스텝 S41의 NO), 컨트롤러(30)는, 충전(발전)처리를 개시한다(스텝 S43).
도 18은, 방전(어시스트)처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 방전(어시스트)처리를 실행할 때, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)가 방전하는 전력에 의하여 전동발전기(12)를 전동기로서 작동시킨다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압이 소정의 하한전압(Vmin)보다 높고, 또한 커패시터(19)의 SOC가 소정의 충전이행개시 충전율(SOC1)보다 높은지를 판정한다(스텝 S51). Vmin은, 커패시터(19)의 과방전을 방지하기 위하여 미리 설정되는 값이다. SOC1은, 방전상태로부터 충전상태로의 이행을 개시하는 데에 적합한 SOC로서 미리 설정되는 값이다. 본 실시예에서는, SOC1은, 커패시터온도가 낮을수록 높아지도록 단계적으로 설정된다.
커패시터전압이 Vmin보다 높고, 또한 SOC가 SOC1보다 높다고 판정한 경우(스텝 S51의 YES), 컨트롤러(30)는, 방전량이 소정의 임계치 TH1 미만인지 아닌지를 판정한다(스텝 S52). 방전량은, 단위시간당 방전되는 전력량이며, 본 실시예에서는, 전력[kW]으로 나타난다. 또, 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압 검출부(112) 및 커패시터전류 검출부(113)의 검출치에 근거하여 방전량을 도출한다.
방전량이 임계치 TH1 미만이라고 판정한 경우(스텝 S52의 YES), 컨트롤러(30)는, 방전량을 증대시킨다(스텝 S53). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 소정의 증대 레이트[kW/s]로 방전량을 증대시킨 후, 처리를 스텝 S51로 되돌린다.
또, 방전량이 임계치 TH1 이상이라고 판정한 경우(스텝 S52의 NO), 컨트롤러(30)는, 방전량을 증대시키지 않고, 처리를 스텝 S51로 되돌린다.
한편, 커패시터전압이 Vmin 이하이거나, 혹은 SOC가 SOC1 이하라고 판정한 경우(스텝 S51의 NO), 컨트롤러(30)는, 방전량이 제로보다 큰지 아닌지를 판정한다(스텝 S54).
방전량이 제로보다 크다고 판정한 경우(스텝 S54의 YES), 즉, 방전 중이라고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 방전량을 저감시킨다(스텝 S55). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 소정의 저감 레이트로 방전량을 저감시킨 후, 처리를 스텝 S51로 되돌린다.
또, 방전량이 제로라고 판정한 경우(스텝 S54의 NO), 즉 방전이 종료되었다고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 방전(어시스트)처리를 종료시키고, 충전(발전)처리를 개시시킨다.
도 19는, 충전(발전)처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 충전(발전)처리를 실행할 때, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)에 의하여 발전기로서 구동되는 전동발전기(12)가 발전하는 전력을 이용하여 커패시터(19)를 충전시킨다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압이 소정의 상한전압(Vmax)보다 낮고, 또한 커패시터(19)의 SOC가 소정의 방전이행개시 충전율(SOC2)보다 낮은지를 판정한다(스텝 S61). Vmax는, 커패시터(19)의 과충전을 방지하기 위하여 미리 설정되는 값이다. SOC2는, 충전상태로부터 방전상태로의 이행을 개시하는 데에 적합한 SOC로서 미리 설정되는 값이다. 본 실시예에서는, SOC2는, 커패시터온도가 낮을수록 낮아지도록 단계적으로 설정된다.
커패시터전압이 Vmax보다 낮고, 또한 SOC가 SOC2보다 낮다고 판정한 경우(스텝 S61의 YES), 컨트롤러(30)는, 충전량이 소정의 임계치 TH2 미만인지 아닌지를 판정한다(스텝 S62). 충전량은, 단위시간당 충전되는 전력량이며, 본 실시예에서는, 전력[kW]으로 나타난다. 또, 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압 검출부(112) 및 커패시터전류 검출부(113)의 검출치에 근거하여 충전량을 도출한다.
충전량이 임계치 TH2 미만이라고 판정한 경우(스텝 S62의 YES), 컨트롤러(30)는, 충전량을 증대시킨다(스텝 S63). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 소정의 증대 레이트로 충전량을 증대시킨 후, 처리를 스텝 S61로 되돌린다.
또, 충전량이 임계치 TH2 이상이라고 판정한 경우(스텝 S62의 NO), 컨트롤러(30)는, 충전량을 증대시키지 않고, 처리를 스텝 S61로 되돌린다.
한편, 커패시터전압이 Vmax 이상이거나, 혹은 SOC가 SOC2 이상이라고 판정한 경우(스텝 S61의 NO), 컨트롤러(30)는, 충전량이 제로보다 큰지 아닌지를 판정한다(스텝 S64).
충전량이 제로보다 크다고 판정한 경우(스텝 S64의 YES), 즉, 충전 중이라고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 충전량을 저감시킨다(스텝 S65). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 소정의 저감 레이트로 충전량을 저감시킨 후, 처리를 스텝 S61로 되돌린다.
또, 충전량이 제로라고 판정한 경우(스텝 S64의 NO), 즉 충전이 종료되었다고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 충전(발전)처리를 종료시키고, 방전(어시스트)처리를 개시시킨다.
이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 축전계(120)의 난기정지조건(후술)이 충족될 때까지, 충전(발전)처리와 방전(어시스트)처리를 교대로 반복하고, 전동발전기(12)와 연동하는 커패시터(19)의 충방전에 따른 커패시터(19)의 내부저항에 의한 자기 발열에 의하여 커패시터(19)를 난기한다.
다음으로, 도 20을 참조하여, 축전계 난기처리 중의 각종 파라미터의 추이에 대하여 설명한다. 다만, 도 20은, 커패시터 입출력, SOC, 커패시터전압 및 커패시터전류의 추이를 나타내는 도이다. 커패시터 입출력은, 단위시간당 커패시터(19)를 출입하는 전력량이며, 본 실시예에서는, 전력[kW]으로 나타난다. 또, 커패시터 입출력의 정의 값은 커패시터(19)의 방전량에 상당하고, 커패시터 입출력의 부의 값은 커패시터(19)의 충전량에 상당한다.
구체적으로는, 도 20의 (A)는 커패시터 입출력과 SOC의 관계를 나타내는 도이며, 세로축에 커패시터 입출력을 배치하고, 가로축에 커패시터(19)의 SOC를 배치한다. 또, 도 20의 (B)는 커패시터 입출력의 시간적 추이를 나타내는 도이며, 도 20의 (C)는 SOC의 시간적 추이를 나타내는 도이다. 또, 도 20의 (D)는 커패시터전압의 시간적 추이를 나타내는 도이며, 도 20의 (E)는 커패시터전류의 시간적 추이를 나타내는 도이다. 다만, 도 20의 (B)∼도 20의 (E)의 시간축은 공통된다.
시각 t1에 있어서 축전계 난기처리가 개시되면, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC가 SOC0 이상이라고 판정하여 방전(어시스트)처리를 실행한다.
그리고, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압이 Vmin보다 크고, 또한 SOC가 SOC1보다 크다고 판정하며, 또한, 방전량이 임계치 TH1보다 작다고 판정하여 방전량을 소정의 증대 레이트로 증대시킨다.
그 후, 시각 t2에 있어서 방전량이 임계치 TH1에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 방전량의 증대를 멈추고, 방전량을 TH1로 일정하게 한 채 커패시터(19)로부터의 방전을 계속시킨다.
그 후, 시각 t3에 있어서 커패시터전압이 Vmin에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 방전으로부터 충전으로의 이행을 개시시킨다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 방전량을 소정의 저감 레이트로 저감시킨다.
그 후, 시각 t4에 있어서 방전량이 제로에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 방전(어시스트)처리를 종료시킨다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC가 SOC0 미만이라고 판정하여 충전(발전)처리를 실행한다.
그리고, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압이 Vmax보다 작고, 또한 SOC가 SOC2보다 작다고 판정하며, 또한, 충전량(절대치)이 임계치 TH2(절대치)보다 작다고 판정하여 충전량(절대치)을 소정의 증대 레이트로 증대시킨다. 다만, 이하에서는, 충전량 및 임계치 TH2는 절대치를 나타낸다.
그 후, 시각 t5에 있어서 충전량이 임계치 TH2에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 충전량의 증대를 멈추고, 충전량을 TH2로 일정하게 한 채 커패시터(19)로의 충전을 계속시킨다.
그 후, 시각 t6에 있어서 SOC가 SOC2에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 충전으로부터 방전으로의 이행을 개시시킨다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 충전량을 소정의 저감 레이트로 저감시킨다.
그 후, 시각 t7에 있어서 충전량이 제로에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 충전(발전)처리를 종료시킨다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC가 SOC0 이상이라고 판정하여 방전(어시스트)처리를 다시 실행한다.
그리고, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압이 Vmin보다 크고, 또한 SOC가 SOC1보다 크다고 판정하며, 또한, 방전량이 임계치 TH1보다 작다고 판정하여 방전량을 소정의 증대 레이트로 증대시킨다.
그 후, 시각 t8에 있어서 방전량이 임계치 TH1에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 방전량의 증대를 멈추고, 방전량을 TH1로 일정하게 한 채 커패시터(19)로부터의 방전을 계속시킨다.
그 후, 시각 t9에 있어서 커패시터전압이 Vmin에 도달하거나, 혹은 SOC가 SOC1에 도달하면, 컨트롤러(30)는, 방전으로부터 충전으로의 이행을 개시시킨다.
이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 축전계(120)의 난기정지조건(후술)이 충족될 때까지, 충전(발전)처리와 방전(어시스트)처리를 교대로 반복하고, 전동발전기(12)와 연동하는 커패시터(19)의 충방전에 따른 커패시터(19)의 내부저항에 의한 자기 발열에 의하여 커패시터(19)를 난기한다.
다음으로, 도 21을 참조하여, 축전계(120)의 난기정지조건에 대하여 설명한다. 다만, 축전계(120)의 난기정지조건에는, 난기개시조건과 마찬가지로, 쇼벨이 아이들링상태에 있을 때에 축전계(120)의 난기를 정지시키는 조건과, 조작자가 유압구동계를 난기하고 있을 때에 축전계(120)의 난기를 정지시키는 조건이 포함된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 조작장치(26)에 대한 조작이 있었거나, 혹은 커패시터온도가 소정의 난기정지 커패시터온도 Tf 이상이 된 경우에, 축전계(120)의 난기를 정지한다. 이 조건은, 쇼벨이 아이들링상태에 있을 때에 축전계(120)의 난기를 정지시키는 조건에 대응한다. 다만, 유압구동계의 난기 중에도 축전계(120)의 난기를 행하려고 하고 있음에도 불구하고, 조작장치(26)에 대한 조작이 있었을 경우에 축전계(120)의 난기를 정지시키는 것은 다음의 이유에 따른다. 즉, 조작장치(26)에 대한 조작이 있었던 시점에서는, 그 조작이 유압구동계의 난기를 개시시키기 위한 조작인지 굴삭작업 등을 위한 통상조작인지를 판별할 수 없기 때문이다. 또, 커패시터온도는, 커패시터(19)의 냉각에 이용되는 냉각수의 온도를 검출함으로써 간접적으로 검출되어도 된다. 혹은, 쇼벨이 아이들링상태에 있을 때, 컨트롤러(30)는, 냉각수온도가 소정의 난기정지 냉각수온도 이상이 된 경우에 축전계(120)의 난기를 정지시켜도 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 선회조작 혹은 주행조작이 있었는지, 커패시터온도가 Tf 이상이 되었는지, 혹은 토출압센서(29A)의 검출치에 근거하여 유압구동계의 난기가 행해지고 있지 않다고 판단한 경우에, 축전계(120)의 난기를 정지한다. 이 조건은, 조작자가 유압구동계를 난기하고 있을 때에 축전계(120)의 난기를 정지시키는 조건에 대응한다. 다만, 조작자가 유압구동계를 난기하고 있을 때이더라도, 컨트롤러(30)는, 냉각수온도가 소정의 난기정지 냉각수온도 이상이 된 경우에 축전계(120)의 난기를 정지시켜도 된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14L)의 토출압(제1 펌프압)이 릴리프압을 하회하는 비(非)릴리프상태, 즉 릴리프밸브(50L)가 폐쇄상태에 있는 경우에, 유압구동계의 난기가 행해지고 있지 않다고 판단한다. 혹은, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14R)의 토출압(제2 펌프압)이 릴리프압을 하회하는 비릴리프상태, 즉 릴리프밸브(50R)가 폐쇄상태에 있는 경우에, 유압구동계의 난기가 행해지고 있지 않다고 판단한다.
다만, 컨트롤러(30)는, 커패시터온도가 Tf 이상이 되기 전에 축전계(120)의 난기를 정지시킨 경우, 커패시터온도에 따라 쇼벨(예를 들면 선회용 전동기(21))의 움직임을 제한해도 된다. 축전계(120)의 난기가 불충분한 상태에서 축전계(120)의 충방전이 무제한으로 행해지게 되는 것을 방지하기 위해서이다. 이것은, 예를 들면, 커패시터(19)를 저온인 채로 사용하면, 커패시터(19)의 내부저항이 큰 것에 기인하여 커패시터전압이 상한전압 Vmax를 상회하거나 혹은 하한전압 Vmin을 하회하여, 커패시터(19)를 열화나 혹은 파손시킬 우려가 있기 때문이다.
다음으로, 도 22를 참조하여, 유압구동계의 난기가 행해지고 있을 때에 축전계(120)의 난기를 실행하는 경우에 컨트롤러(30)가 메인펌프(14)의 흡수마력을 증감시키는 처리(이하, “흡수마력 증감처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 22는, 흡수마력 증감처리를 설명하는 개념도이다. 또, 본 실시예에서는, 메인펌프(14)의 흡수마력은, 메인펌프(14)의 토출량과 토출압의 곱으로서 산출된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)을 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 엔진회전수센서(도시하지 않음)의 검출치를 받아, 내부메모리에 미리 기억된 엔진회전수·엔진출력 대응맵을 참조하여 엔진출력(EP)을 도출한다.
또, 컨트롤러(30)는, 어시스트출력(AP)을 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 커패시터전압 검출부(112) 및 커패시터전류 검출부(113)의 검출치에 근거하여, 전동발전기(12)와 커패시터(19)의 사이에서 주고받는 전력을 어시스트출력(AP)으로서 도출한다. 다만, 어시스트출력(AP)은, 전동발전기(12)가 전동기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 방전을 행하는 경우)에 정의 값이 되고, 전동발전기(12)가 발전기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 충전을 행하는 경우)에 부의 값이 된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)과 어시스트출력(AP)을 가산하여 총 출력(TP)을 도출한다. 총 출력(TP)은, 전동발전기(12)가 전동기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 방전을 행하는 경우)에 엔진출력(EP)보다 어시스트출력(AP)분만큼 큰 값이 되고, 전동발전기(12)가 발전기로서 기능하는 경우(커패시터(19)가 충전을 행하는 경우)에 엔진출력(EP)보다 어시스트출력(AP)분만큼 작은 값이 된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 펌프전류(PC)를 도출한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 엔진회전수센서의 검출치를 받아, 내부메모리에 미리 기억되어 있는 엔진회전수에 따른 총 출력·펌프전류 대응맵을 참조하여 펌프전류(PC)를 도출한다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 펌프전류(PC)를 레귤레이터(14a)에 대하여 출력한다. 본 실시예에서는, 레귤레이터(14a)는, 펌프전류(PC)가 작을수록 메인펌프(14)의 토출량을 저감시킨다.
이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)이 일정하면, 어시스트출력(AP)이 작을수록, 펌프전류(PC)를 작게 하여 메인펌프(14)의 흡수마력을 저감시킨다. 즉, 엔진회전수가 일정하면, 전동발전기(12)의 발전량(커패시터(19)의 충전량)이 클수록, 펌프전류(PC)를 작게 하여 메인펌프(14)의 흡수마력을 저감시킨다. 어시스트출력(AP)이 작아지면 총 출력(TP)도 작아져, 메인펌프(14)의 흡수마력을 저감시키지 않으면, 그 흡수마력이 총 출력(TP)을 상회할 우려가 있기 때문이다.
반대로, 컨트롤러(30)는, 엔진출력(EP)이 일정하면, 어시스트출력이 클수록, 펌프전류(PC)를 크게 하여 메인펌프(14)의 흡수마력을 증대시킨다. 즉, 엔진회전수가 일정하면, 전동발전기(12)의 전력 소비량(커패시터(19)의 방전량)이 클수록, 펌프전류(PC)를 크게 하여 메인펌프(14)의 흡수마력을 증대시킨다. 어시스트출력(AP)이 커지면 총 출력(TP)도 커져, 총 출력(TP)에 여유가 생기기 때문이며, 그 여유분을 메인펌프(14)가 효율적으로 이용할 수 있도록 하기 위해서이다.
다음으로, 도 23을 참조하여, 축전계 난기처리 중의 각종 파라미터의 시간적 추이에 대하여 설명한다. 다만, 도 23의 (A)∼도 23의 (E)는 각각, 펌프토출압, 어시스트출력, 엔진토크, 펌프부하 및 펌프전류의 시간적 추이를 나타내며, 시간축을 공통으로 한다. 본 실시예에서는, 펌프토출압은, 메인펌프(14R)의 토출압이다. 또, 어시스트출력은 상술한 어시스트출력(AP)에 대응하는 값이며, 엔진토크는 상술한 엔진출력(EP)에 대응하는 값이다. 또, 펌프부하는, 메인펌프(14R)의 흡수마력이며, 펌프전류는 컨트롤러(30)가 레귤레이터(14aR)(도 15 참조)에 대하여 출력하는 값이다.
펌프토출압은, 도 23의 (A)에 나타내는 바와 같이, 시각 t10 이전에는 유압구동계의 난기가 행해지고 있지 않기 때문에, 비교적 낮은 값으로 추이한다. 그리고, 시각 t10에 있어서 유압구동계의 난기가 개시되면 릴리프압 Pr까지 상승하고, 시각 t12에 있어서 유압구동계의 난기가 정지될 때까지, 릴리프압 Pr인 채로 추이한다. 그리고, 시각 t12에 있어서 유압구동계의 난기가 정지된 후에는, 유압구동계의 난기가 개시되기 전의 레벨로 추이한다.
어시스트출력은, 도 23의 (B)에 나타내는 바와 같이, 시각 t10 이전에는 축전계(120)의 난기가 행해지고 있기 때문에, 제로를 중심으로 증감을 반복하면서 추이한다. 그리고, 시각 t10에 있어서 유압구동계의 난기가 개시되면 제로가 된다. 이것은, 유압구동계의 난기를 개시시키기 위하여 버킷(6)이 조작된 결과, 축전계(120)의 난기정지조건이 충족된 것으로 하여 컨트롤러(30)가 축전계(120)의 난기를 정지시켰기 때문이다. 구체적으로는, 커패시터(19)의 충방전, 및 전동발전기(12)의 전동기 또는 발전기로서의 작동을 컨트롤러(30)가 정지시켰기 때문이다.
그 후, 시각 t11에 있어서, 어시스트출력은, 제로를 중심으로 한 증감의 반복을 재개시킨다. 이것은, 펌프토출압이 대략 릴리프압으로 되어 있는 릴리프상태가 소정 시간 tr에 걸쳐 계속된 결과, 유압구동계의 난기가 행해지고 있는 것으로 하여 컨트롤러(30)가 축전계(120)의 난기를 개시시켰기 때문이다. 구체적으로는, 커패시터(19)의 충방전, 및 전동발전기(12)의 전동기 또는 발전기로서의 작동을 컨트롤러(30)가 개시시켰기 때문이다.
그 후, 시각 t12에 있어서, 어시스트출력은 다시 제로가 된다. 이것은, 펌프토출압이 릴리프압 Pr 미만이 된 결과, 유압구동계의 난기가 정지된 것으로 하여 컨트롤러(30)가 축전계(120)의 난기를 정지시켰기 때문이다.
그 후, 시각 t13에 있어서, 어시스트출력은, 제로를 중심으로 한 증감의 반복을 재개시킨다. 이것은, 소정 시간에 걸쳐 조작장치(26)에 대한 조작이 없는 상태가 계속된 결과, 난기개시조건이 충족된 것으로 하여 컨트롤러(30)가 축전계(120)의 난기를 개시시켰기 때문이다.
엔진토크는, 도 23의 (C)에 나타내는 바와 같이, 시각 t10 이전에는 유압구동계의 난기가 행해지고 있지 않기 때문에, 어시스트출력의 증감에 따라, 아이들링시의 토크 Ti를 중심으로 하여 증감을 반복하면서 추이한다. 그리고, 시각 t10에 있어서 유압구동계의 난기가 개시되면 허용 최대토크 Tmax가 된다. 이것은, 유압구동계의 난기 때문에 펌프토출압이 릴리프압에 도달한 결과, 펌프부하가 증대하기 때문이다.
그 후, 엔진토크는, 어시스트출력이 정의 값이 되는 기간을 제외하고, Tmax인 채로 추이한다. 어시스트출력이 정의 값이 되는 기간에는, 엔진토크는, 어시스트출력이 증대함에 따라 감소한다. 어시스트출력이 정의 값이 되는 기간에 엔진토크가 감소하는 것은, 전동기로서 기능하는 전동발전기(12)에 의하여 엔진(11)이 어시스트되어, 엔진부하가 감소하기 때문이다. 한편, 어시스트출력이 부의 값이 되는 기간에는, 엔진토크는, Tmax인 채로 추이한다. 이것은, 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 증가분이, 펌프부하를 저감시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 감소분으로 상쇄되기 때문이다. 구체적으로는, 어시스트출력(도 23의 (B) 참조)의 부의 값 영역에 있어서의 변동에 따라 컨트롤러(30)가 펌프전류(도 23의 (E) 참조)를 저감시키고, 나아가서는 그 펌프전류의 저감에 따라 펌프부하(도 23의 (D) 참조)를 저감시키기 때문이다.
다만, 도 23의 (C)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴의 영역은, 만일 펌프부하의 저감이 행해지지 않은 경우에 전동발전기(12)를 발전기로서 작동시키기 위하여 필요하게 된 엔진부하(엔진토크)의 증가분을 나타낸다. 또, 도 23의 (B)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴의 영역은, 유압구동계의 난기 중에 있어서의 전동발전기(12)에 의한 발전량을 나타내며, 도 23의 (C)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴으로 나타내는 엔진토크의 증가분에 대응한다. 또, 도 23의 (D)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴의 영역은 펌프부하의 저감분을 나타내며, 도 23의 (C)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴으로 나타내는 엔진토크의 증가분에 대응한다.
다음으로, 도 24를 참조하여, 축전계 난기처리 중의 각종 파라미터의 시간적 추이의 다른 일례에 대하여 설명한다. 다만, 도 24는, 엔진토크, 펌프전류 및 펌프부하의 시간적 추이가 도 23의 추이와 상이하지만, 기타 파라미터의 시간적 추이는 도 23의 추이와 공통된다. 이로 인하여, 공통 부분의 설명을 생략하고, 상이한 부분을 상세하게 설명한다.
도 24의 (C)에서는, 도 23의 (C)와는 달리, 유압구동계의 난기 중, 엔진토크는, 어시스트출력의 추이에 관계없이, Tmax인 채로 추이한다.
이것은, 어시스트출력이 정의 값이 되는 기간에는, 전동발전기(12)를 전동기로서 기능시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 감소분이, 펌프부하를 증대시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 증가분으로 상쇄되기 때문이다. 구체적으로는, 어시스트출력(도 24의 (B) 참조)의 정의 값 영역에 있어서의 변동에 따라 컨트롤러(30)가 펌프전류(도 24의 (E) 참조)를 증대시키고, 나아가서는 그 펌프전류의 증대에 따라 펌프부하(도 24의 (D) 참조)를 증대시키기 때문이다.
또, 어시스트출력이 부의 값이 되는 기간에는, 전동발전기(12)를 발전기로서 기능시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 증가분이, 펌프부하를 저감시키는 것에 의한 엔진부하(엔진토크)의 감소분으로 상쇄되기 때문이다. 구체적으로는, 어시스트출력(도 24의 (B) 참조)의 부의 값 영역에 있어서의 변동에 따라 컨트롤러(30)가 펌프전류(도 24의 (E) 참조)를 저감시키고, 나아가서는 그 펌프전류의 저감에 따라 펌프부하(도 24의 (D) 참조)를 저감시키기 때문이다.
다만, 도 24의 (C)에 있어서의 간격이 좁은 도트 패턴의 영역은, 만일 펌프부하의 증대가 행해지지 않은 경우에 전동발전기(12)를 전동기로서 작동시키는 것에 의하여 경감되고 있었을 엔진부하(엔진토크)의 감소분을 나타낸다. 또, 도 24의 (B)에 있어서의 간격이 좁은 도트 패턴의 영역은, 유압구동계의 난기 중에 있어서의 전동발전기(12)에 의한 전력 소비량을 나타내며, 도 24의 (C)에 있어서의 간격이 좁은 도트 패턴으로 나타내는 엔진토크의 감소분에 대응한다. 또, 도 24의 (D)에 있어서의 간격이 좁은 도트 패턴의 영역은 펌프부하의 증대분을 나타내며, 도 24의 (C)에 있어서의 간격이 좁은 도트 패턴으로 나타내는 엔진토크의 감소분에 대응한다.
또, 도 24의 (B)∼도 24의 (D)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴의 영역은, 도 23의 (B)∼도 23의 (D)에 있어서의 간격이 넓은 도트 패턴의 영역과 동일한 의미를 갖는다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 유압구동계의 난기와 축전계(120)의 난기를 동시에 실행할 수 있게 한다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 축전계(120)의 난기와 유압구동계의 난기를 효율적으로 실행할 수 있어, 전체적인 난기시간을 단축할 수 있다. 다만, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)의 난기, 유압구동계의 난기 및 축전계(120)의 난기를 동시에 실행해도 된다. 또, 유압구동계의 난기 및 축전계(120)의 난기는 모두, 엔진부하를 증대시키는 경향이 있기 때문에, 엔진(11)의 난기를 앞당기는 효과를 갖는다.
또, 컨트롤러(30)는, 유압구동계의 난기 중에 축전계(120)의 난기를 위하여 전동발전기(12)를 발전기로서 작동시키는 경우에는, 메인펌프(14)의 흡수마력을 저감시킨다. 이로 인하여, 전동발전기(12)의 흡수마력(엔진(11)에 대한 발전부하)과 메인펌프(14)의 흡수마력(엔진(11)에 대한 유압부하)의 합계가 엔진(11)의 출력 마력을 넘어버리는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 유압구동계의 난기 중에 축전계(120)의 난기를 행한 경우에 엔진회전수가 저하되거나 혹은 엔진(11)이 정지해 버리는 것을 방지할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 유압구동계의 난기 중에 축전계(120)의 난기를 위하여 전동발전기(12)를 전동기로서 작동시키는 경우에는, 메인펌프(14)의 흡수마력을 증대시켜도 된다. 이로 인하여, 엔진(11)의 출력 마력을 넘지 않는 범위에서 메인펌프(14)의 흡수마력을 최대한으로 증대시켜 유압구동계의 난기를 더 촉진할 수 있다. 그 결과, 유압구동계의 난기시간을 더 단축할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 유압구동계가 난기 중인지 아닌지를 판정한다. 상술한 실시예에서는, 메인펌프(14)의 토출압이 대략 릴리프압으로 되어 있는 릴리프상태가 소정 시간에 걸쳐 계속된 경우에, 유압구동계가 난기 중이라고 판정한다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 유압구동계가 난기 중인지 굴삭 등의 작업 중인지를 신뢰성 높게 판별할 수 있다. 그 결과, 굴삭 등의 작업 중에 축전계(120)의 난기가 행해지게 되는 것을 방지할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 소정의 난기개시조건이 충족된 경우에 축전계(120)의 난기를 개시시키고, 소정의 난기정지조건이 충족된 경우에 축전계(120)의 난기를 정지시킨다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 유압구동계가 난기 중이라고 판정하고 있는 경우에는, 커패시터온도가 난기개시 커패시터온도 Ts 이하이며, 또한 선회조작 및 주행조작이 행해지지 않은 경우에, 축전계(120)의 난기를 개시시킨다. 또, 유압구동계가 난기 중이라고 판정하고 있는 경우에는, 커패시터온도가 난기정지 커패시터온도 Tf 이상인 경우, 혹은 선회조작 또는 주행조작이 행해진 경우에, 축전계(120)의 난기를 정지시킨다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 부적절한 타이밍에 축전계(120)의 난기가 개시되거나, 혹은 부적절한 타이밍에 축전계(120)의 난기가 정지되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 더할 수 있다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는, 충전이행개시 충전율(SOC1)은, 커패시터온도가 낮을수록 높아지도록 단계적으로 설정되고, 방전이행개시 충전율(SOC2)은, 커패시터온도가 낮을수록 낮아지도록 단계적으로 설정된다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, SOC1 및 SOC2 중 적어도 한쪽은, 커패시터온도에 따라 무단계로 설정되어도 된다.
또, 본원은, 2014년 3월 6일에 출원한 일본 특허출원 2014-044240호 및 2014년 3월 31일에 출원한 일본 특허출원 2014-074526호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이들 일본 특허출원의 전체내용을 본원에 참고로 원용한다.
1: 하부주행체
1R: 우측주행용 유압모터
1L: 좌측주행용 유압모터
2: 선회기구
3: 상부선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
10: 캐빈
11: 엔진
12: 전동발전기
13: 변속기
14, 14L, 14R: 메인펌프
14a, 14aL, 14aR: 레귤레이터
15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브
18: 인버터
19: 커패시터
20: 인버터
21: 선회용 전동기
22: 리졸버
23: 메커니컬브레이크
24: 선회변속기
25: 파일럿라인
26: 조작장치
26A, 26B: 레버
26C: 페달
27: 유압라인
28: 유압라인
29: 압력센서
29A, 29AL, 29AR: 토출압센서
30: 컨트롤러
40L, 40R: 센터바이패스유로
50L, 50R: 릴리프밸브
150∼156: 유량제어밸브
100: 승강압 컨버터
110: DC버스
111: DC버스전압 검출부
112: 커패시터전압 검출부
113: 커패시터전류 검출부
120: 축전계
M2, M3: 온도센서

Claims (15)

  1. 하부주행체와,
    상부선회체와,
    작업어태치먼트와,
    엔진과,
    상기 엔진에 연결된 전동발전기와,
    상기 전동발전기와 연결하여 상기 작업어태치먼트에 작동유를 공급하는 유압펌프와,
    상기 상부선회체에 탑재되는 선회용 전동기와,
    축전기와,
    상기 축전기와 상기 선회용 전동기를 전기적으로 접속하는 DC버스와,
    제어장치를 갖고,
    상기 제어장치는, 축전기의 온도의 저하에 따라, 상기 축전기의 충전제한치 및 방전제한치를 저감시키고, 또한 상기 축전기의 온도의 저하에 따라서 선회속도의 값을 저하시키는 것에 의해 상기 선회용 전동기에 공급되는 전력을 저감시키는, 쇼벨.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 축전기의 온도의 저하에 따라, 축전기의 충전율의 감소에 따른 방전제한치의 감소를 나타내는 그래프의 기울기를 작게하고, 축전기의 충전율의 감소에 따른 충전제한치의 증가를 나타내는 그래프의 기울기를 작게하는 쇼벨.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 축전기의 온도의 저하에 따라, 방전개시 충전율을 저감시키는 쇼벨.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 축전기의 온도의 저하에 따라 선회속도제한치를 저하시키는 쇼벨.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 선회속도제한치의 저하에 따라 선회토크제한치를 저하시키는 쇼벨.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 선회속도제한치의 저하에 따라 상기 유압펌프의 토출량을 저감시키는 쇼벨.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 선회회생시에, 축전기의 온도의 저하에 따라 상기 축전기가 상기 선회용 전동기에 공급하는 전력의 최대치인 방전요구치를 저감시키는 쇼벨.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 선회역행시에, 축전기의 온도의 저하에 따라 상기 축전기가 상기 선회용 전동기에 공급하는 전력의 최대치인 방전요구치를 저감시키는 쇼벨.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업어태치먼트를 구동하는 유압구동계를 갖고,
    상기 제어장치는, 상기 유압구동계의 난기 중에, 상기 축전기를 충방전시켜 상기 축전기를 난기하는 쇼벨.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 유압구동계의 난기 중이며 또한 상기 축전기의 난기 중에, 상기 전동발전기를 발전기로서 작동시키는 경우에, 상기 유압구동계를 구성하는 상기 유압펌프의 흡수마력을 저감시키는 쇼벨.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 유압구동계의 난기 중이며 또한 상기 축전기의 난기 중에, 상기 전동발전기를 전동기로서 작동시키는 경우에, 상기 유압구동계를 구성하는 상기 유압펌프의 흡수마력을 증대시키는 쇼벨.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 유압구동계가 난기 중인지 아닌지를 판정하는 쇼벨.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 축전기에 관한 온도가 소정 온도 이하이며, 또한 선회조작 및 주행조작이 행해지지 않은 경우에, 상기 축전기의 난기를 개시시키는 쇼벨.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 축전기에 관한 온도가 소정 온도 이상이 된 경우, 혹은 선회조작 또는 주행조작이 행해진 경우에, 상기 축전기의 난기를 정지시키는 쇼벨.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 축전기의 충전율의 감소에 따라서 상기 축전기가 상기 선회용전동기에 공급하는 전력의 최대치인 방전요구치를 저감시키는 쇼벨.
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