KR20170132237A - 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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KR20170132237A
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KR1020177030766A
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마사히로 에가와
하루히코 가와사키
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)이며, 유체압 펌프(71, 72)와, 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터(88)와, 회생 모터(88)에 의해 회전 구동되는 회전 전기 기기(91)와, 회생 전력이 충전되는 축전부(26)와, 축전부(26)의 온도를 검출하는 온도 검출부(26a)를 구비하고, 제어부(90)는 축전부(26)의 온도가 제1 설정 온도를 하회한 경우에, 축전부(26)의 온도에 따른 내부 저항 분만큼, 축전부(26)의 온도가 제1 설정 온도 이상인 경우의 충전 종료 전압과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.

Description

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 및 제어 방법
본 발명은, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
JP2011-241539A에는, 배터리의 전력에 의해 구동되는 전동기와 엔진이 동력원으로서 병용되는 하이브리드 건설 기계가 개시되어 있다. 이 하이브리드 건설 기계에서는, 액추에이터로부터 환류되는 작동유에 의해 회생 모터가 회전 구동되고, 회생 모터와 동축에 설치되는 발전기에 의한 회생 전력을 배터리에 충전하고 있다.
그런데, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 이차 전지 등의 배터리는, 온도가 적정한 범위보다 낮은 상태에서는 내부 저항이 커진다. JP2011-241539A의 하이브리드 건설 기계에서는, 배터리의 온도가 낮아질수록 회생 모터의 회생 전력을 작게 하고, 소정의 온도보다 낮아진 경우에는 회생을 정지하고 있다.
본 발명은, 축전부의 온도가 낮은 상태라도 축전부에의 회생 전력의 충전을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템은, 유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급하는 유체압 펌프와, 상기 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와, 상기 회생 모터에 의해 회전 구동되는 회전 전기 기기와, 상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 축전부와, 상기 축전부의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 축전부에의 회생 전력의 충전을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 축전부의 온도가 제1 설정 온도를 하회한 경우에, 상기 축전부의 온도에 따른 내부 저항 분만큼, 상기 축전부의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상인 경우의 충전 종료 전압과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와, 상기 회생 모터에 의해 회전 구동되는 회전 전기 기기와, 상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 축전부를 구비하는 하이브리드 건설 기계를 제어하는 제어 방법에서는, 상기 축전부의 온도를 검출하여, 상기 축전부의 온도가 제1 설정 온도를 하회한 경우에, 상기 축전부의 온도에 따른 내부 저항 분만큼, 상기 축전부의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상인 경우의 충전 종료 전압과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템을 도시하는 회로도이다.
도 2는 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 있어서의 잉여 유량 회생 제어의 흐름도이다.
도 3은 축전부의 온도에 대응하는 충전 종료 전압을 나타내는 맵이다.
도 4는 축전부를 충전 중인 전압에 대응하는 회전 전기 기기의 토크 지령값을 나타내는 맵이다.
도 5는 축전부를 충전 중인 전압에 대응하는 회전 전기 기기의 토크 지령값을 나타내는 맵의 변형예이다.
도 6은 축전부의 온도에 대응하는 회전 전기 기기의 토크 지령값을 나타내는 맵이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 하이브리드 건설 기계가 유압 셔블인 경우에 대해 설명한다. 유압 셔블에서는, 작동 유체로서 작동유가 사용된다.
유압 셔블은, 유체압 펌프로서의 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)를 구비한다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 경사판의 틸팅각을 조정 가능한 가변 용량형 펌프이다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 엔진(73)에 의해 구동되어 동축 회전한다.
엔진(73)에는, 엔진(73)의 여력을 이용하여 발전하는 발전기(1)가 설치된다. 발전기(1)에서 발전된 전력은, 배터리 차저(25)를 통해 축전부로서의 배터리(26)에 충전된다. 배터리 차저(25)는, 통상의 가정용 전원(27)에 접속한 경우에도, 배터리(26)에 전력을 충전할 수 있다.
배터리(26)에는, 배터리(26)의 온도를 검출하는 온도 검출부로서의 온도 센서(26a)와, 배터리(26)의 전압을 검출하는 전압 검출부로서의 전압 센서(도시 생략)가 설치된다. 온도 센서(26a)는, 검출한 배터리(26)의 온도에 따른 전기 신호를 제어부로서의 컨트롤러(90)에 출력한다.
제1 메인 펌프(71)로부터 토출되는 작동유는, 제1 회로 계통(75)에 공급된다. 제1 회로 계통(75)은, 상류측으로부터 차례로 선회 모터(76)를 제어하는 조작 밸브(2)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(3)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 붐 2속용 조작 밸브(4)와, 예비용 어태치먼트(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(5)와, 좌측 주행용 제1 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(6)를 갖는다. 이들 선회 모터(76), 아암 실린더, 붐 실린더(77), 예비용 어태치먼트에 접속되는 유압 기기, 및 제1 주행용 모터가, 유체압 액추에이터(이하, 단순히 「액추에이터」라고 칭함)에 해당된다.
각 조작 밸브(2∼6)는, 제1 메인 펌프(71)로부터 각 액추에이터로 공급되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 조작 밸브(2∼6)는, 유압 셔블의 작업자가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 조작 밸브(2∼6)는, 서로 병렬인 중립 유로(7)와 패럴렐 유로(8)를 통해 제1 메인 펌프(71)에 접속되어 있다. 중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(2)의 상류측에는, 중립 유로(7)의 작동유압이 소정의 메인 릴리프압을 초과하면 밸브 개방하여, 작동유압을 메인 릴리프압 이하로 유지하는 메인 릴리프 밸브(65)가 설치된다.
중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(6)의 하류측에는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖고 중립 유로(7)의 작동유를 차단 가능한 개폐 밸브(9)가 설치된다. 개폐 밸브(9)는, 노멀 상태에서 완전 개방 상태를 유지한다. 개폐 밸브(9)는, 컨트롤러(90)의 지령에 의해 폐쇄 상태로 전환된다.
중립 유로(7)에 있어서의 개폐 밸브(9)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿압 생성 기구(10)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(10)는, 통과하는 작동유의 유량이 많으면 높은 파일럿압을 생성하고, 통과하는 작동유의 유량이 적으면 낮은 파일럿압을 생성한다.
중립 유로(7)는, 조작 밸브(2∼6) 전부가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있는 경우에는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 전부 또는 일부를 탱크로 유도한다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(10)를 통과하는 유량이 많아지므로, 높은 파일럿압이 생성된다.
한편, 조작 밸브(2∼6)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(7)가 폐쇄되어 작동유의 유통이 없어진다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(10)를 통과하는 유량이 거의 없어져, 파일럿압은 제로를 유지하게 된다. 단, 조작 밸브(2∼6)의 조작량에 따라서는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 일부가 액추에이터로 유도되고, 나머지가 중립 유로(7)로부터 탱크로 유도되게 된다. 그로 인해, 파일럿압 생성 기구(10)는, 중립 유로(7)의 작동유의 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 즉, 파일럿압 생성 기구(10)는, 조작 밸브(2∼6)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.
파일럿압 생성 기구(10)에는 파일럿 유로(11)가 접속된다. 파일럿 유로(11)에는, 파일럿압 생성 기구(10)에서 생성된 파일럿압이 유도된다. 파일럿압 생성 기구(10)는, 제1 메인 펌프(71)의 토출 용량(경사판의 틸팅각)을 제어하는 레귤레이터(12)에 접속된다.
레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(11)의 파일럿압과 비례(비례 상수는 음의 수)하여 제1 메인 펌프(71)의 경사판의 틸팅각을 제어한다. 이에 의해, 레귤레이터(12)는, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당 배기량을 제어한다. 즉, 제1 메인 펌프(71)의 토출량은, 파일럿 유로(11)의 파일럿압에 따라서 가변한다. 조작 밸브(2∼6)가 풀 스트로크로 전환되어 중립 유로(7)의 흐름이 없어져, 파일럿 유로(11)의 파일럿압이 제로로 되면, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각이 최대로 된다. 이때, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당 배기량이 최대가 된다.
파일럿 유로(11)에는, 파일럿 유로(11)의 압력을 검출하는 제1 압력 센서(13)가 설치된다. 제1 압력 센서(13)에 의해 검출된 압력 신호는, 컨트롤러(90)에 출력된다.
제2 메인 펌프(72)로부터 토출되는 작동유는, 제2 회로 계통(78)에 공급된다. 제2 회로 계통(78)은, 상류측으로부터 차례로 우측 주행용인 제2 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(14)와, 버킷 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(15)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 조작 밸브(16)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 아암 2속용 조작 밸브(17)를 갖는다. 이들 제2 주행용 모터, 버킷 실린더, 붐 실린더(77), 및 아암 실린더가, 유체압 액추에이터(이하, 단순히 「액추에이터」라고 칭함)에 해당된다.
각 조작 밸브(14∼17)는, 제2 메인 펌프(72)로부터 각 액추에이터로 공급되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 조작 밸브(14∼17)는, 유압 셔블의 작업자가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 조작 밸브(14∼17)는, 서로 병렬인 중립 유로(18)와 패럴렐 유로(19)를 통해 제2 메인 펌프(72)에 접속되어 있다. 중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(14)의 상류측에는, 중립 유로(18)의 작동유압이 소정의 메인 릴리프압을 초과하면 밸브 개방하여, 작동유압을 메인 릴리프압 이하로 유지하는 메인 릴리프 밸브(66)가 설치된다.
또한, 메인 릴리프 밸브(65, 66)는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 적어도 어느 한쪽에 설치되면 된다. 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 한쪽에만 메인 릴리프 밸브가 설치되는 경우에는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 다른 쪽으로부터도 작동유가 동일한 메인 릴리프 밸브로 유도되도록 접속된다. 이와 같이, 단일의 메인 릴리프 밸브가 설치되는 경우에는, 메인 릴리프 밸브는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78)에서 공용된다.
중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(17)의 하류측에는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖고 중립 유로(18)의 작동유를 차단 가능한 개폐 밸브(21)가 설치된다. 개폐 밸브(21)는, 노멀 상태에서 완전 개방 상태를 유지한다. 개폐 밸브(21)는, 컨트롤러(90)의 지령에 의해 폐쇄 상태로 전환된다.
중립 유로(18)에 있어서의 개폐 밸브(21)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿압 생성 기구(20)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(20)는, 제1 메인 펌프(71)측의 파일럿압 생성 기구(10)와 동일한 기능을 갖는 것이다.
파일럿압 생성 기구(20)에는 파일럿 유로(22)가 접속된다. 파일럿 유로(22)에는, 파일럿압 생성 기구(20)에서 생성된 파일럿압이 유도된다. 파일럿 유로(22)는, 제2 메인 펌프(72)의 토출 용량(경사판의 틸팅각)을 제어하는 레귤레이터(23)에 접속된다.
레귤레이터(23)는, 파일럿 유로(22)의 파일럿압과 비례(비례 상수는 음의 수)하여 제2 메인 펌프(72)의 경사판의 틸팅각을 제어한다. 이에 의해, 레귤레이터(23)는 제2 메인 펌프(72)의 1회전당 배기량을 제어한다. 즉, 제2 메인 펌프의 토출량은, 파일럿 유로(22)의 파일럿압에 따라서 가변한다. 조작 밸브(14∼17)가 풀 스트로크로 전환되어 중립 유로(18)의 흐름이 없어져, 파일럿 유로(22)의 파일럿압이 제로로 되면, 제2 메인 펌프(72)의 틸팅각이 최대가 된다. 이때, 제2 메인 펌프(72)의 1회전당 배기량이 최대가 된다.
파일럿 유로(22)에는, 파일럿 유로(22)의 압력을 검출하는 제2 압력 센서(24)가 설치된다. 제2 압력 센서(24)에 의해 검출된 압력 신호는, 컨트롤러(90)에 출력된다.
다음으로, 선회 모터(76)에 대해 설명한다.
조작 밸브(2)의 액추에이터 포트에는, 선회 모터(76)에 연통하는 유로(28, 29)가 접속된다. 유로(28, 29)에는, 각각 릴리프 밸브(30, 31)가 접속된다. 조작 밸브(2)가 중립 위치로 유지되어 있을 때에는, 액추에이터 포트는 폐쇄되어 있고, 선회 모터(76)는 정지 상태를 유지한다.
선회 모터(76)가 정지하고 있는 상태에서, 조작 밸브(2)가 중립 위치로부터 한쪽으로 전환되면, 유로(28)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 유로(29)가 탱크에 연통된다. 이에 의해, 유로(28)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 일 방향으로 회전함과 함께, 선회 모터(76)로부터의 복귀유가 유로(29)를 통해 탱크로 되돌아간다. 조작 밸브(2)가 다른 쪽으로 전환되면, 유로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 유로(28)가 탱크에 연통된다. 이에 의해, 유로(29)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 타 방향으로 회전함과 함께, 선회 모터(76)로부터의 복귀유가 유로(28)를 통해 탱크로 되돌아간다.
다음으로, 붐 실린더(77)에 대해 설명한다.
조작 밸브(16)의 액추에이터 포트에는, 붐 실린더(77)에 연통되는 유로(32, 35)가 접속된다. 조작 밸브(16)가 중립 위치로 유지되어 있을 때에는, 액추에이터 포트는 폐쇄되어 있고, 붐 실린더(77)는 정지 상태를 유지한다.
붐 실린더(77)가 정지하고 있는 상태에서, 조작 밸브(16)가 중립 위치로부터 한쪽으로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 유로(32)를 통해 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)에 공급됨과 함께, 로드측실(34)로부터의 복귀유가 유로(35)를 통해 탱크로 되돌아간다. 이에 의해, 붐 실린더(77)는 신장된다. 조작 밸브(16)가 다른 쪽으로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 유로(35)를 통해 붐 실린더(77)의 로드측실(34)에 공급됨과 함께, 피스톤측실(33)로부터의 복귀유가 유로(32)를 통해 탱크로 되돌아간다. 이에 의해, 붐 실린더(77)는 수축된다.
제1 회로 계통(75)의 붐 2속용 조작 밸브(3)는, 조작 밸브(16)와 연동하여 전환된다. 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)과 조작 밸브(16)를 접속하는 유로(32)에는, 컨트롤러(90)에 의해 개방도가 제어되는 전자 비례 스로틀 밸브(36)가 설치된다. 전자 비례 스로틀 밸브(36)는 노멀 상태에서 완전 개방 위치를 유지한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 선회 모터(76) 및 붐 실린더(77)로부터의 작동유의 에너지를 회수하는 회생 제어를 실행하는 회생 장치를 구비한다. 이하에서는, 그 회생 장치에 대해 설명한다.
회생 장치에 의한 회생 제어는, 컨트롤러(90)에 의해 실행된다. 컨트롤러(90)는, 회생 제어를 실행하는 CPU(중앙 연산 처리 장치)와, CPU의 처리 동작에 필요한 제어 프로그램이나 설정값 등이 기억된 ROM(리드 온리 메모리)과, 각종 센서가 검출한 정보를 일시적으로 기억하는 RAM(랜덤 액세스 메모리)을 구비한다.
먼저, 선회 모터(76)로부터의 작동유를 이용하여 에너지 회생을 행하는 선회 회생 제어에 대해 설명한다.
선회 모터(76)에 접속되는 유로(28, 29)는, 선회 모터(76)로부터의 작동유를 회생용 회생 모터(88)로 유도하기 위한 선회 회생 유로(47)에 접속된다. 유로(28, 29) 각각에는, 선회 회생 유로(47)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(48, 49)가 설치된다. 선회 회생 유로(47)는, 합류 회생 유로(46)를 통해 회생 모터(88)에 접속된다.
회생 모터(88)는, 경사판의 틸팅각을 조정 가능한 가변 용량형 모터이며, 발전기 겸용의 회전 전기 기기로서의 모터 제너레이터(91)와 동축 회전하도록 연결되어 있다. 회생 모터(88)는, 선회 모터(76)나 붐 실린더(77)로부터 합류 회생 유로(46)를 통해 환류되는 작동유에 의해 회전 구동된다. 또한, 회생 모터(88)는, 후술하는 잉여 유량 회생을 실행하는 경우에는, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되어 환류되는 작동유에 의해 회전 구동된다. 회생 모터(88)의 경사판의 틸팅각은, 경각 제어기(38)에 의해 제어된다. 경각 제어기(38)는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 제어된다.
회생 모터(88)는, 모터 제너레이터(91)를 회전 구동 가능하다. 모터 제너레이터(91)가 발전기로서 기능한 경우에는, 발전된 회생 전력은 인버터(92)를 통해 배터리(26)에 충전된다. 회생 모터(88)와 모터 제너레이터(91)는, 직접 연결되어도 되고, 감속기를 통해 연결되어도 된다.
회생 모터(88)의 상류에는, 회생 모터(88)로의 작동유의 공급량이 충분하지 않게 된 경우에, 탱크로부터 합류 회생 유로(46)에 작동유를 흡입해 올려 회생 모터(88)로 공급하는 흡상 유로(61)가 접속된다. 흡상 유로(61)에는, 탱크로부터 합류 회생 유로(46)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(61a)가 설치된다.
선회 회생 유로(47)에는, 컨트롤러(90)로부터 출력되는 신호에 의해 전환 제어되는 전자 전환 밸브(50)가 설치된다. 전자 전환 밸브(50)와 체크 밸브(48, 49)의 사이에는, 선회 모터(76)의 선회 동작 시의 선회 압력 또는 브레이크 동작 시의 브레이크 압력을 검출하는 압력 센서(51)가 설치된다. 압력 센서(51)에 의해 검출된 압력 신호는, 컨트롤러(90)에 출력된다.
유로(28, 29)를 통해 공급되는 작동유에 의해 선회 모터(76)가 선회하고 있을 때에 조작 밸브(2)가 중립 위치로 전환되는 브레이크 동작 시에는, 선회 모터(76)의 펌프 작용에 의해 토출된 작동유가 체크 밸브(48, 49)를 통해 선회 회생 유로(47)로 유입되어, 회생 모터(88)로 유도된다.
선회 회생 유로(47)에 있어서의 전자 전환 밸브(50)의 하류측에는, 안전 밸브(52)가 설치된다. 안전 밸브(52)는, 예를 들어 선회 회생 유로(47)의 전자 전환 밸브(50) 등에 이상이 발생한 경우에, 유로(28, 29)의 압력을 유지하여 선회 모터(76)가 일주하는 것을 방지하는 것이다.
컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 검출 압력이 선회 회생 개시 압력 이상으로 되었다고 판정한 경우에는, 전자 전환 밸브(50)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자 전환 밸브(50)가 개방 위치로 전환되어 선회 회생이 개시된다. 컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 검출 압력이 선회 회생 개시 압력 미만으로 되었다고 판정한 경우에는, 전자 전환 밸브(50)의 솔레노이드를 비여자로 한다. 이에 의해, 전자 전환 밸브(50)가 폐쇄 위치로 전환되어 선회 회생이 정지한다.
다음으로, 붐 실린더(77)로부터의 작동유를 이용하여 에너지 회생을 행하는 붐 회생 제어에 대해 설명한다.
유로(32)에는, 피스톤측실(33)과 전자 비례 스로틀 밸브(36) 사이로부터 분기되는 붐 회생 유로(53)가 접속된다. 붐 회생 유로(53)는, 피스톤측실(33)로부터의 복귀 작동유를 회생 모터(88)로 유도하기 위한 유로이다. 선회 회생 유로(47)와 붐 회생 유로(53)는 합류하여 합류 회생 유로(46)에 접속된다.
붐 회생 유로(53)에는, 컨트롤러(90)로부터 출력되는 신호에 의해 전환 제어되는 전자 전환 밸브(54)가 설치된다. 전자 전환 밸브(54)는, 솔레노이드가 비여자일 때에 폐쇄 위치(도시의 상태)로 전환되어, 붐 회생 유로(53)를 차단한다. 전자 전환 밸브(54)는, 솔레노이드가 여자되었을 때에 개방 위치로 전환되고, 붐 회생 유로(53)를 개통하여 피스톤측실(33)로부터 합류 회생 유로(46)로의 작동유의 흐름만을 허용한다.
컨트롤러(90)는, 조작 밸브(16)의 조작 방향과 그 조작량을 검출하는 센서(도시 생략)의 검출 결과에 기초하여, 작업자가 붐 실린더(77)를 신장시키려고 하고 있는지, 또는 수축시키려고 하고 있는지를 판정한다. 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 신장 동작을 판정하면, 전자 비례 스로틀 밸브(36)를 노멀 상태인 완전 개방 위치로 유지함과 함께, 전자 전환 밸브(54)를 폐쇄 위치로 유지한다. 한편, 컨트롤러(90)는 붐 실린더(77)의 수축 동작을 판정하면, 조작 밸브(16)의 조작량에 따라서 작업자가 구하고 있는 붐 실린더(77)의 수축 속도를 연산함과 함께, 전자 비례 스로틀 밸브(36)를 폐쇄하여 전자 전환 밸브(54)를 개방 위치로 전환한다. 이에 의해, 붐 실린더(77)로부터의 복귀 작동유 전량이 회생 모터(88)로 유도되어, 붐 회생이 실행된다.
이하, 중립 유로(7, 18)로부터의 작동유의 에너지를 회수하여 에너지 회생을 행하는 잉여 유량 회생 제어(스탠바이 회생 제어)에 대해 설명한다. 잉여 유량 회생 제어는, 선회 회생 제어 및 붐 회생 제어와 마찬가지로 컨트롤러(90)에 의해 실행된다.
제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에는, 각각 유로(55, 56)가 접속된다. 유로(55, 56)에는, 각각 전자 밸브(58, 59)가 설치된다. 유로(55, 56)는, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 상류측에서, 각각 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에 접속되어 있다. 전자 밸브(58, 59)는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖는다.
전자 밸브(58, 59)는, 솔레노이드가 비여자일 때에는, 폐쇄 위치(도시한 위치)로 전환되고, 솔레노이드가 여자되었을 때에 개방 위치로 전환된다. 전자 밸브(58, 59)는, 합류 유로(57) 및 체크 밸브(60)를 통해 회생 모터(88)에 접속된다.
컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)로부터의 신호에 기초하여, 제1 회로 계통(75)의 모든 조작 밸브(2∼6)가 중립 위치인 경우에는, 전자 밸브(58)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자 밸브(58)가 개방 위치로 전환된다. 이때, 컨트롤러(90)는 개폐 밸브(9)의 솔레노이드를 여자하여, 개폐 밸브(9)를 폐쇄 상태로 전환한다. 이에 의해, 제1 메인 펌프(71)로부터 중립 유로(7)로 토출된 작동유는, 유로(55)를 통해 합류 회생 유로(46)로 유도되어, 제1 회로 계통(75)의 잉여 유량 회생이 실행된다. 이때, 파일럿압 생성 기구(10)가 생성하는 파일럿압은 최소로 되므로, 레귤레이터(12)는 제1 메인 펌프(71)의 용량이 최대로 되도록 제어한다.
마찬가지로, 컨트롤러(90)는, 제2 압력 센서(24)로부터의 신호에 기초하여, 제2 회로 계통(78)의 모든 조작 밸브(14∼17)가 중립 위치인 경우에는, 전자 밸브(59)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자 밸브(59)가 개방 위치로 전환된다. 이때, 컨트롤러(90)는, 개폐 밸브(21)의 솔레노이드를 여자하여, 개폐 밸브(21)를 폐쇄 상태로 전환한다. 이에 의해, 제2 메인 펌프(72)로부터 중립 유로(18)로 토출된 작동유는, 유로(56)를 통해 합류 회생 유로(46)로 유도되어, 제2 회로 계통(78)의 잉여 유량 회생이 실행된다. 이때, 파일럿압 생성 기구(20)가 생성하는 파일럿압은 최소로 되므로, 레귤레이터(23)는 제2 메인 펌프(72)의 용량이 최대로 되도록 제어한다.
이와 같이, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유는, 전자 밸브(58, 59)를 경유하여 회생 모터(88)에 공급되어, 회생 모터(88)를 회전 구동한다. 회생 모터(88)는, 모터 제너레이터(91)를 회전 구동하여 발전시킨다. 모터 제너레이터(91)에서 발전된 전력은, 인버터(92)를 통해 배터리(26)에 충전된다. 이에 의해, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되는 작동유의 잉여 유량에 의한 잉여 유량 회생이 실행된다.
이하, 어시스트 펌프(89)로부터의 작동유의 에너지에 의해 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 출력을 어시스트하는 어시스트 제어에 대해 설명한다.
어시스트 펌프(89)는, 회생 모터(88)와 동축 회전한다. 어시스트 펌프(89)는, 모터 제너레이터(91)를 전동 모터로서 사용하였을 때의 구동력과, 회생 모터(88)에 의한 구동력에 의해 회전한다. 모터 제너레이터(91)의 회전수 등은, 인버터(92)에 접속된 컨트롤러(90)에 의해 제어된다. 또한, 어시스트 펌프(89)의 경사판의 틸팅각은, 경각 제어기(37)에 의해 제어된다. 경각 제어기(37)는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 제어된다.
어시스트 펌프(89)의 토출 유로(39)는, 제1 메인 펌프(71)의 토출측에 합류하는 제1 어시스트 유로(40)와, 제2 메인 펌프(72)의 토출측에 합류하는 제2 어시스트 유로(41)로 분기된다. 제1, 제2 어시스트 유로(40, 41) 각각에는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 개방도가 제어되는 제1, 제2 전자 비례 스로틀 밸브(42, 43)가 설치된다. 또한, 제1, 제2 어시스트 유로(40, 41)에는, 제1, 제2 전자 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 하류에, 어시스트 펌프(89)로부터 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(44, 45)가 각각 설치된다.
다음으로, 주로 도 2 내지 도 6을 참조하여, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에 있어서 배터리(26)의 온도 T[℃]에 따라서 실행되는 잉여 유량 회생 제어에 대해 설명한다.
이 잉여 유량 회생은, 액추에이터가 작동하고 있지 않은 비작업 시이며, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유가 그대로 환류되는 경우에 실행된다. 따라서, 하이브리드 건설 기계를 기동한 직후의 작업 개시 전이나, 작업 중이라도 액추에이터가 작동하고 있지 않은 경우에 잉여 유량 회생이 실행되므로, 하이브리드 건설 기계의 동작에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
일반적으로, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 이차 전지 등의 축전지는, 온도 T가 낮아질수록 충전 시의 내부 저항 R(T)[Ω]이 커진다. 그로 인해, 축전지의 온도 T에 따라서는, 통상의 충전 시의 전류 ic[A]로 충전한 경우에, 축전지의 외관상의 전압 Vf[V]가 풀 충전 시의 충전 종료 전압 Vf0[V]에 도달해 있음에도 불구하고, 충전 종료 후에 내부 저항 R(T)에 상당하는 분의 전압 강하가 발생하는 경우가 있다(Vf＝Vf0－ic×R(T)).
또한, 충전 종료 후의 전압 강하에 의해 축전지의 전압이 풀 충전 시의 충전 종료 전압 Vf0[V]로부터 저하된 경우에는, 충전이 완료되어 있지 않다고 판정되어 다시 축전지의 충전이 실행되는 경우가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 배터리(26)의 온도 T에 따라서 충전 전류와 충전 종료 전압을 조정함으로써, 배터리(26)의 온도 T가 낮은 경우에도 풀 충전을 할 수 있도록 하였다. 컨트롤러(90)는, 도 2에 나타내는 루틴을, 하이브리드 건설 기계의 운전 중에, 예를 들어 10밀리초마다의 일정 시간 간격으로 반복 실행한다.
도 3에서는, 횡축은 배터리(26)의 온도 T이고, 종축은 배터리(26)의 전압 V[V]이다. 도 4 및 도 5에서는, 횡축은 충전 중인 배터리(26)의 전압 V이고, 종축은 모터 제너레이터(91)의 토크 지령값(충전 전류)이다. 도 6에서는, 횡축은 배터리(26)의 온도 T이고, 종축은 모터 제너레이터(91)의 토크 지령값(충전 전류)이다.
도 2의 스텝 S11에서는, 컨트롤러(90)는, 온도 센서(26a)가 검출한 배터리(26)의 온도 T와, 전압 센서가 검출한 배터리(26)의 전압 V를 판독한다.
스텝 S12에서는, 배터리(26)의 온도 T가 후술하는 제1 설정 온도 TL1[℃]과 비교하여 낮은 제2 설정 온도 TL2[℃] 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S12에서, 온도 T가 제2 설정 온도 TL2 이상이라고 판정된 경우에는, 스텝 S13으로 이행한다. 한편, 스텝 S12에서, 온도 T가 제2 설정 온도 TL2 이상이 아닌, 즉, 제2 설정 온도 TL2보다 낮다고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 온도 T가 저온 B(도 3 참조)의 범위 내이므로, 스텝 S24로 이행한다.
스텝 S13에서는, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S13에서, 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상이라고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 온도 T가 적온(도 3 참조)의 범위 내이므로, 스텝 S14로 이행한다. 한편, 스텝 S13에서, 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상이 아닌, 즉, 제1 설정 온도 TL1보다 낮다고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A(도 3 참조)의 범위 내이므로, 스텝 S19로 이행한다.
스텝 S14 내지 스텝 S18은, 배터리(26)의 온도 T가 적온의 범위 내인 경우의 플로우이다.
스텝 S14에서는, 도 3의 맵으로부터, 배터리(26)의 온도 T가 적온의 범위 내인 경우의 충전 종료 전압 Vf0[V]을 판독한다. 이 충전 종료 전압 Vf0은, 배터리(26)의 정격의 충전 종료 전압이다.
스텝 S15에서는, 배터리(26)의 전압 V가 충전 종료 전압 Vf0 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S15에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vf0 이상이라고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있으므로, 스텝 S16으로 이행하여 충전을 종료하는 처리를 행한 후, 리턴한다. 한편, 스텝 S15에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vf0 이상이 아닌, 즉, 충전 종료 전압 Vf0보다 낮다고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있지 않으므로, 스텝 S17로 이행한다.
스텝 S17에서는, 배터리(26)의 온도 T가 적온의 범위 내이며, 내부 저항 R(T)이 충분히 작아, 통상의 충전 전류 ic[A]에 의한 충전이 가능하므로, 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic로 설정한다. 그리고, 스텝 S18로 이행하여 배터리(26)의 충전 전류 ic에 의한 충전을 계속한다.
스텝 S19 내지 스텝 S23은, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A의 범위 내인 경우의 플로우이다. 저온 A의 범위는, 배터리(26)의 온도 T에 대응하는 크기의 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하 분만큼 높은 전압까지 충전을 행해도 배터리(26)의 사용 상한 전압 Vu[V]에 도달하지 않는 범위이다(Vf0＋ic×R(T)＜Vu).
스텝 S19에서는, 도 3의 맵으로부터, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A의 범위 내인 경우의 충전 종료 전압 Vf(T)[V]를 판독한다. 이 충전 종료 전압 Vf(T)는, 배터리(26)의 온도 T가 적온인 경우의 충전 종료 전압 Vf0에, 배터리(26)의 내부 저항 R(T)과 충전 전류 ic로부터 연산되는 전압 강하분의 전압을 더한 값이다(Vf(T)＝Vf0＋ic×R(T)).
스텝 S20에서는, 배터리(26)의 전압 V가 충전 종료 전압 Vf(T) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S20에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vf(T) 이상이라고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있으므로, 스텝 S21로 이행하여 충전을 종료하는 처리를 행한 후, 리턴한다. 한편, 스텝 S20에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vf(T) 이상이 아닌, 즉, 충전 종료 전압 Vf(T)보다 낮다고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있지 않으므로, 스텝 S22로 이행한다.
스텝 S22에서는, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A의 범위 내이며, 내부 저항 R(T)이 그만큼 크지 않아, 통상의 충전 전류 ic[A]에 의해 충전 가능하므로, 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic로 설정한다. 그리고, 스텝 S23으로 이행하여 배터리(26)의 충전 전류 ic에 의한 충전을 계속한다.
이와 같이, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회하고 있고 저온 A의 범위 내인 경우에, 배터리(26)의 온도 T에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.
이에 의해, 충전 종료 후에 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하가 발생한 후의 배터리(26)의 전압을, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0으로 할 수 있다. 따라서, 배터리(26)의 온도 T가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 실행할 수 있다.
스텝 S24 내지 스텝 S31은, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A와 비교하여 낮은 저온 B의 범위 내인 경우의 플로우이다. 저온 B의 범위는, 배터리(26)의 온도 T에 대응하는 크기의 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하 분만큼 높은 전압까지 통상의 충전 전류 ic로 충전을 실행하면 배터리(26)의 사용 상한 전압 Vu를 초과할 우려가 있는 범위이다.
스텝 S24에서는, 도 3의 맵으로부터, 배터리(26)의 온도 T가 저온 B의 범위 내인 경우의 충전 종료 전압 Vfs(T)[V]를 판독한다. 이 충전 종료 전압 Vfs(T)는, 배터리(26)의 온도 T가 적온인 경우의 충전 종료 전압 Vf0에, 배터리(26)의 내부 저항 R(T)과 후술하는 저충전 전류 ics(T)[A]로부터 연산되는 전압 강하분의 전압을 더한 값이다(Vfs(T)＝Vf0＋ics×R(T)).
스텝 S25에서는, 배터리(26)의 전압 V가, 배터리(26)의 온도 T가 저온 A와 저온 B의 경계인 제2 설정 온도 TL2일 때의 충전 종료 전압 Vf(T)인 전압 VAB[V]보다 작은지 여부를 판정한다. 스텝 S25에서, 전압 V가 전압 VAB보다 작다고 판정된 경우에는, 통상의 충전 전류 iC에 의한 충전을 계속해도 배터리(26)의 전압 V가 사용 상한 전압 Vu를 초과하지 않는 높이의 범위 내이므로, 스텝 S26으로 이행한다. 한편, 전압 V가 전압 VAB보다 작지 않은, 즉, 전압 VAB 이상이라고 판정된 경우에는, 그대로 통상의 충전 전류 iC에 의한 충전을 계속하면 배터리(26)의 전압 V가 사용 상한 전압 Vu에 도달할 우려가 있는 높이까지 상승하고 있으므로, 스텝 S28로 이행하여 충전 전류를 저충전 전류 ics(T)로 저하시킨다.
스텝 S26에서는, 배터리(26)의 온도 T가 저온 B의 범위 내이지만, 배터리(26)의 전압 V가 전압 VAB까지 높아져 있지 않아, 통상의 충전 전류 ic로 충전 가능하므로, 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic로 설정한다. 그리고, 스텝 S27로 이행하여 배터리(26)의 통상 전류로의 충전을 계속한다.
한편, 스텝 S28에서는, 배터리(26)의 전압 V가 충전 종료 전압 Vfs(T) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S28에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vfs(T) 이상이라고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있으므로, 스텝 S29로 이행하여 충전을 종료하는 처리를 행한 후, 리턴한다. 한편, 스텝 S28에서, 전압 V가 충전 종료 전압 Vfs(T) 이상이 아닌, 즉, 충전 종료 전압 Vfs(T)보다 낮다고 판정된 경우에는, 배터리(26)의 충전이 완료되어 있지 않으므로, 스텝 S30으로 이행한다.
스텝 S30에서는, 배터리(26)의 온도 T가 저온 B의 범위 내이며, 또한 배터리(26)의 전압 V가 전압 VAB를 초과하고 있어, 통상의 충전 전류 ic보다 낮은 전류로 충전할 필요가 있으므로, 충전 전류를 배터리(26)의 온도 T에 따른 저충전 전류 ics(T)로 설정한다. 그리고, 스텝 S31로 이행하여 저충전 전류 ics(T)에 의한 배터리(26)의 충전을 계속한다.
여기서, 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic로부터 저충전 전류 ics(T)로 전환할 때에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 배터리(26)의 전압 V가 VAB와 비교하여 높은 경우에, 회생 모터(88)가 모터 제너레이터(91)를 회전 구동할 때의 토크의 크기를 조정하는 토크 지령값을 작게 함으로써, 통상 전류에서의 충전 전류 ic와 비교하여 작게 조정된다. 구체적으로는, 토크 지령값의 변경은, 컨트롤러(90)가 인버터(92)에 토크 지령값에 따른 지령을 출력함으로써 실행된다. 토크 지령값이 작아지면, 회생 모터(88)가 모터 제너레이터(91)를 회전 구동할 때의 토크도 작아진다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 토크 지령값을, 통상의 충전 전류 ic로부터 저충전 전류 ics(T)에 걸쳐 1차 지연 특성으로 변화시키도록 해도 된다. 이 경우, 모터 제너레이터(91)의 발전량이 급격하게 변화되지 않으므로, 발전량의 변화에 기인하는 소음이나 쇼크를 억제할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(90)는, 저온 B의 범위 내에 있어서는, 배터리(26)의 온도 T가 작아질수록 토크 지령값을 작게 설정한다. 즉, 컨트롤러(90)는, 저온 B의 범위 내에 있어서는, 배터리(26)의 온도 T가 작아질수록 저충전 전류 ics(T)를 작게 한다. 또한, 컨트롤러(90)는 배터리(26)의 온도 T가 낮아질수록 배터리(26)에의 저충전 전류 ics(T)의 저하율을 작게 한다.
이에 의해, 배터리(26)를 통상의 충전 전류 ic로 충전하는 저온 A의 범위를 넓게 할 수 있으므로, 배터리(26)의 충전 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 저온 B의 범위의 하한을 낮은 온도 T로 설정할 수 있으므로, 배터리(26)를 충전 가능한 온도 범위를 넓게 할 수 있다.
이상과 같이, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 T가 제2 설정 온도 TL2를 하회한 경우에, 배터리(26)에의 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic보다 작게 설정되는 저충전 전류 ics(T)로 한다. 이에 의해, 배터리(26)의 온도 T가 적온인 경우의 충전 종료 전압 Vf0에 배터리(26)의 내부 저항 R(T)과 저충전 전류 ics(T)로부터 연산되는 전압 강하분의 전압을 더해도, 저충전 전류 ics(T)가 작게 설정되어 있으므로, 배터리(26)의 사용 상한 전압 Vu를 초과하는 일은 없다(Vf0＋ics(T)×R(T)＜Vu). 따라서, 배터리(26)의 온도 T가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 실행할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 스텝 S18, S23, S27, 및 S31에서 충전을 계속하는 경우에는, 스텝 S11로 리턴하여, 배터리(26)의 온도 T와 전압 V를 다시 판독한다. 이와 같이, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)에의 회생 전력의 충전이 실행되고 있을 때에도, 도 2의 루틴을 반복할 때마다 배터리(26)의 온도 T와 전압 V를 항상 최신의 값으로 갱신하면서 회생 전력의 충전을 실행한다.
예를 들어, 저온 B의 범위와 같이 내부 저항 R(T)이 큰 경우에는, 충전 시의 발열량이 크다. 그로 인해, 배터리(26)를 충전하면 배터리(26)의 온도 T가 상승한다. 또한, 저온 B의 범위 내에서 배터리(26)를 충전할 때의 저충전 전류 ics(T)는 배터리(26)의 온도 T의 상승에 따라서 커진다. 따라서, 배터리(26)의 온도 T의 상승에 따라서 충전 전류가 커지므로, 충전 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 저온 B의 범위로부터 온도 T가 상승하여 저온 A의 범위 내로 되거나, 저온 A의 범위로부터 온도 T가 상승하여 적온의 범위 내로 되거나 하면, 충전 종료 전압이 변경된다. 이와 같이, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 변화에 따라서 항상 충전 전류 및 충전 종료 전압을 조정하고 있다. 따라서, 배터리(26)의 온도 T에 따른 적절한 회생 전력의 충전을 실행할 수 있다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회한 경우에는, 배터리(26)의 온도에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 배터리(26)에 회생 전력을 충전한다. 따라서, 충전 종료 후에 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하가 발생한 후의 배터리(26)의 전압을, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1인 경우의 충전 종료 전압 Vf0으로 할 수 있다.
또한, 배터리(26)의 온도 T가 제2 설정 온도 TL2를 하회한 경우에는, 배터리(26)에의 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic보다 작게 설정되는 저충전 전류 ics(T)로 한다. 이에 의해, 배터리(26)의 온도 T가 적온인 경우의 충전 종료 전압 Vf0에 배터리(26)의 내부 저항 R(T)과 저충전 전류 ics(T)로부터 연산되는 전압 강하분의 전압을 더해도, 저충전 전류 ics(T)가 작게 설정되어 있으므로, 배터리(26)의 사용 상한 전압 Vu를 초과하는 일은 없다.
따라서, 배터리(26)의 온도가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 구성, 작용 및 효과를 정리하여 설명한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)와, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되어 환류되는 작동유에 의해 회전 구동되는 회생 모터(88)와, 회생 모터(88)에 의해 회전 구동되는 모터 제너레이터(91)와, 모터 제너레이터(91)에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 배터리(26)와, 배터리(26)의 온도를 검출하는 온도 센서(26a)와, 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 제어하는 컨트롤러(90)를 구비하고, 컨트롤러(90)는 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회한 경우에, 배터리(26)의 온도 T에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.
이 구성에서는, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회한 경우에는, 배터리(26)의 온도에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 배터리(26)에 회생 전력을 충전한다. 따라서, 충전 종료 후에 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하가 발생한 후의 배터리(26)의 전압을, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1인 경우의 충전 종료 전압 Vf0으로 할 수 있다. 따라서, 배터리(26)의 온도가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 행할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1과 비교하여 낮은 제2 설정 온도 TL2를 하회한 경우에, 배터리(26)에의 충전 전류를 작게 한다.
또한, 컨트롤러(90)는, 회생 모터(88)가 모터 제너레이터(91)를 회전 구동할 때의 토크 지령값을 작게 함으로써 배터리(26)에의 충전 전류를 작게 한다.
이들 구성에서는, 배터리(26)의 온도 T가 제2 설정 온도 TL2를 하회한 경우에는, 배터리(26)에의 충전 전류를 통상의 충전 전류 ic보다 작게 설정되는 저충전 전류 ics(T)로 한다. 이에 의해, 배터리(26)의 온도 T가 적온인 경우의 충전 종료 전압 Vf0에 배터리(26)의 내부 저항 R(T)과 저충전 전류 ics(T)로부터 연산되는 전압 강하분의 전압을 더해도, 저충전 전류 ics(T)가 작게 설정되어 있으므로, 배터리(26)의 사용 상한 전압 Vu를 초과하는 일은 없다. 따라서, 배터리(26)의 온도가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 행할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 회생 모터(88)의 토크 지령값을 1차 지연 특성으로 변화시킨다.
이 구성에서는, 모터 제너레이터(91)의 발전량이 급격하게 변화되지 않으므로, 발전량의 변화에 기인하는 소음이나 쇼크를 억제할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 T가 낮아질수록 배터리(26)에의 충전 전류를 작게 한다.
또한, 컨트롤러(90)는 배터리(26)의 온도 T가 낮아질수록 배터리(26)에의 충전 전류의 저하율을 작게 한다.
이들 구성에서는, 배터리(26)의 온도 T가 작아질수록 충전 전류를 작게 함으로써, 저온 B의 범위의 하한을 낮은 온도 T로 설정할 수 있으므로, 배터리(26)를 충전 가능한 온도 범위를 넓게 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)에의 회생 전력의 충전이 실행되고 있을 때에도, 배터리(26)의 온도 T에 따라서 배터리(26)에의 충전 전류를 조정한다.
이 구성에서는, 저온 B의 범위 내에서 온도 T가 상승하면, 충전 전류가 변경된다. 이와 같이, 컨트롤러(90)는, 배터리(26)의 온도 변화에 따라서 항상 충전 전류를 조정하고 있다. 따라서, 배터리(26)의 온도 T에 따른 적절한 회생 전력의 충전을 실행할 수 있다.
또한, 배터리(26)에의 회생 전력의 충전은, 액추에이터가 작동하고 있지 않아 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유가 그대로 환류되는 경우에 실행된다.
이 구성에서는, 하이브리드 건설 기계를 기동한 직후의 작업 개시 전이나, 작업 중이라도 액추에이터가 작동하고 있지 않은 경우에 잉여 유량 회생이 실행되므로, 하이브리드 건설 기계의 동작에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되어 환류되는 작동유에 의해 회전 구동되는 회생 모터(88)와, 회생 모터(88)에 의해 회전 구동되는 모터 제너레이터(91)와, 모터 제너레이터(91)에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 배터리(26)를 구비하는 하이브리드 건설 기계를 제어하는 제어 방법은, 배터리(26)의 온도를 검출하여, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회한 경우에, 배터리(26)의 온도에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼, 배터리(26)의 온도가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행한다.
이 구성에서는, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1을 하회한 경우에는, 배터리(26)의 온도에 따른 내부 저항 R(T) 분만큼 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1 이상인 경우의 충전 종료 전압 Vf0과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 배터리(26)에 회생 전력을 충전한다. 따라서, 충전 종료 후에 내부 저항 R(T)에 기인하는 전압 강하가 발생한 후의 배터리(26)의 전압을, 배터리(26)의 온도 T가 제1 설정 온도 TL1인 경우의 충전 종료 전압 Vf0으로 할 수 있다. 따라서, 배터리(26)의 온도가 낮은 상태라도 배터리(26)에의 회생 전력의 충전을 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 액추에이터가 작동하고 있지 않아 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유가 그대로 환류되는 잉여 유량 회생 제어가 실행되는 경우에 있어서의 배터리(26)의 온도 T에 따른 회생 제어에 대해 설명하였지만, 이 대신에, 선회 모터(76)나 붐 실린더(77) 등의 액추에이터로부터 환류되는 작동유를 사용하여 배터리(26)의 온도 T에 따른 회생 제어를 실행해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 저온 B의 범위 내에서의 배터리(26)의 충전 시에는, 토크 지령값을 작게 함으로써, 저충전 전류 ics(T)로 저하시키고 있지만, 이 대신에, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 경사판의 틸팅각을 작게 하여, 회생 모터(88)에 환류되는 작동유의 유량을 적게 함으로써, 충전 전류를 저충전 전류 ics(T)로 저하시켜도 된다. 이 경우, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 배터리(26)의 충전에 필요한 동력으로 조정되므로, 배터리(26)의 충전을 더욱 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 6에 나타내는 맵 대신에, 배터리(26)의 온도 T를 변수로 하는 함수 f(T)를 사용해도 된다.
본원은 2015년 6월 29일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2015-129870호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (9)

  1. 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템이며,
    유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급하는 유체압 펌프와,
    상기 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와,
    상기 회생 모터에 의해 회전 구동되는 회전 전기 기기와,
    상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 축전부와,
    상기 축전부의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
    상기 축전부에의 회생 전력의 충전을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 축전부의 온도가 제1 설정 온도를 하회한 경우에, 상기 축전부의 온도에 따른 내부 저항 분만큼, 상기 축전부의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상인 경우의 충전 종료 전압과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 축전부의 온도가 상기 제1 설정 온도와 비교하여 낮은 제2 설정 온도를 하회한 경우에, 상기 축전부에의 충전 전류를 작게 하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회생 모터가 상기 회전 전기 기기를 회전 구동할 때의 토크를 작게 함으로써 상기 축전부에의 충전 전류를 작게 하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회생 모터의 토크를 1차 지연 특성으로 변화시키는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 축전부의 온도가 낮아질수록 상기 축전부에의 충전 전류를 작게 하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 축전부의 온도가 낮아질수록 상기 축전부에의 충전 전류의 저하율을 작게 하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 축전부에의 회생 전력의 충전이 실행되고 있을 때에도, 상기 축전부의 온도에 따라서 상기 축전부에의 충전 전류를 조정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 축전부에의 회생 전력의 충전은, 상기 유체압 액추에이터가 작동하고 있지 않아 상기 유체압 펌프로부터 토출된 작동 유체가 그대로 환류되는 경우에 실행되는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  9. 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와, 상기 회생 모터에 의해 회전 구동되는 회전 전기 기기와, 상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 회생 전력이 충전되는 축전부를 구비하는 하이브리드 건설 기계를 제어하는 제어 방법이며,
    상기 축전부의 온도를 검출하고,
    상기 축전부의 온도가 제1 설정 온도를 하회한 경우에, 상기 축전부의 온도에 따른 내부 저항 분만큼, 상기 축전부의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상인 경우의 충전 종료 전압과 비교하여 높은 전압이 될 때까지 회생 전력의 충전을 실행하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 방법.
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