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CN102301561B - 混合式工作机械及蓄电控制装置 - Google Patents

混合式工作机械及蓄电控制装置 Download PDF

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CN102301561B
CN102301561B CN201080005702.9A CN201080005702A CN102301561B CN 102301561 B CN102301561 B CN 102301561B CN 201080005702 A CN201080005702 A CN 201080005702A CN 102301561 B CN102301561 B CN 102301561B
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CN
China
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temperature
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capacitor
charging
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CN102301561A (zh
Inventor
神林英明
小野哲司
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Priority claimed from JP2009035779A external-priority patent/JP2010193630A/ja
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Abstract

混合式工作机械包括：第1电动机，进行通过电力的供给来驱动的动力动作及产生电力的再生动作；第1电气电路，控制第1电动机的输出；蓄电池，将电力供给至第1电动机，对来自第1电动机的再生电力进行蓄电；充放电电路，控制蓄电池的充放电电流；及控制装置，控制用于驱动设备的蓄电池的充放电。控制装置关于蓄电池的输出所涉及的多个条件的各个计算表示限制蓄电池的输出的比例的级别。控制装置根据所计算出的各级别限制蓄电池的充放电电流。

Description

混合式工作机械及蓄电控制装置
技术领域
本发明涉及混合式工作机械及蓄电控制装置，尤其涉及将动能或势能转换为电能而蓄电至蓄电系统，并且利用所蓄电的电能驱动驱动系统的混合式工作机械及控制这种工作机械的蓄电的蓄电控制装置。 
背景技术
以对应节能化或环境问题作为目的，在用于汽车或建设工作的工作机械中，正在推进混合化。在混合式汽车中，通过来自蓄电器的电力驱动行驶用电动机，并通过发动机的动力发电而对蓄电器进行充电。在混合式施工机械中，由来自蓄电器的电力驱动电动发电机并辅助发动机，通过发动机的动力驱动电动发电机来发电，并对蓄电器进行充电。 
因为蓄电器反复进行充放电，所以使用时间越长越劣化。当使用电容器作为蓄电器时，若电容器继续劣化，则内部电阻变大，并且发热量也增大，作为最坏的情况，有可能发生电极短路。若电容器的内部电极短路，则引起熔断等而无法使用。 
并且，由于反复充放电的长时间使用，或者由于过充电、过放电或发热，造成电容器劣化。能够通过测定电容器的内部电阻来判定电容器的劣化状态(例如，参考专利文献1。)。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2007-155586号公报 
专利文献2：日本特开平7-326548号公报 
发明的概要 
发明要解决的问题 
由电容器的劣化引起的寿命受例如外部空气温度等除使用时间以外的其他各种因素的影响，所以通过仅基于使用时间的判断是无法准确地判定劣化的程度。若劣化程度的判断不准确，则尽管电容器的劣化颇严重，但仍然有可能在与通常状态相同的条件下使用。在这样的情况下，对电容器施加过度的负荷，加速电容器劣化的进展情况，导致变成电容器提前无法使用的状态。 
并且，若在电容器过热的状态下进行充放电，则会促进电容器的劣化。由于电容器的内部电阻在低温状态下会变高，所以不优选在低温状态下进行通常充放电。 
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够控制蓄电器的充放电电流来抑制劣化的混合式工作机械及蓄电控制装置。 
用于解决问题的手段 
根据本发明的一实施方式，提供一种如下混合式工作机械，具有：第1电动机，进行通过电力的供给来驱动的动力动作及产生电力的再生动作；第1电气电路，控制该第1电动机的输出；蓄电池，将电力供给至该第1电动机，并对来自该第1电动机的再生电力进行蓄电；充放电电路，控制该蓄电池的充放电电流；及控制装置，控制用于驱动设备的蓄电池的充放电，该控制装置关于该蓄电池的输出所涉及的多个条件的每一个计算表示限制该蓄电池的输出比例的级别，并根据所计算出的各级别限制该蓄电池的充放电电流。 
并且，根据本发明的另一实施方式，提供一种蓄电控制装置，控制用于驱动设备的蓄电池的充放电，其中，关于该蓄电池的输出所涉及的多个条件的每一个计算表示限制该蓄电池的输出的比例的级别，并根据所计算出的各级别限制该蓄电池的充放电电流。 
发明的效果 
根据本发明能够实现控制蓄电器的充放电电流来抑制劣化，且能够稳定地供给电力的混合式工作机械。 
附图说明
图1是作为应用本发明的混合式工作机械的一例的混合式挖土机的侧视图。 
图2是根据本发明的第1实施例的混合式挖土机的功能块图。 
图3是蓄电系统的块图。 
图4是作为根据本发明的第1实施例的蓄电控制装置发挥作用的控制装置的功能块图。 
图5是表示针对外部空气温度范围的内部电阻值校正级别的图。 
图6是表示电容器的使用时间与内部电阻的关系的图表。 
图7是表示针对故障内容的警告级别的图。 
图8是表示尽管电容器继续劣化仍设为与初始状态时相同大小的最大充放电电流时的电容器的劣化进展情况的图表。 
图9是表示随着使用时间变长而限制并降低最大充放电电流时的电容器的劣化进展情况的图表。 
图10是表示经过使用多年且在外部空气温度较低时，运行混合式液压挖土机时的输出限制级别的推移的图表。 
图11是表示在图10所示的运行条件下产生轻度故障时，运行混合式液压挖土机时的输出限制级别的推移的图表。 
图12是表示在图11所示的运行条件下产生轻度故障后，维修人员变更校正级别而降低时的输出限制级别的推移的图表。 
图13是作为可应用本发明的工作机械的一例的铲车的侧视图。 
图14是图13所示的铲车的驱动系统的块图。 
图15是转换器的等效电路图。 
图16是表示根据本发明的第2实施例的混合式挖土机的运行状态的推移的图。 
图17是表示变为第1高温异常状态的例子的时间图。 
图18是表示变为第2高温异常状态的例子的时间图。 
图19是表示变为低温异常状态的例子的时间图。 
具体实施方式
接着，参考附图对本发明的实施例进行说明。 
首先，对混合式挖土机进行说明作为应用本发明的混合式工作机械的一例。 
图1是混合式挖土机的侧视图。在挖土机的下部行驶体1上，通过回转机构2搭载有上部回转体3。从上部回转体3延伸动臂4，在动臂4的前端连接斗杆5。另外，斗杆5的前端连接铲斗6。动臂4、斗杆5及铲斗6分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9液压驱动。并且，在上部回转体3上搭载驾驶室10及动力源(未图示)。 
图2是图1所示的混合式挖土机的功能块图。图2中，以双重线表示机械动力系统，以粗实线表示高压液压管路，以细实线表示电力系统，以虚线表示先导管路。 
如图2所示，发动机11的驱动轴与变速器13的输入轴连结。作为发动机11，使用通过燃料的燃烧产生驱动力的发动机，例如柴油发动机等内燃机。发动机11在工作机械的运行中始终驱动。 
电动发电机12的驱动轴与变速器13的另一输入轴连结。电动发电机12能够进行电动(辅助)运行和发电运行双方的运行动作。作为电动发电机12，例如使用磁铁埋入于转子内部的内部磁铁埋入型(IMP)电动机。 
变速器13具有2个输入轴和1个输出轴。变速器13的输出轴上连结有主泵14的驱动轴。 
当施加于发动机11的负荷较大时，电动发电机12进行辅助运行，电动发电机12的驱动力通过变速器13传递至主泵14。由此，减轻施加于发动机11的负荷。另一方面，当施加于发动机11的负荷较小时，发动机11的驱动力通过变速器13传递至电动发电机12。由此，发电运行电动发电机12。电动发电机12的辅助运行与发电运行的切换通过连接于电动发电机12的逆变器18进行。逆变器18通过控制装置30控制。 
控制装置30包括中央处理装置(CPU)30A及内部存储器30B。CPU30A执行存储于内部存储器30B中的驱动控制用程序。控制装置30通过在显示装置35上显示各种装置的劣化状态等来提醒驾驶员注意。 
主泵14通过高压液压管路16将液压供给至控制阀17。控制阀17根据来自驾驶员的指令，将液压分配至液压电动机1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。液压电动机1A及1B分别驱动图1所示的下部行驶体1所具备的左右2条履带。 
电动发电机12的电力系统的输入输出端子通过逆变器18与蓄电系统90连接。逆变器18基于来自控制装置30的指令进行电动发电机12的运行控制。蓄电系统90上通过另一逆变器20还连接有回转用电动机21。蓄电系统90及逆变器20通过控制装置30控制。 
在电动发电机12被辅助运行期间，所需的电力从蓄电系统90供给至电动发电机12。在电动发电机12被发电运行期间，由电动发电机12发出的电力供给至蓄电系统90。 
回转用电动机21通过来自逆变器20的脉冲宽度调制(PWM)控制信号而交流驱动，能够进行动力动作及再生动作双方的运行。回转用电动机21上例如使用IMP电动机。再生时IMP电动机产生较大的感应电动势。 
在回转用电动机21的动力动作期间，回转用电动机21的旋转力通过变速器24传递至图1所示的回转机构2。此时，变速器24使转速迟缓。由此，由回转用电动机21产生的旋转力增大而传递至回转机构2。并且，当再生运行时，上部回转体3的旋转运动通过变速器24传递至回转用电动机21，由此回转用电动机21产生再生电力。此时，变速器24与动力运行时相反，加速转速。由此，能够使回转用电动机21的转速上升。 
分解器22检测回转用电动机21的旋转轴的旋转方向的位置。检测结果输入至控制装置30。能够通过检测回转用电动机21的运行前与运行后的旋转轴的旋转方向的位置来求出回转角度及回转方向。 
机械制动器23与回转用电动机21的旋转轴连结，且机械制动器23产生机械制动力。机械制动器23的制动状态和解除状态接受来自控制装置30的控制，并通过电磁开关进行切换。 
先导泵15产生液压操作系统所需的先导压。先导泵15所产生的先导压通过先导管路25供给至操作装置26。操作装置26包括杠杆或踏板，并由驾驶员进行操作。操作装置26根据驾驶员的操作将从先导管路25供给的1次侧的液压转换为2次侧的液压。2次侧的液压通过液压管路27传递至控制阀17，并且通过其他液压管路28传递至压力传感器29。 
由压力传感器29检测出的压力的检测结果输入至控制装置30。由此，控制装置30能够检测出下部行驶体1、回转机构2、动臂4、斗杆5及铲斗6的操作状况。尤其是在根据本发明的一实施例的混合式工作机械中，不仅是液压电动机1A、1B，回转用电动机21也驱动回转机构2。因此，能够期望高精确度地检测用于控制回转机构2的杠杆的操作量。控制装置30能够通过压力传感器29高精确度地检测该杠杆的操作量。 
另外，控制装置30能够检测均不运行下部行驶体1、回转机构2、动臂4、斗杆5及铲斗6、且均不进行向蓄电系统90的电力供给及来自蓄电系统90的电力的强制取出的状态(非运行状态)。 
图3是蓄电系统90的块图。蓄电系统90具有蓄电池(电容器)19作为变动电压蓄电部。在本实施例中使用电容器(双电层电容器)作为蓄电池，但是不限于电容器，只要是可反复充放电的电池，则可以是任何电池。电容器19通过升降压转换器100与作为恒定电压蓄电部的DC总线110连接。逆变器18、20与DC总线110连接。 
图2中控制装置30作为根据本发明的第1实施例的蓄电控制装置而发挥作用。控制装置30与蓄电系统90(升降压转换器100)连接，控制电容器19的充放电电流，并抑制电容器19的劣化。 
在此，对上述混合式挖土机的驱动控制进行说明。 
上述动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9及行驶用液压电动机1A、1B相当于通过来自主泵14的液压驱动的液压负荷。发动机11向作为液压泵的主泵14供给动力并进行驱动，发动机11所产生的动力通过主泵14转换为液压并供给至液压负荷。 
电负荷相当于如电动电动机或电动驱动器等那样由电力驱动的构成部件，包括上述回转用电动机21。电负荷上，通过转换器100从蓄电池19 供给电力并进行驱动。将电负荷驱动的情况称为动力运行。电负荷能够例如像电动机兼发电机那样产生再生电力，所产生的再生电力供给至蓄电系统90的DC总线110，并通过转换器100蓄积在电容器19，或者通过逆变器18供给至电动发电机12而成为驱动电动发电机12的电力。 
蓄电系统90的电容器19如上述般通过来自电负荷的再生电力进行充电。并且，当电动发电机12接受来自发动机11的动力而作为发电机发挥作用时，还能够将电动发电机12所产生的电力供给至蓄电系统90的电容器19并进行充电。在本实施方式中使用双电层电容器作为蓄电池的一例的电容器19。 
在进行如以上的驱动控制的混合式挖土机中，作为蓄电控制装置发挥作用的控制装置30通过控制电容器19的充放电电流来抑制电容器19在蓄电系统90中的劣化进程。具体而言，在作为蓄电控制装置发挥作用的控制装置30考虑电容器19的输出所涉及的多个条件来限制充放电电流，由此降低电容器19充放电时施加于电容器19的负荷来抑制装置的异常产生，并且抑制电容器19的劣化进程。 
在此，作为考虑的多个控制信息有以下4个信息。 
1)内部电阻 
在寒冷地区等运行混合式液压挖土机时，电容器19的温度变低，随此电容器19的内部电阻变大。在这种状态下，若欲使较大电流流向电容器19，则电容器19的损失变大，进而SOC的测量误差也会变大，所以期望限制电容器19的充放电电流。 
2)运行条件的设定 
有时根据例如维修人员的判断或用户的要求，以限制电容器19的输出的方式设定。 
3)劣化状态(劣化指数) 
随着累计使用时间变长，电容器19的充放电次数也变多，从而电容器19就会劣化。若电容器19劣化，则内部电阻变大，电容器19的发热也变大相应量。电容器19的温度上升为劣化的较大因素之一，由温度上升变大 而进一步促进劣化。由此内部电阻增加，而且静电容量减少。考虑这些情况来决定劣化指数。 
4)故障状态 
即使在混合式挖土机的各部件产生故障时，也有能够根据故障的种类或程度继续运行混合式挖土机的情况。当这种状态时，若使电容器19与通常相同地进行充放电则故障程度恶化，或者增大电容器19施加的负荷并提前劣化进程。 
在本实施例中，控制装置30考虑以上4个条件来限制电容器19的输出，由此抑制电容器19劣化的进展情况，不会产生运行上的异常，为使电容器19的寿命尽量变长而控制混合式挖土机的运行。 
图4是作为蓄电控制装置发挥作用的控制装置30的功能块图。在控制装置30上输入与上述4个条件有关的控制信息。 
首先，1)将电容器19的内部电阻值作为控制信息输入至控制装置30。控制装置30的单个级别计算部40a根据电容器19的内部电阻值计算内部电阻校正级别，并将所计算出的内部电阻校正级别供给至最终级别计算部40b。内部电阻值期望使用实际测量的值，但在无法使用时，可以从外部空气温简单地推算来决定级别。 
如图5所示，内部电阻校正级别根据外部空气温度的范围被赋予级别。例如，当外部空气温度为0℃以上时设定为级别0，外部空气温度为-10℃以上、小于0℃时设定为级别1，外部空气温度为-20℃以上、小于-10℃时设定为级别2，外部空气温度为-30℃以上、小于-20℃时设定为级别3，外部空气温度为-40℃以上、小于-30℃时设定为级别4，外部空气温度小于-40℃时设定为级别5。另外，外部空气温度的范围及所设定的级别值不限于图5所示的值，能够适当地设定温度范围及所对应的级别值。 
其次，2)作为表示运行条件的设定的控制信息，设定校正级别直接输入至蓄电控制装置40，因此无需计算级别。作为表示运行条件的设定的控制信息的设定校正级别供给至最终级别计算部40b。 
并且，3)电容器劣化信息(劣化指数)输入至控制装置30。控制装置30的单个级别计算部40a根据电容器19的劣化信息计算电容器劣化级别，并将所计算出的劣化级别供给至最终级别计算部40b。 
作为电容器劣化信息，例如能够测量电容器的内部电阻值的增加量，并根据增加量定义劣化级别。而且，在也进行测量静电容量的减少量时，可以考虑静电容量的减少量。此外，在无法测量内部电阻时，也能够根据使用年数推算劣化级别。此时，可知电容器的累计使用时间(使用年数)和其内部电阻存在如图6的图表所示的关系，电容器的使用年数越长内部电阻越变大。因此，能够根据电容器的内部电阻推算劣化的程度。并且，劣化状态可以使用静电容量的测量值。 
在本实施例中，如图6的图表所示，当电容器的内部电阻小于电阻值1时设定为劣化级别0，在电阻值1以上、小至2为止设定为劣化级别1，在电阻值2以上、小至3为止设定为劣化级别2，在电阻值3以上、小至4为止设定为劣化级别3，在电阻值4以上时设定为劣化级别4。电阻值可以是具体数值，或者也可以将初始电阻值设为100％，并以相对于初始电阻值的比例％表示。例如，图6中可以将初始电阻值0设为100％，电阻值1设定为120％，电阻值2设定为135％，电阻值3设定为150％，电阻值4设定为160％，电阻值5设定为180％。另外，内部电阻的范围及所设定的级别值不限于图6所示的值，能够适当地设定内部电阻值的范围及所对应的劣化级别的值。 
此外，4)作为表示故障状态的控制信息，将警告信息输入至蓄电控制装置40。控制装置30的单个级别计算部40a根据警告信息计算警告级别，并将所计算出的警告级别供给至最终级别计算部40b。 
表示故障状态的控制信息为从控制混合式挖土机运行的控制部输入的信息，且为与如上述那样继续运行混合式挖土机也毫无障碍的轻度故障有关的信息。作为这种轻度故障有如图7所示的故障。轻度故障中也有重要度，对各个故障设定警告级别。在本实施例中，例如对在主控制部的数据上有异常之类的故障设定警告级别0，对检测混合式液压挖土机的各部温度的热敏电阻断线之类的故障设定警告级别1，对电容器冷却用风扇的动作不 良之类的故障设定警告级别2。当多个故障同时产生时，选择与各个故障内容对应的警告级别中最大的值。另外，故障内容与警告级别的值不限于图7所示的值，考虑故障的内容及根据其故障引起的影响来适当地设定警告级别即可。 
控制装置30的最终级别计算部40b根据所供给的内部电阻校正级别、设定校正级别、劣化级别和警告级别计算蓄电池19的输出限制级别。在本实施例中将合计内部电阻校正级别、设定校正级别、劣化级别和警告级别的值设为输出限制级别。所计算出的输出限制级别供给至控制装置30的限制比例计算部40c。 
控制装置30的限制比例计算部40c根据由最终级别计算部40b供给的输出限制级别的值计算输出系数。如图4所示，也可以根据输出系数表求出与输出限制级别的值对应的输出系数。限制比例计算部40c将所计算出的输出系数供给至电流值计算部40d。 
控制装置30的电流值计算部40d，通过初始输入限制用充电电流限制值乘以输出系数来计算输入限制用充电电流限制值，且输出至蓄电系统90的升降压转换器100。初始输入限制用充电电流限制值为利用变量(参数)设定的值，是表示向电容器19的充电电流的最大值(即，限制值)的充电电流值。升降压转换器100以向电容器19的充电电流为电流输入限制用充电电流限制值以下的方式进行控制。并且，电流值计算部40d通过输出限制用放电电流限制值乘以输出系数来计算输出限制用放电电流限制值，且输出至蓄电系统90的升降压转换器100。输出限制用放电电流限制值为表示来自电容器19的放电电流的最大值(即，限制值)的放电电流值，升降压转换器100以来自电容器19的放电电流为输出限制用放电电流限制值以下的方式进行控制。 
如以上，在本实施例中，分别对1)内部电阻、2)运行条件的设定、3)劣化级别、4)故障状态之类的4个因素单独地决定电流限制级别，合计分别根据4个因素获得的电流限制级别并决定最终电流限制级别。通过根据该最终电流限制级别限制充放电电流，能够降低施加于电容器19的负荷，并使电容器19的劣化进程迟缓而延长寿命，并且能够抑制装置产生的异常。 
在此，以3)使用时间的因素为例子，对电容器19的劣化进程程度和电流限制级别进行说明。如图8所示，即使电容器19继续劣化也将电容器设定为与初始状态时相同大小的最大充放电电流时(即，将电流限制量设为恒定时)和如图9所示的随着使用时间变长而限制最大充放电电流来降低时(即，增大电流限制量时)，电容器劣化的进展情况不同。随着使用时间变长而增大电流限制量时(即，进行电流限制)与将电流限制量设为恒定(即，不进行电流限制)时相比，更能延缓劣化的进展情况，并延长电容器的寿命。在本实施例中，能够考虑如以上的电容器的电流值的大小与电容器的劣化进展情况的关系，并根据电容器的劣化程度或电容器的状态限制充放电电流值，由此抑制电容器的劣化进程。 
接着，对几个运行例中的输出限制级别的推移进行说明。 
图10是表示在使用很多年(电容器劣化一定程度)的情况下，当外部空气温度较低时运行上述混合式液压挖土机时的输出限制级别的推移的图表。图10(A)是表示电容器劣化的进展情况的图表，表示随着使用天数的增加而劣化级别从级别0阶段性地发展到级别4。在此，该运行例设为电容器的使用天数变为约1000天的时刻时的数天期间的运行例。 
图10(B)是表示其数天期间的运行时的电容器内部电阻校正级别的推移的图表。在图表中表示有外部空气温度的变化，并且以虚线表示+0℃和-10℃作为内部电阻校正级别的切换温度。当外部空气温度为切换温度+0℃以上时，内部电阻校正级别设定成0。并且，当外部空气温度低于切换温度0℃且切换温度-10℃以上时，内部电阻校正级别设定成1。当外部空气温度低于切换温度-10℃时，内部电阻校正级别设定成2。这样，由于外部空气温度越低内部电阻越变大，所以内部电阻校正级别也设定为较高级别。 
图10(C)是表示图10(B)所示的数天期间的输出限制级别的推移的图表。该数天期间的电容器的劣化级别如图10(A)所示那样为2，并且内部电阻校正级别随着外部空气温度的变化在0到2之间变化。因此，输出限制级别成为合计劣化级别和内部电阻校正级别的值，且在如图10(C)所示的2到4之间推移。 
例如，大概在第1000天的中午，由于外部空气温度上升且超过0℃，因此内部电阻校正级别为0。因此，输出限制级别合计内部电阻校正级别0和劣化级别2而成为级别2。若成为第1000天的晚上，则外部空气温度下降且变为低于0℃，因此内部电阻校正级别成为1。因此，输出限制级别合计内部电阻校正级别1和劣化级别2而成为级别3。并且，若成为第1001天的早晨，则外部空气温度进一步下降且变为低于-10℃，因此内部电阻校正级别成为2。因此，输出限制级别合计内部电阻校正级别2和劣化级别2而成为级别4。如此，虽然在短期间内劣化级别恒定，但是内部电阻校正级别随着一天的外部空气温度的变化而变动，随此输出限制级别也发生变化。 
图11是表示在图10所示的运行条件下产生轻度故障时，运行上述混合式挖土机时的输出限制级别的推移的图表。图11(A)是表示电容器的劣化级别的图表，如图10(A)所示那样劣化级别为2。图11(B)是表示内部电阻校正级别的图表，与图10(B)所示的图表相同。 
图11(C)是表示警告级别的图表。因为第1000天的早晨产生故障，所以表示警告级别从0变为1。该故障为轻度，并为如能够继续运行混合式液压挖土机的故障。 
图11(D)是表示输出限制级别的推移的图表。该数天期间的电容器的劣化级别如图11(A)所示那样为2，且内部电阻校正级别随着外部空气温度的变化而在0到2之间变化，且警告级别从0变更至1。因此，输出限制级别成为合计劣化级别、内部电阻校正级别和警告级别的值，如图11(D)所示在2到5之间推移。尤其是在产生故障之后，由于警告级别变高一级，因此输出限制级别在整体上也上升一级而在3到5之间推移。 
图12是表示在图11所示的运行条件下产生轻度故障之后，维修人员变更校正级别而使之下降时的输出限制级别的推移的图表。图12(A)是表示电容器的劣化级别的图表，如图11(A)所示那样劣化级别为2。图12(B)是表示内部电阻校正级别的图表，与图11(B)所示的图表相同。图12(C)是表示警告级别的图表，与图11(C)所示的图表相同。 
 图12(D)是表示校正级别的图表。产生故障后在第1001天的中午维修人员进行检查，维修人员判断没有由该故障引起的影响而降低一级设定校正级别，设为-1。即，由于在判断为即使在有该故障的状态下通常使用蓄电池，也不会使故障恶化并且也不会促进电容器的劣化的基础上，产生故障，因此以抵消提高警告级别而提高输出限制级别的量的方式，降低设定校正级别。 
图12(E)是表示输出限制级别的推移的图表。该数天期间的电容器的劣化级别如图12(A)所示那样为2，且内部电阻校正级别随着外部空气温度的变化而在0到2之间变化，且警告级别从0变更至1，之后校正级别从0变更至-1。因此，输出限制级别成为合计劣化级别、内部电阻校正级别和警告级别及设定校正级别的值，如图12(E)所示在2到5之间推移。尤其是在产生故障之后，由于警告级别变高一级，因此输出限制级别在整体上也上升一级而在3到5之间推移，之后维修人员降低一级设定校正级别，因此输出限制级别也在整体上降低一级而在2到4之间推移。 
如以上说明，根据本实施例的蓄电控制装置分别关于蓄电池(电容器作为一例)的输出所涉及的多个条件计算表示限制蓄电池的输出的比例的级别，根据所计算出的各级别限制蓄电池的充放电电流。由此，抑制蓄电池的劣化的进展情况，并为使蓄电池的寿命尽量变长而控制混合式挖土机的运行。 
上述的第1实施例以混合式挖土机为例子进行了说明，但是本发明也能够应用于其他工作机械或除工作机械以外的设备中。作为可应用根据本发明的蓄电控制装置所实施的控制方法的其他工作机械，可以举出图13所示的铲车。 
图13所示的铲车具有用于驾驶员乘车就座的驾驶席50、用于抬起货物的叉子52、用于行驶的前轮54及后轮56等。叉子52由装卸电动机(未图示)驱动并上下移动。并且，前轮54为驱动轮，并通过行驶电动机(未图示)驱动。装卸电动机及行驶电动机通过来自蓄电池的电力驱动。 
图14是图13所示的铲车的驱动系统的块图。装卸电动机58通过逆变器60与蓄电池62连接。来自蓄电池62的电力通过逆变器60供给至装卸电动机58而驱动装卸电动机58，由此驱动叉子52。并且，行驶电动机64通过逆变器66与蓄电池62连接。来自蓄电池62的电力通过逆变器66供 给至行驶电动机64而驱动行驶电动机64，由此驱动前轮54并行驶铲车。能够通过将上述蓄电控制装置设置在铲车上来限制蓄电池62的充放电电流，并抑制蓄电池62的劣化进程。 
其次，对本发明的第2实施例进行说明。在第2实施例中，作为上述第1实施例中的输出限制级别，着眼于起因于由外部空气温等的影响引起的电容器内部电阻值的变化的内部电阻校正级别来进行充放电控制。 
首先，关于在第2实施例中使用的蓄电系统90进行详细说明。图15是蓄电系统90的等效电路图。蓄电系统90包括电容器19、转换器100及DC总线110。升降压转换器100(以下，仅称为转换器100)的一对电源连接端子103A、103B上连接有电容器19，一对输出端子104A、104B上连接有DC总线110。电源连接端子103B及输出端子104B被接地。 
DC总线110通过逆变器18、20与电动发电机12及回转用电动机21连接。DC总线110上所产生的电压通过电压表111测定，测定结果输入至控制装置30。 
升压用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)102A的集电极和降压用IGBT102B的发射极相互连接的串联电路连接在输出端子104A与104B之间。升压用IGBT102A的发射极被接地，降压用IGBT102B的集电极连接在高压侧的输出端子104A上。升压用IGBT102A与降压用IGBT102B的相互连接点通过电抗器101与高压侧的电源连接端子103A连接。 
升压用IGBT102A及降压用IGBT102B上，二极管102a、102b以从发射极朝向集电极的方向成为顺方向的方向分别被并联连接。在输出端子104A与104B之间插入有平滑用电容器105。 
在电源连接端子103A与103B之间连接的电压表106测定电容器19的端子间电压。串联插入于电抗器101的电流表107测定电容器19的充放电电流。电压及电流的测定结果输入至控制装置30。 
温度检测器36检测电容器19的温度。所检测出的温度数据输入至控制装置30。电容器19例如包括串联连接的144个双电层电容器。温度检测器36例如包括对应于从144个双电层电容器选择的4个电容器而设置的4个温度计。控制装置30例如计算利用4个温度计获得的4个温度的平均， 并将平均值作为电容器19的温度。另外，当判定电容器的过热状态时，也可以将4个温度所表示的温度中最高的温度作为电容器的温度来采用。相反，在判定电容器的温度过度下降的状态时，也可以将4个温度所表示的温度中最低的温度作为电容器的温度来采用。 
控制装置30对升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的栅电极外加控制用的脉冲宽度调制(PWM)电压。 
控制装置30包括内部存储器30B。内部存储器30B包括有充放电电流限制值存储部31及回转输出限制值存储部32。对充放电电流限制值存储部31及回转输出限制值存储部32的作用，参考图16～图19进行后述。 
以下，对升压动作(放电动作)进行说明。对升压用IGBT102A的栅电极外加PWM电压。在升压用IGBT102A关闭时，在电抗器101中产生使电流从高压侧的电源连接端子103A朝向升压用IGBT102A的集电极流动的方向的感应电动势。该电动势通过二极管102b外加于DC总线110上。由此，DC总线110升压。 
其次，对降压动作(充电动作)进行说明。对降压用IGBT102B的栅电极外加PWM电压。在降压用IGBT102B关闭时，在电抗器101中产生使电流从降压用IGBT102B的发射极朝向高压侧的电源连接端子103A流动的方向的感应电动势。通过该感应电动势，电容器19被充电。另外，将对电容器19进行放电的方向的电流设为正，进行充电的方向的电流设为负。 
图16是表示通过控制装置30控制的运行状态的转变的一例的图。运行状态包括通常、低温异常、第1高温异常、第2高温异常及高温异常恢复等待等多个条件。在通常状态下运行中，若电容器温度成为第1基准温度T1以上，则运行状态转变至第1高温异常状态(级别1)。在第1高温异常状态下运行中，若电容器温度降低至低于第1基准温度T1的高温异常恢复温度THR，则运行状态恢复至通常状态。 
在第1高温异常状态下运行中，若电容器温度成为高于第1基准温度T1的第2基准温度T2以上，则运行状态转变至第2高温异常状态(级别2)。在第2高温异常状态下运行中，若电容器温度降低至第2基准温度T2，则运行状态转变至高温异常恢复等待状态。在高温异常恢复等待状态下运行 中，若工作人员进行恢复指示操作，则对当前时刻的电容器温度与第1基准温度T1的大小进行比较。当电容器温度为第1基准温度T1以上时，运行状态转变至第1高温异常状态。当电容器温度小于第1基准温度T1时，运行状态恢复至通常状态。恢复指示的操作通过图2所示的操作装置26进行。 
当为高温异常恢复等待状态时，若电容器温度再次成为第2基准温度T2以上，则运行状态恢复至第2高温异常状态。 
在通常状态下运行中，若电容器温度成为低于第1基准温度T1的第3基准温度T3以下，则运行状态转变至低温异常状态。在低温异常状态下运行中，若电容器温度成为低温异常恢复温度TLR以上，则运行状态还原至通常状态。 
图17是表示运行状态从通常状态变为第1高温异常状态后，恢复至通常状态时的运行状态的转变的时间图。 
图17(A)是表示由温度检测器36检测出的电容器19的温度的图表。电容器19的温度随着时间的经过而上升，并在时刻t1超过第1基准温度T1。若电容器温度超过第1基准温度T1，则如图16所示运行状态从通常状态转变至第1高温异常状态。 
电容器温度不会达到第2基准温度T2，在时刻t2降低至高温异常恢复温度THR。时刻t2时，运行状态从第1高温异常状态恢复至通常状态。将高温异常恢复温度THR设定成低于第1基准温度T1，由此能够防止在第1高温异常状态与通常状态之间反复短周期的转变。这样，分别关于蓄电池的输出所涉及的多个条件计算表示限制所述蓄电池的输出的比例的级别，并根据所计算出的各级别限制所述蓄电池的充放电电流，由此能够控制蓄电器的充放电电流并抑制劣化，且稳定地供给电力。 
图17(B)是表示转换器100的运行指令状态的图表。“ON”表示转换器100处于运行状态，“OFF”表示转换器100处于停止状态。在运行状态下，对图15所示的升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的栅电极外加预定的PWM电压。在停止状态下，图15所示的升压用IGBT102A及降压用IGBT102B始终未导通。 
图17(C)是表示由图15所示的电流表107测量的充放电电流的图表。纵轴的IDF及ICF分别表示异常时的放电电流及充电电流的限制值，IDN及ICN分别表示通常时的放电电流及充电电流的限制值。这些限制值存储于图15所示的充放电电流限制值存储部31中。虽然将充电电流的方向定义为负，但是这些充电电流的限制值ICN、ICF表示电流的大小，所以在图17(C)所示的图表中在充电电流的限制值ICN、ICF附加负符号。异常时的充电电流的限制值ICF小于通常时的充电电流的限制值ICN。异常时的放电电流的限制值IDF小于通常时的放电电流的限制值IDN。 
当控制装置30以充放电电流不超过当前有效的限制值的方式，控制转换器100。 
运行状态为通常状态时，即在时刻0至t1之间及时刻t2以后，作为电容器19的放电电流的限制值，通常时的限制值IDN有效，作为充电电流的限制值，通常时的限制值ICN有效。使哪个限制值有效是由控制装置30决定的。当运行状态为第1高温异常状态时、即时刻t1至t2的期间，作为电容器19的放电电流的限制值，高温异常时限制值IDF有效，作为充电电流的限制值，高温异常时限制值ICF有效。 
充放电电流实际上通过由图15所示的电抗器101产生的感应电动势脉冲式地流动。“充放电电流的大小”是指严密地脉冲式地流动的电流的时间平均值。充放电电流的大小实际上通过使外加于图15所示的升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的栅电极的PWM电压的频率变化来进行控制。 
在第1高温异常状态时，作为充放电电流的限制值，使更小的限制值有效，由此能够抑制来自电容器19的发热。由此抑制电容器19的进一步的温度上升。 
图17(D)是表示发动机11的输出的变化的图表。通常时及第1高温异常时的发动机11的限制值PE相同。控制装置30以发动机11的输出不超过限制值PE的方式控制发动机11。 
图17(E)是表示回转用电动机21的输出的变化的图表。纵轴的PCN及PCF分别表示通常时限制值及高温异常时限制值。高温异常时限制值PCF小于通常时限制值PCN。 
控制装置30以回转用电动机21的输出不超过当前时刻的有效的限制值的方式控制逆变器20。当运行状态为通常状态时，使通常限制值PCN有效，当运行状态为第1高温异常状态时，使高温异常时限制值PCF有效。 
回转用电动机21通过由电动发电机12产生的电力及从电容器19放电的电力驱动。当为第1高温异常状态时，电容器19的放电电流的限制值变小，与此对应，回转用电动机21的输出的限制值降低。由此，在电动发电机12的发电动作时，可以防止施加过剩的电负荷。 
图17(F)是表示液压输出的变化的图表。液压输出的限制值PP与通常状态及第1高温异常状态无关而恒定。在第1高温异常状态期间，根据来自电容器19的放电的辅助动作的输出受制约，但是能够通过提高发动机11的输出来得到所需的液压输出。因此，即使在第1高温异常状态时，也无需减少液压输出的限制值PP。 
图17(G)是表示显示装置35的显示状态的图表。通常状态时，显示“通常”，第1高温异常状态时，显示“异常1”。工作人员能够通过目视该显示来识别当前的运行状态。 
图18是表示运行状态达到第2高温异常状态时的运行状态的转变的时间图。图18(A)～(G)与图17相同，分别为电容器温度、转换器运行指令、充放电电流、发动机输出、回转用电动机输出、液压输出及显示装置的输出的图表。时刻t1时电容器温度超过第1基准温度T1，运行状态转变至第1高温异常状态。之后，在时刻t3时电容器温度超过第2基准温度T2，运行状态转变至第2高温异常状态。 
若运行状态变为第2高温异常状态，则转换器运行指令变为“OFF”。即，图15所示的升压用IGBT102A及降压用IGBT102B始终未导通。因此，无法进行根据电抗器101的感应电动势的强制性充电及放电。另外，若输出端子104A、104B之间的电压变得低于电容器19的端子间电压，则通过二极管102b流过电容器19的放电电流。 
作为充放电电流的限制值，维持第1高温异常状态时的有效的限制值IDF及ICF。但是，由于转换器运行指令为“OFF”，所以几乎不流过充放电电流。 
发动机输出及液压输出的限制值PE及PP与通常状态时的限制值相同。作为回转用电动机的输出的限制值，维持第1高温异常状态时的限制值PCF。由于无法进行来自电容器19的强制性放电，所以回转用电动机21利用通过电动发电机12的发电动作产生的电力进行驱动。并且，不进行电动发电机12的辅助动作。 
若变为第2高温异常状态，则在显示装置上显示“异常2”。在第2高温异常状态下，几乎不进行电容器19的充放电，所以抑制电容器19的温度上升，而且开始降低电容器19的温度。 
时刻t4时，若电容器19的温度成为第2基准温度T2以下，则如图16所示，运行状态转变至高温异常恢复等待的状态。此时，显示装置上显示“恢复等待”。 
时刻t5时，若工作人员进行恢复指示的操作，则转换器运行指令变为“ON”，并且转变运行状态。在图18中，操作恢复指示时的电容器温度为第1基准温度T1以上，所以运行状态转变至第1高温异常状态。另外，操作恢复指示时的电容器温度小于第1基准温度T1时，如图16所示运行状态转变至通常状态。时刻t6时，若电容器温度变为高温异常恢复温度THR以下，则运行状态还原至通常状态。 
第2高温异常状态时，由于不进行电容器19的强制性充放电，所以能够抑制电容器19的进一步的温度上升。由此，能够抑制电容器19的劣化。 
图19是表示运行状态达到低温异常状态时的运行状态的转变的时间图。图19(A)～(H)分别表示电容器温度、转换器运行指令、充放电电流、发动机输出、回转用电动机输出、液压输出、电动发电机输出及显示装置的输出的图表。 
运行开始时的电容器温度设为第3基准温度T3以下。此时，运行状态为低温异常状态。转换器运行指令为“ON”。充放电电流的图表的纵轴的ICFL及IDFL分别表示低温时的充电电流限制值及低温时的放电电流限制值。低温时的充电电流限制值ICFL小于通常时的充电电流的限制值ICN，低温时的放电电流限制值IDFL小于通常时的放电电流的限制值IDN。在低温异常状态时，使低温异常时的限制值ICFL及IDFL有效。 
回转用电动机输出的图表的纵轴的PCFL表示低温异常状态下的输出限制值。在低温异常状态时，使低温时的输出限制值PCFL有效。显示装置上显示“低温异常”。 
表示电动发电机输出的图表的纵轴的PAF及PGF分别表示低温异常状态下的辅助动作输出限制值及发电动作输出限制值。纵轴的PAN及PGN分别表示通常状态下的辅助动作输出限制值及发电动作输出限制值。控制装置30以在不超过当前有效的限制值的范围内进行辅助动作及发电动作的方式控制逆变器18。 
当为低温异常状态，且未驱动回转用电动机21时，使低温异常时限制值PAF及PGF有效，控制装置30以交替反复辅助动作和发电动作的方式控制逆变器18。由于没有向回转用电动机21的电力的供给及来自回转用电动机21的再生电力的取出，所以在电动发电机12的辅助动作时放电电流流向电容器19，且发电动作时流过充电电流。通过该充电电流及放电电流，由电容器19生成发热。由此能够使电容器19的温度上升。 
时刻t10时，若电容器温度成为高于第3基准温度的低温异常恢复温度TLR以上，则运行状态转变至通常状态。作为充放电电流的限制值，使通常时的限制值IDN、ICN有效，作为回转用电动机输出的限制值，使通常时的限制值PCN有效，作为电动发电机输出的辅助动作输出及发电动作输出的限制值，分别使通常时的限制值PAN及PGN有效。电动发电机12的动作也恢复至通常状态的动作。即，根据负荷切换辅助动作或发电动作。 
若由任何原因，时刻t12中电容器温度成为第3基准温度T3以下，则运行状态转变至低温异常状态。作为各限制值，使低温异常时的限制值有效。根据回转用电动机21的动作及电容器19的充放电动作，切换电动发电机12的辅助动作和发电动作。通过减小充放电电流的限制值，从而能够在电容器19的内部电阻较高的状态下防止流过较大电流。 
时刻t13时，若电容器温度成为低温异常恢复温度TLR以上，则运行状态还原至通常状态。 
在本实施例中对通常状态时转换器100的运行指令为“ON”的情况进行了说明，但是也有转换器100的运行指令为“OFF”的情况。在该情况下，各限制值也与上述实施例相同，根据运行状态而变得有效。 
转换器100的运行指令为“OFF”时，放电电流有时经由图15所示的二极管102b而从电容器19流过。限制该放电电流的大小的控制通过限制图2所示的电动发电机12及回转用电动机21的输出的合计值来进行。具体而言，通过转换器100而流过的放电电流的大小，以限制在当前时刻有效的限制值的范围内的方式，通过计算电动发电机12及回转用电动机21的合计的输出的上限值来求出。电动发电机12及回转用电动机21的合计的输出以不超过该上限值的方式控制逆变器18及20。 
在上述实施例中，作为混合式工作机械，对使回转用电动机21再生动作的挖土机进行了说明。在上述实施例中说明的蓄电系统90的控制方法也可以应用于具备卷扬用驱动装置的起重机。该情况下，卷扬对像物的势能转换为电能。所产生的电能蓄电至电容器19中。卷扬动作时，通过来自电容器19的放电电流及来自电动发电机12的发电电力驱动卷扬用电动机。 
并且，在上述实施例中说明的蓄电系统90的控制方法还能够应用于起重磁铁式工作机械。此时，通过来自电容器19的放电电流，进行起重磁铁的吸附动作。 
本发明并不局限于上述具体公开的实施例，只要不脱离本发明范围就能够构成各种各样的变形例、改良例。 
本申请是基于2009年1月28日申请的优先权主张日本专利申请2009-016133号及2009年2月18日申请的优先权主张日本专利申请2009-035779号的申请，其全部内容援用于本说明书中。 
产业上的可利用性 
本发明可应用于混合式工作机械。 
符号说明 
1-下部行驶体(基体)，1A、1B-液压电动机，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-发动机，12-电动发电机(第2电动机)，13-变速器，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18-逆变器(第2电气电路)，19-电容器(蓄电池)，20-逆变器(第1电气电路)，21-回转用电动机(第1电动机)，22-分解器，23-机械制动器，24-变速器，25-先导管路，26-操作装置，27、28-液压管路，29-压力传感器，30-控制装置，35-显示装置，36-温度检测器，40a-单个级别计算部，40b-最终级别计算部，40c-限制比例计算部，40d-电流计算部，50-驾驶席，52-叉子，54-前轮，56-后轮，58-装卸电动机，60、66-逆变器，62-蓄电池，64-行驶电动机，100-升降压转换器(电容器充放电电路)，101-电抗器，102A-升压用IGBT，102B-降压用IGBT，102a、102b-二极管，103A、103B-电源连接端子，104A、104B-输出端子，105-平滑用电容器，106-电压表，107-电流表，110-DC总线，111-申压表。 

Claims (10)

1.一种混合式工作机械，具有：
回转用电动发电机，进行通过电力的供给来驱动的动力动作及产生电力的再生动作；
第1电气电路，控制所述回转用电动发电机的输出；
蓄电池，将电力供给至所述回转用电动发电机，并对来自所述回转用电动发电机的再生电力进行蓄电；
蓄电池充放电电路，控制所述蓄电池的充放电电流；
温度检测器，检测所述蓄电池的温度；
发动机，通过除电以外的燃料产生驱动力；
发电机，通过所述发动机驱动而进行发电，通过所发电的电力对所述蓄电池进行充电；及
控制装置，当输入由所述温度检测器检测出的温度数据、且由所述温度检测器检测出的温度为第1基准温度以上时，控制所述蓄电池充放电电路，以使所述蓄电池的充电电流及放电电流不超过第2限制值，所述第2限制值小于通常时的限制值即第1限制值，
当由所述温度检测器检测出的温度为所述第1基准温度以上时，所述控制装置以所述回转用电动发电机的输出不超过第4限制值的方式，进一步控制所述第1电气电路，所述第4限制值小于通常时的限制值即第3限制值。
2.如权利要求1所述的混合式工作机械，其中，
所述控制装置关于多个条件的每一个独立地计算级别，根据合计所计算出的所述级别而求出的输出限制级别来限制所述蓄电池的充放电电流。
3.如权利要求2所述的混合式工作机械，其中，
所述控制装置通过限制值来限制当前的蓄电池的充放电电流，所述限制值是将与所述输出限制级别对应的输出系数乘初始设定的最大充放电电流而计算出的。
4.如权利要求2所述的混合式工作机械，其中，
所述多个条件所涉及的控制信息包括表示外部空气温度的信息、表示设备运行条件的设定的信息、表示所述蓄电池的劣化的信息及表示所述设备的故障状态的信息。
5.如权利要求4所述的混合式工作机械，其中，
所述控制装置具有：
单个级别计算部，关于所述多个条件的每一个独立地计算所述级别；
最终级别计算部，合计所计算出的所述级别来求出输出限制级别；
限制比例计算部，计算与所述输出限制级别对应的输出系数；及
电流计算部，预先设定的初始输出限制用放电电流乘以所述输出系数来计算输出限制用放电电流，且预先设定的初始输入限制用充电电流乘以所述输出系数来计算输入限制用充电电流。
6.如权利要求1所述的混合式工作机械，其中，
还具有能够相对于工作机械主体回转地安装的上部回转体，
所述回转用电动发电机产生使所述上部回转体回转的旋转驱动力。
7.如权利要求1所述的混合式工作机械，其中，
当由所述温度检测器检测出的温度为第1恢复温度以下时，所述控制装置将所述蓄电池的充电电流及放电电流的限制值恢复至通常时的值来控制所述蓄电池充放电电路，所述第1恢复温度低于所述第1基准温度。
8.如权利要求1所述的混合式工作机械，其中，
当由所述温度检测器检测出的温度为第2基准温度以上时，所述控制装置以停止向所述蓄电池的充电及来自所述蓄电池的强制性放电的方式，控制所述蓄电池充放电电路，所述第2基准温度高于所述第1基准温度。
9.如权利要求1所述的混合式工作机械，其中，
所述控制装置若检测到由所述温度检测器检测出的温度为比所述第1基准温度低的第3基准温度以下的情况，则以所述蓄电池的充电电流及放电电流不超过第6限制值的方式，控制所述蓄电池充放电电路，所述第6限制值小于通常时的限制值即第5限制值，且以所述回转用电动发电机的输出不超过第8限制值的方式，控制所述第1电气电路，所述第8限制值小于通常时的限制值即第7限制值，其中，所述第3基准温度低于所述第1基准温度。
10.如权利要求9所述的混合式工作机械，其中，
所述发电机，机械地连接于所述发动机的驱动轴，并且电连接于所述蓄电池，进行由所述发动机驱动而进行发电的发电动作、和通过从所述蓄电池供给电力而产生机械驱动力来辅助所述发动机的驱动力的辅助动作，
该混合式工作机械还具有：
第2电气电路，切换向所述发电机供给电力的状态与从该发电机取出发电电力的状态，
当由所述温度检测器检测出的温度为所述第3基准温度以下时，所述控制装置以所述发电机交替反复发电动作和辅助动作的方式，控制所述第2电气电路。
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