JP5340627B2 - Hybrid construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は建設機械に係り、特に2つの動力源を併用して効率的に作業を行うハイブリッド式建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine, and more particularly to a hybrid construction machine that performs work efficiently by using two power sources in combination.
内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式の作業機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式の作業機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。 Hybrid work machines that operate efficiently by combining the power of an internal combustion engine and the power of an electric motor have been developed and used. 2. Description of the Related Art As a hybrid work machine, one that takes a so-called parallel drive form is known.
パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関(エンジン)にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。 In the parallel drive mode, a hydraulic pump and a power machine that performs a generator action and a motor action are connected in parallel to an internal combustion engine (engine) as a common power source. The hydraulic actuator is driven by the hydraulic pump, and the power storage device is charged by the generator action of the power machine. The power is operated from the power storage device as an electric motor to assist the engine. In addition, as a motive power machine, there are a case where a dual-purpose machine (generator / motor) that performs both a generator action and a motor action is used, and a case where a separate generator and motor are used together.
このようなハイブリッド式の作業機械によると、エンジンの負荷を軽減し、エンジンを高効率範囲で運転することによって省エネルギーを実現することができる。しかし、従来のハイブリッド式の作業機械は、以下のような問題を有している。 According to such a hybrid work machine, energy saving can be realized by reducing the load on the engine and operating the engine in a high efficiency range. However, the conventional hybrid work machine has the following problems.
リチウムイオン蓄電器等のバッテリ(二次電池)やキャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の蓄電装置の充放電特性は、その充電量に依存しており、充電量が低くなるほど最大充電力は大きく、最大放電力は小さくなる。そこで、このような蓄電装置の充電量に関係なくエンジンと蓄電装置のパワー配分を決めているため、負荷状況によっては蓄電装置の充電量が少な過ぎる、あるいは多すぎる状態となる。この結果、蓄電装置の能力を有効に利用できないとともに、蓄電装置の劣化を招くことがある。 The charge / discharge characteristics of power storage devices such as batteries (secondary batteries) such as lithium ion capacitors and capacitors (electric double layer capacitors) depend on the amount of charge, and the lower the amount of charge, the greater the maximum charging power. The discharge power is reduced. Therefore, since the power distribution between the engine and the power storage device is determined regardless of the charge amount of such a power storage device, the charge amount of the power storage device is too small or too large depending on the load condition. As a result, the capacity of the power storage device cannot be used effectively, and the power storage device may be deteriorated.
そこで、このような問題を解決するために、蓄電装置の充電量に応じてエンジンと動力機のパワー配分を決め、蓄電装置の充電量を適正範囲に保つことができる作業機械の動力源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)この動力源装置では、油圧ポンプと発電機兼電動機とを共通の動力源としてのエンジンにパラレルに接続し、発電機兼電動機の発電機作用によって蓄電装置としてのバッテリを充電する。また、バッテリの放電力により発電機兼電動機を駆動して電動機作用を行なう。そして、アクチュエータ要求パワーと、バッテリ充電量が一定範囲内に保たれるようにバッテリ充電量に応じて設定されるバッテリの充電パワー及び放電パワーと、設定されたエンジンパワーとに基づいて、エンジンと発電機兼電動機のパワー配分を決定する。 Therefore, in order to solve such problems, a power source device for a work machine that can determine the power distribution between the engine and the power machine according to the charge amount of the power storage device and keep the charge amount of the power storage device within an appropriate range is proposed. In this power source device, a hydraulic pump and a generator / motor are connected in parallel to an engine as a common power source, and power is stored by the generator action of the generator / motor. Charge the battery as a device. Further, the generator / motor is driven by the discharging force of the battery to perform the motor operation. Based on the required power of the actuator, the charging power and discharging power of the battery set according to the battery charging amount so that the battery charging amount is kept within a certain range, and the engine power set, Determine the power distribution of the generator / motor.
また、油圧作動部の動作状態に基づいて特定の動作形態を判別し、発電機兼電動機(アシストモータと称される)の出力を制御する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この方法によれば、油圧ポンプの入力最大値を特定の動作形態に応じて所定値に設定するとともに、アシストモータがエンジンの出力トルク値と油圧ポンプの入力最大値との偏差に応じた回生トルクを出力するように制御が行われる。
上述の特許文献1に開示された技術では、建設機械の構成部品が要求する電気負荷が考慮されていないため、電気負荷で発生させることのできる回生電力を有効に発生させることができない。また、駆動機構の一部を電動化してバッテリからの電力により駆動した場合、電動機の出力が考慮されていないため、バッテリの充電率(SOC:State of Charge)を適正な範囲に維持することができなくなるおそれがある。さらに、エンジンの出力制限が設けられていないため、エンジンの負荷を適正に制御することができず、エンジンが過負荷になりエンストを起こして連続運転ができなくなるおそれがある。 In the technique disclosed in Patent Document 1 described above, since the electric load required by the components of the construction machine is not taken into consideration, the regenerative power that can be generated by the electric load cannot be generated effectively. In addition, when a part of the drive mechanism is electrified and driven by electric power from the battery, the output of the motor is not taken into account, so that the state of charge (SOC) of the battery can be maintained in an appropriate range. There is a risk that it will not be possible. Furthermore, since the engine output limit is not provided, the engine load cannot be properly controlled, and the engine may be overloaded, causing engine stall and continuous operation.
また、上述の特許文献2に開示された技術では、様々な動作形態毎に出力値情報を入力したテーブル情報を予め準備しておく必要がある。したがって、テーブル情報を準備するために、様々な動作形態に対応した各駆動部の出力を想定しながら最適な動力分配を決定しテーブルに反映する必要があり、非常に煩雑な作業を行わなければならない。
Further, in the technique disclosed in
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、動力源であるエンジンとバッテリとを適正な出力範囲で使用することができるように各部への動力分配を最適化することのできるハイブリッド式建設機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a hybrid construction that can optimize power distribution to each part so that an engine and a battery that are power sources can be used in an appropriate output range. The purpose is to provide a machine.
本発明によれば、エンジンの出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する油圧発生機と、 前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、前記電動発電機の動作を制御する制御部とを有するハイブリッド式建設機械であって、前記制御部は、前記油圧駆動部が要求する第2のアシスト動力要求量を算出し、電気負荷が要求する第1のアシスト動力要求量を算出し、蓄電器の充電率を維持するための第3のアシスト動力要求量を算出し、該第1、第2及び第3のアシスト動力要求量の優先順位を判定し、判定結果に基づいて前記電動発電機の出力値を決定することを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。
According to the present invention, a hydraulic pressure generator that converts engine output into hydraulic pressure and supplies the hydraulic drive unit, a motor generator that is connected to the engine and functions as both a motor and a generator, and the motor generator An electric storage unit that supplies electric power to function as an electric motor, and an electric drive unit that is driven by electric power from the electric storage unit and the motor generator and generates regenerative power to supply to at least one of the electric storage unit and the motor generator A hybrid construction machine having a control unit for controlling the operation of the motor generator, wherein the control unit calculates a second requested amount of assist power required by the hydraulic drive unit, and an electric load is required. The first assist power request amount is calculated, the third assist power request amount for maintaining the charging rate of the battery is calculated, and the first, second, and third assist power request amounts are prioritized. A hybrid construction machine is provided, wherein the rank is determined and the output value of the motor generator is determined based on the determination result.
本発明によれば、油圧駆動部及び電気駆動部の特性に応じて適正な動力分配を行なうことができる。また、油圧駆動部及び電気駆動部の駆動の優先度をそれらの機能に応じて適正に調整することができる。 According to the present invention, appropriate power distribution can be performed according to the characteristics of the hydraulic drive unit and the electric drive unit. Also, the driving priority of the hydraulic drive unit and the electric drive unit can be appropriately adjusted according to their functions.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式ショベルについて説明する。 First, a hybrid excavator will be described as an example of a hybrid construction machine to which the present invention is applied.
図1はハイブリッド式ショベルの側面図である。ショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3からブーム4が延在し、ブーム4の先端にアーム5が接続される。さらに、アーム5の先端にバケット6が接続される。ブーム4、アーム5及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体3には、キャビン10及び動力源(図示せず)が搭載される。
FIG. 1 is a side view of a hybrid excavator. An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the excavator via a
図2は、図1に示すショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the excavator shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、ともに増力機としての減速機13の入力軸に接続されている。減速機13の出力軸には、メインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。
An
コントロールバルブ17は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ17には、下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続される。
The
電動発電機12には、インバータ18を介して蓄電器としてのバッテリ19が接続されている。バッテリ19には、インバータ20を介して旋回用電動機21が接続されている。旋回用電動機21はショベルにおける電気負荷である。旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続される。操作装置26には、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及びレバー操作検出部としての圧力センサ29がそれぞれ接続される。圧力センサ29には、電気系の駆動制御を行うコントローラ30が接続されている。
A
以上の構成を有するショベルは、エンジン11、電動発電機12、及び旋回用電動機21を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図1に示す上部旋回体3に搭載される。以下、各部について説明する。
The excavator having the above configuration is a hybrid construction machine that uses the
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。エンジン11は、建設機械の運転中は常時運転される。
The
電動発電機12は、電動(アシスト)運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機12として、インバータ20によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機12の回転軸は減速機13の他方の入力軸に接続される。
The
減速機13は、2つの入力軸と1つの出力軸を有する。2つの入力軸には、エンジン11の駆動軸と電動発電機12の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸にはメインポンプ14の駆動軸が接続される。エンジン11の負荷が大きい場合には、電動発電機12が電動(アシスト)運転を行い、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。これによりエンジン11の駆動がアシストされる。一方、エンジン11の負荷が小さい場合は、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電運転による発電を行う。電動発電機12の電動(アシスト)運転と発電運転の切り替えは、コントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
The
メインポンプ14は、コントロールバルブ17に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。メインポンプ14で発生した油圧は、コントロールバルブ17を介して油圧負荷である油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々を駆動するために供給される。パイロットポンプ15は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。
The main pump 14 is a hydraulic pump that generates hydraulic pressure to be supplied to the
コントロールバルブ17は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体1用の油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
The
インバータ18は、上述の如く電動発電機12とバッテリ19との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、電動発電機12の運転制御を行う。これにより、インバータ18が電動発電機12の電動(アシスト)を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ19から電動発電機12に供給する。また、電動発電機12の発電を運転制御している際には、電動発電機12により発電された電力をバッテリ19に充電する。
The
蓄電器であるバッテリ19は、インバータ18とインバータ20との間に配設されている。これにより、電動発電機12と旋回用電動機21の少なくともどちらか一方が電動(アシスト)運転又は力行運転を行っている際には、電動(アシスト)運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が発電運転又は回生運転を行っている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。
A
インバータ20は、上述の如く旋回用電動機21とバッテリ19との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、旋回用電動機21に対して運転制御を行う。これにより、旋回用電動機21が力行運転している際には、必要な電力がバッテリ19から旋回用電動機21に供給される。また、旋回用電動機21が回生運転をしている際には、旋回用電動機21により発電された電力がバッテリ19に充電される。
The
旋回用電動機21は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体3の旋回機構2を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が減速機24にて増幅され、上部旋回体3は加減速制御されながら回転運動を行う。また、上部旋回体3の慣性回転により、減速機24にて回転数が増大されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機21として、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ20によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機21は、例えば、磁石埋込型のIPMモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機21にて発電される電力を増大させることができる。
The turning electric motor 21 may be an electric motor capable of both power running operation and regenerative operation, and is provided for driving the
なお、バッテリ19の充放電制御は、バッテリ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、コントローラ30によって行われる。
The charge / discharge control of the
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサである。レゾルバ22は、旋回用電動機21と機械的に連結することで旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出する。旋回用電動機21の回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構2の回転角度及び回転方向が導出される。
The resolver 22 is a sensor that detects the rotation position and rotation angle of the rotation shaft 21 </ b> A of the turning electric motor 21. The resolver 22 is mechanically connected to the turning electric motor 21 to detect a difference between the rotation position of the
メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ23は、電磁式スイッチにより制動/解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ30によって行われる。
The
旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構2に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機21の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機21に発生させることができる。
The
旋回機構2は、旋回用電動機21のメカニカルブレーキ23が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体3が左方向又は右方向に旋回される。
The
操作装置26は、ショベルの運転者が、旋回用電動機21、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6を操作するための入力装置であり、レバー26A及び26Bとペダル26Cを含む。レバー26Aは、旋回用電動機21及びアーム5を操作するためのレバーであり、上部旋回体3の運転席近傍に設けられる。レバー26Bは、ブーム4及びバケット6を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル26Cは、下部走行体1を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
The operating
操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を運転者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。
The operating
レバー26A及び26Bとペダル26Cの各々が操作されると、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17が駆動され、これにより、油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9内の油圧が制御されることによって、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6が駆動される。
When each of the levers 26A and 26B and the pedal 26C is operated, the
なお、油圧ライン27は、油圧モータ1A及び1Bを操作するために1本ずつ(すなわち合計2本)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9をそれぞれ操作するために2本ずつ(すなわち合計6本)設けられるため、実際には全部で8本あるが、説明の便宜上、1本にまとめて表す。
One hydraulic line 27 is used for operating the
レバー操作検出部としての圧力センサ29では、レバー26Aの操作による、油圧ライン28内の油圧の変化が圧力センサ29で検出される。圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ30に入力される。これにより、レバー26Aの操作量を的確に把握することができる。また、本実施の形態では、レバー操作検出部として圧力センサを用いたが、レバー26Aの操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
In the
コントローラ30は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。
The
次に、本発明の一実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動制御について、上述のショベルの駆動制御を例にとって説明する。 Next, the drive control of the hybrid construction machine according to the embodiment of the present invention will be described by taking the drive control of the excavator as an example.
図3は上述のショベルの動力系をモデル化して示す図である。図3のモデル図において、エンジン50は上述のエンジン11に相当し、アシストモータ52は電動機及び発電機の両方の機能を有する電動発電機12に相当する。油圧負荷54は油圧により駆動される構成部品に相当し、上述のブームシリンダ7、アームシリンダ8、パケットシリンダ9、油圧モータ1A,1Bを含む。ただし、油圧を発生させるための負荷として考えた場合、油圧負荷54は、油圧を発生させる油圧ポンプとしてのメインポンプ14に相当する。電気負荷56は電動モータや電動アクチュエータ等のように電力で駆動される構成部品に相当し、上述の旋回用電動機21を含む。バッテリ58は蓄電器であり、上述のバッテリ19に相当する。本実施形態ではバッテリ58としてキャパシタ(電気二重層コンデンサ)を用いることとする。
FIG. 3 is a diagram showing a model of the above-described excavator power system. In the model diagram of FIG. 3, the
油圧負荷54には、油圧を発生する油圧ポンプ(上述のメインポンプ14)で発生した油圧が供給される。エンジン50はこの油圧ポンプに動力を供給して駆動する。すなわち、エンジン50が発生した動力は油圧ポンプにより油圧に変換されて油圧負荷54に供給される。
The
一方、油圧ポンプにはアシストモータ52も接続されており、アシストモータ52で発生した動力を油圧ポンプに供給して駆動することができる。すなわち、アシストモータ52に供給された電力はアシストモータ52により動力に変換され、その動力が油圧モータにより油圧に変換されて油圧負荷54に供給される。この際、アシストモータ52は電動機として動作する。
On the other hand, an
電気負荷56にはバッテリ58から電力が供給され駆動される。電気負荷56が駆動されている場合を力行運転と称する。電気負荷56は、例えば電動機兼発電機のように回生電力を発生することができるもので、発生した回生電力はバッテリ58に供給されて蓄積されるか、あるいはアシストモータ52に供給されてアシストモータ52を駆動する電力となる。
The
バッテリ58は、上述のように電気負荷56からの回生電力により充電される。また、アシストモータ52がエンジン50からの動力を受けて発電機として機能した場合、アシストモータ52が発生した電力をバッテリ58に供給して充電することもできる。アシストモータ52が発生した電力は、電気負荷56に直接供給して電気負荷56を駆動することもできる。
The
以上のような構成において、電力に関連する部分を見ると、電力(動力)の移動に方向性があることがわかる。この方向性を出力極性としてとらえると、図4に示すうような極性となる。 In the configuration as described above, it can be seen that the movement of electric power (power) has directionality when a portion related to electric power is viewed. If this directionality is taken as the output polarity, the polarity shown in FIG. 4 is obtained.
アシストモータ52に関して見ると、エンジン50をアシストして油圧を発生させて動力を油圧負荷54に供給する場合は、電力を動力として出力することとなる。このときのアシストモータ52の出力極性を(+)とする。一方、エンジン50の駆動力でアシストモータ52を駆動して発電する場合は、アシストモータ52に動力が入力されることとなる。したがって、このときのアシストモータ52の出力極性は(−)となる。
Looking at the
バッテリ58に関して見ると、放電して電気負荷56又はアシストモータ52を駆動する場合は、出力極性を(+)とする。一方、電気負荷56から回生電力、あるいはアシストモータ52の発電による電力が供給されて充電される場合がある。このときのバッテリ58の出力極性は(−)となる。
As for the
電気負荷56に関して見ると、電力が供給されて駆動されている場合、すなわち力行運転している場合の出力極性を(+)とすると、回生電力を発生しているときの出力極性は(−)となる。
Looking at the
以上のように、ハイブリッド式ショベルにおいては、電力に関連する構成部品である、アシストモータ52及び電気負荷56の運転状態及びバッテリ58の充電状態を考慮してそれらの出力極性を適宜調整することで、運転条件を決定する必要がある。特に、バッテリ58が常時適度に充電されるような状態になるように、アシストモータ52の出力極性を調整しながら、油圧負荷54への出力と電気負荷56への出力の配分を制御することが重要である。
As described above, in the hybrid excavator, the output polarity is appropriately adjusted in consideration of the operation state of the
次に、上述のハイブリッド式ショベルにおいて行なわれる動力分配制御について説明する。 Next, power distribution control performed in the above hybrid excavator will be described.
図5は本発明の一実施形態による動力分配制御を行なう制御システムの構成図である。図5に示す制御システムは上述のハイブリッド式ショベルに搭載された制御システムである。 FIG. 5 is a configuration diagram of a control system that performs power distribution control according to an embodiment of the present invention. The control system shown in FIG. 5 is a control system mounted on the hybrid excavator described above.
制御システムは、エンジン50、アシストモータ52、油圧駆動部である油圧負荷54、電気駆動部である電気負荷56、蓄電器であるバッテリ58、及びこれらの作動や状態を制御する制御部であるコントローラ30を含む。
The control system includes an
コントローラ30には、エンジン回転数を表すエンジン回転数情報Iengがエンジン50から供給される。油圧負荷54からは油圧ポンプの出力状態を推定した油圧系出力情報Ihydが出力され、コントローラ30に供給される。また、電気負荷56からは電動化したアクチュエータ(例えば、旋回用電動機21)などの出力状態を示す電気出力情報Ielcが出力され、コントローラ30に供給される。さらに、バッテリ58からはその時点での充電率SOCを示すSOC情報Ibts及びSOCや温度から求まる蓄電入出力可能量情報Iioc出力され、コントローラ30に供給される。コントローラ30は上述の情報に基づいて以下に説明するアルゴリズムに従って算出した結果をアシスト指令Casiとしてアシストモータ52に対して出力する。
Engine speed information Ieng representing the engine speed is supplied from the
図6はコントローラ30の機能ブロック図である。バッテリ58からの蓄電入出力可能量情報Iioc及び電気系出力情報Ielcは電気負荷補償を行なう第1のアシスト量演算部30aに供給される。第1のアシスト量演算部30aは、蓄電入出力可能量情報Iioc及び電気系出力情報Ielcに基づいてアシストモータ52によるアシストを要求する第1のアシスト要求Rasi1を算出し、優先度演算部30dに出力する。
FIG. 6 is a functional block diagram of the
また、エンジン50からのエンジン回転数情報Ieng及び油圧系出力情報Ihydは、油圧アシストを行なう第2のアシスト量演算部30bに供給される。第2のアシスト量演算部30bは、エンジン回転数情報Ieng及び油圧系出力情報Ihydに基づいてアシストモータ52によるアシストを要求する第2のアシスト要求Rasi2を算出し、優先度演算部30dに出力する。
The engine speed information Ieng and the hydraulic system output information Ihyd from the
さらに、バッテリ58からの蓄電SOC情報Ibtsは、蓄電量制御を行なう第3のアシスト量演算部30cに供給される。第3のアシスト量演算部30cは、蓄電SOC情報Ibtsに基づいてアシストモータ52によるアシストを要求する第3のアシスト要求Rasi3を算出し、優先度演算部30dに出力する。
Further, the stored SOC information Ibts from the
優先度演算部30dは、入力されたアシスト要求Rasi1〜Rasi3に対して優先度演算を行ない、第1のアシスト要求Rasi1〜第3のアシスト要求Rasi3の優先度に基づいてアシスト指令Casiを生成し、それをアシストモータ52に出力する。ここで、優先度演算は、後述する図10,14等に示される予め入力された判定指標によって行なわれる。そして、どの判定指標を用いるべきかは、優先度判定処理部30eにおいて選択され、選択された判定指標は、優先度情報Ipriとして優先度演算部30dに入力される。
The
ここで、上述の第1乃至第3のアシスト量演算部30a、30b、30cについてさらに詳しく説明する。
Here, the first to third assist
第1のアシスト量演算部30aは、電気負荷56の出力(もしくは回生)がバッテリ58でまかなえないときは、アシストモータ52が発電(もしくは力行)するように要求する第1のアシスト要求Rasi1を算出して出力する。この機能が電気負荷補償機能である。図7は、第1のアシスト量演算部30aにおいて第1のアシスト要求Rasi1を算出する方法の概念を示す図である。
When the output (or regeneration) of the
バッテリ58はそのときの状態(温度、劣化度等)や仕様により充放電できる電力量(入出力量)が異なる。電気負荷56が要求している量がこの充放電可能量の範囲を超えている場合は、アシストモータ52による発電で不足分をまかなうようにアシストモータ52への要求指令を出す。この要求指令が第1のアシスト要求Rasi1である。
The amount of electric power (input / output amount) that can be charged and discharged differs depending on the state (temperature, degree of deterioration, etc.) and specifications of the
ここで、エンジン50の回転数は一定となるように制御されているものとする。その場合のエンジン50の燃料消費量はエンジン50の回転数とトルクに依存する。また、電気負荷56への電力の供給は、基本的にバッテリ58からの電力でまかなうこととし、まかなえない分をアシストモータ52の発電で補助することとする。
Here, it is assumed that the rotational speed of the
図7において、電気負荷56からの電気系出力を示す矢印で示された白丸は、電気負荷56に供給すべき電力量を示している。ここで、電気負荷56に供給すべき電力量を表わす白丸は、バッテリ58の充放電可能量を示す線の上にプロットされている。この線上において、充電可能量及び放電可能量はそれぞれ斜線を施した領域で示されている。充電可能量の最大値は、そのときのバッテリ58の最大入力値で決まる。一方、放電可能量の最大値はそのときのバッテリ58の最大出力値で決まる。
In FIG. 7, white circles indicated by arrows indicating the electrical system output from the
図7に示す例では、電気負荷56からの電気系出力を示す矢印で示された白丸は放電可能量の範囲を超えている。したがって、この超えた部分、すなわち、電気負荷系出力の値からバッテリ最大出力の値を引いた分だけ、アシストモータ52を発電機として駆動して電力を供給するように要求するために、第1のアシスト要求Rasi1が出力される。
In the example shown in FIG. 7, the white circle indicated by the arrow indicating the electrical system output from the
なお、電気負荷56からの電気負荷系出力の値がバッテリ最大出力の値より小さい場合は、アシストモータ52で発電する必要はなく、第1のアシスト要求Rasi1は出力されない。
When the value of the electric load system output from the
一方、図示はしないが、電気負荷56が回生電力を生成している場合は、電気負荷系出力は回生電力であり、バッテリ58の充電に用いられる。この場合は電気負荷系出力(回生電力)の値とバッテリ58の最大入力の値とが比較される。そして、電気負荷系出力(回生電力)の値がバッテリ58の最大入力の値を超えている場合は、その差分だけアシストモータ52に電力を供給してアシストモータ52を電動機として駆動するために第1のアシスト要求Rasi1が出力される。
On the other hand, although not shown, when the
以上のようにして、第1のアシスト量演算部30aにおいて、電気負荷補償制御が行われ、必要な場合に第1のアシスト要求Rasi1が出力される。
As described above, the electric load compensation control is performed in the first assist
第2のアシスト量演算部30bは、油圧負荷54への出力がエンジン50で発生する動力でまかなえるか否かを判定し、エンジン50でまかなえないときは、アシストモータ52が電動機として駆動されて電動(アシスト)するように要求する第2のアシスト要求Rasi2を算出して出力する。この機能が油圧アシスト機能である。図8は、第2のアシスト量演算部30bにおいて第2のアシスト要求Rasi2を算出する方法の概念を示す図である。
The second assist
まず、第2のアシスト量演算部30bは、エンジン50でまかなえる出力をその時点でのエンジン回転数から算出する。エンジン出力の算出は、例えば等燃費線図のデータをあらかじめパラメータとして設定したエンジン特性に基づくマップを準備しておくことで容易に行うことができる。そして、第2のアシスト量演算部30bは、算出されたエンジン出力の値と油圧負荷54が要求する油圧系出力の値とを比較する。油圧負荷54が要求する油圧系出力の値は、例えば、油圧負荷54に供給される作動油の流量と圧力などから算出することができる。
First, the second assist
油圧負荷54が要求する油圧系出力の値が、算出されたエンジン出力の値を越えている場合は、エンジン出力だけでは油圧負荷54の要求に答えることができないとして、アシストモータ52に電動機として機能して動力をエンジン50側に供給するように要求指令を出す。この要求指令が第2のアシスト要求Rasi2である。
When the value of the hydraulic system output requested by the
第3のアシスト量演算部30cは、バッテリ58の目標SOCと現在のSOCの差を求め、バッテリ58の蓄電量を制御するために第3のアシスト要求Rasi3を算出して出力する。この機能が蓄電量制御機能である。図9は、第3のアシスト量演算部30cにおいて第3のアシスト要求Rasi3を算出する方法の概念を示す図である。
The third assist
バッテリ58のSOCはできるだけ所望の値に維持することが好ましい。そのため、第3のアシスト量演算部30cは、目標SOCと現在のSOCとの差を求め、その差に基づいてアシストモータ52を駆動したり、反対にアシストモータ52から電力を要求する要求指令を出力する。図9のグラフで示すように、現在のSOCが目標SOCより高い場合は、矢印AのようにSOCを下げるために、アシストモータ52がバッテリ58からの電力で電動(アシスト)運転することを要求する。一方、現在のSOCが目標SOCより低い場合は、矢印BのようにSOCを上げるために、アシストモータ52がバッテリ58を充電するように発電することを要求する。以上の制御は、目標SOCと現在SOCの差に基づいてPID制御を施すことで達成することができる。
It is preferable to maintain the SOC of the
優先度演算部30dは、以上のようにして生成される3つのアシスト要求Rasi1,Rasi2,Rasi3から、最終指令であるアシスト指令Casiを算出する。以下にアシスト指令Casiを算出する方法について説明する。
The
図10は、アシスト要求Rasi1,Rasi2,Rasi3からアシスト指令Casiを生成する際に用いるアルゴリズムを示す表である。最適なアシスト要求を選択するにはまず、何を優先するかについて決定する必要がある。すなわち、電気負荷の要求を満足させることを優先するか、油圧負荷の要求を満足させることを優先するか、バッテリのSOCを所望の値に維持することを優先するか、について決めておく必要がある。 FIG. 10 is a table showing an algorithm used when generating the assist command Casi from the assist requests Rasi1, Rasi2, and Rasi3. In order to select the optimum assist request, it is first necessary to decide what is to be prioritized. In other words, it is necessary to decide whether to give priority to satisfying the electric load requirement, to give priority to satisfying the hydraulic load requirement, or to give priority to maintaining the SOC of the battery at a desired value. is there.
図10に示す例では、電気負荷56に係る第1のアシスト要求Rasi1の値をaとし、油圧負荷54に係る第2のアシスト要求Rasi2の値をbとし、バッテリ58に係る第3のアシスト要求Rasi3の値をcとしている。そして、電気負荷56の要求を満足させることを優先度1として最も優先度が高く設定し、次に油圧負荷54の要求を満足させることを優先度2として次に優先度を高く設定し、バッテリ58のSOCの維持を優先度3として最も優先度を低く設定している。
In the example shown in FIG. 10, the value of the first assist request Rasi1 related to the
図10に示す例では、アシスト要求a〜cをそれぞれ表の左側、上側、右側に配置し、それぞれのとりうる値によって状態を分割している。そして、それぞれの状態に相当する欄に最適な演算式を記載している。この表における演算式の埋め込みが優先度を表すこととなる。 In the example shown in FIG. 10, assist requests a to c are arranged on the left side, upper side, and right side of the table, respectively, and the states are divided according to the possible values. And the optimal arithmetic expression is described in the column corresponding to each state. The embedding of the arithmetic expression in this table represents the priority.
図10に示す例では、上述のように優先度を高いほうから順にa→b→cとして判定指標を設定している。優先度を考慮しなくてよい場合は、3つのアシスト要求a〜cを加算したり、それぞれの値を比較し大きい値を選択したりすることができる。ここでは、比較すべき値の絶対値の大きい方を選択する処理が行なわれる。本実施形態では、優先度を考慮しなくてもよいという条件が成り立つのは、3つのアシスト要求a〜cの符号が同じ場合(アシスト要求の全てが「電動(アシスト)運転」を要求する場合)だけとする。また、3つのアシスト要求a〜cの符号が異なる場合には、その中で優先度の高いものの符号を採用することとする。すなわち、アシスト要求b又はcが同符号のときのみアシスト要求aに加算するというアルゴリズムに設定されている。ここで、本実施形態では油圧負荷54が発電することは無いので油圧負荷54に係るアシスト要求bがマイナスの値(b<0)をとることはない。したがって、図10の表のbの欄に関するアシスト指令Casiの算出は行なう必要はない。
In the example shown in FIG. 10, the determination index is set as a → b → c in order from the highest priority as described above. When priority does not need to be considered, three assist requests a to c can be added, or a larger value can be selected by comparing the respective values. Here, the process of selecting the larger absolute value of the values to be compared is performed. In the present embodiment, the condition that the priority need not be considered is satisfied when the signs of the three assist requests a to c are the same (when all of the assist requests require “electric driving”). ) Only. In addition, when the codes of the three assist requests a to c are different, the code of the higher priority among them is adopted. That is, the algorithm is set such that the assist request a is added to the assist request a only when the assist request b or c has the same sign. Here, in this embodiment, since the
例えば、レバー26が操作されることによって旋回電動機21の駆動指令が出されると、旋回用電動機21の力行運転に必要な電力をコントローラ30へ要求し、電気負荷補償部30aにおいてアシスト要求Rasi1を生成する。一方、レバー26が操作されることによってブームの駆動指令が出されると、ブームの駆動に必要とする出力をコントローラ30へ要求し、油圧アシスト部30bにおいてアシスト要求Rasi2を生成する。また、蓄電量制御部30cにおいては、その際のバッテリ58における蓄電SOC情報に基づいて、アシスト要求Rasi3が生成される。ここで、旋回電動機21の力行運転により、アシスト要求Rasi1がアシストモータへ発電を要求するので、a<0と判断される。次に、ブームの駆動により、アシストモータへのアシスト要求Rasi2がアシストを要求するので、0<bt判断される。この状態において、旋回用電動機21によるアシストモータへの発電要求と、ブームの駆動によるアシストモータへのアシスト要求とは要求指令が矛盾した状態となる。
For example, when a drive command for the turning electric motor 21 is issued by operating the
しかしながら、優先度演算部30dにおいて、優先順位1として決定された電気負荷のアシスト要求Rasi1、優先順位2として決定された油圧負荷のアシスト要求Rasi2、及び優先順位3として決定されたバッテリの発電要求Rasi3の優先順位をつけた判定指標を設けているので、各駆動部からアシストモータへの要求指令が矛盾した状態となっても、優先順位に基づいて判断を行なうことができる。これにより、ブームからはアシスト要求が出されても、旋回用電動機21の発電要求が優先順位で上となっているので、旋回用電動機21からの発電指令が優先される。
However, in the
そして、バッテリの蓄電状態からは、アシストモータへのアシスト要求Rasi3が発電を要求するので、c<0と判断される。バッテリの蓄電状態からの要求は優先順位が上の油圧アシストのアシスト要求と矛盾するが、電気系負荷要求の発電要求が優先されるので、バッテリの蓄電状態からのアシスト要求Rasi3はそのまま反映される。その結果、判定指標によりa+cと判断され、アシスト要求Rasi1とアシスト要求Rasi3とに基づきアシスト出力指令Casiが算出される。 Then, from the battery storage state, it is determined that c <0 because the assist request Rasi3 to the assist motor requests power generation. The request from the battery storage state is inconsistent with the assistance request of the hydraulic assist having higher priority, but the power generation request of the electric load request is given priority, so the assist request Rasi3 from the battery storage state is reflected as it is. . As a result, a + c is determined based on the determination index, and an assist output command Casi is calculated based on the assist request Rasi1 and the assist request Rasi3.
図11は図10の(i)においてアシスト指令Casi=a+cと設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。電気負荷56からのアシスト要求aとバッテリ58からのアシスト要求cとが加算されてアシストモータ52の発電量が決定されている。アシスト指令Casi=a+cに基づき、アシストモータ52はa+cからの算出値に基づく電力量だけ発電するように制御される。そして電気負荷56が要求するアシスト要求aの電力が電気負荷56に供給され、バッテリ58が要求するアシスト要求cの電力がバッテリ58に供給される。油圧負荷54はアシスト(すなわち、アシストモータ52の電動(アシスト)運転)を要求しているが、ここでは電気負荷56の要求に最も高い優先度が与えられているので、油圧負荷54のアシスト要求bは受け入れられない。したがって、判定指標によるa+cの判断に基づき、コントローラ30は、アシスト要求Rasi3から算出されたアシスト出力指令Casiに対応する電力量を発生させるように、一定回転で回転しているエンジンはエンジントルクを増加させる。
FIG. 11 is a diagram showing the flow of power relating to the assist
図12は図10の(ii)においてアシスト指令Casi=Max(a,b)と設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。電気負荷56からのアシスト要求aと油圧負荷54からのアシスト要求bとのうち大きいほうが採用されてアシストモータ52のエンジンアシスト動力量が決定されている。アシスト指令Casi=Max(a,b)に基づき、アシストモータ52はaとbのうち大きいほうの動力を出力するように制御される。これは、要求の向きが同じであれば、大きい方の要求を満たせば他の要求も同時に作用が働き、同時に両方の要求を満たすことができるからである。そして電気負荷56が出力したいアシスト要求aの電力がアシストモータ52に供給され、油圧負荷54が要求するアシスト要求bの動力がアシストモータ52から油圧負荷54に供給される。バッテリ58はアシストモータ52での発電を要求しているが、ここでは電気負荷56の要求に最も高い優先度が与えられているので、バッテリ58のアシスト要求cは受け入れられない。
FIG. 12 is a diagram showing the flow of power related to the assist
図13は図10の(iii)においてアシスト指令Casi=Max(a+c,b)設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。電気負荷56からのアシスト要求aとバッテリ58からのアシスト要求cとの加算による算出値と、油圧負荷54からのアシスト要求bの値の大きいほうを採用してアシストモータ52のエンジンアシスト動力量が決定されている。アシスト指令Casi=Max(a+c,b)に基づき、アシストモータ52はa+c又はbの動力を出力するように制御される。a+cのからの算出値がbの値より大きい場合は、電気負荷56が出力したいアシスト要求aの電力がアシストモータ52に供給され、且つバッテリ58が放電したいアシスト要求cの電力がバッテリ58からアシストモータ52に供給される。一方、bの値がa+cからの算出値より大きい場合は、油圧負荷54が要求するアシスト要求bの動力がアシストモータ52から油圧負荷54に供給される。
FIG. 13 is a diagram showing the flow of power related to the assist
図10に示す表では、電気負荷の要求の最優度を一番高く設定し、油圧アシスト(油圧負荷)の要求の優先度を2番目に高く設定し、蓄電量制御による要求の優先度を3番目としている。この場合、電気負荷の要求を常に受け入れることとなり、電気負荷が一番適切な運転状態となるように極力維持することができる。例えば、電気負荷としてリフトマグネットが用いられているような場合、リフトマグネットへの電力供給を最優先とすることで、不意にリフトマグネットへの供給電力量が低下したりすることを防止することができ、安全性を考慮した駆動制御を行なうことができる。また、ハイブリッド式ショベルの場合、旋回モータを電動化することが一般的となっており、且つ旋回を優先駆動することが望まれている。したがって、このようなハイブリッド式ショベルにおいて電気負荷の要求の最優度を一番高く設定することで、旋回を優先駆動するという要求を満たすことができる。 In the table shown in FIG. 10, the highest priority of the electric load request is set highest, the priority of the hydraulic assist (hydraulic load) request is set second highest, and the priority of the request by the storage amount control is set. It is the third. In this case, the request for the electric load is always accepted, and the electric load can be maintained as much as possible so as to be in the most appropriate operating state. For example, when a lift magnet is used as an electrical load, the power supply to the lift magnet can be given top priority to prevent the amount of power supplied to the lift magnet from being unexpectedly reduced. Drive control in consideration of safety can be performed. Further, in the case of a hybrid excavator, it is common to electrically drive a turning motor, and it is desired to preferentially drive turning. Therefore, in such a hybrid excavator, it is possible to satisfy the requirement of preferentially driving the turning by setting the highest priority of the electric load requirement.
また、油圧負荷の要求の優先度を2番目とすることで、バッテリの状態に左右されずにバッテリの出力を最大に引き出すことができる。このため、油圧負荷に供給する動力を大きくすることができ、油圧駆動部を力強く運転することができる。ただし、バッテリの蓄電率が悪化するおそれがあるので、連続運転を行なう上では好ましくない。安定した連続運転を優先したい場合は、蓄電量制御による要求の優先度を2番目に設定し、油圧アシスト(油圧負荷)の要求の優先度を3番目に設定することが好ましい。 Further, by setting the priority of the request for the hydraulic load to the second, the output of the battery can be maximized without being influenced by the state of the battery. For this reason, the power supplied to the hydraulic load can be increased, and the hydraulic drive unit can be operated strongly. However, since there is a possibility that the storage rate of the battery may deteriorate, it is not preferable for continuous operation. In order to give priority to stable continuous operation, it is preferable to set the priority of the request by the storage amount control second and set the priority of the request of hydraulic assist (hydraulic load) third.
図14は、図10に示すアルゴリズムにおいて油圧負荷54の要求を満足させることを優先度1として最も優先度が高く設定し、次に蓄電量制御の要求を満足させることを優先度2として次に優先度を高く設定し、電気負荷56の要求を満足させることを優先度3として最も優先度を低く設定している。
In FIG. 14, in the algorithm shown in FIG. 10, the highest priority is set to satisfy the request of the
図14に示す例では、図10に示す例と同様に、アシスト要求a〜cをそれぞれ表の左側、上側、右側に配置し、それぞれのとりうる値によって状態を分割している。そして、それぞれの状態に相当する欄に最適な演算式を記載している。この表における演算式の埋め込みが優先度を表すこととなる。図14に示す例では、上述のように優先度を高いほうから順にb→c→aとして設定している。 In the example shown in FIG. 14, as with the example shown in FIG. 10, assist requests a to c are arranged on the left side, upper side, and right side of the table, and the states are divided according to the possible values. And the optimal arithmetic expression is described in the column corresponding to each state. The embedding of the arithmetic expression in this table represents the priority. In the example shown in FIG. 14, the priority is set as b → c → a in order from the highest as described above.
例えば、図14の表において、アシスト要求bの符号がプラス(0<b)であり、アシスト要求aの符号がマイナス(0<b)であり、アシスト要求cの符号もマイナス(c<0)である場合、図14の(iv)に示すようにアシスト指令Casiの値はbとして算出される。すなわち、3つのアシスト要求の符号が全て同じではないので(bだけがプラスでa、cはマイナス)、優先度が一番高いアシスト要求bの符号が採用され、且つアシスト要求bの符号(マイナス)と同じ符号を有するアシスト要求が無いので、bには何も加算されずアシスト指令Casiはbに設定される(Casi=b)。 For example, in the table of FIG. 14, the sign of the assist request b is plus (0 <b), the sign of the assist request a is minus (0 <b), and the sign of the assist request c is also minus (c <0). In this case, the value of the assist command Casi is calculated as b as shown in (iv) of FIG. That is, since the signs of the three assist requests are not all the same (only b is positive and a and c are negative), the sign of the assist request b having the highest priority is adopted, and the sign of the assist request b (minus) Since there is no assist request having the same sign as), nothing is added to b, and the assist command Casi is set to b (Casi = b).
図15は図14の(iv)においてアシスト指令Casi=bと設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。油圧負荷54からのアシスト要求bのみによりアシストモータ52が出力すべき動力量が決定されている。アシスト指令Casi=bに基づき、アシストモータ52はbの動力量だけ出力するように制御される。バッテリ58は発電(すなわち、アシストモータ52の発電運転)を要求しているが、ここでは油圧負荷54の要求に最も高い優先度が与えられているので、バッテリ58のアシスト要求cは受け入れられない。また、電気負荷56も発電(すなわち、アシストモータ52の発電運転)を要求しているが、ここでは油圧負荷54の要求に最も高い優先度が与えられているので、電気負荷56のアシスト要求aは受け入れられない。
FIG. 15 is a diagram showing the flow of power relating to the assist
図16は図10の(v)においてアシスト指令Casi=Max(a,b)と設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。電気負荷56からのアシスト要求aと油圧負荷54からのアシスト要求bのうち大きい方が採用されてアシストモータ52のエンジンアシスト動力量が決定されている。アシスト指令Casi=Max(a,b)に基づき、アシストモータ52は電気負荷56からのアシスト要求aと油圧負荷54からのアシスト要求bのうち大きい方の動力を出力するように制御される。そして電気負荷56が出力したいアシスト要求aの電力がアシストモータ52に供給され、油圧負荷54が要求するアシスト要求bの動力がアシストモータ52から油圧負荷54に供給される。バッテリ58はアシストモータ52での発電を要求しているが、ここでは油圧負荷54の要求に最も高い優先度が与えられているので、バッテリ58のアシスト要求cは受け入れられない。
FIG. 16 is a diagram showing the flow of power relating to the assist
図17は図10の(vi)においてアシスト指令Casi=Max(a+c,b)と設定された際のアシストモータ52に関する動力の流れを示す図である。電気負荷56からのアシスト要求aとバッテリ58からのアシスト要求cとの加算による算出値と、油圧負荷54からのアシスト要求bの値の大きい方が採用されてアシストモータ52のエンジンアシスト動力量が決定されている。アシスト指令Casi=Max(a+c,b)に基づき、アシストモータ52はa+cからの算出値又はbの動力を出力するように制御される。そして電気負荷56が出力したいアシスト要求aの電力がアシストモータ52に供給され、油圧負荷54が要求するアシスト要求bの動力がアシストモータ52から油圧負荷54に供給され、バッテリ58が放電したいアシスト要求cの電力がバッテリ58からアシストモータ52に供給される。この場合、電気負荷56のアシスト要求aと、油圧負荷54のアシスト要求bと、バッテリ58のアシスト要求cとが全て同じ符号であり、アシストモータ52は同じ動作(発電又は電動(アシスト)運転)を行なえばよいので、3つのアシスト要求a、b、cの全てが受け入れられている。
FIG. 17 is a diagram showing the flow of power related to the assist
図14に示す表では、油圧負荷の要求の最優度を一番高く設定し、蓄電量制御による要求の優先度を2番目とし、油圧アシスト(油圧負荷)の要求の優先度を3番目としている。この場合、油圧負荷の要求を常に受け入れることとなり、油圧負荷の要求をできるだけ満足させる運転状態となるように維持することができる。例えば、作業内容で掘削作業が多いような場合、バケット、アーム、ブーム等の油圧駆動部を動かす作業が多くなる。このような場合に油圧負荷の要求の最優度を一番高く設定することで、作業者が要求する掘削作業を行なうための油圧を十分に供給することができる。また、バッテリの要求の優先度を2番目とすることで、アシストモータ52を電動(アシスト)運転して油圧負荷側に動力を供給することができ、油圧駆動部の運転が力強いという感じを操作者に与えることができる。
In the table shown in FIG. 14, the highest priority of the hydraulic load request is set to the highest, the priority of the request by the storage amount control is second, and the priority of the request of hydraulic assist (hydraulic load) is third. Yes. In this case, the request for the hydraulic load is always accepted, and the operation state that satisfies the request for the hydraulic load as much as possible can be maintained. For example, when there are many excavation works depending on the work content, the work of moving hydraulic drive units such as buckets, arms, and booms increases. In such a case, by setting the highest degree of demand for the hydraulic load to the highest level, it is possible to sufficiently supply the hydraulic pressure for performing the excavation work required by the operator. In addition, by setting the battery request priority to the second priority, the
なお、蓄電量制御による要求(バッテリ58の要求)の優先度を最も高く設定した場合については図示はしないが、例えば外気温度が高い環境で作業を行なうような場合には、バッテリ58の要求の優先度を最も高くすることが好ましい。外気温が高いとバッテリ58の劣化が促進されるため、なるべく充電率SOCを目標の充電率近辺に維持することで、バッテリ58の劣化を抑制することができる。
Although the case where the priority of the request based on the storage amount control (request of the battery 58) is set to the highest is not shown, for example, when working in an environment where the outside air temperature is high, the request of the
以上のように、本実施形態によれば、例えば、電動化した旋回軸を優先駆動させるなどのように、制御対象装置の特性に応じたエネルギ・マネージメントを行なうことができる。また、ハイブリッド制御のパラメータ調整にいて、機能毎に調整したり、優先度を調整することで、操作者の感覚を考慮した調整を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, for example, energy management can be performed in accordance with the characteristics of the device to be controlled, such as preferentially driving a motorized turning shaft. Further, in the parameter adjustment of the hybrid control, the adjustment in consideration of the operator's feeling can be realized by adjusting for each function or adjusting the priority.
1 下部走行体
1A、1B 走行機構
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 減速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18 インバータ
19 バッテリ
20 インバータ
21 旋回用電動機
23 メカニカルブレーキ
24 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
31 速度指令変換部
32 駆動制御装置
40 旋回駆動制御装置
50 エンジン
52 アシストモータ
54 油圧負荷
56 電気負荷
58 バッテリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、
該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、
該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、
前記電動発電機の動作を制御する制御部と
を有するハイブリッド式建設機械であって、
前記制御部は、前記油圧駆動部が要求する第2のアシスト動力要求量を算出し、電気負荷が要求する第1のアシスト動力要求量を算出し、蓄電器の充電率を維持するための第3のアシスト動力要求量を算出し、該第1、第2及び第3のアシスト動力要求量の優先順位を判定し、判定結果に基づいて前記電動発電機の出力値を決定する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。 A hydraulic generator that converts the output of the engine into hydraulic pressure and supplies it to a hydraulic drive unit; a motor generator that is connected to the engine and functions as both a motor and a generator;
A capacitor that supplies electric power to the motor generator to function as an electric motor;
An electric drive unit that is driven by electric power from the electric storage device and the motor generator, and generates regenerative electric power to supply to at least one of the electric storage device and the motor generator;
A hybrid construction machine having a controller for controlling the operation of the motor generator,
The control unit calculates a second assist power request amount required by the hydraulic drive unit, calculates a first assist power request amount required by the electric load, and maintains a charge rate of the battery. And calculating a priority order of the first, second, and third assist power request amounts, and determining an output value of the motor generator based on the determination result. Hybrid construction machine.
前記制御部は、前記エンジンの運転状態と前記油圧駆動部の負荷とに基づいて前記第2のアシスト動力要求量を算出することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 The hybrid construction machine according to claim 1,
The hybrid construction machine, wherein the control unit calculates the second assist power requirement amount based on an operating state of the engine and a load of the hydraulic drive unit.
前記制御部は、前記蓄電器に入出力可能な電力量と前記電気駆動部の負荷とに基づいて前記第1のアシスト動力要求量を算出することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 The hybrid construction machine according to claim 1,
The hybrid construction machine, wherein the control unit calculates the first assist power request amount based on an amount of electric power that can be input to and output from the capacitor and a load of the electric drive unit.
前記制御部は、前記蓄電器の使用範囲と前記電気駆動部の負荷とに基づいて前記第1のアシスト動力要求量を算出することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 The hybrid construction machine according to claim 1,
The hybrid construction machine, wherein the control unit calculates the first assist power request amount based on a usage range of the battery and a load of the electric drive unit.
前記制御部は、前記電気駆動部の負荷が前記蓄電器の使用範囲内にあるときは、前記蓄電器からの前記第1のアシスト動力要求量をゼロに設定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 A hybrid construction machine according to claim 4,
Wherein, when the load of the electric drive unit is in the range of use of the capacitor, the hybrid construction machine, which comprises setting the first assist power demand from the capacitor to zero.
前記制御部は、目標充電率と現在の充電率との差に基づいて前記第3のアシスト動力要求量を算出することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 The hybrid construction machine according to claim 1,
The hybrid construction machine, wherein the control unit calculates the third assist power request amount based on a difference between a target charging rate and a current charging rate.
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FI125208B (en) * | 2010-05-25 | 2015-07-15 | Sandvik Mining & Constr Oy | Rock Drilling Device and Downhill Method |
JP2012097670A (en) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Work machine |
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JP2003328397A (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-19 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Hybrid construction machine |
JP3888585B2 (en) * | 2002-10-15 | 2007-03-07 | 株式会社デンソー | Vehicle load drive control device |
US7146808B2 (en) * | 2004-10-29 | 2006-12-12 | Caterpillar Inc | Hydraulic system having priority based flow control |
JP4715458B2 (en) * | 2004-12-07 | 2011-07-06 | 株式会社デンソー | Thermoelectric generator |
JP4524679B2 (en) * | 2006-03-15 | 2010-08-18 | コベルコ建機株式会社 | Hybrid construction machinery |
JP4725406B2 (en) * | 2006-04-26 | 2011-07-13 | コベルコ建機株式会社 | Power source device for hybrid work machines |
-
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3818249B1 (en) | 2018-07-04 | 2022-04-06 | Epiroc Rock Drills Aktiebolag | Methods and devices for power control in mining machines |
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