混合动力工程机械用电源供应装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力工程机械用电源供应装置及其方法，更详细而言，涉及一种在诸如混合动力挖掘机或车辆之类的把发动机和电动机共同用作动力源且具有电能存储装置的混合动力工程机械中，省略在普通混合动力工程机械中曾使用的起动电动机、用于电池充电的交流发电机(Alternator)，从而因发动机负载减轻而能够谋求提高发动机效率的混合动力工程机械用电源供应装置及其方法。
【背景技术】
[0002]最近，随着油价的急剧上升，对把发动机的剩余动力存储于电池后从电池供应发动机的不足的动力，因而改善燃油效率的混合动力形态的工程机械的研宄正在活跃地进行。
[0003]如上所述，把发动机与电气马达用作共同动力源且具有电能存储装置的系统称为混合动力系统。例如，在混合动力系统中，有诸如混合动力汽车及挖掘机之类的重型设备用混合动力系统。
[0004]另一方面，普通的挖掘机系统以发动机为动力源，通过所谓的液压的介质，执行使作为最终负载的动臂、斗臂及铲斗驱动而转动或行驶的动作。不同于此，混合动力挖掘机系统在普通的挖掘机中追加设置2个电动机和电气存储装置，从而能够使挖掘机系统的整体效率提高。混合动力挖掘机系统中追加的主要部件包括电动机、电气存储装置、逆变器及变换器。其中，电气存储装置包括电池(Battery)及超级电容器(Ultra-Capacitor，UC)。
[0005]图1图示了以往的油压式挖掘机系统，图2图示了以往的混合动力挖掘机系统。
[0006]就图2的混合动力挖掘机系统而言，在发动机之外追加使用电动机作为动力源，因而除追加了电动机驱动及电能存储相关构成之外，即，除追加了发动机辅助电动机(103)、发动机辅助电动机逆变器(130)、转动电动机(104)、转动电动机逆变器(140)、直流环电容器(150)、用于电能存储的超级电容器(105)及用于向超级电容器(105)供应电能的UC变换器(160)之外，基本的构成相同。
[0007]即，两个系统共同地要求必须安装用于发动机(30)启动的起动电动机(10)、用于对向挖掘机电气系统(106)供应电能的电池(101)充电的交流发电机(20)。
[0008]另一方面，就以往的混合动力挖掘机而言，作为向用于存储电能的超级电容器供应电能所需的单元，存在使用超级电容器变换器的变换器方式(图3)、省略变换器而代之以利用初期充电部的无变换器(Converter Less)方式(图4)的2种方式。
[0009]图3图示了变换器方式，图4图示了无变换器方式。
[0010]首先，图3的变换器方式的混合动力挖掘机系统的电力供应装置(100)包含:切换模式电源供应部(110)、逻辑控制板(120)、发动机辅助电动机逆变器(130)、转动电动机逆变器(140)、DC环电容器(150)及作为DC-DC变换器的超级电容器变换器(160)。其中，切换模式电源供应部(110)、逻辑控制板(120)、发动机辅助电动机逆变器(130)、转动电动机逆变器(140)及超级电容器变换器(160)分别与控制板用电池(101)、挖掘机电气装置(102)、发动机辅助电动机(103)、转动电动机(104)及超级电容器(105)连接。
[0011]切换模式电源供应部(SMPS: Switched-Mode Power Supply) (110)与控制板用电池(101)连接，向逻辑控制板(120)供应电源。
[0012]逻辑控制板(120)执行如下功能:感知超级电容器(105)的电压及DC环电容器(150)的电压，控制初期驱动逻辑。
[0013]发动机辅助电动机逆变器(130)执行借助于发动机辅助电动机(103)而使DC环电容器(150)充电的功能。其中，发动机辅助电动机(103)与发动机(30)直接连接，在发动机驱动时，以与发动机(30)相同的旋转数(rpm)旋转。
[0014]转动电动机逆变器(140)在超级电容器(105)的电力连接器为接通(ON)状态后，执行根据充电的电压而使转动电动机(104)驱动的功能。其中，转动电动机(104)产生挖掘机转动运转所需的动力。
[0015]DC环电容器(150)以借助于发动机辅助电动机逆变器(130)而变换的DC电压进行充电。DC环电容器(150)与超级电容器变换器(160)连接。
[0016]超级电容器变换器(160)执行利用DC环电容器(150)中存储的电能而使超级电容器(105)充电的功能。超级电容器变换器(160)连接于DC环电容器(150)与超级电容器(105)之间。其中，超级电容器(105)以借助于超级电容器(105)而变换的电压进行充电。
[0017]具备具有这种构成的DC-DC变换器的电力变换装置(100)包含对电动机进行驱动的逆变器(例如发动机辅助电动机逆变器(130)及转动电动机逆变器(140))和对超级电容器进行驱动的变换器(例如超级电容器变换器(160))。其中，超级电容器变换器(160)在变换将向超级电容器(105)充电的DC环电压的过程中，伴随着运转损失。
[0018]但是，由于超级电容器变换器(160)的存在，在变换将向超级电容器(105)充电的直流环的电压的过程中，发生运转损失，电力变换装置(100)的大小变得庞大，发生费用过大等问题，为了解决这种问题，如图4所示，提出省略了超级电容器变换器(160)的无变换器(Converter Less)电力变换装置。
[0019]参照图4，无变换器(Converter Less)电力变换装置与图3的变换器方式相比，不同之处在于:省略了超级电容器变换器(160)，代之以在DC环电容器(250)与超级电容器(105)之间配备初期充电部(260)，使超级电容器(105)充电，其余构成相同。另外，为了使超级电容器(105)的电压与DC环电容器(250)的电压一致，配备初期充电用小容量继电器(SRU SR2) (270)及大电流导通用大容量连接器(MC1、MC2) (280)，就超级电容器(105)而言，随着由初期充电控制部(220)控制的初期充电用小容量继电器(SR1、SR2) (270)及大电流导通用大容量连接器(MC1、MC2) (280)的运转，使超级电容器(105)的电压与DC环电容器(250) —致。就这种无变换器方式而言，改善了因变换器的存在而导致的问题(减小费用、大小等)。
[0020]但是，图3的变换器方式及图4的无变换器方式均共同存在必须安装用于发动机启动的起动电动机和用于电池充电的交流发电机的问题(参照图2)。即，起动电动机价格昂贵，由于通过交流发电机反复进行电池的充放电而产生损失的能量，由于在启动时电池输出大电流而电池寿命缩短，具有因交流发电机的存在而导致发动机效率下降的问题，需要对此进行改善。
【发明内容】
[0021]技术课题
[0022]本发明正是为了解决前述问题而研发的，本发明的目的在于提供一种混合动力工程机械用电源供应装置及其方法，在混合动力工程机械中，即使去除了用于发动机启动的起动电动机、用于电池充电的交流发电机，也能够高效地供应电源。
[0023]解决课题方法
[0024]为达成以上的目的，本发明的混合动力工程机械用电源供应装置及其方法，通过去除用于发动机启动的起动电动机、用于电池充电的交流发电机，从而谋求节省成本，提高发动机运转效率，使得能够在无电池的充放电过程的情况下向电气系统供应电能，从而谋求节能效果。
[0025]即，去除为了发动机启动而曾使用的起动电动机，代之以利用发动机辅助电动机，执行发动机启动。另外，配备直接连接于存储有由发动机辅助电动机产生的能量的第一蓄电单元(DC环电容器)的电力变换装置(DC/DC变换器)，使得在无交流发电机的情况下执行电池充电，同时代替电池由电力变换装置(DC/DC变换器)向电气系统供应能量。
[0026]更具体而言，本发明的特征在于，在具备发动机、负载电动机、电池和电气系统的混合动力工程机械用电源供应装置中包含:发动机辅助电动机，其在所述混合动力工程机械启动时，启动所述发动机；第一蓄电单元，其位于连接于所述发动机辅助电动机的第一逆变器与连接于所述负载电动机的第二逆变器之间，蓄积所产生的