混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法

专利名称：混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法，使用了升降压转 换器，该升降压转换器具有升压用开关元件及降压用开关元件，且进行对负荷的电力供给 的控制与由负荷获得的再生电力的对蓄电器的供给的控制。
背景技术：
以往，提出了将驱动机构的一部分电动化了的混合式施工机械。这种施工机械具 备对吊杆(boom)、摇臂(arm)及铲斗(bucket)等操作要素进行液压驱动的液压泵，通过增 速器将电动发电机连接于用于驱动该液压泵的发动机，由电动发电机辅助发动机的驱动并 将由发电得到的电力充电到电池上。并且，作为使上部回转体回转用的回转机构的动力源，除了液压马达，还具备电动 机，回转机构加速时，由电动机辅助液压马达的驱动，回转机构减速时，由电动机进行再生 运行，并将发电的电力充电到电池上(例如参照专利文献1)。专利文献1 日本特开平10-103112号公报。但是，在这种混合式施工机械中，由于重复进行如电动发电机等的由负荷引起的 电力消耗和再生电力的生成，因此蓄电机构的电压值变动大。存在如下课题蓄电机构的电压值的变动会带来负荷的控制性的偏差及由过电流 引起的负荷的驱动器的损伤等情况。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种抑制蓄电机构的电压值的变动，并且抑制负荷 的控制性的偏差及由过电流引起的负荷的驱动器的损伤等的发生的混合式施工机械及混 合式施工机械的控制方法。根据本发明的一方面的混合式施工机械，包含内燃机、电动发电机、由液压驱动的 操作要素、用回转用电动机回转驱动的回转机构，其特征在于， 具备配设在所述电动发电机和所述回转用电动机之间的蓄电机构，该蓄电机构具备维持固定范围内的电压值的固定电压蓄电部、允许基于所述电动 发电机的电动发电运行或基于所述回转用电动机的电力再生运行的电压值的变动的变动 电压蓄电部。并且，也可以具有升降压转换器，一侧连接在所述固定电压蓄电部，另一侧连接 在所述变动电压蓄电部，使所述变动电压蓄电部的电压值变动来使所述固定电压蓄电部的 电压值升压或降压；以及升降压驱动控制部，进行所述升降压转换器的升压动作和降压动作的切换控制。并且，也可以还具备检测所述固定电压蓄电部的电压值的电压值检测部，所述升降压驱动控制部根据所述电压值检测部所检测出的电压值，进行升压动作 和降压动作的切换控制。并且，也可以所述升降压驱动控制部根据所述回转用电动机的运行状态，进行所 述升降压转换器的升压动作和降压动作的切换控制，以使所述固定电压蓄电部的电压值容 纳在固定的范围内。并且，也可以所述升降压驱动控制部将所述升降压转换器的升压动作或降压动 作中的某一个切换到另一个时，设置无动作时间。并且，也可以如下所述升降压转换器具有升压用开关元件，用于控制从所述变动电压蓄电部向所述固定电压蓄电部的电力 的供给；降压用开关元件，用于控制从所述固定电压蓄电部向所述变动电压蓄电部的电力 的供给；以及电抗器，连接于所述升压用开关元件和所述降压用开关元件；所述升降压驱动控制部具有电压控制机构，驱动控制所述升压用开关元件或所述降压用开关元件，以使所述 第1电压检测部的电压值成为电压目标值；电流控制机构，驱动控制所述升压用开关元件或所述降压用开关元件，以使流通 过所述电抗器的电流值成为规定的电流阈值，并且具备控制切换机构，选择性地切换所述电压控制机构或所述电流控制机构中的任 意一个，以使所述升降压转换器的负荷成为规定的负荷以下。并且，也可为如下当进行基于所述电压控制机构的驱动控制时，若流通过所述电 抗器的电流的绝对值大于所述电流阈值，则所述控制切换机构切换为基于所述电流控制机 构的驱动控制。并且，也可为如下当进行基于所述电流控制机构的驱动控制时，若所述第1电压 检测部的电压值恢复到电压目标值，则所述控制切换机构切换为基于所述电压控制机构的 驱动控制。并且，也可为如下当将所述电压控制机构或所述电流控制机构中的某一个向另 一个切换时，所述升降压驱动控制部校正切换后的控制目标值的初始值。并且，也可以所述升降压驱动控制部在所述升降压转换器的死区区域内进行促 进充放电电流的控制。并且，所述升降压驱动控制部也可以包含如下主控制部，运算用于驱动所述升降 压转换器的PWM负载值，以使所述DC总线的电压值(以下称为DC总线电压值)追随目标 电压值；补偿负载值运算部，在相对于所述升降压转换器的PWM负载值的电流值特性中的 规定的低电流区域，运算用于补偿所述PWM负载值的补偿负载值；合计部，进行将所述补偿负载值合计到由所述主控制部所运算的PWM负载值的合 计处理。
并且，也可以所述主控制部构成为，通过基于所述DC总线电压值和所述目标电 压值的偏差的PI控制，运算所述PWM负载值，还具备置换部，在所述合计处理的启动开始时，将包含于所述PWM负载值的积分 成分值置换成比例成分值的相反数。并且，也可以所述补偿负载值运算部，运算相当于相对于所述升降压转换器的 PWM负载值的电流值的特性中的升压侧或降压侧的拐点处的PWM负载值的负载值，作为所 述补偿负载值。本发明的一方面的混合式施工机械的控制方法，该混合式施工机械包含内燃机、 电动发电机、由液压驱动的操作要素、由回转用电动机回转驱动的回转机构、配设在该电动 发电机和该回转用电动机之间且具备固定电压蓄电部和变动电压蓄电部的蓄电机构，其特征在于，该固定电压蓄电部维持固定范围内的电压值，并且通过该变动电压蓄电部，允许基于所述电动发电机的电动发电运行或基于所述回 转用电动机的电力再生运行的电压值的变动。发明效果根据本发明，能得到如下特有效果可提供一种抑制蓄电机构的电压值的变动，抑 制负荷的控制性的偏差及由过电流引起的负荷的驱动器的损伤等的发生的混合式施工机 械及混合式施工机械的控制方法。


图1是表示实施方式1的混合式施工机械的侧视图。图2是表示实施方式1的混合式施工机械的结构的框图。图3是简要地表示使用于实施方式1的混合式施工机械的升降压转换器的电路结 构的图。图4是用控制块表示使用于实施方式2的混合式施工机械的升降压转换器100的 控制装置的电路结构的图。图5是概念化表示由升降压切换部切换升降压动作时的状态转变的图。图6是时序地表示图5表示的状态转变的动作说明图。图7是概念化表示电压控制和电流控制的切换条件的图。图8是表示用于说明升压动作中电压控制和电流控制的切换动作的动作例的图。图9是表示用于说明降压动作中的电压控制和电流控制的切换动作的动作例的 图。图10是表示实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置的电 路结构的控制框图。图11是表示由实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置的 补偿值切换部导出的标志和升降压转换器的驱动区域之间的关系的图。图12是用于说明实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置 中的、降压时的基于死区补偿功能的合计处理的原理图，是分别以时间经过表示(a)死区 补偿功能的启动开始时的处理、(b)死区补偿功能的启动结束时的处理、(C)死区补偿功能的启动中的处理的图。 图13是用于说明实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置 中的、升压时的基于死区补偿功能的合计处理的原理图，是分别以时间经过表示(a)死区 补偿功能的启动开始时的处理、(b)死区补偿功能的启动结束时的处理、(C)死区补偿功能 的启动中的处理的图。
图14是表示基于实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的基于驱动控制 装置的动作特性的一例的特性图。
图15是表示以往的升降压转换器的驱动控制装置中对PWM负载(duty)的电流的
变化量的图.
图16是表示实施方式4的混合式施工机械的结构的框图。 符号说明
1下部移动体 IAUB移动机构
2回转机构
3上部回转体
4吊杆
5摇臂
6铲斗
7吊杆液压缸
8摇臂液压缸
9铲斗液压缸
10驾驶室
11发动机
12电动发电机
13减速机
14主泵
15先导泵
16高压液压管路
17控制阀 18AU8B变换器 19电池
21回转用电动机
22分解器
23机械制动器
24回转减速机
25先导管路
26操作装置 26A、26B杠杆
26C踏板
27液压管路
28液压管路
29压力传感器
30控制器
100升降压转换器
101电抗器
102A升压用IGBT
102B降压用IGBT
104电源连接端子
105变换器
106输出端子
107电容器
110DC总线
IllDC总线电压检测部
112电池电压检测部
113电池电流检测部
120驱动控制部
121电压控制部
122电流控制部
123控制切换部
124升降压切换部
125升压用PM
126降压用PM
201电压控制指令生成部
202电压控制部
203PWM指令计算部
204PWM指令合计部
205升降压切换控制部
206补偿值计算部
207补偿值切换部
具体实施例方式以下，对于本发明的混合式施工机械及混合式施工机械及应用混合式施工机械的 控制方法的实施方式进行说明。[实施方式1]图1是表示包含实施方式1的混合式施工机械的施工机械的侧视图。在该混合式施工机械的下部移动体1通过回转机构2搭载有上部回转体3。并且， 上部回转体3除了吊杆4、摇臂5及铲斗6和用于液压驱动这些的吊杆液压缸7、摇臂液压 缸8及铲斗液压缸9以外，还搭载有驾驶室10及动力源。
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[整体结构]图2是表示实施方式1的混合式施工机械的结构的框图。在该图2中分别用双重 线表示机械性动力系统、用粗实线表示高压液压管路、用虚线表示先导管路、用实线表示电 驱动/控制系统。作为机械式驱动部的发动机11和作为辅助驱动部的电动发电机12均连接在作为 增力器的减速机13的输入轴。并且在该减速机13的输出轴连接有主泵14及先导泵15。 主泵14通过高压液压管路16连接有控制阀17。控制阀17是实施方式1的施工机械中的进行液压系统的控制的控制装置，在该控 制阀17通过高压液压管路连接下部移动体1用的液压马达IA (右用)及IB (左用)、吊杆 液压缸7、摇臂液压缸8及铲斗液压缸9。并且，在电动发电机12通过变换器18连接蓄电机构。该蓄电机构通过变换器18 在与电动发电机12之间进行电力的交接。并且，在该蓄电机构通过变换器20连接有作为电动操作要素的回转用电动机21。 蓄电机构通过变换器20在与回转用电动机21之间进行电力的交接。即，蓄电机构为了在电动发电机12及回转用电动机21之间进行电力的交接而配设。在回转用电动机21的旋转轴21A上连接分解器22、机械制动器23及回转减速机 24。并且，先导泵15通过先导管路25连接操作装置26。回转用电动机21、变换器20、分解 器22及回转减速机24构成负荷驱动系统。操作装置26包含杠杆26A、杠杆26B、踏板26C，在杠杆26A、杠杆26B及踏板26C 通过液压管路27及28分别连接控制阀17及压力传感器29。在该压力传感器29连接有进 行实施方式1的施工机械的电系统的驱动控制的控制器30。这种实施方式1的施工机械是以发动机11、电动发电机12及回转用电动机21为 动力源的混合式施工机械。这些动力源搭载于如图1所示的上部回转体3。以下，对各部进 行说明。[各部分的结构]发动机11例如为由柴油发动机构成的内燃机，其输出轴连接于减速机13的一个 输入轴。该发动机11在施工机械的运行中总是运行。电动发电机12是可进行电动(辅助)运行及发电运行双方的电动机即可。在此， 作为电动发电机12，表示由变换器20交流驱动的电动发电机。该电动发电机12可由例如 磁铁内嵌在转子内部的IPM(内部永磁InteriorPermanent Magnetic)马达构成。电动发 电机12的旋转轴连接到减速机13的另一个输入轴。减速机13具有2个输入轴和1个输出轴。在2个输入轴各自连接发动机11的驱 动轴和发动发电机12的驱动轴。并且，在输出轴连接主泵14的驱动轴。当发动机11的负 荷大时，电动发电机12进行电动(辅助)运行，电动发电机12的驱动力经过减速机13的 输出轴传递到主泵14。由此，辅助发动机11的驱动。另一方面，当发动机11的负荷小时， 发动机11的驱动力经过减速机13传递到电动发电机12，由此电动发电机12进行基于发电 运行的发电。电动发电机12的电力运行和发电运行的切换，通过控制器30而根据发动机 11的负荷等进行。
主泵14是产生用于供给到控制阀17的液压的泵。该液压用于通过控制阀17分 别驱动液压马达ΙΑ、1B、吊杆液压缸7、摇臂液压缸8及铲斗液压缸9而被供给。先导泵15是发生液压操作系统所需的先导压力的泵。关于该液压操作系统的结 构在之后进行叙述。控制阀17是根据操作者的操作输入，控制分别向通过高压液压管道连接的下部 移动体1用的液压马达1A、1B、吊杆液压缸7、摇臂液压缸8及铲斗液压缸9供给的液压，从 而对这些进行液压驱动控制的液压控制装置。变换器18如上述那样设置在电动发电机12和蓄电机构之间，根据来自控制器30 的指令进行电动发电机12的运行控制。由此，当变换器18运行控制电动发电机12的电力 时，将需要的电力从蓄电机构供给到电动发电机12。并且，当运行控制电动发电机12的再 生时，将由电动发电机12发电的电力充电到蓄电机构。另外，由电动发电机12和变换器18 构成电动发电系统。回转用电动机21是可进行电力运行或再生运行双方的电动机即可，用于驱动上 部回转体3的回转机构2而设置。电力运行时，回转用电动机21的旋转驱动力的旋转力 通过减速机24而被放大、上部回转体3被加减速控制而进行旋转运动。并且，通过上部回 转体3的惯性旋转，转速通过减速机24增加而传递到回转用电动机21，从而可发生再生电 力。在此，作为回转用电动机21，表示通过PWM(脉宽调制Pulse Width Modulation)控制 信号由变换器20交流驱动的电动机。该回转用电动机21例如，可由磁铁内嵌型IPM马达 构成。由此，可以产生更大的感应电动势，所以可以使再生时由回转用电动机21发电的电 力增大。分解器(resolver) 22是检测回转用电动机21的旋转轴21A的旋转位置及旋转角 度的传感器，构成为，通过与回转用电动机21机械地连结来检测回转用电动机21的旋转前 的旋转轴21A的旋转位置与进行左旋转转或右旋转后的旋转位置之间的差，由此，检测旋 转轴21A的旋转角度及旋转方向。通过检测回转用电动机21的旋转轴21A的旋转角度，导 出回转机构2的旋转角度及旋转方向。并且，图2表示安装了分解器22的方式，但也可以 使用不具有电动机的旋转传感器的变换器控制方式。机械制动器23是使机械性制动力产生的制动装置，使回转用电动机21的旋转轴 21A机械地停止。该机械制动器23由电磁式开关来切换制动或解除。该切换通过控制器 30进行。回转减速机24是减速回转用电动机21的旋转轴21A的转速并机械地将其传递到 回转机构2的减速机。由此，在进行电力运行时，使回转用电动机21的旋转力增力而使其 能够作为更大的旋转力传递到回转体。与此相反，进行再生运行时，使回转体产生的转速增 加，从而可使回转用电动机21产生更多的旋转动作。回转机构2能够在回转用电动机21的机械制动器23已解除的状态下进行回转， 由此上部回转体3向左方向或右方向回转。操作装置26是用于操作回转用电动机21、下部移动体1、吊杆4、摇臂5及铲斗6 的操作装置，通过混合式施工机械的操作者来操作。该操作装置26将经过先导管路25而被供给的液压(1次侧的液压)转换成符合 操作者的操作量的液压(2次侧的液压)而输出。从操作装置26输出的2次侧的液压经过
10液压管路27供给到控制阀17，并且通过压力传感器29而被检测。若操作操作装置26，则控制阀17经过液压管路27而被驱动，由此控制液压马达 ΙΑ、1B、吊杆液压缸7、摇臂液压缸8及铲斗液压缸9内的液压，从而驱动下部移动体1、吊杆 4、摇臂5及铲斗6。另外，液压管路27将液压马达IA及1B、吊杆液压缸7、摇臂液压缸8及铲斗液压 缸的驱动所需要的液压供给到控制阀。在作为回转用操作检测部的压力传感器29中，若对操作装置26输入用于使回转 机构2回转的操作，则将该操作量作为液压管路28内的液压的变化来检测。压力传感器29 输出表示液压管路28内的液压的电信号。由此，能准确掌握输入到操作装置26的用于使 回转机构2回转的操作量。该电信号被输入到控制器30并用于回转用电动机21的驱动控 制。并且，实施方式1中对于使用作为杠杆操作检测部的压力传感器的方式进行了说明，但 也可以使用直接以电信号读取输入到操作装置26的用于使回转机构2回转的操作量的传 感器。蓄电机构连接于变换器18及变换器20。由此，该机构是如下用途的电源，即，当 进行电动发电机12的电动(辅助)运行和回转用电动机21的电力运行中的至少任意一方 时，供给电动(辅助)运行或电力运行所需的电力，并且，当进行电动发电机12的发电运行 和回转用电动机21的再生运行中的至少任意一方时，将通过发电运行或再生运行产生的 电力作为电能积蓄。根据蓄电机构的充电状态、电动发电机12的运行状态(电动(辅助)运行或发电 运行)、回转用电动机21的运行状态、(电力运行或再生运行)，通过控制器30进行该蓄电 机构的充放电控制。变换器20如上述那样设置在回转用电动机21和蓄电机构之间，根据来自控制器 30的指令对回转用电动机21进行运行控制。由此，当变换器运行控制回转用电动机21的 电力运行时，将需要的电力从蓄电机构供给到回转用电动机21。并且，当回转用电动机21 进行再生运行时，将由回转用电动机21发电的电力向蓄电机构充电。在图2表示包含回转 电动机(1台)及变换器(1台)的实施方式，但是，除此之外，还可以通过具备磁体机构及 回转机构部以外的驱动部，使多个电动机及多个变换器连接于蓄电机构。但是，在这种混合式施工机械中，由于反复进行如电动发电机12等的基于负荷的 电力消耗和再生电力的生成，所以蓄电机构的电压值变动大。而且，蓄电机构的电压值的 变动会产生负荷的控制性的偏差，因此回转用电动机21的输出有偏差，由此导致作业性降 低。并且，会有带来由过电流引起的负荷的驱动器的损伤等从而给运行持续性带来影响的 情况。因此，在本实施方式中如图3所示，蓄电机构由作为固定电压蓄电部的DC总线110 和作为变动电压蓄电部的电池19构成，将变换器18、20与DC总线110连接。由此，可以将 供给到变换器18、20的电压保持为容纳在预先规定的固定范围内。其结果，能抑制负荷的 控制性的偏差，并能防止电动发电机12、回转用电动机21的输出的偏差。另外，通过变动电 池19的蓄电电压，能允许基于电动发电机12的电动发电运行或回转用电动机31的电力再 生运行的电压值的变动。由此，可防止由过电流引起的负荷的变换器18、20中的损伤等，能 提高运行持续性。
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[控制器30]控制器30是进行实施方式1的混合式施工机械的驱动控制的控制装置，包含 作为进行升降压控制的升降压控制部的升降压驱动控制部120，由包含CPU(中央处理器 Central Processing Unit)及内部存储器的运算处理装置构成，是通过CPU执行存储于内 部存储器的驱动控制用的程序来实现的装置。升降压驱动控制部120是用于进行电动发电机12的运行控制(电动(辅助)运 行或发电运行的切换)及蓄电机构的充放电控制的控制装置。升降压驱动控制部120根据 蓄电机构的充电状态、电动发电机12的运行状态(电动(辅助)运行或电动运行)及回转 用电动机21的运行状态(电力运行或再生运行)进行蓄电机构的充放电控制。图3是使用于实施形态1的混合式施工机械的蓄电机构的详细图。该蓄电机构包含电池19、升降压转换器100及DC总线110。在DC总线110上连 接有变换器105。作为固定电压蓄电部的电池19和作为变动电压蓄电部的DC总线110构 成蓄电机构。升降压转换器100具备电抗器101、用于连接升压用IGBT(绝缘栅双极型晶体管 Insulated Gate Bipolar Transistor) 102A、降压用 IGBT102B、电池 19 的电源连接端子 104 及用于连接变换器105的输出端子106。升降压转换器100的输出端子106和变换器105 之间由DC总线110连接。变换器105相当于变换器18、20。电抗器101的一端连接于升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的中间点，并且，另 一端连接于电源连接端子104，用于将伴随升压用IGBT102A的开/关产生的感应电动势供 给到DC总线9而设置。升压用IGBT102A及降压用IGBT102B由将MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体 管 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)组装在栅部的双极晶体管构 成，是能够实现大电力的高速开关的半导体元件。升压用IGBT102A及降压用IGBT102B通 过升降压驱动控制部120对栅极端子施加PWM电压来驱动。在升压用IGBT102A及降压用 IGBT102B上并联连接作为整流元件的二极管102a及102b。电池19是能够通过升降压转换器100在其与DC总线110之间进行电力的交接的、 可充放电的蓄电器即可。电源连接端子104及输出端子106是能连接电池19及变换器105的端子即可。检 测电池电压的电池电压检测部112与一对电源连接端子104并联连接。检测DC总线电压 的DC总线电压检测部111与一对输出端子106并联连接。电池电压检测部112检测电池19的电压值(Vbat_det)、DC总线电压检测部111 检测DC总线110的电压(以下，DC总线电压:vdc_det)。电池电流检测部113是能检测流通至电池19的电流的值的检测机构即可，包含电 流检测用的电阻器。该电抗器电流检测部108检测流通至电池19的电流值(ibat_det)。[升降压动作]在这种升降压转换器100中，当升压DC总线110时，对升压用IGBT102A的栅极端 子施加PWM电压，通过并联连接在降压用IGBT102B的二极管102b对DC总线110供给随着 升压用IGBT102A的开/关而在电抗器101产生的感应电动势。由此，DC总线110被升压。并且，当将DC总线110降压时，对降压用IGBT102B的栅极端子施加PWM电压，通过降压用IGBT102B、变换器105将供给的再生电力从DC总线110供给到电池19。由此，蓄 积在DC总线110的电力被充电到电池19，DC总线110被降压。另外，实际上，在升降压驱动控制部120和升压用IGBT102A及降压用IGBT102B之 间，存在生成驱动升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的PWM信号的驱动部，但是在图3中 省略。这种驱动部能由电子电路或运算处理装置的任意一个实现。其次，用与图2的关系说明图3表示的结构。电池19通过升降压转换器100及DC总线110连接于变换器105 (变换器18及变 换器20)。由此成为如下用途的电源，即，当进行电动发电机12的电动(辅助)运行和回转 用电动机21的电力运行中的至少任意一个时，供给电动(辅助)运行或电力运行所需要的 电力，并且，当进行电动发电机12的发电运行和回转用电动机21的再生运行中的至少任意 一个时，将通过发电运行或再生运行而发生的电力作为电能来蓄积。DC总线110配设在变换器105 (变换器18及变换器20)和升降压转换器100之间， 构成为可在电池19、电动发电机12及回转用电动机21之间进行电力的交接。而且，在DC 总线110具备并联地插入于升降压转换器100的一对输出端子106的、平滑用电容器107。 该平滑用电容器107是插入在输出端子106的正极端子和负极端子之间且能使DC总线电 压平滑化的蓄电元件即可。DC总线电压检测部111是用于检测DC总线电压值的电压检测部。检测出的DC总 线电压值被输入到控制器30，并用于进行将该DC总线电压值容纳于一定范围内的升压动 作和降压动作的切换控制。由该DC总线电压检测部111检测出的DC总线电压值被输入到 升降压驱动控制部120。电池电压检测部112是用于检测电池19的电压值的电压检测部，用于检测电池的 充电状态。检测出的电池电压值被输入到控制器30并，并用于进行升降压转换器100的升 压动作和降压动作的切换控制而。由该电池电压检测部112检测出的电池电压值被输入到 升降压驱动控制部120。电池电流检测部113是用于检测电池19的电流值的电流检测部。电池电流值将 从电池19流到升降压转换器100的电流作为正值检测。检测出的电池电流值被输入到控 制器30，并用于进行升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制。由该电池电流 检测部113检测出的电池电流值被输入到升降压驱动控制部120。该电池19的充放电控制根据电池19的充电状态、电动发电机12的运行状态(电 动(辅助)运行或发电运行)、回转用电动机21的运行状态(电力运行或再生运行)而由 升降压转换器100进行。该升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制根据由DC 总线电压检测部111检测的DC总线电压值、由电池电压检测部112检测的电池电压值及由 电池电流检测部113检测的电池电流值而由升降压驱动控制部120进行。升降压转换器100的一侧通过DC总线110连接到变换器105 (变换器18及变换 器20)，并且其另一侧连接到电池19，切换升压或降压以使DC总线电压值容纳在一定范围 内。具体而言，在升降压驱动控制部120中，对比基于DC总线电压检测部111的DC总线 电压检测值和DC总线的目标电压值而计算控制指令值，并进行升压用IGBT102A及降压用 IGBT102B的开关控制。当电动发电机12进行电动(辅助)运行时，需要通过变换器18对 电动发电机12供给电力，因此，需要升压DC总线电压值。另一方面，当电动发电机12进行发电运行时，需要将发电的电力通过变换器18充电到电池19，所以需要降压DC总线电压 值。这在回转用电动机21的电力运行和再生运行中也同样，此外，电动发电机12的运行状 态根据发动机11的负荷状态被切换，回转用电动机21的运行状态根据上部回转体3的回 转动作被切换，因此产生如下情况，在电动发电机12和回转用电动机21中，某一方进行电 动(辅助)运行或电力运行，而另一方进行发电运行或再生运行。因此，升降压转换器100根据电动发电机12和回转用电动机21的运行状态，进行 切换升压动作和降压动作的控制而使DC总线电压值容纳在一定的范围内。这样，通过在作为固定电压蓄电部的DC总线110和作为变动电压蓄电部的电池19 之间配置升降压转换器110，能够保持为，使DC总线110的电压值容纳在预先规定的一定范 围内。由此，通过使供给到变换器18、20的电压稳定，从而能使电动发电机12、回转用电动 机21的输出稳定。另外，在图3中作为蓄电器示出了电池19，但是代替电池19，也可以将电容器、能 够充放电的二次电池或可进行电力的交接的其他形态的电源作为蓄电器使用。但是，在通常的升降压转换器中存在进行电压控制的方面的课题。例如，在升降压 转换器中，在其结构上若将升压用开关元件和降压用开关元件同时设为开的状态，则流过 大电流而危险。另外，在进行基于电压控制的升压动作或降压动作的情况下，当电动发电 机等的负荷需要极大的电力时，或当极大的电力通过负荷的再生运行而被供给作为充电用 时，升降压转换器100会成为过负荷状态，在开关元件上流过过大的电流而存在开关元件 受损的忧虑。因此，在实施方式2中，通过在升降压驱动控制部120具备电压控制部12、电流控 制部122，来切换电压控制和电流控制，从而使升降压转换器100的负荷成为预先规定的负 荷以下地进行切换控制。[实施方式2]图4是用控制块表示使用于实施方式2的混合式施工机械的升降压转换器100的 控制装置的电路结构的图。如该图所示，升降压转换器100的升降压驱动控制部120具备 电压控制部121、电流控制部122、控制切换部123及升降压切换部124。在该升降压驱动控制部120连接电源连接端子104、输出端子106、升压用PM(功 率模块Power Module) 125及降压用PM126。这些以能实现图3所示的硬件结构的方式进行 连接。即包含于升压用PM125及降压用PM126的升压用IGBT102A及降压用IGBT102B通过 升降压驱动控制部120而被进行PWM驱动，其结果，连接成，电池电压Vbat ( = vbat_det) 及电池电流Ibat ( = ibat_det)从电源连接端子104输出，DC总线电压Vout ( = vdc_det) 从输出端子106输出。电压控制部121根据目标电压值Vout_ref和从输出端子106输出的DC总线电 压Vout之间的差来进行PI (比例积分Proportional Integral)控制，由此运算用于驱动 控制升压用IBGT2及降压用IGBT102B的第1开关负载(duty) duty_v。在该第1开关负载 duty_v的运算过程中，在控制部13校正电压积分值Vout_I。对该校正的手法进行后述。电流控制部122根据电流阈值Ibat_ref和从电源连接端子104输出的电池电流 Ibat之间的差来进行PI控制，由此运算用于驱动控制升压用IBGT2及降压用IGBT102B的 第2开关负载duty_i。在该第2开关负载duty_i的运算过程中，在控制部13校正电流积
14分值Ibat_I。对该校正的手法进行后述。在此，对用于驱动升压用IGBT102A的开关负载和用于驱动降压用IGBT102B的开 关负载使用互不相同的符号以示区别。由此，分别对上述第1开关负载及上述第2开关负 载，驱动升压用IGBT102A时附加正的符号，驱动降压用IGBT102B时附加负的符号。控制切换部123选择性地切换电压控制部121或电流控制部122的任一个，以使 电抗器101或变换器105的负荷成为规定的负荷以下。具体而言，当进行基于电压控制部 121的驱动控制时，若在电抗器101中流通的电流的绝对值成为大于电流阈值，则切换为基 于电流控制部122的驱动控制。另外，当进行基于电流控制部122驱动控制时，若输出端子 106的端子电压值成为大于目标电压值，则切换成基于电压控制部121的驱动控制。这种电压控制和电流控制之间的切换由控制切换部123的切换部123A进行。若 切换部123A连接成正(+)，则进行电压控制，若连接成负(_)则进行电流控制。并且，如上述，控制切换部123使用第2开关负载校正电压控制部121运算的电压 积分值，并且使用第1开关负载校正电流控制部122运算的电流积分值。另外，关于校正手法在以下论述，但是电压控制时，控制切换部123的切换部123B 及123C连接到正(+)侧，电流控制时切换部123B及123C连接到负(-)侧。在此，对电压积分值Vout_I及电流积分值Ibat_I的校正进行说明。当通过电压 控制部121和电流制御部122运算电压控制用的第1开关负载和电流控制用的第2开关 负载时，通常电压指令和电流指令不一致，因此切换电压控制和电流控制时，供给到升压用 IGBT102A或降压用IGBT102B负载变得不连续，在实施方式1的混合式施工机械的升降压转 换器100中，切换电压控制部121和电流控制部122时，使用下述条件(1)及(2)校正开关 负载的初始值。(1)将 Vout_I 设定为(duty_i_Vout_P)。(2)将 Ibat_I 设定为(duty_v_Ibat_P)。其中，Vout_I是由电压控制部121运算的电压积分值，duty_i是由电流控制部122 运算的第2开关负载，Vout_P是由电压控制部121运算的电压比例值。并且，Ibat_I是由电流控制部122运算的电流积分值，duty_v是由电压控制部121 运算的第1开关负载，Ibat_P是由电流控制部122运算的电流比例值。如条件(1)所示，控制切换部123使用第2开关负载duty_i及电压比例值Vout_P 校正由电压控制部121运算的电压积分值Vout_I。并且，如条件(2)所示，控制切换部123 使用第1开关负载duty_v及电流比例值Ibat_P校正由电流控制部122运算的电流积分值 Ibat_Iο在电流控制状态下，控制切换部123的切换部123A至123C都成为连接在负(_) 侧的状态。在此状态中，在切换部123A的负(-)侧输入由电流控制部122通过PI控制而 生成的电流控制指令值(duty」)，从而执行电流控制。另一方面，在切换部123A的正(+) 侧，在切换部123B中成为连接到负㈠侧的状态，所以(duty_i-V0ut_P)成为作为电压积 分值的校正值输入的状态。在此，若从电流控制切换到电压控制，则控制切换部123的切换部123A至123C都 从负(“)侧切换到正(+)侧。由此，在切换部123B中，刚刚从负(-)侧切换到正(+)侧之后 的电压积分值Vout_I被设定为(duty_i_Vout_P)。该电压积分值Vout_I ( = duty_i_Vout_
15P)与电压比例值Vout_P进行加法运算，因此第1开关负载duty_v成为与在电流控制的最 后得到的第2开关负载duty_i相等的值。这样，将控制切换部123从负(_)侧切换到正 ⑴侧时，校正切换后的电压目标值的初始值，以使切换前的电流控制指令值(第2开关负 载)的最后值与切换后的电压控制指令值(第1开关负载)的初始值相等。由此，从电流控制向电压控制切换时，即使切换部123A从负㈠侧切换到正⑴ 侧，切换部123A的正(+)侧和负(-)侧的负载还是在电流控制的最后得到的第2开关负载 duty」，所以能解除向电压控制切换时的不连续性。并且，同样地，若从电压控制切换到电流控制，则在切换部123C中，刚刚从正⑴ 侧切换到负(_)侧之后的电流积分值Ibat_I设定为(duty_V-Ibat_P)。该电流积分值 Ibat_I ( = duty_v-Ibat_P)与电流比例值Ibat_P进行加法运算，因此第2开关负载duty_i 成为与在电压控制的最后得到的第1开关负载duty_v相等的值。这样，将控制切换部123 从正⑴侧切换到负㈠侧时，校正切换后的电压目标值的初始值，以使切换前的电流控制 指令值(第1开关负载)的最后值与切换后的电压控制指令值(第2开关负载)的初始值 相等。由此，从电压控制向电流控制切换时，即使切换部123A从正⑴侧切换到负㈠ 侧，切换部123A的正(+)侧和负(-)侧的负载还是在电压控制的最后得到的第1开关负载 duty_v，所以能消除向电流控制切换时的不连续性。如上所述，控制切换部123通过对切换部123A进行切换，将从电压控制部121得 到的第1开关负载和从电流控制部122得到的第2开关负载中的任一项作为用于驱动升压 用PM125及降压用PM126的驱动用负载duty_ref来选择。该选择通过如下实现若电池电 流Ibat超过电源供给电流阈值Ibat_ref，则切换成基于电流控制部122 (即，第2开关负 载)的驱动控制，若DC总线电压Vout恢复到输出目标电压值Vout_ref，则使之恢复到基于 电压控制部121 (即，第1开关负载)的驱动控制部。被选择的驱动用负载duty_ref传递到升降压切换部124。另外，由于该驱动用负 载duty_ref是第1开关负载或第2开关负载中的任一个，所以对升压驱动用的驱动用负载 附加正的符号，对降压驱动用的驱动用负载附加负的符号。升降压切换部124根据从控制切换部123传递的驱动用负载dUty_ref的符号，将 通过该驱动用负载duty_ref驱动的功率模块决定为升压用PM125或降压用PM126中的任一个。升压用PM (Power Module) 125是含有上述升压用IGBT102A和用于驱动该升压用 IGBT102A的驱动电路及自我保护功能的功率模块。同样地，降压用PM126是含有上述降压用IGBT102B和用于驱动该降压用IGBT102B 用的驱动电路及自我保护功能的功率模块。另外，图4中虽然未图示电抗器，但是从电源连接端子104输出的电池电流Ibat 是在电抗器中流通的电流。另外，如上所述，在包含于降压用PM126的降压用IGBT102B，从升降压切换部124 传递负的驱动用负载duty_ref，因此以反转(-1倍)符号的方式而构成。图5是概念化表示由升降压切换部124切换升降压动作时的状态转变的图。表1 表示图5表示的状态转变和驱动用负载的关系。在此，为了方便说明，将模式0 (Mode = 0)设为运行开始之前的停止中、将模式l(Mode = 1)设为升压中、将模式2 (Mode = 2)设为降 压中、将模式3(Mode = 3)设为无动作(升降压切换之间的停止中)。[表1] 如图5及表1所示，升降压转换器100的运行开始时(模式0)，在驱动用负载为0 以上的情况下，升降压切换部124使升压用PM125的驱动控制执行。另一方面，在驱动用负 载为负值的情况下，升降压切换部124使电压控制部121执行降压用PM126的驱动控制。并且，进行升压用PM125的驱动控制时(模式1)，在驱动用负载为0以上的情况 下，升降压切换部124使升压用PM125的驱动控制继续进行。另一方面，在驱动用负载为负 值的情况下，升降压切换部124使升压用PM125的驱动控制停止。并且，进行降压用PM126的驱动控制时(模式2)，在驱动用负载为0以上的情况 下，升降压切换部124使降压用PM126的驱动控制停止。另一方面，在驱动用负载为负值的 情况下，升降压切换部124使降压用PM126的驱动控制继续进行。另外，基于电压控制部121及电流控制部122的驱动控制在升降压的切换之间 都为停止状态时(模式3)，在驱动用负载为0以上的情况下，升降压切换部124使升压用 PM125的驱动控制进行。另一方面，在驱动用负载为负值的情况下，升降压切换部124使降 压用PM126的驱动控制执行。另外，升降压切换部124在模式3的停止期间，关闭驱动用负载。图6是时序地表示图5所示的状态转变的动作说明图。图6(a)表示从升压动作经过无动作转变到降压动作时的动作例。这样，在升压动 作和降压动作之间设置关闭驱动用负载的无动作(上述的模式3)的时间。例如，当每200μ 秒进行升降压控制时，仅设置从升压动作转变到降压动作期间的200μ秒的无动作的停止 期间。由此，能够在升降压切换时实现稳定的动作。同样地，图6(b)表示从降压动作经过无动作转变到升压动作时的动作例。图6 (c) 表示从升压动作经过无动作转变到降压动作，并再次经过无动作转变到升压动作时的例 子。这些与图6(a)表示的情况相同，表示从升压动作转变到降压动作时经过无动作状态的 各种情况。
图6 (d)表示频繁进行升压动作和降压动作的切换时的动作例。这样，当频繁进行 升降压的切换时，除了升压动作和降压动作之间的切换动作之外，还包含从升压动作经过 无动作并再次成为升压动作的情况。如此，即使在恢复到同一动作的情况下，也由于无动作 的时间为较短的控制周期的1周期(200μ秒)，所以能实现稳定地升降压控制。图7是概念化表示电压控制和电流控制的切换条件的图。图8是表示用于说明升 压动作中的电压控制和电流控制的切换动作的动作例的图。图9是表示用于说明降压动作 中的电压控制和电流控制的切换动作的动作例的图。这种电压控制和电流控制的切换动作 通过切换控制部13实行。如图7(a)所示，在升降压动作中，当进行基于电压控制部121的电压控制时，若电 池电流Ibat的电流值大于电源供给电流阈值Ibat_ref，则为了防止朝向输出端子106的方 向的过大电路向电抗器101流通，切换控制部13切换为基于电流控制部122的驱动控制。 这与在图8所示的时间序列中从最初的电压控制转变到电流控制的情况对应。例如，变换器105的电力消耗量较多时，也就是说，电动发电机12的电动量或回转 电动机21的电力量较多时，比允许电流值还要大的过电流向以电抗器101为代表的电路元 件流通，从而存在电路元件受损的情况。由此，当流通至电抗器101的电池电流Ibat的电 流值增大到电源供给电流阈值Ibat_ref以上时，切换成基于电流控制部122的驱动控制。并且，若切换为基于电流控制部122的驱动控制，则无法在电动发电机12或回转 用电动机21的需求量以上地使电流流通，所以消耗蓄存在DC总线110的电力而继续运行。 因此，如图8所示，DC总线电压Vout开始从输出目标电压值Vout_ref较大地降低。只要 变换器105的负荷的状态不变就不进行变化。而且，进行基于电流控制部122的驱动控制时，若DC总线电压Vout通过电动发电 机12的电动量或回转用电动机21的电力量变小而恢复到输出目标电压值Vout_ref，也就 是说，若DC总线电压Vout在输出目标电压值Vout_ref以上，则切换控制部13切换成基于 电压控制部121的驱动控制。这与图8所示的在时间序列中从电流控制转变到最后的电压 控制的情况对应。由此，能防止DC总线110的电压值过于变大。其结果能使DC总线110 的电压值稳定，并能使变换器18、20的控制性稳定。相反，如图7(b)所示，在降压动作中，当进行基于电压控制部121的电压控制时， 例如电动发电机12的发电量或回转用电动机21的再生量较多时，同样地，比允许电流值还 要大的过电流向以电抗器101为代表的电路元件流通，由此存在电路元件受损的情况。因 此，若电池电流Ibat成为电源供给电流阈值Ibat_ref以下，则为了防止朝向电源连接端子 104的方向的过大电流向电抗器101流通，切换控制部13切换成基于电流控制部122的驱 动控制。这与图9表示的时间序列中的从最初的电压控制转变到电流控制的情况对应。其 中，降压中的电池电流Ibat_和电源供给电流阈值Ibat_ref具有负值。并且，进行基于电流控制部122驱动控制时，若DC总线电压Vout恢复到输出目标 电压值Vout_ref，即，若DC总线电压Vout在输出目标电压值Vout_ref以下时，则切换控制 部13切换到基于电压控制部121的驱动控制。这与图9表示的时间序列中从电流控制转 变到最后的电压控制的情况对应。其结果，能够稳定DC总线110的电压值，能够稳定变换 器18、20的控制性。如上所述，跟据实施方式2的混合式施工机械，使用由电流控制部122运算的第2
18开关负载，通过电压控制部121运算电压积分值，并且，使用由电压控制部121运算的第1 开关负载，通过电流控制部122运算电流积分值。在此基础上，若电池电流Ibat的绝对值 超过电源供给电流阈值Ibat_ref，则切换成基于电流控制部122的驱动控制，若DC总线电 压Vout恢复到输出目标电压值Vout_ref，则使其恢复到基于电压控制部121的驱动控制部。这样，若以电压控制作为基本，并且电池电流Ibat变得过大，则为了保护电路而 切换为电流控制。而且，进行该切换时，设置了使升压用IGBT102A及降压用IGBT102B双方 停止的停止期间(无动作)，因此能提供不使升压用IGBT102A及降压用IGBT102B受损而能 稳定地进行升压动作和降压动作的切换的混合式施工机械。以上，对于在输出端子106上直接连接变换器105的方式进行了说明，但是取而代 之地，也可以在输出端子106通过变换器连接被交流驱动的马达。但是，反馈控制升降压转换器100时，在接近于升压动作和降压动作的切换点的 电流值微小的区域(低电流区域)中，由于电流的上升缓慢，所以存在对于负载指令，电流 的响应缓慢的课题。这种电流响应的缓慢，在对于负载指令的电流的特性上作为如图15所示的死区 区域显现。在该死区医疗域内中，因电流值小，所以升压动作或降压动作无法适当地进行， 处于升降压转换器和电动发电机等的负荷之间的DC总线的电压值容易变动。因此，若在死 区区域中DC总线电压值变动，则从DC总线供给到负荷的电压也变动，所以存在难以正确控 制电动发电机等的负荷的课题。并且，进行降压动作时，若由电流响应的迟缓而导致DC总线电压过于上升，则存 在电动发电机等的负荷的驱动器因过电压而受损的忧虑。与此相反，进行升压动作时，若DC 总线电压过于降低而成为与蓄电器的电压相等，则电流总是从蓄电器向负荷流动，从而存 在难以控制电动发电机等的负荷的课题。因此，在实施方式3中提供可以不损伤开关元件而进行升压动作和降压动作，并 且使升压动作和降压动作的切换点附近的响应性提高的、使用了升降压转换器的混合式施 工机械。[实施方式3]实施方式3的混合式施工机械使用与实施方式1相同的升降压转换器100。因此， 在实施方式3中引用图3。实施方式3与实施方式1的不同之处在于，代替图2所示的实施 方式1的升降压驱动控制部120而使用驱动控制部200。在升降压转换器100中，升压DC总线110时，对升压用IGBT102A的栅极端子施加 PWM电压，通过与降压用IGBT102B并联连接的二极管102b，将随着升压用IGBT102A的开/ 关在电抗器101产生的感应电动势供给到DC总线110。由此，DC总线110被升压。并且，将DC总线110降压时，在降压用IGBT102B的栅极端子上施加PWM电压，通 过降压用IGBT102B，将从变换器105供给的再生电力从DC总线110供给到电池19。由此， 蓄积在DC总线110的电力充电到电池19，DC总线110被降压。但是，在马达19的电力运行及再生运行时，电力运行所需的电力通过变换器105 从DC总线110供给到马达19，并且，通过再生运行得到的电力通过变换器105从马达19供 给到DC总线110，所以DC总线110的电压值发生变动。
但是，根据实施方式3的混合式施工机械，通过以下说明的控制手法，使升压动作 和降压动作的切换点附近的电流的响应性提高，由此将DC总线110的电压值保持在一定范 围内。图10是表示实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置的电 路结构的控制框图。如该图所示，实施方式3的升降压转换器的驱动控制部200是代替图 2所示的实施方式1中的升降压驱动控制部120的驱动控制部，包含电压控制指令生成部 201、电压控制部202、PWM指令计算部203、PWM指令合计部204、升降压切换控制部205、补 偿值计算部206及补偿值切换部207。在这些中，电压控制指令生成部201、电压控制部202、PWM指令计算部203、PWM指 令合计部204及升降压切换控制部205通过基于DC总线电压值(Vdc_det)和DC总线目标 电压值(vdc_ref)之间的偏差的PI控制，形成生成用于驱动升降压转换器100的驱动指令 的反馈回路。该反馈回路作为用于生成驱动指令的主控制部而发挥作用。并且，PWM指令合计部204、补偿值计算部206及补偿值切换部207使用DC总线电 压值(Vdc_det)、电池电压值(Vbat_det)及电池电流值(ibat_det)来运算用于补偿升降压 转换器100的驱动指令的补偿值，形成用于将该补偿值合计为驱动指令的前馈回路。另外，电池电流值(ibat_det)将从电池19向DC总线110流动的方向设为正。[各部的说明]电压控制指令生成部201输出成为DC总线110的目标电压的DC总线目标电压值 (vdc_ref)。因为在马达19的驱动开始前的DC总线电压是0 (V)，所以该DC总线目标电压 值(vdc_ref)通过马达19的驱动开始，从O(V)缓慢上升，若启动马达19的驱动而DC总线 电压超过规定值，则设定为使之保持固定值。DC总线目标电压值(vdc_ref)输入到电压控 制部202和补偿值切换部207。电压控制部202进行PI控制以接近DC总线电压值(Vdc_det)和DC总线目标电 压值(vdc_ref)(即，减小该偏差)，并运算为此所需的电压控制指令(datl)。将生成的电 压控制指令(datl)输入到PWM指令计算部203。PWM指令计算部203进行用于将电压控制指令(datl)转换成表示PWM控制所需的 负载值的PWM电压指令值(pwm_v)的计算处理。计算的PWM电压指令值(pwm_v)被输入到 PWM指令合计部204。PWM指令合计部204根据从补偿值切换部207输入的标志(duty, fig) 值，合计从PWM指令计算部203输入的PWM电压指令值(pwrn_V)和从补偿值计算部206输 入的补偿负载值(pwm_duty)，并进行输出合计负载值(pwm_SUm)的合计处理(作为合计部 的功能)。该合计处理通过PWM指令合计部204的死区补偿功能，并根据标志(duty, fig) 的值变更PWM电压指令值(pwm_v)和补偿负载值(pWm_duty)之间的合计的手法。对基于 该死区补偿功能的合计处理进行后述。另外，由PWM指令合计部204输出的合计负载值(pwm_Sum)是变换为PWM负载值 之前的控制量(％)。升降压切换控制部205将合计负载值(pwm_SUm)变换为作为PWM负载值的负载 指令值(pWm_ref)。该负载指令值(pWm_ref)是表示用于驱动升降压转换器100的升压用 IGBT102A和降压用IGBT102B的PWM负载的值(% ) 在此，负载指令值(pWm_ref)对升压用的值附加正的符号，对降压用的值附加负的符号来区别升降压用的值。因此，升降压切换控制部205当负载指令值(pwm_ref)为正 的值时，将负载指令值(pWm_ref)送到升压用IGBT102A，当负载指令值(pWm_ref)为负的值 时，将负载指令值(pwm_ref)送到降压用IGBT102B。补偿值计算部206根据DC总线电压值(Vdc_det)、电池电压值(Vbat_det)及电池 电流值(ibat_det)计算用于补偿PWM电压指令值(pwm_v)的基于死区补偿功能的合计处 理所需的补偿负载值(pWm_duty)。该补偿负载值(pWm_duty)是相当于对于升降压转换器 100的PWM负载的电流的特性(参照图15)中的表示升压侧或降压侧的拐点的PWM负载值 的控制量。相当于表示拐点的PWM负载值的控制量，由电池电压值(Vbat_det)相对于DC 总线电压值(vdc_det)的比(vbat_det)/(vdc_det)赋予降压侧的值，由{1-(vbat_det)/ (Vdc_det)}赋予升压侧的值。补偿值计算部206将表示电池电压值(Vbat_det)相对于DC 总线电压值(vdc_det)的比(vbat_det)/(vdc_det)的控制量作为补偿负载值(pwm_duty) 来计算，并将其输入到补偿值切换部207。补偿值切换部207根据DC总线目标电压值(vdC_ref)、DC总线电压值(Vdc_det) 及电池电流值(ibat_det)导出标志(duty, fig)，并进行将该标志(duty, fig)和补偿负载 值(pwm_duty)输入到PWM指令合计部204的处理。标志(duty, fig)取“_1 ”、“0”或“ 1 ” 中的任一个值。该标志(duty, fig)用于后述的基于死区补偿功能的合计处理。图11是表示由实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置的 补偿值切换部207导出的标志(duty, fig)和升降压转换器100的驱动区域之间的关系的 图。在图11中，横轴是电池电流值(ibat_det)，纵轴是DC总线电压偏差{DC总线目标 电压值(vdc_ref)_DC总线电压值(vdc_det)}。在此，电池电流值(ibat_det)将从电池19向DC总线110流动的方向设为正，因此 横轴为正的区域是升压(从电抗器101向DC总线110供给电力)DC总线110的区域。若 持续该动作，则蓄积在电池19的电力向DC总线110供给(进行从电池19向DC总线110 的放电)。与此相反，横轴为负的区域是降压DC总线110的(充电电池19的)区域。并且，纵轴的DC总线电压偏差由{DC总线目标电压值(Vdc_ref)-DC总线电压值 (vdc_det)}表示，所以纵轴为正的区域是DC总线电压值(Vdc_det)低于DC总线目标电压 值(Vdc_ref)，DC总线110的电压降低的区域。在该区域中，DC总线电压值(Vdc_det)通 过马达等的负荷的变动而降低，所以升降压转换器100进行用于升压DC总线电压值(vdc_ det)的控制。其结果，进行从电池19向DC总线110的放电。与此相反，纵轴为负的区域 是DC总线电压值(Vdc_det)高于DC总线目标电压值(Vdc_ref)且DC总线100的电压上 升的区域。在该区域中，通过马达等的负荷的变动，DC总线电压值(Vdc_det)上升，所以升 降压转换器100为了使DC总线电压值(Vdc_det)降低而进行用于充电电池19的控制。在横轴，其中央夹着电池电流值(ibat_det) = 0的轴，并设定有_bat_I和+bat_ I的2个阈值。由此，升降压转换器100的驱动区域在横轴方向上根据电池电流值(ibat_ det)，分为 _bat_I 电池电流值(ibat_det)、_bat_I < 电池电流值(ibat_det) < +bat_ I、+bat_I彡电池电流值(ibat_det)的3个区域。另外，作为预先规定的阈值的_bat_I和 +bat_I之间，如果是以往的升降压转换器，则是产生死区区域(参照图15)的电流值微小的 区域。
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并且，纵轴设定有DC总线电压偏差{DC总线目标电压值(Vdc_ref) -DC总线电压 值(Vdc_det)} = -dc_V、0、+dc_V的3个预先规定的阈值。由此，升降压转换器100的驱动 区域在纵轴方向上根据DC总线电压偏差，分为DC总线电压偏差彡-dc_V、-dc_V < DC总线 电压偏差< 0、0彡DC总线电压偏差< +dc_V、+dc_V彡DC总线电压偏差的4个区域。在此，纵轴的预先规定的阈值对应于基于DC总线110的特性的控制精度而决定。 若增大阈值+dc_V，则不易发生切换而导致DC总线110成为过电压的状态。另一方面，若减 小阈值+dc_V，则频繁进行切换而导致电流补偿过剩，其结果，导致流过DC总线110的电流 的损耗变大。这对阈值绝对值也是同样的。通过这样地在横轴及纵轴设定阈值，升降压转换器100的驱动区域如图11所示地 区分为配置成矩阵状的12个区域(1) (12)。当升降压转换器100进行驱动时，由于电 池电流值(ibat_det)和DC总线电压偏差{DC总线目标电压值(Vdc_ref)-DC总线电压值 (Vdc_det)}变动，所以驱动区域在(1) (12)中转变。由此，不仅可以简单地进行向不同 处理方式的切换判断，而且能迅速启动死区补偿功能。另外，如上所述，标志(duty, fig)是用于后述的基于死区补偿功能的合计处理的 标志(duty, flg)，标志(duty, fig)为“+1”表示在升压动作中死区补偿功能为启动状态， 标志(duty, fig)为“_1”表示在降压动作中死区补偿功能为启动状态。并且，标志(duty, fig)为“0 “表示死区补偿功能为解除状态。另外，死区功能开始启动则成为启动状态，结 束启动则成为解除状态。[驱动区域(1) (12)的说明]区域(1)为“电池电流值(ibat_det) ( _bat_I、并且+dc_V ( DC总线电压偏差” 的驱动区域。是即使驱动区域转变到区域(1)也从充放电切换偏离的区域，即，为从DC总 线110的电流死区偏离的区域，所以能直接使用标志。具体地，将标志(duty, fig)设定为 与转变前的(上次的)标志(duty, fig)相同值(duty, fig =上次的duty, fig)。区域⑵是“_bat_I <电池电流值(ibat_det) <+bat_I，并且+dc_V彡DC总线电 压偏差”的驱动区域。当驱动区域转变到区域(2)时，将标志(duty, fig)设为“+l”(duty. fig = +1)。在此，当转变到区域(2)时，把标志(duty, fig)设为“+1”的原因如下在升压 动作中电池电流值(ibat_det)的绝对值小于阈值，并且DC总线电压偏差大于阈值(+dc_ V)时，虽然DC总线电压值(Vdc_det)比较低而成为需要升压DC总线110的状态，但是由 于电流处于不充分流动的状态，所以通过开始启动死区补偿功能使电池电流值(ibat_det) 增大，来促进升压动作。在此，标志(duty, fig)向“+1”的切换，例如在区域(5)中从标志 (duty, fg)为“0”的状态成为DC总线电压偏差变大并超过+dc_V而进入区域(2)时执行。 由此，进行基于DC总线电压偏差的充放电控制时，在DC总线110的死区中会强行流过电 流，后述的补偿PWM电压指令值(pwm_v)的操作被启动。区域(3)是“+bat_I (电池电流值(ibat_det)，并且+dc_V ( DC总线电压偏差” 的驱动区域。当驱动区域转变到区域(3)时，将标志(duty, fig)设定为与转变前的(上次 的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的 duty, fig)。区域⑷是“电池电流值(ibat_det) ( _bat_I)，并且0彡DC总线电压偏差 <+dc_V”的驱动区域。当驱动区域转变到区域(4)时，将标志(duty, fig)设定为与转变 前的(上次的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的duty, fig)。
区域(5)是“_bat_I <电池电流值(ibat_det) < +bat_I)，并且0彡DC总线电压 偏差<+dc_V”的驱动区域。即相当于DC总线电压偏差小且电池电流值(ibat_det)也切 换充放电的转变区域。在驱动区域转变到区域(5)的情况下，当转变前的(上次的)标志 (duty, fig)为“_1”或“0”时，将(本次的)标志(duty, fig)设为“0”，当转变前的(上次 的)标志(duty, fig)为“+1”时，将(本次的)标志(duty, fig)设定为与(上次的)标志 (duty, fig)相同的值“+1”。在此，在转变到区域(5)的情况下，当转变前的(上次的)标志(duty, fig)为“_1” 时将(本次的)标志(duty, fig)设为“0”是由于如下考虑标志(duty, fig)为“_1”且为 降压动作时，在从死区补偿功能启动的状态转变到电池电流值(ibat_det)的绝对值小于 阈值，并且DC总线电压偏差未达到阈值(+dc_V)的状态(区域(5))的情况下，通过转变前 的降压动作时的死区补偿功能，DC总线电压值(Vdc_det)被充分地降压，转变到区域(5)以 后无需基于死区补偿功能的电池电流值(ibat_det)的增大。由此，在基于DC总线电压偏 差的充放电控制中，解除后述的补偿PWM电压指令值(pwm_v)的操作。区域(6)是“+bat_I彡电池电流值(ibat_det)，并且0彡DC总线电压偏差<+dc_ V”的驱动区域。驱动区域转变到区域(6)时，将标志(duty, fig)设定成与转变前的(上次 的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的 duty, fig)。区域(7)是“电池电流值(ibat_det)彡_bat_I，并且_dc_V < DC总线电压偏差 <0”的驱动区域。驱动区域转变到区域(7)时，将标志(duty, fig)设定成与转变前的(上 次的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的duty, fig)。区域⑶是“_bat_I <电池电流值(ibat_det) <+bat_I，并且-dc_V < DC总线电 压偏差<0”的驱动区域。在驱动区域转变到区域⑶的情况下，当转变前的(上次的)标 志(duty, fig)为“_1”时，将(本次的)标志(duty, fig)设定成与(上次的)标志(duty, fig)相同的值“_1”，当转变前的(上次的)标志(duty, fig)为“0”或“+1”时，将(本次 的)标志(duty, fig)设定为“0”。在此，当转变到区域(8)时，转变前的(上次的)标志(duty, fig)为“+1”时，将 (本次的)标志(duty, fig)设为“0”是由于如下考虑当标志(duty, fig)为“ + 1”且在升 压动作时从死区补偿功能处于启动的状态转变到电池电流值(ibat_det)的绝对值比阈值 小并且DC总线电压偏差高于阈值(_dc_V)的状态(区域(8))时，通过转变前的升压动作 时的死区补偿功能，DC总线电压值(Vdc_det)被充分地升压，转变到区域(8)以后无需基 于死区补偿功能的电池电流值(ibat_det)的增大。由此，在基于DC总线电压偏差的充放 电控制中，解除后述的补偿PWM电压指令值(pwm_v)的操作。区域(9)是“+bat_I彡电池电流值(ibat_det)，并且_dc_V < DC总线电压偏差 <0”的驱动区域。驱动区域转变到区域(9)时，将标志(duty, fig)设定为与转变前的(上 次的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的duty, fig)。区域(10)是“电池电流值(ibat_det) ( _bat_I，并且DC总线电压偏差彡-dc_V" 的驱动区域。驱动区域转变到区域(10)时，将标志(duty, fig)设定为与转变前的(上次 的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的 duty, fig)。区域(11)是“-bat_I <电池电流值(ibat_det) <+bat_I，并且DC总线电压 偏差彡-dc_V”的驱动区域。驱动区域转变到区域(11)时，将标志(duty, fig)设定为“-1”(duty, fig = +1)。在此，转变到区域(11)时，将标志(duty, fig)设为“_1”其原因如 下当在降压动作中电池电流值(ibat_det)的绝对值小于阈值，并且DC总线电压偏差小于 阈值(_dc_V)时，虽然DC总线电压值(Vdc_det)比较有所上升而成为需要DC总线110的 降压的状态，但是由于从DC总线110向电池19的电流为流动不充分的状态，因此通过开始 启动死区补偿功能，通过使作为从DC总线110向电池19的方向流动的电流而由负的值表 示的电池电流值(ibat_det)的绝对值增大，来促进降压动作。区域(12)是“+bat_I彡电池电流值(ibat_det)，并且DC总线电压偏差彡-dc_V" 的驱动区域。驱动区域转变到区域(12)时，将标志(duty, fig)设定为与转变前的(上次 的)标志(duty, fig)相同的值(duty, fig =上次的 duty, fig)。在此，升降压转换器100启动时，“电池电流值(ibat_det) = 0，并且DC总线电压 偏差{DC总线目标电压值(Vdc_ref)-DC总线电压值(Vdc_det)} =0”，此驱动状态包含于 区域(5)。因此，当升降压转换器100启动时，图11所示的驱动区域从区域(5)开始，通过 电池电流值(ibat_det)和DC总线电压偏差{DC总线目标电压值(Vdc_ref)-DC总线电压 值(Vdc_det)}的变化而转变到其他区域。由此，开始启动死区补偿功能是在从标志(duty, fig)为“0”的状态起，驱动区域 转变到区域(2)而标志(duty, fig)变化为“+1”时、或从标志(duty, fig)为“0”的状态起， 驱动区域转变到区域(11)而标志(duty, fig)变化为“_1”时。即，若DC总线电压偏差的 绝对值大于规定电压值(dc_V)并且电池电流值(ibat_det)的绝对值小于规定的低电流值 (bat_I)，则开始启动死区补偿功能。并且，死区补偿功能结束启动是在从标志(duty, fig)为“_1”的状态起，驱动区域 转变到区域(5)而标志(duty, fig)变化为“0”时、或从标志(duty, fig)为“1”的状态起， 驱动区域转变到区域(8)而标志(duty, fig)变化为“0”时。即，当电池电流值(ibat_det) 的绝对值未达到规定的低电流值(bat_I)，并且DC总线电压偏差成为零时或DC总线电压偏 差的符号反转时，结束启动死区补偿功能。在其他情况下，当即使驱动区域转变而标志(duty, fig)仍旧为“0”时，死区补偿 功能保持解除状态，当即使驱动区域转变而标志(duty, fig)仍旧为“_1”或“+1”时，死区 补偿功能保持为启动状态。另外，如上所述，横轴为负的区域是降压DC总线110(充电电池19)的区域，纵轴 为正的区域是DC总线110的电压降低的区域，所以区域⑴和区域⑷是通常不经过的驱 动区域。同样，横轴为正的区域是升压DC总线110(从电抗器101向DC总线110提供电 力)的区域，纵轴为负的区域是DC总线110的电压上升的区域，所以区域(9)和区域(12) 是通常不经过的驱动区域。[基于死区补偿功能的合计处理]接着，对PWM指令合计部204的处理内容(基于死区补偿功能的合计处理)进行说 明。在此，死区补偿功能当标志(duty, fig)为“-1”或“+1”时成为启动状态，当标志(duty, fig)为“0”时成为解除状态。PWM指令合计部204，根据标志(duty, fig)的值将合计的手法切换如下。标志(duty, fig)为“0”时，不合计补偿负载值(pWm_duty)(将补偿负载值(pwm_duty)作为0合计)，作为合计负载值(pwm_Sum)输出PWM电压指令值(pwm_v)。即，合计负 载值(pwm_sum) = P丽电压指令值(pwm_v)。标志(duty, fig)为“ 1 ”时，将升压用的补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压 指令值(pwm_v)。即，合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值(pwm_v) +升压用的补偿负 载值(pwm_duty)。标志(duty, fig)为“_1”时，将升压用的补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压 指令值(pwm_v)。即，合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值(pwm_v)-升压用的补偿负 载值(pwm_duty)。这样，补偿负载值(pWm_duty)在标志(duty, fig)为“ 1 ”或“_1 ”时被合计。并且，PWM指令合计部204在标志(duty, fig)从“0”变成“ 1 ”或“_1 ”时(死区 补偿功能开始启动时)，将相当于表示拐点的PWM负载值的控制量作为补偿负载值(pwm_ duty)而加入。而且，对从PWM指令计算部203输出的PWM电压指令值(pwm_v)所包含的积 分成分值(I成分值)和比例成分值(P成分值)进行将积分成分值(I成分值)置换成比 例成分值(P成分值)的相反数的处理。由此，PWM电压指令值(pwm_v)的值成为零(作为 置换部的功能)。并且，与此相反，PWM指令合计部204在标志(duty, fig)从“ 1 ”或“_1 ”变成“0” 时(死区补偿功能结束启动时)，将从PWM指令计算部203输出的PWM电压指令值(pwm_v) 所包含的积分成分值(I成分值)的值置换成即将结束启动死区补偿功能之前的积分成分 值(I成分值)和补偿负载值(pwm_dUty)的合计值(作为置换部的功能)。接着，利用图12及图13对基于上述的死区补偿功能的合计处理进行说明。[基于降压时的死区补偿功能的合计处理]图12是用于说明在实施方式3的升降压转换器100的驱动控制装置中、基于降 压时的死区补偿功能的合计处理的原理图，分别用时间经过来表示(a)死区补偿功能的开 始启动时的处理、(b)死区补偿功能的结束启动时的处理、(c)死区补偿功能的启动中的处 理。基于该死区补偿功能的合计处理通过PWM指令合计部204执行。另外，图中在PWM电压指令值(pwm_v)的棒状图中所示的P及I表示比例成分值 (P成分值)与积分成分值(I成分值)的比例。在此，在降压时死区补偿功能开始启动是从标志(duty, fig)为“0”的状态起，驱 动区域转变到区域(11)而标志(duty, fig)变化为“_1”的情况。并且，该死区补偿功能 结束启动是从标志(duty, fig)为“_1”的状态起，驱动区域转变到区域(5)而标志(duty, fig)变化为“0”时的情况。如图12(a)所示，在死区补偿功能的开始启动之前(标志(duty, fig) =“0”时)， 从补偿切换部207输入的补偿负载值(pWm_duty)为零，所以合计负载值(pwm_SUm) =PffM 电压指令值(pwm_v)。接着，若通过驱动区域转变到区域(11)而标志(duty, fig)变成“_1”且死区补 偿功能开始启动，则补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压指令值(pwm_v)，合计负载值 (pwm_sum) = P丽电压指令值(pwm_v) +补偿负载值(pwm_duty)。此时，如图12(a)所示，包含于PWM电压指令值(pwm_v)的比例成分值(P成分值) 在死区补偿功能开始启动的前后具有相同的值，但是在死区补偿功能刚刚开始启动之后的积分成分值(I成分值)被置换成比例成分值(P成分值)的相反数。这样，刚刚开始启动 死区补偿功能之后，使PWM电压指令值(pwm_v)成为零。因此，实际成为合计负载值(pwm_SUm)=补偿负载值(pWm_duty)。在此，补偿负 载值(pWm_duty)的值是补偿负载值(pWm_duty)是，相当于表示相对于升降压转换器100 的PWM负载值的电流值特性的、降压侧的拐点的PWM负载值的控制量。之后，根据将补偿负 载值(pWm_duty)和PWM负载值进行合计后的值，求出负载指令值(pwm_ref)，进行充放电控 制。由此，根据实施方式3的混合式施工机械，升降压转换器100的电池电流值(ibat_ det)的绝对值未达到规定值，并且DC总线电压偏差的绝对值大于规定值，DC总线电压值 (vdc_det)上升而需要降压动作时，当判定为不能得到足够的电池电流值(ibat_det)时， 通过开始启动死区补偿功能，在PWM指令合计部204中将补偿负载值(pWm_duty)合计到 PWM电压指令值(pwm_v)，所以，如图12(c)所示，合计负载值(pwm_SUm)的绝对值被增大， 由此，用于驱动升降压转换器100的最终的负载指令值(pwm_ref)的绝对值被增大。因此， 能提供如下升降压转换器100的驱动控制装置从DC总线110向电池19的方向流过的电 流增加，不发生如过去那样的在低电流区域中电流的响应相对于PWM负载缓慢的情况，电 流响应性良好且可以在固定范围内保持DC总线110的电压值。接着，利用图12(b)说明降压时的结束启动死区补偿功能时的动作。在死区补偿 功能的启动状态(标志(duty, fig) =“-1”的情况)下，对从补偿值切换部207输入的补 偿负载值(pwm_duty)进行了合计，所以，合计负载值(pwm_SUm) = PWM电压指令值(pwm_ ν) +补偿负载值(pwm_duty)。接着，若标志(duty, fig)变为“0”而死区补偿功能结束启动，则补偿负载值(pwm_ duty)被设为0而成为合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值(pwm_v)。此时，如图12 (b) 所示，包含于PWM电压指令值(pwm_v)的比例成分值(P成分值)在死区补偿功能开始启动 的前后具有相同的值，但是死区补偿功能刚刚结束启动之后的积分成分值(I成分值)进 行置换成死区补偿功能即将结束启动之前的积分成分值(I成分值)和补偿负载值(pwm_ duty)的合计值的操作。由此，在死区补偿功能的结束启动的前后，合计负载值(pwm_SUm)的值相同且保 持连续性，所以即使结束启动死区补偿功能，也能抑制升降压转换器100的控制性降低。另外，死区补偿功能结束启动以后，标志(duty, fig)成为“0”且补偿负载值(pwm_ duty)不合计到合计负载值(pwm_sum)，合计负载值(pwm_sum) = P丽电压指令值(pwm_v)， 所以升降压转换器100成为由通过PWM指令计算部203的PI控制而生成的PWM电压指令 值(pwm_v)来驱动的情况。[基于升压时的死区补偿功能的合计处理]图13是用于说明在实施方式3的升降压转换器100的驱动控制装置中，基于升 压时的死区补偿功能的合计处理的原理图，分别用时间经过来表示(a)死区补偿功能的启 动开始时的处理、(b)死区补偿功能的启动结束时的处理、(c)死区补偿功能的启动中的处 理。基于该升压时的死区补偿功能的合计处理与降压时的处理相同，通过PWM指令合计部 204执行。另外，图中，PWM电压指令值(pwm_v)的棒状图中所示的P及I表示比例成分值 (P成分值)和积分成分值(I成分值)的比例。
在此，在升压时死区补偿功能开始启动，是通过DC总线电压偏差的变动，从标志 (duty, fig)为“0”的状态起，驱动区域转变到区域(2)而标志(duty, fig)变化为“+1”的 情况。并且，该死区补偿功能结束启动时，是从标志(duty, fig)为“+1”的状态起，驱动区 域转变到区域(8)而标志(duty, fig)变化为“0”的情况。如图13(a)所示，在死区补偿功能开始启动前(标志(duty, fig) =“0”时)，从补 偿值切换部207输入的补偿负载值(pWm_duty)成为零，所以合计负载值(pwm_SUm) =PffM 电压指令值(pwm_v)。接着，若通过驱动区域转变到区域(2)，标志(duty.flg)变成“+1”而死区补偿 功能开始启动，则将补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压指令值(pwm_v)，合计负载值 (pwm_sum) = P丽电压指令值(pwm_v) +补偿负载值(pwm_duty)。此时，如图13(a)所示，包含于PWM电压指令值(pwm_v)的比例成分值(P成分值) 在死区补偿功能开始启动的前后具有相同的值，但是死区补偿功能刚刚开始启动之后的积 分成分值(I成分值)被置换成比例成分值(P成分值)的相反数。由此，死区补偿功能刚 刚开始启动之后，PWM电压指令值(pwm_v)的值成为零。因此，实际成为合计负载值(pwm_SUm)=补偿负载值(pWm_duty)。在此，补偿负 载值(pWm_duty)的值是，补偿负载值(pWm_duty)是相当于表示相对于升降压转换器100 的PWM负载值的电流值特性的、升压侧的拐点的PWM负载值的控制量。由此，根据实施方式3的混合式施工机械，升降压转换器100的电池电流值(ibat_ det)的绝对值未达到规定值，并且DC总线电压偏差的绝对值大于规定值，当DC总线电压值 (vdc_det)下降而需要升压动作时，当判断为不能得到足够的电池电流值(ibat_det)时， 则通过开始启动死区补偿功能，在PWM指令合计部204中，将补偿负载值(pWm_duty)合计 到PWM电压指令值(pwm_v)，所以，如图13(c)所示，合计负载值(pwm_Sum)的绝对值被增 大，由此，用于驱动升降压转换器100的最终的负载指令值(pwm_ref)的绝对值被增大。因 此，能提供如下的电流响应性良好的升降压转换器100的驱动控制装置从电池19向DC 总线110的方向流过的电流增加，不发生如过去那样的在低电流区域中电流的响应相对于 PWM负载缓慢的情况。接着，利用图13(b)说明升压时的结束启动死区补偿功能时的动作。在死区补偿 功能处于启动状态(标志(duty.flg) =“+1”时)下，对从补偿值切换部207输入的补偿 负载值(pwm_duty)进行合计，所以，合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值(pwm_v) +补 偿负载值(pwm_duty)接着，若标志(duty, fig)变为“0”而死区补偿功能结束启动，则补偿负载值(pwm_ duty)成为0，合计负载值(pwm_sum) = PWM电压指令值(pwm_v)。此时，如图13(b)所示，包含于PWM电压指令值(pwm_v)的比例成分值(P成分值) 在死区补偿功能开始启动的前后具有相同的值，但是死区补偿功能刚刚启动结束之后的积 分成分值(I成分值)被置换成死区补偿功能即将结束启动之前的积分成分值(I成分值) 和补偿负载值(pWm_duty)的合计值。由此，在死区补偿功能结束启动的前后，合计负载值(pwm_SUm)的值相同且保持 连续性，所以即使结束启动死区补偿功能，也能抑制升降压转换器100的控制性的降低。另外，死区补偿功能结束启动以后，标志(duty, fig)成为“0”且补偿负载值(pwm_duty)不合计到合计负载值(pwm_Sum)而成为，合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值 (pwm_v)，所以升降压转换器100成为由通过PWM指令计算部203的PI控制而生成的PWM 电压指令值(pwm_v)来驱动的情况。图14是表示基于实施方式3的混合式施工机械的升降压转换器的驱动控制装置 的动作特性的一例的特性图。在刚刚开始升降压转换器100的驱动之后，驱动区域是区域(5)，所以标志(duty, fig)保持“0”，因此，合计负载值(pwm_Sum) = PWM电压指令值(pwm_v)，升降压转换器100 通过由PWM指令计算部203生成的PWM电压指令值(pwm_v)而被进行PI控制。从驱动刚刚开始之后到A时刻，为了加速回转用电动机21 (电力运行)而流过大 致固定的电池电流值(ibat_det)，DC总线电压值(Vdc_det)在_dc_V +dc_V之间推移。 此状态相当于通过DC总线电压偏差的微小的变动而在图11所示的区域(5)和区域(8)中 往来的状态。这样，在驱动区域处于区域(5)或区域⑶的状态下，标志(duty, fig)保持为 “0”，因此，合计负载值(pwm_sum) = PWM电压指令值(pwm_v)，升降压转换器100通过由PWM 指令计算部203生成的PWM电压指令值(pwm_v)而被进行PI控制。接着，若超过A时刻，则回转用电动机21开始减速(进行再生运行)。由此，从电 池19供给到回转用电动机21的电池电流值(ibat_det)减少，DC总线电压值(Vdc_det) 变大，其结果，DC总线电压偏差{DC总线目标电压值(vdc_ref)-DC总线电压值(Vdc_det)} 小于零。此时，驱动区域转变到区域(8)，但是标志(duty, fig)继续保持为“0”的状态。并且，若马达等的电负荷进行再生运行，则产生再生电流，所以DC总线电压值 (vdc_det)上升，电池电压值(Vbat_det)/DC总线电压值(vdc_det)的比也变小。这是因 为，由于DC总线电压检测值的上升而导致DC总线9的降压(电池19的充电)成为必要， 因此从电池19流向DC总线110的电流值减小。而且，图14中虽未示出，但当马达等电负荷进行电力运行时，电负荷要求电力供 给，DC总线电压值(Vdc_det)降低。此时，DC总线电压值(Vdc_det)的降低导致DC总线 110的升压(电池19的放电)成为必要。接着，若超过B时刻，则由回转用电动机21产生再生电力，由此，电池电流值 (ibat_det)的方向成为相反，基于再生电力的电流开始流向电池19。由此，若DC总线电压 值(Vdc_det)进一步变大，则DC总线电压偏差{DC总线目标电压值(Vdc_ref)-DC总线电 压值(Vdc_det)}变得小于阈值“-dc_V”。若不进行该补偿，则存在如下问题若这样持续DC总线电压偏差的绝对值不断变 大的状态，则在DC总线的特性上，在升压动作和降压动作的切换点附近的低电流区域中受 到死区的影响，因此电流的降低速度变慢，DC总线电压值(Vdc_det)过于上升而导致过电 压，从而马达19的驱动器等的设备损坏。但是，根据实施方式3的混合式施工机械，在低电流区域中DC总线电压偏差较大 的状态下，通过死区补偿功能开始启动，使DC总线电压值(Vdc_det)降低，所以积极地流过 电流。此状态在图11所示的驱动区域中从区域(8)转变到区域(11)且标志(duty, fig) 设定为“-1”。
由此，导致在PWM指令合计部204中，将补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压指 令值(pwm_v)，合计负载值(pwm_sum) = P丽电压指令值(pwm_v) +补偿负载值(pwm_duty) 的合计负载值(pwm_Sum)被输出。此时，包含于PWM电压指令值(pwm_v)的比例成分值(P成分值)在死区补偿功能 开始启动的前后具有相同的值，但是死区补偿功能刚刚开始启动之后的积分成分值(I成 分值)被置换成比例成分值(P成分值)的相反数。由此，由于死区补偿功能刚刚开始启动 之后，PWM电压指令值(pwm_v)的值成为零(P+I = 0)，所以实际成为合计负载值(pwm_ sum)=补偿负载值(pwm_duty)。由此，如图14所示的电池电流值(ibat_det)，使DC总线9降压，因此从DC总线9 向电池19的电流增大(即电池电流值(ibat_det)的绝对值增大)，由此，能使DC总线电压 值(vdc_det)降低。其结果，能提高升压动作和降压动作的切换点附近的低电流区域中电流的响应 性，由此，可以不使DC总线电压值(Vdc_det)较大地变动而使之在一定范围内保持。之后，在PWM指令合计部204中，持续将补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压 指令值(pwm_v)的状态，其中的PWM电压指令值(pwm_v)是由PWM指令计算部203的PI控 制而生成的值，所以继续降压动作，DC总线电压值(Vdc_det)被降压。通过DC总线电压值 (vdc_det)的降低，从而DC总线电压偏差的绝对值变小，超过阈值“_dc_V”而驱动区域转变 (返回)到区域⑶。这相当于时刻C。即使超过C时刻且驱动区域转变到区域(8)，标志(duty, fig)也保持为“_1”。之 后，在PWM指令合计部204中持续将补偿负载值(pwm_duty)合计到PWM电压指令值(pwm_ ν)状态，其中的PWM电压指令值(pwm_v)是通过PWM指令计算部203的PI控制而生成的 值，所以继续降压动作，DC总线电压偏差稳定。此时，若DC总线电压偏差为O(V)以上，则 驱动区域转变到区域(5)。这相当于时刻D。在时刻D中，若驱动区域从区域⑶转变到区域(5)，则成为以标志(duty, fig)为 “_1”的状态转变到区域(5)，所以标志(duty, fig)切换为“0”，死区补偿功能结束启动。由此，结束启动死区补偿功能是由于如下考虑通过降压动作时的死区补偿功能， DC总线电压值(Vdc_det)被充分地降压，无需增大基于死区补偿功能的电池电流值(ibat_ det) ο若死区补偿功能结束启动，则补偿负载值(pWm_duty)为零且合计负载值(pwm_ sum) = P丽电压指令值(pwm_v)。此时，如图12(b)所示，包含于PWM电压指令值(pwm_v) 的比例成分值(P成分值)在死区补偿功能开始启动的前后具有相同的值，但是死区补偿功 能刚刚结束启动之后的积分成分值(I成分值)被置换成死区补偿功能即将结束启动之前 的积分成分值(I成分值)和补偿负载值(pwm_dUty)的合计值。由此，在死区补偿功能结束启动的前后，如图12(c)所示，合计负载值(pwm_SUm) 的值相同且保持连续性，所以即使结束启动死区补偿功能，如图14所示，也能将升降压转 换器100的DC总线电压值(Vdc_det)稳定到大致固定值。另外，死区补偿功能结束启动以后，标志(duty, fig)成为“0”且补偿负载值(pwm_ duty)不合计到合计负载值(pwm_sum)，从而合计负载值(pWm_sum) = PWM电压指令值 (pwm_v)，所以升降压转换器100由通过PWM指令计算部203的PI控制而生成的PWM电压
29指令值(pwm_v)来驱动。并且，死区补偿功能结束启动以后，标志(duty, fig)成为“0”并在区域(5)驱动 时，若DC总线电压偏差通过微小变化而低于O(V)，则驱动区域再次转变到区域(8)，但从区 域(5)转变到区域(8)时标志(duty, fig)保持为“0”，所以之后升降压转换器100仍然通 过由PWM指令计算部203的PI控制而生成的PWM电压指令值(pwm_v)来驱动。如上所述，根据实施方式3的混合式施工机械，改善在升压动作和降压动作的切 换点附近的低电流区域的电流响应性，由此将DC总线110的电压值保持在固定的范围内， 能够抑制由过电压引起的、负荷的驱动器的损坏，能将负荷的控制性保持为良好的状态。另外，在图14的动作例中，通过在区域(5)、⑶及(11)中转变而开始启动降压时 的死区补偿功能，之后，表示结束启动的情况，但是升压时的死区补偿功能的开始启动/结 束启动通过在区域(2)、(5)及(8)中转变而相同地进行，所以省略其说明。并且，在图14的动作例中，表示_bat_I <电池电流值(ibat_det) < +bat_I 的情况，但是电池电流值(ibat_v)det) ^ -bat_I时(区域(1)、(4)、(7)及(10)的情 况)，标志(duty.flg)的值保持为转变前的值(上次的值)，所以即使电池电流值(ibat_ det) <_bat_I，也不过是保持死区补偿功能的启动状态或解除状态。因此，省略电池电流 值(ibat_det)彡-bat_I时的动作说明。另外，同样，这在+bat_I彡电池电流值(ibat_det) 的情况时(区域(3)、(6)、(9)及(12)时)也相同。另外，实施方式3的混合式施工机械所使用的升降压转换器的驱动控制装置的控 制部能通过电子电路或运算处理装置中的任一个实现。[实施方式4]图16是表示实施方式4的混合式施工机械的结构的框图。实施方式4的混合式施工机械与实施方式1的混合式施工机械的不同之处在于 主泵14的驱动由泵用电动机400进行，电动发电机12进行发动机11的辅助(电动运行) 或基于由发动机11驱动的这一情况的电力的回收(发电运行)。其他的结构与实施方式1 的混合式施工机械相同，所以对相同的结构要素附加相同符号，省略其说明。泵用电动机400构成为，只进行用于驱动主泵14的电力运行，并通过变换器410 连接到DC总线110。该泵用电动机400构成为，由升降压驱动控制部120驱动。若操作杠杆26A 26C 中的任一个，则从DC总线110通过变换器410向泵用电动机400供给电力，由此进行电力 运行，驱动泵14而排出压力液体。因此，能发生通过DC总线110对电动发电机12、泵用电动机400及回转用电动机 21中的任一个进行供给电力的状况。并且能发生从电动发电机12及回转用电动机21中的 任一个向DC总线110供给电力的状况。在实施方式4中，升降压转换器100根据电动发电机12、泵用电动机400及回转用 电动机21的运行状态来进行升压动作和降压动作的切换的控制，以使DC总线电压值容纳 在固定的范围内。DC总线110配设在变换器18、410及20与升降压转换器100之间，在电池19、泵 用电动机400及回转用电动机21之间进行电力的交接。在这样的实施方式4的混合式施工机械中，与实施方式1的混合式施工机械相同，也能抑制负荷的控制性的偏差。另外，能防止由过电流引起的负荷的变换器18、20的损坏 等，能提高运行持续性。另外，与实施方式2及3相同，能够提供如下混合式施工机械不使 升压用IGBT102A及降压用IGBT102B损坏，且能稳定地进行升压动作和降压动作之间的切 换，能抑制由过电压引起的负荷的驱动器的损坏，将负荷的控制性保持为良好的状态。并且，在以上对使用PI控制的方式进行了说明，但是控制方式不仅限于PI控制方 式，也可以是滞环控制、鲁棒控制、适应控制、比例控制、积分控制、增益调度控制或滑动方 式控制。以上，对本发明的示例性实施方式的混合式施工机械进行了说明，但是本发明不 限于具体公开的实施方式，可以在不脱离权利要求书的范围内进行种种的变形或变更。
权利要求
一种混合式施工机械，包含内燃机、电动发电机、由液压驱动的操作要素、用回转用电动机回转驱动的回转机构，其特征在于，具备配设在所述电动发电机和所述回转用电动机之间的蓄电机构，该蓄电机构具备维持固定范围内的电压值的固定电压蓄电部、允许基于所述电动发电机的电动发电运行或基于所述回转用电动机的电力再生运行的电压值的变动的变动电压蓄电部。
2.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，具有升降压转换器，一侧连接在所述固定电压蓄电部，另一侧连接在所述变动电压蓄电部， 使所述变动电压蓄电部的电压值变动来使所述固定电压蓄电部的电压值升压或降压；以及升降压驱动控制部，进行所述升降压转换器的升压动作和降压动作的切换控制。
3.如权利要求2所述的混合式施工机械，其特征在于，还具备检测所述固定电压蓄电部的电压值的电压值检测部，所述升降压驱动控制部根据所述电压值检测部所检测出的电压值，进行升压动作和降 压动作的切换控制。
4.如权利要求2或3所述的混合式施工机械，其特征在于，所述升降压驱动控制部根据所述回转用电动机的运行状态，进行所述升降压转换器 的升压动作和降压动作的切换控制，以使所述固定电压蓄电部的电压值容纳在固定的范围 内。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，所述升降压驱动控制部将所述升降压转换器的升压动作或降压动作中的某一个切换 到另一个时，设置无动作时间。
6.如权利要求2至5中的任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，所述升降压转换器具有升压用开关元件，用于控制从所述变动电压蓄电部向所述固定电压蓄电部的电力的供降压用开关元件，用于控制从所述固定电压蓄电部向所述变动电压蓄电部的电力的供 给；以及电抗器，连接于所述升压用开关元件和所述降压用开关元件； 所述升降压驱动控制部具有电压控制机构，驱动控制所述升压用开关元件或所述降压用开关元件，以使所述第1 电压检测部的电压值成为电压目标值；电流控制机构，驱动控制所述升压用开关元件或所述降压用开关元件，以使流通过所 述电抗器的电流值成为规定的电流阈值，并且具备控制切换机构，选择性地切换所述电压控制机构或所述电流控制机构中的任意一 个，以使所述升降压转换器的负荷成为规定的负荷以下。
7.如权利要求6所述的混合式施工机械，其特征在于，当进行基于所述电压控制机构的驱动控制时，若流通过所述电抗器的电流的绝对值大 于所述电流阈值，则所述控制切换机构切换为基于所述电流控制机构的驱动控制。
8.如权利要求6所述的混合式施工机械，其特征在于，当进行基于所述电流控制机构的驱动控制时，若所述第1电压检测部的电压值恢复到 电压目标值，则所述控制切换机构切换为基于所述电压控制机构的驱动控制。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，当将所述电压控制机构或所述电流控制机构中的某一个向另一个切换时，所述升降压 驱动控制部校正切换后的控制目标值的初始值。
10.如权利要求2至9中的任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，所述升降压驱动控制部在所述升降压转换器的死区区域内进行促进充放电电流的控制。
11.如权利要求2至5中的任一项所述的混合式施工机械，其特征在于， 所述升降压驱动控制部包含主控制部，运算用于驱动所述升降压转换器的PWM负载值，以使所述DC总线的电压值 (以下称为DC总线电压值)追随目标电压值；补偿负载值运算部，在相对于所述升降压转换器的PWM负载值的电流值特性中的规定 的低电流区域，运算用于补偿所述PWM负载值的补偿负载值；合计部，进行将所述补偿负载值合计到由所述主控制部所运算的PWM负载值的合计处理。
12.如权利要求11所述的混合式施工机械，其特征在于所述主控制部构成为，通过基于所述DC总线电压值和所述目标电压值的偏差的PI控 制，运算所述PWM负载值，还具备置换部，在所述合计处理的启动开始时，将包含于所述PWM负载值的积分成分 值置换成比例成分值的相反数。
13.如权利要求11或12所述的混合式施工机械，其特征在于，所述补偿负载值运算部，运算相当于相对于所述升降压转换器的PWM负载值的电流值 的特性中的升压侧或降压侧的拐点处的PWM负载值的负载值，作为所述补偿负载值。
14.一种混合式施工机械的控制方法，该混合式施工机械包含内燃机、电动发电机、由 液压驱动的操作要素、由回转用电动机回转驱动的回转机构、配设在该电动发电机和该回 转用电动机之间且具备固定电压蓄电部和变动电压蓄电部的蓄电机构，其特征在于，该固定电压蓄电部维持固定范围内的电压值，并且通过该变动电压蓄电部，允许基于所述电动发电机的电动发电运行或基于所述回转用 电动机的电力再生运行的电压值的变动。
全文摘要
本发明提供一种混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法，该混合式施工机械包含内燃机、电动发电机、由液压驱动的操作要素、由回转用电动机回转驱动的回转机构，具备配设在所述电动发电机和所述回转用电动机之间配设的蓄电机构，并且，该蓄电机构具备维持一定范围内的电压值的固定电压蓄电部、允许基于所述电动发电机的电动发电运行或所述回转用电动机的电力再生运行的电压值的变动的变动电压蓄电部。
文档编号B60K6/28GK101910524SQ20088012295
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者庄野博三, 神林英明 申请人:住友重机械工业株式会社