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I)。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I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I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I的混合式施工机械的侧视图。图2是表示实施方式I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I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是表不基于实施方式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I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伊斗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 IGBT102B降压用 IGBT104电源连接端子105变 换器106输出端子107电容器110DC 总线111DC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 PM126降压用 PM201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I]图1是表示包含实施方式I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I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。[整体结构]图2是表示实施方式I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I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I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。S卩，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2IA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I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I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Interior Permanent 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I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1A、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I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2IA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力口，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(I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及伊斗液压缸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I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(I台)及变换器(I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，能提闻运行持续性。[控制器30]控制器30是进行实施方式I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CentralProcessing 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I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)0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I开关负载(duty)duty_v。在该第I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I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I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(+ M则，电流控制时切换部123B及123C连接到负(_M则。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I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I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(I)及(2)校正开关负载的初始值。(I)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I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(I)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I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_i)，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(_)侧的状态，所以duty_1-Vout_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_P)与电压比例值Vout_P进行加法运算，因此第I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(+ )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I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(_)侧切换到正(+ )侦牝切换部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_i，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(+ )侧切换到负(_)侧之后的电流积分值Ibat_I设定为(duty_v-1bat_P)。该电流积分值Ibat_I (=duty_v-1bat_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I开关负载duty_v相等的值。这样，将控制切换部123从正(+ )侧切换到负(_)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I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(+ )侧切换到负(_)侦牝切换部123A的正(+ )侧和负(_)侧的负载还是在电压控制的最后得到的第I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I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 (S卩，第I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I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I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O (Mode=O)设为运行开始之前的停止中、将模式I (Mode=I)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I]
权利要求
1.一种混合式施工机械，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， 具备与所述电动发电机的变换器和所述回转用电动机的变换器连接的蓄电机构， 该蓄电机构具备: 固定电压蓄电部，所述固定电压蓄电部具有配置在所述电动发电机的变换器和所述回转用电动机的变换器之间的电容器， 电连接于该固定电压蓄电部的升降压转换器，以及 电连接于该升降压转换器的变动电压蓄电部， 所述升降压转换器将充放电的电流限制在规定的范围内、并将所述固定电压蓄电部的电压维持在固定范围内的电压值。
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， 所述升降压驱动控制部对配置在所述升降压转换器的升压用开关元件或者降压用开关元件进行驱动控制，以使流通过所述升降压转换器具有的电抗器的电流值成为规定的电流阈值。
3.如权利要求2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进行基于所述电流阈值与所述电流检出值的偏差的PI控制。
4.如权利要求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基于所述电流阈值与所述电流检出值的偏差求出电流积分值、以及电流比例值， 根据该电流积分值、以及电流比例值计算开关负载。
5.如权利要求1至3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。
6.—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、升降压转换器和变动电压蓄电部的蓄电机构， 其特征在于， 所述升降压转换器将充放电的电流限制在规定的范围内、并将所述固定电压蓄电部的电压维持在固定范围内的电压值。
7.如权利要求6所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于，所述混合式施工机械具有: 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， 所述升降压驱动控制部对配置在所述升降压转换器的升压用开关元件或者降压用开关元件进行驱动控制，以使流通过所述升降压转换器具有的电抗器的电流值成为规定的电流阈值。
8.如权利要求7所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于， 所述升降压驱动控制部进行基于所述电流阈值与所述电流检出值的偏差的PI控制。
9.如权利要求8所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于， 所述升降压驱动控制部基于所述电流阈值与所述电流检出值的偏差求出电流积分值、以及电流比例值， 根据该电流积分值、以及电流比例值计算开关负载。
10.如权利要求6至8中的任一项所述的混合式施工机械的控制方法，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。
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E02F9/20GK103174185SQ20131005476
公开日2013年6月26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