动力控制装置及具备该装置的混合动力工程机械的制作方法
动力控制装置及具备该装置的混合动力工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及混合动力工程机械的动力控制装置。
【背景技术】
[0002]以往，有例如专利文献1所揭示的混合动力工程机械，这种工程机械具备:发动机、蓄电装置、利用发动机的动力来发电的发电机、利用发动机的动力(来自发电机的电力)以及来自蓄电装置的电力来工作的致动器、以及决定在致动器与蓄电装置及发电机之间的电力分配的电力控制装置。
[0003]专利文献1记载的电力控制装置以使发动机的输出在预先设定的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间(发电机上限电力与发电机下限电力之间)变化的方式来决定电力分配。
[0004]具体而言，当向发动机要求的要求动力(电力)低于下限值(发电电力下限值)时，将用发电机发出的多余电力向蓄电装置充电，而当所述要求动力高于上限值(发电电力上限值)时，则除了用发电机发出的电力之外还将来自蓄电装置的电力向致动器供给(为了补充致动器的动力而辅助发动机)。
[0005]此处，在用混合动力工程机械进行的作业中，有作业期间较短的作业(例如利用作业附属装置进行的倾倒作业)，以及作业期间较长的作业(例如连续(爬坡)行走或使用作业附属装置进行的压紧作业)。
[0006]用较长期间进行的作业往往可能长时间地持续发动机的要求动力超过发动机输出上限值的状态(以下称为高负荷状态)。
[0007]然而，若采用专利文献1记载的电力控制装置，每当长时间地持续高负荷状态，就会长时间地持续用蓄电装置的电力来进行辅助，会导致蓄电装置的充电率下降。
[0008]若蓄电装置的充电率下降，在高负荷状态解除后的通常控制时，就可能出现必要的电力不足的情况。
[0009]现有技术文献
专利文献1:日本专利发明公报第3859982号。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种动力控制装置及具备该装置的混合动力工程机械，能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时能够避免蓄电装置的充电率过度下降。
[0011]为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械包括:控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中，在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于0的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为0的第二控制。
[0012]根据本发明，能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时能够避免蓄电装置的充电率过度下降。
【附图说明】
[0013][图1]图1是表示本发明实施方式的混合动力挖掘机整体结构的左侧视图。
[0014][图2]图2是图1所示的混合动力挖掘机的驱动系统的示意图。
[0015][图3]图3是表示图2所示的驱动系统的电气结构的方框图。
[0016][图4]图4是表示发动机输出与发动机效率间的关系的曲线图。
[0017][图5]图5是表示对应于发动机的必要动力的动力分担的曲线图。
[0018][图6]图6是表示发动机输出与充电状态间的关系的曲线图。
[00?9 ][图7 ]图7是表示必要动力相对于时间的变化的曲线图。
[0020][图8]图8是表示通常控制、第一控制以及第二控制中发动机输出的上限值变化的曲线图。
[0021][图9]图9是表示第一阈值及第二阈值与S0C间关系的曲线图。
[0022][图10]图10是表示用图3的控制器进行的处理的流程图。
【具体实施方式】
[0023]参照以下附图来说明本发明的一实施方式。另外，以下的实施方式是将本发明具体化的一例，并无限定本发明的保护范围的性质。
[0024]参照图1，混合动力挖掘机1具备:具有履带2a的自动式下部行走体2、能够在下部行走体2上回转的上部回转体3、能够相对于上部回转体3而变位的作业附属装置4、驱使下部行走体2行走的行走马达14(见图2)、对上部回转体3进行驱动以使之相对于下部行走体2回转的回转电动机15(见图2)、以及混合动力挖掘机1的驱动系统6(见图2)。
[0025]作业附属装置4具备:安装在上部回转体3上而能够起伏的动臂5、安装在动臂5的前端部而能够相对地转动的斗杆6、以及安装在斗杆6的前端部而能够相对地转动的铲斗7。
[0026]作业附属装置4还具备:使动臂5相对于上部回转体3而起伏的动臂气缸8、使斗杆6相对于动臂5而转动的斗杆气缸9、以及使铲斗7相对于斗杆6而转动的铲斗气缸10。
[0027]如图2所示，驱动系统16具备:发动机17、蓄电装置18、与发动机17的输出轴连接的发电电动机19、设在发电电动机19与蓄电装置18之间的发动机用变换器20、设在回转电动机15与蓄电装置18之间的回转用变换器21、与发动机17的输出轴连接的第一液压栗22A及第二液压栗22B、对各液压栗22A、22B向液压致动器的液压油给排进行控制的控制阀23、使操作控制阀23所需的控制压力产生的遥控阀24、对各液压栗22A、22B的排出压力分别加以检测的栗压传感器25、对由遥控阀24产生的控制压力加以检测的操作压传感器26、将针对回转电动机15的回转指令加以输出的回转指令输出单元37、对发动机17的转速加以控制的E⑶(Engine Control Unit，发动机控制单元)27、用于将蓄电装置18的蓄电状态加以检测的蓄电状态检测单元28、以及对发动机17的动力及蓄电装置18的充放电状态(State OfCharge:以下也称为S0C)加以控制的控制器30(见图3)。
[0028]发电电动机19能够利用发动机17的动力而作为发电机工作，并且能够利用蓄电装置18的电力而作为电动机工作。
[0029]发动机用变换器20对从蓄电装置18向发电电动机19及回转用变换器21中至少一方供给的电力、以及从发电电动机19向蓄电装置18及回转用变换器21中至少一方供给的电力进行控制。
[0030]回转用变换器21对从蓄电装置18及发动机用变换器20中至少一方向回转电动机15供给的电力、以及从回转电动机15向蓄电装置18及发动机用变换器20中至少一方供给的电力进行控制。
[0031]S卩，通过对发动机用变换器20及回转用变换器21进行控制，使蓄电装置18的充放电、发电电动机19及回转电动机15的驱动得到控制。
[0032]这里，回转电动机15能够利用蓄电装置18的电力而作为电动机工作，从而使上部回转体3回转，并且能够在回转制动时利用上部回转体3的惯性能量而作为发电机工作。
[0033]各液压栗22A、22B利用发动机17的动力来工作，从而分别排出液压油。而且各液压栗22A、22B是可变容量栗，能够通过分别对调节器22a、22b输入控制指令(电气信号)来调节液压油的排出流量。
[0034]从各液压栗22A、22B排出的液压油向多个液压致动器(动臂气缸8、斗杆气缸9、铲斗气缸10、以及行走马达14)供给。各液压栗22A、22B的排出压力被各栗压传感器25检测。
[0035]另外，来自各液压栗22A、22B的液压油分别以合流状态向液压致动器供给。而当将多个致动器分成两个以上的组时，各液压栗22A、22B也可以分别将液压油向其中的一组供给。不过，图2中的液压致动器省略了铲斗气缸10。
[0036]控制阀23将针对多个液压致动器的液压油的给排分别加以控制。具体而言，控制阀23根据因操作杆24a的操作而经过遥控阀24供给的控制压力来进行切换操作，从而将针对各液压致动器的液压油的给排加以控制。向控制阀23供给的控制压力被操作压传感器26检测。
[0037]为了便于说明，图2中示出了一个 控制阀23及遥控阀24，其实是在多个致动器上各设一个控制阀23及遥控阀24。
[0038]回转指令输出单元37输出与操作杆37a的操作量对应的回转电动机15的回转指令(电气信号)。从回转指令输出单元37输出的指令被输入到后述的控制器30，通过各控制器30对各变换器20、21的控制来控制回转电动机15的驱动。
[0039]E⑶27根据后述的控制器30的指令来控制发动机17的输出。
[0040]蓄电状态检测单元28将计算蓄电装置18的S0C(充电率)所需的信息加以检测。具体而言，蓄电状态检测单元28将蓄电装置18的输出电流、端子间电压、以及温度加以检测，并向后述的控制器30输出。
[0041 ] 参照图3，控制器30具备:将蓄电装置18的S0C加以计算的蓄电状态计算部31、将控制所需的信息加以存储的存储部32、将向发动机17要求的必要动力加以计算的必要动力计算部33、将马力指令向各液压栗22A、22B输出的栗马力指令部34、为了获得必要动力而将发动机17的输出与蓄电装置18的输出之间的分配加以设定的动力分配设定部35、以及对使用蓄电装置18的电力进行辅助的状态加以解析的辅助状态解析部36。
[0042]蓄电状态计算部31利用由蓄电状态检测单元28检测到的输出电流、端子间电压、以及温度来计算蓄电装置18的S0C。蓄电装置18的端子间电压取决于其温度，因此蓄电状态计算部31利用蓄电装置18的温度来修正端子间电压。另外，蓄电状态计算部31基于蓄电装置18的输出电流及端子间电压来计算蓄电装置18的电力，并基于该电力来计算充电量。而且，蓄电状态计算部31算出S0C，来作为算出的充电量与蓄电装置18最大充电量之比。
[0043]另外，蓄电状态计算部31基于算出的S0C，来计算蓄电装置18的充电电力最大值Pbc(见图10的步骤S1)。
[0044]存储部32预先存储发动机输出的控制范围的上限值Pa和下限值Pel，在该发动机输出的控制范围内，发动机17的驱动效率处于预先设定的效率范围。这里，发动机输出的上限值Peh和下限值Pu例如图4所示那样设定范围:包含使发动机效率为最大的发动机输出(在图4的曲线中效率最大的发动机输出)。
[0045]另外。发动机输出的上限值Pa的电力换算值用符号Pgu(例如图5)来表示，发动机输出的下限值Pei的电力换算值用符号Pgi(例如图5)来表示。这些电力的上限值Peh和下限值Pei也存储在存储部32。
[0046]必要动力计算部33算出向发动机17要求的必要动力。以下详细说明。
[0047]必要动力计算部33计算液压栗22A、22B的排出压力与排出流量的积、即栗动力，来作为液压系统的动力。这里的排出压力是用栗压传感器25检测到的压力。另外，排出流量是基于用操作压传感器26检测到的操作杆24a的操作量来算出。具体而言，在进行马力控制的情况下，是基于预先设定的马力特性和用栗压传感器25检测到的栗压力来算出排出流量，在进行正控制的情况下，与操作杆24a的操作量相对照的排出流量是指定的。
[0048]另外，必要动力计算部33算出回转电动机15的动力来作为电气系统的动力。这里，回转电动机15的动力是基于回转电动机15的转速与回转电动机15的输出转矩相乘后的值来算出。回转电动机15的转速例如可以用速度传感器来检测，回转电动机15的输出转矩则例如可以基于从蓄电装置18向回转电动机15供给的电流值来指定。而且回转电动机15的动力还可以考虑到预先设定的回转电动机15及回转用变换器21的损耗再来算出。
[0049]并且，必要动力计算部33将液压系统的动力与电气系统的动力合计，并且将其换算成电力来算出必要电力(必要动力)Pl。
[0050]动力分配设定部35基于来自蓄电状态计算部31、存储部32以及必要动力计算部33的信息，决定为了获得必要电力Pl所需的发动机17的动力与蓄电装置18的电力之间的分配，且基于这种分配向各变换器30、21及ECU27输出指令，以便控制蓄电装置18的充放电及发动机17的输出。
[0051]具体而言，动力分配设定部35以使发动机17的输出动力(电力)在上限制?8与下限值Pgi之间变化的方式进行对蓄电装置18的充放电进行控制的通常控制。以下结合图5说明通常控制。图5中的粗线PE为发动机17的动力的电力换算值。
[0052]在通常控制过程中，在针对发动机17的必要电力Pl超过发动机输出的上限值Pgu的范围E3内，通过发电电动机19的作为电动机的驱动来确保用影线表示的动力(用蓄电装置18的电力来辅助发动机17 )。
[0053]另一方面，在必要电力PL低于发动机输出的下限值Pgl的范围E1内，通过发电电动机19的作为发电机的驱动来将用影线表示的动力变换成电力后将蓄电装置18充电。
[0054]另外，在必要电力PL处于上限值Pgu与下限值Pgl之间的范围E2时，不进行蓄电装置18的充放电，而只是通过发动机17的输出动力(电力)PE来确保必要电力PL。
[0055]这里，动力分配设定部35根据蓄电装置18的S0C而相应地改变发动机输出的下限值Pgi。具体而言，如图6所示，S0C越小，动力分配设定部35就使下限值Pgi越大。因此，能够通过在S0C较小的状态下提高蓄电装置18的充电频度来使S0C尽早恢复。
[0056]另外，动力分配设定部35在必要电力Pl超过上限值Pgu且蓄电装置18的S0C较小时执行第一控制来取代所述通常控制，而当S0C进一步减小时就执行第二控制来取代第一控制。
[0057]至于S0C是否小，是通过辅助状态解析部36来解析。具体而言，如图7所示，辅助状态解析部36算出在利用蓄电装置18的电力来辅助发动机17的状态持续的状态(必要电力Pl从超过上限值Pgu的时期Ts到低于上限值Pgu的时期Tr为止的期间的状态)下的持续时间Τα或该持续时间Τα中的必要电力Pl的积分量Εα。
[0058]动力分配设定部35在由辅助状态解除部36算出的持续时间Τα或积分量Εα超过预先设定的第一阈值TThl(见图9)时执行第一控制，在持续时间Τα或积分量Εα超过预先设定的第二阈值TTh2 (见图9 )时执行第二控制。第一阈值Ttu及第二阈值TTh2是针对持续时间Τα或积分量Εα设定的。
[0059]以下结合图8概要说明第一控制及第二控制。
[0060]在第一控制过程中，动力分配设定部35将发动机输出的上限值Pgu变换成更大的上限值pgul。即，动力分配设定部35将必要电力PL中由蓄电装置18负担的电力设定成比通常控制低，同时将由发动机17负担的电力(动力)设定成比通常控制高。由此既能够抑制蓄电装置18的电力消耗，又能够得到必要电力Pl。
[0061]另外，通过上限值Pgul的设定而减少的蓄电装置18的输出是小于通常控制时的输出而大于0的输出。
[0062]另一方面，在第二控制过程中，动力分配设定部35将发动机输出的上限值Pgul变换成更大的上限值Pgu2。具体而言，动力分配设定部35将必要电力PL中由蓄电装置18负担的电力设定成0，同时将由发动机17负担的电力(动力)设定成比第一控制高。即，在第二控制过程中，必要电力Pl全部由发动机17来负担。
[0063]这里，动力分配设定部35在通常控制、第一控制、第二控制之间进行切换，使得将上限值Pgul变换成上限值Pgu2所需的时间T2比将上限值Pgu变换成上限值Pgul所需的时间T1长。
[0064]另外，如图9所示，动力分配设定部35以蓄电装置18的S0C越小第一阈值TThL及第二阈值TTh2越小的方式来变换第一阈值TThl及第二阈值TTh2。由此，蓄电装置18的S0C越小，就越能尽早地执行第一控制及第二控制，因此能够更加可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0065]另外，对于本实施方式的多个液压致动器(各气缸8?10及行走马达14)中的行走马达14(高马力致动器)，要求比其他的液压致动器更高的马力。
[0066]因此，图3所示的栗马力指令部34就在操作杆24a针对行走马达14进行操作时，与行走马达14不工作时相比，使各栗22A、22B的输出马力增加(以下称为增马力控制)。具体而言，栗马力指令部34将用于增加各栗22A、22B的排出流量的指令向调节器22a、22b输出。
[0067]然而，若这样增加液压栗22A、22B的马力，针对发动机17的必要电力Pl也会增加，因此会提高蓄电装置18的电力消耗速度。
[0068]因此，动力分配设定部35就在增马力控制进行时将第一阈值TThl及第二阈值TTh2设定得较低。由此，即使进行增马力控制，也能尽早地抑制蓄电装置18的消耗电力。
[0069]另外，作为增马力控制对象的液压致动器并不限于行走马达14。例如，当作业附属装置4没有铲斗7而有破碎装置时，对该破碎装置的一对刀刃进行开合驱动的液压气缸也能作为增马力控制的对象。
[0070]以下结合图3及图10来说明通过控制器30进行的处理。
[0071]处理开始后，就要判断是否能够将必要电力Pl全部向蓄电装置18充电，即必要电力Pl是否比充电电力的最大值(一 Pbc)小(步骤S1)。
[0072]正如只进行上部回转体3的回转制动时那样，在回转电动机15作为发电机工作且不向发动机17要求动力的状况下，在步骤S1判定为“是”。
[0073]此时，为了能够将必要电力PL全部向蓄电装置18充电，同时使发动机17的输出为0，就将针对蓄电装置18的控制指令pb设定为最大充电电力(一pb。)，同时将针对发动机17的控制指令pg设定为0(步骤S2)，且将这些指令输出到各变换器20、21及ECU27。
[0074]另一方面，若在步骤S1判定为“否”，就要判断必要电力Pl是否比发动机输出的下限值pgl小(步骤S3)。即，判断在发动机输出被设定为下限值Pgl的状态下蓄电装置18是否处于可充电状态(见图5的范围E1)。
[0075]若在步骤S3判断为“是”，就要判断是否能够将必要电力Pl中除了发动机输出的下限值pgl外的剩余电力全部向蓄电装置18充电(步骤S4)。若在步骤S4判断为“是”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使蓄电装置18为最大充电电力(一 Pb。)，并且使发动机输出成为从必要电力Pl减去最大充电电力Pbc后所得的值[Pl —(Pbc)]，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S5)。
[0076]另一方面，若在步骤S4判断为“否”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使发动机输出为下限值Pgi，并且使蓄电装置18的充电电力为所述剩余电力(Pl — Pgl)，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S6 )。
[0077]另外，若在所述步骤S3判断为“否”，就判断必要电力Pl是否在发动机输出的下限值Pgl以上且未满上限值pgu，即是否为图5的范围E2内的状态(步骤S7)。
[0078]若在步骤S7判断为“是”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使发动机输出为必要电力Pl，并且使蓄电装置18的充放电电力为0，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S8)。
[0079]另一方面，当在步骤S7判断为“否”时，S卩，当判断必要电力Pl为发动机输出的上限值Pgu以上时，就判断图7所示的辅助持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα是否比第一阈值TThi大(步骤S9)。
[0080]当在步骤S9判断为“否”时，S卩，判断为必要电力Pl是发动机输出的上限值Pgu以上并且辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα为第一阈值TThl以下时，就执行以下处理。
[0081]从必要电力PL减去发动机输出的上限值Pgu后的电力由蓄电装置18负担，同时以发动机输出为上限值Pgu的方式来设定各控制指令Pb、Pg，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出。
[0082]另一方面，若在步骤S9判断为“是”，就判断辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα是否比第二阈值IVh2大(步骤S11)。
[0083]若在步骤S11判断为“否”，即，判断为辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα比第一阈值TThl大且在第二阈值TTh2以下时，就与所述步骤S10进行比较，并进行将蓄电装置18的放电电力加以限制的第一控制(步骤S12)。如上所述，步骤S10是辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα为第一阈值Ττω以下时的处理。
[0084]在第一控制中，将在步骤S10中设定的蓄电装置18的放电电力(Pl— Pgu)乘上系数α后的值作为蓄电装置18的放电电力来设定。此处，系数α为比0大比1小的值。另外，在执行第一控制时，对于在步骤S10设定的发动机输出，加上从蓄电装置18的放电电力减去的那部分电力，来增加发动机17的动力负担。
[0085]而且，在步骤S12设定实现这种动力负担所需的各控制指令Pb、Pg，再将这些指令向各变换器20、21及E⑶27输出。
[0086]另一方面，若在步骤S11判断为“是”，即，判断为辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα比第二阈值TTh2大时，就进行比所述第一控制更加限制蓄电装置18的放电电力的第二控制(步骤S13)。
[0087]具体而言，在执行第二控制时，以蓄电装置18的放电电力为0并且发动机17的输出为必要电力Pl的方式来设定各控制指令Pb、Pg。即，执行第二控制时，仅由发动机17来负担必要电力Pl。而且，将这些控制指令向各变换器20、21及ECU27输出。
[0088]在执行了上述的步骤S2、S5、S6、S8、S10、S12以及S13后，就结束该处理。
[0089]如上所述，在向发动机17要求的必要电力Pl超过发动机输出的上限值Pgu的高负荷状态下，可以利用蓄电装置18的电力来辅助发动机17。
[0090]而且，在高负荷状态持续的情况(例如在连续地“爬坡”或作业附属装置连续进行压紧作业时)下，当辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第一阈值TThi时就减去辅助动力(相应地增加发动机17的动力:步骤S12)另外，当辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第二阈值TTh2时，就将辅助动力设定为0(只用发动机的动力来确保必要动力:步骤S13)。
[0091]由此，能够在高负荷状态持续期间抑制蓄电装置18的电力过度消耗。尤其是，在蓄电装置18的充电量极低的状态(辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第二阈值TTh2的状态)下，能够将蓄电装置18的消耗电力抑制为0，因此能够可靠地保持蓄电装置18的充电状
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[0092]另外，能够根据高负荷状态持续期间中消耗动力的大小或持续时间的长短来阶段性地减少蓄电装置18的消耗电力。因此，在高负荷状态持续时间较短的情况(辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第一阈值TThl，随后立即低于第一阈值TThl的情况)下，能够迅速地回归通常控制。
[0093]而且，所述实施方式具有以下效果。
[0094]根据所述实施方式，如图9所不，通过根据S0C来改变各阈值TThl、TTh2，蓄电装置18的SOC(充电率)越小，越能尽早地抑制蓄电装置18的放电(对发动机的辅助)。因此能够更加可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0095]根据所述实施方式，通过在预先设定的高马力致动器(行走马达14)工作时将液压栗22A、22B的流量设定成较大，就能够提高液压栗22A、22B的输出马力，因此能够确保高马力致动器的必要马力。
[0096]此处，为了提高液压栗22A、22B的输出马力，会增加蓄电装置18的电力消耗速度，但由于所述实施方式在高马力致动器工作时将第一阈值TThl及第二阈值TTh2设定成较低，因此能够抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0097]根据所述实施方式，如图8所示，将从通常控制切换至第一控制的时间Tl设定成比从第一控制切换至第二控制的时间T2长。因此，能够缓和辅助动力的降低(发动机动力的增加)给操作员带来的不适感。
[0098]另一方面，相比从通常控制至第一控制的切换阶段，从第一控制至第二控制的切换阶段中的蓄电装置18的充电率较低，在从第一控制至第二控制的切换阶段中，使其切换时间T2缩短，就能够迅速停止蓄电装置18的放电，从而可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0099]另外，所述实施方式说明的是具有液压系统的混合动力挖掘机，但本发明也可以适用于省略了第一液压栗22A、第二液压栗22B、并且不用液压式气缸8?10及行走马达14而是具有电动式气缸及行走马达的混合动力挖掘机。
[0100]这种情况下，电动式的气缸及行走马达是利用蓄电装置18的电力以及发电电动机19所发电力中的至少一方来工作。因此，在这种状态下，用于驱动致动器(电动机式的气缸、行走马达以及回转电动机15)的动力由发动机及蓄电装置来分担。即，用蓄电装置的电力来辅 助发动机。
[0101]另外，上述【具体实施方式】中主要包含具有以下结构的发明。
[0102]为解决上述问题，本发明提供一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械包括:控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中，在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于O的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为O的第二控制。
[0103]根据本发明，在发动机所要求的必要动力超过发动机输出的上限值的高负荷状态下，能够利用蓄电装置的电力来辅助发动机。
[0104]而且，持续高负荷状态的情况下，辅助动力的积分量或持续时间超过第一阈值时，使辅助动力减小(使发动机的动力相应地增加)，在辅助动力的积分量或持续时间超过预先第二阈值时，将辅助动力设定为0(仅以发动机的动力来确保必要动力)。
[0105]由此，能够在高负荷状态持续期间中抑制蓄电装置的电力过度消耗。尤其是，在蓄电装置的充电量极低的状态(辅助动力的积分量或持续时间超过第二阈值的状态)下，能够将蓄电装置的电力消耗抑制为0，因此能够可靠地保持蓄电装置的充电状态。
[0106]另外，本发明中，能够根据高负荷状态持续期间中消耗动力的大小或持续时间的长短来阶段性地减少蓄电装置的消耗电力。因此，在高负荷状态持续时间较短的情况(辅助动力的积分量或持续时间超过第一阈值，随后立即低于第一阈值的情况)下，能够迅速地回归通常控制。
[0107]较为理想的是，上述动力控制装置还包括:能够检测出所述蓄电装置的充电率的充电率检测单元，其中，所述控制器以所述充电率检测单元检测到的所述蓄电装置的充电率越小所述第一阈值及所述第二阈值越小的方式使所述第一阈值及所述第二阈值变化。
[0108]根据上述结构，蓄电装置的充电率越小，越能尽早地抑制蓄电装置的放电(对发动机的辅助)，因此能够更可靠地抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0109]较为理想的是，上述动力控制装置还包括:由所述发动机驱动，向包含于所述至少一个致动器中的多个液压致动器供给工作油的可变容量式的液压栗，其中，所述发电机具有辅助所述发动机的功能，即利用所述蓄电装置的电力作为电动机工作从而补充所述液压栗的动力，在所述多个液压致动器中预先设定的必要马力较高的高马力致动器工作时，所述控制器将所述液压栗的流量设定成比只有所述高马力致动器以外的液压致动器工作时大，并且将所述第一阈值及所述第二阈值设定成较低。
[0110]根据上述结构，在高负荷状态下，能够利用蓄电装置的电力使发电电动机作为电动机工作，从而补充液压栗的动力。
[0111]另外，根据上述结构，在预先设定的高马力致动器工作时，将液压栗的流量设定成较大，就能够提高液压栗的输出马力，因此能够确保高马力致动器的必要马力。
[0112]此处，为了提高液压栗的输出马力，会增加蓄电装置的电力消耗速度，但在上述结构中，在高马力致动器工作时将第一阈值及第二阈值设定得较低，因此能够抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0113]较为理想的是，上述动力控制装置中，所述控制器以使从所述第一控制切换至所述第二控制的时间比从所述通常控制切换至所述第一控制的时间短的方式来控制所述蓄电装置的充放电。
[0114]根据上述结构，将从通常控制切换至第一控制的时间设定成比从第一控制切换至第二控制的时间长。因此，能够缓和辅助动力的降低(发动机动力的增加)给操作员带来的不适感。
[0115]另一方面，相比从通常控制至第一控制的切换阶段，从第一控制至第二控制的切换阶段中的蓄电装置的充电率较低，在从第一控制至第二控制的切换阶段中，使其切换时间缩短，就能够迅速停止蓄电装置的放电，从而可靠地抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0116]另外，本发明提供一种混合动力工程机械，其具备:发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、利用所述发动机的动力来发电的发电机、以及上述的动力控制装置。
【主权项】
1.一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械具备:发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、以及利用所述发动机的动力来发电的发电机，所述混合动力工程机械的动力控制装置的特征在于包括: 控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中， 在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于0的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为0的第二控制。2.根据权利要求1所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于还包括: 能够检测出所述蓄电装置的充电率的充电率检测单元，其中， 所述控制器以所述充电率检测单元检测到的所述蓄电装置的充电率越小所述第一阈值及所述第二阈值越小的方式使所述第一阈值及所述第二阈值变化。3.根据权利要求1或2所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于还包括: 由所述发动机驱动，向包含于所述至少一个致动器中的多个液压致动器供给工作油的可变容量式的液压栗，其中， 所述发电机具有辅助所述发动机的功能，即利用所述蓄电装置的电力作为电动机工作从而补充所述液压栗的动力， 在所述多个液压致动器中预先设定的必要马力较高的高马力致动器工作时，所述控制器将所述液压栗的流量设定成比只有所述高马力致动器以外的液压致动器工作时大，并且将所述第一阈值及所述第二阈值设定成较低。4.根据权利要求1?3中任一项所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于: 所述控制器以使从所述第一控制切换至所述第二控制的时间比从所述通常控制切换至所述第一控制的时间短的方式来控制所述蓄电装置的充放电。5.一种混合动力工程机械，其特征在于具备: 发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、利用所述发动机的动力来发电的发电机、以及权利要求1?4中任一项所述的动力控制装置。
【专利摘要】本发明能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时抑制蓄电装置的充电率过度下降。在必要电力（PL）超过发动机输出的上限值（Pgu）且在蓄电装置（18）的辅助持续进行期间辅助动力的积分量（EA）或持续时间（TA）超过第一阈值（TTh1）时，控制器（30）执行第一控制，将蓄电装置（18）的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力而大于0的辅助动力。另外，在必要电力（PL）超过上限值（Pgu）且积分量（EA）或持续时间（TA）超过预先设定的比第一阈值（TTh1）大的第二阈值（TTh2）时，控制器（30）执行第二控制，将辅助动力减小为0。
【IPC分类】H01M10/48, B60W10/26, H02J7/00, B60W20/00, B60K6/485, B60W10/06
【公开号】CN105492282
【申请号】CN201480047499
【发明人】南条孝夫, 山下耕治
【申请人】株式会社神户制钢所, 神钢建机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月20日
【公告号】EP3040249A1, WO2015029854A1
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及混合动力工程机械的动力控制装置。
【背景技术】
[0002]以往，有例如专利文献1所揭示的混合动力工程机械，这种工程机械具备:发动机、蓄电装置、利用发动机的动力来发电的发电机、利用发动机的动力(来自发电机的电力)以及来自蓄电装置的电力来工作的致动器、以及决定在致动器与蓄电装置及发电机之间的电力分配的电力控制装置。
[0003]专利文献1记载的电力控制装置以使发动机的输出在预先设定的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间(发电机上限电力与发电机下限电力之间)变化的方式来决定电力分配。
[0004]具体而言，当向发动机要求的要求动力(电力)低于下限值(发电电力下限值)时，将用发电机发出的多余电力向蓄电装置充电，而当所述要求动力高于上限值(发电电力上限值)时，则除了用发电机发出的电力之外还将来自蓄电装置的电力向致动器供给(为了补充致动器的动力而辅助发动机)。
[0005]此处，在用混合动力工程机械进行的作业中，有作业期间较短的作业(例如利用作业附属装置进行的倾倒作业)，以及作业期间较长的作业(例如连续(爬坡)行走或使用作业附属装置进行的压紧作业)。
[0006]用较长期间进行的作业往往可能长时间地持续发动机的要求动力超过发动机输出上限值的状态(以下称为高负荷状态)。
[0007]然而，若采用专利文献1记载的电力控制装置，每当长时间地持续高负荷状态，就会长时间地持续用蓄电装置的电力来进行辅助，会导致蓄电装置的充电率下降。
[0008]若蓄电装置的充电率下降，在高负荷状态解除后的通常控制时，就可能出现必要的电力不足的情况。
[0009]现有技术文献
专利文献1:日本专利发明公报第3859982号。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种动力控制装置及具备该装置的混合动力工程机械，能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时能够避免蓄电装置的充电率过度下降。
[0011]为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械包括:控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中，在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于0的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为0的第二控制。
[0012]根据本发明，能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时能够避免蓄电装置的充电率过度下降。
【附图说明】
[0013][图1]图1是表示本发明实施方式的混合动力挖掘机整体结构的左侧视图。
[0014][图2]图2是图1所示的混合动力挖掘机的驱动系统的示意图。
[0015][图3]图3是表示图2所示的驱动系统的电气结构的方框图。
[0016][图4]图4是表示发动机输出与发动机效率间的关系的曲线图。
[0017][图5]图5是表示对应于发动机的必要动力的动力分担的曲线图。
[0018][图6]图6是表示发动机输出与充电状态间的关系的曲线图。
[00?9 ][图7 ]图7是表示必要动力相对于时间的变化的曲线图。
[0020][图8]图8是表示通常控制、第一控制以及第二控制中发动机输出的上限值变化的曲线图。
[0021][图9]图9是表示第一阈值及第二阈值与S0C间关系的曲线图。
[0022][图10]图10是表示用图3的控制器进行的处理的流程图。
【具体实施方式】
[0023]参照以下附图来说明本发明的一实施方式。另外，以下的实施方式是将本发明具体化的一例，并无限定本发明的保护范围的性质。
[0024]参照图1，混合动力挖掘机1具备:具有履带2a的自动式下部行走体2、能够在下部行走体2上回转的上部回转体3、能够相对于上部回转体3而变位的作业附属装置4、驱使下部行走体2行走的行走马达14(见图2)、对上部回转体3进行驱动以使之相对于下部行走体2回转的回转电动机15(见图2)、以及混合动力挖掘机1的驱动系统6(见图2)。
[0025]作业附属装置4具备:安装在上部回转体3上而能够起伏的动臂5、安装在动臂5的前端部而能够相对地转动的斗杆6、以及安装在斗杆6的前端部而能够相对地转动的铲斗7。
[0026]作业附属装置4还具备:使动臂5相对于上部回转体3而起伏的动臂气缸8、使斗杆6相对于动臂5而转动的斗杆气缸9、以及使铲斗7相对于斗杆6而转动的铲斗气缸10。
[0027]如图2所示，驱动系统16具备:发动机17、蓄电装置18、与发动机17的输出轴连接的发电电动机19、设在发电电动机19与蓄电装置18之间的发动机用变换器20、设在回转电动机15与蓄电装置18之间的回转用变换器21、与发动机17的输出轴连接的第一液压栗22A及第二液压栗22B、对各液压栗22A、22B向液压致动器的液压油给排进行控制的控制阀23、使操作控制阀23所需的控制压力产生的遥控阀24、对各液压栗22A、22B的排出压力分别加以检测的栗压传感器25、对由遥控阀24产生的控制压力加以检测的操作压传感器26、将针对回转电动机15的回转指令加以输出的回转指令输出单元37、对发动机17的转速加以控制的E⑶(Engine Control Unit，发动机控制单元)27、用于将蓄电装置18的蓄电状态加以检测的蓄电状态检测单元28、以及对发动机17的动力及蓄电装置18的充放电状态(State OfCharge:以下也称为S0C)加以控制的控制器30(见图3)。
[0028]发电电动机19能够利用发动机17的动力而作为发电机工作，并且能够利用蓄电装置18的电力而作为电动机工作。
[0029]发动机用变换器20对从蓄电装置18向发电电动机19及回转用变换器21中至少一方供给的电力、以及从发电电动机19向蓄电装置18及回转用变换器21中至少一方供给的电力进行控制。
[0030]回转用变换器21对从蓄电装置18及发动机用变换器20中至少一方向回转电动机15供给的电力、以及从回转电动机15向蓄电装置18及发动机用变换器20中至少一方供给的电力进行控制。
[0031]S卩，通过对发动机用变换器20及回转用变换器21进行控制，使蓄电装置18的充放电、发电电动机19及回转电动机15的驱动得到控制。
[0032]这里，回转电动机15能够利用蓄电装置18的电力而作为电动机工作，从而使上部回转体3回转，并且能够在回转制动时利用上部回转体3的惯性能量而作为发电机工作。
[0033]各液压栗22A、22B利用发动机17的动力来工作，从而分别排出液压油。而且各液压栗22A、22B是可变容量栗，能够通过分别对调节器22a、22b输入控制指令(电气信号)来调节液压油的排出流量。
[0034]从各液压栗22A、22B排出的液压油向多个液压致动器(动臂气缸8、斗杆气缸9、铲斗气缸10、以及行走马达14)供给。各液压栗22A、22B的排出压力被各栗压传感器25检测。
[0035]另外，来自各液压栗22A、22B的液压油分别以合流状态向液压致动器供给。而当将多个致动器分成两个以上的组时，各液压栗22A、22B也可以分别将液压油向其中的一组供给。不过，图2中的液压致动器省略了铲斗气缸10。
[0036]控制阀23将针对多个液压致动器的液压油的给排分别加以控制。具体而言，控制阀23根据因操作杆24a的操作而经过遥控阀24供给的控制压力来进行切换操作，从而将针对各液压致动器的液压油的给排加以控制。向控制阀23供给的控制压力被操作压传感器26检测。
[0037]为了便于说明，图2中示出了一个 控制阀23及遥控阀24，其实是在多个致动器上各设一个控制阀23及遥控阀24。
[0038]回转指令输出单元37输出与操作杆37a的操作量对应的回转电动机15的回转指令(电气信号)。从回转指令输出单元37输出的指令被输入到后述的控制器30，通过各控制器30对各变换器20、21的控制来控制回转电动机15的驱动。
[0039]E⑶27根据后述的控制器30的指令来控制发动机17的输出。
[0040]蓄电状态检测单元28将计算蓄电装置18的S0C(充电率)所需的信息加以检测。具体而言，蓄电状态检测单元28将蓄电装置18的输出电流、端子间电压、以及温度加以检测，并向后述的控制器30输出。
[0041 ] 参照图3，控制器30具备:将蓄电装置18的S0C加以计算的蓄电状态计算部31、将控制所需的信息加以存储的存储部32、将向发动机17要求的必要动力加以计算的必要动力计算部33、将马力指令向各液压栗22A、22B输出的栗马力指令部34、为了获得必要动力而将发动机17的输出与蓄电装置18的输出之间的分配加以设定的动力分配设定部35、以及对使用蓄电装置18的电力进行辅助的状态加以解析的辅助状态解析部36。
[0042]蓄电状态计算部31利用由蓄电状态检测单元28检测到的输出电流、端子间电压、以及温度来计算蓄电装置18的S0C。蓄电装置18的端子间电压取决于其温度，因此蓄电状态计算部31利用蓄电装置18的温度来修正端子间电压。另外，蓄电状态计算部31基于蓄电装置18的输出电流及端子间电压来计算蓄电装置18的电力，并基于该电力来计算充电量。而且，蓄电状态计算部31算出S0C，来作为算出的充电量与蓄电装置18最大充电量之比。
[0043]另外，蓄电状态计算部31基于算出的S0C，来计算蓄电装置18的充电电力最大值Pbc(见图10的步骤S1)。
[0044]存储部32预先存储发动机输出的控制范围的上限值Pa和下限值Pel，在该发动机输出的控制范围内，发动机17的驱动效率处于预先设定的效率范围。这里，发动机输出的上限值Peh和下限值Pu例如图4所示那样设定范围:包含使发动机效率为最大的发动机输出(在图4的曲线中效率最大的发动机输出)。
[0045]另外。发动机输出的上限值Pa的电力换算值用符号Pgu(例如图5)来表示，发动机输出的下限值Pei的电力换算值用符号Pgi(例如图5)来表示。这些电力的上限值Peh和下限值Pei也存储在存储部32。
[0046]必要动力计算部33算出向发动机17要求的必要动力。以下详细说明。
[0047]必要动力计算部33计算液压栗22A、22B的排出压力与排出流量的积、即栗动力，来作为液压系统的动力。这里的排出压力是用栗压传感器25检测到的压力。另外，排出流量是基于用操作压传感器26检测到的操作杆24a的操作量来算出。具体而言，在进行马力控制的情况下，是基于预先设定的马力特性和用栗压传感器25检测到的栗压力来算出排出流量，在进行正控制的情况下，与操作杆24a的操作量相对照的排出流量是指定的。
[0048]另外，必要动力计算部33算出回转电动机15的动力来作为电气系统的动力。这里，回转电动机15的动力是基于回转电动机15的转速与回转电动机15的输出转矩相乘后的值来算出。回转电动机15的转速例如可以用速度传感器来检测，回转电动机15的输出转矩则例如可以基于从蓄电装置18向回转电动机15供给的电流值来指定。而且回转电动机15的动力还可以考虑到预先设定的回转电动机15及回转用变换器21的损耗再来算出。
[0049]并且，必要动力计算部33将液压系统的动力与电气系统的动力合计，并且将其换算成电力来算出必要电力(必要动力)Pl。
[0050]动力分配设定部35基于来自蓄电状态计算部31、存储部32以及必要动力计算部33的信息，决定为了获得必要电力Pl所需的发动机17的动力与蓄电装置18的电力之间的分配，且基于这种分配向各变换器30、21及ECU27输出指令，以便控制蓄电装置18的充放电及发动机17的输出。
[0051]具体而言，动力分配设定部35以使发动机17的输出动力(电力)在上限制?8与下限值Pgi之间变化的方式进行对蓄电装置18的充放电进行控制的通常控制。以下结合图5说明通常控制。图5中的粗线PE为发动机17的动力的电力换算值。
[0052]在通常控制过程中，在针对发动机17的必要电力Pl超过发动机输出的上限值Pgu的范围E3内，通过发电电动机19的作为电动机的驱动来确保用影线表示的动力(用蓄电装置18的电力来辅助发动机17 )。
[0053]另一方面，在必要电力PL低于发动机输出的下限值Pgl的范围E1内，通过发电电动机19的作为发电机的驱动来将用影线表示的动力变换成电力后将蓄电装置18充电。
[0054]另外，在必要电力PL处于上限值Pgu与下限值Pgl之间的范围E2时，不进行蓄电装置18的充放电，而只是通过发动机17的输出动力(电力)PE来确保必要电力PL。
[0055]这里，动力分配设定部35根据蓄电装置18的S0C而相应地改变发动机输出的下限值Pgi。具体而言，如图6所示，S0C越小，动力分配设定部35就使下限值Pgi越大。因此，能够通过在S0C较小的状态下提高蓄电装置18的充电频度来使S0C尽早恢复。
[0056]另外，动力分配设定部35在必要电力Pl超过上限值Pgu且蓄电装置18的S0C较小时执行第一控制来取代所述通常控制，而当S0C进一步减小时就执行第二控制来取代第一控制。
[0057]至于S0C是否小，是通过辅助状态解析部36来解析。具体而言，如图7所示，辅助状态解析部36算出在利用蓄电装置18的电力来辅助发动机17的状态持续的状态(必要电力Pl从超过上限值Pgu的时期Ts到低于上限值Pgu的时期Tr为止的期间的状态)下的持续时间Τα或该持续时间Τα中的必要电力Pl的积分量Εα。
[0058]动力分配设定部35在由辅助状态解除部36算出的持续时间Τα或积分量Εα超过预先设定的第一阈值TThl(见图9)时执行第一控制，在持续时间Τα或积分量Εα超过预先设定的第二阈值TTh2 (见图9 )时执行第二控制。第一阈值Ttu及第二阈值TTh2是针对持续时间Τα或积分量Εα设定的。
[0059]以下结合图8概要说明第一控制及第二控制。
[0060]在第一控制过程中，动力分配设定部35将发动机输出的上限值Pgu变换成更大的上限值pgul。即，动力分配设定部35将必要电力PL中由蓄电装置18负担的电力设定成比通常控制低，同时将由发动机17负担的电力(动力)设定成比通常控制高。由此既能够抑制蓄电装置18的电力消耗，又能够得到必要电力Pl。
[0061]另外，通过上限值Pgul的设定而减少的蓄电装置18的输出是小于通常控制时的输出而大于0的输出。
[0062]另一方面，在第二控制过程中，动力分配设定部35将发动机输出的上限值Pgul变换成更大的上限值Pgu2。具体而言，动力分配设定部35将必要电力PL中由蓄电装置18负担的电力设定成0，同时将由发动机17负担的电力(动力)设定成比第一控制高。即，在第二控制过程中，必要电力Pl全部由发动机17来负担。
[0063]这里，动力分配设定部35在通常控制、第一控制、第二控制之间进行切换，使得将上限值Pgul变换成上限值Pgu2所需的时间T2比将上限值Pgu变换成上限值Pgul所需的时间T1长。
[0064]另外，如图9所示，动力分配设定部35以蓄电装置18的S0C越小第一阈值TThL及第二阈值TTh2越小的方式来变换第一阈值TThl及第二阈值TTh2。由此，蓄电装置18的S0C越小，就越能尽早地执行第一控制及第二控制，因此能够更加可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0065]另外，对于本实施方式的多个液压致动器(各气缸8?10及行走马达14)中的行走马达14(高马力致动器)，要求比其他的液压致动器更高的马力。
[0066]因此，图3所示的栗马力指令部34就在操作杆24a针对行走马达14进行操作时，与行走马达14不工作时相比，使各栗22A、22B的输出马力增加(以下称为增马力控制)。具体而言，栗马力指令部34将用于增加各栗22A、22B的排出流量的指令向调节器22a、22b输出。
[0067]然而，若这样增加液压栗22A、22B的马力，针对发动机17的必要电力Pl也会增加，因此会提高蓄电装置18的电力消耗速度。
[0068]因此，动力分配设定部35就在增马力控制进行时将第一阈值TThl及第二阈值TTh2设定得较低。由此，即使进行增马力控制，也能尽早地抑制蓄电装置18的消耗电力。
[0069]另外，作为增马力控制对象的液压致动器并不限于行走马达14。例如，当作业附属装置4没有铲斗7而有破碎装置时，对该破碎装置的一对刀刃进行开合驱动的液压气缸也能作为增马力控制的对象。
[0070]以下结合图3及图10来说明通过控制器30进行的处理。
[0071]处理开始后，就要判断是否能够将必要电力Pl全部向蓄电装置18充电，即必要电力Pl是否比充电电力的最大值(一 Pbc)小(步骤S1)。
[0072]正如只进行上部回转体3的回转制动时那样，在回转电动机15作为发电机工作且不向发动机17要求动力的状况下，在步骤S1判定为“是”。
[0073]此时，为了能够将必要电力PL全部向蓄电装置18充电，同时使发动机17的输出为0，就将针对蓄电装置18的控制指令pb设定为最大充电电力(一pb。)，同时将针对发动机17的控制指令pg设定为0(步骤S2)，且将这些指令输出到各变换器20、21及ECU27。
[0074]另一方面，若在步骤S1判定为“否”，就要判断必要电力Pl是否比发动机输出的下限值pgl小(步骤S3)。即，判断在发动机输出被设定为下限值Pgl的状态下蓄电装置18是否处于可充电状态(见图5的范围E1)。
[0075]若在步骤S3判断为“是”，就要判断是否能够将必要电力Pl中除了发动机输出的下限值pgl外的剩余电力全部向蓄电装置18充电(步骤S4)。若在步骤S4判断为“是”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使蓄电装置18为最大充电电力(一 Pb。)，并且使发动机输出成为从必要电力Pl减去最大充电电力Pbc后所得的值[Pl —(Pbc)]，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S5)。
[0076]另一方面，若在步骤S4判断为“否”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使发动机输出为下限值Pgi，并且使蓄电装置18的充电电力为所述剩余电力(Pl — Pgl)，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S6 )。
[0077]另外，若在所述步骤S3判断为“否”，就判断必要电力Pl是否在发动机输出的下限值Pgl以上且未满上限值pgu，即是否为图5的范围E2内的状态(步骤S7)。
[0078]若在步骤S7判断为“是”，就以如下方式设定各控制指令Pb、Pg:使发动机输出为必要电力Pl，并且使蓄电装置18的充放电电力为0，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出(步骤S8)。
[0079]另一方面，当在步骤S7判断为“否”时，S卩，当判断必要电力Pl为发动机输出的上限值Pgu以上时，就判断图7所示的辅助持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα是否比第一阈值TThi大(步骤S9)。
[0080]当在步骤S9判断为“否”时，S卩，判断为必要电力Pl是发动机输出的上限值Pgu以上并且辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα为第一阈值TThl以下时，就执行以下处理。
[0081]从必要电力PL减去发动机输出的上限值Pgu后的电力由蓄电装置18负担，同时以发动机输出为上限值Pgu的方式来设定各控制指令Pb、Pg，再将这些指令向各变换器20、21及ECU27输出。
[0082]另一方面，若在步骤S9判断为“是”，就判断辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα是否比第二阈值IVh2大(步骤S11)。
[0083]若在步骤S11判断为“否”，即，判断为辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα比第一阈值TThl大且在第二阈值TTh2以下时，就与所述步骤S10进行比较，并进行将蓄电装置18的放电电力加以限制的第一控制(步骤S12)。如上所述，步骤S10是辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα为第一阈值Ττω以下时的处理。
[0084]在第一控制中，将在步骤S10中设定的蓄电装置18的放电电力(Pl— Pgu)乘上系数α后的值作为蓄电装置18的放电电力来设定。此处，系数α为比0大比1小的值。另外，在执行第一控制时，对于在步骤S10设定的发动机输出，加上从蓄电装置18的放电电力减去的那部分电力，来增加发动机17的动力负担。
[0085]而且，在步骤S12设定实现这种动力负担所需的各控制指令Pb、Pg，再将这些指令向各变换器20、21及E⑶27输出。
[0086]另一方面，若在步骤S11判断为“是”，即，判断为辅助的持续时间Τα或辅助动力(电力)的积分量Εα比第二阈值TTh2大时，就进行比所述第一控制更加限制蓄电装置18的放电电力的第二控制(步骤S13)。
[0087]具体而言，在执行第二控制时，以蓄电装置18的放电电力为0并且发动机17的输出为必要电力Pl的方式来设定各控制指令Pb、Pg。即，执行第二控制时，仅由发动机17来负担必要电力Pl。而且，将这些控制指令向各变换器20、21及ECU27输出。
[0088]在执行了上述的步骤S2、S5、S6、S8、S10、S12以及S13后，就结束该处理。
[0089]如上所述，在向发动机17要求的必要电力Pl超过发动机输出的上限值Pgu的高负荷状态下，可以利用蓄电装置18的电力来辅助发动机17。
[0090]而且，在高负荷状态持续的情况(例如在连续地“爬坡”或作业附属装置连续进行压紧作业时)下，当辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第一阈值TThi时就减去辅助动力(相应地增加发动机17的动力:步骤S12)另外，当辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第二阈值TTh2时，就将辅助动力设定为0(只用发动机的动力来确保必要动力:步骤S13)。
[0091]由此，能够在高负荷状态持续期间抑制蓄电装置18的电力过度消耗。尤其是，在蓄电装置18的充电量极低的状态(辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第二阈值TTh2的状态)下，能够将蓄电装置18的消耗电力抑制为0，因此能够可靠地保持蓄电装置18的充电状
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[0092]另外，能够根据高负荷状态持续期间中消耗动力的大小或持续时间的长短来阶段性地减少蓄电装置18的消耗电力。因此，在高负荷状态持续时间较短的情况(辅助动力的积分量Εα或持续时间Τα超过第一阈值TThl，随后立即低于第一阈值TThl的情况)下，能够迅速地回归通常控制。
[0093]而且，所述实施方式具有以下效果。
[0094]根据所述实施方式，如图9所不，通过根据S0C来改变各阈值TThl、TTh2，蓄电装置18的SOC(充电率)越小，越能尽早地抑制蓄电装置18的放电(对发动机的辅助)。因此能够更加可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0095]根据所述实施方式，通过在预先设定的高马力致动器(行走马达14)工作时将液压栗22A、22B的流量设定成较大，就能够提高液压栗22A、22B的输出马力，因此能够确保高马力致动器的必要马力。
[0096]此处，为了提高液压栗22A、22B的输出马力，会增加蓄电装置18的电力消耗速度，但由于所述实施方式在高马力致动器工作时将第一阈值TThl及第二阈值TTh2设定成较低，因此能够抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0097]根据所述实施方式，如图8所示，将从通常控制切换至第一控制的时间Tl设定成比从第一控制切换至第二控制的时间T2长。因此，能够缓和辅助动力的降低(发动机动力的增加)给操作员带来的不适感。
[0098]另一方面，相比从通常控制至第一控制的切换阶段，从第一控制至第二控制的切换阶段中的蓄电装置18的充电率较低，在从第一控制至第二控制的切换阶段中，使其切换时间T2缩短，就能够迅速停止蓄电装置18的放电，从而可靠地抑制蓄电装置18的充电率过度降低。
[0099]另外，所述实施方式说明的是具有液压系统的混合动力挖掘机，但本发明也可以适用于省略了第一液压栗22A、第二液压栗22B、并且不用液压式气缸8?10及行走马达14而是具有电动式气缸及行走马达的混合动力挖掘机。
[0100]这种情况下，电动式的气缸及行走马达是利用蓄电装置18的电力以及发电电动机19所发电力中的至少一方来工作。因此，在这种状态下，用于驱动致动器(电动机式的气缸、行走马达以及回转电动机15)的动力由发动机及蓄电装置来分担。即，用蓄电装置的电力来辅 助发动机。
[0101]另外，上述【具体实施方式】中主要包含具有以下结构的发明。
[0102]为解决上述问题，本发明提供一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械包括:控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中，在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于O的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为O的第二控制。
[0103]根据本发明，在发动机所要求的必要动力超过发动机输出的上限值的高负荷状态下，能够利用蓄电装置的电力来辅助发动机。
[0104]而且，持续高负荷状态的情况下，辅助动力的积分量或持续时间超过第一阈值时，使辅助动力减小(使发动机的动力相应地增加)，在辅助动力的积分量或持续时间超过预先第二阈值时，将辅助动力设定为0(仅以发动机的动力来确保必要动力)。
[0105]由此，能够在高负荷状态持续期间中抑制蓄电装置的电力过度消耗。尤其是，在蓄电装置的充电量极低的状态(辅助动力的积分量或持续时间超过第二阈值的状态)下，能够将蓄电装置的电力消耗抑制为0，因此能够可靠地保持蓄电装置的充电状态。
[0106]另外，本发明中，能够根据高负荷状态持续期间中消耗动力的大小或持续时间的长短来阶段性地减少蓄电装置的消耗电力。因此，在高负荷状态持续时间较短的情况(辅助动力的积分量或持续时间超过第一阈值，随后立即低于第一阈值的情况)下，能够迅速地回归通常控制。
[0107]较为理想的是，上述动力控制装置还包括:能够检测出所述蓄电装置的充电率的充电率检测单元，其中，所述控制器以所述充电率检测单元检测到的所述蓄电装置的充电率越小所述第一阈值及所述第二阈值越小的方式使所述第一阈值及所述第二阈值变化。
[0108]根据上述结构，蓄电装置的充电率越小，越能尽早地抑制蓄电装置的放电(对发动机的辅助)，因此能够更可靠地抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0109]较为理想的是，上述动力控制装置还包括:由所述发动机驱动，向包含于所述至少一个致动器中的多个液压致动器供给工作油的可变容量式的液压栗，其中，所述发电机具有辅助所述发动机的功能，即利用所述蓄电装置的电力作为电动机工作从而补充所述液压栗的动力，在所述多个液压致动器中预先设定的必要马力较高的高马力致动器工作时，所述控制器将所述液压栗的流量设定成比只有所述高马力致动器以外的液压致动器工作时大，并且将所述第一阈值及所述第二阈值设定成较低。
[0110]根据上述结构，在高负荷状态下，能够利用蓄电装置的电力使发电电动机作为电动机工作，从而补充液压栗的动力。
[0111]另外，根据上述结构，在预先设定的高马力致动器工作时，将液压栗的流量设定成较大，就能够提高液压栗的输出马力，因此能够确保高马力致动器的必要马力。
[0112]此处，为了提高液压栗的输出马力，会增加蓄电装置的电力消耗速度，但在上述结构中，在高马力致动器工作时将第一阈值及第二阈值设定得较低，因此能够抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0113]较为理想的是，上述动力控制装置中，所述控制器以使从所述第一控制切换至所述第二控制的时间比从所述通常控制切换至所述第一控制的时间短的方式来控制所述蓄电装置的充放电。
[0114]根据上述结构，将从通常控制切换至第一控制的时间设定成比从第一控制切换至第二控制的时间长。因此，能够缓和辅助动力的降低(发动机动力的增加)给操作员带来的不适感。
[0115]另一方面，相比从通常控制至第一控制的切换阶段，从第一控制至第二控制的切换阶段中的蓄电装置的充电率较低，在从第一控制至第二控制的切换阶段中，使其切换时间缩短，就能够迅速停止蓄电装置的放电，从而可靠地抑制蓄电装置的充电率过度降低。
[0116]另外，本发明提供一种混合动力工程机械，其具备:发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、利用所述发动机的动力来发电的发电机、以及上述的动力控制装置。
【主权项】
1.一种混合动力工程机械的动力控制装置，所述混合动力工程机械具备:发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、以及利用所述发动机的动力来发电的发电机，所述混合动力工程机械的动力控制装置的特征在于包括: 控制器，为了使所述发动机的输出在使所述发动机的驱动效率处于预先设定的效率范围内的发动机输出的控制范围的上限值与下限值之间变化，该控制器执行控制所述蓄电装置的充放电的通常控制，在所述发动机所要求的必要动力超过所述上限值时，利用所述蓄电装置的电力来辅助所述发动机，在所述必要动力低于所述下限值时，驱动所述发电机以对所述蓄电装置进行充电，其中， 在所述必要动力超过所述上限值并且在所述蓄电装置的辅助持续进行的期间内所述蓄电装置的辅助动力的积分量或持续时间超过预先设定的第一阈值时，所述控制器执行将所述蓄电装置的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力且大于0的辅助动力的第一控制，在所述必要动力超过所述上限值并且所述积分量或所述持续时间超过预先设定的比所述第一阈值大的第二阈值时，所述控制器执行将所述辅助动力设定为0的第二控制。2.根据权利要求1所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于还包括: 能够检测出所述蓄电装置的充电率的充电率检测单元，其中， 所述控制器以所述充电率检测单元检测到的所述蓄电装置的充电率越小所述第一阈值及所述第二阈值越小的方式使所述第一阈值及所述第二阈值变化。3.根据权利要求1或2所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于还包括: 由所述发动机驱动，向包含于所述至少一个致动器中的多个液压致动器供给工作油的可变容量式的液压栗，其中， 所述发电机具有辅助所述发动机的功能，即利用所述蓄电装置的电力作为电动机工作从而补充所述液压栗的动力， 在所述多个液压致动器中预先设定的必要马力较高的高马力致动器工作时，所述控制器将所述液压栗的流量设定成比只有所述高马力致动器以外的液压致动器工作时大，并且将所述第一阈值及所述第二阈值设定成较低。4.根据权利要求1?3中任一项所述的混合动力工程机械的动力控制装置，其特征在于: 所述控制器以使从所述第一控制切换至所述第二控制的时间比从所述通常控制切换至所述第一控制的时间短的方式来控制所述蓄电装置的充放电。5.一种混合动力工程机械，其特征在于具备: 发动机、蓄电装置、利用所述发动机的动力和所述蓄电装置的电力中至少一方来工作的至少一个致动器、利用所述发动机的动力来发电的发电机、以及权利要求1?4中任一项所述的动力控制装置。
【专利摘要】本发明能够在高负荷状态下利用蓄电装置的电力来辅助发动机，同时当高负荷状态长时间持续时抑制蓄电装置的充电率过度下降。在必要电力（PL）超过发动机输出的上限值（Pgu）且在蓄电装置（18）的辅助持续进行期间辅助动力的积分量（EA）或持续时间（TA）超过第一阈值（TTh1）时，控制器（30）执行第一控制，将蓄电装置（18）的辅助动力减小为小于所述通常控制时的辅助动力而大于0的辅助动力。另外，在必要电力（PL）超过上限值（Pgu）且积分量（EA）或持续时间（TA）超过预先设定的比第一阈值（TTh1）大的第二阈值（TTh2）时，控制器（30）执行第二控制，将辅助动力减小为0。
【IPC分类】H01M10/48, B60W10/26, H02J7/00, B60W20/00, B60K6/485, B60W10/06
【公开号】CN105492282
【申请号】CN201480047499
【发明人】南条孝夫, 山下耕治
【申请人】株式会社神户制钢所, 神钢建机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月20日
【公告号】EP3040249A1, WO2015029854A1
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