工作機械的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠高精度地求出內(nèi)部電阻的工作機械。電動機驅(qū)動驅(qū)動對象并進行發(fā)電。充放電控制電路控制蓄電裝置的充放電?？刂蒲b置對充放電控制電路進行控制?？刂蒲b置根據(jù)蓄電裝置的開路電壓的實測值、蓄電裝置進行充放電時的端子間電壓的實測值、及充放電電流的實測值求出蓄電裝置的內(nèi)部電阻的計算值，并根據(jù)開路電壓的實測值對內(nèi)部電阻的計算值進行校正,從而求出內(nèi)部電阻的校正值。
【專利說明】工作機械

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請主張基于2013年7月30日申請的日本專利申請第2013-157225號的優(yōu)先 權(quán)。該申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。
[0002] 本發(fā)明涉及一種搭載有蓄電裝置的工作機械。

【背景技術(shù)】
[0003] 專利文獻1中公開有利用蓄積于蓄電裝置的電能驅(qū)動電動機的工作機械。在工作 機械的控制中利用蓄電裝置的充電狀態(tài)S0C(State of charge)。當在蓄電裝置中使用雙電 層型電容器、鋰離子電容器等時，以蓄電裝置的開路電壓與額定最大電壓之比的平方表示 充電狀態(tài)SOC。
[0004] 測定蓄電裝置的開路電壓時，為了排除由內(nèi)部電阻導致電壓下降的影響，必須將 蓄電裝置的充放電電流設(shè)為0。因此，在蓄電裝置進行充放電時無法實際測量蓄電裝置的開 路電壓。代替開路電壓的實測值使用利用內(nèi)部電阻、端子間電壓的實測值及充放電電流的 實測值求出的開路電壓的計算值，從而能夠求出蓄電裝置的充電狀態(tài)S0C。
[0005] 可在工作機械啟動時求出計算充電狀態(tài)SOC時所使用的內(nèi)部電阻。以下，對求解 內(nèi)部電阻的方法進行說明。在工作機械啟動時以將蓄電裝置的充放電電流設(shè)為〇的狀態(tài)測 定開路電壓。其后，開始向蓄電裝置進行充電，并測定端子間電壓及充電電流。利用實際測 量的開路電壓、端子間電壓及充電電流能夠求出內(nèi)部電阻。
[0006] 專利文獻2中公開有根據(jù)周圍的溫度對開路電壓進行校正的方法。可利用所校正 的開路電壓求出蓄電裝置的充電率。
[0007] 專利文獻1:日本特開2007-155586號公報
[0008] 專利文獻2:日本特開2009-031220號公報
[0009] 優(yōu)選使使用蓄電裝置的內(nèi)部電阻的計算值、端子間電壓的實測值、及充放電電流 的實測值求出的充電狀態(tài)與使用開路電壓的實測值求出的充電狀態(tài)一致。然而，明確了兩 者間會產(chǎn)生偏離。可以認為該偏離是由于內(nèi)部電阻的計算值偏離于內(nèi)部電阻的實測值而導 致的。
[0010] 為了高精度地求出充電狀態(tài)，需要實際測量蓄電裝置的開路電壓，但在工作機械 進行運行時，很難將充放電電流設(shè)為0來實際測量開路電壓。期望無需將充放電電流設(shè)為 0就能夠高精度地求出充電狀態(tài)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高精度地求出內(nèi)部電阻的工作機械。本發(fā)明的另 一目的在于提供一種能夠利用高精度求出的內(nèi)部電阻求出充電狀態(tài)的工作機械。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個觀點，提供一種工作機械，其具有：
[0013] 電動機，驅(qū)動驅(qū)動對象并進行發(fā)電；
[0014] 蓄電裝置；
[0015] 充放電控制電路，控制所述蓄電裝置的充放電，并且與所述電動機連接；及
[0016] 控制裝置，對所述充放電控制電路進行控制，
[0017] 所述控制裝置根據(jù)所述蓄電裝置的開路電壓的實測值、所述蓄電裝置進行充放電 時的端子間電壓的實測值、及充放電電流的實測值求出所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的計算 值，并且根據(jù)所述開路電壓的實測值校正所述內(nèi)部電阻的計算值，從而求出內(nèi)部電阻的校 正值。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一觀點，提供一種工作機械，其具有：
[0019] 電動機，驅(qū)動驅(qū)動對象并進行發(fā)電；
[0020] 蓄電裝置，向所述電動機供給電力；
[0021] 充放電控制電路，控制所述蓄電裝置的充放電，并且與所述電動機連接；及
[0022] 控制裝置，對所述充放電控制電路進行控制，
[0023] 所述控制裝置存儲所述蓄電裝置在基準電壓下的內(nèi)部電阻的值，
[0024] 所述控制裝置根據(jù)所述蓄電裝置進行充放電時的端子間電壓的實測值和充放電 電流的實測值、及所述蓄電裝置在所述基準電壓下的內(nèi)部電阻的值求出所述蓄電裝置的充 電狀態(tài)。
[0025] 發(fā)明效果
[0026] 根據(jù)開路電壓的實測值校正內(nèi)部電阻的計算值，因此因內(nèi)部電阻依賴于電壓而引 起的內(nèi)部電阻的計算值的偏差會減少。由此，能夠?qū)υ诟鞣N條件下求得的內(nèi)部電阻的值相 互進行比較。并且，通過使用內(nèi)部電阻的校正值，無需在工作機械進行運行時將蓄電裝置的 充放電電流設(shè)為〇就能夠求出蓄電裝置的充電狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是基于實施例的工作機械的側(cè)視圖。
[0028] 圖2是基于實施例的工作機械的框圖。
[0029] 圖3是基于實施例的搭載于工作機械的蓄電電路的等效電路圖。
[0030] 圖4是表示蓄電裝置充電期間的端子間電壓Vt、充放電電流It、及充電狀態(tài)的時 間變化的一例的圖表。
[0031] 圖5是表不開路電壓的實測值Vom與內(nèi)部電阻R之間的關(guān)系的圖表。
[0032] 圖6是表示基于實施例的內(nèi)部電阻及劣化度的計算方法的流程圖。
[0033] 圖7是表示基于實施例的充電狀態(tài)的計算方法的流程圖。
[0034] 圖8是表示溫度與溫度校正系數(shù)之間的關(guān)系的圖表。
[0035] 圖9是表示電流與電流校正系數(shù)之間的關(guān)系的圖表。
[0036] 圖10是表示開路電壓與電壓校正系數(shù)之間的關(guān)系的圖表。
[0037]圖中：20_下部行走體，21-上部回轉(zhuǎn)體，22-回轉(zhuǎn)電動機（作業(yè)用電動機），23-動 臂，24-動臂缸，25-斗桿，26-斗桿缸，27-鏟斗，28-鏟斗缸，29A、29B-液壓馬達，30-引擎， 31-電動發(fā)電機，32-轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)，40-蓄電電路，41-蓄電裝置，42-升降壓轉(zhuǎn)換器（充放 電控制電路），42A-升壓用開關(guān)元件，42B-降壓用開關(guān)元件，42C-電抗器，42D、42E-整流二 極管，43-DC總線線路，43A-平滑電容器，44-繼電器，45-電阻器，46-溫度傳感器，47-電壓 傳感器，48-電流傳感器，51、52_逆變器，75-主泵，76-高壓液壓管路，77-控制閥，78-先導 泵，79-先導管路，80-減速機，81-分解器，82-機械制動器，83-操作裝置，84、85_液壓管 路，86-壓力傳感器，90-控制裝置，91-溫度校正對應(yīng)表存儲部，92-電流校正對應(yīng)表存儲 部，93-電壓校正對應(yīng)表存儲部，94-電壓校正電阻值存儲部。

【具體實施方式】
[0038] 圖1中，作為基于實施例的工作機械的例子而示出挖土機的側(cè)視圖。下部行走體 20上搭載有上部回轉(zhuǎn)體21。上部回轉(zhuǎn)體21與動臂23連結(jié)，動臂23與斗桿25連結(jié)，斗桿 25與鏟斗27連結(jié)。動臂23的姿勢通過動臂缸24的伸縮而變化。斗桿25的姿勢通過斗桿 缸26的伸縮而變化。鏟斗27的姿勢通過鏟斗缸28的伸縮而變化。動臂缸24、斗桿缸26 及鏟斗缸28被液壓驅(qū)動。
[0039] 上部回轉(zhuǎn)體21上搭載有回轉(zhuǎn)電動機22、引擎30、電動發(fā)電機31及蓄電電路40。 電動發(fā)電機31通過引擎30的動力進行發(fā)電。所發(fā)出的電力被充電到蓄電電路40中?；?轉(zhuǎn)電動機22通過來自蓄電電路40的電力被驅(qū)動，從而使上部回轉(zhuǎn)體21回轉(zhuǎn)。電動發(fā)動機 31也可以作為電動機而進行動作，并且進行引擎30的輔助動作。回轉(zhuǎn)電動機22還作為發(fā) 電機進行動作，通過上部回轉(zhuǎn)體21的回轉(zhuǎn)運動能量產(chǎn)生再生電力。
[0040] 圖2中示出基于實施例的工作機械的框圖。圖2中，用雙重線表示機械動力系統(tǒng)， 用粗實線表示高壓液壓管路，用細實線表示電力控制系統(tǒng)，用虛線表示先導管路。
[0041]引擎30的驅(qū)動軸與轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)32的輸入軸連結(jié)。引擎30中使用通過電以外 的燃料產(chǎn)生驅(qū)動力的引擎，例如柴油引擎等內(nèi)燃機。
[0042] 電動發(fā)電機31的驅(qū)動軸與轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)32的另一輸入軸連結(jié)。電動發(fā)電機31能 夠進行電動（輔助）運行和發(fā)電運行兩種運行動作。轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)32具有2個輸入軸和1 個輸出軸。該輸出軸上連接有主泵75的驅(qū)動軸。在電動發(fā)電機31進行輔助運行期間，主 泵75成為電動發(fā)電機31的驅(qū)動對象。
[0043] 當施加于主泵75的負載較大時，電動發(fā)電機31進行輔助運行，并且電動發(fā)電機31 的驅(qū)動力經(jīng)由轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)32被傳遞到主泵75。由此，能夠減輕施加到引擎30的負載。 另一方面，當施加于主泵75的負載較小時，引擎30的驅(qū)動力經(jīng)由轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)32被傳遞 到電動發(fā)電機31，從而電動發(fā)電機31進行發(fā)電運行。
[0044] 主泵75經(jīng)由高壓液壓管路76向控制閥77供給液壓?？刂崎y77根據(jù)駕駛員的指 令向液壓馬達29A、29B、動臂缸24、斗桿缸26及鏟斗缸28分配液壓。液壓馬達29A及29B 分別驅(qū)動設(shè)置于圖1所示的下部行走體20的左右側(cè)的2條履帶。
[0045] 電動發(fā)電機31經(jīng)由逆變器51與蓄電電路40連接。回轉(zhuǎn)電動機22經(jīng)由逆變器52 與蓄電電路40連接。逆變器51、52及蓄電電路40通過控制裝置90被控制。
[0046] 逆變器51根據(jù)來自控制裝置90的指令進行電動發(fā)電機31的運行控制。電動發(fā) 電機31通過逆變器51切換輔助運行與發(fā)電運行。
[0047] 在電動發(fā)電機31進行輔助運行期間，所需的電力從蓄電電路40通過逆變器51供 給到電動發(fā)電機31中。在電動發(fā)電機31進行發(fā)電運行期間，由電動發(fā)電機31發(fā)出的電力 通過逆變器51供給到蓄電電路40上。由此，蓄電電路40內(nèi)的蓄電裝置被充電。
[0048] 回轉(zhuǎn)電動機22通過逆變器52被交流驅(qū)動，并且能夠進行動力運行動作及再生動 作這兩種運行。在回轉(zhuǎn)電動機22進行動力運行動作時，從蓄電電路40經(jīng)由逆變器52向回 轉(zhuǎn)電動機22供給電力。回轉(zhuǎn)電動機22經(jīng)由減速機80使驅(qū)動對象即上部回轉(zhuǎn)體21 (圖I) 進行回轉(zhuǎn)。在進行再生動作時，上部回轉(zhuǎn)體21的回轉(zhuǎn)運動經(jīng)由減速機80傳遞到回轉(zhuǎn)電動 機22,從而回轉(zhuǎn)電動機22產(chǎn)生再生電力。所產(chǎn)生的再生電力經(jīng)由逆變器52供給到蓄電電 路40中。由此，蓄電電路40內(nèi)的蓄電裝置被充電。
[0049] 分解器81檢測回轉(zhuǎn)電動機22的旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)方向的位置。將分解器81的檢測 結(jié)果輸入到控制裝置90中。機械制動器82與回轉(zhuǎn)電動機22的旋轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并產(chǎn)生機械制 動力。機械制動器82受到控制裝置90的控制并通過電磁開關(guān)切換制動狀態(tài)及解除制動狀 態(tài)。
[0050] 先導泵78產(chǎn)生液壓操作系統(tǒng)中所需的先導壓。所產(chǎn)生的先導壓經(jīng)由先導管路79 供給到操作裝置83中。操作裝置83包括操作桿和踏板，并且由駕駛員進行操作。操作裝 置83根據(jù)駕駛員的操作將從先導管路79供給的初級側(cè)液壓轉(zhuǎn)換為次級側(cè)液壓。次級側(cè)液 壓經(jīng)由液壓管路84傳遞到控制閥77,并經(jīng)由另一液壓管路85傳遞到壓力傳感器86。
[0051] 將利用壓力傳感器86檢測出的壓力的檢測結(jié)果輸入到控制裝置90中。由此，控 制裝置90能夠測知下部行走體20、回轉(zhuǎn)電動機22、動臂23、斗桿25及鏟斗27 (圖1)的操 作狀態(tài)。
[0052] 圖3中示出蓄電電路40的等效電路圖。蓄電電路40包括蓄電裝置41、升降壓轉(zhuǎn) 換器（充放電控制電路）42、DC總線線路43、繼電器44、電阻器45、溫度傳感器46、電壓傳 感器47及電流傳感器48。
[0053] 蓄電裝置41經(jīng)由繼電器44及升降壓轉(zhuǎn)換器42與DC總線線路43連接。DC總線 線路43與逆變器51、52的直流端子連接。在逆變器51、52的三相交流端子上分別連接有 電動發(fā)電機31及回轉(zhuǎn)電動機22。在DC總線線路43的高壓線與接地線之間插入有平滑電 容器43A。
[0054] 升降壓轉(zhuǎn)換器42包括升壓用（放電用）開關(guān)元件42A與降壓用（充電用）開關(guān) 元件42B的串聯(lián)電路。該串聯(lián)電路連接于DC總線線路43的高壓線和接地線之間。開關(guān)元 件42A、42B中例如使用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)。升壓用IGBT42A及降壓用IGBT42B的 相互連接的點經(jīng)由電抗器42C及繼電器44與蓄電裝置41的正極端子連接。
[0055] 升壓用IGBT42A及降壓用IGBT42B上分別并聯(lián)連接有整流二極管（續(xù)流二極 管）42D、42E?？刂蒲b置90向升壓用IGBT42A及降壓用IGBT42B的柵電極施加控制用脈沖 寬度調(diào)制（PWM)信號。
[0056] 電阻器45與繼電器44并聯(lián)連接。蓄電裝置41的負極端子被接地?？刂蒲b置90 控制繼電器44的導通與斷開。通常動作時，繼電器44設(shè)為導通狀態(tài)。
[0057] 以下，對升壓動作（放電動作）進行說明。向升壓用IGBT42A的柵電極施加PWM 電壓。在進行升壓用IGBT42A的轉(zhuǎn)換時，蓄電裝置41的端子間電壓通過在電抗器42C中產(chǎn) 生的感應(yīng)電動勢升壓，并且放電電流經(jīng)由整流二極管42E從輸出端子流出。
[0058] 接著，對降壓動作（充電動作）進行說明。向降壓用IGBT42B的柵電極施加PWM 電壓。在進行降壓用IGBT42B的轉(zhuǎn)換時，蓄電裝置41 (圖3)通過在電抗器42C中產(chǎn)生的感 應(yīng)電動勢并經(jīng)由整流二極管42D被充電。
[0059] 電流傳感器48測定流經(jīng)電抗器42C的充放電電流。電壓傳感器47測定蓄電裝置 41的端子間電壓。溫度傳感器46測定蓄電裝置41的溫度。這些測定結(jié)果被輸入到控制裝 置90中。
[0060] 當DC總線線路43中所產(chǎn)生的電壓低于蓄電裝置41的端子間電壓時，繼電器44 被設(shè)為斷開。此時，蓄電裝置41經(jīng)由電阻器45、電抗器42C、及整流二極管42E被放電，從 而DC總線線路43的電壓上升。電阻器45防止過大的放電電流流過。
[0061] 控制裝置90對升降壓轉(zhuǎn)換器42進行控制，以使DC總線線路43的電壓值維持在 目標范圍內(nèi)。具體而言，進行蓄電裝置41的充放電及DC總線線路43的升降壓。而且，在 挖土機運行時，若蓄電裝置41的充電狀態(tài)SOC成為下限基準值以下，則控制裝置90進行將 充電狀態(tài)SOC限制在目標范圍內(nèi)的控制。例如，使電動發(fā)電機31進行發(fā)電運行，對蓄電裝 置41進行充電。
[0062] DC總線線路43的電壓及蓄電裝置41的充電狀態(tài)SOC根據(jù)基于主泵75的液壓系 統(tǒng)的動作、基于回轉(zhuǎn)電動機22的上部回轉(zhuǎn)體21的動作、及電動發(fā)電機31的輔助運行及發(fā) 電運行的狀態(tài)等挖土機整體的動作而變動。由于控制裝置90適當?shù)乜刂仆谕翙C整體的動 作，因此能夠期望高精度地求出蓄電裝置41的充電狀態(tài)S0C。
[0063] 控制裝置90包括溫度校正對應(yīng)表存儲部91、電流校正對應(yīng)表存儲部92、電壓校正 對應(yīng)表存儲部93及電壓校正電阻值存儲部94。
[0064] 圖4中示出在蓄電裝置41 (圖3)進行充電期間的端子間電壓Vt、充放電電流It 及充電狀態(tài)SOC的時間變化的一個例子。將充電電流設(shè)為正，將放電電流設(shè)為負。在時刻 to至時刻tl期間，升降壓轉(zhuǎn)換器42 (圖3)不進行動作，充放電電流為0。此時，端子間電 壓Vt恒定為電壓VI。在時刻tl，若充放電電流It上升，則電壓會因蓄電裝置41的內(nèi)部電 阻R(圖3)而下降，因此端子間電壓Vt從Vl上升至V2。
[0065] 在時刻tl至時刻t2期間，若通過恒定的充放電電流It，則端子間電壓Vt從V2直 線上升至V4。在時刻t2若充放電電流It成為0,則電壓不會因內(nèi)部電阻R而下降，因此端 子間電壓Vt從V4下降至V3。在時刻t2至t3期間，充放電電流It為0,因此端子間電壓 Vt被維持恒定的電壓V3。
[0066] 當在蓄電裝置41(圖3)中使用鋰離子電容器或雙電層型電容器時，用下式表示充 電狀態(tài)SOC。
[0067][式1]
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種工作機械，其具有： 電動機，驅(qū)動驅(qū)動對象并進行發(fā)電； 蓄電裝置； 充放電控制電路，控制所述蓄電裝置的充放電，并且與所述電動機連接；及 控制裝置，對所述充放電控制電路進行控制， 所述控制裝置根據(jù)所述蓄電裝置的開路電壓的實測值、所述蓄電裝置進行充放電時的 端子間電壓的實測值、及充放電電流的實測值求出所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的計算值，并 且根據(jù)所述開路電壓的實測值對所述內(nèi)部電阻的計算值進行校正，從而求出內(nèi)部電阻的校 正值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作機械，其中，還具有： 逆變器，驅(qū)動所述電動機；及 DC總線線路，連接所述充放電控制電路及所述逆變器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工作機械，其中， 所述控制裝置使用所述內(nèi)部電阻的校正值來進行控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的工作機械，其中， 所述控制裝置存儲用于由所述開路電壓的實測值及所述內(nèi)部電阻的計算值求出所述 內(nèi)部電阻的校正值的校正信息，并且根據(jù)所述內(nèi)部電阻的計算值和所述開路電壓的實測 值、及所述校正信息求出所述內(nèi)部電阻的校正值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的工作機械，其中， 作為所述校正信息存儲有充電時的校正信息及放電時的校正信息，在求解所述內(nèi)部電 阻的計算值時，當對所述蓄電裝置進行充電時使用充電時的所述校正信息，當對所述蓄電 裝置進行放電時使用放電時的所述校正信息。
6. -種工作機械，具有： 電動機，驅(qū)動驅(qū)動對象并進行發(fā)電； 蓄電裝置，向所述電動機供給電力； 充放電控制電路，控制所述蓄電裝置的充放電，并且與所述電動機連接；及 控制裝置，對所述充放電控制電路進行控制， 所述控制裝置存儲所述蓄電裝置在基準電壓下的內(nèi)部電阻的值， 根據(jù)所述蓄電裝置進行充放電時的端子間電壓的實測值和充放電電流的實測值、及所 述蓄電裝置在所述基準電壓下的內(nèi)部電阻的值求出所述蓄電裝置的充電狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的工作機械，其中， 所述控制裝置求出根據(jù)所述蓄電裝置的最近期的開路電壓的計算值對所述基準電壓 下的內(nèi)部電阻的值進行校正的校正值，并根據(jù)該校正值求出當前的開路電壓的計算值，并 且根據(jù)當前的開路電壓的計算值求出所述蓄電裝置的充電狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的工作機械，其中， 所述控制裝置根據(jù)所求出的所述蓄電裝置的充電狀態(tài)對所述電動機及所述充放電控 制電路進行控制。
【文檔編號】E02F9/20GK104345280SQ201410285929
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】湯村正典 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社