CN103909923A - 混合动力式工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制蓄电装置的过充电，并且能够获得节能效果的混合动力式工程机械。该混合动力式工程机械包括：发动机、回转电动机、蓄电装置、发电电动机、及辅助控制器，该辅助控制器在所述回转电动机所再生出的再生电力为能够对蓄电装置充电的电力的最大量即最大允许充电量以上的情况下，使所述发电电动机辅助发动机，消耗从再生电力中减去最大允许充电量所得的电力以上的电力。

Description

混合动力式工程机械
技术领域
本发明涉及一种并用发动机动力和电力的混合动力式工程机械。
背景技术
以往，已知有混合动力挖掘机等混合动力式工程机械。例如，日本专利公开公报特开2000-283107号公开了以下的工程机械，该工程机械包括：液压泵(hydraulic pump)；发电电动机；发动机，是用于驱动所述液压泵及所述发电电动机的动力源；液压致动器，由所述液压泵所喷出的工作油驱动；蓄电装置(electrical storage device)，由所述发电电动机所生成的电力充电；以及回转电动机(slewing electric motor)，由所述蓄电装置所存储的电力驱动。
对于该工程机械，若所述蓄电装置的充电率增加而超过上限，导致过充电，则蓄电装置有可能会着火或发生故障。因此，需要管理该蓄电装置的充电量，使该蓄电装置的充电率不会超过上限。
然而，若在所有条件下，均使所述蓄电装置的充电率处在指定范围内，则会缩小充电率的范围，妨碍混合动力式工程机械充分发挥其性能。另外，存在无法最大限度地使用蓄电装置的容量，致使无法获得节能效果的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能够抑制蓄电装置的过充电，并且能够获得节能效果的混合动力式工程机械。本发明所提供的混合动力式工程机械包括：下部行走体；上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；发动机，具有输出轴；发动机辅助电动机，与所述发动机的输出轴连接，能够消耗电力来辅助所述发动机；回转电动机，使所述上部回转体回转，并且在使所述上部回转体制动时，再生出再生电力；再生电力检测器，检测所述再生电力；蓄电装置，与所述发动机辅助电动机及所述回转电动机分别电连接，能够由所述再生电力充电且能够放电；充电率检测器，检测所述蓄电装置的充电率；最大允许充电量计算器，基于所述充电率检测器所检测出的所述充电率，算出所述蓄电装置能够充入的电力的最大量即最大允许充电量；以及辅助控制器，在所述再生电力检测器所检测的所述再生电力为所述最大允许充电量计算器所算出的所述最大允许充电量以上的情况下，使所述发动机辅助电动机辅助所述发动机，消耗从所述再生电力中减去所述最大允许充电量所得的电力以上的电力。
根据本发明，能够抑制蓄电装置的过充电，并且能够获得节能效果的工程机械。
附图说明
图1是表示本发明实施方式所涉及的工程机械的主要结构要素的方框图。
图2是表示所述工程机械中的蓄电装置的充电率与最大允许充电量的关系的曲线图。
图3是表示所述工程机械中的发动机的实际转速与修正发动机转速指令的关系的曲线图。
图4是表示由所述工程机械进行的运算控制动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示本发明实施方式所涉及的工程机械1的主要结构要素。该工程机械1是混合动力挖掘机等混合动力式工程机械，包括：下部行走体21、可回转地搭载在该下部行走体21上的上部回转体22、具有输出轴的发动机2、与所述发动机2的输出轴连接的发动机辅助电动机即发电电动机3、使所述上部回转体22回转的回转电动机4、与所述发电电动机3及所述回转电动机4分别电连接的蓄电装置5、发动机／电动机控制装置6、与所述发动机2的输出轴连结的设备即液压泵23、发动机控制装置11、作为实际转速检测器的实际转速传感器12、作为充电率检测器的充电率传感器13、作为温度检测器的温度传感器14、发电电动机控制装置15、作为再生电力检测器的再生电力传感器16、以及回转电动机控制装置17。图1中，点划线表示机械结合，实线表示由用于传输电力的电力线进行的连接，虚线表示由用于收发信号的信号线进行的连接。
所述发动机2是所述液压泵23的动力源。液压泵23由发动机2所生成的动力驱动，由此，喷出用于驱动未图示的液压致动器(例如挖掘机中的动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、行走用液压马达等)的工作油(hydraulic fluid)。所述发动机控制装置11控制所述发动机2的转速。所述实际转速传感器12检测所述发动机2的实际的转速即实际转速。此外在本发明中，与发动机的输出轴连结的设备不限于液压泵，还可以是其他设备。
发电电动机3通过蓄电装置5所存储的电力而旋转，由此，辅助发动机2驱动液压泵23。另外，发电电动机3在发动机2的负荷有余量时，使用发动机2的一部分输出进行发电，并由该发电所得的电力对蓄电装置5充电。所述发电电动机控制装置15控制该发电电动机3的动作、和伴随该动作的蓄电装置5的充电及放电。
回转电动机4由蓄电装置5所存储的电力驱动，由此，使上部回转体22回转。相反地，在上部回转体22被制动时，回转电动机4作为发电机而工作，通过因该制动而再生的再生电力对蓄电装置5充电。所述再生电力传感器16检测由所述回转电动机4再生的再生电力。所述回转电动机控制装置17控制所述回转电动机4的动作、和伴随该动作的蓄电装置5的充电及放电。
蓄电装置5包含镍氢电池、锂离子电池等电池，由发电电动机3发电所得的发电电力、以及回转电动机4再生所得的再生电力充电，并能够释放其存储的电力。蓄电装置5在允许充电量的范围内被充电。所述充电率传感器13检测所述蓄电装置5的充电率。例如通过对蓄电装置5的电流进行累计而求出该蓄电装置5的充电率。所述温度传感器14检测所述蓄电装置5的温度。
所述发动机／电动机控制装置6通过控制所述发动机控制装置11、所述发电电动机控制装置15及所述回转电动机控制装置17，统一地对整个工程机械1进行控制。具体如下所述。
发动机／电动机控制装置6首先作为最大允许充电量计算器而发挥功能。即，发动机／电动机控制装置6基于温度传感器14所测定出的蓄电装置5的温度和充电率传感器13所检测出的蓄电装置5的充电率，算出蓄电装置5目前所能够充入的电力的最大量即最大允许充电量。如图2所示，蓄电装置5的温度越高，则蓄电装置5的最大允许充电量越大。即，蓄电装置5的温度为T1时的最大允许充电量大于蓄电装置5的温度为低于T1的T2时的最大允许充电量。同样地，蓄电装置5的温度为T2时的最大允许充电量大于蓄电装置5的温度为低于T2的T3时的最大允许充电量。
发动机／电动机控制装置6判断再生电力传感器16所检测出的再生电力是否为算出的蓄电装置5的最大允许充电量以上，在判断为检测出的再生电力为算出的最大允许充电量以上的情况下，控制发动机控制装置11、发电电动机控制装置15及回转电动机控制装置17，以使发电电动机3辅助发动机2，由发电电动机3消耗从再生电力中减去最大允许充电量所得的电力(不能完全充入蓄电装置5的剩余电力)以上的电力。即，该发动机／电动机控制装置6与其他控制装置11、15、17一同构成辅助控制器。
另外，发动机／电动机控制装置6使发电电动机3辅助发动机2，在由此导致实际转速传感器12所检测出的发动机2的实际转速与受到发动机控制装置11控制的发动机2的转速之差超出指定范围的情况下，对发动机控制装置11发出指令，以降低发动机2的转速。即，发动机／电动机控制装置6与发动机控制装置11一同构成转速控制器。
发动机控制装置11将用于降低发动机2的转速的修正发动机转速指令发送至发动机2，由此，降低发动机2的转速。具体而言，如图3所示，当发动机2的实际转速超过了相当于由发动机控制装置11控制的发动机2的转速的转速指令值N1，且发动机2的实际转速与转速指令值N1之差大于预先设定的阈值N2与转速指令值N1之差时，发动机控制装置11将所述修正发动机转速指令发送至发动机2。
接着，参照图4所示的流程图来说明由工程机械1进行的运算控制动作。
首先，发动机／电动机控制装置6基于温度传感器14所检测的蓄电装置5的温度和充电率传感器13所检测的充电率，利用图2所示的关系图，算出蓄电装置5的最大允许充电量(步骤S1)。这样，算出与蓄电装置5的温度对应的最大允许充电量，由此，能够将与对应于蓄电装置5的温度的容量相当的电力充入蓄电装置5。
接着，发动机／电动机控制装置6判断是否由回转电动机4产生了再生电力(步骤S2)。在判断为未由回转电动机4产生再生电力的情况下(步骤S2中为“否”)，发动机／电动机控制装置6重新进行步骤S1。
在判断为由回转电动机4产生了再生电力的情况下(步骤S2中为“是”)，发动机／电动机控制装置6判断回转电动机4所再生的再生电力是否为蓄电装置5的最大允许充电量以上(步骤S3)。在判断为再生电力并非为最大允许充电量以上的情况下(步骤S3中为“否”)，发动机／电动机控制装置6对回转电动机控制装置17发出指令，以通过再生电力对蓄电装置5充电(步骤S4)，并重新进行步骤S1。
另一方面，在判断为再生电力为最大允许充电量以上的情况下(步骤S3中为“是”)，发动机／电动机控制装置6算出从再生电力中减去最大允许充电量所得的电力作为剩余电力(步骤S5)，并对发电电动机控制装置15发出指令，以使发电电动机3辅助发动机2，消耗所述剩余电力以上的电力(步骤S6)。由此，能够在蓄电装置5的最大允许充电量的范围内，最大限度地利用蓄电装置5的能力进行充电，并且能够消耗不能完全充入蓄电装置5的剩余电力。另外，所述发电电动机3对于发动机输出的辅助能够减少发动机2的燃料喷射量，由此，能够实现节能效果。
在发电电动机3的输出超过液压泵23的动力与发动机2的带动转矩之和的情况下，发电电动机3对于发动机的辅助有可能会增加发动机2的实际转速。因此，发动机／电动机控制装置6判断发动机2的实际转速与发动机控制上的目标转速即转速指令值N1之差是否超出指定范围，即是否大于所述阈值N2与转速指令值N1之差(步骤S7)，在判断为未超出指定范围的情况下(步骤S7中为“否”)，重新进行步骤S1，另一方面，在判断为超出指定范围的情况下(步骤S7中为“是”)，对发动机控制装置11发出指令，以将用于降低发动机转速的修正发动机转速指令发送至发动机2(步骤S8)。接着，重新进行步骤S1。
这样，若辅助发动机2的发电电动机3的输出超过液压泵的动力与发动机2的带动转矩之和，则发动机2因发电电动机3而旋转，该发动机2的实际转速开始增加，但在该发动机2的实际转速与发动机控制上的目标转速之差超出指定范围的情况下，构成辅助控制器的发动机／电动机控制装置6及发动机控制装置11降低发动机控制上的目标转速，由此，能够抑制发动机2的实际转速的增加。由此，能够抑制由发动机2的实际转速的增加引起的发动机2或液压泵的故障。另外，能够通过减低发动机控制上的目标转速来减少燃料喷射量。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施方式仅例示了具体例，其并不对本发明进行特别限定，能够适当地对具体结构等进行设计变更。另外，发明的实施方式所记载的作用及效果仅列举了由本发明产生的最佳的作用及效果，本发明的作用及效果并不限定于本发明实施方式所记载的作用及效果。
如上所述，根据本发明，提供能够抑制蓄电装置的过充电，并且能够获得节能效果的工程机械。该工程机械包括：下部行走体；上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；发动机，具有输出轴；发动机辅助电动机，与所述发动机的输出轴连接，能够消耗电力来辅助所述发动机；回转电动机，使所述上部回转体回转，并且在使所述上部回转体制动时，再生出再生电力；再生电力检测器，检测所述再生电力；蓄电装置，与所述发动机辅助电动机及所述回转电动机分别电连接，能够由所述再生电力充电且能够放电；充电率检测器，检测所述蓄电装置的充电率；最大允许充电量计算器，基于所述充电率检测器所检测出的所述充电率，算出所述蓄电装置能够充入的电力的最大量即最大允许充电量；以及辅助控制器，在所述再生电力检测器所检测的所述再生电力为所述最大允许充电量计算器所算出的所述最大允许充电量以上的情况下，使所述发动机辅助电动机辅助所述发动机，消耗从所述再生电力中减去所述最大允许充电量所得的电力以上的电力。
该工程机械在再生电力为最大允许充电量以上时，即在无法将一部分再生电力充入蓄电装置时，使发动机辅助电动机辅助发动机，由此，能够使发动机辅助电动机消耗从再生电力中减去最大允许充电量所得的电力，即不能完全充入蓄电装置的剩余电力以上的电力。由此，能够在允许充电量的范围内，最大限度地使用蓄电装置的容量来对该蓄电装置充电，及能够消耗不能完全充入蓄电装置的剩余电力。而且，发动机辅助电动机对于发动机的辅助会减少发动机的燃料喷射量，由此，能够获得节能效果。
较为理想的是，本发明所涉及的工程机械还包括：实际转速检测器，检测所述发动机的实际转速；以及转速控制器，控制所述发动机的转速，其中，所述转速控制器在所述实际转速检测器所检测出的所述实际转速与所述转速控制器所控制的目标转速之差超出指定范围的情况下，降低所述发动机的转速。所述转速控制器能够有效地抑制由发动机辅助电动机对于发动机的辅助引起的发动机的过度旋转。具体而言，若辅助发动机的发动机辅助电动机的输出超过连接于发动机的输出轴的设备所消耗的动力与发动机的带动转矩之和，则发动机因发动机辅助电动机而旋转，发动机的实际转速开始增加，但在发动机的实际转速与发动机控制上的目标转速之差超出指定范围的情况下，能够通过降低该发动机的转速来抑制发动机的实际转速的增加。由此，能够抑制由发动机的实际转速的增加引起的发动机或连接于发动机的输出轴的设备的故障。另外，降低发动机转速的控制能够减少燃料喷射量。
另外，较为理想的是，本发明中的工程机械还包括温度检测器，检测所述蓄电装置的温度，其中，所述最大允许充电量计算器基于所述温度检测器所测定的所述蓄电装置的温度、和所述充电率检测器所检测出的所述充电率，算出所述最大允许充电量。具体而言，算出检测出的温度越高则越大的最大允许充电量。一般而言，蓄电装置的温度越高，则蓄电装置的最大允许充电量越大，因此，若算出与蓄电装置的温度对应的最大允许充电量，则能够以与蓄电装置的温度对应的容量的电力对蓄电装置充电。

Claims (3)

1.一种混合动力式工程机械，其特征在于包括：
下部行走体；
上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；
发动机，具有输出轴；
发动机辅助电动机，与所述发动机的输出轴连接，能够消耗电力来辅助所述发动机；
回转电动机，使所述上部回转体回转，并且在使所述上部回转体制动时，再生出再生电力；
再生电力检测器，检测所述再生电力；
蓄电装置，与所述发动机辅助电动机及所述回转电动机分别电连接，能够由所述再生电力充电且能够放电；
充电率检测器，检测所述蓄电装置的充电率；
最大允许充电量计算器，基于所述充电率检测器所检测出的所述充电率，算出所述蓄电装置能够充入的电力的最大量即最大允许充电量；以及
辅助控制器，在所述再生电力检测器所检测的所述再生电力为所述最大允许充电量计算器所算出的所述最大允许充电量以上的情况下，使所述发动机辅助电动机辅助所述发动机，消耗从所述再生电力中减去所述最大允许充电量所得的电力以上的电力。
2.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于还包括：
实际转速检测器，检测所述发动机的实际转速；以及
转速控制器，控制所述发动机的转速，其中，
所述转速控制器在所述实际转速检测器所检测出的所述实际转速与所述转速控制器所控制的目标转速之差超出指定范围的情况下，降低所述发动机的转速。
3.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于还包括：
温度检测器，检测所述蓄电装置的温度，其中，
所述最大允许充电量计算器基于所述温度检测器所测定的所述蓄电装置的温度、和所述充电率检测器所检测出的所述充电率，算出所述最大允许充电量。
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