JP5186690B2 - ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置 - Google Patents

ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5186690B2
JP5186690B2 JP2008073602A JP2008073602A JP5186690B2 JP 5186690 B2 JP5186690 B2 JP 5186690B2 JP 2008073602 A JP2008073602 A JP 2008073602A JP 2008073602 A JP2008073602 A JP 2008073602A JP 5186690 B2 JP5186690 B2 JP 5186690B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
storage device
power storage
deterioration state
capacity
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008073602A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009227044A (ja
Inventor
潤 山根
貴義 遠藤
知久 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP2008073602A priority Critical patent/JP5186690B2/ja
Priority to US12/933,233 priority patent/US8362786B2/en
Priority to KR1020107016165A priority patent/KR101237277B1/ko
Priority to DE112009000643T priority patent/DE112009000643T5/de
Priority to PCT/JP2009/055062 priority patent/WO2009116495A1/ja
Priority to CN2009801098733A priority patent/CN101978118B/zh
Publication of JP2009227044A publication Critical patent/JP2009227044A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5186690B2 publication Critical patent/JP5186690B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/46Series type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062Control of propulsion units
    • E02F9/2075Control of propulsion units of the hybrid type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/08Structural combinations, e.g. assembly or connection, of hybrid or EDL capacitors with other electric components, at least one hybrid or EDL capacitor being the main component
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/005Electrodes
    • H01G4/008Selection of materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10Electrical machine types
    • B60L2220/18Reluctance machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/80Time limits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/14Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention
    • B60W2050/146Display means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2300/00Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60W2300/17Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/08Electric propulsion units
    • B60W2510/081Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24Energy storage means
    • B60W2510/242Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244Charge state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24Energy storage means
    • B60W2510/242Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/246Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24Energy storage means
    • B60W2510/242Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/248Age of storage means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/06Combustion engines, Gas turbines
    • B60W2710/0644Engine speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/08Electric propulsion units
    • B60W2710/081Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/08Electric propulsion units
    • B60W2710/083Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/40Special vehicles
    • B60Y2200/41Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11Electric energy storages
    • B60Y2400/114Super-capacities
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機とが備えられたハイブリッド建設機械に関し、特に、キャパシタなどの蓄電装置の劣化状態を判定することができる方法および装置に関するものである。
近年、建設機械の分野においても一般自動車と同様にハイブリッド車が開発されている。 この種のハイブリッド建設機械には、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機とが備えられている。ここで、蓄電装置は、充放電を自由に行うことができる蓄電池のことであり、キャパシタや二次電池などによって構成されている。なお、以下では、蓄電装置として、キャパシタを代表させて説明する。蓄電装置としてのキャパシタは、発電電動機が発電作用した場合に発電した電力を蓄積する。またキャパシタは、キャパシタに蓄積された電力を発電インバータなどのドライバを介して発電電動機に、または同電力を電力負荷、たとえば作業機を駆動するための電動モータに供給する。
キャパシタは、長期間使用されたり、過充電あるいは過放電を繰り返したりすると、または発熱などによって、劣化が進行する。特に建設機械は、過酷な環境下で使用されるため、車載されたキャパシタは、劣化が進み易い。キャパシタが劣化すると、ハイブリッド建設機械は、電動モータに供給する電力が低下し、作業能力が低下する。このため、キャパシタの劣化状態を事前に判定し、劣化が限度まで進行している場合には、キャパシタを交換するなどの必要なメンテナンスを施す必要がある。
ここで、キャパシタの劣化状態を判定する技術として、以下の技術がある。
(従来技術1)
現在実施されているキャパシタ劣化判定方法としては、サービスマンのために用意されている高出力放電装置を用いて、キャパシタの容量を計測し、計測した容量が規定する容量以下になったか否かを判定するという方法がある。なお、キャパシタの容量計測値が規定容量以下に達している場合には、キャパシタを交換するメンテナンスが施される。この方法によると、まず、ハイブリッド建設機械に車載されているキャパシタを車上から降ろし、キャパシタを高出力放電装置がある場所まで運び、高出力放電装置とキャパシタとを接続する作業が行なわれる。そして、高出力放電装置を用いて、キャパシタに充放電を繰り返し、そのときの電圧値、電流値を検出し、さらに電圧検出値、電流検出値に基づいてキャパシタの容量を計測し、計測した容量が規定する容量以下になったか否かを判定するというものである。
(従来技術2)
特許文献1には、ハイブリッド建設機械のエンジンを始動する前に、エンジンや発電電動機を駆動させない状態で、昇降圧コンバータユニットからキャパシタに電力を供給し、そのときのキャパシタの電圧値と電流値を検出し、検出した電圧値と電流値に基づいてキャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値に基づいてキャパシタの劣化状態を判定するという発明が記載されている。
特開2007−155586号公報
上記従来技術1では、車載したキャパシタを降し、運搬し、高出力放電装置に接続する作業を行う必要がある。このためキャパシタ劣化判定のために多大な労力と作業時間が費やされるという問題がある。
しかも、キャパシタの端子電圧は、300Vという高電圧であり、車載したキャパシタを降し、運搬し、高出力放電装置に接続する作業は、危険を伴う。
さらに高出力放電装置はサービスマンのために用意されている特別な装置であり、ユーザ、オペレータが簡易に運転席にて劣化状態の判定結果を知ることができない。またキャパシタ劣化判定の作業に時間をとられ、その間、建設機械を稼動できなくなり稼動効率が悪化するという問題もある。
一方、上記従来技術2によれば、キャパシタを車載した状態で、なおかつハイブリッド建設機械に搭載されたシステムで、キャパシタ劣化判定を行うことができる。このため上記従来技術1で生じる上述の諸問題は解決される。
しかし、この技術は、エンジンや発電電動機を駆動させない状態で、昇降圧コンバータユニットからキャパシタに電力を供給するというシステム構成にすることを前提とする。ここで、ハイブリッド建設機械の稼動中の通常の電気エネルギーの流れは、エンジンと発電電動機が駆動され、発電電動機が発電作用した場合に発電した電力がキャパシタに蓄積されるというものである(これを通常制御という)。なお、回生時には電動モータなどの電力負荷からキャパシタに電気エネルギーが供給され充電されることもある。
従来技術2では、エンジンと発電電動機が駆動されてキャパシタが充電されるという通常制御とは異なり、エンジンと発電電動機を駆動しないでキャパシタを充電するという特別なシステム構成としなければならない。特別なシステム構成のため、通常制御とは異なる全く別の制御が必要となり、制御が繁雑となる。
さらに、キャパシタの電圧値と電流値を検出し、検出した電圧値と電流値に基づいてキャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値に基づいてキャパシタの劣化状態を判定するという方法をとるため、キャパシタの電流値を検出するための電流センサが必須となる。電流センサは、通常制御時に必須なセンサではない。このため部品点数削減やコストダウンあるいは小型化のために電流センサは、既存のハイブリッド建設機械に設けられていないのが通例である。従来技術2によれば、キャパシタ劣化判定のためだけに電流センサを設ける必要があり、装置コストが嵩むという問題がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、キャパシタなどの蓄電装置を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械に搭載されたシステムで、キャパシタなどの蓄電装置の劣化判定を行うことができるようにすることを解決課題とする。しかも、そのシステムは既存の装置構成をそのまま利用でき、特別なシステム構成と必要としないで済ませるようして、電流センサなど新たにセンサを追加する必要をなくすことを解決課題とするものである。
第1発明は、
エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、電力負荷と、電力負荷によって作動する作業機とが備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法であって、
少なくとも作業機が停止中であることを確認するステップと、
作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるステップと、
劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置の容量を算出するステップと、
算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定するステップと
を含むことを特徴とする。
第2発明は、第1発明において、
蓄電装置の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正された上で算出されること
を特徴とする。
第3発明は、第1発明において、
劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、
各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
を特徴とする。
第4発明は、第1発明において、
蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示するステップを更に含むこと
を特徴とする。
第5発明は、
エンジンと、
エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機と、
発電電動機が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷および発電電動機に供給する蓄電装置と、
電力負荷と、
電力負荷によって作動する作業機と
が備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置であって、
蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
蓄電装置の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置と
が備えられ、制御装置は、
少なくとも作業機が停止中であることを確認し、作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する状態管理部と、
状態管理部から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジンおよび発電電動機に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段で検出される蓄電装置の充電電圧値を取り込む充放電制御部と、
劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置の容量を算出する容量算出部と、
算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定する劣化判定部と
を含んで構成されること
を特徴とする。
第6発明は、第5発明において、
蓄電装置の温度を検出する温度検出手段がさらに備えられ、
容量算出部は、蓄電装置の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正した上で算出すること
を特徴とする。
第7発明は、第5発明において、
充放電制御部は、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、
容量算出部は、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、
劣化判定部は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
を特徴とする。
第8発明は、第5発明において、
表示器がさらに備えられ、
制御装置は、
蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示器に表示させる状態表示部を更に含むこと
を特徴とする。
第9発明は、第5発明において、
電力負荷は、作業機を駆動する電動モータであること
を特徴とする。
第1発明によれば、図3に示すように、まず、少なくとも作業機2が停止中であることが確認される(ステップ101)。
つぎに、作業機2が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行され、発電電動機20が所定の回転数および所定のトルクが駆動されて、蓄電装置30が所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇される(ステップ102)。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値およびトルク値と、蓄電装置30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置30の容量が算出される(ステップ103)。
つぎに、算出した蓄電装置30の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置30の劣化状態が判定される(ステップ104)。
第1発明によれば、キャパシタなどの蓄電装置30を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械1に搭載されたシステムで、キャパシタなどの蓄電装置30の劣化判定を行うことができる。
しかも、エンジン10と発電電動機20を駆動して蓄電装置30を充電するという通常制御と同様にエンジン10と発電電動機20を駆動して蓄電装置30を充電するという劣化状態判定時制御モードを実施することによって、蓄電装置30の劣化判定を行うことができる。このため蓄電装置30の劣化判定を行なうために通常制御と同様の制御を行なえばよく、既存の装置、システムをそのまま利用でき、制御が繁雑になることはない。
また、本発明では、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値およびトルク値と、蓄電装置30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置30の容量を算出するようにしており、既存の装置に備えられているセンサ等をそのまま利用できる。従来技術2のように電流センサなど新たにセンサを追加する必要がない。
第2発明では、図6のステップ406に示すように、蓄電装置30の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置30の温度によって補正された上で算出される。
第3発明では、図5のステップ301からステップ306に示すように、劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、図6のステップ405に示すように、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量が算出され、図7のステップ502に示すように、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置30の劣化状態が判定される。
第4発明では、図3のステップ105に示すように、更に、蓄電装置30の劣化状態の判定結果を表示するステップが実施される。
第5発明は、第1発明の方法の発明に対応する装置の発明であり、ハイブリッド建設機械1は、図1に示すように、エンジン10と、エンジン10の出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機20と、発電電動機20が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷40および発電電動機20に供給する蓄電装置30と、電力負荷40と、電力負荷40によって作動する作業機2と、蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段50と、蓄電装置30の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置60とが備えられている。
制御装置60は、図2に示すように、状態管理部61と、充放電制御部62と、容量算出部63と、劣化判定部64とを備えている。
状態管理部61は、少なくとも作業機2が停止中であることを確認し、作業機2が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する。
充放電制御部62は、状態管理部61から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機20を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジン10および発電電動機20に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段50で検出される蓄電装置30の充電電圧値を取り込む。
容量算出部63は、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値およびトルク値と、蓄電装置30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置30の容量を算出する。
劣化判定部64は、算出した蓄電装置30の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置30の劣化状態を判定する。
第6発明では、蓄電装置30の温度を検出する温度検出手段31がさらに備えられ、容量算出部63は、蓄電装置30の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置30の温度によって補正した上で算出する。
第7発明では、充放電制御部62は、蓄電装置30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、容量算出部63は、各充電動作毎の蓄電装置30の容量を平均した平均容量を算出し、劣化判定部64は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置30の劣化状態を判定する。
第8発明では、図1に示すように、表示器71がさらに備えられ、制御装置60の状態表示部65は、蓄電装置30の劣化状態の判定結果を表示器71に表示させる。
第9発明では、図1に示すように、作業機2を駆動する電動モータ40を、電力負荷として装置が構成される。
以下、図面を参照してハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置の実施の形態について説明する。なお、以下では、蓄電装置は、キャパシタであり、電力負荷は、作業機2を駆動する電動モータであるとして説明する。
図1は、実施例の全体装置構成を示す。
同図1に示すように、実施例のハイブリッド建設機械1は、エンジン10と、エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機20と、発電電動機20が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷としての電動モータ40および発電電動機20に供給する蓄電装置としてのキャパシタ30と、電力負荷としての電動モータ40と、電動モータ40によって作動する作業機2とを備えられている。
電圧値検出手段としての電圧センサ50は、キャパシタ30の充電電圧値を検出する。
温度検出手段としての温度センサ31は、キャパシタ30の温度を検出する。
運転席には、モニタ70が設けられている。モニタ70は、表示器71を有している。
制御装置60は、キャパシタ30の劣化状態を判定するための劣化状態判定時制御を行なうために設けられている。制御装置60は、図2にて後述するように、状態管理部61と、充放電制御部62と、容量算出部63と、劣化判定部64と、状態表示部65とからなる。充放電制御部62と、容量算出部63と、劣化判定部64は、コントローラ69に設けられており、状態管理部61と、状態表示部65は、モニタ70に設けられている。また、コントローラ69は、通常制御部66を備えており、通常制御を行なう。電圧センサ50および温度センサ31の検出信号は、制御装置60に入力される。
一体型インバータ80は、コントローラ69と、交流信号線81a、81b、81c、81d、81e、81fと、ドライバ82と、直流信号線83a、83bと、インバータ84と、交流信号線85a、85b、85cと、直流信号線86a、86bと、コンバータ87と、直流信号線88a、88bと、コンタクタ89とを含んで構成されている。
発電電動機20は、たとえばSR(Swiched Reluctanse)モータが使用される。
ドライバ82は、発電電動機20を駆動するインバータで構成されている。発電電動機20は、ドライバ82に交流信号線81a、81b、81c、81d、81e、81fを介して電気的に接続されている。
ドライバ82は、直流信号線83a、83bを介してインバータ84に電気的に接続されている。インバータ84は、交流信号線85a、85b、85cを介して電動モータ40に電気的に接続されている。電動モータ40は、たとえばPM(Permanent Magnetic)モータが使用される。
電動モータ40の出力軸は、作業機2の駆動軸に接続されている。たとえば建設機械が油圧ショベルの場合、電動モータ40は、上部旋回体を旋回させるための旋回モータであり、作業機2は、旋回モータの回転速度を減速して上部旋回体を旋回するスイングマシナリである。作業機2は、操作レバー2aによって操作される。操作レバー2aが中立になったことは、中立位置センサ2bで検出され、制御装置60に入力される。
キャパシタ30は、直流信号線88a、88bを介してコンバータ87に電気的に接続されている。直流信号線88aには、コンタクタ89が設けられている。コンタクタ89は、エンジンキースイッチが投入されることにより、閉じられ、直流信号線88aが導通状態となる。
コンバータ87は、直流信号線86a、86bを介して、直流信号線83a、83bに電気的に接続されている。コンバータ87は、キャパシタ30の充電電圧を昇圧して直流信号線83a、83bに、昇圧された電圧を印加するために設けられている。コンバータ87は、たとえばACリンク双方向DC-DCコンバータで構成されている。コンバータ87は、コントローラ69によって制御される。
エンジン10の回転数、つまり発電電動機20の回転数は、コントローラ69によって制御される。コントローラ69は、エンジン10に対してエンジン10を所定の回転数で回転させるための回転数指令を与える。
発電電動機20のトルクは、コントローラ69によって制御される。コントローラ69は、ドライバ82に対して発電電動機20を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。
発電電動機20は、ドライバ82によってトルク制御される。ドライバ82に対して負(−)極性のトルク指令が与えられると、ドライバ82は発電電動機20が発電機として作動するように制御する。すなわちエンジン10で発生した出力トルクの一部は、発電電動機20の駆動軸に伝達されてエンジン10のトルクを吸収して発電が行われる。そして発電電動機20で発生した交流電力は、発電インバータとしてのドライバ82で直流電力に変換されて直流信号線83a、83bに供給される。
また、ドライバ82に対して正(+)極性のトルク指令が与えられると、ドライバ82は発電電動機20が電動機として作動するように制御する。すなわちキャパシタ30に蓄積された直流電力は、直流信号線88a、88b、コンバータ87、直流信号線86a、86b、直流信号線83a、83bを介して、発電インバータとしてのドライバ82で交流電力に変換されて発電電動機20に供給され、発電電動機20の駆動軸を回転作動させる。これにより発電電動機20でトルクが発生し、このトルクは、発電電動機20の駆動軸からエンジン出力軸に伝達されて、エンジン10の出力トルクに加算される。ドライバ82は、発電電動機20に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して発電電動機20に供給する。
発電電動機20の発電量(吸収トルク量)、電動量(アシスト量;発生トルク量)は、上記トルク指令の内容に応じて変化する。
インバータ84は、発電電動機20が発電作用した場合には発電した電力を、またはキャパシタ30に蓄積された電力を、直流信号線83a、83bから交流信号線85a、85b、85cを経由して、電動モータ40に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して電動モータ40に供給する。なお、作業機2が減速、制動等された場合には、運動エネルギーが電気エネルギーに変換された上で、交流信号線85a、85b、85c、インバータ84を介して、直流信号線83a、83bに供給される。直流信号線83a、83bに供給された回生電力は、キャパシタ30に蓄電されるか、ドライバ82を介して発電電動機20に電動機のための電力として供給される。
こうしてキャパシタ30には、発電電動機20が発電作用した場合に発電した電力が蓄積される。あるいは、作業機2を介して回生した電力が蓄積される。またキャパシタ30は、キャパシタ30に蓄積された電力を発電電動機20に、または同電力を電動モータ40に供給する。以上が通常制御の内容である。
図2は、実施例の制御装置60の構成をブロック図にて示したものである。
状態管理部61は、少なくとも作業機2が停止中であること、つまり操作レバー2aが中立にあることを確認し、作業機2が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる開始指令を充放電制御部62に出力する。また、状態管理部61は、劣化状態判定時制御モードを終了させる終了指令を充放電制御部62に出力する。また、状態管理部61は、キャパシタ30の劣化状態の判定結果を受け取ると、その判定結果を表示させるための判定結果表示指令を状態表示部65に送出する。
充放電制御部62は、状態管理部61から開始指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機20を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、キャパシタ30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジン10に回転数指令を与えるとともに発電電動機20のドライバ82にトルク指令を与える。また、充放電制御部62は、劣化状態判定時制御モード実行中、電圧センサ50で検出されるキャパシタ30の充電電圧値を取り込むとともに、温度センサ31で検出されるキャパシタ30の温度を取り込む。また、充放電制御部62は、キャパシタ30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせる。充放電制御部62は、状態管理部61から終了指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードを終了させる。充放電制御部62は、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値およびトルク値と、キャパシタ30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した充電時間を容量算出部63に出力する。また、充放電制御部62は、キャパシタ30の容量を温度に応じて補正するために、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度を容量算出部63に出力する。
容量算出部63は、充放電制御部62から入力されたデータ、つまり劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値およびトルク値と、キャパシタ30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した充電時間とに基づいて、キャパシタ30の容量を算出する。容量算出部63は、各充電動作毎のキャパシタ30の容量を平均した平均容量を算出する。容量算出部63は、キャパシタ30の容量を、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度によって補正した上で算出する。容量算出部63は、キャパシタ30の容量算出値を劣化判定部64に出力する。
劣化判定部64は、容量算出部63から入力されたキャパシタ30の容量算出値と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ30の劣化状態を判定する。劣化判定部64は、算出した平均容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ30の劣化状態を判定する。劣化判定部64は、キャパシタ30の劣化状態の判定結果を状態管理部61に出力する。
状態表示部65は、状態管理部61から判定結果表示指令を受け取ると、キャパシタ30の劣化状態の判定結果をモニタ70の表示器71に表示させる。
つぎに図3から図7に示すフローチャートを参照して実施例の劣化状態判定時制御の処理の手順について説明する。
図3は、実施例の劣化状態判定時制御の全体の流れを示す。
すなわち、まず、少なくとも作業機2が停止中、つまり操作レバー2aが中立にあることが確認される(ステップ101)。
つぎに、作業機2が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行され、発電電動機20が所定の回転数および所定のトルクが駆動されて、キャパシタ30が所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇される。劣化状態判定時制御モードでは、キャパシタ30を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われる(ステップ102)。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時に取得されたデータ、つまり発電電動機20の回転数値およびトルク値と、キャパシタ30の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ30が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、キャパシタ30の容量が算出される。また、各充電動作毎のキャパシタ30の容量を平均した平均容量が算出される。また、キャパシタ30の容量は、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度によって補正された上で算出される(ステップ103)。
つぎに、算出したキャパシタ30の容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ30の劣化状態が判定される。各充電動作毎の容量を平均した平均容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ30の劣化状態が判定される。(ステップ104)。
つぎに、キャパシタ30の劣化状態の判定結果が表示される(ステップ105)。
以下、図4から図7を用いて、状態管理部61、充放電制御部62、容量算出部63、劣化判定部64、状態表示部65毎に処理内容を具体的に説明する。
図4は、状態管理部61における処理手順を示す。
ハイブリッド建設機械1の運転席には、劣化状態判定時制御を指示するスイッチが設けられている。このスイッチが操作されると、つぎの条件が成立していることが判断される。
状態管理部61は、まず、作業機2が停止中であること、つまり中立位置センサ2bの検出結果に基づいて操作レバー2aが中立位置になっていることを確認する。
また、各コンポーネントでエラーがないことが確認される。制御装置60など、ハイブリッド建設機械1の内部に設けられている各電子機器でエラーコードのチェックが行われ、エラーが発生していないことが確認される。
以上のことが確認されると(ステップ201の判断YES)、キャパシタ30の容量の計測の開始を指示する開始指令が出力される(ステップ202)。
つぎに、劣化判定部64から、キャパシタ30の劣化状態の判定結果を受信したか否かが判断される(ステップ203)。
状態管理部61は、キャパシタ30の劣化状態の判定結果が受信された場合には(ステップ203の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態の判定結果をモニタ70の表示器71に表示することを指示する判定結果表示指令を、状態表示部65に出力する(ステップ204)。
図5は 充放電制御部62における処理手順を示す。
充放電制御部62は、状態管理部61から開始指令が与えられた場合に、図5の処理をスタートさせ、劣化状態判定時制御モードに移行させる。劣化状態判定時制御モードでは、発電電動機20を所定の回転数Neおよび所定のトルクTrで駆動して、キャパシタ30を所定の充電開始電圧V0から所定の充電終了電圧まV1で上昇させるようにエンジン10に回転数指令を与えるとともに発電電動機20のドライバ82にトルク指令を与える(ステップ301〜304)。
すなわち、発電電動機20のドライバ82にトルク指令を与え、キャパシタ30が定電圧V0、たとえば220Vになるように発電電動機20を定電圧制御する。キャパシタ30が定電圧V0(=220V)になると(ステップ301の判断YES)、この電圧V0(=220V)を充電開始電圧としてキャパシタ30の充電が開始される。充電開始時、充電時間ΔTを計測するタイマによる計時がスタートされる(ステップ302)。
以後、発電電動機20のドライバ82にトルク指令を与え、キャパシタ30が電圧V1、たとえば280Vまで充電されるように発電電動機20をトルク制御する。発電電動機20が電圧V1(=280V)まで充電されると(ステップ303の判断YES)、この電圧V1(=280V)を充電終了電圧としてキャパシタ30の充電を停止させる。充電終了時、充電時間ΔTを計測するタイマによる計時が終了する(ステップ304)。キャパシタ30の実際の充電電圧値が充電開始電圧V0、充電終了電圧V1に達したか否かの判断は、電圧センサ50の検出結果に基づき行われる。
充放電制御部62は、劣化状態判定時制御モード実行中、温度センサ31で検出されるキャパシタ30の温度tcを取り込む。また、上記タイマの計時結果から、キャパシタ30が充電開始電圧値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要した充電時間ΔTを計測する。
充放電制御部62は、キャパシタ30の容量Cを算出させるために、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値Neおよびトルク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0および充電終了電圧値V1と、キャパシタ30が充電開始電圧値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要した充電時間ΔTを、容量算出部63に出力する。また、充放電制御部62は、キャパシタ30の容量Cを温度tcに応じて補正して算出させるために、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度tcを容量算出部63に出力する(ステップ305)。
つぎに、充放電制御部62では、キャパシタ30を充電開始電圧V0から充電終了電圧V1まで上昇させる充電動作が規定の複数回、たとえば10回行われたか否か、つまりキャパシタ30の容量Cの算出が規定回数(10回)行われたか否かが判断される。ここで、キャパシタ30の容量Cの算出を規定回数(10回)行うようにしているのは、容量Cの算出結果のばらつきを抑制するためである。
キャパシタ30を充電開始電圧V0から充電終了電圧V1まで上昇させる充電動作が規定の複数回(10回)行われていない場合には(ステップ306の判断NO)、上述したステップ301から305までの処理が繰り返し行なわれる。キャパシタ30を充電開始電圧V0から充電終了電圧V1まで上昇させる充電動作が規定の複数回(10回)行われた場合には(ステップ306の判断YES)、キャパシタ30の容量Cを計測するための処理、つまり上記の劣化状態判定時制御モードを完了させる。充放電制御部62は、状態管理部61から終了指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードを完了させる(ステップ307)。
図6は、容量算出部63における処理手順を示す。
容量算出部63は、充放電制御部62から入力されたデータ、つまり劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値Neおよびトルク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0および充電終了電圧値V1と、キャパシタ30が充電開始電圧値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要した充電時間ΔTを受信する。また、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度tcを受信する(ステップ401)。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値Neおよびトルク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0および充電終了電圧値V1と、キャパシタ30が充電開始電圧値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要した充電時間ΔTとに基づいて、キャパシタ30の容量を算出する(ステップ402、403)。
すなわち、発電電動機20の発電エネルギーΔWがキャパシタ30に充電エネルギーΔJとして供給されるときのエネルギーの流れは、図9に矢印Aのごとくなる。
発電エネルギーΔWは、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値Neおよびトルク値Trを用いて求めることができる。
よって、SRモータとして構成される発電電動機20から一体型インバータ80にエネルギーが供給されるときのエネルギー効率αを定数0.95、一体型インバータ80におけるインバータ損失係数βを定数556.6[J/sec]とすると、キャパシタ30の充電エネルギーΔJは、発電電動機20の発電エネルギーΔW、エネルギー効率α(定数0.95)、インバータ損失係数β(定数556.6[J/sec])、充電時間ΔTを用いて、下記(1)式で表される。
ΔJ=ΔW×α−(β×ΔT) …(1)
一方、キャパシタ30の充電エネルギーΔJは、キャパシタ30の容量C、キャパシタ30が充電開始電圧値V0、充電終了電圧値V1を用いて、下記(2)式で表される。
ΔJ=(1/2)・C・(V12−V02) …(2)
上記のごとくキャパシタ30の充電エネルギーΔJが算出される(ステップ402)。
つぎに、上記(1)、(2)式の充電エネルギーΔJの算出式からキャパシタ30の容量Cが算出される(ステップ403)。
つぎに、容量算出部63では、上記(1)、(2)式に基づくキャパシタ30の容量Cの算出が規定回数(10回)行われたか否かが判断される(ステップ404)。
上記(1)、(2)式に基づくキャパシタ30の容量Cの算出が規定の複数回(10回)行われていない場合には(ステップ404の判断NO)、上述したステップ401から403までの容量算出処理が繰り返し行なわれる。上記(1)、(2)式に基づくキャパシタ30の容量Cの算出が規定の複数回(10回)行われた場合には(ステップ404の判断YES)、上記(1)、(2)式に基づくキャパシタ30の容量Cを算出する処理を完了させて、つぎのステップ405に移る。
つぎに、容量算出部63は、複数回(10回)算出されたキャパシタ30の容量Cを平均する演算を行い、平均容量Cを算出する(ステップ405)。
つぎに、容量算出部63は、キャパシタ30の平均容量Cを、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ30の温度tcによって補正して、補正された容量Cを算出する。補正は、たとえば下記表に示されるキャパシタ30の温度tcに応じた補正係数Kを、キャパシタ30の平均容量Cに乗算することによって、行う。

キャパシタ温度tc → 補正係数K
0℃ → 1.03
25℃ → 0
40℃ → 0.99
60℃ → 0.98
(ステップ406)
つぎに、容量算出部63は、容量算出処理を完了させて、最終的に得られたキャパシタ30の容量算出値(平均容量)Cを、劣化判定部64に出力する(ステップ407)。
図7は、劣化判定部64における処理手順を示す。
劣化判定部64は、容量算出部63からキャパシタ30の容量算出値(平均容量)Cを受信すると(ステップ501)、受信した容量算出値(平均容量)Cと基準となる初期容量C0を比較することによって、キャパシタ30の劣化状態を判定する。
たとえば、キャパシタ30の初期容量C0を100%とした場合に、キャパシタ30の容量算出値Cが初期容量C0の75%以上になっている場合に(ステップ502の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態は、OK(「劣化していない」)と判定する。劣化判定部64は、キャパシタ30の劣化状態の判定結果(「OK」)を状態管理部61に出力する(ステップ503)。また、キャパシタ30の容量算出値Cが初期容量C0の75%未満になっている場合に(ステップ502の判断NO)、キャパシタ30の劣化状態は、NG(「劣化している」)と判定する。劣化判定部64は、キャパシタ30の劣化状態の判定結果(「NG」)を状態管理部61に出力する(ステップ504)。
なお、実施例では、キャパシタ30の劣化状態の判定を「OK」、「NG」の二段階で行うようにしているが、更に劣化度合いの段階を細分化して判定してもよい。
図8は、状態表示部65における処理手順を示す。
状態表示部65は、状態管理部61から判定結果表示指令を受信すると(ステップ601)、判定結果が「OK」か否かを判断する(ステップ602)。
判定結果が「OK」である場合には(ステップ602の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態が現在「OK」(「劣化していない」)であることを示す内容をモニタ70の表示器71に表示させる(ステップ603)。また判定結果が「NG」である場合には(ステップ602の判断NO)、キャパシタ30の劣化状態が現在「NG」(「劣化している」)であることを示す内容をモニタ70の表示器71に表示させる(ステップ604)。
なお、上述の実施例では、キャパシタ30の劣化状態の判定結果を表示することによってユーザ、オペレータないしはサービスマンに知らせているが、ユーザ、オペレータないしはサービスマンがキャパシタ30の劣化状態を車上で認識することができればよく、ブザーなどを鳴らすなど音で知らせるようにしてもよい。
以上のように本実施形態によれば、キャパシタ30を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械1に搭載されたシステムで、キャパシタ30の劣化判定を行うことができる。
しかも、エンジン10と発電電動機20を駆動してキャパシタ30を充電するという通常制御と同様にエンジン10と発電電動機20を駆動してキャパシタ30を充電するという劣化状態判定時制御モードを実施することによって、キャパシタ30の劣化判定を行うことができる。このためキャパシタ30の劣化判定を行なうために通常制御と同様の制御を行なえばよく、既存の装置、システムをそのまま利用でき、制御が繁雑になることはない。
また、本実施形態では、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機20の回転数値Neおよびトルク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0および充電終了電圧値V1と、キャパシタ30が充電開始電圧値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要した時間ΔTとに基づいて、キャパシタ30の容量Cを算出するようにしており、既存の装置に備えられているセンサ等をそのまま利用できる。従来技術2のように電流センサなど新たにセンサを追加する必要がないため、装置コストを抑制できる。
図1は、実施例の全体装置構成を示す図である。 図2は、実施例の制御装置の構成を示したブロック図である。 図3は、実施例の劣化状態判定時制御の全体の流れを示すフローチャートである。 図4は、状態管理部における処理手順を示すフローチャートである。 図5は 充放電制御部における処理手順を示すフローチャートである。 図6は、容量算出部における処理手順を示すフローチャートである。 図7は、劣化判定部における処理手順を示すフローチャートである。 図8は、状態表示部における処理手順を示すフローチャートである。 図9は、実施例のエネルギーの流れを示す図である。
符号の説明
1 ハイブリッド建設機械、2 作業機、10 エンジン、20 発電電動機、30 蓄電装置(キャパシタ)、40 電力負荷(電動モータ)、60 制御装置、61 状態管理部、62 充放電制御部、63 容量算出部、64 劣化判定部、65 状態表示部、71 表示器

Claims (9)

  1. エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、電力負荷と、電力負荷によって作動する作業機とが備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法であって、
    少なくとも作業機が停止中であることを確認するステップと、
    作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるステップと、
    劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間の各計測値と、蓄電装置の容量との間に成立する式を用いて、当該蓄電装置の容量を算出するステップと、
    算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定するステップと
    を含むハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  2. 蓄電装置の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正された上で算出されること
    を特徴とする請求項1記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  3. 劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、
    各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
    を特徴とする請求項1記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  4. 蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示するステップを更に含むこと
    を特徴とする請求項1記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  5. エンジンと、
    エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機と、
    発電電動機が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷および発電電動機に供給する蓄電装置と、
    電力負荷と、
    電力負荷によって作動する作業機と
    が備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置であって、
    蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
    蓄電装置の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置と
    が備えられ、制御装置は、
    少なくとも作業機が停止中であることを確認し、作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する状態管理部と、
    状態管理部から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジンおよび発電電動機に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段で検出される蓄電装置の充電電圧値を取り込む充放電制御部と、
    劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間の各計測値と、蓄電装置の容量との間に成立する式を用いて、当該蓄電装置の容量を算出する容量算出部と、
    算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定する劣化判定部と
    を含んで構成されること
    を特徴とするハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  6. 蓄電装置の温度を検出する温度検出手段がさらに備えられ、
    容量算出部は、蓄電装置の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正した上で算出すること
    を特徴とする請求項5記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  7. 充放電制御部は、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、
    容量算出部は、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、
    劣化判定部は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
    を特徴とする請求項5記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  8. 表示器がさらに備えられ、
    制御装置は、
    蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示器に表示させる状態表示部を更に含むこと
    を特徴とする請求項5記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  9. 電力負荷は、作業機を駆動する電動モータであること
    を特徴とする請求項5記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
JP2008073602A 2008-03-21 2008-03-21 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置 Active JP5186690B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008073602A JP5186690B2 (ja) 2008-03-21 2008-03-21 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置
US12/933,233 US8362786B2 (en) 2008-03-21 2009-03-16 Method and device for determining degradation state of electrical storage device in hybrid construction equipment
KR1020107016165A KR101237277B1 (ko) 2008-03-21 2009-03-16 하이브리드 건설 기계에 있어서의 축전 장치의 열화 상태 판정 방법 및 장치
DE112009000643T DE112009000643T5 (de) 2008-03-21 2009-03-16 Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Speichergeräts in Hybrid-Baumaschinen
PCT/JP2009/055062 WO2009116495A1 (ja) 2008-03-21 2009-03-16 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置
CN2009801098733A CN101978118B (zh) 2008-03-21 2009-03-16 混合动力建筑机械的蓄电装置的劣化状态判定方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008073602A JP5186690B2 (ja) 2008-03-21 2008-03-21 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009227044A JP2009227044A (ja) 2009-10-08
JP5186690B2 true JP5186690B2 (ja) 2013-04-17

Family

ID=41090896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008073602A Active JP5186690B2 (ja) 2008-03-21 2008-03-21 ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8362786B2 (ja)
JP (1) JP5186690B2 (ja)
KR (1) KR101237277B1 (ja)
CN (1) CN101978118B (ja)
DE (1) DE112009000643T5 (ja)
WO (1) WO2009116495A1 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10361215A1 (de) * 2003-12-24 2005-07-28 Daimlerchrysler Ag Elektrische Einrichtung und Betriebsverfahren
JP5419745B2 (ja) * 2010-02-22 2014-02-19 三菱重工業株式会社 シリーズハイブリッド車両の制御装置
JP5285655B2 (ja) * 2010-05-14 2013-09-11 株式会社小松製作所 作業車両
JP5226733B2 (ja) * 2010-05-20 2013-07-03 株式会社小松製作所 ハイブリッド建設機械およびハイブリッド建設機械の蓄電器容量計測方法
JP5425721B2 (ja) * 2010-06-22 2014-02-26 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
JP5174875B2 (ja) * 2010-09-17 2013-04-03 日立建機株式会社 ハイブリッドホイールローダ
DE102010042297A1 (de) * 2010-10-12 2012-04-12 Robert Bosch Gmbh Rekuperatorsystem und Verfahren zur Steuerung desselben
KR101210139B1 (ko) 2010-10-28 2012-12-07 기아자동차주식회사 오일펌프용 릴리프밸브
CN103548232B (zh) * 2011-01-28 2016-03-16 住友重机械工业株式会社 挖土机
JP5562272B2 (ja) * 2011-03-01 2014-07-30 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械
WO2013002149A1 (ja) * 2011-06-28 2013-01-03 住友重機械工業株式会社 ショベル及びショベルの制御方法
JP5880008B2 (ja) * 2011-12-19 2016-03-08 マツダ株式会社 車載用電源の制御装置
JP5778570B2 (ja) * 2011-12-20 2015-09-16 日立建機株式会社 建設機械
JP5855487B2 (ja) * 2012-02-17 2016-02-09 日立建機株式会社 電動駆動式作業車両
WO2013145140A1 (ja) * 2012-03-27 2013-10-03 三菱電機株式会社 蓄電デバイスの寿命診断方法
JP6071327B2 (ja) * 2012-08-22 2017-02-01 ナブテスコ株式会社 ハイブリッド型建設機械制御方法およびハイブリッド型建設機械
JP5505478B2 (ja) * 2012-10-16 2014-05-28 国立大学法人 新潟大学 二次電池テスター
JP5956386B2 (ja) * 2013-07-11 2016-07-27 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業機
JP6565675B2 (ja) * 2013-07-23 2019-08-28 株式会社Gsユアサ 蓄電素子の劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システム
EP2887526B1 (en) * 2013-12-19 2019-04-03 ABB Schweiz AG Method and power converter for determining cell capacitor degradation in a converter cell
US9547037B2 (en) * 2014-02-19 2017-01-17 Nxp Usa, Inc. System and method for evaluating a capacitive interface
KR102238170B1 (ko) * 2014-03-06 2021-04-07 스미토모 겐키 가부시키가이샤 쇼벨
JP6225856B2 (ja) * 2014-08-29 2017-11-08 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械
MX370181B (es) 2015-05-28 2019-12-04 Joy Global Longview Operations Llc Maquina de mineria y sistema de almacenamiento de energia para la misma.
CA2993505C (en) * 2015-07-31 2022-05-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Storage-battery evaluation device, energy storage system, and storage-battery evaluation method
WO2018216208A1 (ja) * 2017-05-26 2018-11-29 三菱電機株式会社 電力変換装置
DE102017221096A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 Ziehl-Abegg Se Verfahren und Bewertungseinheit zum Ermitteln der Restlebensdauer eines Kondensators sowie System
DE102019220536A1 (de) * 2019-12-23 2021-06-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren, Computerprogramm, elektronisches Speichermedium und Vorrichtung zur Erkennung des Abrisses einer Energiereserveeinrichtung
JP2023051546A (ja) * 2021-09-30 2023-04-11 ミネベアミツミ株式会社 電源装置及び電源装置の制御方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3111082B2 (ja) * 1991-04-24 2000-11-20 松下電工株式会社 容量表示回路
JPH06242193A (ja) * 1993-02-23 1994-09-02 Toyota Motor Corp 残存容量計
JP2000013910A (ja) * 1998-06-19 2000-01-14 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド駆動車両の制御装置
JP3673895B2 (ja) * 1999-12-09 2005-07-20 三菱自動車工業株式会社 車載バッテリの劣化判定装置
JP4172222B2 (ja) * 2002-08-08 2008-10-29 日産自動車株式会社 電動車両の制御装置
JP2004236381A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Honda Motor Co Ltd 蓄電池の充放電制御装置および車両用蓄電池の充放電制御装置
JP4043977B2 (ja) 2003-03-11 2008-02-06 株式会社日本自動車部品総合研究所 二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法
JP2005077128A (ja) 2003-08-28 2005-03-24 Yazaki Corp バッテリ状態検出装置及びその方法
JP4286842B2 (ja) * 2005-03-30 2009-07-01 株式会社ピーシーエヌ 車載バッテリー管理装置
JP2007155586A (ja) 2005-12-07 2007-06-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 作業機械及び作業機械の運転開始方法
JP4524679B2 (ja) * 2006-03-15 2010-08-18 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド建設機械

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100105718A (ko) 2010-09-29
JP2009227044A (ja) 2009-10-08
KR101237277B1 (ko) 2013-02-27
US20110018551A1 (en) 2011-01-27
DE112009000643T5 (de) 2011-01-13
WO2009116495A1 (ja) 2009-09-24
CN101978118A (zh) 2011-02-16
US8362786B2 (en) 2013-01-29
CN101978118B (zh) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5186690B2 (ja) ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置
JP5527412B2 (ja) 二次電池の診断装置および診断方法、車両
JP5453232B2 (ja) 電動車両
US7964985B2 (en) Power supply control device and method of detecting abnormality of relay
JP4831824B2 (ja) バッテリー制御装置及びこれを備えたハイブリッド式フォークリフト
JP5267675B2 (ja) 車両の充電システムおよびそれを備える電動車両
CA2911887A1 (en) Fuel cell system, fuel cell vehicle, and control method for fuel cell system
US20110068740A1 (en) Power supply system for vehicle, electric vehicle having the same, and method of controlling power supply system for vehicle
WO2012144032A1 (ja) 車両の制御装置
EP3121958B1 (en) Working machine
JP5989320B2 (ja) 車両用制御装置および残容量推定方法
JP5347186B2 (ja) 蓄電装置の温度検出方法および装置並びにハイブリッド建設機械における蓄電装置の温度検出装置
JP6186248B2 (ja) インバータの異常判定装置
JP2009303306A (ja) 異常検出装置、これを搭載した車両及び異常検出方法
JP6646254B2 (ja) 車両のモータトルク推定装置
JP3750567B2 (ja) 二次電池の出力劣化演算装置および方法
JP3772730B2 (ja) 車両用バッテリの劣化診断装置
JP5454433B2 (ja) 二次電池の診断装置および診断方法
JP2006180665A (ja) ハイブリッド車両の充電装置
JP5871783B2 (ja) 電動式建設機械
JP2010119180A (ja) 車両の制御装置
JP6449598B2 (ja) 電動車両
JP5772333B2 (ja) 二次電池の制御装置
JP2008014710A (ja) 電池残量検知装置、電池残量検知方法及び電池式駆動装置
JP2008306865A (ja) 車両の走行制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120717

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120912

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121227

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5186690

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3