JP6162969B2 - Work machine - Google Patents
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Description
本発明は蓄電装置に蓄えた電力で駆動する電動アクチュエータを備える作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine including an electric actuator that is driven by electric power stored in a power storage device.
近年、省エネ等の観点から、キャパシタやバッテリ等の蓄電装置に蓄えた電力で電動アクチュエータを駆動する作業機械が開発されてきている。例えば、ハイブリッド建設機械には、エンジンの他に蓄電装置を備え、当該蓄電装置に蓄えられた電力を利用して電動機（電動アクチュエータ）を駆動し、これにより上部旋回体を旋回駆動している油圧ショベルがある。 In recent years, work machines that drive electric actuators with electric power stored in power storage devices such as capacitors and batteries have been developed from the viewpoint of energy saving. For example, a hybrid construction machine includes a power storage device in addition to an engine, and uses an electric power stored in the power storage device to drive an electric motor (electric actuator), thereby rotating the upper swing body. There is an excavator.
この種の建設機械に関する技術としては、発電機の電力が所定値以下のときに作業内容に応じて作業速度を制限する作業速度制御手段を備えるものがあり、当該作業速度制御手段を利用して、バッテリの過放電が生じない程度に電動機の消費電力を保持することで、バッテリ劣化の抑制を図ったものがある。すなわち、一般的に、エンジン回転数が低いときに電動アクチュエータを駆動しようとすると、エンジン回転数の上昇に時間がかかり一時的に発電量が不足してバッテリから急激な放電が生じるおそれがあるが、当該技術は、作業速度制御手段によって電動アクチュエータの動作速度を抑制することでバッテリ劣化の防止を図っている（特開２００１−３３９６号公報）。 As a technology related to this type of construction machine, there is one having a work speed control means for limiting the work speed according to the work content when the power of the generator is below a predetermined value, and using the work speed control means. In some cases, the battery deterioration is suppressed by maintaining the electric power consumption of the electric motor to such an extent that the battery is not overdischarged. That is, generally, when an electric actuator is driven when the engine speed is low, it takes a long time to increase the engine speed, and there is a possibility that the power generation amount is temporarily insufficient and a rapid discharge is generated from the battery. In this technique, the work speed control means suppresses the operating speed of the electric actuator to prevent battery deterioration (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-3396).
また、他の技術としては、作業内容に応じてバッテリの放電量と充電量（発電機の発電量）を変化させて過充電及び過放電が発生することを抑制することで、バッテリ劣化の防止を図っているものがある（特開２００１−３３９７号公報）。 Another technique is to prevent battery deterioration by suppressing overcharge and overdischarge by changing the amount of discharge and charge of the battery (the amount of power generated by the generator) according to the work content. There is a thing which is aiming at (Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-3397).
上記の各技術はバッテリの過剰な充放電を防止することでハイブリッド作業機械におけるバッテリ劣化の抑制を図っている。しかしその一方で、バッテリに蓄えられたエネルギー（電力）をいかに有効に活用するかを考慮し、ハイブリッド作業機械の稼働予定時間や作業内容に応じてバッテリの残容量を計画的に使用することが求められる。例えば、過剰な放電でなくても、短時間にバッテリを使い過ぎると、稼働予定時間に対してバッテリの残容量が不足する可能性がある。この場合には、作業途中から、エンジンで発電機を駆動して得られる電力で電動アクチュエータを駆動せざるを得なくなり、その後の作業は多くの燃料が必要となるため、エネルギー効率が低下する結果となる。一方、これとは逆に、作業時間中にバッテリ切れになることを懸念するあまり、バッテリの放電量を抑制しながら作業した場合には、作業終了後の残容量が過剰に余る等、バッテリに蓄えられたエネルギーが活かされず作業効率が低下する場合がある。 Each of the above technologies attempts to suppress battery deterioration in a hybrid work machine by preventing excessive charging / discharging of the battery. However, on the other hand, considering how to effectively use the energy (electric power) stored in the battery, the remaining capacity of the battery can be used in a planned manner according to the scheduled operation time and work contents of the hybrid work machine. Desired. For example, even if the battery is not excessively discharged, if the battery is used too much in a short time, the remaining capacity of the battery may be insufficient with respect to the scheduled operation time. In this case, the electric actuator must be driven by the electric power obtained by driving the generator with the engine in the middle of the work, and the subsequent work requires a lot of fuel, resulting in a decrease in energy efficiency. It becomes. On the other hand, if you work while suppressing the amount of discharge of the battery because you are worried that the battery will run out during the work time, the remaining capacity after the work will be excessive. The stored energy may not be utilized and work efficiency may be reduced.
本発明の目的は、稼働予定時間内にバッテリの残容量が無くなることと、作業効率が必要以上に低下することを抑制できる作業機械を提供することにある。 The objective of this invention is providing the working machine which can suppress that the remaining capacity of a battery is lose | eliminated within the scheduled operation time, and that work efficiency falls more than necessary.
（１）本発明は、上記目的を達成するために、蓄電装置と、当該蓄電装置からの電力供給によって駆動される電動アクチュエータと、前記蓄電装置の時間あたりの放電電力の最大値を設定するための入力装置と、前記蓄電装置の時間あたりの放電電力を前記入力装置による設定値以下に制御するとともに、前記蓄電装置の残容量および前記設定値に基づいて前記作業機械の稼働予定時間を算出する制御装置と、前記制御装置で算出された前記作業機械の稼働予定時間が表示される表示装置とを備えるものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention sets a power storage device, an electric actuator driven by power supply from the power storage device, and a maximum value of discharge power per time of the power storage device. And the discharge power per hour of the power storage device is controlled to be equal to or less than a set value by the input device, and the scheduled operation time of the work machine is calculated based on the remaining capacity of the power storage device and the set value A control device and a display device for displaying a scheduled operation time of the work machine calculated by the control device are provided.
（２）上記（１）において、好ましくは、エンジンによって駆動される発電電動機をさらに備え、前記制御装置は、前記電動アクチュエータの要求電力が前記入力装置による設定値を上回るとき、前記要求電力と当該設定値の差分に相当する電力を前記発電電動機で発生し、前記電動アクチュエータに供給するものとする。 (2) In the above (1), preferably, the apparatus further includes a generator motor driven by an engine, and the control device, when the required power of the electric actuator exceeds a set value by the input device, Electric power corresponding to a difference between set values is generated by the generator motor and supplied to the electric actuator.
（３）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記蓄電装置の劣化度に応じて当該蓄電装置の残容量を補正し、当該補正後の残容量に基づいて前記稼働予定時間を算出するものとする。 (3) In the above (1) or (2), preferably, the control device corrects a remaining capacity of the power storage device according to a degree of deterioration of the power storage device, and based on the corrected remaining capacity, The scheduled operation time shall be calculated.
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記入力装置は、前記作業機械の作業内容に応じて定められた複数の作業モードのうち１つを選択するためのモード選択スイッチであり、当該スイッチによって選択された作業モードに応じて前記蓄電装置の時間あたりの放電電力の最大値が設定されるものとする。 (4) In any one of the above (1) to (3), preferably, the input device is a mode for selecting one of a plurality of work modes determined according to the work content of the work machine. It is a selection switch, and the maximum value of the discharge power per hour of the power storage device is set according to the work mode selected by the switch.
（５）上記（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記電動アクチュエータの要求電力が前記入力装置による設定値を下回るとき、前記要求電力と当該設定値の差分に相当する電力を前記蓄電装置から前記発電電動機に供給して前記エンジンをアシスト駆動するものとする。 (5) In the above (2), preferably, when the required power of the electric actuator is lower than a set value by the input device, the control device stores power corresponding to a difference between the required power and the set value. It is assumed that the engine is assisted and driven from a device to the generator motor.
本発明によれば、稼働予定時間内にバッテリの残容量が無くなることと、作業効率が必要以上に低下することを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the remaining capacity of a battery is lose | eliminated within operation scheduled time, and work efficiency falls more than needed.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view of a hybrid hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention. The hydraulic excavator shown in this figure includes an articulated work device 1A having a
ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（ブームシリンダ）３ａにより駆動される。アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（アームシリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（バケットシリンダ）３ｃにより駆動される。上部旋回体１ｄは電動アクチュエータである旋回モータ（電動機）１６（図２参照）により旋回駆動され、下部走行体１ｅは左右の走行モータ（油圧モータ）３ｅ，３ｆ（図２参照）により駆動される。油圧シリンダ３ａ、油圧シリンダ３ｂ、油圧シリンダ３ｃ及び旋回モータ１６の駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４Ａ，４Ｂ（図２参照）によって制御される。
The
図２は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示す駆動制御システムは、操作装置４Ａ，４Ｂと、コントロールバルブ（スプール型方向切換弁）５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、油圧信号を電気信号に変換する圧力センサ１７，１８と、インバータ装置（電力変換装置）１３と、チョッパ１４と、バッテリ（蓄電装置）１５と、インバータ装置（電力変換装置）１２を備えており、制御装置として車体コントローラ（ＭＣＵ）１１、バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２及びエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１を備えている。
FIG. 2 is a schematic diagram of a drive control system for a hydraulic excavator according to the embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the previous figure, and description is abbreviate | omitted (the following figure is also the same). The drive control system shown in this figure includes
車体コントローラ（ＭＣＵ）１１、バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２及びエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１は、それぞれ、ハードウェア構成として、各種の制御プログラムを実行するための演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ）等を備えている（いずれも図示せず）。なお、ここでは各コントローラ１１，２１，２２は異なるハードウェアによって構成されるものとして説明するが、各コントローラ１１，２２，２１で実行される演算処理を共通のハードウェアで実行しても良い。
The vehicle body controller (MCU) 11, the battery controller (BCU) 22, and the engine controller (ECU) 21 each have a hardware configuration, an arithmetic processing unit (for example, CPU) for executing various control programs, and the control program And a storage device (for example, ROM, RAM) for storing various data (not shown). Here, the
操作装置４Ａ，４Ｂは、エンジン７に接続されたパイロットポンプ５１から供給される作動油を２次圧に減圧して油圧シリンダ３ａ、油圧シリンダ３ｂ、油圧シリンダ３ｃ及び旋回モータ１６を制御するための油圧信号（パイロット圧）を発生する。
The
操作装置４Ａは、油圧シリンダ３ａの駆動を制御するコントロールバルブ５Ａの受圧部と、油圧シリンダ３ｂの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｂの受圧部にパイロット管を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じて各コントロールバルブ５Ａ，５Ｂの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ａ，５Ｂは、操作装置４Ａから入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで油圧シリンダ３ａ，３ｂの駆動を制御する。
The
操作装置４Ｂは、油圧シリンダ３ｃの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｃの受圧部とパイロット管路を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じてコントロールバルブ５Ｃの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ｃは、操作装置４Ｂから入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで油圧シリンダ３ｃの駆動を制御する。
The operating device 4B is connected to the pressure receiving portion of the
また、操作装置４Ｂは、パイロット管路１９と、パイロット管路２０に接続されている。パイロット管路１９は、上部旋回体１ｄが左旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するもので、パイロット管路２０は、上部旋回体１ｄが右旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するものである。パイロット管路１９には圧力センサ１７が取り付けられており、パイロット管路２０には圧力センサ１８が取り付けられている。圧力センサ１７，１８は、操作装置４Ｂから出力される油圧信号の圧力を検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号を車体コントローラ１１に出力可能に構成されている。圧力センサ１７，１８から車体コントローラ１１に出力された電気信号は、インバータ装置１３を介して旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の駆動を制御する操作信号として利用される。
The operating device 4B is connected to the pilot pipeline 19 and the pilot pipeline 20. The pilot line 19 passes a hydraulic signal (pressure oil) that drives the turning
コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆの受圧部はパイロット管路を介して運転室内に設置された走行操作装置（図示せず）と接続されている。コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆは、当該走行操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで走行モータ３ｅ，３ｆの駆動を制御する。
The pressure receiving portions of the
バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２は、バッテリ１５の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を演算する機能や、バッテリ１５の劣化度（ＳＯＨ：State of Health）を演算する機能を有し、その演算結果を車体コントローラ１１に出力する。なお、ＳＯＣは（残容量［Ａｈ］／満充電容量［Ａｈ］）×１００と、ＳＯＨは（劣化時の満充電容量［Ａｈ］／初期の満充電容量［ＡＨ］）×１００と定義でき、各種公知の演算方法で推定することができる。
The battery controller (BCU) 22 has a function of calculating a remaining capacity (SOC: State of Charge) of the
ＳＯＣの公知の演算方法としては、バッテリ１５の充放電電流を計測して電流値を積算するものがある。当該充放電電流を計測する方法としては、バッテリ１５の入出力部分に取り付けた電流センサ（図示せず）によって直接的に計測するものや、バッテリ１５に接続されたモータの回転速度及びトルクから間接的に計測するものがある。また、ＳＯＨの公知の演算方法としては、例えば、特開２００８−２５６６７３号公報に記載されたものがあるが、ここでは詳細な説明は省略する。演算したＳＯＣやＳＯＨはバッテリコントローラ２２によってモニタ２３に適宜表示しても良い。また、バッテリ１５の劣化が大きい場合（ＳＯＨの値が小さい場合）には、作業に必要な電力を充分に確保できないおそれがある旨、オペレータに報知するように構成することが好ましい。
As a known calculation method of the SOC, there is a method of measuring the charge / discharge current of the
車体コントローラ（ＭＣＵ）１１は、圧力センサ１７，１８から入力される電気信号に基づいてインバータ装置１３を介して旋回モータ１６の駆動を制御する役割を有する。具体的には、圧力センサ１７から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを左旋回させ、圧力センサ１８から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを右旋回させる。また、車体コントローラ１１は、上部旋回体１ｄの旋回制動時には旋回モータ１６から電気エネルギーを回収する動力回生制御も行う。そして、その動力回生制御時に発生した回生電力や、発電電動機（動力変換機）１０によって発生された電力の余剰電力（例えば、油圧ポンプ６の負荷が軽い場合等）をバッテリ１５に充電する制御も行う。
The vehicle body controller (MCU) 11 has a role of controlling the driving of the turning
エンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１は、オペレータによってエンジン７の目標回転数が入力されるエンジン回転数入力装置（例えば、エンジンコントロールダイヤル（図示せず））等からの指令に従って、エンジン７が当該目標回転数で回転するように燃料噴射量とエンジン回転数を制御する部分である。
The engine controller (ECU) 21 controls the
エンジン（原動機）７の出力軸には発電電動機１０が連結されており、発電電動機１０の出力軸には油圧ポンプ６とパイロットポンプ４１が接続されている。
A
発電電動機１０は、エンジン７の動力を電気エネルギーに変換してインバータ装置１２，１３に電気エネルギーを出力する発電機としての機能に加え、バッテリ１５から供給される電気エネルギーを利用して、油圧ポンプ６（エンジン７）をアシスト駆動する電動機としての機能を有する。
The
油圧ポンプ６は、油圧アクチュエータである油圧シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ及び油圧モータ３ｅ，３ｆに圧油を供給するメインのポンプであり、パイロットポンプ４１は、操作装置４Ａ，４Ｂ及び走行操作装置を介してコントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆに操作信号として出力される圧油を供給する。なお、油圧ポンプ６に接続される油圧管路にはリリーフ弁８が設置されており、リリーフ弁８はその管路内の圧力が過度に上昇した場合にタンク９に圧油を逃がす。
The
インバータ装置１２は、車体コントローラ１１からの出力に基づいて発電電動機１０の駆動制御を行うもので、発電電動機１０を電動機として動作させる場合には、バッテリ１５の電気エネルギーを交流電力に変換して発電電動機１０に供給し、油圧ポンプ６をアシスト駆動する。
The
インバータ装置１３は、車体コントローラ１１からの出力に基づいて旋回モータ１６の駆動制御を行うもので、発電電動機１０及び蓄電装置１５の少なくとも一方から出力される電力を交流電力に変換して電動モータ１６に供給する。
The
チョッパ１４は、インバータ装置１２，１３が接続された直流電力ラインの電圧を制御するものである。バッテリ（蓄電装置）１５は、チョッパ１４を介してインバータ装置１２，１３に電力を供給したり、発電電動機１０が発生した電気エネルギーや発電機２５及び電動モータ１６から回生される電気エネルギーを蓄えたりする。バッテリ１５以外の蓄電装置としては、例えば、キャパシタを用いることができ、キャパシタ及びバッテリの両方を用いても良い。なお、蓄電装置としてバッテリを使用した場合には、キャパシタに比較して多くの電力を蓄えることができるため、作業効率や省エネ効果の向上が期待できる。
The
モード選択スイッチ（作業モード選択器）２９は、油圧ショベル（作業機械）の作業内容に応じて定められた複数の作業モードのうち１つをオペレータが選択するためのものである。作業モードは、例えば、作業量重視の重作業モード（パワーモード）、稼働時間重視の軽作業モード（ライトモード）、両者の中間に位置し効率重視のエコノミーモードがあり、バッテリ１５の時間あたりの放電量の最大値が作業モードごとに設定されている。前記の３つのモードのうち、重作業モードが最も放電量の最大値が大きく、エコノミーモード、軽作業モードの順番で放電量の最大値は小さく設定されている。なお、重作業モードの選択が推奨される作業としては例えば掘削作業や積込作業があり、軽作業モードの選択が推奨される作業としては例えばならし作業がある。ここでは、上記３つのモード（重作業モード、エコノミーモード、軽作業モード）が存在することを前提として説明する。 The mode selection switch (work mode selector) 29 is for the operator to select one of a plurality of work modes determined according to the work content of the hydraulic excavator (work machine). The work modes include, for example, a heavy work mode (power mode) emphasizing work amount, a light work mode (light mode) emphasizing operating time, and an economy mode emphasizing efficiency positioned between the two. The maximum discharge amount is set for each work mode. Among the three modes, the maximum value of the discharge amount is set to be the largest in the heavy work mode, and the maximum value of the discharge amount is set to be small in the order of the economy mode and the light work mode. For example, excavation work and loading work are recommended as the work recommended to select the heavy work mode, and the leveling work is recommended as the work recommended to select the light work mode. Here, description will be made on the assumption that the above three modes (heavy work mode, economy mode, and light work mode) exist.
モード選択スイッチ２９を介して入力された作業モード（蓄電装置の時間あたりの放電量の最大値）は車体コントローラ１１に出力される。なお、モード選択スイッチ２９は、作業モードが選択可能なものであればどのようなものでも良く、例えば、図２に示したダイヤル式のものや、モニタ（表示装置）２３を利用したタッチパネル式のもの等でも良い。上記の例では、３つの作業モードが選択できる場合を挙げたが、いうまでもなく選択可能な作業モード（蓄電装置の時間あたりの放電量の最大値）はこれだけに限らない
また、上記ではモード選択スイッチ２９を介して車体コントローラ１１に作業モード（蓄電装置の時間あたりの放電量の最大値）を入力することとしたが、各作業モードと油圧ショベルの稼働予定時間を関連付け、当該稼働予定時間のいずれかを入力することで間接的に作業モードが入力可能な他の入力装置を代わりに備えても良い。この場合には、当該他の入力装置で選択された稼働予定時間によって間接的に作業モードが決定され、車体コントローラ１１は当該作業モードに基づいて後述する目標残容量演算処理を実行することになる。
The work mode (the maximum discharge amount per hour of the power storage device) input via the
ここで車体コントローラ１１の有する他の機能について説明する。図３は本発明の実施の形態に係る車体コントローラ１１の機能ブロック図である。この図に示すように、車体コントローラ１１は、各種制御プログラムを実行することで、稼働時間演算部６１、要求電力演算部６２、指令値演算部６３、指令値演算部６４、最大値記憶部６５として機能することがある。
Here, other functions of the
稼働時間演算部６１は、モード選択スイッチ２９を介して入力された作業モードに係るバッテリ１５の時間あたりの放電電力の最大値と、バッテリ１５の残容量に基づいて油圧ショベルの稼働予定時間を算出する機能を有する部分である。稼働時間演算部６１は、バッテリコントローラ２２から出力されるＳＯＣ及びＳＯＨと、モード選択スイッチ２９から出力される作業モードの入力を受けて、当該ＳＯＣ及びＳＯＨと作業モード（バッテリ１５の時間あたりの放電電力の最大値）に基づいて稼働予定時間を算出する。
The operation
最大値記憶部６５（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ）には、モード選択スイッチ２９で選択可能な各作業モードに係るバッテリ１５の時間あたりの放電電力の最大値Ｗｋ（ｋ＝１、２、…）が記憶されている。本実施の形態では、重作業モードの放電電力の最大値であるＷ１（ｋ＝１）と、エコノミーモードの当該値であるＷ２（ｋ＝２）と、軽作業モードの当該値であるＷ３（ｋ＝３）が記憶されている。最大値記憶部６５に記憶された最大値Ｗｋは、各部（例えば、指令値演算部６３，６４、稼働時管演算部６１）の要求に応じて適宜読み出される。
In the maximum value storage unit 65 (for example, ROM, RAM), the maximum value Wk (k = 1, 2,...) Of discharge power per hour of the
稼働予定時間の算出方法としては、ＢＣＵ２２から入力されるＳＯＣのときに、モード選択スイッチ２９を介して選択された作業モードに係る放電電力の最大値Ｗｋを継続して放電した場合に、どの程度の時間の放電が可能かに基づいて算出するものがある。すなわち、ＳＯＣ（及びＳＯＨ）から推定されるバッテリ１５の電力量を作業モードに係る放電電力の最大値Ｗｋで除する方法である。
As a calculation method of the scheduled operation time, when SOC is input from the
図９はバッテリ１５の目標残容量の時間変化と稼働予定時間の一例を示す図である。ここでは、稼働予定時間Ｔ［ｈ］の経過時におけるバッテリ１５の目標残容量（最終目標残容量（図９参照））を所望の値に設定し（当該最終目標残容量は任意に変更可能としても良い）、バッテリ１５の残容量が現在値（ＢＣＵ２２からのＳＯＣ，ＳＯＨから算出される実際の残容量）から当該最終目標残容量まで最大値Ｗｋの割合で単調に減少するように決定している。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a change in the target remaining capacity of the
稼働時間演算部６１で算出された稼働予定時間はモニタ（表示装置）２３に適宜出力される。これによりモニタ２３には、稼働時管演算部６１で算出された稼働予定時間が表示される。
The scheduled operation time calculated by the operation
ところで、バッテリ１５の満充電容量は劣化の進行に応じて初期状態から低下するので、ＳＯＣが同じでもＳＯＨが異なれば実際のバッテリ１５の残容量は異なることになる。すなわち、ＳＯＣが同じ値のときは、ＳＯＨが小さいもの（劣化が進行しているもの）の方が実際のバッテリ残容量は小さくなる。図１０はＳＯＣが同じでバッテリ１５の劣化が無い場合（ＳＯＨ＝１００）と劣化が進行した場合（ＳＯＨ＝６０）について実際のバッテリ残容量を比較した図である。この図に示すように、バッテリ１５の劣化が進行すると同じＳＯＣを示していても実際の残容量は低下してしまう。そのため、稼働時間演算部６１において上記のように稼働予定時間を算出する場合には、ＳＯＨの値を考慮して実際の残容量を推定し（すなわち、ＳＯＨが小さいほど実際の残容量も小さくなる）、当該推定した残容量に基づいて油圧ショベルの稼働予定時間を決定することが、残容量管理を正確に行う観点から好ましい。なお、ここでは、稼働時間演算部６１で残容量の補正を行う場合について説明したが、バッテリコントローラ２２においてＳＯＨを利用することで当該補正を実行して実際のバッテリ１５の残容量を推定し、当該推定した残容量を稼働時間演算部６１に出力するように構成しても良い。
By the way, since the full charge capacity of the
要求電力演算部６２は、制御周期ごとの旋回モータ１６の要求電力Ｗｄを操作装置４Ｂの操作量等に基づいて算出する機能を有する部分である。図３に示す要求電力演算部６２には圧力センサ１７，１８からの出力が入力されている。本実施の形態では、圧力センサ１７，１８が操作装置４Ｂの操作量検出手段として機能しており、要求電力演算部６２は、当該圧力センサ１７，１８の出力値から操作装置４Ｂの操作量を検出し、当該操作量の大きさに比例させて旋回モータ１６の要求電力Ｗｄを算出している。要求電力演算部６２で算出された要求電力Ｗｄは指令値演算部６４に出力される。
The required
なお、本実施の形態では、操作装置４Ｂから出力されるパイロット圧（油圧操作信号）を圧力センサ１７，１８によって電気信号に変換することで操作装置４Ｂの操作量を検出しているが、操作装置４Ｂの操作量に応じた電気操作信号を車体コントローラ１１に直接出力する構成を採用しても良い。この場合には、操作装置４Ｂにおける操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）を利用することができる。また、本実施の形態では、操作装置４Ｂに２つの油圧センサ１７，１８を備えているが、例えば、油圧センサと上記位置センサの組合せ等、検出方式の異なるセンサを組み合わせて用いることもできる。このようにすればシステムの信頼性を向上できる。
In the present embodiment, the pilot pressure (hydraulic operation signal) output from the operation device 4B is converted into an electrical signal by the
指令値演算部（第１指令値演算部）６４は、旋回モータ（電動アクチュエータ）１６を制御するためのインバータ装置１３に出力する指令値を演算する部分である。指令値演算部６４は、インバータ装置１３とともに、旋回モータ１６を制御するための電動機制御手段として機能する。指令値演算部６４は、作業モードごとのバッテリ１５の時間あたりの放電電力の最大値Ｗｋと旋回モータ１６の要求電力Ｗｄの偏差に基づいてインバータ装置１３への指令値を演算している。
The command value calculation unit (first command value calculation unit) 64 is a part that calculates a command value output to the
図４は本発明の実施の形態に係る車体コントローラ１１で実行される旋回モータ１６の制御処理のフローチャートである。オペレータが操作装置４Ｂを操作することで油圧ショベルの上部旋回体１ｄの旋回を指示すると、２つの圧力センサ１７，１８の一方の検出値が上昇する。車体コントローラ１１は、要求電力演算部６２において、圧力センサ１７，１８の出力を入力し（Ｓ７０１）、これに基づいて旋回モータ１６の要求電力Ｗｄを算出する（Ｓ７０２）。ここで算出された要求電力Ｗｄは指令値演算部６４に出力される。
FIG. 4 is a flowchart of the control process of the turning
車体コントローラ１１は、指令値演算部６４において、モード選択スイッチ２９から入力される作業モードに基づいて、当該作業モードに対応する放電電力の最大値Ｗｋを最大値記憶部６５から読み出して取得する。例えば、重作業モードが選択されている場合には、最大値Ｗ１が読み出される（Ｓ７０３）。なお、図４では、Ｓ７０３はＳ７０２の後に実行されているが、Ｓ７０２と同時又は前に実行しても構わない。
The
Ｓ７０３が終了したら、車体コントローラ１１は、指令値演算部６４において、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの大小を比較する処理を実行する（Ｓ７０４）。両者の大小の比較の方法としては、最大値Ｗｋから要求電力Ｗｄを減じる演算を実行し、当該演算結果（最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの偏差）の符号を判定するものがある。すなわち、符号が正であれば最大値Ｗｋが大きく、符号が負であれば要求電力Ｗｄが大きいことになる。
When S703 ends, the
Ｓ７０４においてＷｋが大きいと判定された場合には、指令値演算部６４は要求電力Ｗｄをインバータ装置１３出力する（Ｓ７０５）。これにより旋回モータ１６はオペレータが所望するパワー（トルクと回転数の積）を出力する。
When it is determined in S704 that Wk is large, the command
一方、Ｓ７０４において要求電力Ｗｄが大きいと判定された場合には、Ｗｋをインバータ装置１３に出力する（Ｓ７０６）。これにより、旋回モータ１６はオペレータが所望する値より小さいパワーを出力し、バッテリ１５の時間あたりの放電電力は最大値Ｗｋ以下に常に制御される。なお、旋回モータ１６のパワー（出力）は、トルクと回転数の積で表されるので、この場合、トルクと回転数のうち少なくとも一方が制限されることになる。
On the other hand, if it is determined in S704 that the required power Wd is large, Wk is output to the inverter device 13 (S706). Thereby, the turning
指令値演算部（第２指令値演算部）６３は、発電電動機１０を制御するためにインバータ装置１２に出力する指令値を演算する部分である。指令値演算部６３は、インバータ装置１２とともに、発電電動機１０を制御するための発電電動機制御手段として機能する。
The command value calculation unit (second command value calculation unit) 63 is a part that calculates a command value to be output to the
指令値演算部６３は、作業モードごとのバッテリ１５の時間あたりの放電電力の最大値Ｗｋと旋回モータ１６の要求電力Ｗｄの偏差に基づいてインバータ装置１２への指令値を演算することがある。この場合について図５を用いて説明する。
The command
図５は本発明の実施の形態に係る車体コントローラ１１で実行される発電電動機１０の制御処理のフローチャートである。図に示した処理が開始されると、指令値演算部６３（車体コントローラ１１）は、要求電力演算部６２で算出された要求電力Ｗｄを入力しつつ（Ｓ８０１）、モード選択スイッチ２９で選択された作業モードに対応する放電電力の最大値Ｗｋを最大値記憶部６５から入力する（Ｓ８０２）。なお、図５では、Ｓ８０２はＳ８０１の後に実行されているが、Ｓ８０１と同時又は前に実行しても構わない。
FIG. 5 is a flowchart of the control process of the
Ｓ８０２が終了したら、指令値演算部６３は、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの大小を比較する処理を実行する。ここでは、両者の大小の比較の方法としては、最大値Ｗｋから要求電力Ｗｄを減じる演算を実行し（Ｓ８０３）、当該演算結果（最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの偏差）の符号の判定している（Ｓ８０４）。すなわち、符号が正であれば最大値Ｗｋが大きく、符号が負であれば要求電力Ｗｄが大きいことになる。
When S802 ends, the command
Ｓ８０４において、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの偏差の符号が正の場合には、要求電力Ｗｄが最大値Ｗｋを下回ることになるため、指令値演算部６３はインバータ装置１２にアシスト指令を出力する（Ｓ８０５）。これにより、発電電動機１０は、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの差分の大きさに相当する電力の供給をバッテリ１５から受け、エンジン７のアシスト駆動を行う。これにより、エンジン７の燃料消費量を抑制することができる。
In S804, when the sign of the deviation between the maximum value Wk and the required power Wd is positive, the required power Wd falls below the maximum value Wk, so the command
一方、Ｓ７０４において、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの偏差の符号が負の場合には、要求電力Ｗｄが最大値Ｗｋを上回ることになるため、指令値演算部６３はインバータ装置１２に発電指令を出力する（Ｓ８０６）。これにより、発電電動機１０は、最大値Ｗｋと要求電力Ｗｄの差分の大きさに相当する電力を発生し、当該電力を旋回モータ１６に供給することで上部旋回体１ｄの旋回駆動のサポートを行う。
On the other hand, in S704, when the sign of the deviation between the maximum value Wk and the required power Wd is negative, the required power Wd exceeds the maximum value Wk. Therefore, the command
なお、ここでは、放電電力の最大値Ｗｋから要求電力Ｗｄを減じた値の正負に基づいて発電電動機１０による発電とエンジンアシストの双方を行う場合について説明したが、発電とエンジンアシストの一方のみを行い、他方を行わないように構成しても良い。
Here, the case where both the power generation by the
次の本実施の形態の作用及び効果について図６〜８を用いて説明する。
図６は油圧ショベルの稼働中における放電電力の最大値Ｗｋ（ｋ＝１，３）に対する要求電力Ｗｄの変化を模式的に示した図である。図６〜８の場合は、すべて、モード選択スイッチ２９によって「軽作業モード」が選択されており、放電電力の最大値はＷ３に設定されているものとする。図６では、時刻０〜ｔ１の区間と、時刻ｔ２〜Ｔの区間において、要求電力Ｗｄが最大値Ｗ３を上回っている。
The operation and effect of the next embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a change in the required power Wd with respect to the maximum value Wk (k = 1, 3) of the discharge power during operation of the hydraulic excavator. 6 to 8, it is assumed that the “light work mode” is selected by the
図７は、需要電力Ｗｄが図６のように変化した場合において、旋回モータ１６に実際に供給される電力の変化を模式的に示した図である。この図の例では、図４に示した旋回モータ１６の制御のみが行われ、図５に示した発電道動機１０の制御は行われていないものとする。そのため、図７に示すように、要求電力Ｗｄが最大値Ｗ３を上回る時刻０〜ｔ１の区間と時刻ｔ２〜Ｔの区間では、図４のＳ７０４，７０６の処理が実行され、旋回モータ１６に供給される電力が最大値Ｗ３に制限される。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a change in power actually supplied to the turning
このように、図４に示した制御のみを行う場合には、バッテリ１５から放電される電力の最大値が作業モードごとに設定されるので、モード選択スイッチ９によって選択された作業モードの放電電力の最大値に基づいて稼働予定時間を算出できる（例えば、現在のバッテリ１５のＳＯＣから当該最大値を放電し続ける場合を想定することで、当該作業モードでの最短稼働時間を予測することができる。）。そして、算出された稼働予定時間は、モニタ２３を介してオペレータに報知されるため、オペレータの意図に反して作業中に電力不足となることを防止することができる。また、稼働予定時間がオペレータの所望する時間より短い場合には、放電電力の最大値が相対的に小さい作業モードに変更することで稼働予定時間を延長することもでき、オペレータの要求に合わせて稼働時間を調節することも可能となる。したがって、本実施の形態によれば、稼働予定時間内にバッテリ１５の残容量が無くなることと、油圧ショベルの作業効率が必要以上に低下することを抑制できる。
As described above, when only the control shown in FIG. 4 is performed, the maximum value of the power discharged from the
図１１は重作業モードと軽作業モードを選択した場合における稼働予定時間の一例を示す図である。この図において符号９１が付された直線は、軽作業モードの場合のバッテリ１５の残容量の時間変化であり、符号９２が付された直線は重作業モードの場合の残容量の時間変化である。図１１において、重作業モードの場合の放電電力の最大値Ｗ１は軽作業モードの場合の値（Ｗ３）より大きいため、稼働予定時間Ｔ２が軽作業モードの時間Ｔ１より短くなる。これにより、入力装置２９を介して重作業モードを選択した場合には、単位時間当たりのバッテリ出力を大きくなるので、作業時間よりも作業効率を優先させることができる。一方、軽作業モードを選択した場合には、単位時間当たりのバッテリ出力を小さくすることができるので、作業効率よりも作業時間を優先させることができる。したがって、このように油圧ショベルを構成すれば、オペレータの所望する作業内容の負荷に合わせて効率良くバッテリ１５の容量を使用することができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the scheduled operation time when the heavy work mode and the light work mode are selected. In this figure, a straight line denoted by reference numeral 91 is a time variation of the remaining capacity of the
図８は、需要電力Ｗｄが図６のように変化した場合において、旋回モータ１６に実際に供給される電力の変化を模式的に示した図である。この図の例では、図４に示した旋回モータ１６の制御と、図５に示した発電道動機１０の制御が行われているものとする。そのため、図８に示すように、要求電力Ｗｄが最大値Ｗ３を上回る時刻０〜ｔ１の区間と時刻ｔ２〜Ｔの区間では、図５のＳ８０４，８０６の処理が実行され、インバータ装置１２に発電指令が出力される。また、要求電力Ｗｄが最大値Ｗ３を下回る時刻ｔ１〜ｔ２の区間では、図５のＳ８０４，８０５の処理が実行され、インバータ装置１２にアシスト指令が出力される。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a change in the power actually supplied to the turning
このように、図４だけでなく図５に示した制御を行う場合にも、稼働予定時間内にバッテリ１５の残容量が無くなることと、油圧ショベルの作業効率が必要以上に低下することを抑制できる。特に、図８に示した場合には、旋回モータ１６の要求電力Ｗｄが変動しても、当該変動は発電電動機１０の発電又は駆動で吸収される。そのため、バッテリ１５の出力は略一定に保持すれば良いので、バッテリ残容量の制御は極めて容易である。
Thus, even when the control shown in FIG. 5 as well as FIG. 4 is performed, the remaining capacity of the
なお、上記の説明では、バッテリ１５の電力で駆動される電動アクチュエータが１つの場合について説明したが、複数の電動アクチュエータが駆動される場合についても本発明は適用が可能である。この場合には、各電動アクチュエータの要求電力の合計値（合計要求電力）を要求電力演算部６２で算出し、当該合計要求電力と最大値Ｗｋ（ｋ＝１，２，…）を比較すれば良い。つまり、最大値Ｗｋが上回るときには当該差分に相当する電力を当該複数の電動アクチュエータのうち電力が不足するものに供給し、当該合計要求電力が最大値Ｗｋを下回るときには当該差分に相当する電力を発電電動機１０に供給してエンジン７をアシストするようにすれば良い。
In the above description, the case where there is one electric actuator driven by the electric power of the
また、上記の説明では、バッテリ１５の電力で駆動される電動アクチュエータが旋回モータ（電動機）１６の場合について説明したが、その他の電動アクチュエータ（例えば、電動リニアアクチュエータ、電動ポンプ）を備える場合についても本発明は適用が可能である。さらに、上記の説明ではハイブリッド式作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明したが、蓄電装置の電力で駆動される電動アクチュエータを備えるその他のハイブリッド式作業機械にも適用可能なことは言うまでも無い。
In the above description, the case where the electric actuator driven by the electric power of the
Ｗｋ バッテリの時間あたりの放電電力の最大値
Ｗｄ 要求電力
Ｔ 稼働予定時間
１ｄ 上部旋回体
４Ａ，４Ｂ 操作装置
７ エンジン
１０ 発電電動機
１１ 車体コントローラ
１５ バッテリ
１６ 旋回モータ（電動アクチュエータ）
１７ 圧力センサ
１８ 圧力センサ
２２ バッテリコントローラ
２９ モード選択スイッチ
６１ 稼働時間演算部
６２ 要求電力演算部
６３ 指令値演算部
６４ 指令値演算部
６５ 最大値記憶部
Wk Maximum discharge power per hour Wd Required power T Expected
17
Claims (5)
前記エンジンによって駆動される発電電動機と、
蓄電装置と、
当該蓄電装置または前記発電電動機からの電力供給によって駆動される電動アクチュエータと、
作業機械の作業内容に応じて定められた複数の作業モードのうち１つを選択するためのモード選択スイッチと、
前記モード選択スイッチで選択された作業モードごとに前記蓄電装置の時間あたりの放電電力を制御するとともに、前記選択された作業モードごとに制御される前記蓄電装置の時間あたりの放電電力および前記蓄電装置の残容量に基づいて前記作業機械の稼働予定時間を算出する制御装置と、
前記制御装置で算出された前記作業機械の稼働予定時間が表示される表示装置とを備えることを特徴とする作業機械。 Engine,
A generator motor driven by the engine;
A power storage device;
An electric actuator driven by power supply from the power storage device or the generator motor ;
A mode selection switch for selecting one of a plurality of work modes determined according to the work content of the work machine;
The discharge power per hour of the power storage device is controlled for each work mode selected by the mode selection switch, and the discharge power per time of the power storage device controlled for each of the selected work modes and the power storage device A control device that calculates a scheduled operation time of the work machine based on the remaining capacity of
A work machine comprising: a display device configured to display a scheduled operation time of the work machine calculated by the control device.
前記制御装置は、前記電動アクチュエータの要求電力が前記選択された作業モードごとに制御される前記蓄電装置の時間あたりの放電電力を上回るとき、前記要求電力と当該放電電力の差分に相当する電力を前記発電電動機で発生し、前記電動アクチュエータに供給することを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 1 ,
The control device, when the required power of the electric actuator exceeds the discharge power per hour of the power storage device controlled for each of the selected work modes, the power corresponding to the difference between the required power and the discharge power A work machine generated by the generator motor and supplied to the electric actuator.
前記制御装置は、前記蓄電装置の劣化度に応じて当該蓄電装置の残容量を補正し、その補正後の残容量に基づいて前記稼働予定時間を算出することを特徴とする作業機械。 In the work machine according to claim 1 or 2,
Wherein the control device, working machine, characterized in that in response to said degree of deterioration of power storage device corrects the remaining capacity of the power storage device, calculates the planned operating time based on the remaining capacity after the correction.
前記モード選択スイッチによって選択された作業モードに応じて前記蓄電装置の時間あたりの放電電力の最大値が設定されることを特徴とする作業機械。 The work machine according to any one of claims 1 to 3,
A work machine, wherein a maximum value of discharge power per hour of the power storage device is set according to a work mode selected by the mode selection switch.
前記制御装置は、前記電動アクチュエータの要求電力が前記選択された作業モードごとに制御される前記蓄電装置の時間あたりの放電電力を下回るとき、前記要求電力と当該放電電力の差分に相当する電力を前記蓄電装置から前記発電電動機に供給して前記エンジンをアシスト駆動することを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 2,
The control device, when the required power of the electric actuator is lower than the discharge power per hour of the power storage device controlled for each selected work mode, the power corresponding to the difference between the required power and the discharge power A working machine that supplies the generator motor from the power storage device to assist the engine.
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