KR20120054054A - 하이브리드형 건설기계에 있어서의 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

하이브리드형 건설기계에 있어서의 제어방법 및 제어장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드형 건설기계(100)에 있어서의 축전장치(19)의 내부저항을 측정하는 제어방법으로서, 오퍼레이터로부터의 하이브리드형 건설기계에 대한 조작이 없는 무조작상태에 있어서, 내부저항 계측패턴을 생성하는 패턴생성 스텝과, 상기 무조작상태에 있어서, 패턴생성 스텝에서 생성된 패턴에 근거하여, 발전기(12)의 출력을 변경하는 출력변경 스텝과, 발전기(12)의 출력변경의 전후에 있어서, 축전장치(19)에 있어서의 전류치와 전압치를 각각 검출하는 전류 등 검출 스텝과, 발전기(19)의 출력변경의 전후의 전류치와 전압치에 근거하여, 축전장치(19)의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정 스텝을 포함한다.

Description

하이브리드형 건설기계에 있어서의 제어방법 및 제어장치{Control method and control device for hybrid construction machine}
본 발명은, 하이브리드형 건설기계에 있어서의 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
종래부터, 차량에 탑재된 커패시터에 축전된 에너지를 이용하는 차량용 전동(電動)시스템에 있어서, 차량탑재용 커패시터의 충전전류를 정밀저항의 전압치로부터 구하고, 시스템 기동 후의 충전전류와 각 차량탑재용 커패시터의 전압의 초기변화에 근거하여, 차량탑재용 커패시터 각각의 정전용량 또는 내부저항을 구하는 차량탑재용 커패시터의 성능진단방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
또한, 2차전지에 흐르는 전류와, 전류에 대응한 2차전지의 단자전압의 세트 데이터를 복수 개 취득하는 공정과, 충방전시의 유효한 복수 개의 세트 데이터에 대하여 통계처리를 행하고, 통계처리에 의하여 구한 근사직선에 있어서의 기울기로부터 2차전지의 충방전시의 내부저항치를 산출하는 공정과, 충전시의 유효한 복수 개의 세트 데이터에 대하여 통계처리를 행하고, 통계처리에 의하여 구한 근사직선의 기울기로부터 2차전지의 충전시의 내부저항치를 산출하는 공정과, 충방전시의 내부저항치와 충전시의 내부저항치에 근거하여, 2차전지의 내부저항치를 산출하는 공정을 포함하는 2차전지의 상태 검출방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
일본 특허공개 2003-224902호 공보 일본 특허공개 2006-126172호 공보
그런데, 축전장치의 내부저항을 정밀도 좋게 측정하기 위해서는, 축전장치에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태로부터 충방전이 행하여지는 상태로 변화할 때의 변화 전후의 각 전류치?전압치를 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은, 축전장치에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태로부터 충방전이 행하여지는 상태로 변화할 때의 변화 전후의 각 전류치?전압치를 취득하여, 축전장치의 내부저항을 정밀도 좋게 측정할 수 있는 제어방법 및 제어장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 엔진과, 발전기와, 축전장치와, 상기 축전장치로부터의 전력을 이용하여 구동되는 구동부를 구비하는 하이브리드형 건설기계에 있어서의 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 제어방법으로서,
오퍼레이터로부터의 상기 하이브리드형 건설기계에 대한 조작이 없는 무조작상태에 있어서, 내부저항 계측패턴을 생성하는 패턴생성 스텝과,
상기 무조작상태에 있어서, 상기 패턴생성 스텝에서 생성된 패턴에 근거하여, 상기 발전기의 출력을 변경하는 출력변경 스텝과,
상기 출력변경 스텝에 의한 상기 발전기의 출력변경의 전후에 있어서, 상기 축전장치에 있어서의 전류치와 전압치를 각각 검출하는 전류 등 검출 스텝과,
상기 전류 등 검출 스텝에서 검출한 상기 발전기의 출력변경의 전후의 전류치와 전압치에 근거하여, 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 축전장치에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태로부터 충방전이 행하여지는 상태로 변화할 때의 변화 전후의 각 전류치?전압치를 취득하여, 축전장치의 내부저항을 정밀도 좋게 측정할 수 있는 제어방법 및 제어장치를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드형 건설기계(100)를 나타내는 측면도이다.
도 2는, 하이브리드형 건설기계(100)의 요부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은, 하이브리드형 건설기계(100)에 이용하는 커패시터(19)의 관련 구성(축전계(120))의 상세도이다.
도 4는, 컨트롤러(30)의 주요 제어의 한 예를 나타내는 제어 블록도이다.
도 5는, 컨트롤러(30)에 의하여 실현되는 커패시터(19)의 내부저항 계측처리의 요부의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은, 도 5에 나타내는 내부저항 산출방법을 시계열로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 실시예 1에 의한 내부저항 계측패턴의 생성 태양을 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시예 2에 의한 컨트롤러(30)의 주요 제어의 한 예를 나타내는 제어 블록도이다.
도 9는, 실시예 2에 의한 내부저항 계측패턴의 생성 태양을 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예 3에 의한 내부저항 계측패턴의 생성 태양을 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시예 4에 의한 내부저항 계측패턴의 생성 태양을 나타내는 도면이다.
도 12는, 모든 구동부가 유압에 의하여 작동하는 구성의 하이브리드형의 건설기계의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 13은, 붐 회생용 모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 회로도이다.
도 14는, 붐 회생용 모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 파형도이다.
도 15는, 냉각용 펌프모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 회로도이다.
도 16은, 냉각용 펌프모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 파형도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 설명을 행한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드형 건설기계(100)를 나타내는 측면도이다.
이 하이브리드형 건설기계(100)의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2A)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 또한, 상부선회체(3)에는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)과, 이들을 유압구동하기 위한 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)에 더하여, 캐빈(10) 및 동력원이 탑재된다.
도 2는, 제어장치를 포함하는 하이브리드형 건설기계(100)의 요부 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도 2에서는, 기계적 동력계를 이중선, 고압 유압라인을 실선, 파일럿 라인을 파선, 전기 구동?제어계를 일점쇄선으로 각각 나타낸다.
엔진(11)과, 전동발전기(12)는, 모두 변속기(13)의 입력축에 접속되어 있다. 또한, 이 변속기(13)의 출력축에는, 메인펌프(14) 및 파일럿 펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압 유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.
컨트롤밸브(17)는, 하이브리드형 건설기계(100)에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치로서, 이 컨트롤밸브(17)에는, 하부주행체(1)용 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)가 고압 유압라인을 통하여 접속된다.
또한, 전동발전기(12)에는, 인버터(18)를 통하여 커패시터(19)가 접속되어 있고, 또한, 커패시터(19)에는, 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다.
선회용 전동기(21)의 회전축(21a)에는, 리졸버(22), 메카니컬 브레이크(23), 및 선회 감속기(24)가 접속된다. 또한, 파일럿 펌프(15)에는, 파일럿 라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.
조작장치(26)에는, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)가 각각 접속된다. 이 압력센서(29)에는, 하이브리드형 건설기계(100)의 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)가 접속되어 있다.
이러한 하이브리드형 건설기계(100)는, 엔진(11), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)를 동력원으로 하는 하이브리드형의 건설기계이다. 이러한 동력원은, 도 1에 나타내는 상부선회체(3)에 탑재된다. 이하, 각 부에 대하여 설명한다.
엔진(11)은, 예컨대, 디젤엔진으로 구성되는 내연기관이며, 그 출력축은 변속기(13)의 일방의 입력축에 접속된다. 이 엔진(11)은, 하이브리드형 건설기계(100)의 운전중에는 상시 운전된다.
전동발전기(12)는, 역행(力行)운전 및 회생(回生)운전의 쌍방이 가능한 전동기이면 된다. 여기에서는, 전동발전기(12)로서, 인버터(18)에 의하여 교류구동되는 전동발전기를 나타낸다. 이 전동발전기(12)는, 예컨대, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM(Interior Permanent Magnetic) 모터로 구성할 수 있다. 전동발전기(12)의 회전축은 변속기(13)의 타방의 입력축에 접속된다.
변속기(13)는, 2개의 입력축과 하나의 출력축을 가진다. 2개의 입력축의 각각에는, 엔진(11)의 구동축과 전동발전기(12)의 구동축이 접속된다. 또한, 출력축에는 메인펌프(14)의 구동축이 접속된다. 엔진(11)의 부하가 큰 경우에는, 전동발전기(12)가 역행(力行)운전을 행하고, 전동발전기(12)의 구동력이 변속기(13)의 출력축을 거쳐서 메인펌프(14)에 전달된다. 이로써 엔진(11)의 구동이 어시스트된다. 한편, 엔진(11)의 부하가 작은 경우는, 엔진(11)의 구동력이 변속기(13)를 거쳐서 전동발전기(12)에 전달됨으로써, 전동발전기(12)가 회생(回生)운전에 의한 발전을 행한다. 전동발전기(12)의 역행운전과 회생운전의 전환은, 컨트롤러(30)에 의하여, 엔진(11)의 부하 등에 따라서 행하여진다.
메인펌프(14)는, 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 유압을 발생하는 펌프이다. 이 유압은, 컨트롤밸브(17)를 통하여 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 각각을 구동하기 위하여 공급된다.
파일럿 펌프(15)는, 유압조작계에 필요한 파일럿압을 발생하는 펌프이다. 이 유압조작계의 구성에 대해서는 후술한다.
컨트롤밸브(17)는, 고압 유압라인을 통하여 접속되는 하부주행체(1)용 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 각각에 공급하는 유압을 운전자의 조작입력에 따라서 제어함으로써, 이들을 유압구동제어하는 유압제어장치이다.
인버터(18)는, 상기 서술한 바와 같이 전동발전기(12)와 커패시터(19) 사이에 설치되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 이로써, 인버터(18)가 전동발전기(12)의 역행을 운전제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 커패시터(19)로부터 전동발전기(12)에 공급한다. 또한, 전동발전기(12)의 회생을 운전제어하고 있을 때에는, 전동발전기(12)에 의하여 발전된 전력을 커패시터(19)에 충전한다.
축전계(120)는, 커패시터(19)를 포함하고(도 3 참조), 인버터(18)와 인버터(20) 사이에 배치되어 있다. 이로써, 전동발전기(12)와 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 일방이 역행운전을 행하고 있을 때에는, 역행운전에 필요한 전력을 공급함과 함께, 또한, 적어도 어느 일방이 회생운전을 행하고 있을 때에는, 회생운전에 의하여 발생한 회생전력을 전기에너지로서 축적하기 위한 전원이다. 다만, 커패시터(19)는, 전기2중층 커패시터 등의 커패시터이어도 된다. 커패시터(19) 대신에, 납 배터리, 니켈수소 배터리, 리튬이온 배터리 등의 배터리가 사용되어도 된다.
인버터(20)는, 상기 서술한 바와 같이 선회용 전동기(21)와 커패시터(19) 사이에 설치되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 선회용 전동기(21)에 대하여 운전제어를 행한다. 이로써, 인버터(20)가 선회용 전동기(21)의 역행을 운전제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 커패시터(19)로부터 선회용 전동기(21)에 공급한다. 또한, 선회용 전동기(21)가 회생운전을 하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)에 의하여 발전된 전력을 커패시터(19)에 충전한다.
선회용 전동기(21)는, 역행운전 및 회생운전의 쌍방이 가능한 전동기이며, 상기 서술한 인버터(20)에 의하여 PWM(Pulse Width Modulation) 구동된다. 선회용 전동기(21)는, 바람직하게는, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM 모터이다. 선회용 전동기(21)는, 상부선회체(3)의 선회기구(2A)를 구동하기 위하여 설치되어 있다. 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전구동력의 회전력이 선회 감속기(24)에서 증폭되고, 상부선회체(3)가 가감속 제어되어 회전운동을 행한다. 또한, 상부선회체(3)의 관성회전에 의하여, 선회 감속기(24)에서 회전수가 증가되고 선회용 전동기(21)에 전달되어, 회생전력을 발생시킬 수 있다.
커패시터(19)의 충방전제어는, 커패시터(19)의 충전상태(SOC), 엔진(30)의 운전상태(엔진회전수), 전동발전기(12)의 운전상태(전동운전 또는 발전운전), 및, 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전) 등에 근거하여, 컨트롤러(30)에 의하여 행하여진다.
리졸버(22)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21a)의 회전위치 및 회전각도를 검출하는 센서이며, 선회용 전동기(21)와 기계적으로 연결함으로써 선회용 전동기(21)의 회전 전의 회전축(21a)의 회전위치와, 좌회전 또는 우회전한 후의 회전위치의 차를 검출함으로써, 회전축(21a)의 회전각도 및 회전방향을 검출하도록 구성되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21a)의 회전각도를 검출함으로써, 선회기구(2A)의 회전각도 및 회전방향이 도출된다.
메카니컬 브레이크(23)는, 기계적인 제동력을 발생시키는 제동장치이며, 선회용 전동기(21)의 회전축(21a)을 기계적으로 정지시킨다. 이 메카니컬 브레이크(23)는, 전자(電磁)식 스위치에 의하여 제동/해제가 전환된다. 이 전환은, 컨트롤러(30)에 의하여 행하여진다.
선회 감속기(24)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21a)의 회전속도를 감속하여 선회기구(2A)에 기계적으로 전달하는 감속기이다. 이로써, 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전력을 증력시켜서, 보다 큰 회전력으로서 선회체에 전달할 수 있다. 이와는 반대로, 회생운전시에는, 선회체에서 발생한 회전수를 증가시켜서, 보다 많은 회전동작을 선회용 전동기(21)에 발생시킬 수 있다.
선회기구(2A)는, 선회용 전동기(21)의 메카니컬 브레이크(23)가 해제된 상태로 선회 가능하게 되고, 이로써, 상부선회체(3)가 좌방향 또는 우방향으로 선회된다.
조작장치(26)는, 선회용 전동기(21), 하부주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)을 조작하기 위한 조작장치이며, 레버(26A 및 26B)와 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A)는, 선회용 전동기(21) 및 암(5)을 조작하기 위한 레버이며, 상부선회체(3)의 운전석 근방에 설치된다. 레버(26B)는, 붐(4) 및 버킷(6)을 조작하기 위한 레버이며, 운전석 근방에 설치된다. 또한, 페달(26C)은, 하부주행체(1)를 조작하기 위한 한 쌍의 페달이며, 운전석의 발 밑에 설치된다.
이 조작장치(26)는, 파일럿 라인(25)을 통하여 공급되는 유압(1차측의 유압)을 운전자의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환하여 출력한다. 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압은, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 공급됨과 함께, 압력센서(29)에 의하여 검출된다.
레버(26A 및 26B)와 페달(26C)의 각각이 조작되면, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 구동되고, 이로써, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 내의 유압이 제어됨으로써, 하부주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)이 구동된다.
다만, 유압라인(27)은, 유압모터(1A 및 1B)를 조작하기 위하여 하나씩(즉 합계 2개), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)를 각각 조작하기 위하여 2개씩 (즉 합계 6개) 설치되기 때문에, 실제로는 전부 8개 있지만, 설명의 편의상, 하나로 일괄하여 나타낸다.
압력센서(29)에서는, 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)의 각각의 조작에 의한 유압라인(28) 내의 유압의 변화가 별개 독립적으로 압력센서(29)에서 검출된다. 압력센서(29)는, 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)의 각각의 조작에 의하여, 선회용 전동기(21), 붐(4), 암(5), 버킷(6), 및 하부주행체(1)의 각각을 조작하기 위한 유압의 변화를 검출하고, 각각의 조작에 의한 유압라인(28) 내의 유압을 나타내는 전기신호를 출력한다. 이들 전기신호는, 컨트롤러(30)에 입력된다.
커패시터(19)에는, 커패시터(19)를 흐르는 전류(충전전류?방전전류)를 검출하는 전류센서(72), 및, 커패시터(19)의 단자간 전압을 검출하는 전압계(74)가 설치된다. 전류센서(72)에 의하여 검출된 전류치를 나타내는 전기신호 및 전압계(74)에 의하여 검출된 전압치를 나타내는 전기신호는, 컨트롤러(30)에 입력된다.
컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 컨트롤러(30)는, 하이브리드형 건설기계(100)의 각종의 구동제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 예컨대, 압력센서(29)로부터 출력되는 전기신호에 근거하여, 레버(26A)의 조작량에 따라서, 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)를 회전구동시킨다(도 4 참조).
컨트롤러(30)는, 또한, 전류센서(72) 및 전압계(74)로부터의 전류치 및 전압치에 근거하여, 커패시터(19)의 내부저항을 측정하는 기능을 가진다. 컨트롤러(30)에 의하여 실현되는 커패시터(19)의 내부저항의 측정방법에 대하여, 이하에서 상세히 설명한다. 커패시터(19)의 내부저항을 측정하는 기능은, 컨트롤러(30)와는 별도의 처리장치에 의하여 실현되어도 된다.
도 3은, 하이브리드형 건설기계(100)에 이용하는 커패시터(19)의 관련 구성(축전계(120))의 상세도이다. 이 승강압 컨버터(1000)는, 리액터(101), 승압용 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(102A), 강압용 IGBT(102B), 커패시터(19)를 접속하기 위한 전원접속단자(104), 인버터(105)를 접속하기 위한 출력단자(106), 및, 한 쌍의 출력단자(106)에 병렬로 삽입되는 평활용 콘덴서(107)를 구비한다. 승강압 컨버터(1000)의 출력단자(106)와 인버터(105) 사이는, DC버스(110)에 의하여 접속된다. 인버터(105)는, 인버터(18, 20)에 상당한다.
리액터(101)는, 일단이 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)의 중간점에 접속됨과 함께, 타단이 전원접속단자(104)에 접속되어 있고, 승압용 IGBT(102A)의 온/오프에 따라서 생기는 유도기전력을 DC버스(110)에 공급하기 위하여 설치되어 있다.
승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 게이트부에 장착한 바이폴러 트랜지스터로 구성되고, 대(大)전력의 고속스위칭이 가능한 반도체소자이다. 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)는, 컨트롤러(30)에 의하여, 게이트 단자에 PWM 전압이 인가됨으로써 구동된다. 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)에는, 정류소자인 다이오드(102a 및 102b)가 병렬접속된다.
전원접속단자(104) 및 출력단자(106)는, 커패시터(19) 및 인버터(105)가 접속 가능한 단자이면 된다. 한 쌍의 전원접속단자(104) 사이에는, 커패시터 전압을 검출하는 커패시터 전압검출부(74)가 접속된다. 한 쌍의 출력단자(106) 사이에는, DC버스 전압을 검출하는 DC버스 전압검출부(111)가 접속된다.
전압계(74)는, 커패시터(19)의 전압치를 검출하고, DC버스 전압검출부(111)는, DC버스(110)의 전압을 검출한다. 평활용 콘덴서(107)는, 출력단자(106)의 플러스극 단자와 마이너스극 단자 사이에 삽입되어, DC버스 전압을 평활화할 수 있는 축전소자이면 된다. 전류센서(72)는, 커패시터(19)에 통과하여 흐르는 전류의 값을 검출 가능한 검출수단이면 되고, 전류검출용 저항기를 포함한다. 이 전류센서(72)는, 리액터 전류검출부로서, 커패시터(19)에 통과하여 흐르는 전류치를 검출한다.
도 4는, 컨트롤러(30)의 주요 제어의 한 예를 나타내는 제어 블록도이다. 컨트롤러(30)에는, 유압부하 요구출력(Phr), 선회용 전동기 요구출력(Per), 엔진회전수(Nact), 및 커패시터 전압(Vm)이 입력된다.
유압부하 요구출력(Phr)은, 하부주행체(1)용 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)에 필요한 기계적 파워의 합계이다. 예컨대, 유압부하 요구출력(Phr)은, 조작장치(26)의 레버(26B)와 페달(26C) 등의 조작량에 근거하여 산출된다.
선회용 전동기 요구출력(Per)은, 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 전기적 파워에 상당한다. 예컨대, 선회용 전동기 요구출력(Per)은, 조작장치(26)의 레버(26A)의 조작량에 근거하여 산출된다.
엔진회전수(Nact)는, 엔진(11)의 실제 회전수에 상당한다. 엔진(11)은, 하이브리드형 건설기계(100)의 운전시에는 상시 구동되고 있어서, 그 회전수(Nact)가 검출되고 있다.
커패시터 전압(Vm)은, 커패시터(19)의 단자간 전압에 상당하며, 전압계(74)에 의하여 검출된다.
엔진출력범위 결정블록(332)에는, 엔진회전수(Nact)로부터, 엔진출력 상한치 및 엔진출력 하한치를 구하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 엔진출력범위 결정블록(332)은, 입력된 엔진회전수(Nact)로부터, 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol)를 산출하여, 동력분배블록(335)에 준다.
커패시터 출력 결정블록(333)에는, 커패시터 전압(Vm) 및 목표 SOC가 입력된다. 커패시터 출력 결정블록(333)은, 커패시터 출력범위 결정블록(333A), 커패시터 출력목표치 결정블록(333B), 및, 충전상태(SOC) 산출블록(333C)을 포함한다. 충전상태 산출블록(333C)은, 입력된 커패시터 전압(Vm)으로부터 충전상태(SOC)를 산출한다. 산출된 SOC는, 커패시터 출력범위 결정블록(333A) 및 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에 주어진다.
커패시터 출력범위 결정블록(333A)에는, SOC로부터 커패시터 출력 상한치 및 하한치를 산출하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에는, SOC 및 목표 SOC로부터 커패시터 출력목표치를 산출하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 이 맵 또는 변환테이블은, 예컨대, 입력된 SOC와 목표 SOC 사이의 편차와, 커패시터 출력목표치와의 관계를 정의하는 것이어도 된다. 또한, 목표 SOC는, 임의의 태양으로 결정되어도 되고, 통상시는 (즉 후술하는 내부저항 계측패턴으로서 목표 SOC의 패턴이 생성되는 경우를 제외한 통상시는), 고정치이어도 되고, 가변치이어도 된다. 커패시터 출력범위 결정블록(333A)은, SOC로부터 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0)를 구하여, 동력분배블록(335)에 준다. 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)은, 입력된 SOC 및 목표 SOC로부터 제1 커패시터 출력목표치(Pbot0)를 산출하여, 동력분배블록(335)에 준다.
제1 커패시터 출력 상한치(Pbou0)는, 방전전력의 상한치에 상당한다. 제1 커패시터 출력 하한치(Pbol0)는, 마이너스이며, 그 절대치는, 충전전력의 상한치에 상당한다. 제2 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou1, Pbol1)에 의하여, 커패시터(19)의 입출력 전압의 적정범위가 정의된다. 예컨대, 후술하는 커패시터(19)의 내부저항 계측결과에 근거하여 커패시터(19)의 열화가 검출되지 않는 경우는, Pbou1=Pbou0, Pbol1=Pbol0이 되는 한편, 커패시터(19)의 열화가 검출된 경우는, Pbou1<Pbou0, Pbol1>Pbol0이 된다.
동력분배블록(335)은, 유압부하 요구출력(Phr), 선회용 전동기 요구출력(Per), 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol), 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0) 및 제1 커패시터 출력목표치(Pbot0)에 근거하여, 최종적인 유압부하 출력(Pho), 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao), 및, 선회용 전동기 출력(Peo)을 결정한다. 이때, 동력분배블록(335)은, 엔진출력이 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol)에 의하여 정의되는 범위 내에 들고, 또한, 커패시터 출력이 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0)에 의하여 정의되는 범위에 들도록, 최종적인 유압부하 출력(Pho), 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao), 및, 선회용 전동기 출력(Peo)을 결정한다.
동력분배블록(335)으로부터 출력되는 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao)은, 통상시는(즉 후술하는 내부저항 계측패턴으로서 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao)의 패턴이 생성되는 경우를 제외한 통상시는), 전환부(336)를 통하여 컨트롤러(30)로부터 그대로 출력된다. 한편, 후술하는 내부저항 계측패턴으로서 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao)의 패턴이 생성되는 경우, 전환부(336)에 의하여, 동력분배블록(335)으로부터 출력되는 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao) 대신에, 내부저항 계측패턴 생성부(337)에서 생성된 전동발전기 출력(Pao)의 패턴(즉 후술하는 내부저항 계측패턴)이 컨트롤러(30)로부터 출력된다.
컨트롤러(30)는, 이들 결정된 출력에 근거하여, 엔진(11), 인버터(18, 20) 및 컨버터(1000)를 제어한다.
도 5는, 컨트롤러(30)에 의하여 실현되는 커패시터(19)의 내부저항 계측처리의 요부의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 도 5에 나타내는 처리는, 엔진(11)이 동작하고 있는 상황하에서 실행된다.
스텝 500에서는, 조작장치(26)(레버(26A 및 26B)와 페달(26C))의 조작상태에 근거하여, 오퍼레이터로부터의 조작이 없는 무(無)조작상태인지 아닌지가 판정된다. 즉, 레버(26A 및 26B)와 페달(26C) 중 아무 조작도 없는 무조작상태인지 아닌지가 판정된다. 현재 상태가 무조작상태라고 판정된 경우는, 스텝 502로 진행되고, 그 이외의 경우는, 스텝 500으로 되돌아온다.
스텝 502에서는, 전류센서(72) 및 전압계(74)로부터 현시점의 전류치 및 전압치가 취득된다. 다만, 스텝 502에서는, 소정 시간에 걸쳐서 복수의 시점의 전류치 및 전압치가 취득되어도 된다. 이 스텝 502에서 취득되는 전류치 및 전압치는, 후술하는 출력변경 전에 취득되는 전류치 및 전압치(출력변경 전의 전류치 및 전압치)가 된다.
스텝 504에서는, 미리 정하여진 내부저항 계측패턴이 제어지령으로서 생성된다. 내부저항 계측패턴은, 커패시터(19)에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태로부터 충방전이 행하여지는 상태로 변화시킬 수 있는 패턴이면 임의의 패턴이어도 된다. 예컨대, 내부저항 계측패턴은, 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao)의 패턴(어시스트지령 패턴)이어도 된다. 이 경우, 커패시터(19)에 있어서 충방전이 실시되는 전동발전기 출력(Pao)의 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 예컨대, 도 4에 나타내는 예에서는, 전환부(336)에 의하여, 동력분배블록(335)으로부터 출력되는 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao) 대신에, 내부저항 계측패턴 생성부(337)에서 생성된 전동발전기 출력(Pao)의 패턴(내부저항 계측패턴)이 컨트롤러(30)로부터 출력된다.
스텝 506에서는, 상기 스텝 504에서 내부저항 계측패턴이 생성되는 결과로서, 전동발전기(12)의 출력이 변화된다. 예컨대, 전동발전기(12)가 비작동 상태로부터 역행운전상태 또는 충전 운전상태로 출력(동작 상태)이 변화된다.
다만, 스텝 504와 스텝 506의 처리의 사이, 오퍼레이터로부터의 조작이 있었을 경우에는, 스텝 504와 스텝 506의 처리를 중단하고 스텝 500으로 되돌아오는 것으로 하여도 된다(즉 오퍼레이터로부터의 조작이 우선된다).
스텝 508에서는, 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력의 변화 도중도 포함함)에 있어서의 전류치 및 전압치가 취득된다. 다만, 스텝 508에서는, 소정 시간에 걸쳐서 복수의 시점의 전류치 및 전압치가 취득되어도 된다. 이 스텝 508에서 취득되는 전류치 및 전압치는, 출력변경 후에 취득되는 전류치 및 전압치(출력변경 후의 전류치 및 전압치)가 된다.
스텝 510에서는, 상기 스텝 502 및 508에서 취득한 전동발전기(12)의 출력변경의 전후의 전류치와 전압치에 근거하여, 커패시터(19)의 내부저항이 계측(산출)된다. 이 내부저항 산출방법은, 상기 스텝 502 및 508에서 취득한 전동발전기(12)의 출력변경의 전후의 전류치와 전압치에 근거하여 산출하는 형태이면, 임의의 방법이어도 된다.
도 6은, 도 5에 나타내는 내부저항 산출방법을 시계열로 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 위에서부터 순서대로, 전동발전기(12)의 출력파형(어시스트지령의 파형), 커패시터(19)의 전류치의 파형, 및, 커패시터(19)의 전압치의 파형이 각각 나타나 있다.
도 6에 나타내는 예에서는, 시각 0~t1의 기간은, 커패시터(19)의 충전이 행하여지고 있다. 시각 t1~t2에서는, 무조작상태가 형성되어 있다. 따라서, 시각 t1~t2에서는, 커패시터(19)에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태가 형성되어 있다. 시각 t2에 있어서, 전동발전기(12)를 방전출력으로 변경하는 미리 정하여진 내부저항 계측패턴이 생성되어, 시각 t4까지 커패시터(19)의 방전이 실시된다.
도 6에 나타내는 예에서는, 커패시터(19)의 내부저항(R)은, 다음 식으로 산출되어도 된다.
R = -(Vm2-Vm1) / (I2-I1)
여기서, Vm1 및 I1은, 전동발전기(12)의 출력변경 전의 전압치 및 전류치이며, 도 6에 나타내는 예에서는, 시각 t1~t2의 사이에 검출된 전압치 및 전류치이다. 다만, Vm1 및 I1은, 시각 t2 또는 그 직후의 전압치 및 전류치이어도 되고, 시각 t1~t2의 복수의 시점에서의 전압치 및 전류치의 평균치이어도 된다. 한편, Vm2 및 I2는, 전동발전기(12)의 출력변경 후의 전압치 및 전류치이며, 시각 t2~t4의 사이에 검출된 전압치 및 전류치이다. 단, 바람직하게는, Vm2 및 I2는, 전류가 안정된 시각 t3~t4의 사이에 검출된 전압치 및 전류치이다. 마찬가지로, 복수의 시점에서 출력변경 후의 전압치 및 전류치를 검출하는 경우는, Vm2 및 I2는, 그들의 각 평균치이어도 된다. 또한, 방전 직후에 생기는 전압강하의 전후를 계측하여도 된다. 이 경우, Vm1은 무조작시의 전압치가 되고, Vm2는 전압강하 직후의 전압치가 된다. 또한, I1은 무조작시의 전류치(0 [A])가 되고, I2는 전압강하 직후의 전류치가 된다.
이상의 도 5에 나타내는 내부저항 산출방법에 의하면, 커패시터(19)에 있어서 충방전이 실질적으로 없는 상태로부터 충방전이 행하여지는 상태로 변화할 때의 변화 전후의 각 전류치?전압치를 취득하여, 커패시터(19)의 내부저항을 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 또한, 무조작상태에서 내부저항 계측패턴이 생성되므로, 안정된 조건하에서 내부저항을 정밀도 좋게 계측할 수 있음과 함께, 전동발전기(12)의 출력변경에 기인하여 하이브리드형 건설기계(100)의 동작?기능이 변화되어 버리는 일도 없다.
다음으로, 도 7 이후를 참조하여, 이상의 도 5에 나타내는 내부저항 산출방법에 있어서 채용되어도 되는 바람직한 내부저항 계측패턴에 근거하는 하이브리드형 건설기계(100)의 운전 태양에 대하여, 몇 가지의 실시예로 나누어 설명한다.
실시예 1
도 7은, 실시예 1에 의한 하이브리드형 건설기계(100)의 운전 태양을 나타내는 도면이다. 도 7에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 어시스트지령(전동발전기(12)의 출력)의 시계열 파형(C), 및, 엔진회전수의 시계열 파형(D)이 동일 시간축에 나타나 있다.
도시한 예에서는, 오퍼레이터의 키 온에 의하여 하이브리드형 건설기계(100)의 엔진(11)이 시동되고, 엔진(11)의 회전수가 설정된다. 도시한 예에서는, 엔진(11)의 회전수는, 1200(매분)에서 1800(매분)으로 상승된다. 엔진(11)의 시동 직후는, 목표 SOC(본 예에서는 고정치)에 대하여 실제 SOC가 낮기 때문에, 전동발전기(12)의 어시스트지령이 출력되고, 그에 따라, 실제 SOC가 목표 SOC를 향하여 상승하여 간다. 엔진(11)의 회전수가 1800으로 안정된 후, 오퍼레이터가 붐 상승 조작이나 붐 하강 조작을 행하면, 그에 따라 붐 상승 동작이나 붐 하강 동작이 실현된다. 각 동작시에, 전동발전기(12)의 전동출력을 따라서 커패시터(19)로부터 전류가 반출되고, 실제 SOC가 목표 SOC에 대하여 다시 감소되지만, 각 동작 후에 그 목표 SOC와 실제 SOC의 편차에 따라서 전동발전기(12)의 발전지령이 출력되고, 그에 따라서, 실제 SOC가 목표 SOC를 향하여 상승하여 간다. 붐 하강 동작 후, 3초간의 무조작상태가 발생하면, 내부저항 계측패턴이 생성된다.
실시예 1에서는, 상기 서술에서도 예시한 것처럼, 내부저항 계측패턴은, 도 7 (C)의 X부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)의 어시스트지령의 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴이 생성된다. 구체적으로는, 무조작상태가 형성되면, 도 7 (C)의 X부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)가 방전출력이 되도록 어시스트지령의 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 이와 같이 하여, 상기 서술한 도 5의 스텝 504의 처리가 실행되어도 된다. 그리고, 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력 변화 도중도 포함함)에 있어서의 커패시터(19)의 전류치 및 전압치가 취득되고, 이들에 근거하여 커패시터(19)의 내부저항이 산출되는 것이 된다(도 5의 스텝 506-510 참조). 다만, 어시스트지령의 X부의 변화에 대응하여, 목표 SOC도 변화된다(Bx부 참조).
다만, 도시한 예에서는, 상기 서술한 도 5의 스텝 500의 처리로서, 무조작상태는, 미리 정하여진 시간 계속, 구체적으로는 연속하여서 3초 계속한 경우에 검출되고 있다. 예컨대, 도 7 (A)에 나타내는 바와 같이, 붐 상승 조작과 붐 하강 조작 사이에 2초의 무조작상태가 존재하지만, 이 무조작상태에 대해서는 내부저항 계측패턴이 생성되지 않는다. 다만, 내부저항 계측패턴이 생성되는 무조작상태의 계속 시간은, 임의이며, 무조작상태가 계속되는 것을 예측(예견)할 수 있는 경우에는, 미리 정하여진 시간은 극히 짧은 시간(궁극적으로는 제로)이어도 된다.
실시예 2
도 8은, 실시예 2에 의한 컨트롤러(30)의 주요 제어의 한 예를 나타내는 제어 블록도이다. 컨트롤러(30)에는, 유압부하 요구출력(Phr), 선회용 전동기 요구출력(Per), 엔진회전수(Nact), 및 커패시터 전압(Vm)이 입력된다.
유압부하 요구출력(Phr)은, 하부주행체(1)용 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)에 필요한 기계적 파워의 합계이다. 예컨대, 유압부하 요구출력(Phr)은, 조작장치(26)의 레버(26B)와 페달(26C) 등의 조작량에 근거하여 산출된다.
선회용 전동기 요구출력(Per)은, 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 전기적 파워에 상당한다. 예컨대, 선회용 전동기 요구출력(Per)은, 조작장치(26)의 레버(26A)의 조작량에 근거하여 산출된다.
엔진회전수(Nact)는, 엔진(11)의 실제 회전수에 상당한다. 엔진(11)은, 하이브리드형 건설기계(100)의 운전시에는 상시 구동되고 있어서, 그 회전수(Nact)가 검출되고 있다.
커패시터 전압(Vm)은, 커패시터(19)의 단자간 전압에 상당하며, 전압계(74)에 의하여 검출된다.
엔진출력범위 결정블록(332)에는, 엔진회전수(Nact)로부터, 엔진출력 상한치 및 엔진출력 하한치를 구하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 엔진출력범위 결정블록(332)은, 입력된 엔진회전수(Nact)로부터, 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol)를 산출하여, 동력분배블록(335)에 준다.
커패시터 출력 결정블록(333)에는, 커패시터 전압(Vm) 및 목표 SOC가 입력된다. 커패시터 출력 결정블록(333)은, 커패시터 출력범위 결정블록(333A), 커패시터 출력목표치 결정블록(333B), 및, 충전상태(SOC) 산출블록(333C)을 포함한다. 충전상태 산출블록(333C)은, 입력된 커패시터 전압(Vm)으로부터 충전상태(SOC)를 산출한다. 산출된 SOC는, 커패시터 출력범위 결정블록(333A) 및 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에 주어진다.
커패시터 출력범위 결정블록(333A)에는, SOC로부터 커패시터 출력 상한치 및 하한치를 산출하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에는, SOC 및 목표 SOC로부터 커패시터 출력목표치를 산출하기 위한 맵 또는 변환테이블이 기억되어 있다. 이 맵 또는 변환테이블은, 예컨대, 입력된 SOC와 목표 SOC 사이의 편차와, 커패시터 출력목표치와의 관계를 정의하는 것이어도 된다.
여기서, 목표 SOC는, 통상시는(즉 후술하는 내부저항 계측패턴으로서 목표 SOC의 패턴이 생성되는 경우를 제외한 통상시는), 임의의 태양으로 결정되어도 되며, 고정치이어도 되고, 가변치이어도 된다. 목표 SOC는, 통상시는 전환부(336)를 통하여 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에 입력된다. 한편, 후술하는 내부저항 계측패턴으로서 목표 SOC의 패턴이 생성되는 경우, 전환부(336)에 의하여, 통상시의 목표 SOC 대신에, 내부저항 계측패턴 생성부(337)에서 생성된 목표 SOC의 패턴(즉 후술하는 내부저항 계측패턴)이 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)에 입력된다.
커패시터 출력범위 결정블록(333A)은, SOC로부터 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0)를 구하여, 동력분배블록(335)에 준다. 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)은, 입력된 SOC 및 목표 SOC로부터 제1 커패시터 출력목표치(Pbot0)를 산출하여, 동력분배블록(335)에 준다.
제1 커패시터 출력 상한치(Pbou0)는, 방전전력의 상한치에 상당한다. 제1 커패시터 출력 하한치(Pbol0)는, 마이너스이며, 그 절대치는, 충전전력의 상한치에 상당한다. 제2 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou1, Pbol1)에 의하여, 커패시터(19)의 입출력 전압의 적정범위가 정의된다. 예컨대, 후술하는 커패시터(19)의 내부저항 계측결과에 근거하여 커패시터(19)의 열화가 검출되지 않는 경우는, Pbou1=Pbou0, Pbol1=Pbol0이 되는 한편, 커패시터(19)의 열화가 검출된 경우는, Pbou1<Pbou0, Pbol1>Pbol0이 된다.
동력분배블록(335)은, 유압부하 요구출력(Phr), 선회용 전동기 요구출력(Per), 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol), 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0) 및 제1 커패시터 출력목표치(Pbot0)에 근거하여, 최종적인 유압부하 출력(Pho), 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao), 및, 선회용 전동기 출력(Peo)을 결정한다. 이때, 동력분배블록(335)은, 엔진출력이 엔진출력 상한치(Pgou) 및 엔진출력 하한치(Pgol)에 의하여 정의되는 범위 내에 들고, 또한, 커패시터 출력이 제1 커패시터 출력 상한치 및 하한치(Pbou0, Pbol0)에 의하여 정의되는 범위에 들도록, 최종적인 유압부하 출력(Pho), 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao), 및, 선회용 전동기 출력(Peo)을 결정한다.
동력분배블록(335)으로부터 출력되는 전동발전기(12)에 대한 전동발전기 출력(Pao)은, 컨트롤러(30)로부터 그대로 출력된다. 컨트롤러(30)는, 이들 결정된 출력에 근거하여, 엔진(11), 인버터(18, 20) 및 컨버터(1000)를 제어한다.
도 9는, 실시예 2에 의한 하이브리드형 건설기계(100)의 운전 태양을 나타내는 도면이다. 도 9에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 어시스트지령(전동발전기(12)의 출력)의 시계열 파형(C), 및, 엔진회전수의 시계열 파형(D)이 동일 시간축에 나타나 있다.
다만, 도 9에 나타내는 동작의 흐름은, 내부저항 계측패턴의 생성 이외에는 도 7에 나타낸 것과 동일하며, 설명을 생략한다. 본 실시예 2에 있어서는, 도 4 중의 전환부(336) 및 내부저항 계측패턴 생성부(337)는, 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)으로의 목표 SOC의 입력라인으로 설정된다.
실시예 2에서는, 내부저항 계측패턴은, 도 9 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 커패시터(19)의 SOC의 목표치 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴이 생성된다. 구체적으로는, 무조작상태가 형성되면, 도 9 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)가 충전출력으로 되는 SOC의 목표치 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 도시한 예에서는, SOC의 목표치 패턴이, 낮은 쪽의 목표치(Low)로부터 높은 쪽의 목표치(High)로 전환된다. 이와 같이 하여, 상기 서술한 도 5의 스텝 504의 처리가 실행되어도 된다. 이로써, 목표 SOC의 X부의 변화에 대응하여, 어시스트지령도 변화된다(Ax부 참조). 그리고, SOC의 목표치 패턴의 변화에 따른 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력의 변화 도중도 포함함)에 있어서의 커패시터(19)의 전류치 및 전압치가 취득되고, 이들에 근거하여 커패시터(19)의 내부저항이 산출되는 것이 된다(도 5의 스텝 506-510 참조).
혹은, 도 9 (B)의 Y부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)가 방전출력이 되는 SOC의 목표치 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성되어도 된다. 이 SOC의 목표치 패턴은, 무조작상태로 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위하여 SOC를 내리는 기능과 연계하여도 된다. 구체적으로는, 도시한 예에서는, SOC의 목표치 패턴이, 높은 쪽의 목표치(High)로부터 낮은 쪽의 목표치(Low)로 전환된다. 이와 같이 하여, 상기 서술한 도 5의 스텝 504의 처리가 실행되어도 된다. 목표 SOC의 Y부의 변화에 대응하여, 어시스트지령도 변화된다(Ay부 참조). 그리고, SOC의 목표치 패턴의 변화에 따른 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력의 변화 도중도 포함함)에 있어서의 커패시터(19)의 전류치 및 전압치가 취득되어, 이들에 근거하여 내부저항이 산출되는 것이 된다(도 5의 스텝 506-510 참조).
Y부의 영역에서는, 무조작시의 실제 SOC가 확실히 높은 쪽의 목표치(High)에 있다고는 할 수 없기 때문에, 커패시터(19)의 전류치(I1) 및 전압치(Vm1)의 측정 정밀도가 저하할 수 있다. 이로 인하여, 일단, 낮은 쪽의 목표치(Low)로 저감시킨 후, 낮은 쪽의 목표치(Low)로부터 높은 쪽의 목표치(High)로 전환하는 패턴(X부)을 생성함으로써, 정밀도 좋게 커패시터(19)의 내부저항을 측정할 수 있다.
전동발전기(12)의 출력은, 도 4를 참조하여 상기 서술한 바와 같이, 목표 SOC의 입력에 의하여 결정된다. 무부하 상태에서는, 목표 SOC 이외의 입력치로 유압부하 요구출력(Phr), 선회용 전동기 요구출력(Per)은 제로가 된다. 한편, 엔진출력치는 무부하이므로 불변(일정)이다. 이로써, 목표 SOC를 변화시킴으로써, 어시스트 출력(Pao)을 변화시킬 수 있고, 이로써, 충전전류 혹은 방전전류를 발생시킬 수 있다. 다만, 이 결과로서, 도 9 (B)에 나타내는 바와 같이, 실제 SOC도 변화된다.
다만, 도시한 예에서는, 상기 서술한 도 5의 스텝 500의 처리로서, 무조작상태는, 미리 정하여진 시간 계속, 구체적으로는 연속하여서 3초 계속한 경우에 검출되고 있다. 예컨대, 도 9 (A)에 나타내는 바와 같이, 붐 상승 조작과 붐 하강 조작 사이에 2초의 무조작상태가 존재하지만, 이 무조작상태에 대해서는 내부저항 계측패턴이 생성되어 있지 않다. 다만, 내부저항 계측패턴이 생성되는 무조작상태의 계속 시간은, 임의이며, 무조작상태가 계속되는 것을 예측(예견)할 수 있는 경우에는, 미리 정하여진 시간은, 극히 짧은 시간(궁극적으로는 제로)이어도 된다.
실시예 3
도 10은, 실시예 3에 의한 하이브리드형 건설기계(100)의 운전 태양을 나타내는 도면이다. 도 10에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 어시스트지령(전동발전기(12)의 출력)의 시계열 파형(C), 및, 엔진회전수의 시계열 파형(D)이 동일 시간축에 나타나 있다.
다만, 도 10에 나타내는 동작의 흐름은, 내부저항 계측패턴의 생성 이외에는 도 7에 나타낸 것과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 본 실시예 3에 있어서는, 도 4 중의 전환부(336) 및 내부저항 계측패턴 생성부(337)는, 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)으로의 목표 SOC의 입력라인에 설정된다.
실시예 3에서는, 내부저항 계측패턴은, 도 10 (B)의 X부 및 도 10 (D)의 X1부에 나타내는 바와 같이, 엔진회전수의 패턴의 변화를 트리거로 하여, SOC의 목표치 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴이 생성된다. 구체적으로는, 미리 정하여진 시간, 무조작상태가 형성되면, 도 10 (D)의 X1부에 나타내는 바와 같이, 엔진회전수가 저하되고, 이에 연동하여, 도 10 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)가 충전출력이 되는 SOC의 목표치 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 즉, 본 예에서는, 엔진회전수의 패턴의 변화를 트리거로 하여, 상기 서술한 실시예 2와 마찬가지로, 전동발전기(12)가 충전출력이 되는 SOC의 목표치 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 도시한 예에서는, SOC의 목표치 패턴이, 높은 쪽의 제1 목표치(High(1))로부터, 더 높은 제2 목표치(High(2))로 전환된다. 이와 같이 하여, 상기 서술한 도 5의 스텝 504의 처리가 실행되어도 된다. 이로써, 목표 SOC의 X부의 변화에 대응하여, 어시스트지령이 변화된다(Ax부 참조). 그리고, SOC의 목표치 패턴의 변화에 따른 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력의 변화 도중도 포함함)에 있어서의 커패시터(19)의 전류치 및 전압치가 취득되어, 이들에 근거하여 커패시터(19)의 내부저항이 산출되는 것이 된다(도 5의 스텝 506-510 참조).
이 엔진회전수의 변화는, 무조작상태에서 자동적으로 또는 수동으로 아이들 회전수로 엔진회전수를 저하시키는 오토 아이들 기능 또는 원터치 아이들 기능에 의한 것이어도 된다. 즉, 오토 아이들 기능 또는 원터치 아이들 기능을 실현할 때의 엔진회전수의 변화(아이들 회전수로의 엔진회전수의 저하)가 내부저항 계측패턴의 생성의 트리거로서 이용되어도 된다.
다만, 실시예 3의 경우도, 기본적으로는 도 9에 나타낸 실시예 2와 마찬가지로, 목표 SOC를 변화시키고, 거기에 추종하여 어시스트 출력(Pao)이 변화함으로써, 바람직한 전류 파형이나 전압 파형을 얻는다. 또한, 엔진회전수를 변화(저하)시켰을 때에 에너지가 허비되지 않도록 전동발전기(12)로 발전하는 것이 본 실시예 3의 특징이다.
다만, 도시한 예에서는, 상기 서술한 도 5의 스텝 500의 처리로서, 무조작상태는, 미리 정하여진 시간 계속, 구체적으로는 연속하여서 3초 계속한 경우에 검출되고 있다. 예컨대, 도 10 (A)에 나타내는 바와 같이, 붐 상승 조작과 붐 하강 조작 사이에 2초의 무조작상태가 존재하지만, 이 무조작상태에 대해서는 내부저항 계측패턴이 생성되고 있지 않다. 다만, 내부저항 계측패턴이 생성되는 무조작상태의 계속 시간은, 임의이며, 무조작상태가 계속되는 것을 예측(예견)할 수 있는 경우에는, 미리 정하여진 시간은, 극히 짧은 시간(궁극적으로는 제로)이어도 된다.
또한, 상기 서술에서는, 엔진회전수의 패턴의 변화를 트리거로 하여, SOC의 목표치 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴을 생성하고 있지만, 실시예 1과 마찬가지로, 엔진회전수의 패턴의 변화를 트리거로 하여, 전동발전기(12)의 어시스트지령의 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴이 생성되어도 된다.
실시예 4
도 11은, 실시예 4에 의한 하이브리드형 건설기계(100)의 운전 태양을 나타내는 도면이다. 도 11에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 어시스트지령(전동발전기(12)의 출력)의 시계열 파형(C), 및, 엔진회전수의 시계열 파형(D)이 동일 시간축에 나타나 있다.
다만, 도 11에 나타내는 동작의 흐름은, 내부저항 계측패턴의 생성 이외에는 도 7에 나타낸 것과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 본 실시예 4에 있어서는, 도 4 중의 전환부(336) 및 내부저항 계측패턴 생성부(337)는, 커패시터 출력목표치 결정블록(333B)으로의 목표 SOC의 입력라인에 설정된다.
실시예 4에서는, 내부저항 계측패턴은, 도 11 (A) 및 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 키 온 후에 있어서 오퍼레이터로부터의 조작이 허가되기 전에, 생성된다. 즉, 오퍼레이터가 엔진(11) 등을 시동시키기 위하여 키 온하는 경우, 시동 시퀀스가 기동되고, 이 동안, 오퍼레이터로부터의 조작이 무효화된다. 이 동안을 이용하여 내부저항 계측패턴이 생성된다. 시동 시퀀스 중에 있어서, 엔진(11)의 시동 직후는, 목표 SOC에 대하여 실제 SOC가 낮기 때문에, 전동발전기(12)의 어시스트지령이 출력되며, 그에 따라서, 실제 SOC가 목표 SOC를 향하여 상승하여 간다. 시동 시퀀스 중에서는, 후술하는 내부저항 계측패턴의 생성을 가능하게 하기 위하여, 높은 쪽의 목표치(High) 대신에 낮은 쪽의 목표치(Low)가 설정된다.
또한, 실시예 4에서는, 내부저항 계측패턴은, 도 11 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 미리 정하여진 시간, 무조작상태가 형성되면 커패시터(19)의 SOC의 목표치 패턴에 의하여 내부저항 계측패턴이 생성된다. 구체적으로는, 무조작상태가 형성되는 시동 시퀀스의 동작시간이 경과하면, 도 11 (B)의 X부에 나타내는 바와 같이, 전동발전기(12)가 충전출력이 되는 SOC의 목표치 패턴이 내부저항 계측패턴으로서 생성된다. 구체적으로는, 도시한 예에서는, SOC의 목표치 패턴이, 시동 시퀀스 중의 낮은 쪽의 목표치(Low)로부터 높은 쪽의 목표치(High)로 전환된다. 이와 같이 하여, 상기 서술한 도 5의 스텝 504의 처리가 실행되어도 된다. 이로써, 목표 SOC의 X부의 변화에 대응하여, 어시스트지령이 변화한다(Ax부 참조). 그리고, SOC의 목표치 패턴의 변화에 따른 전동발전기(12)의 출력의 변화 후(전동발전기(12)의 출력의 변화 도중도 포함함)에 있어서의 커패시터(19)의 전류치 및 전압치가 취득되고, 이들에 근거하여 내부저항이 산출되는 것이 된다(도 5의 스텝 506-510 참조). 이로써, 엔진 기동 직후의 온도 등이 안정된 상황하에서 내부저항을 정밀도 좋게 계측할 수 있다.
실시예 4에 있어서, 내부저항 계측패턴, 즉 낮은 쪽의 목표치(Low)로부터 높은 쪽의 목표치(High)로 전환되는 SOC의 목표치 패턴은, 바람직하게는, 도 11 (B)에 나타내는 바와 같이, 실제 SOC가, 목표 SOC, 즉 낮은 쪽의 목표치(Low)에 도달한 상태에서 생성된다. 이 목적을 위하여, 낮은 쪽의 목표치(Low)는, 시동 시퀀스의 도중에 도달 가능한 레벨로 설정되고, 전형적으로는 통상시의 목표치(예컨대 High)보다 의미 있게(meaningfully) 작은 값으로 설정된다.
다만, 실시예 4에 있어서, 내부저항 계측패턴은, SOC의 목표치 패턴 대신에, 상기 서술한 실시예 1과 같이, 전동발전기(12)의 지령 패턴에 의하여 생성되어도 된다.
실시예 4의 변형예로서, 내부저항 계측패턴은, 키 오프 입력을 트리거로 하여 생성되어도 된다. 오퍼레이터가 엔진(11) 등을 정지시키기 위하여서 키 오프한 경우에, 내부저항 계측패턴이 생성되어도 된다. 이 경우도, 내부저항 계측패턴은, SOC의 목표치 패턴에 의하여 생성되어도 되고, 상기 서술한 실시예 1과 같이, 전동발전기(12)의 지령 패턴에 의하여 생성되어도 된다. 또한, 이 경우, 키 오프 조작 후, 내부저항 계측패턴의 생성 및 전압치 등의 읽기가 완료된 시점에서, 엔진(11)을 오프하는 것으로 하여도 된다.
이상의 각 실시예 1 내지 4는, 적절히 조합하여 실시하는 것도 가능하다. 또한, 내부저항 계측패턴의 생성에 대하여 다른 조건을 부가하여도 된다. 예컨대, 엔진회전수가 소정치 (예컨대 통상의 회전수, 도시한 예에서는 1800/min) 이상인 경우에 한하여, 내부저항 계측패턴을 생성하여 내부저항을 계측하는 것으로 하여도 된다. 이는, 엔진회전수가 높은 경우에는, 내부저항 계측패턴의 생성에 기인하여 엔진음이 크게 변화하지 않기 때문이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은, 상기 서술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 상기 서술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
예컨대, 도 12에 나타내는 바와 같이 모든 구동부가 유압에 의하여 작동하는 구성의 하이브리드형의 건설기계에도 본 발명을 적용할 수 있다. 도 12에 나타내는 구성의 하이브리드형의 건설기계에서는, 엔진(11)의 잉여출력에 의하여 전동발전기(12)에서 발전된 발전전력, 및, 붐 회생용 모터(300)에 의하여 발전된 발전전력이, 축전계(120)에 축전된다. 축전계(120)에 축전된 축전전력은, 엔진(11)의 출력을 어시스트하기 위하여 이용된다.
도 13 및 도 14는, 각각, 붐 회생용 모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 회로도 및 파형도이다. 도 14에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 붐 회생모터 지령의 시계열 파형(C), 및, 엔진회전수의 시계열 파형(D)이 동일 시간축에 나타나 있다. 붐 회생용 모터(300)는, 인버터(18C)를 통하여 축전계(120)에 접속되고, 축전계(120)로부터의 전력을 이용하여 붐 회생용 펌프(202)를 구동한다. 무조작상태가 3초 이상 계속되면, 전자(電磁) 전환밸브(200)가 도통위치로 전환된다. 이로써, 붐 회생용 펌프(202)는 순환회로를 형성한다. 붐 회생용 모터(300)에 내부저항 계측패턴의 지령치가 입력되면(도 14 (C)의 X부 참조), 그 패턴 지령치에 근거하여 역행운전이 개시된다. 이에 따라서, 커패시터(19)로부터의 방전이 개시되고(도 14 (A) 참조), 내부저항의 계측이 실행된다. 다만, 도 14에 나타내는 바와 같이, 어시스트지령의 X부의 변화에 대응하여, 실제 SOC도 변화된다(Bx부 참조).
도 15 및 도 16은, 각각, 냉각용 펌프모터를 이용하여 내부저항을 계측하는 구성에 관한 회로도 및 파형도이다. 도 16에서는, 위에서부터 순서대로, 오퍼레이터에 의한 조작의 시계열(A), 목표 SOC와 실제 SOC의 시계열 파형(B), 냉각용 펌프모터 지령(냉각용 펌프모터의 출력)의 시계열 파형(C), 엔진회전수의 시계열 파형(D), 및, 어시스트지령(전동발전기(12)의 출력)의 시계열 파형(E)이 동일 시간축에 나타나 있다. 냉각용 펌프모터(204)는, 인버터(18B)를 통하여 축전계(120)에 접속되고, 축전계(120)로부터의 전력을 이용하여 냉각용 펌프(206)를 구동한다. 통상 상태에서는, 전동발전기(12)의 전력에 의하여, 냉각용 펌프모터(204)가 구동된다. 그리고, 냉각용 펌프모터(204)는, 무조작상태가 3초 이상 계속되어도, 통상의 출력상태를 유지한다(도 16 (C)의 X2부 참조). 그러나, 전동발전기(12)는, 무조작상태가 3초 이상 계속되면, 내부저항 계측패턴의 지령치에 의하여, 출력이 제로가 된다(도 16 (E)의 X1부 참조). 다만, 여기에서의 내부저항 계측패턴의 지령치는 제로가 된다. 따라서, 전동발전기(12)로부터 냉각용 펌프모터(204)로의 전력 공급이 없어지기 때문에, 이것을 보충할 수 있도록, 커패시터(19)로부터는 방전이 개시된다(도 16 (A) 참조). 이때의 각종 검출치를 이용하여, 내부저항의 계측이 실행된다. 다만, 도 16에 나타내는 바와 같이, 어시스트지령의 X1부의 변화에 대응하여, 실제 SOC도 변화된다(Bx부 참조).
다만, 본 국제출원은, 2009년 9월 15일에 출원한 일본특허출원 2009-213641호에 근거하는 우선권을 주장하는 것으로서, 그 전체 내용은 본 국제출원에 여기서의 참조에 의하여 원용되는 것으로 한다.
1 하부주행체
1A, 1B 유압모터
2A 선회기구
2B 주행기구
3 상부선회체
4 붐
5 암
6 버킷
7 붐 실린더
8 암 실린더
9 버킷 실린더
10 캐빈
11 엔진
12 전동발전기
13 변속기
14 메인펌프
15 파일럿 펌프
16 고압 유압라인
17 컨트롤밸브
18 인버터
19 커패시터
20 인버터
21 선회용 전동기
22 리졸버
23 메카니컬 브레이크
24 선회 감속기
25 파일럿 라인
26 조작장치
26A, 26B 레버
26C 페달
27 유압라인
28 유압라인
29 압력센서
30 컨트롤러
72 전류센서
74 커패시터 전압검출부
100 하이브리드형 건설기계

Claims (15)

  1. 엔진과, 발전기와, 축전장치와, 상기 축전장치로부터의 전력을 이용하여 구동되는 구동부를 구비하는 하이브리드형 건설기계에 있어서의 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 제어방법으로서,
    오퍼레이터로부터의 상기 하이브리드형 건설기계에 대한 조작이 없는 무조작상태에 있어서, 내부저항 계측패턴을 생성하는 패턴생성 스텝과,
    상기 무조작상태에 있어서, 상기 패턴생성 스텝에서 생성된 패턴에 근거하여, 상기 발전기의 출력을 변경하는 출력변경 스텝과,
    상기 출력변경 스텝에 의한 상기 발전기의 출력변경의 전후에 있어서, 상기 축전장치에 있어서의 전류치와 전압치를 각각 검출하는 전류 등 검출 스텝과,
    상기 전류 등 검출 스텝에서 검출한 상기 발전기의 출력변경의 전후의 전류치와 전압치에 근거하여, 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝에서 생성되는 내부저항 계측패턴은, 상기 발전기의 지령 패턴이며,
    상기 전류 등 검출 스텝에서는, 상기 지령 패턴의 변화의 전후의 전류치와 전압치를 각각 검출하는, 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝에서 생성되는 내부저항 계측패턴은, 상기 축전장치에 있어서의 SOC의 목표치 패턴이며,
    상기 전류 등 검출 스텝에서는, 상기 SOC의 목표치 패턴의 변화의 전후의 전류치와 전압치를 각각 검출하는, 제어방법.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝은, 상기 무조작상태에 있어서, 엔진회전수가 소정치보다 높을 때에, 상기 내부저항 계측패턴을 생성하는, 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝에서 생성되는 내부저항 계측패턴은, 상기 엔진의 회전수의 변화를 트리거로 하여 발생하는 패턴이며,
    상기 전류 등 검출 스텝은, 상기 엔진의 회전수 패턴의 변화의 전후의 전류치와 전압치를 각각 검출하는, 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝은, 키 온 후에 있어서 오퍼레이터로부터의 조작이 허가되기 전에, 상기 내부저항 계측패턴을 생성하는, 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴생성 스텝은, 키 오프 입력을 트리거로 하여, 상기 내부저항 계측패턴을 생성하는, 제어방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 발전기는 회생용 발전기인, 제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    내부저항의 지령 패턴이 전환됨과 함께, 전자 전환밸브가 연통(連通)위치 및 비연통위치 사이에서 전환되는, 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전자 전환밸브는 컨트롤밸브의 외측에 배치되고, 상기 전자 전환밸브가 연통위치로 전환되면, 상기 컨트롤밸브의 외측에 회생용 펌프의 순환회로가 형성되는, 제어방법.
  11. 엔진과, 발전기와, 축전장치와, 상기 축전장치로부터의 전력을 이용하여 구동되는 구동부를 구비하는 하이브리드형 건설기계에 있어서의 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 제어장치로서,
    오퍼레이터로부터의 상기 하이브리드형 건설기계에 대한 조작이 없는 무조작상태에 있어서, 내부저항 계측패턴을 생성하는 패턴생성부를 구비하고,
    상기 무조작상태에 있어서, 상기 패턴생성부에서 생성된 패턴에 근거하여, 상기 발전기의 출력을 변경하고, 상기 발전기의 출력변경의 전후의 전류치의 검출치와 전압치의 검출치에 근거하여, 상기 축전장치의 내부저항을 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 제어장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 패턴생성부에서 생성되는 내부저항 계측패턴은, 상기 발전기의 지령 패턴이며,
    상기 발전기의 출력변경의 전후의 전류치의 검출치와 전압치의 검출치는, 상기 지령 패턴의 변화의 전후의 전류치의 검출치와 전압치의 검출치에 각각 대응하는, 제어장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 패턴생성부에서 생성되는 내부저항 계측패턴은, 상기 축전장치에 있어서의 SOC의 목표치 패턴이며,
    상기 발전기의 출력변경의 전후의 전류치의 검출치와 전압치의 검출치는, 상기 SOC의 목표치 패턴의 변화의 전후의 전류치의 검출치와 전압치의 검출치에 각각 대응하는, 제어장치.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 패턴생성부는, 상기 무조작상태에 있어서, 엔진회전수가 소정치보다 높을 때에, 상기 내부저항 계측패턴을 생성하는, 제어장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전기는 회생용 발전기인, 제어장치.
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