挖掘機及挖掘機的蓄電器的電壓控制方法
【專利摘要】一種挖掘機及挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，挖掘機具有電動機(71)、與電動機連接的逆變器(20C)、以及與逆變器連接且包括蓄電器(19)的蓄電裝置(120)。在引擎(11)的驅(qū)動停止中，蓄電器(19)的電壓維持在比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)。
【專利說明】挖掘機及挖掘機的蓄電器的電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種挖掘機，作為用于驅(qū)動電負載的動力源而具有蓄電器。
【背景技術(shù)】
[0002]提出了在作為挖掘機的一例的挖土機中將驅(qū)動機構(gòu)的一部分電動化的方案。挖土機具備用于對動臂、斗桿及鏟斗這樣的可動部進行液壓驅(qū)動的液壓泵。對用于驅(qū)動這種液壓泵的內(nèi)燃機發(fā)動機(引擎)連結(jié)交流電動機(電動發(fā)電機)，對引擎的驅(qū)動力進行輔助。此外，將通過電動發(fā)電機的發(fā)電而得到的電力經(jīng)由逆變器返還給DC總線(直流母線)。在DC總線上經(jīng)由轉(zhuǎn)換器連接有包括蓄電池(電池)或蓄電器(電容器)的蓄電裝置，通過電動發(fā)電機的發(fā)電而得到的電力被充電到蓄電裝置。
[0003]在上述的挖土機中，為了驅(qū)動大型的作業(yè)要件，DC總線的電壓例如設(shè)定為數(shù)百伏特這樣高的電壓。因此，在進行維護時，考慮到作業(yè)者的安全，優(yōu)選降低DC總線電壓。在此，停止了挖土機的運行時的DC總線電壓大致等于蓄電裝置的蓄電池或蓄電器的電壓。因此，在進行維護時，優(yōu)選降低蓄電池或蓄電器的電壓。
[0004]此外，在蓄電裝置使用蓄電器(電容器)的情況下，優(yōu)選降低停止了挖土機的運行時的蓄電器的電壓。這是因為，一般情況下，蓄電器的劣化與蓄電器的電壓成比例，蓄電器具有其電壓越高則劣化的程度越大的特性。若在停止了挖土機的運行的期間也將蓄電器的電壓維持高的狀態(tài)，則在不運行挖土機的期間，蓄電器的劣化也會推進，蓄電器的壽命縮短。
[0005]因此，提出了如下方案:在混合動力式作業(yè)機械中，在作業(yè)結(jié)束時，從電容器向輔助電池放電，從而維持電容器電壓不超過放電設(shè)定值(例如，參照專利文獻I)。此外，提出了在使用電容器的發(fā)電電動機驅(qū)動裝置中，用于快速進行維護時的電容器的電荷的放電的放電方法(例如，參照專利文獻2)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2005-218285號公報
[0009]專利文獻2:國際公開W02008/111649號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]在上述專利文獻I所公開的技術(shù)中，以使運行停止時的電容器的電壓值不超過作業(yè)機械運行時的放電設(shè)定值的方式進行控制，在運行停止時，電容器電壓仍維持大致滿充電時的電壓。因此，在運行停止時，電容器的電壓仍維持高的狀態(tài)，無法抑制電容器的劣化。
[0012]另一方面，在上述專利文獻2所公開的技術(shù)中，能夠使電容器的電壓降低至大致接近零的狀態(tài)。
[0013]然而，本發(fā)明人進行各種實驗對電容器的劣化進行分析的結(jié)果得知，可能存在電容器的電壓過低時反而促進電容器的劣化的情況。
[0014]本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于提供一種能夠抑制運行停止中的電容器的劣化的挖掘機。
[0015]用于解決課題的方案
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種挖掘機，具有:電動機；逆變器，與該電動機連接；以及蓄電裝置，與該逆變器連接，包括蓄電器，在引擎的驅(qū)動停止中，上述蓄電器的電壓被維持成比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供一種挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，該挖掘機具有電動機、與該電動機連接的逆變器、以及與該逆變器連接且包括蓄電器的蓄電裝置，在上述挖掘機的蓄電器的電壓控制方法中，在引擎的驅(qū)動停止中，將上述蓄電器的電壓維持成比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制挖掘機的運行停止中的電容器的劣化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所涉及的挖掘機的一例的挖土機的側(cè)視圖。
[0021]圖2是表示圖1所示的挖土機的包括電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0022]圖3是圖2所示的蓄電裝置的電路圖。
[0023]圖4是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)的框圖。
[0024]圖5是表示雙電層電容的單體的內(nèi)部電阻變化率的圖表。
[0025]圖6是表示單體電壓的變化的圖表。
[0026]圖7是表示通過旋轉(zhuǎn)液壓馬達來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的挖土機的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實施方式】
[0027]首先，說明本發(fā)明的一個實施方式的挖掘機的一例即挖土機的整體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的挖掘機的一例即挖土機的側(cè)視圖。
[0028]在圖1所示的挖土機的下部行走體I上，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2搭載有上部旋轉(zhuǎn)體3。在上部旋轉(zhuǎn)體3上安裝有動臂4。在動臂4的前端安裝有斗桿5，在斗桿5的前端安裝有鏟斗
6。動臂4、斗桿5及鏟斗6分別由動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9液壓驅(qū)動。在上部旋轉(zhuǎn)體3上設(shè)置有駕駛室10，并且搭載有引擎等動力源。
[0029]圖1所示的挖土機是混合動力型挖土機，具備伺服控制單元60 (參照圖4)。伺服控制單元60控制用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的旋轉(zhuǎn)用電動機21 (交流電動機)及用于輔助引擎11的電動發(fā)電機12的驅(qū)動。此外，伺服控制單元60控制蓄電裝置120的蓄電器(電容器)的充放電。伺服控制單元60具備用于將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力來驅(qū)動交流電動機及電動發(fā)電機的逆變單元、控制電池的充放電的升降壓轉(zhuǎn)換單元即多個驅(qū)動單元、用于控制該多個驅(qū)動單元的控制單元。
[0030]圖2是表不圖1所不的挖土機的電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等驅(qū)動系統(tǒng)的框圖。在圖2中，用二重線表示機械地傳遞動力的系統(tǒng)，用粗實線表示液壓系統(tǒng)，用虛線表示操縱系統(tǒng)，用細實線表示電氣系統(tǒng)。圖3是圖2中的蓄電裝置120的電路圖。
[0031]如圖2所示，挖土機具備電動發(fā)電機12及變速器13，引擎11及電動發(fā)電機12的回轉(zhuǎn)軸均與變速器13的輸入軸連接而彼此連結(jié)。在引擎11的負荷大時，電動發(fā)電機12將引擎11作為作業(yè)要件來驅(qū)動，從而輔助(assist)引擎11的驅(qū)動力，電動發(fā)電機12的驅(qū)動力經(jīng)由變速器13的輸出軸傳遞到主泵14。另一方面，在引擎11的負荷小時，引擎11的驅(qū)動力經(jīng)由變速器13傳遞到電動發(fā)電機12，從而電動發(fā)電機12進行發(fā)電。電動發(fā)電機12例如由在轉(zhuǎn)子內(nèi)部埋入有磁鐵的IPM(Interior Permanent Magnet)馬達構(gòu)成。電動發(fā)電機12的驅(qū)動與發(fā)電的切換是由進行挖土機中的電氣系統(tǒng)的驅(qū)動控制的控制器30根據(jù)引擎11的負荷等進行的。
[0032]在變速器13的輸出軸上連接有主泵14及先導(dǎo)泵15，在主泵14上經(jīng)由高壓液壓管路16連接有控制閥17?？刂崎y17是進行挖土機中的液壓系統(tǒng)的控制的裝置。在控制閥17上經(jīng)由高壓液壓管路16連接有用于驅(qū)動圖1所示的下部行走體I的液壓馬達Ia及l(fā)b、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9?？刂崎y17根據(jù)駕駛員的操作輸入來控制向這些液壓設(shè)備供給的液壓。
[0033]電動發(fā)電機12與逆變電路18A連接。在逆變電路18A的輸入端連接有蓄電裝置120。蓄電裝置120如圖3所示具備直流母線即DC總線110、升降壓轉(zhuǎn)換器(直流電壓轉(zhuǎn)換器)100及電容器19。即，逆變電路18A的輸入端經(jīng)由DC總線110連接到升降壓轉(zhuǎn)換器100的輸入端。在升降壓轉(zhuǎn)換器100的輸出端連接有作為蓄電器的電容器19。電容器19例如由雙電層電容(EDLC)構(gòu)成。作為電容器19的一例，使用串聯(lián)連接有144個電壓為2.5V、容量為2400F的電容器單體而成的電容器(即，端子間電壓為360V)。
[0034]逆變電路18A根據(jù)來 自控制器30的指令，進行電動發(fā)電機12的運行控制。即，在逆變電路18A使電動發(fā)電機12進行動力運行時，將所需的電力從電容器19和升降壓轉(zhuǎn)換器100經(jīng)由DC總線110供給到電動發(fā)電機12。此外，在使電動發(fā)電機12進行再生運行時，將由電動發(fā)電機12發(fā)電而得到的電力經(jīng)由DC總線110及升降壓轉(zhuǎn)換器100充電到電容器19。另外，升降壓轉(zhuǎn)換器100的升壓動作和降壓動作的切換控制是由控制器30根據(jù)DC總線電壓值、電池電壓值及電池電流值來進行的。由此，能夠?qū)C總線110維持在被充電為預(yù)先確定的一定電壓值的狀態(tài)。
[0035]此外，在蓄電裝置120上經(jīng)由逆變電路20A連接有作為作業(yè)用電動機的旋轉(zhuǎn)用電動機(交流電動機)21。即，逆變電路IOA的一端與蓄電裝置120的DC總線110連接，另一端與旋轉(zhuǎn)用電動機21連接。旋轉(zhuǎn)用電動機21是使上部旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的動力源。在旋轉(zhuǎn)用電動機21的回轉(zhuǎn)軸2IA上連接有分解器22、機械制動器23及旋轉(zhuǎn)變速器24。在作業(yè)中，蓄電裝置120被控制器30控制為，達到作為目標值而設(shè)定的充電率。
[0036]在旋轉(zhuǎn)用電動機21進行動力運行時，旋轉(zhuǎn)用電動機21的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力的回轉(zhuǎn)力通過旋轉(zhuǎn)變速器24放大，上部旋轉(zhuǎn)體3被進行加減速控制而進行回轉(zhuǎn)運動。此外，由于上部旋轉(zhuǎn)體3的慣性回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速通過旋轉(zhuǎn)變速器24增加而傳遞到旋轉(zhuǎn)用電動機21，產(chǎn)生再生電力。旋轉(zhuǎn)用電動機21根據(jù)PWM(Pulse Width Modulation)控制信號由逆變電路20A進行交流驅(qū)動。作為旋轉(zhuǎn)用電動機21，例如適用磁鐵埋入型的IPM馬達。
[0037]分解器22是檢測旋轉(zhuǎn)用電動機21的回轉(zhuǎn)軸21A的回轉(zhuǎn)位置及回轉(zhuǎn)角度的傳感器。分解器22與旋轉(zhuǎn)用電動機21機械連結(jié)，從而檢測回轉(zhuǎn)軸21A的回轉(zhuǎn)角度及回轉(zhuǎn)方向。通過由分解器22檢測回轉(zhuǎn)軸21A的回轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3的回轉(zhuǎn)角度及回轉(zhuǎn)方向被導(dǎo)出。機械制動器23是產(chǎn)生機械制動力的制動裝置，根據(jù)來自控制器30的指令，機械地停止旋轉(zhuǎn)用電動機21的回轉(zhuǎn)軸21A。旋轉(zhuǎn)變速器24是將旋轉(zhuǎn)用電動機21的回轉(zhuǎn)軸2IA的回轉(zhuǎn)速度減速并機械地傳遞到旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的減速機。
[0038]另外，在DC總線110上經(jīng)由逆變電路18A及20A分別連接有電動發(fā)電機12及旋轉(zhuǎn)用電動機21。因此，還存在由電動發(fā)電機12發(fā)電而得到的電力直接供給到旋轉(zhuǎn)用電動機21的情況，相反還存在由旋轉(zhuǎn)用電動機21再生的電力供給到電動發(fā)電機12的情況。
[0039]逆變電路18A及20A控制大電力，因此發(fā)熱量非常大。此外，升降壓轉(zhuǎn)換器100中所包含的電抗器101 (參照圖3)的發(fā)熱量也大。因此，需要冷卻逆變電路18A、20A及升降壓轉(zhuǎn)換器100。因此，本實施方式的挖土機除了引擎11用的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)以外，另設(shè)有用于冷卻升降壓轉(zhuǎn)換器100、逆變電路18A及20A的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。
[0040]圖4是冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70的框圖。冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70具有用于使向升降壓轉(zhuǎn)換器100、逆變電路18A及20A等供給的冷卻液循環(huán)的泵(冷卻液循環(huán)用泵)72、以及驅(qū)動泵72的泵馬達(冷卻用電動機)71。如圖2所示，泵馬達71經(jīng)由逆變電路20C連接到蓄電裝置120。逆變電路20C相當于本實施方式中的冷卻用電動機驅(qū)動電路。逆變電路20C根據(jù)來自控制器30的指令，在冷卻升降壓轉(zhuǎn)換器100時向泵馬達71供給所需要的電力。本實施方式的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70冷卻升降壓轉(zhuǎn)換器100、逆變電路18A及20A、以及控制器30。此外，冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70冷卻旋轉(zhuǎn)用電動機21、電動發(fā)電機12及變速器13。
[0041]返回圖2，在先導(dǎo)泵15上經(jīng)由先導(dǎo)管路25連接有操作裝置26。操作裝置26是用于對旋轉(zhuǎn)用電動機21、下部行走體1、動臂4、斗桿5及鏟斗6進行操作的操作裝置，由操作者來操作。在操作裝置26上經(jīng)由液壓管路27連接有控制閥17，此外經(jīng)由液壓管路28連接有壓力傳感器29。操作裝置26將經(jīng)過先導(dǎo)管路25供給的液壓(I次側(cè)的液壓)轉(zhuǎn)換為與操作者的操作量對應(yīng)的液壓(2次側(cè)的液壓)并輸出。從操作裝置26輸出的2次側(cè)的液壓經(jīng)過液壓管路27供給到控制閥17，并且由壓力傳感器29檢測出來。在此，列舉了作為作業(yè)用電動機的旋轉(zhuǎn)用電動機21，但也可以將下部行走體I的驅(qū)動機構(gòu)作為作業(yè)用電動機來進行電驅(qū)動。
[0042]若對操作裝置26輸入了用于使旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2旋轉(zhuǎn)的操作，則壓力傳感器29將該操作量作為液壓管路28內(nèi)的液壓的變化來進行檢測。壓力傳感器29輸出表示液壓管路28內(nèi)的液壓的電信號。該電信號被輸入到控制器30，用于旋轉(zhuǎn)用電動機21的驅(qū)動控制。
[0043]控制器30構(gòu)成本實施方式中的控制部?？刂破?0由包括CPU及內(nèi)部存儲器的運算處理裝置構(gòu)成，通過由CPU執(zhí)行內(nèi)部存儲器中所保存的驅(qū)動控制用的程序來實現(xiàn)。此外，控制器30的電源是電容器19以外的其他電池(例如，24V車載用電池)。控制器30將從壓力傳感器29輸入的信號中表示用于使上部旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)的操作量的信號轉(zhuǎn)換為速度指令，進行旋轉(zhuǎn)用電動機21的驅(qū)動控制。此外，控制器30進行電動發(fā)電機12的運行控制(輔助運行及發(fā)電運行的切換)、以及通過對升降壓轉(zhuǎn)換器100進行驅(qū)動控制而實現(xiàn)的電容器19的充放電控制。
[0044]此外，本實施方式的控制器30具有在實施挖土機的維護等時用于降低DC總線110的電壓的DC總線電壓降低模式(母線電壓降低模式)。具體地說，在DC總線電壓降低模式下，通過消耗連接在DC總線110上的平滑用電容等中所蓄積的電荷，降低DC總線110的電壓。
[0045]控制器30在該DC總線電壓降低模式下，使逆變電路18A及20A和升降壓轉(zhuǎn)換器100全部停止，將設(shè)置在升降壓轉(zhuǎn)換器100與電容器19之間的開關(guān)(后述)設(shè)為非連接狀態(tài)。之后，控制器30驅(qū)動逆變電路20C來使泵馬達71消耗電力，從而降低DC總線110的電壓。DC總線電壓降低模式在挖土機的運行停止時(具體地說，引擎11由于操作者的鑰匙40的操作而要停止時)開始?；蛘?，DC總線電壓降低模式在由作業(yè)者通過駕駛室10的駕駛室(參照圖1)內(nèi)操作面板進行了與DC總線電壓降低模式的開始相關(guān)的輸入時開始。
[0046]在此，詳細說明本實施方式中的升降壓轉(zhuǎn)換器100。如圖3所示，升降壓轉(zhuǎn)換器100具備升降壓型的開關(guān)控制方式，具有電抗器101、晶體管100B及100C。晶體管100B是升壓用的開關(guān)元件，晶體管100C是降壓用的開關(guān)元件。晶體管100B及100C例如由IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)構(gòu)成，彼此串聯(lián)連接。
[0047]具體地說，晶體管100B的集電極與晶體管100C的發(fā)射極相互連接。晶體管100B的發(fā)射極經(jīng)由開關(guān)100F與電容器19的負側(cè)端子及DC總線110的負側(cè)配線連接。晶體管100C的集電極與DC總線110的正側(cè)配線連接。并且，電抗器101的一端與晶體管100B的集電極及晶體管100C的發(fā)射極連接，另一端經(jīng)由開關(guān)100E與電容器19的正側(cè)端子連接。在晶體管100B及100C的柵極(gate)上，從控制器30施加PWM電壓。開關(guān)100E及100F的連接狀態(tài)由來自控制器30的指令來控制。
[0048]另外，在晶體管100B的集電極與發(fā)射極之間，逆方向并聯(lián)連接有作為整流元件的二極管100b。同樣，在晶體管100C的集電極與發(fā)射極之間，逆方向并聯(lián)連接有二極管100c。在晶體管100C的集電極與晶體管100B的發(fā)射極之間(即，DC總線110的正側(cè)配線與負側(cè)配線之間)，連接有平滑用的電容110a。電容I IOa對來自升降壓轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓、來自電動發(fā)電機12的發(fā)電電壓及來自旋轉(zhuǎn)用電動機21的再生電壓進行平滑化。在DC總線110的正側(cè)配線與負側(cè)配線之間，設(shè)置有用于檢測DC總線110的電壓的電壓傳感器110b。由電壓傳感器IlOb檢測的電壓被供給到控制器30。
[0049]在具有上述結(jié)構(gòu)的升降壓轉(zhuǎn)換器100中，在從電容器19向DC總線110供給電力時，在開關(guān)100EU00F連接的狀態(tài)下，根據(jù)來自控制器30的指令，向晶體管100B的柵極施加PWM電壓。并且，伴隨著晶體管100B的導(dǎo)通/截止而在電抗器101上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢經(jīng)由二極管IOOc傳遞，該電力通過電容IlOa被平滑化。此外，在從DC總線110向電容器19供給直流電力時，在開關(guān)100E、100F連接的狀態(tài)下，根據(jù)來自控制器30的指令，向晶體管100C的柵極施加PWM電壓，并且從晶體管100C輸出的電流通過電抗器101被平滑化。
[0050]參照圖4，冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70包括通過泵馬達71驅(qū)動的泵72、冷卻器(radiator) 73及伺服控制單元60。通過泵72循環(huán)的冷卻液在冷卻器73中散熱，被送往伺服控制單元60。伺服控制單元60具有用于冷卻升降壓轉(zhuǎn)換器100、逆變電路18A及20A、以及控制器30的配管，冷卻液在該配管內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過了伺服控制單元60的配管的冷卻液依次冷卻旋轉(zhuǎn)用電動機21、電動發(fā)電機12及變速器13之后，從泵72向冷卻器73返回。另外，優(yōu)選的是，在伺服控制單元60的入口設(shè)置用于檢測冷卻液的溫度的溫度傳感器77。此外，若具備顯示所檢測的溫度的顯示裝置則更好。由此，在冷卻器73堵塞導(dǎo)致冷卻性能下降的情況下，能夠根據(jù)溫度檢測值來限制旋轉(zhuǎn)用電動機21及電動發(fā)電機12 (或其中的一個)的輸出。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的運行，能夠不停止挖土機的運行而實現(xiàn)持續(xù)的作業(yè)。
[0051]在本實施方式中，在上述結(jié)構(gòu)的挖土機中，在停止挖土機的運行時，進行降低電容器19的端子間電壓(以下，稱為電容器電壓)的處理。即，在引擎11的驅(qū)動被停止的時刻，將電容器19中所蓄積的電力放電，從而將電容器電壓降低到預(yù)定的電壓值以下。將降低該電容器電壓的處理稱為“電壓釋放”。
[0052]即，在挖土機的作業(yè)結(jié)束，挖土機的運行被停止時，在電容器19中蓄積有運行時所需的電力，電容器電壓成為高的狀態(tài)。在此，若為了停止挖土機的運行而將引擎11的鑰匙40關(guān)閉(0FF)，則到挖土機的運行重啟為止的期間，電容器電壓仍維持高的狀態(tài)。例如，由雙電層電容(EDLC)構(gòu)成的電容器19可以說電容器電壓越高，則劣化度(劣化的推進情況)越大。因此，為了在挖土機的運行被停止的狀態(tài)下抑制電容器19的劣化，進行上述的“電壓釋放”來降低電容器電壓。此外，在以上說明中說明了驅(qū)動冷卻液循環(huán)系統(tǒng)的泵馬達71來進行電壓釋放的事例，但除此之外也可以驅(qū)動電動發(fā)電機12來進行電壓釋放。此外，在使用來自缸體的返回油來通過再生發(fā)電機進行再生發(fā)電的情況下，還可以驅(qū)動再生發(fā)電機來進行電壓釋放。 [0053]電容器的劣化度可以根據(jù)電容器的內(nèi)部電阻的變化率來推測。即，若電容器劣化，則與劣化度成比例地，內(nèi)部電阻上升，因此可以將內(nèi)部電阻作為劣化度的指標。
[0054]在此，本發(fā)明人在對雙電層電容(EDLC)的劣化度進行調(diào)查的結(jié)果得知，根據(jù)雙電層電容的各單體的電極材料、制造工序等條件，并不是越降低電容器電壓，則內(nèi)部電阻變化率(即，劣化度)越小。即得知了在某雙電層電容中，在各單體的單體電壓高的狀態(tài)與低的狀態(tài)之間，存在單體的內(nèi)部電阻變化率(即，劣化度)變小的電壓范圍。另外，一般情況下，雙電層電容將端子間電壓為2~3V的單體串聯(lián)連接多個而構(gòu)成，被設(shè)計成將多個單體合起來的整體的端子間電壓(即，電容器電壓)達到數(shù)百伏特。
[0055]圖5是表示這種雙電層電容的單體中的一個單體的內(nèi)部電阻變化率的圖表(實驗式)。在圖5中，橫軸表不電容器電壓(V),縱軸表不內(nèi)部電阻變化率(％)。內(nèi)部電阻變化率用將單體放置某時間之后的單體的內(nèi)部電阻與將該單體放置某時間之前的初始內(nèi)部電阻之比來表示。例如，在內(nèi)部電阻沒有變化時，內(nèi)部電阻變化率為100%，在內(nèi)部電阻成為2倍時，內(nèi)部電阻變化率為200%。
[0056]圖5所示的圖表表示使單體成為預(yù)定的蓄電狀態(tài)后將其放置1000小時時的單體的內(nèi)部電阻變化率，表示在改變蓄電狀態(tài)時(即，改變單體電壓時)內(nèi)部電阻變化率如何變化。該單體的通常使用時的電壓例如為1.5V~2.5V，在圖5中表示為“通常使用范圍”。此外，1.8~2.3V被表示為“適當范圍”。
[0057]在圖5中，表示單體的內(nèi)部電阻變化率的曲線為在2.0V下成為最小值的下方封閉的曲線。隨著單體電壓變得高于2.0V，單體的內(nèi)部電阻變化率增大，隨著單體電壓變得低于2.0V，單體的內(nèi)部電阻變化率增大。此外，即使在減小了單體電壓的0.3V下，也達到180%的高值。這表示在單體電壓為2.0V時，放置1000小時后的單體的內(nèi)部電阻最小，劣化度最小。并且，單體電壓越是低于2.0V，放置1000小時后的單體的內(nèi)部電阻越大，劣化度越大。如上所述，表示單體的內(nèi)部電阻變化率的曲線在通常使用范圍內(nèi)形成具有一個極小值的曲線。此外，表示單體的內(nèi)部電阻變化率的曲線的曲率根據(jù)蓄電單體的溫度、使用時間而變化。[0058]考慮圖5所示的單體的特性，具有圖5所示特性的單體通過將作業(yè)結(jié)束時的單體電壓設(shè)置在適當范圍內(nèi)，即使在引擎停止中單體電壓下降，也能夠?qū)误w電壓維持在通常使用范圍內(nèi)。具體地說，可知在本實施方式中通過將單體電壓維持在2.0V,單體電壓引起的劣化得到抑制，能夠防止單體劣化。即，在將使用具有圖5所示特性的單體來構(gòu)成的電容器用作挖土機的蓄電裝置120的電容器19的情況下，在停止了挖土機的運行的期間，若以成為單體電壓達到2.0V的電容器電壓的方式進行電壓釋放，則能夠抑制運行停止中的電容器19的劣化。
[0059]另外，圖5所示的劣化度的特性表示將某特定的電極材料用作單體的電極材料時的劣化度，并不適用于所有電容器的單體。
[0060]在此，考察挖土機的運行停止中的電容器19的各單體的單體電壓的變化。圖6是表示單體電壓的變化的圖表。在圖6中，到時刻tl為止，挖土機運行，電容器19維持運行中的充電狀態(tài)，單體電壓被控制為維持2.5V。
[0061]設(shè)在時刻tl挖土機的運行停止，鑰匙40被關(guān)閉(OFF)。在此，在本實施方式中，進行電容器19的電壓釋放,到單體電壓成為2.0V為止，進行電容器19的放電。此時從電容器19放出的電力被送到上述的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70的泵馬達71，在泵馬達71中被消耗。即，通過用電容器19中所蓄積的多余的電力驅(qū)動冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70，進行電壓釋放。冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70即使在挖土機的運行停止之后，也暫時被驅(qū)動。因此，將電容器19的電壓釋放中所放出的電力用于驅(qū)動冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70，關(guān)系到省電力化。
[0062]時刻tl例如是一天的挖土機的作業(yè)結(jié)束的17點(下午5點)。若在時刻tl挖土機的鑰匙40關(guān)閉(0FF )，則開始進行電壓釋放。在電壓釋放中，電容器19中所蓄積的電力被供給到冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70，被泵馬達71消耗。因此，電容器19的電力減少，由此電容器電壓(B卩，單體電壓)也減小。
[0063]從時刻tl開始單體電壓減小，若在時刻t2單體電壓成為2.0V，則電壓釋放結(jié)束。時刻t2例如是18點(下午6點)，電壓釋放正好進行一小時。時刻t2以后，不進行電容器19的電力授受，電容器19成為被放置的狀態(tài)。此時，由于單體電壓成為2.0V,因此電容器19的劣化為最小限度。在此，在作業(yè)結(jié)束時的單體電壓小于2.0V的情況下，向電容器19進行充電，將單體電壓設(shè)為第I預(yù)定電壓值即2.0V。
[0064]在時刻t2以后，電容器19所蓄積的電力因自然放電而逐漸減少，與此相伴，單體電壓也逐漸降低。但是，自然放電引起的單體電壓的降低很小，單體電壓不會從2.0V急劇下降，因此單體電壓繼續(xù)維持大致2.0V。并且，到第二天為了進行挖土機的作業(yè)而將鑰匙40接通(ON)的時刻t3為止，單體電壓維持接近2.0V的值。時刻t3的單體電壓例如為
1.8V左右(自然放電引起單體電壓只下降0.2V)，該電壓值下的電容器的劣化度小。
[0065]時刻t3例如是次日為了開始進行挖土機的作業(yè)而將鑰匙40接通(ON)的9點(上午9點)。若在時刻t3鑰匙40被接通(ON)，引擎11的運行開始，則開始向電容器19充電，電容器的蓄電量增大，因此單體電壓上升。若到時刻t4，則電容器成為被充分充電的狀態(tài)，此時的單體電壓成為2.5V。
[0066]如上所述，在本實施方式的挖掘機中，若引擎11的驅(qū)動被停止，則到電容器19的電壓成為第I預(yù)定電壓值為止，進行電壓釋放，在引擎11的驅(qū)動停止中電容器19的電壓比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)得以維持。在此，第I預(yù)定電壓值是電容器19的各單體的單體電壓成為劣化度最小時的單體電壓即2.0V的電容器電壓。此外，第2預(yù)定電壓值是電容器19的各單體的電壓維持大致2.0V的電容器電壓，在本實施方式中，例如設(shè)為單體電壓成為1.75V的電容器電壓。從圖5可知，在單體電壓為1.75V時，內(nèi)部電阻變化率為125%左右，在單體電壓為1.75V時，劣化度與單體電壓為2.0V時的劣化度幾乎沒有變化，實質(zhì)上維持單體電壓為2.0V時的劣化度。這樣，在本實施方式中，至少維持成不會成為額定電壓(2.5V)的50%以下的電壓。
[0067]另外，在本實施方式中，電容器19的通常使用時的電容器電壓是單體電壓成為
2.0V的電容器電壓。因此，第I預(yù)定電壓值是比電容器19成為通常使用時的電容器電壓的單體電壓(2.5V)明顯低的值。因此，通過電壓釋放從電容器19放出的電力是足夠驅(qū)動冷卻液循環(huán)系統(tǒng)70的電力。
[0068]在本實施方式中，根據(jù)由電容器19的各單體的電極材料決定的電容器19的劣化特性，求出劣化度最小的單體電壓(2.0V)，將該單體電壓設(shè)定為第I預(yù)定電壓值。即，根據(jù)電容器19的各單體的電極材料引起的劣化度的變化，決定第I預(yù)定電壓值。
[0069]此外，在本實施方式中，使用電容器19作為蓄電裝置120的蓄電器。通常情況下，蓄電器與電池等蓄電池不同，在通常的使用條件下能夠放電至電容器電壓成為OV。
[0070]在以上實施方式中，通過水冷泵消耗電力來進行電壓釋放，但電壓釋放中所使用的電負載不限于水冷泵，例如也可以使用電動發(fā)電機等其他電負載來進行電壓釋放。此外，在設(shè)置有動臂再生發(fā)電用的發(fā)電機的情況下，也可以使用動臂再生發(fā)電用的發(fā)電機來進行電壓釋放。
[0071]另外，在上述實施方式中，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2為電動式，但存在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2不是電動而是液壓驅(qū)動的情況。圖7是表示圖2所示的挖土機的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)為液壓驅(qū)動式的情況的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖7所示的挖土機中，代替旋轉(zhuǎn)用電動機21，旋轉(zhuǎn)液壓馬達2A與控制閥17連接，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2由旋轉(zhuǎn)液壓馬達2A驅(qū)動。在這種結(jié)構(gòu)的挖土機中，也像上述實施方式那樣，在引擎11的驅(qū)動停止中，通過將電容器19的電壓維持在比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)，能夠抑制挖掘機的運行停止中的電容器19的劣化。
[0072]本發(fā)明不限定于將具體公開的上述挖土機作為一例的實施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)各種變形例及改良例。
[0073]本申請基于2012年3月28日申請的優(yōu)先權(quán)主張日本特許申請第2012-074434號，其全部內(nèi)容援引到本申請中。
[0074]工業(yè)上的可利用性
[0075]本發(fā)明能夠適用于作為用于驅(qū)動電負載的動力源而具有蓄電器的挖掘機。
[0076]符號說明
[0077]I下部行走體
[0078]1A、IB液壓馬達
[0079]2旋轉(zhuǎn)機構(gòu)
[0080]2A旋轉(zhuǎn)液壓馬達
[0081]3上部旋轉(zhuǎn)體
[0082]4 動臂[0083]5 斗桿[0084]6 伊斗
[0085]7動臂缸
[0086]8斗桿缸
[0087]9鏟斗缸
[0088]10駕駛室
[0089]11 引擎
[0090]12電動發(fā)電機
[0091]13變速器
[0092]14 主泵
[0093]15先導(dǎo)泵
[0094]16高壓液壓泵
[0095]17控制閥
[0096]18A、20A、20C 逆變器
[0097]19電容器
[0098]21旋轉(zhuǎn)用電動機
[0099]2IA輸出軸
[0100]22分解器
[0101]23機械制動器
[0102]24旋轉(zhuǎn)變速器
[0103]25先導(dǎo)管路
[0104]26操作裝置
[0105]26A、26B 桿
[0106]26C 踏板
[0107]26D按鈕開關(guān)
[0108]27液壓管路
[0109]28液壓管路
[0110]29壓力傳感器
[0111]30控制器
[0112]70冷卻液循環(huán)系統(tǒng)
[0113]71泵馬達
[0114]72 泵
[0115]73冷卻器
[0116]75輔助罐
[0117]77溫度傳感器
[0118]100升降壓轉(zhuǎn)換器
[0119]110DC 總線
[0120]120蓄電裝置
【權(quán)利要求】
1.一種挖掘機，具有: 電動機； 逆變器，與該電動機連接；以及 蓄電裝置，與該逆變器連接，包括蓄電器， 在引擎的驅(qū)動停止中，上述蓄電器的電壓被維持成比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機，其中， 表示相對于上述蓄電器的電壓而言的內(nèi)部電阻變化率的曲線具有一個極小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機，其中， 具有控制部，該控制部控制上述逆變器， 該控制部在作業(yè)結(jié)束時將上述蓄電器的電壓設(shè)為比上述第2預(yù)定電壓值高的第I預(yù)定電壓。
4.根據(jù) 權(quán)利要求3所述的挖掘機，其中， 上述第I預(yù)定電壓值根據(jù)上述蓄電器的電極材料所引起的劣化度的變化來決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的挖掘機，其中， 上述蓄電器在正常使用時能夠放電至電壓成為0V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的挖掘機，其中， 上述蓄電器為雙電層電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的挖掘機，其中， 從關(guān)閉上述引擎到下一次啟動上述引擎為止期間，上述蓄電器的電壓被維持成比上述第2預(yù)定電壓值高的電壓值。
8.一種挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，該挖掘機具有電動機、與該電動機連接的逆變器、以及與該逆變器連接且包括蓄電器的蓄電裝置，在上述挖掘機的蓄電器的電壓控制方法中， 在引擎的驅(qū)動停止中，將上述蓄電器的電壓維持成比第2預(yù)定電壓值高的狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 表示相對于上述蓄電器的電壓而言的內(nèi)部電阻變化率的曲線具有一個極小值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 在作業(yè)結(jié)束時，將上述蓄電器的電壓設(shè)為比上述第2預(yù)定電壓值高的第I預(yù)定電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 根據(jù)上述蓄電器的電極材料所引起的劣化度的變化，決定上述第I預(yù)定電壓值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 上述蓄電器在正常使用時能夠放電至電壓成為0V。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 上述蓄電器為雙電層電容。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的挖掘機的蓄電器的電壓控制方法，其中， 從關(guān)閉上述引擎到下一次啟動上述引擎為止期間，將上述蓄電器的電壓維持成比上述第2預(yù)定電壓值高的電壓值。
【文檔編號】E02F9/20GK104024539SQ201380004830
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】勝田直子 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社