混合式挖土機及其控制方法

專利名稱：混合式挖土機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種混合式挖土機，尤其涉及一種將通過電負載產生的再生電力充電至蓄電器的混合式挖土機。
背景技術：
通常，混合式挖土機具備搭載動臂、斗桿及鏟斗等工作要件的上部回轉體，邊回轉上部回轉體邊驅動動臂及斗桿，將鏟斗移動至目標工作位置。提出有如下混合式挖土機作為用于回轉上部回轉體的回轉機構的動力源使用電動馬達，用電動馬達驅動回轉機構并加速上部回轉體并使其回轉(例如，參考專利文獻1)。 在減速上部回轉體時，使電動馬達作為發電機發揮作用來發電，得到的再生電力蓄積至蓄電器。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2007-218003號公報

發明內容
發明要解決的課題在混合式挖土機中，若產生較大的再生電力并供給至蓄電器，則成為過電壓，有時超過上限值而蓄電器變成過充電。若蓄電器變成過充電，則呈過電壓狀態，促進蓄電器的劣化。因此，導致蓄電器的壽命縮短。因此，本發明的目的在于提供一種如下技術通過可變地控制蓄電器的蓄電目標值或DC總線的蓄電目標值中的至少任一方，即使產生較大的再生電力也能夠防止過充電。用于解決課題的手段根據本發明，提供一種混合式挖土機，其具備下部行走體；上部回轉體，在該下部行走體上進行回轉動作；動臂，一端轉動自如地安裝于該上部回轉體上；斗桿，一端轉動自如地安裝于該動臂的另一端；及工作要件，轉動自如地安裝于該斗桿的另一端，所述混合式挖土機具有發動機，具備在該上部回轉體中，產生驅動力；電動發電機，具備在該上部回轉體中，由從該發動機傳遞的驅動力進行發電動作；電動發電機控制部，具備在該上部回轉體中，通過來自外部的控制信號控制該電動發電機的動作；第1蓄電器，具備在該上部回轉體中且可蓄電；第2蓄電器，具備在該上部回轉體中，電連接于該電動發電機控制部并可蓄電；充放電控制部，具備在該上部回轉體中，將該第1蓄電器與該第2蓄電器之間進行電連接，通過來自外部的控制信號控制該第1蓄電器與該第2蓄電器之間的充放電動作；馬達，具備在該上部回轉體中，電連接于該第2蓄電器，至少能夠進行從機械能產生電能的再生動作，且能夠將通過該再生動作產生的電能蓄電至該第2蓄電器；及控制裝置，具備在該上部回轉體中，向該電動發電機控制部和該充放電控制部中的至少一方供給控制信號，該控制裝置在該馬達進行再生動作之前降低該第1蓄電器及該第2蓄電器中的至少一方的蓄電目標值。并且，提供一種混合式挖土機的控制方法，所述混合式挖土機具有發動機，產生驅動力；電動發電機，由從該發動機傳遞的驅動力進行發電動作；電動發電機控制部，通過來自外部的控制信號控制該電動發電機的動作；第1蓄電器，可蓄電；第2蓄電器，電連接于該電動發電機控制部并可蓄電；充放電控制部，將該第1蓄電器與該第2蓄電器之間進行電連接，通過來自外部的控制信號控制該第1蓄電器與該第2蓄電器之間的充放電動作；馬達，電連接于該第2蓄電器，能夠進行從機械能產生電能的再生動作，且能夠將通過該再生動作產生的電能蓄電至該第2蓄電器；及控制裝置，向該電動發電機控制部和該充放電控制部中的至少一方供給控制信號，其中，進行控制，以便在該馬達進行再生動作之前降低該第1蓄電器及該第2蓄電器中的至少一方的蓄電目標值。發明的效果根據本發明，被推斷為產生再生電力時，能夠通過降低蓄電器的蓄電目標值來抑制蓄電器的過充電。即，能夠通過根據混合式挖土機的運行狀況改變蓄電器的蓄電目標值來抑制蓄電器變成過充電。


圖1是混合式挖土機的側視圖。圖2是表示基于第1實施方式的混合式挖土機的驅動系統的結構的塊圖。圖3是表示蓄電系統的結構的塊圖。圖4是蓄電系統的電路圖。圖5是設定SOC的目標值的處理的流程圖。圖6是計算推斷再生電力的處理的流程圖。圖7是用于說明推斷動臂再生電力的圖。圖8是計算再生估計目標值的處理的流程圖。圖9是用于說明在掘進、裝載工作中設定SOC目標值的處理的圖。圖10是表示串聯型混合式挖土機的驅動系統的結構的塊圖。圖11是表示基于第2實施方式的混合式挖土機的驅動系統的結構的塊圖。圖12是基于第2實施方式的蓄電系統的等效電路圖。圖13㈧及⑶是分別表示第2實施方式中的基于第1比較例、第1實施例的混合式挖土機的控制方法的時序圖。圖14㈧及⑶是分別表示第2實施方式中的基于第2比較例、第2實施例的混合式挖土機的控制方法的時序圖。圖15是表示所有驅動部通過液壓動作的結構的混合式挖土機的驅動系統的塊圖。
具體實施例方式圖1是表示應用本發明的混合式挖土機的側視圖。混合式挖土機的下部行走體1上通過回轉機構2搭載有上部回轉體3。上部回轉體3上安裝有動臂4。動臂4的前端安裝有斗桿5，斗桿5的前端安裝有鏟斗6。動臂4、斗桿5及鏟斗6分別通過動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9液壓驅動。上部回轉體3上設置有駕駛室10，且搭載有發動機等動力源。圖2是表示基于本發明的第1實施方式的混合式挖土機的驅動系統的結構的塊圖。圖2中，分別用雙重線表示機械動力系統，用實線表示高壓液壓管路，用虛線表示先導管路，用實線表示電力驅動或控制系統。作為機械式驅動部的發動機11和作為輔助驅動部的電動發電機12分別連接于變速器13的2個輸入軸。變速器13的輸出軸上連接有作為液壓泵的主泵14及先導泵15。 主泵14上通過高壓液壓管路16連接有控制閥17。控制閥17為進行混合式挖土機中的液壓系統的控制的控制裝置。下部行走體1 用的液壓馬達IA (右用)及IB (左用)、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9通過高壓液壓管路連接于控制閥17。電動發電機12上通過逆變器18A連接有包含作為蓄電器的電容器的蓄電系統 120。蓄電系統120上通過逆變器20連接有作為電動工作要件的回轉用電動機21。回轉用電動機21的旋轉軸21A上連接分解器22、機械制動器23及回轉變速器M。并且，先導泵15上通過先導管路25連接操作裝置26。由回轉用電動機21、逆變器20、分解器22、機械制動器23及回轉變速器M構成負載驅動系統。操作裝置沈包含操縱桿^A、操縱桿26B及踏板^C。操縱桿^A、操縱桿26B及踏板26C通過液壓管路27及觀分別連接于控制閥17及壓力傳感器四。壓力傳感器四連接于進行電力系統的驅動控制的控制器30。本實施方式中，用于得到動臂再生電力的動臂再生用馬達300(也稱為發電機 300)通過逆變器18C連接于蓄電系統120。發電機300通過液壓馬達310驅動，該液壓馬達310通過從動臂缸7吐出的工作油驅動。當隨著重力而放下動臂4時，發電機300利用從動臂缸7吐出的工作油的壓力將動臂4的位能轉換為電能。另外，圖2中，為了便于說明， 在分開的位置表示液壓馬達310和發電機300，但實際上，發電機300的旋轉軸機械地連接于液壓馬達310的旋轉軸。S卩，液壓馬達310構成為放下動臂4時通過從動臂缸7吐出的工作油旋轉，為了將隨著重力而放下動臂4時的能量轉換為旋轉力而設置。液壓馬達310設置于控制閥17與動臂缸7之間的液壓配管7A，能夠安裝于上部回轉體3內的適當的部位。由發電機300發電的電力作為再生電力經由逆變器18C供給至蓄電系統120。由發電機300和逆變器18C構成負載驅動系統。另外，本實施方式中，用于檢測動臂4的角度的動臂角度傳感器7B安裝于動臂4 的支承軸。動臂角度傳感器7B將檢測出的動臂角度θ B供給至控制器30。圖3是表示蓄電系統120的結構的塊圖。蓄電系統120包含作為蓄電器的電容器 19、升降壓轉換器及DC總線110。作為第2蓄電器的DC總線110控制作為第1蓄電器的電容器19、電動發電機12及回轉用電動機21之間的電力的授受。電容器19上設置有用于檢測電容器電壓值的電容器電壓檢測部112和用于檢測電容器電流值的電容器電流檢測部 113。通過電容器電壓檢測部112和電容器電流檢測部113檢測出的電容器電壓值和電容器電流值供給至控制器30。升降壓轉換器100根據電動發電機12、發電機300及回轉用電動機21的運行狀態進行切換升壓動作和降壓動作的控制，以使DC總線電壓值限制在恒定范圍內。DC總線110 配設于逆變器18A、18C及20與升降壓轉換器100之間，并在電容器19、電動發電機12、發電機300及回轉用電動機21之間進行電力的授受。回到圖2，控制器30為進行混合式挖土機的驅動控制的作為主控制部的控制裝置。控制器30由包含CPU (Central Processing Unit)及內部存儲器的運算處理裝置構成， 是通過CPU執行儲存于內部存儲器的驅動控制用程序來實現的裝置。控制器30將由壓力傳感器四供給的信號轉換為速度指令，進行回轉用電動機21 的驅動控制。由壓力傳感器四供給的信號相當于表示為了使回轉機構2回轉而對操作裝置26進行操作時的操作量的信號。控制器30進行電動發電機12的運行控制(電動(輔助)運行或發電運行的切換)，并且通過驅動控制作為升降壓控制部的升降壓轉換器100來控制電容器19的充放電。 控制器30根據電容器19的充電狀態、電動發電機12的運行狀態(電動(輔助)運行或發電運行)及回轉用電動機21的運行狀態(動力運行或再生運行)進行升降壓轉換器100 的升壓動作和降壓動作的切換控制，由此進行電容器19的充放電控制。該升降壓轉換器100的升壓動作和降壓動作的切換控制根據通過DC總線電壓檢測部111檢測出的DC總線電壓值、通過電容器電壓檢測部112檢測出的電容器電壓值及通過電容器電流檢測部113檢測出的電容器電流值進行。在如以上的結構中，作為輔助馬達的電動發電機12所發電的電力通過逆變器18A 供給至蓄電系統120的DC總線110，且通過升降壓轉換器100供給至電容器19。回轉用電動機21再生運行而生成的再生電力通過逆變器20供給至蓄電系統120的DC總線110，且通過升降壓轉換器100供給至電容器19。另外，動臂再生用發電機300所發電的電力通過逆變器18C供給至蓄電系統120的DC總線110，且通過升降壓轉換器100供給至電容器19。通過分解器22檢測回轉用電動機21的轉速(角速度ω)。并且，通過設置于動臂4的支承軸的回轉式編碼器等的動臂角度傳感器7Β檢測動臂4的角度(動臂角度θ B)。 控制器30根據回轉用電動機21的角速度ω通過運算來求出推斷回轉再生電力(能量)， 并且根據動臂角度θ B通過運算來求出推斷動臂再生電力(能量)。而且，控制器30根據通過運算求出的推斷回轉再生電力和推斷動臂再生電力，通過運算求出SOC的再生估計目標值。控制器30對混合式挖土機的各部進行控制，以使電容器19的SOC接近已求出的再生估計目標值。圖4是蓄電系統120的電路圖。升降壓轉換器100具備電抗器101、升壓用 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 102A、降壓用 IGBT102B、用于連接電容器 19 的電源連接端子104、用于連接逆變器105的輸出端子106及并聯插入于一對輸出端子106的平滑用電容器107。升降壓轉換器100的輸出端子106與逆變器18A、18C及20之間通過 DC總線110連接。電抗器101的一端連接于升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B的中間點，另一端連接于電源連接端子104。電抗器101為了將隨著升壓用IGBT102A的導通/截止而產生的感應電動勢供給至DC總線110而設置。升壓用IGBT102A 及降壓用 IGBT102B 由將 MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)編入柵極部的雙極晶體管構成，是可進行大電力的高速轉換的半導體元件。升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B由控制器30通過對柵極端子施加PWM電壓來驅動。在升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B上并聯連接作為整流元件的二極管10 及 102b。電容器19為以能夠通過升降壓轉換器100在與DC總線110之間進行電力授受的方式可充放電的蓄電器即可。另外，圖4中示出作為蓄電器的電容器19，但也可以將鋰離子電池等可充放電的二次電池、鋰離子電容器或可進行電力授受的其他方式的電源用作蓄電器來代替電容器19。電源連接端子104及輸出端子106為可以連接電容器19及逆變器105的端子即可。在一對電源連接端子104之間連接有檢測電容器電壓的電容器電壓檢測部112。在一對輸出端子106之間連接有檢測DC總線電壓的DC總線電壓檢測部111。電容器電壓檢測部112檢測電容器19的電壓值(Vt3at_det)。DC總線電壓檢測部 111檢測DC總線110的電壓(以下，DC總線電壓vdc_det)。平滑用電容器107插入于輸出端子106的正極端子與負極端子之間，是用于使DC總線電壓平滑化的蓄電元件。DC總線110的電壓通過該平滑用電容器107維持為預先設定的電壓。電容器電流檢測部113為檢測流向電容器19的電流值的檢測構件，包含電流檢測用電阻器。即，電容器電流檢測部 113檢測流向電容器19的電流值(ikit_det)。在升降壓轉換器100中，對DC總線110進行升壓時，對升壓用IGBT102A的柵極端子施加PWM電壓，隨著升壓用IGBT102A的導通/截止在電抗器101中產生的感應電動勢通過并聯連接于降壓用IGBT102B的二極管102b供給至DC總線110。由此，DC總線110被升壓。對DC總線110進行降壓時，對降壓用IGBT102B的柵極端子施加PWM電壓，通過降壓用IGBT102B、逆變器105供給的再生電力從DC總線110供給至電容器19。由此，蓄積在 DC總線110的電力充電至電容器19，DC總線110被降壓。另外，實際上在控制器30與升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B之間存在生成驅動升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B的PWM信號的驅動部，但在圖4中省略。這樣的驅動部均能通過電子電路或運算處理裝置實現。在如上述結構的混合式挖土機中，通過將電容器19的充電率SOC始終維持為較高的狀態，從而能夠用來自蓄電器的電力以能量效率良好的狀態驅動電負載。以往的混合式挖土機中，將蓄電器的目標SOC設定為小達例如80%，以便即使由電負載等產生較大的再生電力并供給至蓄電器，蓄電器也不會變成過充電。即，將目標SOC 富余地設定為例如70%，以便即使通過突然發電或再生而較大的電力供給至蓄電器以及吸收該電力，SOC仍不會變成100%。由此，蓄電器的SOC控制成始終為70%以下，蓄電器的輸出電壓為SOC對應于70%以下的較低的電壓。在此，若將蓄電器的目標SOC設為高于以往的值，則蓄電器的輸出電壓也變高，能夠有效地驅動電負載。即，通過增大蓄電器的輸出電壓并用高于以往的電壓驅動電負載，從而能夠比以往更有效地驅動電負載。并且，當為了使蓄電器小型化并縮減花在蓄電系統上的費用而使用蓄電容量較小的蓄電器時，通過較高地設定蓄電器的目標S0C，從而能夠將盡可能多的電力保持在蓄電器中。例如，當使用電容器作為蓄電器時，通過使用小型電容器并且較高地設定目標S0C，從而無需減少以往的蓄電量就能夠縮小電容器。在此，若考慮混合式挖土機的驅動系統中的驅動部的通常情況下的運行狀況或蓄電器的充電量及充電率，則可知只要將蓄電器的SOC設在90%以下，通常的使用中就沒有問題。因此，通過將蓄電器的目標SOC設定為90%，從而能夠用高電壓有效地驅動電負載， 并且能夠使蓄電器小型化而降低成本。其中，將蓄電器的目標SOC設定為如90%那樣較高值時，例如若在蓄電器的SOC變高的狀態下產生較大的再生電力，則有可能變成過充電。因此，在以下說明的第1實施方式中，對蓄電器(電容器)的充電率(SOC)進行可變控制。即，預測到產生較大的再生電力時， 通過預先降低SOC來控制成，即使吸收再生電力，SOC也不會超過系統的上限值。接著，對基于第1實施方式的混合式挖土機中的電容器19的充電率(SOC)的控制方法進行說明。第1實施方式中，當上部回轉體3減速時，回轉用電動機21作為發電機發揮作用， 且生成再生電力(回轉再生電力)并供給至蓄電系統120。除此之外，當放下動臂4時利用來自動臂缸7的返回工作油驅動發電機300而發電，且將再生電力(動臂再生電力)供給至蓄電系統120。本實施方式中，通過盡可能在較高的區域使用作為蓄電器的電容器19的S0C，從而始終加大蓄電量而將電容器19的放電電壓維持為較高的狀態，且防止電力不足的同時， 從電容器19以較高的電壓放電來提高能量效率。這時，若產生較大的回轉再生電力或動臂再生電力并供給至電容器19，則在SOC較高的狀態下充電更大的電力，因此導致電容器19 變成過充電狀態。因此，本實施方式中，預先預測生成回轉再生電力或動臂再生電力，這時通過降低電容器19的SOC來抑制電容器19變成過充電狀態。即，通過運算求出回轉再生電力及動臂再生電力的推斷值，根據推斷回轉再生電力(推斷回轉再生能量)和推斷動臂再生電力 (動臂再生能量)決定并變更SOC的目標值。通常，SOC的目標值根據系統的控制條件被設定為恒定值，但在本實施方式中，SOC的目標值根據預測到的自此開始生成的推斷再生電力 (推斷再生能量)隨時變更。圖5是設定SOC的目標值的處理的流程圖。首先，在步驟Sl中，計算推斷再生電力QA。本實施方式中，推斷再生電力QA是合計推斷回轉再生電力(推斷回轉旋轉能量)QS 和推斷動臂再生電力(推斷動臂位能)QB的值。接著，在步驟S2中，判定推斷再生電力QA是否大于零。即，判定推斷再生電力QA 是否存在。當推斷再生電力QA為零(S卩，當回轉、除動臂以外的行走、使鏟斗、斗桿驅動時， 推斷不產生再生電力)時，處理進入到步驟S3。步驟S3中，將作為蓄電目標值的SOC目標值SOCtg設定為系統控制上限值SOCcul，并結束本次處理。系統控制上限值SOCcul為根據混合式挖土機的控制決定的SOC的上限值，當SOC的檢測值超過系統控制上限值SOCcul 時，判斷為電容器19充滿。另一方面，當推斷再生電力QA大于零(S卩，推斷為產生再生電力)時，處理進入到步驟S4。步驟S4中，根據計算出的推斷再生電力QA，計算再生估計目標值SOCetg。再生估計目標值SOCetg為即使推斷再生電力QA供給至電容器19，電容器19的SOC也不會大于上述系統控制上限值SOCcul的SOC值，而小于系統控制上限值SOCcul的值。
若在步驟S4中計算再生估計目標值SOCetg，則處理繼續進入到步驟S5。步驟S5 中，將作為蓄電目標值的SOC目標值SOCtg設定為再生估計目標值SOCetg，并結束本次處理。再生估計目標值SOCetg為根據推斷再生電力QA值變化的值，SOC目標值SOCtg也根據推斷再生電力QA值變化。另外，上述步驟S3的處理及步驟S5的處理由控制器30的蓄電目標值控制部進行。接著，對上述步驟Sl中的推斷再生電力QA的計算處理進行說明。推斷再生電力 QA的計算由控制器30的推斷再生能量運算部進行。圖6是計算推斷再生電力QA的處理的流程圖。首先，在步驟Sll中，計算推斷動臂再生電力QB。推斷動臂再生電力QB根據動臂4的位能決定。即，有關推斷動臂再生電力 QB，動臂4被抬起的位置的位能成為推斷動臂再生電力QB。圖7是用于說明推斷動臂再生電力QB的圖。若抬起混合式挖土機的動臂4，則蓄存吊起動臂4、斗桿5及鏟斗6的重量的量的位能。之后，若放下動臂4，則放出已蓄存的位能(動臂缸7的返回工作油)并驅動動臂再生用液壓馬達310。隨此，驅動動臂再生用發電機300而進行發電。通過該發電得到的電力成為動臂再生電力。本實施方式中，在生成動臂再生電力之前，將從吊起動臂4的位置(高度)放下至動臂4呈水平的位置時所產生的動臂再生電力作為推斷動臂再生電力QB計算。動臂4離地面的高度H能夠通過如下計算從動臂4的支承點到動臂4的前端的距離RB乘以sin θ B，并加上從地面到動臂4的支承點的距離(高度)RS(H = RBXsin θ B+RS).在此，動臂角度θ B為由上述動臂角度傳感器7B檢測出的值。抬起動臂 4后放下動臂4的位置并不限定為動臂4呈水平的位置，但若在動臂4放下至呈水平的位置的推斷的基礎上求出再生電力，則成為接近從吊起動臂4的位置得到的最大再生電力的值。如以上，推斷動臂再生電力QB能夠通過如下計算動臂4、斗桿5及鏟斗6的重量加上進入鏟斗6的砂土的最大重量的重量m乘以重力加速度g，再乘以動臂4的前端離地面的高度H。QB = HiXgXH= mXgX (RBXsin θ B+RS)如以上，若在步驟Sll中計算出推斷動臂再生電力QB，則處理進入到步驟S12。步驟S12中，進行推斷回轉再生電力QS的計算。推斷回轉再生電力QS的計算能夠根據以下公式計算。QS = 1/2ΧΜ Χ ω2在此，Mi為上部回轉體3的慣性力矩，設為伸展動臂4及斗桿5的狀態下的最大值。ω為上部回轉體3的回轉運動的角速度。角速度ω能夠由分解器22檢測出的回轉用電動機21的轉速求出。若在步驟S12中計算出推斷回轉再生電力QS，則處理進入到步驟S13。步驟S13 中，將推斷動臂再生電力QB和推斷回轉再生電力QS加在一起并通過運算求出推斷再生電力(QA = QB+QS)。接著，對圖5中的步驟S4的處理進行說明。步驟S4的處理是計算再生估計目標值SOCetg的處理。再生估計目標值SOCetg通過控制器30的蓄電目標值決定部進行。圖 8是計算再生估計目標值SOCetg的處理的流程圖。首先，在步驟S41中，計算電容器19的充電率(SOC)成為系統控制上限值SOCcul時的、作為蓄積于電容器19的電力的蓄電做功量Qmax。蓄電做功量Qmax在系統控制上相當于可蓄積于電容器19的最大電力。當使用電容器時，蓄電做功量Qmax能夠利用以下公式計算。Qmax= 1/2 xCx V2=l/2xCx(360x ^ SOCcul)2在此，C為電容器19的靜電容量。接著，在步驟S42中，蓄電做功量Qmax減去推斷再生電力QA，由此計算能夠蓄積于電容器19的電力目標值GKQ = Qmax-QA)。而且，在步驟S43中，由電力目標值Q求出再生估計目標值SOCetg。再生估計目標值SOCetg能夠通過以下公式計算。SOCetg = 2 X Q/ (C X 3602)若如以上計算再生估計目標值SOCetg，則在圖5所示的步驟S5中，將SOC目標值 SOCtg設定為再生估計目標值SOCetg。在此，對由混合式挖土機進行的掘進、裝載工作中的SOC目標值的設定進行說明。 圖9是用于說明在掘進、裝載工作中設定SOC目標值SOCtg的處理的圖。在圖9中的時刻 0 t4為止的工作時，由于估計到推斷再生電力QA，因此對作為蓄電目標值的SOC目標值 SOCtg設定再生估計目標值SOCetg。在掘進、裝載工作中，動臂4的高度H如圖9(a)所示推移。推斷動臂再生電力QB 如上述那樣與動臂4的高度H成比例(QB = mXgXH)，所以如圖9(b)所示推斷動臂再生電力QB成為與動臂4的高度H相同的圖案。在此，動臂4的高度H成為峰值的時刻以后，由于放下動臂4，因此會產生動臂再生電力。另一方面，在掘進、裝載工作中，上部回轉體3的回轉速度與回轉用電動機21的角速度ω成比例，在掘進、裝載工作中如圖9(c)所示推移。推斷回轉再生電力QS如上述那樣與回轉用電動機21的角速度ω的平方成比例OiS = l/2XMiX ω2)，所以推斷回轉再生電力QS如圖9(d)所示推移。在此，回轉速度ω成為峰值的時刻以后，由于回轉速度成為減速動作，因此會產生回轉再生電力。另外，回轉速度的負方向(負值)是指逆旋轉，因此推斷回轉再生電力以回轉速度的絕對值計算。推斷再生電力QA為推斷動臂再生電力QB與推斷回轉再生電力QS之和，如圖9 (e) 所示，成為合成圖9(b)和圖9(d)的圖案。而且，當推斷再生電力QA供給至電容器19而進行充電時，再生估計目標值SOCetg 設定為如成為在系統控制上容許的電容器19的最大充電率(系統控制上限值SOCcul)的值。因此，再生估計目標值SOCetg成為系統控制上限值SOCcul減去推斷再生電力QA的值， 且成為反轉推斷再生電力QA而將零對準系統控制上限值SOCcul的值，成為如圖9(f)所示的圖案。在圖9(f)中，對時刻t = 0時的電容器19的蓄電電壓值相對于額定電壓成為 100%的情況進行說明。在時刻0 tio時，動臂4上升，并且執行回轉動作。因此，SOC目標值SOCtg(此時，再生估計目標值SOCetg)根據運算出的推斷再生電力的增加而下降。由于再生估計目標值SOCetg下降，因此蓄電(充電)至系統控制上限值SOCcul的電力被放電與再生估計目標值SOCetg的下降對應的量。這時被放電的電力能夠使用于動臂4的上升或回轉的動力運行。圖9 (f)中，在時刻tl t3時，動臂4下降而回轉速度也降低，因此運算出的推斷再生電力也下降。隨此，SOC目標值SOCtg(此時，再生估計目標值SOCetg)上升。同時，由于放下動臂4，因而產生動臂再生電力，并且回轉電動機也進行制動運行(減速運行)，因而也產生回轉再生電力，但這些再生電力能夠充電至電容器19與再生估計目標值SOCetg的上升對應的量。同樣，在時刻t3 til時，再生估計目標值SOCetg下降，進行與再生估計目標值 SOCetg下降對應量的放電。并且，在時刻til t4時，再生估計目標值SOCetg上升，進行與再生估計目標值SOCetg上升對應量的充電。在此，若將電容器19的靜電容量設為C并將蓄電電壓(端子間電壓)設為V，則蓄電于電容器19中的蓄電能量E可以由E= (1/2)CV2表示。因此，若增大蓄電電壓V，則能夠減小用于保持相同能量的電容器19的容量。例如，以往，為了不讓SOC超過系統控制上限值，對再生電力進行充分考慮后決定了 SOC目標值。S卩，以往的SOC目標值設定為充電電壓(V)相對于額定電壓(Vmax)例如成為67% ( = V/Vmax 充電比)，以便即使產生較大的再生電力也能夠吸收該再生電力。在此，關于系統控制上限值，設定為充電電壓相對于額定電壓成為100% ( = V/Vmax 充電比)的SOC0然而，如以E= (1/2)CV2表示，若使蓄電于電容器19的充電電壓值V成為(2倍而增大，則即便使靜電容量成為1/2也能夠得到相同的蓄電能量E。換而言之，若使充電電壓值V增大成(2倍，則能夠將電容器的靜電容量降低成1/2。具體而言，以往利用充電電壓相對于額定電壓成為67%的SOC來進行控制，與此相對，通過將SOC設為成(2倍的95 %，能夠在維持相同蓄電能量的狀態下，將電容器19的容量設為1/2。即，通過將充電率SOC設為95%，能夠維持與將SOC設為67%的情況相同的蓄電能量的同時，利用1/2靜電容量的電容器。在此，當充電比為95%時，SOC以電壓V的平方的比表示，因此SOC成為大約90% (SOC= (1/2) CV2/(1/2) CVmax2)。圖9 (f)中，將SOC設為90 % (充電比95 % )來進行了說明，但在沒有再生電力的估計的狀態下，被設定的soc(充電比)較高的一方能夠減小靜電容量，因此優選。本實施方式中，在沒有再生電力的估計的狀態下，SOC能夠控制在大約90 % (充電比為95%)以上。即，比起以往更能減半電容器容量。因此，通過將本實施方式應用于混合式挖土機，從而電容器19的選擇自由度變大。并且，由于對SOC的目標值進行可變控制，因此當估計到產生再生電力時，能夠預先降低SOC的比率，因此能夠防止過充電。另外，如從圖9(f)可知，當推斷為不產生再生電力(QA = O)時，在本實施方式中求出的再生估計目標值SOCetg變得與高于以往的SOC目標上限值的系統控制上限值 SOCcul相等。并且，當推斷為產生再生電力(QA >0)時，在本實施方式中求出的再生估計目標值SOCetg成為系統控制上限值SOCcul減去推斷再生電力QA從系統控制上限值SOCcul 充電至電容器19時上升的充電率的值。由此，能夠將電容器19的充電率維持為接近系統控制上限值SOCcul的值的同時，控制成即使再生電力供給至電容器19，電容器19的充電率也不會超過系統控制上限值SOCcul。上述實施方式中，將推斷再生電力QA設為合計推斷動臂再生電力QB和推斷回轉再生電力QS的值，但未必一定要合計推斷動臂再生電力QB和推斷回轉再生電力QS。例如， 若為不具有動臂再生功能的挖土機，則也可以僅使用推斷回轉再生電力QS作為推斷再生電力QA。或者，如將起重磁鐵安裝在斗桿的前端來代替鏟斗的起重磁鐵式挖土機，作為除回轉再生及動臂再生以外的再生功能具有起重磁鐵再生功能時，求出合計推斷起重磁鐵再生電力QL在內的推斷再生電力QA即可。來自起重磁鐵的再生電力為當關閉起重磁鐵時流過的逆電流，且幾乎為恒定的電流值。因此，能夠將推斷起重磁鐵再生電力QL作為固定值設定。并且，當時刻0至tlO時電容器19的電壓值小于蓄電目標值時，向電容器19進行充電。同樣，在時刻t3至til時，當電容器19的電壓值小于蓄電目標值時，也向電容器19進行充電。另外，在沒有再生估計時，蓄電目標值設定為與系統控制上限值相等的值。然而， 在沒有再生估計時，蓄電目標值也可以設定為從系統上限值帶有百分之幾的富余的值。并且，蓄電目標值也可設定在預先設定的范圍內。上述實施方式中，對將本發明應用于在作為液壓泵的主泵14上連接發動機11和電動發電機12來驅動主泵的所謂并聯型混合式挖土機的例子進行了說明。本實施方式還能夠應用于如圖10所示用發動機11驅動電動發電機12并將電動發電機12生成的電力蓄積在蓄電系統120后僅通過已蓄積的電力驅動主泵14的所謂串聯型混合式挖土機。此時， 電動發電機12具備有作為本實施方式中只進行通過發動機11驅動而進行的發電運行的發電機的功能。接著，對本發明的第2實施方式進行說明。圖11是表示基于第2實施方式的混合式挖土機的驅動系統的結構的塊圖。圖11 中，在與圖2所示的結構組件相同的組件上附加相同符號，并省略其說明。在圖11所示的結構的混合式挖土機中，當施加于發動機11的負載較大時，電動發電機12將電能轉換為機械能并進行輔助發動機11的輔助運行。電動發電機12的機械能通過變速器13傳遞至主泵14，由此減輕施加于發動機11的負載。另一方面，當施加于發動機11的負載較小時，發動機11的驅動力通過變速器13傳遞至電動發電機12，由此發電運行電動發電機12。利用連接(電連接)于電動發電機12的逆變器18A來進行電動發電機12的輔助運行和發電運行的切換等控制。逆變器18A通過來自控制器30的控制信號控制。控制器30包含中央處理裝置(CPU)及內部存儲器。CPU執行存儲于內部存儲器的驅動控制用程序。控制器30通過在顯示裝置(未圖示)上顯示各種裝置的劣化狀態等來提醒駕駛員注意。電動發電機12的電力系統的輸入輸出端子通過逆變器18A連接于DC總線110。 DC總線110通過轉換器(蓄電池充放電電路)100連接于電容器19。電容器19包含例如串聯連接的多個雙電層電容器。能夠利用轉換器100對DC總線110的電壓進行控制。例如，通過使充電電流流過轉換器100，由此DC總線110的電能向電容器19移動，DC總線110 的電壓下降。相反，通過使放電電流流過轉換器100，由此電容器19的電能向DC總線110 移動，DC總線110的電壓上升。如此，轉換器100對電容器19與DC總線110之間的充放電動作進行控制。如此，電容器19相當于可蓄電的第1蓄電器，DC總線110也相當于可蓄電的第2 蓄電器。而且，轉換器100將電容器19與DC總線110之間進行電連接，相當于通過來自外部的信號對電容器19與DC總線之間的充放電動作進行控制的充放電控制部。包含電容器 19、轉換器100及DC總線110的蓄電系統120搭載于上部回轉體3。并且，DC總線110通過逆變器18C連接于動臂再生用馬達300。動臂再生用液壓馬達300與動臂再生用發電機300連接，并能夠通過液壓馬達310的驅動力進行發電。由動臂再生用發電機300生成的電能通過將三相交流轉換為直流的逆變器18C供給至DC總線110。另外，DC總線110通過其他逆變器20連接于回轉用電動機21。通過逆變器20在 DC總線110與回轉用電動機21之間進行電能的授受。通過來自控制器30的控制信號控制逆變器20、18C及轉換器100。圖12是本實施方式中的蓄電系統120的等效電路圖。升降壓轉換器100對作為第1蓄電器的電容器19的充放電電流進行控制。作為第2蓄電器的DC總線110包含平滑用電容器107。轉換器100的一對電源連接端子103A、10;3B上連接有電容器19，一對輸出端子106A、106B上連接有DC總線110的平滑用電容器107。一方的電源連接端子10!3B及一方的輸出端子106B被接地。DC總線110通過逆變器18A、18C及20連接于電動發電機12、回轉用電動機21及動臂再生用液壓馬達310。在電動發電機12發電運行的期間，能夠通過逆變器18A將由電動發電機12發電的電力供給至電容器19或DC總線110。在電動發電機12輔助運行的期間，能夠通過逆變器18A將所需電力從電容器19或DC總線110供給至電動發電機12。從電容器19或DC總線110向回轉用電動機21供給電能。并且，由回轉用電動機 21產生的再生能量蓄電于電容器19或DC總線110。在平滑用電容器107的兩端產生的電壓通過電壓表111檢測出，檢測結果輸入于控制器30。根據電壓表111的檢測值和DC總線110的目標值，轉換器100以DC總線的電壓恒定的方式進行控制。另外，控制器30能夠檢測下部行走體1、回轉機構2、動臂4、斗桿5及鏟斗6均不動作且均不進行電容器19、DC總線110的充電及放電的狀態(非運行狀態)。升壓用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 102A的集電極和降壓用IGBT102B的發射極相互連接的串聯電路連接于輸出端子106A與106B之間。升壓用IGBT102A的發射極被接地，降壓用IGBT102B的集電極連接于高壓側的輸出端子106A。升壓用IGBT102A與降壓用 IGBT102B的相互連接點通過電抗器101連接于高壓側的電源連接端子103A。升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B上以從發射極朝向集電極的方向成為順向的方向分別并聯連接有二極管10h、102b。連接于電源連接端子103A與1(X3B之間的電壓表112對電容器19的端子間電壓進行測定。與電抗器101串聯插入的電流表113對電容器19的充放電電流進行檢測。電壓及電流的檢測結果輸入于控制器30。控制器30對升壓用IGBT102A及降壓用IGBT102B的柵極電極施加控制用的脈沖寬度調制(PWM)電壓。
以下，對升壓動作(放電動作)進行說明。若對升壓用IGBT102A的柵極電極施加PWM電壓，則升壓用IGBT102A截止時在電抗器101產生使電流從高壓側的電源連接端子 103A流向升壓用IGBT102A的集電極的方向的感應電動勢。該電動勢通過二極管102b施加于DC總線110。由此，DC總線110被升壓。接著，對降壓動作(充電動作)進行說明。若對降壓用IGBT102B的柵極電極施加 PWM電壓，則降壓用IGBT102B截止時在電抗器101產生使電流從降壓用IGBT102B的發射極流向高壓側的電源連接端子103A的方向的感應電動勢。通過該感應電動勢充電電容器 19。這樣，能夠將DC總線110始終保持為恒定電壓。接著，邊參考圖13㈧及⑶邊對第2實施方式中的基于第1比較例及第1實施例的混合型工作機械的控制方法進行說明。基于這些控制方法的控制通過控制器30進行。圖13㈧是表示基于第1比較例的控制方法的時序圖。若參考“動臂操縱桿”及 “動臂4角度”的圖表，在時刻tl至時刻t2期間，挖土機的駕駛員將操作裝置沈的動臂操縱桿維持為“抬起”狀態，由此動臂4相對于上部回轉體3向上慢慢吊起。例如，在時刻t2 時動臂4上升至其行程上限(動力動作)。在時刻t2時，駕駛員將動臂操縱桿返回中立位置，并將其狀態維持至時刻t3。在此期間，動臂4靜止在行程上限位置。之后，在時刻t3至時刻t4期間，駕駛員將動臂操縱桿維持在“放下”狀態，由此動臂4慢慢下降，例如在時刻 t4時返回原來的位置(時刻tl的位置、完全放下的位置)(再生動作)。若參考“DC總線110目標電壓”、“主泵14設定”、“電動發電機12輸出狀態”及“轉換器100電流狀態”的圖表，在基于第1比較例的控制方法中，僅由發動機11的驅動力進行動臂4的上升，電動發電機12不進行電動(輔助)運行。因此，DC總線110維持為恒定電壓(高壓狀態VM)。另外，在以下說明中，“DC總線110目標電壓”是指接近DC總線110的電壓的目標值。因此，在時刻tl至時刻t2期間，將“DC總線110目標電壓”、“主泵14設定”、“電動發電機12輸出狀態”及“轉換器100電流狀態”全部維持為恒定。即，“DC總線110目標電壓”仍是高壓狀態VM，而“主泵14設定”仍是低輸出狀態PN。并且，電動發電機12既不進行輔助動作，也不進行發電動作，轉換器100不進行充放電。另外，由于轉換器100未充放電，因此電容器19的電壓不會變化。從動臂4靜止時的時刻t2至時刻t3中，“DC總線110目標電壓”、“主泵14設定”、 “電動發電機12輸出狀態”及“轉換器100電流狀態”也全部保持為恒定。在時刻t3至時刻t4期間，動臂4下降，由此在動臂再生用液壓馬達310產生驅動力(轉矩)。驅動力傳遞至動臂再生用發電機300，由發電機300進行發電(再生動作)。 所產生的電能經由逆變器18C、DC總線110及轉換器100蓄電至電容器19。因此，在此期間，DC總線110仍是高壓狀態VM而保持不變，而轉換器100則進行充電動作。圖13(A)中， 用從“動臂再生用馬達131輸出狀態”的圖表朝向“轉換器100電流狀態”的行的箭頭概念性地示出了在時刻t3至時刻t4中由發電機300發電的能量通過轉換器100的充電動作蓄存于電容器19的情況。另外，主泵14設定仍是低輸出狀態PN，電動發電機12既不進行輔助動作，也不進行發電動作。這樣，若要把DC總線110仍以高壓狀態VM維持為恒定，則轉換器100在與電容器19之間實施充放電控制。因此，在進行充放電時會產生電力消耗(能量損失)。
圖13㈧的充電率SOC的圖表示出第1比較例中在沒有產生再生電力的估計的狀態下將SOC控制成90%時的SOC的變化。此時，在時刻t3至時刻t4期間，若隨著動臂放下動作而產生動臂再生電力，則充電至電容器19的電力上升，SOC上升。原來，由于SOC設定為高達90%的目標值，因此在時刻t3至時刻t4期間，導致SOC超過系統控制上限值(S0C 為100%)，并導致電容器19變成過充電。圖13⑶是表示第2實施方式中的基于第1實施例的控制方法的時序圖。“動臂操縱桿”及“動臂4角度”的圖表與圖13㈧所示的第1比較例相同。在基于第1實施例的控制方法中，利用發動機11的驅動力和電動發電機12的輔助動力使動臂4上升。并且，為了輔助運行電動發電機12，使用不是蓄存于電容器19而是蓄存于DC總線110的電能。因此，在動臂4上升中的時刻tl至時刻t2中，“電動發電機12輸出狀態”變為輔助，且作為蓄電目標值的“DC總線110目標電壓”設定為低壓狀態VL。并且，轉換器100不進行充放電。另外，由于電動發電機12進行輔助運行，因此主泵14過渡到可產生高輸出的狀態(高輸出狀態)PH。另夕卜，在“DC總線110目標電壓”的圖表中用虛線表示了 DC總線110的由電壓表 111檢測出的實際電壓值。在時刻tl至時刻t2中，由于通過電動發電機12輔助發動機11， 所以DC總線110的電壓慢慢從高壓狀態VM減少，并在時刻t2成為低壓狀態VL。圖13 (B) 中，用從“DC總線110目標電壓”的圖表朝向“電動發電機12輸出狀態”的圖表的箭頭概念性地示出了電動發電機12的輔助動作進行DC總線110的電壓減少的量的情況。在動臂4保持在行程上限位置的時刻t2至時刻t3中，電動發電機12既不進行輔助動作，也不進行發電動作。在此，蓄電至電容器19及DC總線110的電能不會變化。因此， 轉換器100不進行充放電動作，DC總線110的目標電壓及實際電壓被保持為低壓狀態VL。 并且，主泵14成為低輸出狀態PN。這樣，由于DC總線110被保持為低壓狀態VL且不進行與電容器19的充放電控制，因此能夠防止電力損失。從時刻t3至時刻t4，動臂4下降，動臂4的位能通過動臂再生用液壓馬達310及動臂再生用馬達(發電機)300轉換為電能(再生動作)。轉換的電能蓄電至DC總線110， 而不是電容器19。在此，轉換器100在與電容器之間不進行充放電動作。另一方面，DC總線110的目標電壓成為高壓狀態VM。因此，在時刻t3至時刻t4中的DC總線110的實際電壓從低壓狀態VL慢慢上升。但是，由于在時刻tl至時刻t2中動臂4上升，因此從DC總線110放電的電能由動臂4的下降而不完全回收，且時刻t4的DC總線110的實際電壓成為低于高壓狀態VM的電壓。圖13⑶中用箭頭概念性地示出了由動臂再生用馬達300發電的電能蓄存于DC總線110且DC總線110的電壓上升的情況。另外，主泵14仍是低輸出狀態PN。在時刻t4至時刻t5中，使DC總線110的電壓恢復到高壓狀態VM為止的不足量。 因此，DC總線110目標電壓仍呈高壓狀態VM，且轉換器100進行放電動作直到實現該目標電壓值VM。圖13⑶中，用從“轉換器100電流狀態”的圖表朝向“DC總線110目標電壓” 的圖表的箭頭概念性地示出了電容器19的電能通過轉換器100的放電動作蓄存于DC總線 110的情況。圖13(B)的充電率SOC的圖表示出了隨著第1實施例中的DC總線110的電壓變化而變化的S0C。第1實施例中，當在時刻t3至時刻t4期間產生再生電力時，將動臂再生電力蓄積于DC總線110并以DC總線110的電壓上升的方式進行控制。因此，不會向電容器19供給再生電力而仍能夠以較高狀態維持電容器19的S0C。即，通過將再生電力蓄積于DC總線110，從而將再生電力控制成不充電至電容器19，且防止了 SOC變大期間的電容器19中進一步充電再生電力而變成過充電。另外，為了僅在時刻t4至時刻t5期間恢復DC總線110的電壓，因而電容器19稍微放電而向DC總線110供給電力。而且，時刻t5以后發電運行電動發電機12而進行電容器19的充電，且以電容器19的充電率SOC成為目標充電率(90%)的方式進行控制。此時，若以電壓比換算，則成為大約95%。并且，在時刻t4至時刻t5期間，當電容器19的充電率小于目標充電率時，對電容器19進行充電。上述第2實施方式中的基于第1實施例的控制方法，在時刻tl至時刻t2中，利用蓄存于DC總線110的電能進行電動發電機12的輔助運行，且發動機11的驅動力加上輔助驅動力而使動臂4上升。在使動臂4上升時，由于主泵14所放出的能量的一部分從電動發電機12供給，因此能夠減少發動機11的負載。從而能夠加大動臂4上升時的泵馬力設定 (主泵14設定)。因此，能夠加大使動臂4上升的功率。并且，由于并不是從電容器19供給使電動發電機12輔助運行的電能，而是從DC 總線供給，因此能夠抑制轉換器100中的電力消耗(減少能量損失)。另外，在時刻t3至時刻t4中，隨著動臂4的下降而產生的能量蓄電至DC總線110， 而不是電容器19。因此，在此期間也可以抑制轉換器100中的電力消耗。并且，通過在時刻t4至時刻t5中的轉換器100的放電動作，將電容器19的電能轉移到DC總線110，且將DC總線110的電壓狀態保持為恒定(高壓狀態VM)，由此在需要使動臂4再次上升時等，能夠根據情況迅速地使用DC總線110的能量。另外，時刻t5以后的、DC總線110的恒定保持電壓(高壓狀態VM)例如設為高于電容器19的保持電壓的電壓。接著，邊參考圖14(A)及(B)邊對第2實施方式中的基于第2比較例及第2實施例的混合式挖土機的控制方法進行說明。基于這些控制方法的控制通過控制器30進行。圖14㈧是表示基于第2比較例的控制方法的時序圖。若參考“回轉操縱桿”、“上部回轉體3回轉角度”及“回轉用電動機21輸出狀態”的圖表，在時刻tl至時刻t3期間， 工作機械的駕駛員將操作裝置26的回轉操縱桿維持為“正轉”狀態，由此上部回轉體3從初始值回轉至目標值。上部回轉體3在時刻tl時從停止狀態由初速度零開始向正轉方向回轉，在時刻t4到達目標位置，并成為終速度零而結束回轉。在時刻tl至時刻t2中，上部回轉體3的回轉角速度慢慢增加。在時刻t2至時刻t3中，上部回轉體3以等角速度回轉。 在時刻t3至時刻t4中，上部回轉體3的回轉角速度慢慢減少。在時刻tl至時刻t2中，回轉用電動機21進行由電能產生旋轉力而使上部回轉體3回轉的動力動作，在時刻t3至時刻t4中，進行從上部回轉體3的旋轉運動產生電能的再生動作。在時刻t2至時刻t3中， 不進行動力及再生的任何動作。若參考“轉換器100電流狀態”的圖表，在基于第2比較例的控制方法中，由于維持DC總線110的電壓，因此回轉用電動機21的動力動作利用蓄存于電容器19的電能進行。 并且，回轉用電動機21所產生的再生能量蓄電至電容器19。因此，從時刻tl至時刻t2的動力運行中，轉換器100進行放電動作，且放出蓄存于電容器19的電能。并且，在時刻t3 至時刻t4期間，轉換器100進行充電動作，將所產生的再生能量蓄電至電容器19。若參考“電動發電機12輸出狀態”的圖表，在時刻t3至時刻t4蓄電至電容器19 的再生能量小于在時刻tl至時刻t2從電容器19放出的能量。因此，電動發電機12以將電容器19的電壓電平保持恒定為目的，從時刻t3至時刻t4以彌補不足量的方式進行發電動作。由電動發電機12發電的電能通過轉換器100的充電動作蓄存于電容器19。若參考“DC總線110目標電壓”的圖表，如上述在第2比較例中，以電容器19的能量進行動力運行，且將產生的再生能量蓄電至電容器19。因此，DC總線110的目標電壓仍是高壓狀態VM而保持不變。這樣，為了將DC總線110仍以高壓狀態VM維持為恒定，轉換器I00在與電容器I9之間實施充放電控制。因此，在充放電時導致產生電力消耗(能量損失)。圖14⑶是表示基于第2實施例的控制方法的時序圖。“回轉操縱桿”、“上部回轉體3回轉角度”及“回轉用電動機21輸出狀態”的圖表的折線或曲線與圖14㈧所示的第 2比較例相同。第2實施方式中的基于第2實施例的控制方法中，利用蓄存于電容器19及DC總線110的電能實施回轉用電動機21的動力動作。并且，將回轉用電動機21通過再生動作產生的能量蓄電至DC總線110，而不是電容器19。若參考作為蓄電目標值的“DC總線110目標電壓”、“電動發電機12輸出狀態”及 “轉換器100電流狀態”的圖表，由于時刻tl至時刻t2的動力運行利用DC總線110的電能，因此DC總線110的目標電壓從高壓狀態VM過渡到低壓狀態VL。并且，通過轉換器100 進行放電動作，由此電容器19的電能也可以使用于動力運行。電動發電機12既不進行輔助動作，也不進行發電動作。DC總線110的實際電壓從時刻tl時的高壓狀態VM慢慢減少， 并在時刻t2成為低壓狀態VL。在上部回轉體3以等角速度回轉的時刻t2至時刻t3中，回轉用電動機21既不會接受電能的供給，也不會產生再生能量。DC總線110的目標電壓及實際電壓仍呈低壓狀態 VL0轉換器100不進行充放電，電動發電機12既不進行輔助動作，也不進行發電動作。這樣，由于DC總線110被保持為低壓狀態VL且不進行與電容器19的充放電控制，因此能夠防止電力損失。在時刻t3至時刻t4中，回轉用電動機21由上部回轉體3的旋轉運動產生再生能量(再生動作)。DC總線110的目標電壓從低壓狀態VL切換成高壓狀態VM，再生能量蓄存于DC總線110。不進行轉換器100的充放電動作及電動發電機12的輔助或發電動作。DC 總線110的實際電壓在時刻t3至時刻t4期間從低壓狀態VL慢慢上升，但達不到高壓狀態 VM。在時刻t4至時刻t5中，使DC總線110的電壓恢復至高壓狀態VM。因此，DC總線 110目標電壓仍呈高壓狀態VM，轉換器100進行放電動作直到實現該目標電壓值VM0若參考圖14⑶中的充電率(SOC)的圖表，第2實施例中，由于對DC總線110的電壓進行可變控制，因此能夠以較高的狀態維持電容器19的S0C。在時刻t2至時刻t3期間，為了恢復所降低的電容器19的電壓，進行電動發電機12的發電運行，并對電容器19進行充電。
在基于第2實施例的控制方法中，也從DC總線110供給動力運行的能量。與從電容器19供給所有動力運行能量的第2比較例相比，能夠減少流過轉換器100的電流。因此， 能夠抑制電力消耗。并且，時刻t3至時刻t4中的由回轉用電動機21的再生動作產生的能量蓄電至DC 總線110，而不是電容器19。因此，在此期間也可以抑制轉換器100中的電力消耗。并且，通過在時刻t4至時刻t5中的轉換器100的放電動作，將電容器19的電能轉移到DC總線110，且將DC總線110的電壓狀態保持為恒定(高壓狀態VM)，由此在需要再次進行回轉動作時等，能夠根據情況迅速地使用DC總線110的能量。另外，時刻t5以后的、DC總線110的恒定保持電壓(高壓狀態VM)例如設為高于電容器19的保持電壓的電壓。S卩，在時刻t5以后，發電運行電動發電機12且進行電容器19的充電，以便恢復所降低的電容器19的電壓。在第2實施方式的基于第1、第2實施例的控制方法中，對分別可隨著動臂4的下降及回轉用電動機21的再生動作而回收的能量進行預測，且放出至少可回收的能量而進行動臂4的上升及回轉用電動機21的動力動作。由于動臂缸的行程確定，因此在抬起動臂 4后進入與抬起量對應的動臂4的放下動作。因此，能夠放出與通過該動臂4的放下動作產生的能量對應的能量。同樣，通過回轉用電動機21加速的上部回轉體3進行減速并停止。 因此，能夠放出與隨著上部回轉體3的減速而產生的能量對應的能量。并且，在時刻tl至時刻t2期間，當電容器19的充電率小于目標充電率時，對電容器19進行充電。同樣，在時刻t4至時刻t5期間，當電容器19的充電率小于目標充電率時，也對電容器19進行充電。以上，按照實施例對本發明的第2實施方式進行了說明，但本發明并不限定于此。例如在實施例中，異時地進行了動臂4的上下和上部回轉體3的回轉，但同時進行這些時，例如能夠進行來自動臂4的再生能量蓄存于DC總線110、來自上部回轉體3的再生能量蓄存于電容器19的控制。將兩種再生能量均蓄存于電容器19時，流過轉換器100的電流變大而增大能量損失，但若進行將來自動臂4的再生能量蓄存于DC總線110的控制， 則能夠抑制轉換器100中的能量損失。并且，實施例中使用了混合式挖土機，但例如也可以為起重機。此時，能夠與動臂的抬起放下同樣地考慮起重機的卷揚及放下。起重機對應于動臂，起重機的卷揚用馬達對應于動臂再生用馬達。并且，還能夠將本發明應用于如圖15所示所有驅動部由液壓動作的結構的混合式挖土機。圖15所示的結構的混合式挖土機中，通過發動機11的剩余輸出由電動發電機 12發電的發電電力及通過動臂再生馬達300發電的發電電力蓄電至蓄電系統120。蓄電至蓄電系統120的蓄電電力用于輔助發動機11的輸出。本發明不限于上述具體公開的實施例，在不脫離本發明的范圍內可以進行各種變形例及改良例。本申請基于2009年6月9日申請的優先權主張日本專利申請2009-137970號，其全部內容援用于本說明書中。產業上的可利用性本發明可應用于由發電機輔助發動機的混合式挖土機。符號的說明
1-下部行走體，1A、IB-液壓馬達，2-回轉機構，3-上部回轉體，4_動臂，5-斗桿， 6-鏟斗，7-動臂缸，7A-液壓配管，7B-動臂角度傳感器，8-斗桿缸，9-鏟斗缸，10-駕駛室， 11-發動機，12-電動發電機，13-變速器，14-主泵，15-先導泵，16-高壓液壓管路，17-控制閥，18、18A、18B、20-逆變器，19-電容器，21-回轉用電動機，22-分解器，23-機械制動器， 24-回轉變速器，25-先導管路，26-操作裝置，26A.26B-操縱桿，26C-踏板，26D-按鈕開關， 27-液壓管路，28-液壓管路，29-壓力傳感器，30-控制器，35-顯示裝置，100-升降壓轉換器，101-電抗器，102A-升壓用IGBT，102B-降壓用IGBT，104-電源連接端子，105-逆變器， 106-輸出端子，107-電容器，110-DC總線，Ill-DC總線電壓檢測部，112-電容器電壓檢測部，113-電容器電流檢測部，120-蓄電系統，300-動臂再生用馬達(發電機)，310-動臂再生用液壓馬達。
權利要求
1.一種混合式挖土機，具備 下部行走體；上部回轉體，在該下部行走體上進行回轉動作； 動臂，一端轉動自如地安裝于該上部回轉體上； 斗桿，一端轉動自如地安裝于該動臂的另一端；及工作要件，轉動自如地安裝于該斗桿的另一端，其中， 所述混合式挖土機具有 發動機，具備在所述上部回轉體中，產生驅動力；電動發電機，具備在所述上部回轉體中，由從所述發動機傳遞的驅動力進行發電動作；電動發電機控制部，具備在所述上部回轉體中，通過來自外部的控制信號控制所述電動發電機的動作；第1蓄電器，具備在所述上部回轉體中且可蓄電；第2蓄電器，具備在所述上部回轉體中，電連接于所述電動發電機控制部并可蓄電； 充放電控制部，具備在所述上部回轉體中，將所述第1蓄電器與所述第2蓄電器之間進行電連接，通過來自外部的控制信號控制所述第1蓄電器與所述第2蓄電器之間的充放電動作；馬達，具備在所述上部回轉體中，電連接于所述第2蓄電器，至少能夠進行從機械能產生電能的再生動作，且能夠將通過該再生動作產生的電能蓄電至所述第2蓄電器；及控制裝置，具備在所述上部回轉體中，向所述電動發電機控制部和所述充放電控制部中的至少一方供給控制信號，所述控制裝置在所述馬達進行再生動作之前降低所述第1蓄電器及所述第2蓄電器中的至少一方的蓄電目標值。
2.如權利要求1所述的混合式挖土機，其中，在所述馬達進行再生動作的期間，所述控制裝置將所述蓄電目標值設定為比在進行該再生動作之前設定的值更高的值。
3.如權利要求1或2所述的混合式挖土機，其中，在所述電動發電機進行電動動作的期間，所述控制裝置將所述蓄電目標值設定為比進行該電動動作之前的值更低的值。
4.如權利要求1至3中任一項所述的混合式挖土機，其中，在所述馬達進行動力動作的期間，所述控制裝置將所述蓄電目標值設定為比進行該動力動作之前的值更低的值。
5.如權利要求1至3中任一項所述的混合式挖土機，其中，所述馬達為動臂再生用馬達，進一步具有檢測動臂角度的角度檢測部， 所述控制裝置包含推斷再生能量運算部，根據該角度檢測部所檢測出的動臂角度運算推斷再生能量； 蓄電目標值決定部，根據由該推斷再生能量運算部運算出的推斷再生能量決定所述蓄電目標值；及蓄電目標值控制部，控制所述電動發電機控制部和所述充放電控制部中的至少一方，以便設定由該蓄電目標值決定部決定的所述蓄電目標值。
6.如權利要求5所述的混合式挖土機，其中，所述推斷再生能量運算部根據所述動臂的位能通過運算求出所述動臂的推斷再生能量。
7.如權利要求1、2及4中任一項所述的混合式挖土機，其中，所述馬達為回轉用馬達，進一步具有檢測所述上部回轉體的回轉速度的回轉速度檢測部，所述控制裝置包含推斷再生能量運算部，根據該回轉速度檢測部所檢測出的回轉速度運算推斷再生能量；蓄電目標值決定部，根據由該推斷再生能量運算部運算出的推斷再生能量決定所述蓄電目標值；及蓄電目標值控制部，控制所述電動發電機控制部和所述充放電控制部中的至少一方， 以便設定由該蓄電目標值決定部決定的所述蓄電目標值。
8.如權利要求7所述的混合式挖土機，其中，所述推斷再生能量運算部根據所述上部回轉體的動能通過運算求出所述上部回轉體的推斷再生能量。
9.如權利要求7所述的混合式挖土機，其中， 作為工作要件進一步具有起重磁鐵，在該起重磁鐵進行吸附動作的期間，所述推斷再生能量運算部使所述起重磁鐵的推斷再生能量維持恒定。
10.如權利要求1至9中任一項所述的混合式挖土機，其中，所述控制裝置將被推斷為所述馬達進行再生運行之前的所述第1蓄電器的充電比控制成95%以上。
11.如權利要求1至6中任一項所述的混合式挖土機，其中，所述控制裝置將被推斷為所述馬達進行再生運行之前的所述第2蓄電器的電壓設定為高于所述第1蓄電器的電壓的值。
12.一種混合式挖土機的控制方法，所述混合式挖土機具有 發動機，產生驅動力；電動發電機，由從該發動機傳遞的驅動力進行發電動作；電動發電機控制部，通過來自外部的控制信號控制所述電動發電機的動作；第1蓄電器，可蓄電；第2蓄電器，電連接于所述電動發電機控制部并可蓄電；充放電控制部，將所述第1蓄電器與所述第2蓄電器之間進行電連接，通過來自外部的控制信號控制所述第1蓄電器與所述第2蓄電器之間的充放電動作；馬達，電連接于所述第2蓄電器，能夠進行從機械能產生電能的再生動作，且能夠將通過該再生動作產生的電能蓄電至所述第2蓄電器；及控制裝置，向所述電動發電機控制部和所述充放電控制部中的至少一方供給控制信號，其中，進行控制，以便在所述馬達進行再生動作之前降低所述第1蓄電器及所述第2蓄電器中的至少一方的蓄電目標值。
全文摘要
本發明提供一種混合式挖土機及其控制方法，電動發電機控制部對由從發動機傳遞的驅動力進行發電動作的電動發電機的動作進行控制。充放電控制部將第1蓄電器與第2蓄電器之間進行電連接，通過來自外部的控制信號控制第1蓄電器與第2蓄電器之間的充放電動作。電連接于第2蓄電器的馬達可進行再生動作，且能夠將通過再生動作產生的電能蓄電至第2蓄電器。控制裝置向電動發電機控制部和充放電控制部中的至少一方供給控制信號，并在馬達進行再生動作之前降低第1蓄電器及第2蓄電器中的至少一方的蓄電目標值。
文檔編號H01M10/44GK102459769SQ201080024889
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月8日 優先權日2009年6月9日
發明者川島宏治, 杉山祐太 申請人:住友重機械工業株式會社