JP2010004679A - Charging system - Google Patents
Charging system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010004679A JP2010004679A JP2008162290A JP2008162290A JP2010004679A JP 2010004679 A JP2010004679 A JP 2010004679A JP 2008162290 A JP2008162290 A JP 2008162290A JP 2008162290 A JP2008162290 A JP 2008162290A JP 2010004679 A JP2010004679 A JP 2010004679A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- charging
- voltage
- power
- sub
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば、建設機械を駆動する駆動源として搭載された電動モータに電力供給するバッテリを充電するための充電システムに関する。 The present invention relates to a charging system for charging, for example, a battery that supplies electric power to an electric motor mounted as a drive source for driving a construction machine.
一般に建設機械の動力源はエンジンが主流であるが、近年、周囲環境を考慮して電動モータを駆動源とした電気駆動式の建設機械が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。このような建設機械には、電動モータに電力を供給するためのバッテリが搭載され、また、電動モータ等の各種電気部品を作動制御する制御装置が設けられる。このような電気駆動式の建設機械においては、バッテリの充電可能容量に応じて作業可能時間が定まるので、1日間の作業が可能な程度の容量のバッテリを搭載し、1日の作業が終わって翌日の作業開始までの間にバッテリの充電を行うような構成が一般的に採用されている。ところが、建設機械の作業内容(作業装置の使用状況や頻度等)に応じて、バッテリの消費電力は大きく変動するため、作業の途中にバッテリの残容量が無くなり、作業を中断せざるを得なくなったり、さらには建設機械の走行移動もできなくなる虞がある。このようなことを避けるために、高容量のバッテリが求められている。 In general, an engine is the main power source for construction machines, but recently, an electrically driven construction machine using an electric motor as a drive source in consideration of the surrounding environment has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Such a construction machine is equipped with a battery for supplying electric power to the electric motor, and is provided with a control device that controls the operation of various electric components such as the electric motor. In such an electrically driven construction machine, the workable time is determined according to the chargeable capacity of the battery, so a battery having a capacity that can work for one day is mounted, and one day of work is finished. A configuration is generally adopted in which the battery is charged before the start of work on the next day. However, since the power consumption of the battery varies greatly depending on the work content of the construction machine (working device usage status, frequency, etc.), the remaining capacity of the battery is lost during the work, and the work must be interrupted. Moreover, there is a risk that the construction machine cannot be moved. In order to avoid this, a battery having a high capacity is demanded.
このような高容量のバッテリとして、例えば、図5に示すように、リチウムイオン二次電池等で構成される多数のセル41aを電気的に直列および並列に接続された構成が一般的に用いられている。このように多数のセル41aで構成されたバッテリ41では、個々のセル41aによって自己放電量が異なる等のために、各セル41aの電圧にバラツキが存在する場合がある。そのため、バッテリ41を充電するときには、各セル41aの電圧が最大許容電圧(以下、最大電圧という)を超過しないように、且つ、各セル41a間の電圧が均等になるように充電制御を行う必要がある。そのため、図中に示す制御手段100のように、あるセル41a間の電圧が最大電圧に到達したときに、そのセル41a間に接続された抵抗101に導通させて電圧を降下させる。すなわち、セル41aで生じた余剰電力を抵抗101で熱に変換して消費する方式が知られている。
しかしながら、このように多数のセルで構成されたバッテリの充電時、各セルの電圧が最大電圧を超過しないように、且つ、各セル間の電圧を均等化させるために、各セルで生じた余剰電力を熱で発散する方式では、充電電圧を無駄に消費してしまうという問題がある。また、発散された熱対策のために、冷却ファン等の冷却手段を講じなければならないという問題もある。 However, when charging a battery composed of a large number of cells as described above, the surplus generated in each cell is used so that the voltage of each cell does not exceed the maximum voltage and the voltage between the cells is equalized. The method of dissipating electric power with heat has a problem that the charging voltage is wasted. In addition, there is a problem that cooling means such as a cooling fan must be taken as a countermeasure against the dissipated heat.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多数のセルで構成されたバッテリの充電において、充電電圧の無駄な消費を防ぐことによる省エネと、各セル間の電圧の均等化速度の向上による充電時間の短縮とを実現することができる充電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in charging a battery composed of a large number of cells, energy saving by preventing wasteful consumption of the charging voltage and equalization of the voltage between the cells. It is an object of the present invention to provide a charging system capable of realizing a reduction in charging time by improving speed.
上記目的を達成するために、本発明に係る充電システムは、複数のセルを電気的に少なくとも直列に接続して構成され、電動モータ(例えば、実施形態におけるポンプ用電動モータ33、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52)を駆動するための電力を供給するメインバッテリと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御して前記メインバッテリを充電する充電制御手段(例えば、実施形態におけるメイン充電器61)と、前記メインバッテリに換えて前記電動モータを駆動するための電力を供給可能なサブバッテリと、前記充電制御手段による前記メインバッテリの充電中に、前記セルに充電されたセル電圧が所定電圧を超過した分の超過電圧を利用して前記サブバッテリを充電する回生充電制御手段(例えば、実施形態における回生充電器63)とを備えて構成される。その上で、前記回生充電制御手段は、前記セルの正負両極間に接続され、前記超過電圧に基づいて入力される余剰電力を変圧するとともに前記サブバッテリに向けて回生放電する回生放電部と、前記回生放電部により回生放電された電力を制御して前記サブバッテリを充電する充電制御部とから構成される。
In order to achieve the above object, a charging system according to the present invention is configured by electrically connecting a plurality of cells at least in series, and includes an electric motor (for example, the pump
上記構成の充電システムにおいて、前記回生放電部は、直列に接続された各々の前記セルに配設されるとともに、他の前記回生放電部と電気的もしくは光学的に接続されて各々の前記セルの充電状況を通信可能であり、各々の前記セルの前記セル電圧のバラツキが所定範囲よりも大きいときには、前記余剰電力を前記回生放電し、前記バラツキが前記所定範囲内のときには、前記余剰電力を放電抵抗により放熱するように構成するのが好ましい。 In the charging system having the above-described configuration, the regenerative discharge unit is disposed in each of the cells connected in series, and is electrically or optically connected to the other regenerative discharge unit to The charging status can be communicated, and when the variation of the cell voltage of each of the cells is larger than a predetermined range, the surplus power is regeneratively discharged, and when the variation is within the predetermined range, the surplus power is discharged. It is preferable to configure so that heat is dissipated by resistance.
以上のように構成される本発明に係る充電システムによると、充電中のメインバッテリの各セルで生じた余剰電力が、回生充電制御手段によりサブバッテリの充電に利用されるため、充電電圧の無駄な消費を防ぐことができ、省エネの効果を得ることができる。また、熱対策のために冷却ファン等の冷却手段を講じる必要がなく、システムの小型化が可能である。 According to the charging system according to the present invention configured as described above, the surplus power generated in each cell of the main battery being charged is used for charging the sub-battery by the regenerative charging control means, so that the charging voltage is wasted. Unnecessary consumption can be prevented, and an energy saving effect can be obtained. In addition, it is not necessary to provide cooling means such as a cooling fan as a countermeasure against heat, and the system can be miniaturized.
なお、回生放電部は、直列に接続された各セルに配設されるとともに、他の回生放電部と電気的もしくは光学的に接続されて各セルの充電状況を通信可能に構成されるのが望ましく、これにより各セルの電圧のバラツキを常に監視しつつ、セル全体の充電を最適化することができる。この場合、前記バラツキが所定範囲よりも大きいときには余剰電力をサブバッテリの充電に利用し、前記バラツキが所定範囲内のときには余剰電力を放電抵抗により放熱するように構成するのが好ましく、これによりセル間の電圧の均等化速度も速くなり充電時間の短縮を実現することができる。 The regenerative discharge unit is arranged in each cell connected in series, and is configured to be electrically or optically connected to other regenerative discharge units so that the charging status of each cell can be communicated. Desirably, this makes it possible to optimize charging of the entire cell while constantly monitoring variations in the voltage of each cell. In this case, it is preferable that the surplus power is used for charging the sub-battery when the variation is larger than a predetermined range, and that the surplus power is dissipated by the discharge resistor when the variation is within the predetermined range. The voltage equalization speed in between is also increased, and the charging time can be shortened.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明を適用した一例として、バッテリからの電力を利用して作動する(電気駆動式の)クローラ型のパワーショベル車1を図1に示し、まず、このパワーショベル車1の全体構成について説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As an example to which the present invention is applied, FIG. 1 shows a crawler-
パワーショベル車1は、平面視略H字状の走行台車4(車体)の左右に走行機構3,3を設けて構成される走行装置2と、走行台車4の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード9(排土板)と、走行台車4の上部に旋回可能に設けられた旋回体11(車体)と、旋回体11の前部に設けられたショベル機構12(作業装置)と、旋回体11の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン15(車体)とから構成されている。
The
走行装置2を構成する左右一対の走行機構3,3は、走行台車4の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール5と、走行台車4の左右後部に設けられたアイドラホイール6との間に履帯7を掛け回して構成される。駆動用スプロケットホイール5は、電動モータあるいは油圧モータからなる走行モータにより回転駆動される。
A pair of left and
ブレード9は、油圧シリンダからなるブレードシリンダ9a(図2を参照)により揺動される。旋回体11は、電動モータあるいは油圧モータからなる旋回モータにより旋回動される。ショベル機構12は、旋回体11の前部に起伏動自在に枢結されたブーム21と、ブーム21の先端部にブーム21の起伏面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム22と、アーム22の先端部に上下に揺動自在に枢結されたバケット23とから構成され、ブーム21は油圧シリンダからなるブームシリンダ24により起伏動され、アーム22は油圧シリンダからなるアームシリンダ25により揺動され、バケット23は油圧シリンダからなるバケットシリンダ26により揺動される。なお、本明細書においては、これら油圧シリンダおよび油圧モータを総称して油圧アクチュエータと称する。
The blade 9 is swung by a blade cylinder 9a (see FIG. 2) formed of a hydraulic cylinder. The turning
オペレータキャビン15は、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成されており、内部にオペレータが着座するためのオペレータシート16と、走行装置2やショベル機構12等の作動操作を行うための操作装置17とが設けられている。
The
このパワーショベル車1においては、油圧アクチュエータに作動油を供給するためのポンプ、走行装置2(走行機構3,3)および旋回体11が、電動モータにより駆動される。以下、図2を参照して油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ユニット30と、このポンプ用電動モータ33、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52に電力を供給する電源システム40とについて説明する。なお、図2では、電気的または光学的信号回路を実線で示し、油圧回路を点線で示している。
In this
油圧ユニット30は、作動油を溜めるタンク31、ポンプ用電動モータ33により駆動されて所定油圧・流量の作動油を吐出する油圧ポンプ32、油圧ポンプ32から吐出される作動油を操作装置17の操作に応じた供給方向および供給量で各油圧アクチュエータ(ブレードシリンダ9a、ブームシリンダ24、アームシリンダ25およびバケットシリンダ26)に供給する制御を行うコントロールバルブ34、およびコントロールバルブ34からタンク31に戻る作動油の流れを受けて回転駆動されて発電を行う作動油発電機35から構成されている。作動油発電機35は、例えば、コントロールバルブ34からタンク31への戻り油路内に配設された回転羽根と、この回転羽根の回転力を受けて回転される発電器とから構成される。
The
電源システム40は、リチウムイオン電池や有機ラジカル電池等の二次電池で構成されるメインバッテリ41と、鉛蓄電池等の二次電池で構成されるサブバッテリ42と、メインバッテリ41もしくはサブバッテリ42からの直流電力を任意の周波数の交流電力に交換し、この交流電力をポンプ用電動モータ33、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52に供給する出力制御装置43と、メインバッテリ41もしくはサブバッテリ44を出力制御装置43に選択的に接続する接続切換器44とから構成される。なお、これら油圧ユニット30および電源システム40は、旋回体11上にカバー部材50に覆われて配置されている。
The
メインバッテリ41は、複数のセル41a,41a,…を電気的に直列および並列に接続して構成されており(図5を参照)、上述のようにポンプ用電動モータ33、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52の電源として機能し、高定格電圧で高容量に設定されている。なお、本実施形態のメインバッテリ41では、最大許容電圧(満充電時のセル電圧であり、以下、最大電圧という)DC4.2Vのセル41aが並列に複数接続されてなる並列セル群41Aが、直列に80列接続されて構成されており、定格電圧DC4.2V×80列=DC336Vに設定されている。サブバッテリ42は、接続切換器44により出力制御装置43に接続されたときに、ポンプ用電動モータ33、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52を駆動させることができる定格電圧および容量が設定されているが、後述するその使用目的から低定格電圧(例えば、定格電圧DC15V)および低容量に設定されている。
The
ポンプ用電動モータ33は、IPMモータ(永久磁石同期型モータ)等の交流モータからなる。そのため、出力制御装置43で交換された任意の周波数の交流電力をポンプ用電動モータ33に印加することにより、ポンプ用電動モータ33の出力トルクを制御して所定油圧を油圧ポンプ32から供給させることができる。このとき電力供給は、通常はメインバッテリ41により行われるが、接続切換器44によりサブバッテリ42を出力制御装置43に接続することによって、サブバッテリ42からの電力供給によりポンプ用電動モータ33を駆動することもできるようになっている。同様に、サブバッテリ42からの電力供給により走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52を駆動することもできるようになっている。
The
走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52は、モータジェネレータから構成されており、出力制御装置43を介してメインバッテリ41(もしくはサブバッテリ42)からの電力供給を受けて駆動されるが、走行装置2による減速走行時にはその減速力を受けて走行用電動モータ51が発電機として作用し、その発電電力が後述するサブ充電器62を介してサブバッテリ42に出力されてこれを充電する。同様に、旋回体11の減速旋回時にはその減速力を受けて旋回用電動モータ52が発電機として作用し、その発電電力がサブ充電器62を介してサブバッテリ42に出力されてこれを充電する。なお、図2において、作動油発電機35、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52を、説明を分かり易くするため2箇所に示しているが、実際にはこれらは同一のものである。
The traveling
次に、メインバッテリ41およびサブバッテリ42を充電するための充電システム60について、図3を併用して説明する。充電システム60は、商用電源に接続されるコネクタ61aを有し、このコネクタ61aを商用電源に接続してここからの交流電力を受けてメインバッテリ41を充電するメイン充電器61と、作動油発電機35、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52から出力される発電電力を受けてサブバッテリ42を充電するサブ充電器62と、メイン充電器61によって充電中のメインバッテリ41における各セル41a(各並列セル群41A)で生じた余剰電力を利用してサブバッテリ42を充電する回生充電器63とから構成される。ここで、「余剰電力」とは、各セル41aのセル電圧Vが最大電圧DC4.2Vを超過した分の超過電圧v(図4(a)を参照)に基づく電力をいう。
Next, a charging
メイン充電器61は、コネクタ61aを介して商用電源に接続可能で、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、この直流電圧(供給電圧)をメインバッテリ41に充電できるように制御する充電制御部(図示せず)を備えて構成されている。サブ充電器62は、作動油発電機35、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52から出力される発電電力によりサブバッテリ42を充電する制御を行うものであり、これによりサブバッテリ42はパワーショベル車1が作動している間において断続的に充電されるようになっている。なお、サブバッテリ42が満充電状態になると、これを監視しているサブ充電器62は、作動油発電機35、走行用電動モータ51および旋回用電動モータ52から出力される発電電力をメインバッテリ41に供給し、メインバッテリ41を充電する構成になっている。
The
回生充電器63は、図3に示すように、メイン充電器61によって充電中のメインバッテリ41の各並列セル群41A(各セル41a)において生じた余剰電力をサブバッテリ42に向けて放電する回生放電部64と、回生放電部64からの出力電圧をサブバッテリ42に充電できるように制御する充電制御部65とから構成される。なお、回生放電部64は各並列セル群41Aにそれぞれ設けられており(並列セル群41Aと同数の回生放電部64が設けられており)、本実施形態のメインバッテリ41では、上述のように並列セル群41aが直列に80列接続されているため、回生充電器63は、計80個の回生放電部64を有して構成されている。
As shown in FIG. 3, the
回生放電部64は、整流用のダイオードD、セル41a(並列セル群41A)で生じた超過電圧v分の電力(余剰電圧)を変圧(昇圧)するスイッチングトランスTの入力側である一次巻線Ta、および電界効果トランジスタ(FET)等で構成された第1スイッチング素子S1が、並列セル群41A内の1つのセル41aの正負両極間に接続された閉回路中に直列に接続されて構成され、スイッチングトランスTの出力側である二次巻線Tbが、互いに並列に設けられたダイオードブリッジDBおよび電解コンデンサCを介して充電制御部65に接続されている。また、放電抵抗Rおよび第1スイッチング素子S1と同様にFET等で構成された第2スイッチング素子S2が、ダイオードD、スイッチングトランスT(一次巻線Ta)および第1スイッチング素子S1と並列に接続されている。
The
また、回生放電部64は、並列セル群41Aを構成するセル41aのセル電圧Vを監視するとともに、そのセル電圧Vに応じて制御信号(例えば、パルス信号)を出力し、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2の断続制御(ON/OFF制御)を行う過電圧制御部66を備えて構成される。なお、過電圧制御部66は、図3中の一点鎖線矢印で示すように電気的もしくは光学的信号によって、各回生放電部64,64,…における他の過電圧制御部66,66,…と各並列セル群41A(セル41a)の充電状況(セル電圧V)を通信可能に構成されている。
The
以上のように構成されたパワーショベル車1の作動について以下に説明する。パワーショベル車1は、オペレータキャビン15内のオペレータシート16に着座したオペレータが操作装置17を操作することによりその作動を行わせる。具体的には、中央部前方において床面から起立して設けられた2本の操作装置17が走行機構3,3を作動させるための走行操作レバーを構成し、オペレータシート16の左右に設けられた左右一対の操作装置17がショベル機構12の操作を行うための作業操作レバーを構成する。
The operation of the
このため、走行操作レバー(操作装置17)を操作すれば、その操作信号に基づいて出力制御装置43で交換された任意の周波数の交流電力を走行用電動モータ51に供給することにより、走行用電動モータ51の出力トルクを制御し、左右の走行機構3,3を駆動させてパワーショベル車1を走行させる制御が行われる。なお、このようにしてパワーショベル車1を走行させる制御を行っている場合において、これを減速走行させるときには、走行用電動モータ51によりエネルギー回生を行わせて減速トルクを発生させる。このようにして発電された電力はサブ充電器62を介してサブバッテリ42に供給されてこれを充電する。なお、このとき、操作に応じて出力制御装置43によりポンプ用電動モータ33への電力供給制御が行われ、このモータ33により油圧ポンプ32が駆動されて、作動油圧がコントロールバルブ34に供給されている。
For this reason, when the travel operation lever (operation device 17) is operated, AC power having an arbitrary frequency exchanged by the
一方、作業操作レバー(操作装置17)を操作すれば、その操作信号に基づいてコントロールバルブ34の作動が制御され、ブレードシリンダ9a、ブームシリンダ24、アームシリンダ25、およびバケットシリンダ26への作動油圧供給制御が行われ、ショベル機構12の作動が行われる。また、操作信号に基づいて出力制御装置43により旋回用電動モータ52への電力供給制御が行われ、旋回体11の旋回作動が行われる。このとき、旋回を停止させるときに旋回用電動モータ52によりエネルギー回生を行わせて旋回を減速させるとともに、このようにして発電された電力はサブ充電器62を介してサブバッテリ42に供給されてこれを充電する。このときにおいても、操作に応じて出力制御装置43によりポンプ用電動モータ33への電力供給制御が行われ、このモータ33により油圧ポンプ32が駆動されて、作動油圧がコントロールバルブ34に供給されている。
On the other hand, when the work operation lever (operation device 17) is operated, the operation of the
このようにしてパワーショベル車1の走行およびショベル機構12のよる作業が行われるとメインバッテリ41の電力が消費するため、その残容量が少なくなると、コネクタ61aを商用電源に接続して商用電源からの電力をメイン充電器61を介してメインバッテリ41に供給してその充電が行われる。このとき、メインバッテリ41における各並列セル群41Aのセル電圧Vにはバラツキがある場合があり、この場合に充電していくと、図4(a)に示すように、ある並列セル群41Aでは、セル電圧Vが上記最大電圧Vmax(4.2V)に到達し、その後、最大電圧Vmaxを超過した分の超過電圧vが生じた過充電状態となる。
When the
ここで、各並列セル群41Aのセル電圧Vのバラツキが所定範囲(例えば、0.05V)よりも大きい場合、最大電圧Vmaxに到達した並列セル群41Aでは、セル電圧Vが最大電圧Vmaxを超過すると(超過電圧vが生じると)、この超過電圧v分の電力(余剰電力)は回生放電部64および充電制御部65を介してサブバッテリ42に向けて放電される。すなわち、並列セル群41Aで生じた余剰電力は、回生充電器63によってサブバッテリ42の充電に利用される(これを回生放電という)。
Here, when the variation of the cell voltage V of each
具体的に、回生放電部64では、セル電圧Vが最大電圧Vmaxを超過すると(超過電圧vが生じると)、このセル電圧Vを監視している過電圧制御部66が第1スイッチング素子S1に制御信号(パルス信号)を出力して断続動作させる。この第1スイッチング素子S1の断続動作により、並列セル群41Aで生じた余剰電力分の電流が整流用のダイオードDおよびスイッチングトランスTの一次巻線Taに導通される。このとき、スイッチングトランスTでは、並列セル群41Aから入力された余剰電力を交流にして昇圧し、昇圧した余剰電力を二次巻線Tbから出力する。そして、スイッチングトランスTの二次巻線Tbから出力された余剰電力(交流電力)は、ダイオードブリッジDBで全波整流されて直流電力に再変換され、さらに電解コンデンサCによって平滑されて充電制御部65に入力される。
Specifically, in the
充電制御部65では、上記のように各回生放電部64を介して各並列セル群41Aから出力される余剰電力が合流して入力され、このようにして入力された余剰電力を制御してサブバッテリ42に供給し、これを充電する。なお、過電圧制御部66は、並列セル群41Aのセル電圧Vを監視しているとともに、他の過電圧制御部66,66,…と各並列セル群41Aの充電状況を通信可能であり、これにより各並列セル群41Aのセル電圧Vのバラツキも監視している。
In the
充電中のメインバッテリ41において、上述のように過充電状態の並列セル群41Aでは回生放電を行うことにより、図4(b)に示すように、各並列セル群41Aのセル電圧Vのバラツキが次第に減少し、セル電圧Vのバラツキが所定範囲(例えば、0.05V)内となり安定する。このようにセル電圧Vのバラツキが所定範囲内の場合、最大電圧Vmaxに到達した並列セル群41Aでは、セル電圧Vが最大電圧Vmaxを超過すると(超過電圧vが生じると)、この超過電圧v分の電力(余剰電力)は、サブバッテリ42への回生放電に切り換えて、回生放電部64において消費される。
In the
具体的に、回生放電部64では、セル電圧Vが最大電圧Vmaxを超過すると、過電圧制御部66が第2スイッチング素子S2に制御信号を出力してON状態とする。なお、このとき第1スイッチング素子S1には制御信号は出力されない(第1スイッチング素子S1は断続動作しない)。第2スイッチング素子S2がON状態となることにより、並列セル群41Aで生じた余剰電力分の電流が放電抵抗Rに導通され、この余剰電力が放電抵抗Rで熱に変換して消費される。
Specifically, in the
このようにしてメインバッテリ41は、各並列セル群41Aのセル電圧Vのバラツキが所定範囲内となり安定した状態で、さらに商用電源からの電力をメイン充電器61を介して供給され、各並列セル群41Aのセル電圧Vの総電圧が、定格電圧DC336V(DC4.2V×80列)に到達したら、メイン充電器61による充電が終了される。
In this way, the
なお、パワーショベル車1の走行およびショベル機構12による作業によりメインバッテリ41の電力が消費されてその残容量が小さくなったときには、接続切換器44によりサブバッテリ42を出力制御装置43に接続し、サブバッテリ42の電力を出力制御装置43により制御して走行用電動モータ51に供給してこれを駆動させることも可能である。この結果、メインバッテリ41の残容量が無くなった場合にはサブバッテリ42の電力を用いて走行用電動モータ51を制御し、左右の走行機構3,3を駆動してパワーショベル車1を充電設備(商用電源)のあるところまで走行させ、この充電設備によりメインバッテリ41の充電を行うという対処が可能である。サブバッテリ42は、このような役割を果たすものであるため、前述のようにその容量はメインバッテリ41に比べて小さなものになっている。
When the power of the
以上のように構成される充電システム60によると、充電中のメインバッテリ41の各セル41a(並列セル群41A)で生じた余剰電力が、回生充電器63によりサブバッテリ42の充電に利用されるため、商用電源からメイン充電器61を介して供給される充電電圧の無駄な消費を防ぐことができ、省エネの効果を得ることができる。また、熱対策のために冷却ファン等の冷却手段を講じる必要がなく、システムの小型化が可能である。
According to the charging
また、回生放電部64が各並列セル群41Aにそれぞれ設けられており、回生放電部64を構成する過電圧制御部66が、他の過電圧制御部66,66,…と電気的もしくは光学的に接続されて各セル41a(並列セル群41A)の充電状況を通信可能に構成されている。これにより各セル41aのセル電圧Vのバラツキを常に監視しつつ、セル41a全体の充電を最適化することができる。さらに、セル電圧Vのバラツキが所定範囲よりも大きいときには、上記余剰電力をサブバッテリ42の充電に利用し、セル電圧Vのバラツキが所定範囲内のときには、上記余剰電力を放電抵抗Rにより放熱するように構成されている。これにより各セル41a間のセル電圧Vの均等化速度も速くなり充電時間の短縮を実現することができる。
Moreover, the
なお、本発明に係る充電システムは、上述の実施形態において説明したような建設機械に搭載されたバッテリを充電する場合に限られるものではなく、多数のセルで構成されたバッテリを充電するための充電システムとして種々用いることが可能である。 Note that the charging system according to the present invention is not limited to charging a battery mounted on a construction machine as described in the above embodiment, but for charging a battery composed of a large number of cells. Various charging systems can be used.
33 ポンプ用電動モータ(電動モータ)
41 メインバッテリ
42 サブバッテリ
41a セル
41A 並列セル群
51 走行用電動モータ(電動モータ)
52 旋回用電動モータ(電動モータ)
60 充電システム
61 メイン充電器(充電制御手段)
63 回生充電器(回生充電制御手段)
64 回生放電部
65 充電制御部
33 Electric motor for pump (electric motor)
41
52 Electric motor for turning (electric motor)
60
63 Regenerative charger (regenerative charge control means)
64
Claims (2)
交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御して前記メインバッテリを充電する充電制御手段と、
前記メインバッテリに換えて前記電動モータを駆動するための電力を供給可能なサブバッテリと、
前記充電制御手段による前記メインバッテリの充電中に、前記セルに充電されたセル電圧が所定電圧を超過した分の超過電圧を利用して前記サブバッテリを充電する回生充電制御手段とを備え、
前記回生充電制御手段は、
前記セルの正負両極間に接続され、前記超過電圧に基づいて入力される余剰電力を変圧するとともに前記サブバッテリに向けて回生放電する回生放電部と、
前記回生放電部により回生放電された電力を制御して前記サブバッテリを充電する充電制御部とから構成されることを特徴とする充電システム。 A main battery configured to electrically connect a plurality of cells at least in series and supplying electric power for driving the electric motor;
Charge power control means for converting the AC power supplied from the AC power source into DC power and charging the main battery by controlling the converted DC voltage;
A sub-battery capable of supplying electric power for driving the electric motor instead of the main battery;
Regenerative charge control means for charging the sub-battery using an excess voltage of a cell voltage charged to the cell exceeding a predetermined voltage during charging of the main battery by the charge control means,
The regenerative charge control means is
A regenerative discharge unit connected between the positive and negative electrodes of the cell and transforming surplus power input based on the excess voltage and regeneratively discharging toward the sub-battery;
A charging system comprising: a charging control unit configured to control electric power regenerated and discharged by the regenerative discharging unit and charge the sub battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008162290A JP5015073B2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Charging system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008162290A JP5015073B2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Charging system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010004679A true JP2010004679A (en) | 2010-01-07 |
JP5015073B2 JP5015073B2 (en) | 2012-08-29 |
Family
ID=41585904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008162290A Active JP5015073B2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Charging system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5015073B2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013034370A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-14 | Infineon Technologies Ag | Power supply system with charge balancing function |
JP2013038928A (en) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Electric construction machine |
WO2013047973A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | 에스케이씨앤씨 주식회사 | Power supply device for cell balancing using outer battery cells and cell balancing method thereof |
WO2014057724A1 (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-17 | 住友建機株式会社 | Shovel and method for controlling shovel |
EP2765243A1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. | Shovel and method of controlling shovel |
JPWO2013027290A1 (en) * | 2011-08-25 | 2015-03-05 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle, vehicle control method and control device |
US9041345B2 (en) | 2012-03-12 | 2015-05-26 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery system and energy storage system including same |
US9466991B2 (en) | 2013-04-25 | 2016-10-11 | Industrial Technology Research Institute | Matrix charger apparatus and charging method |
WO2023158065A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | 울산대학교 산학협력단 | System and method for randomly aligning soc of reusable battery |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002135986A (en) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Fuji Heavy Ind Ltd | Voltage equalizer device and method |
JP2005137090A (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ntt Power & Building Facilities Inc | Battery charger |
WO2007105462A1 (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-20 | Takeuchi Mfg. Co., Ltd. | Electric drive type service vehicle |
-
2008
- 2008-06-20 JP JP2008162290A patent/JP5015073B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002135986A (en) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Fuji Heavy Ind Ltd | Voltage equalizer device and method |
JP2005137090A (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ntt Power & Building Facilities Inc | Battery charger |
WO2007105462A1 (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-20 | Takeuchi Mfg. Co., Ltd. | Electric drive type service vehicle |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013034370A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-14 | Infineon Technologies Ag | Power supply system with charge balancing function |
US8947048B2 (en) | 2011-07-29 | 2015-02-03 | Infineon Technologies Ag | Power supply system with charge balancing |
JP2013038928A (en) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Electric construction machine |
JPWO2013027290A1 (en) * | 2011-08-25 | 2015-03-05 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle, vehicle control method and control device |
US9333863B2 (en) | 2011-08-25 | 2016-05-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle, and control method and control device for vehicle |
WO2013047973A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | 에스케이씨앤씨 주식회사 | Power supply device for cell balancing using outer battery cells and cell balancing method thereof |
US9041345B2 (en) | 2012-03-12 | 2015-05-26 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery system and energy storage system including same |
WO2014057724A1 (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-17 | 住友建機株式会社 | Shovel and method for controlling shovel |
JPWO2014057724A1 (en) * | 2012-10-10 | 2016-09-05 | 住友建機株式会社 | Excavator and control method of excavator |
US9982416B2 (en) | 2012-10-10 | 2018-05-29 | Sumitomo(S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. | Shovel and method of controlling shovel |
JP2014171379A (en) * | 2013-02-08 | 2014-09-18 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd | Shovel and control method of shovel |
US9290904B2 (en) | 2013-02-08 | 2016-03-22 | Sumitomo(S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. | Shovel and method of controlling shovel |
EP2765243A1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. | Shovel and method of controlling shovel |
US9466991B2 (en) | 2013-04-25 | 2016-10-11 | Industrial Technology Research Institute | Matrix charger apparatus and charging method |
WO2023158065A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | 울산대학교 산학협력단 | System and method for randomly aligning soc of reusable battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5015073B2 (en) | 2012-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5015073B2 (en) | Charging system | |
JP5096012B2 (en) | Electric drive work vehicle | |
US20110001442A1 (en) | Electric bicycle drive system with regenerative charging | |
CN104340082B (en) | Fuel cell vehicle | |
JP4580978B2 (en) | Lifting magnet specification work machine | |
JP4618227B2 (en) | Vehicle power supply device | |
WO2018188224A1 (en) | Power supply system, electric driving device, pure electric vehicle and working method therefor | |
JP2017537596A5 (en) | ||
US20120082536A1 (en) | Hybrid excavator and method of controlling hybrid excavator | |
AU2012202578B2 (en) | System and method for charging capacitors of an electric vehicle | |
EP2812992B1 (en) | Reconfigurable battery | |
KR20110109801A (en) | Power source apparatus and car with the same | |
JP2007284874A (en) | Construction machine | |
JP2010172102A (en) | Motor drive device and electric vehicle | |
EP3775397A1 (en) | A working machine, a work attachment and a combination thereof | |
JP5704676B2 (en) | Hybrid work machine | |
EP2501015B1 (en) | Power supply system | |
JP2011050153A (en) | Electric industrial vehicle | |
JP5550954B2 (en) | Hybrid work machine | |
KR20130019897A (en) | Regenerative energy storage device of elevator system | |
CN105644386A (en) | Electric driven system and vehicle | |
JP2015163022A (en) | work vehicle | |
JP2017225320A (en) | Power supply system for electric vehicle | |
EP4064420A1 (en) | Lithium battery system and overhead working truck | |
CN107719146B (en) | Vehicle drive unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110311 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110408 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110601 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120309 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120425 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120525 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120606 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5015073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |