JP2012161144A

JP2012161144A - 充電装置

Info

Publication number: JP2012161144A
Application number: JP2011018256A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ishida; 俊彦石田; Takenori Hiroki; 武則廣木; Shinichiro Yoshida; 新一郎吉田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】並列に接続された蓄電池に対する充電時にそれら蓄電池間での横流を防止することの確実性を向上させることができる充電装置を提供すること。
【解決手段】並列に接続された蓄電池群21，22を備えた蓄電装置20に対し蓄電池群21，22とに共通の電源を用いて充電を行う際に、蓄電池群21，22のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された蓄電池群21，22のそれぞれの電圧に基づき、蓄電池群21，22の間での横流を防止しつつ充電を行う充電制御手段とを備え、電圧検出手段は蓄電池群21，22の両方に対し１個設けられた電圧検出器60と、蓄電池群21，22のそれぞれに対し個別に設けられ電圧検出器60が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える検出用スイッチ61，62と、これら検出用スイッチ61，62をそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持されるよう検出制御手段71とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、並列に接続された複数の蓄電池を備えた蓄電装置を、蓄電池間での横流を防止しつつ充電する充電装置に関する。

特許文献１に開示された並列接続蓄電システムにおいては、蓄電装置にＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷が接続されている。この負荷側で発電が行われ、その発電による電力がＤＣ／ＤＣコンバータを通じて蓄電装置に供給されるようになっている。

各蓄電池に対しては個別のスイッチが設けられており、これらのスイッチはそれぞれ、そのスイッチに対応する蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを電気的に接続遮断できるようになっている。つまり、各スイッチの開閉により、そのスイッチに対応する蓄電池への充電を行わない状態と行う状態とが切り替わるようになっている。また、各蓄電池に対しては個別の電圧検出器が設けられており、これらの電圧検出器はそれぞれ、その電圧検出器に対応する蓄電池の両電極間の電圧を検出するようになっている。各電圧検出器により検出された電圧は、各スイッチを制御する制御装置に入力される。この制御装置は、各電圧検出器により検出された電圧を比較し、電圧差が所定値以内の蓄電池が２つ以上あった場合にそれらの２つ以上の蓄電池のそれぞれに対応するスイッチをすべて閉じて充電を行い、電圧差が所定値以内の蓄電池がなかった場合には各スイッチを個別に閉じて充電を行う。

特開２００９−３３９３６号公報

ところで、電圧検出器には、絶縁アンプを用いて電圧の検出値に相当する電気信号を出力するものがある。蓄電池から電力を供給して駆動する駆動部を備えた作業機械において、蓄電池に充電するための電気回路は、金属製の作業機械本体と絶縁されている必要があるため、その絶縁アンプを備えた電圧検出器が用いられる。この電圧検出器にかかるコストを抑えるために、電圧の検出値に±１％程度の相対誤差が生じる検出精度で妥協した場合、特許文献１に開示された並列接続蓄電システムのように各蓄電池に対して個別に電圧検出器が設けられたものにおいては、それらの電圧検出器の検出精度は製品誤差の範囲内の検出精度ではあるもののバラツキが生じることが通常であり、このようにバラツキのある検出精度で検出された電圧に基づき各スイッチを制御すると、横流を防止しきれない。横流を防止しきれない場合について具体例を挙げて次に説明する。

例えば、並列する蓄電池としてリチウムイオン電池が２つ用いられ、これらのリチウムイオン電池はいずれも端子電圧が１５０Ｖ、内部抵抗が５０ｍΩ、電池容量が１００ＡＨに設定されたものであるとする。さらに、リチウムイオン電池に対して設けられた電圧検出器間には検出精度の違いにより電圧の検出値に２％の相対誤差が生じるものであるが、その相対誤差を考慮せずに、各リチウムイオン電池の両電極間の電圧の検出値がいずれも０Ｖとなった状態でそれら２つのリチウムイオン電池を並列に接続したとする。この場合、２つのリチウムイオン電池間の電圧の差は、２つの電圧検出器での電圧の検出値に基づけば０Ｖである。しかし、それら２つの電圧検出器の電圧の検出値の相対誤差は２％であるから、実際には３Ｖの電圧差がある。このため、並列接続された２つリチウムイオン電池間には３０Ａの横流が生じる。

つまり、特許文献１に開示された並列接続蓄電システムは、各蓄電池に対し個別に電圧検出器を用いたものであるが、各蓄電池の両電極間の電圧の検出精度にバラツキが生じるため、充電時の横流を防止することの確実性に欠けていた。

本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、並列に接続された複数の蓄電池の充電時に、それら蓄電池間で生じる横流を確実に防止することができる充電装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために本発明に係る充電装置は次のように構成されている。

〔１〕本発明に係る充電装置は、並列に接続された複数の蓄電池を備えた蓄電装置に対し前記複数の蓄電池に共通の電源を用いて充電を行う際に前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧に基づき、前記複数の蓄電池間での横流を防止しつつ前記複数の蓄電池のそれぞれの充電を行う充電制御手段とを備えた充電装置において、前記電圧検出手段は、前記複数の蓄電池のすべてに対して１個設けられた電圧検出器と、前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ、対応する蓄電池と前記電圧検出器が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える検出用スイッチと、これら検出用スイッチのそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持されるよう、前記複数の検出用スイッチを制御する検出制御手段とを備えたことを特徴とする。

この「〔１〕」に記載の充電装置において、電圧検出手段の検出制御手段は、複数の検出用スイッチのそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持する。これにより複数の検出用スイッチ全体のうち１個のみが閉じた状態になると、電圧検出器はその１個の検出用スイッチと対応する蓄電池の電圧を検出する。このようにして検出された複数の蓄電池のそれぞれの電圧に基づき、充電制御手段は複数の蓄電池のそれぞれへの充電を行う。つまり、「〔１〕」に記載の充電装置は、蓄電装置において並列に接続されたすべての蓄電池の電圧を１個の電圧検出器が検出するので、すべての蓄電池の電圧の検出精度に製品誤差に起因するバラツキが生じ得ず、これによって、並列に接続された複数の蓄電池の充電時にそれら蓄電池間で生じる横流を確実に防止することができる。

〔２〕本発明に係る充電装置は、「〔１〕」に記載の充電装置において、前記充電制御手段は、前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ前記蓄電池と前記電源に電気的に接続される充電器と、これらの充電器のそれぞれから前記複数の蓄電池のそれぞれに供給される充電電流を、前記電圧検出手段により検出された前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧に基づき、電圧の低い蓄電池ほど大きく制御する充電電流制御手段とを備えたことを特徴とする。

この「〔２〕」に記載の充電装置によれば、充電器を用いて蓄電池に充電を行う際に、並列に接続された蓄電池間で生じる横流を防止することの確実性を向上させることができる。

〔３〕本発明に係る充電装置は、「〔２〕」に記載の充電装置において、前記充電制御手段は、前記複数の充電器のそれぞれに対して個別に設けられ前記充電器と前記蓄電池とが電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える充電用スイッチを備え、これら複数の充電用スイッチを予め設定された充電開始順序で閉じるよう制御するものであり、前記検出制御手段は、前記複数の検出用スイッチを予め設定された検出順序で繰り返し一時的に閉じた状態に制御するものであり、前記充電開始順序と前記検出順序は、閉じる順序が回ってきた前記充電用スイッチに対応する蓄電池と、一時的に閉じた状態になる順序が回ってきた前記検出用スイッチに対応する蓄電池とが一致し、かつ、前記充電用スイッチが閉じた時点から所定時間経過するまで、その閉じた充電用スイッチの前記充電開始順序に対応する前記検出順序の前記検出用スイッチが閉じた状態になり、かつ、前記充電開始順序の連続する２つの充電用スイッチの一方が閉じた時点から他方が閉じる時点までの時間よりも前記所定時間が短くなるよう設定されていることを特徴とする。

この「〔３〕」に記載の充電装置において、例えば３個の蓄電池が並列に接続されているとする。この場合、それら３個の蓄電池を充電する際、充電制御手段は３個の充電用スイッチを充電開始順序に従って順次閉じていき、この間、電圧検出手段の検出制御手段は、３個の検出用スイッチのそれぞれを検出順序に従って順次一時的に閉じた状態にする。これによって、充電開始順序の１番目の充電用スイッチが閉じられた時点から２番目の充電用スイッチが閉じられた時点よりも前の期間内で、充電開始順序１番目の充電用スイッチに対応する検出順序１番目の検出スイッチが所定時間閉じた状態になり、次に、充電開始順序の２番目の充電用スイッチが閉じられた時点から３番目の充電用スイッチが閉じられた時点よりも前の期間内で、充電開始順序２番目の充電用スイッチに対応する検出順序２番目の検出スイッチが所定時間閉じた状態になり、次に、充電開始順序の３番目の充電用スイッチが閉じられた時点以降、充電開始順序３番目の充電用スイッチに対応する検出順序３番目の検出スイッチが所定時間閉じた状態になる。電圧検出器は、３個の検出用スイッチのそれぞれが検出順序に従って順次一時的に閉じた状態にされている間、それらの検出用スイッチに対応する蓄電池の電圧を検出する。この動作により、並列に接続された３個の蓄電池のそれぞれの電圧を１個の電圧検出器で確実に検出することができる。なお、ここで説明した動作は、蓄電池が２個の場合も３個以上の場合も同様であり、それらの個数の場合も、並列に接続された蓄電池のそれぞれの電圧を１個の電圧検出器で確実に検出することができる。

〔４〕本発明に係る充電装置は、「〔１〕」に記載の充電装置において、前記充電制御手段は、前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ前記蓄電池と前記電源が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える充電用スイッチと、これら充電用スイッチを、前記電圧検出手段により検出された電圧の低い蓄電池から優先して充電されるよう制御するスイッチ制御手段とを備えたことを特徴とする。

蓄電池に充電を行う際、充電器を用いない場合もある。この場合、充電電流を制御できない。「〔４〕」に記載の充電装置において、充電制御手段のスイッチ制御手段は、複数の充電用スイッチを、電圧検出手段により検出された電圧の低い蓄電池から優先して充電されるよう制御する。つまり、複数の蓄電池のうち最も電圧の低い１個のみが充電用スイッチを通じて電源に接続され、残りの蓄電池に対応する充電スイッチは開いた状態に保持され、その残りの蓄電池への電源からの給電は行われない。これによって、充電電流を制御せずに蓄電池間の横流を防止することができる。

本発明によれば、前述のように、並列に接続された複数の蓄電池の充電時に、それら蓄電池間で生じる横流を防止することの確実性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る充電装置が搭載されるハイブリッド式油圧ショベルを示す図である。本発明の一実施形態に係る充電装置の電気回路図である。

図１に示すように、油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、走行体２に旋回ベアリング（図示してない）を介して結合している旋回体３と、旋回体３の前部の略中央に設けられたフロント作業装置４とを有する。旋回体３は、フロント作業装置４の左側方に設けられたキャブ３ａと、旋回体３の後端部を形成しているカウンタウェイト３ｃと、キャブ３ａの後方からカウンタウェイト３ｃの間に形成された機械室３ｂとを有する。フロント作業装置４は、旋回体３の前部に上下方向に回動自在に結合しているブーム４ａと、このブーム４ａに回動自在に結合しているアーム４ｂと、このアーム４ｂに回動自在に結合しているバケット４ｃとを有するバックホウタイプである。

走行体２の後部には、減速機付きの油圧モータである走行モータ２ｂが設けられており、この走行モータ２ｂの出力を履帯２ａに伝達して走行するようになっている。機械室３ｂには、旋回体３を駆動する旋回装置１０が格納されている。この旋回装置１０は、相反する２方向に回転可能な旋回用油圧モータ１１と、この旋回用油圧モータ１１に伝動可能に接続されており、相反する２方向に回転可能な旋回用電動モータ１２と、旋回用油圧モータ１１および旋回用電動モータ１２を制動するメカニカルブレーキ１３と、旋回用電動モータ１２に伝動可能に接続された減速機１４とを備えている。メカニカルブレーキ１３は湿式多板型で油圧操作式の装置であり、旋回体３を旋回させる旨の指令があったとき、および、フロント作業装置の作動が指令されたときに、ブレーキ解除圧が付与されて制動が解除されるネガティブブレーキである。減速機１４は前出の旋回ベアリングのインナーレースに設けられたリングギアに伝動可能に接続されている。旋回用電動モータ１２は旋回体３の減速時に発電機として機能し、これにより旋回体３の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。旋回用電動モータ３により発電された電気エネルギーは後述の蓄電装置２０に充電されるようになっている。フロント作業装置４は、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７により駆動されるようになっている。

機械室３ｂには、前出の走行モータ２ｂ、旋回用油圧モータ１１、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７等の、油圧ショベル１に備えられた油圧アクチュエータに供給される作動油を吐出する油圧ポンプ１５と、この油圧ポンプ１５に伝動可能に接続されたディーゼルエンジン１６と、この油圧ポンプ１５に伝動可能に接続されたアシストモータ１７（交流誘導モータ）とが格納されている。油圧ポンプ１５はディーゼルエンジン１６の出力で駆動される場合と、アシストモータ１７の出力で駆動される場合とがあり、前者の場合に、アシストモータ１７が油圧ポンプ１５とともにディーゼルエンジン１６の出力で駆動されて発電するようになっている。アシストモータ１７により発電された電力は、蓄電装置２０に充電されるようになっている。

その蓄電装置２０は、図２に示すように、並列に接続された複数の蓄電池を備えたものであり、本実施形態においては、直列に接続された３個の蓄電池から構成された蓄電池群である第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２とを備え、これら第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２が並列に接続されたものである。

本実施形態に係る充電装置３０は、蓄電装置２０の充電を行うものである。その充電に使用される電源としては、油圧ショベル１の外部に設けられた交流電源（図示省略）と、油圧ショベル１に搭載された前出のアシストモータ１７とがある。はじめに外部の交流電源から蓄電装置２０に充電するための構成と動作について説明し（「（１）」参照）、次にアシストモータ１７を電源として蓄電装置２０を充電するための構成と動作について説明する（「（２）」参照）。最後に第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２との間の電圧差を解消するための構成と動作について説明する（「（３）」参照）。

（１）外部の交流電源から蓄電装置２０に充電するための構成と動作
充電装置３０は、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２に対して個別に設けられ、油圧ショベル１の外部の交流電源（図示省略）にケーブル(図示省略)を介して電気的に接続される第１充電器４１および第２充電器４２と、第１充電器４１と第１蓄電池群２１が電気的に接続した状態と遮断された状態とを切替える第１充電用スイッチ５１と、第２充電器４２と第２蓄電池群２２が電気的に接続した状態と遮断された状態とを切替える第２充電用スイッチ５２とを備えている。前出の外部の電源は第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２に共通の電源である。第１充電用スイッチ５１は自己復帰式のスイッチであり、その初期状態は第１充電器４１と第１蓄電池群２１を電気的に遮断した状態である。これと同様に第２充電用スイッチ５２も自己復帰式のスイッチであり、その初期状態は第２充電器４２と第２蓄電池群２２を電気的に遮断した状態である。

充電装置３０はさらに、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方に対して１個設けられた電圧検出器６０と、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれに対して個別に設けられ、第１蓄電池群２１と電圧検出器６０が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える第１検出用スイッチ６１と、第２蓄電池群２２と電圧検出器６０が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える第２検出用スイッチ６２とを備えている。第１検出用スイッチ６１は自己復帰式のスイッチであり、その初期状態は第１蓄電池群２１と電圧検出器６０を電気的に遮断した状態である。これと同様に第２検出用スイッチ６２も自己復帰式のスイッチであり、その初期状態は第２蓄電池群２２と電圧検出器６０を電気的に遮断した状態である。

充電装置３０はさらにコントローラ７０を備えている。このコントローラ７０には電圧検出器６０により検出された電圧に相応する検出信号が入力されるようになっている。また、このコントローラ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、補助記憶装置等を備えており、ＲＯＭまたは補助記憶装置に記憶された制御プログラムを読み出して、蓄電装置２０の充電に関する処理を行うものであり、その処理を行うために制御プログラムにより設定された手段として、検出制御手段７１、第１スイッチ制御手段７２、充電電流制御手段７３を備えている。

検出制御手段７１は、第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２のそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持されるよう、それら第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２を制御するものであり、第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２を予め設定された検出順序で繰り返し一時的に閉じた状態に制御するものである。本実施形態の検出順序では、１番目が第１検出用スイッチ６１に設定されており、２番目が第２検出用スイッチ６２に設定されている。つまり、第１検出用スイッチ６１と第２検出用スイッチ６２は、第１検出用スイッチ６１から交互に一時的に閉じた状態に保持されるようになっている。

第１スイッチ制御手段７２は、第１充電用スイッチ５１および第２充電用スイッチ５２を予め設定された充電開始順序で閉じるよう制御するものである。本実施形態の充電開始順序では、１番目が第１検出用スイッチ６１に設定されており、２番目が第２検出用スイッチ６２に設定されている。

充電開始順序と検出順序は、閉じる順序が回ってきた充電用スイッチに対応する蓄電池群と、一時的に閉じた状態になる順序が回ってきた検出用スイッチに対応する蓄電池群とが一致するよう設定されるものである。本実施形態に係る充電装置３０においては、検出用スイッチが第１検出用スイッチ６１と第２検出用スイッチ６２の２個であるので、充電開始順序と検出順序は、第１充電用スイッチ５１に対応する蓄電池群と、第１検出用スイッチ６１に対応する蓄電池群とが、第１蓄電池群２１になるよう設定されている。

充電開始順序と検出順序はさらに、充電用スイッチが閉じた時点から所定時間経過するまで、その閉じた充電用スイッチの充電開始順序に対応する検出順序の検出用スイッチが閉じた状態になり、かつ、充電開始順序の連続する２つの充電用スイッチの一方が閉じた時点から他方が閉じる時点までの時間よりも所定時間が短くなるよう設定されるものである。本実施形態に係る充電装置３０においては、検出用スイッチが第１検出用スイッチ６１と第２検出用スイッチ６２の２個であるので、第１充電用スイッチ５１が閉じた時点から所定時間経過するまで、その閉じた第１充電用スイッチ５１に対応する第１検出用スイッチ６１が閉じた状態になり、かつ、第１充電用スイッチ５１が閉じた時点から第２充電用スイッチ５２が閉じる時点までの時間よりも前記所定時間が短くなるよう設定されている。前記所定時間は、電圧検出器６０による電圧の検出に十分な時間として設定されるものであり、本実施形態においては５秒に設定されている。この５秒は、第１充電用スイッチ５１が閉じた時点から第２充電用スイッチ５２が閉じるまでの時間よりも短い時間であり、その閉じるまでの時間は６秒に設定されている。

充電電流制御手段７３は、第１充電器４１および第２充電器４２のそれぞれから第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれに供給される充電電流を、電圧検出器６０により検出された第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれの両電極間の電圧に基づき、その電圧の低い蓄電池群ほど大きく制御するものである。

電圧検出器６０と、第１検出用スイッチ６１と、第２検出用スイッチ６２と、コントローラ７０の検出制御手段７１とから、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２に対し充電を行う際に第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれの両電極間の電圧を検出する電圧検出手段が構成されている。

外部の電源を第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２に共通の充電の電源とした場合、第１充電用スイッチ５１と、第２充電用スイッチ５２と、コントローラ７０の第１スイッチ制御手段７２と、コントローラ７０の充電電流制御手段７３とから、電圧検出器６０により検出された第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれの電圧に基づき、第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２の間での横流を防止しつつ充電を行う充電制御手段が構成されている。

このように構成された充電装置３０は、外部の交流電源から蓄電装置２０に充電する際、次のように動作する。

コントローラ７０の第１スイッチ制御手段７２は、第１充電用スイッチ５１と第２充電用スイッチ５２とを６秒の時間間隔をあけて第１充電用スイッチ５１、第２充電用スイッチ５２の順番に閉じ、第１充電用スイッチ５１を充電開始順序に従って閉じた後は第１蓄電池群２１の充電が完了するまで第１充電用スイッチ５１を閉じた状態に保持し、第２充電用スイッチ５２を充電開始順序に従って閉じた後も第２蓄電池群２２の充電が完了するまで第２充電用スイッチ５２を閉じた状態に保持する。

この第１スイッチ制御手段７２の動作と並行して、コントローラ７０の検出制御手段７１は、第１充電用スイッチ５１が閉じた時点から５秒間だけ第１検出用スイッチ６１を閉じた状態に保持し、この１秒後に第２検出用スイッチ６２を閉じた状態に５秒間だけ保持し、この１秒後に再び第１検出用スイッチ６１を閉じた状態に５秒間だけ閉じ、というように第１検出用スイッチ６１が一時的に閉じた状態と、第２検出用スイッチ６２が一時的に閉じた状態とが交互に繰り返されるよう第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２を制御する。

このように第１充電用スイッチ５１、第２充電用スイッチ５２、第１検出用スイッチ６１、第２検出用スイッチ６２が制御されることによって、第１充電用スイッチ５１が閉じるのと同時に第１検出用スイッチ６１と第２検出用スイッチ６２のうち第１検出用スイッチ６１のみが閉じ、第２充電用スイッチ５２が閉じるのと同時に第１検出用スイッチ６１と第２検出用スイッチ６２のうち第２検出用スイッチ６２のみが閉じることになる。

電圧検出器６０は、第１検出用スイッチ６１のみが閉じた時点から第１検出用スイッチ６１が閉じた状態に保持される５秒間で第１蓄電池群２１の両電極間の電圧を検出し、その電圧に相応する検出信号をコントローラ７０に出力し、これと同様に、第２検出用スイッチ６２のみが閉じた時点から第２検出用スイッチ６２が閉じた状態に保持される５秒間で第２蓄電池群２２の両電極間の電圧を検出し、その電圧に相応する検出信号をコントローラ７０に出力する。

コントローラ７０の充電電流制御手段７３は、電圧検出器６０からの検出信号を入力すると、その検出信号が第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２のどちらの電圧の検出値を示すものなのかを検出順序に基づき判定する。したがって、その判定のときが第１検出用スイッチ６１が閉じられたときであれば、第１蓄電池群２１の電圧であるとの判定結果を得て、その電圧の検出値に基づき第１充電器４１から出力される充電電流を制御し第１蓄電池群２１に供給する。また、その判定のときが第２検出用スイッチ６２が閉じられたときであれば、第２蓄電池群２２の電圧であるとの判定結果を得て、その電圧の検出値に基づき第２充電器４２から出力される充電電流を制御し第２蓄電池群２２に供給する。

第１充電用スイッチ５１および第２充電用スイッチ５２の両方が閉じられた後も、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方の充電が完了するまでは、コントローラ７０の検出制御手段７１は、第１検出用スイッチ６１のみが５秒間閉じた状態と、第２検出用スイッチ６２のみが５秒間に閉じた状態とが交互に繰り返されるよう第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の制御を続ける。これにより、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２蓄電池群２２の両電極間の電圧とが、電圧検出器６０により交互に検出される。コントローラ７０の充電電流制御手段７３は、前述のように、電圧検出器６０により検出された電圧の検出値が第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２のどちらのものであるかを判定し、その判定の結果と検出値に基づいて第１充電器４１または第２充電器４２から第１蓄電池群２１または第２蓄電池群２２に供給される充電電流を制御する。第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方の充電が完了すると、コントローラ７０の検出制御手段７１は第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の制御を終了し、これにより第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２は両方とも開いた状態に保持される。また、コントローラ７０の第１スイッチ制御手段７２は第１充電用スイッチ５１および第２充電用スイッチ５２の制御を終了し、これにより第１充電用スイッチ５１および第２充電用スイッチ５２は両方とも開いた状態に保持される。

（２）アシストモータ１７を電源として蓄電装置２０を充電するための構成と動作
充電装置３０は、アシストモータ１７により発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータ８０と、このコンバータ８０と第１蓄電池群２１が電気的に接続された状態と遮断された状態を切替える第３充電用スイッチ８１と、コンバータ８０と第２蓄電池群２２が電気的に接続された状態と遮断された状態を切替える第４充電用スイッチ８２と備えている。

充電装置３０はさらに、コントローラ７０に第２スイッチ制御手段７４を備えている。この第２スイッチ制御手段７４は、制御プログラムにより設定された手段であり、第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２を、電圧検出器６０により検出された電圧の低い蓄電池から優先して充電されるよう制御するものである。

このように構成された充電装置３０は、アシストモータ１７を電源として蓄電装置２０に充電する際、次のように動作する。

コントローラ７０の第１スイッチ制御手段７２は、第１充電用スイッチ５１と第２充電用スイッチ５２のどちらの制御も行わない。したがって、第１充電用スイッチ５１も第２充電用スイッチ５２も開いた状態に保持される。

コントローラ７０の検出制御手段７１は、第１充電用スイッチ５１が閉じた時点から５秒間だけ第１検出用スイッチ６１を閉じた状態に保持し、この１秒後に第２検出用スイッチ６２を閉じた状態に５秒間だけ保持し、この１秒後に再び第１検出用スイッチ６１を５秒間だけ閉じ、というように第１検出用スイッチ６１が一時的に閉じた状態と、第２検出用スイッチ６２が一時的に閉じた状態とが交互に繰り返されるよう第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２を制御する。

コントローラ７０の第２スイッチ制御手段７４は、電圧検出器６０からの検出信号を入力すると、その検出信号が第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２のどちらの電圧の検出値を示すものなのかを検出順序に基づき判定する。したがって、その判定のときが第１検出用スイッチ６１が閉じられたときであれば、第１蓄電池群２１の電圧であるとの判定結果を得ることになり、その判定のときが第２検出用スイッチ６２が閉じられたときであれば、第２蓄電池群２２の電圧であるとの判定結果を得ることになる。そして、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧の検出値を取得し、これに続いて第２蓄電池群２２の両電極間の電圧の検出値の両方を取得すると、これらの検出値を比較し、検出値の低い方の蓄電池群に対応する検出用スイッチ、すなわち第２蓄電池群２２の電圧の検出値よりも第１蓄電池群２１の電圧の検出値の方が低い場合には、第３充電用スイッチ８１が閉じた状態に保持され、逆に第１蓄電池群２１の電圧の検出値よりも第２蓄電池群２２の電圧の検出値の方が低い場合には、第４充電用スイッチ８２が閉じた状態に保持される。今回は第１蓄電池群２１の両電極間の電圧の検出値の方が第２蓄電池群２２のそれよりも低く、第３充電用スイッチ８１が閉じた状態に保持されたとする。これにより、アシストモータ１７により発電された電力は、第３充電用スイッチ８１を通じて第１蓄電池群２１に供給され、この第１蓄電池群２１の両電極間の電圧が上昇する。

コントローラ７０の検出制御手段７１は、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方の充電が完了するまで、第１検出用スイッチ６１のみが５秒間閉じた状態と、第２検出用スイッチ６２のみが５秒間に閉じた状態とが交互に繰り返されるよう第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の制御を続ける。これにより、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２蓄電池群２２の両電極間の電圧とが、電圧検出器６０により交互に検出される。コントローラ７０の第２スイッチ制御手段７４は、電圧検出器６０からの新たな電圧の検出値を取得する度に、その新たな検出値をこれの直前に取得した検出値と比較し、その比較の結果に基づき第１蓄電池群２１の両電極間の電圧の検出値が第２蓄電池群２２の両電極間の電圧の検出値よりも低い限り、第３充電用スイッチ８１を閉じた状態に保持し、第４充電用スイッチ８２は閉じない。

その後、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧の検出値と、第２蓄電池群２２の両電極間の電圧の検出値とが同じになると、コントローラ７０の第２スイッチ制御手段７４は第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２の両方を閉じる。これにより、アシストモータ１７により発電された電力は、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方に供給されるようになる。そして、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の両方の充電が完了すると、コントローラ７０の検出制御手段７１は第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の制御を終了し、これにより第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２は両方とも開いた状態に保持される。コントローラ７０の第２スイッチ制御手段７４は第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２の制御を終了し、これにより第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２は両方とも開いた状態に保持される。

（３）第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２との間の電圧差を解消する構成と動作
第１検出用スイッチ６１と電圧検出器６０の間には第１抵抗器９１が介在しており、第２検出用スイッチ６２と第２検出用スイッチ６２の間には第２抵抗器９２が介在している。また、コントローラ７０には、入力装置１００が接続されており、この入力装置１００の操作によってコントローラ７０に指令信号が入力されるようになっている。

コントローラ７０の検出制御手段７１は、入力装置１００からの指令信号が入力されると、第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の両方を閉じるよう設定されている。第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の両方が閉じた状態では、第１蓄電池群２１の電力は第１検出用スイッチ６１を通じて第１抵抗器９１で消費され、第２蓄電池群２２の電力は第２検出用スイッチ６２と通じて第２抵抗器９２で消費される。第１抵抗器９１および第２抵抗器９２による電力の消費は、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２抵抗器９２の両電極間の電圧との差が小さくなるように行われ、最終的にその差はなくなる。

本実施形態に係る充電装置３０によれば次の効果を得られる。

本実施形態に係る充電装置３０において、検出制御手段７１は、第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２のそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持する。これにより第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２のうち一方のみが閉じた状態になると、電圧検出器６０はその一方の検出用スイッチと対応する蓄電池群の両電極間の電圧を検出する。このようにして検出された蓄電池群のそれぞれの電圧に基づき、充電電流制御手段７３は、第１充電器４１から第１蓄電池群２１に供給する充電電流と、第２充電器４２から第２蓄電池群２２に供給する充電電流とを制御する。つまり、本実施形態に係る充電装置３０においては、蓄電装置２０の第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２蓄電池群２２の両電極間の電圧との両方を、１個の電圧検出器６０が検出するので、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧の検出精度と第２蓄電池群２２の両電極間の電圧の検出精度との間に製品誤差に起因したバラツキが生じ得ず、これによって、並列に接続された第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２の充電時に、それら第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２間で生じる横流を防止することの確実性を向上させることができる。

本実施形態に係る充電装置３０は、第１充電器４１および第２充電器４２と、これらの第１充電器４１および第２充電器４２のそれぞれから第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれに供給される充電電流を、電圧検出手段（電圧検出器６０）により検出された第１蓄電池群２１の両電極間の電圧および第２蓄電池群２２の両電極間の電圧のそれぞれに基づき、電圧の低い蓄電池ほど大きく制御する充電電流制御手段７３とを備えている。これにより、第１充電器４１および第２蓄電池群２２のそれぞれから第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のそれぞれに充電を行う際に、第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２間で生じる横流を防止することの確実性を向上させることができる。

本実施形態に係る充電装置３０において、第１充電用スイッチ５１が閉じるときに第１検出用スイッチ６１も閉じ、次に第２充電用スイッチ５２が閉じるときには第１検出用スイッチ６１は既に開いていて第２検出用スイッチ６２が閉じ、その後は第１検出用スイッチ６１が一時的に閉じた状態と、第２検出用スイッチ６２が一時的に閉じた状態とが交互に繰り返されるよう充電開始順序と検出順序が設定されている。これにより、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２蓄電池群２２の両電極間の電圧とを、１個の電圧検出器６０で確実に検出することができる。

本実施形態に係る充電装置３０において、充電制御手段は、充電の電源としてのアシストモータ１７と第１蓄電池群２１とが電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える第３充電用スイッチ８１と、アシストモータ１７と第２蓄電池群２２とが電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える第４充電用スイッチ８２とを備え、これら第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２を、第２スイッチ制御手段７４によって両電極間の電圧の検出値の低い蓄電池群から優先して充電されるよう制御する。これにより、第１蓄電池群２１および第２蓄電池群２２のうち両電極間の電圧の低い方に対応する第３充電用スイッチ８１および第４充電用スイッチ８２のみが閉じてアシストモータ１７から、その電圧の低い方の蓄電池群に給電を行い、電圧の高い方の蓄電池群に対応する充電用スイッチは開いてその電圧の高い方の蓄電池群に給電を行わない。この結果、充電電流を制御せずに第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２との間の横流を防止することができる。

本実施形態に係る充電装置３０において、コントローラ７０の検出制御手段７１は、入力装置１００からの指令信号が入力されると、第１検出用スイッチ６１および第２検出用スイッチ６２の両方が閉じ、これにより、第１蓄電池群２１の電力は第１抵抗器９１で消費され、第２蓄電池群２２の電力は第２抵抗器９２で消費されて、第１蓄電池群２１の両電極間の電圧と第２抵抗器９２の両電極間の電圧が解消される。したがって、油圧ショベル１を長期間放置する前または油圧ショベル１を長期間放置した後に入力装置１００を操作することによって、油圧ショベル１の長期間放置した後の使用時に、第１蓄電池群２１と第２蓄電池群２２の間に横流が生じるのを抑えることができる。

１油圧ショベル
２走行体
２ａ履帯
２ｂ走行モータ
３旋回体
３ａ運転室
３ｂ機械室
３ｃカウンタウェイト
４フロント作業装置
４ａブーム
４ｂアーム
４ｃバケット
５ブームシリンダ
６アームシリンダ
７バケットシリンダ
１０旋回装置
１１旋回用油圧モータ
１２旋回用電動モータ
１３メカニカルブレーキ
１４減速機
１５油圧ポンプ
１６ディーゼルエンジン
１７アシストモータ
２０蓄電装置
２１第１蓄電池群
２２第２蓄電池群
３０充電装置
４１第１充電器
４２第２充電器
５１第１充電用スイッチ
５２第２充電用スイッチ
６０電圧検出器
６１第１検出用スイッチ
６２第２検出用スイッチ
７０コントローラ
７１検出制御手段
７２第１スイッチ制御手段
７３充電電流制御手段
７４第２スイッチ制御手段
８０コンバータ
８１第３充電用スイッチ
８２第４充電用スイッチ
９１第１抵抗器
９２第２抵抗器
１００入力装置

Claims

並列に接続された複数の蓄電池を備えた蓄電装置に対し前記複数の蓄電池に共通の電源を用いて充電を行う際に、前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧に基づき、前記複数の蓄電池間での横流を防止しつつ充電を行う充電制御手段とを備えた充電装置において、
前記電圧検出手段は、
前記複数の蓄電池のすべてに対して１個設けられた電圧検出器と、
前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ、前記蓄電池と前記電圧検出器が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える検出用スイッチと、
これら検出用スイッチのそれぞれの閉じた状態が異なる期間で一時的に保持されるよう、前記複数の検出用スイッチを制御する検出制御手段と
を備えた
ことを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置において、
前記充電制御手段は、
前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ前記蓄電池と前記電源に電気的に接続される充電器と、
これらの充電器のそれぞれから前記複数の蓄電池のそれぞれに供給される充電電流を、前記電圧検出手段により検出された前記複数の蓄電池のそれぞれの電圧に基づき、電圧の低い蓄電池ほど大きく制御する充電電流制御手段と
を備えた
ことを特徴とする充電装置。
請求項２に記載の充電装置において、
前記充電制御手段は、前記複数の充電器のそれぞれに対して個別に設けられ前記充電器と前記蓄電池とが電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える充電用スイッチと、これら複数の充電用スイッチを予め設定された充電開始順序で閉じるよう制御するスイッチ制御手段とを備え、
前記検出制御手段は、前記複数の検出用スイッチを予め設定された検出順序で繰り返し一時的に閉じた状態に制御するものであり、
前記充電開始順序と前記検出順序は、閉じる順序が回ってきた前記充電用スイッチに対応する蓄電池と、一時的に閉じた状態になる順序が回ってきた前記検出用スイッチに対応する蓄電池とが一致し、かつ、前記充電用スイッチが閉じた時点から所定時間経過するまで、その閉じた充電用スイッチの前記充電開始順序に対応する検出順序の前記検出用スイッチが閉じた状態になり、かつ、前記充電開始順序の連続する２つの充電用スイッチの一方が閉じた時点から他方が閉じる時点までの時間よりも前記所定時間が短くなるよう設定されている
ことを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置において、
前記充電制御手段は、
前記複数の蓄電池のそれぞれに対して個別に設けられ前記蓄電池と前記電源が電気的に接続された状態と遮断された状態とを切替える充電用スイッチと、
これら充電用スイッチを、前記電圧検出手段により検出された電圧の低い蓄電池から優先して充電されるよう制御するスイッチ制御手段と
を備えた
ことを特徴とする充電装置。