JP2012210031A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電セルからなる蓄電装置を提供する。
【解決手段】
複数の蓄電部（１０１）と、状態検出装置（１１２）によって検出された蓄電セル（１１１）の状態に基づいて、蓄電部（１０１）の充電状態を制御する制御部（２００）と、状態検出部（１１２）と制御部（２００）とを通信可能に接続する通信部と、を備える蓄電装置（２６）であって、通信部は、複数の蓄電部（１０１）それぞれに接続される第１通信ケーブル（１２０）と、制御部（２００）に接続される第２通信ケーブル（１４０）と、第１通信ケーブル（１２０）と第２通信ケーブル（１４０）とを相互に接続する中継基板（１５０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の蓄電セルからなる蓄電装置に関する。

バッテリ等の蓄電装置にエンジンや機械動力の回生電力を充電し、充電された電力を機械動力に用いることができるハイブリッド建設機械が知られている。

蓄電装置は、一般的に、蓄電セルを複数積層して構成された蓄電モジュールを複数接続することによって大きな電力を得るように構成されている。また、この蓄電装置の充電、放電を制御する制御装置は、蓄電モジュールごとに蓄電セルの電圧、温度等を取得して、取得した電圧、温度等の情報に基づいて、充電放電を制御する。

引用文献１には、二次電池モジュールを構成する二次電池の電圧をモニタし二次電池の電圧を調整する電池電圧バランス調整部を備えたモジュール制御部と、モジュール制御部からの電圧情報と温度情報と電流情報とを元に二次電池モジュールのそれぞれの充電の要否および充電電圧と充電電流を決定し、モジュール制御部等を制御する電池制御部とを有している二次電池パックが開示されている。

特開２０１０−１６６７２１号公報

従来の蓄電装置は、蓄電モジュールと制御装置とを互いに通信回線で結んでいるので、蓄電モジュールが増えれば、通信回線やコネクタが多く必要となる。そのため、配線の取り回しが煩雑になるほか、コネクタの増加によって、振動や衝撃などを原因とする信頼性の低下が発生するという問題がある。

また、将来の設計変更を見据えて蓄電モジュールの増設を想定した場合は、予め空きのコネクタを制御装置側に設置しておく必要があるが、コストが上昇するという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コストを必要以上に増加することなく、蓄電モジュールと制御装置との間の配線の信頼性を低下させない蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明は、電力を蓄電する蓄電セルと、蓄電セルの状態を検出する状態検出部と、を備える複数の蓄電部と、状態検出部によって検出された蓄電セルの状態に基づいて、蓄電部の充電状態を制御する制御部と、状態検出部と制御部とを通信可能に接続する通信部と、を備える蓄電装置であって、通信部は、複数の蓄電部それぞれに接続される第１通信ケーブルと、制御部に接続される第２通信ケーブルと、第１通信ケーブルと第２通信ケーブルとを相互に接続する中継基板と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の蓄電部と制御部との間の通信部を、複数の第１通信ケーブルと、中継基板と、第２の通信ケーブルとによって接続したので、例えばマイコン等からなる精密装置である制御部に複数のケーブルを介して蓄電部と直接接続する必要がなくなり、配線の取り回しが簡単になって振動や衝撃などを原因とする信頼性の低下を防止することができる。

本発明の実施形態のハイブリッド建設機械の制御システムの説明図である。 本発明の実施形態の蓄電ユニットの構成ブロック図である。 本発明の実施形態の蓄電ユニットの構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御装置について説明する。なお、以下の実施形態では、ハイブリッド建設機械がパワーショベルである場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態のハイブリッド建設機械の制御システムの説明図である。

パワーショベルには、原動機としてのエンジン７３で駆動する可変容量型の第１、２メインポンプ７１、７２が設けられる。第１、２メインポンプ７１、７２は同軸回転する。エンジン７３には、エンジン７３の余力を利用して発電機能を発揮するジェネレータ１が設けられる。また、エンジン７３には、エンジン７３の回転数を検出する回転数センサ７４が設けられる。

第１メインポンプ７１から吐出される作動油は第１回路系統７５に供給される。第１回路系統７５は、旋回モータ７６を制御する操作弁２と、アームシリンダ（図示せず）を制御する操作弁３と、後述する操作弁１６と連動してブームシリンダ７７を制御するブーム２速用の操作弁４と、予備用アタッチメント（図示せず）を制御する操作弁５と、左走行用の第１走行用モータ（図示せず）を制御する操作弁６とを有する。各操作弁２〜６は、第１メインポンプ７１から各アクチュエータへ導かれる吐出油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。

各操作弁２〜６と第１メインポンプ７１とは、中立流路７及び中立流路７と並列なパラレル流路８を通じて接続されている。中立流路７における第１走行モータ用の操作弁６の下流側には、パイロット圧を生成するための絞り９が設けられる。絞り９は、通過する流量が多ければ高いパイロット圧を、通過する流量が少なければ低いパイロット圧を、上流側に生成する。

中立流路７は、操作弁２〜６の全てが中立位置又は中立位置近傍にあるときには、第１メインポンプ７１から吐出された作動油の全部又は一部を、絞り９を介してタンク９４に導く。このとき、絞り９を通過する流量はストローク時と比較して多くなるため、高いパイロット圧が生成される。

一方、操作弁２〜６がフルストロークの状態に切り換えられると、中立流路７が閉ざされて流体の流通がなくなる。この場合には、絞り９を通過する流量がほとんどなくなり、パイロット圧がゼロとなる。ただし、操作弁２〜６の操作量によっては、第１メインポンプ７１から吐出された作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立流路７からタンク９４に導かれるので、絞り９は、中立流路７の作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。つまり、絞り９は、操作弁２〜６の操作量に応じたパイロット圧を生成する。

中立流路７における最下流の操作弁６と絞り９との間には、中立流路切換電磁弁１０が設けられる。中立流路切換電磁弁１０は、そのソレノイドがコントローラ９０に接続されている。中立流路切換電磁弁１０は、ソレノイドが非励磁のときにはスプリングのばね力の作用で図示の全開位置に設定され、ソレノイドが励磁のときにはスプリングのばね力に抗して絞り位置に設定される。中立流路切換電磁弁１０が絞り位置に切り換わったときの絞り開度は、絞り９の開度よりも小さく設定されている。

中立流路７における操作弁６と中立流路切換電磁弁１０との間にはパイロット流路１１が接続される。パイロット流路１１には、絞り９の上流側に発生する圧力がパイロット圧として導かれる。パイロット流路１１は、第１メインポンプ７１の傾転角を制御するレギュレータ１２に接続される。レギュレータ１２は、パイロット流路１１のパイロット圧と逆比例して第１メインポンプ７１の傾転角を制御して、第１メインポンプ７１の１回転当たりの押しのけ容積を制御する。すなわち、パイロット圧に応じて、ポンプ７１の吐出量が可変する。

パイロット流路１１には、減圧弁８０とパイロット流路切換電磁弁８１とが並列に設けられる。パイロット流路切換電磁弁８１は、減圧弁８０を迂回するバイパス流路８２に設けられる。パイロット流路切換電磁弁８１は、そのソレノイドがコントローラ９０に接続されている。ソレノイドが非励磁のときに図示の連通位置に設定され、中立流路７からパイロット流路１１に至る作動油は減圧弁８０を迂回する。一方、ソレノイドが励磁したときに遮断位置に設定され、中立流路７は減圧弁８０のみを通じてパイロット流路１１と連通する。

パイロット流路１１には、パイロット流路１１の圧力を検出する第１圧力センサ１３が設けられる。第１圧力センサ１３にて検出された圧力信号はコントローラ９０に出力される。パイロット流路１１のパイロット圧は、操作弁２〜６の操作量に応じて変化するため、第１圧力センサ１３が検出する圧力信号は、第１回路系統７５の要求流量に応じて変化する。

第２メインポンプ７２は第２回路系統７８に接続している。第２回路系統７８は、その上流側から順に、右走行用の第２走行用モータ（図示せず）を制御する操作弁１４と、バケットシリンダ（図示せず）を制御する操作弁１５と、ブームシリンダ７７を制御する操作弁１６と、アームシリンダ（図示せず）を制御するアーム２速用の操作弁１７とを有する。操作弁１６には、操作方向及び操作量を検出するセンサ（図示せず）が設けられ、このセンサの検出信号はコントローラ９０に出力される。各操作弁１４〜１７は、第２メインポンプ７２から各アクチュエータへ導かれる吐出油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。

各操作弁１４〜１７と第２メインポンプ７２とは、中立流路１８及び中立流路１８と並列なパラレル流路１９を通じて接続されている。中立流路１８における操作弁１７の下流側には、パイロット圧を生成するための絞り２０が設けられる。絞り２０は、第１メインポンプ７１側の絞り９と同じ機能を有する。

中立流路１８における最下流の操作弁１７と絞り２０との間には、中立流路切換電磁弁２１が設けられる。中立流路切換電磁弁２１は、第１メインポンプ７１側の中立流路切換電磁弁１０と同じ構成である。

中立流路１８における操作弁１７と中立流路切換電磁弁２１との間にはパイロット流路２２が接続される。パイロット流路２２には、絞り２０の上流側に発生する圧力がパイロット圧として導かれる。パイロット流路２２は、第２メインポンプ７２の傾転角を制御するレギュレータ２３に接続される。

パイロット流路２２には、減圧弁８４とパイロット流路切換電磁弁８５とが並列に設けられる。パイロット流路切換電磁弁８５は、減圧弁８４を迂回するバイパス流路８６に設けられる。また、パイロット流路２２にはパイロット流路２２の圧力を検出する第２圧力センサ２４が設けられる。第２圧力センサ２４にて検出された圧力信号はコントローラ９０に出力される。

レギュレータ２３、減圧弁８４、及びパイロット流路切換電磁弁８５は、第１メインポンプ７１側のレギュレータ１２、減圧弁８０、及びパイロット流路切換電磁弁８１と同じ構成であり、それらの作動も同じであるため、説明を省略する。

第１、２メインポンプ７１、７２にはそれぞれ流路５５、５６が接続され、流路５５、５６にはそれぞれ電磁弁５８、５９が設けられる。流路５５、５６は、第１、２回路系統７５、７８の上流側で第１、２メインポンプ７１、７２に接続されている。電磁弁５８、５９は、ソレノイドがコントローラ９０に接続されている。電磁弁５８、５９は、ソレノイドが非励磁のときに図示の閉位置に設定され、ソレノイドが励磁したときに開位置に設定される。

電磁弁５８、５９は、合流通路５７及びチェック弁６０を介して油圧モータ８８に接続される。油圧モータ８８は、モータジェネレータ（ＭＧ）９１と連係して回転する。ＭＧ９１が発電した電力はインバータ９２を介して蓄電ユニット２６に充電される。なお、油圧モータ８８とＭＧ９１とは、直接連結してもよいし、減速機を介して連結してもよい。

第１、２メインポンプ７１、７２から吐出された作動油は、電磁弁５８、５９を経由して油圧モータ８８に供給され、油圧モータ８８を駆動する。油圧モータ８８は、その駆動力によってＭＧ９１を回転して発電する。ＭＧ９１で発電された電力は、インバータ９２を介して蓄電ユニット２６に充電される。これにより、第１、２メインポンプ７１、７２が吐出するスタンバイ流量によって回生が行われる。

油圧モータ８８を回転させて蓄電ユニット２６を充電するには、オペレータがコントローラ９０にスタンバイ回生指令信号を手動操作して入力することによって行われる。

なお、バッテリチャージャー２５は、通常の家庭用の電源２７に接続した場合にも、蓄電ユニット２６に電力を充電できるようにしている。このように、バッテリチャージャー２５は、独立電源にも接続可能である。

このように、第１、２メインポンプ７１、７２から吐出された作動油によって油圧モータ８８を駆動させてＭＧ９１により発電した電力を蓄電ユニット２６に充電することができる。また、蓄電ユニット２６に充電した電力は、後述するサブポンプ８９のアシスト力に利用することもできる。

旋回モータ用の操作弁２のアクチュエータポートには、旋回モータ７６に連通する通路２８、２９が接続されると共に、通路２８、２９のそれぞれにはブレーキ弁３０、３１が接続される。操作弁２を中立位置に保っているときには、アクチュエータポートが閉じられて旋回モータ７６は停止状態を維持する。

旋回モータ７６の停止状態から操作弁２をいずれか一方の方向に切り換えると、一方の通路２８が第１メインポンプ７１に接続され、他方の通路２９がタンク９４に連通する。これにより、通路２８から作動油が供給されて旋回モータ７６が回転すると共に、旋回モータ７６からの戻り油が通路２９を通じてタンク９４に戻される。操作弁２を上記とは反対方向に切り換えると、通路２９が第１メインポンプ７１に接続され、通路２８がタンクに連通し、旋回モータ７６は逆転する。

また、操作弁１６を中立位置から一方の方向に切り換えると、第２メインポンプ７２から吐出された作動油は、通路３２を通じてブームシリンダ７７のピストン側室３３に供給されると共に、ロッド側室３４からの戻り油は通路３５から、操作弁１７、中立流路切換電磁弁２１を通じてタンク９４に戻され、ブームシリンダ７７は伸長する。

操作弁１６を上記とは反対方向に切り換えると、第２メインポンプ７２から吐出された作動油は、通路３５を通じてブームシリンダ７７のロッド側室３４に供給されると共に、ピストン側室３３からの戻り油は通路３２から、操作弁１７、中立流路切換電磁弁２１を通じてしてタンク９４に戻され、ブームシリンダ７７は収縮する。ブーム２速用の操作弁４は、操作弁１６と連動して切り換える。ブームシリンダ７７のピストン側室３３と操作弁１６とを接続する通路３２には、コントローラ９０によって開度が制御される比例電磁弁３６が設けられる。比例電磁弁３６はノーマル状態で全開位置を保つ。

次に、第１、２メインポンプ７１、７２の出力をアシストする可変容量型のサブポンプ８９について説明する。

サブポンプ８９は、ＭＧ９１を電動モータとして使用したときの駆動力で回転し、ＭＧ９１の駆動力によって、油圧モータ８８も同軸回転する。ＭＧ９１にはインバータ９２を介して蓄電ユニット２６が接続され、インバータ９２に接続されたコントローラ９０にてＭＧ９１の回転数等が制御される。また、サブポンプ８９及び油圧モータ８８の傾転角は傾角制御器３７、３８にて制御され、傾角制御器３７、３８はコントローラ９０の出力信号にて制御される。

サブポンプ８９には吐出通路３９が接続される。吐出通路３９は、第１メインポンプ７１の吐出側に合流する第１アシスト流路４０と、第２メインポンプ７２の吐出側に合流する第２アシスト流路４１とに分岐して形成される。第１、２アシスト流路４０、４１のそれぞれには、コントローラ９０の出力信号にて開度が制御される第１、２電磁比例絞り弁４２、４３が設けられる。また、第１、２アシスト流路４０、４１のそれぞれには、第１、２電磁比例絞り弁４２、４３の下流に、サブポンプ８９から第１、２メインポンプ７１、７２への作動油の流れのみを許容するチェック弁４４、４５が設けられる。

油圧モータ８８には接続用通路４６が接続される。接続用通路４６は、導入通路４７及びチェック弁４８、４９を介して、旋回モータ７６に接続された通路２８、２９に接続されている。導入通路４７には、コントローラ９０にて開閉制御される電磁切換弁５０が設けられる。また、電磁切換弁５０とチェック弁４８、４９との間には、旋回モータ７６の旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサ５１が設けられ、圧力センサ５１の圧力信号はコントローラ９０に出力される。

導入通路４７における電磁切換弁５０の下流には、導入通路４７の圧力が所定圧力に達した場合に接続用通路４６へと作動油を導く安全弁５２が設けられる。安全弁５２は、例えば電磁切換弁５０など、導入通路４７系統に故障が生じたときに、通路２８、２９の圧力を維持して旋回モータ７６がいわゆる逸走するのを防止するためのものである。また、接続用通路４６は、チェック弁６１を介してタンク９４に接続する。

ブームシリンダ７７と比例電磁弁３６との間には、接続用通路４６に連通する導入通路５３が設けられる。導入通路５３にはコントローラ９０にて開閉が制御される電磁開閉弁５４が設けられる。

次に、サブポンプ８９のアシスト力を利用する場合について説明する。サブポンプ８９のアシスト流量は予め設定され、コントローラ９０は、サブポンプ８９の傾転角、油圧モータ８８の傾転角、及びＭＧ９１の回転数等をどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実行する。

第１回路系統７５あるいは第２回路系統７８のいずれかの操作弁２〜６、１４〜１７が切り換えられたとき、中立流路切換電磁弁１０、２１は絞り位置から開位置に切り換えられる。これにより、パイロット流路１１、２２のパイロット圧が低くなり、その低くなったパイロット圧を第１、２圧力センサ１３、２４が検出して、パイロット圧信号をコントローラ９０に出力する。

コントローラ９０は、第１、２圧力センサ１３、２４から出力されたパイロット圧信号に基づいて、電磁弁５８、５９を閉位置に切り換える。第１、２メインポンプ７１、７２は低くなったパイロット圧に伴って、レギュレータ１２、２３によって１回転当たりの押しのけ容積が増大し、電磁弁５８、５９が閉位置に切り替わったことで第１、２メインポンプ７１、７２の全吐出量が第１、２回路系統７５、７８に接続されたアクチュエータに供給される。

第１、２メインポンプ７１、７２の１回転当たりの押しのけ容積を増大するときには、コントローラ９０は、ＭＧ９１を回転した状態に保つ。ＭＧ９１の駆動源は蓄電ユニット２６に蓄電された電力であり、この電力の一部は、第１、２メインポンプ７１、７２から吐出された作動油を利用して蓄電したものである。

ＭＧ９１の駆動力でサブポンプ８９が回転すれば、サブポンプ８９からアシスト流量が吐出される。コントローラ９０は、第１、２圧力センサ１３、２４からの圧力信号に応じて、第１、２電磁比例絞り弁４２、４３の開度を制御し、サブポンプ８９の吐出量を案分して第１、２回路系統７５、７８に供給する。

まず、第１回路系統７５に接続された旋回モータ７６を駆動する場合を説明する。

コントローラ９０が、操作弁２を一方の方向に切り換えると、一方の通路２８が第１メインポンプ７１に連通し、他方の通路２９がタンクに連通して、旋回モータ７６が回転する。

通路２８、２９の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータ７６を旋回させたり、ブレーキをかけたりできなくなる。そこで、通路２８、２９の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラ９０は油圧モータ８８の傾転角を制御しながら、旋回モータ７６の負荷を制御する。

導入通路４７及び接続用通路４６を通じて油圧モータ８８に作動油が供給され、油圧モータ８８が回転力を得れば、その回転力は同軸回転するＭＧ９１に作用する。油圧モータ８８の回転力は、ＭＧ９１に対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータ８８の回転力の分だけ、ＭＧ９１の消費電力を少なくすることができる。また、油圧モータ８８の回転力でサブポンプ８９の回転力をアシストすることもできる。

なお、接続用通路４６系統の圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなったときには、コントローラ９０は、圧力センサ５１の圧力信号に基づいて電磁切換弁５０を閉じて旋回モータ７６に影響を及ぼさないようにする。また、接続用通路４６に圧油の漏れが生じたときには、安全弁５２が機能して通路２８、２９の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータ７６の逸走を防止する。

次に、ブームシリンダ７７を作動する場合を説明する。

ブームシリンダ７７を作動させるために操作弁１６を切り換えると、操作弁１６に設けられたセンサ（図示せず）によって、操作弁１６の操作方向と操作量が検出され、その操作信号がコントローラ９０に出力される。

上記センサの操作信号に応じて、コントローラ９０は、オペレータがブームシリンダ７７を上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。コントローラ９０は、ブームシリンダ７７の上昇を判定すれば、比例電磁弁３６をノーマル状態である全開位置に保つ。このとき、コントローラ９０は、電磁開閉弁５４を閉位置に保つと共に、ＭＧ９１の回転数やサブポンプ８９の傾転角を制御する。

一方、コントローラ９０は、ブームシリンダ７７の下降を判定すれば、操作弁１６の操作量に応じてオペレータが求めているブームシリンダ７７の下降速度を演算すると共に、比例電磁弁３６を閉じて電磁開閉弁５４を開位置に切り換える。これにより、ブームシリンダ７７の戻り油の全量が油圧モータ８８に供給される。

しかし、油圧モータ８８で消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダ７７はオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、コントローラ９０は、操作弁１６の操作量、油圧モータ８８の傾転角、及びＭＧ９１の回転数等を基にして、油圧モータ８８が消費する流量以上の流量をタンク９４に戻すように比例電磁弁３６の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダ７７の下降速度を維持する。

油圧モータ８８に圧油が供給されると、油圧モータ８８が回転し、その回転力は同軸回転するＭＧ９１に作用する。油圧モータ８８の回転力は、ＭＧ９１に対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータ８８の回転力の分だけ、ＭＧ９１の消費電力を少なくすることができる。一方、ＭＧ９１に対して電力を供給せず、油圧モータ８８の回転力だけでサブポンプ８９を回転させることもできる。

次に、旋回モータ７６の旋回作動とブームシリンダ７７の下降作動とを同時に行う場合を説明する。

旋回モータ７６を旋回させながらブームシリンダ７７を下降させるときには、旋回モータ７６からの圧油と、ブームシリンダ７７からの戻り油とが、接続用通路４６で合流して油圧モータ８８に供給される。

このとき、導入通路４７の圧力が上昇し、旋回モータ７６の旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４８、４９があるため、旋回モータ７６には影響を及ぼさない。また、接続用通路４６側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラ９０は、圧力センサ５１の圧力信号に基づいて電磁切換弁５０を閉じる。

したがって、旋回モータ７６の旋回動作とブームシリンダ７７の下降動作とを同時に行うときには、旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダ７７の必要下降速度を基準にして油圧モータ８８の傾転角を決めればよい。いずれにしても、油圧モータ８８の出力によってサブポンプ８９の出力をアシストできると共に、サブポンプ８９から吐出された作動油を第１、２電磁比例絞り弁４２、４３にて案分して、第１、２回路系統７５、７８に供給することができる。

油圧モータ８８を駆動源としてＭＧ９１を発電機として使用するときには、サブポンプ８９は傾転角がゼロに設定されほぼ無負荷状態となる。油圧モータ８８には、ＭＧ９１を回転させるために必要な出力を維持しておけば、油圧モータ８８の出力を利用して、ＭＧ９１を発電機として機能させることができる。また、エンジン７３の出力を利用してジェネレータ１にて発電させることができる。

本システムには、チェック弁４４、４５が設けられると共に、電磁切換弁５０、電磁開閉弁５４、及び電磁弁５８、５９が設けられるため、例えば、油圧モータ８８及びサブポンプ８９系統が故障した場合でも、第１、２メインポンプ７１、７２系統と、油圧モータ８８及びサブポンプ８９系統とを油圧的に切り離すことができる。

特に、電磁切換弁５０、電磁開閉弁５４、及び電磁弁５８、５９は、ノーマル状態にあるときにスプリングのバネ力で閉位置を保つと共に、上記比例電磁弁３６もノーマル状態にあるときに全開位置を保つため、電気系統が故障したとしても、第１、２メインポンプ７１、７２系統と、油圧モータ８８及びサブポンプ８９系統とを油圧的に切り離すことができる。

次に、以上のように構成されたハイブリッド建設機械の制御装置において、蓄電装置の一例である蓄電ユニット２６について説明する。

図２は、本発明の実施形態の蓄電ユニット２６の構成ブロック図である。

蓄電ユニット２６は、複数の蓄電モジュール１０１と、複数の蓄電モジュール１０１の充電を制御するシステム制御装置２００とを備える。図２に示す例では、蓄電ユニット２６に、ｎ個の蓄電モジュール１０１（１０１ａ〜１０１ｎ）が備えられている。これら蓄電モジュール１０１は、電気的に直列に接続される。

蓄電モジュール１０１において、複数の蓄電セル１１１が電気的に直列に接続されて積層されている。蓄電セル１１１を多数積層することによって、大きな電力を蓄積、出力することができる。なお、本実施形態では、複数の蓄電セル１１１を積層したものを蓄電手段１１０と呼ぶ。

蓄電セル１１１は、リチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。なお、蓄電セル１１１は、ニッケル水素電池等の他の二次電池によって構成されていてもよい。二次電池ではなく、電気二重層キャパシタによって構成されていてもよい。

蓄電モジュール１０１は、蓄電セル１１１の状態を検出するユニット制御装置１１２を備える。ユニット制御装置１１２は、各蓄電セル１１１から電圧や温度等を検出し、通信回線１２０を経由してシステム制御装置２００に出力する。すなわち、ユニット制御装置１１２が状態検出装置として機能する。ユニット制御装置１１２は、ユニット基板１１４に搭載される。

システム制御装置２００は、蓄電ユニット２６に備わる蓄電モジュール１０１を制御する。システム制御装置２００は、通信回線１２０を介して各蓄電モジュール１０１のユニット制御装置１１２と通信して、取得した電圧値から蓄電モジュール１０１の各蓄電セル１１１の充電状態を把握し、取得した温度の情報によって各蓄電セル１１１の充電状態の補正を行って、各蓄電モジュール１０１の充電量を制御する。システム制御装置２００は、システム基板２０１に搭載される。

システム制御装置２００は、コントローラ９０と通信を行い、蓄電ユニット２６の電力の入出力や遮断を制御する。また、システム制御装置２００は、蓄電モジュール１０１に問題が発生した場合には、コントローラ９０にアラームを出力して、電気系統の停止を要求する。

通信回線１２０は、複数の第１通信ケーブル１３０と、第２通信ケーブル１４０と、中継基板１５０とから構成される。

第１通信ケーブル１３０は、ユニット制御装置１１２と中継基板１５０とを電気的に接続する。第２通信回線は、中継基板１５０とシステム制御装置２００と電気的に接続する。

ユニット基板１１４は、ユニット制御装置１１２とユニットコネクタ１１３とを搭載する。中継基板１５０は、複数の第１コネクタ１５１（１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ・・・１５１ｎ）と、第２コネクタ１５２とを搭載する。システム基板２０１は、システム制御装置２００と、システムコネクタ２０２とを搭載する。

第１通信ケーブル１３０は、その一端がユニット基板１１４のユニットコネクタ１１３に接続され、他端が中継基板１５０の第１コネクタ１５１に接続される。

第２通信ケーブル１４０は、その一端が中継基板の第２コネクタ１５２に接続され、他端がシステム基板２０１のシステムコネクタ２０２に接続される。

中継基板１５０は、第１コネクタ１５１と第２コネクタとの間を相互に電気的に接続するための配線が設けられている。

ユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００とは、第１通信ケーブル１３０、中継基板１５０及び第２通信ケーブル１４０によって構成される複数の通信路によって通信可能に接続される。

具体的には、ユニット制御装置１１２が検出した電圧や温度等の蓄電セル１１１の情報は、シリアル信号によってシステム制御装置２００に送信される。このシリアル信号は、ユニット制御装置１１２ごとにＩＤを付され、ユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００との間で伝送される。シリアル信号を送信する信号路は、システム制御装置２００側は一の信号路に接続され、各ユニット制御装置１１２側では、それぞれ分岐された信号路に接続されている。また、ユニット制御装置１１２を駆動するための電力は、システム制御装置２００側から一の信号路で出力され、各ユニット制御装置１１２側に分岐して供給される。

本実施形態では、このように、システム制御装置２００と各ユニット制御装置１１２とを一対多で接続する信号路を「第１信号路２２１」と呼ぶ。

また、ユニット制御装置１１２が発した警報やエラーをシステム制御装置２００に伝送するための信号路が存在する。この信号路は、前述した電圧、温度等の情報の伝送とは分離して設けられる。この信号路は、各ユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００とがそれぞれ直接通信できるように、各ユニット制御装置１１２ごとに個別に接続される。

本実施形態では、システム制御装置２００と各ユニット制御装置１１２とを一対一で接続する信号路を「第２信号路２２２」と呼ぶ。

中継基板１５０は、第１コネクタ１５１を介して接続される第１通信ケーブル１３０内の第１信号路２２１を、中継基板１５０内の結線によって一の信号線に集合する。第１信号路２２１に相当する信号路が複数ある場合は、複数の信号路ごとに一の信号線に集合する。集合した信号線は、第２コネクタ１５２に結線する。第１信号路２２１は、第２通信ケーブル１４０を介してシステム制御装置２００に接続する。

また、中継基板１５０は、第１コネクタ１５１を介して接続される第１通信ケーブル１３０内の第２信号路２２２を、中継基板１５０内の結線によって第２コネクタ１５２に結線する。第２信号路２２２は、第２通信ケーブル１４０を介してシステム制御装置２００に接続する。

このように、中継基板１５０において、各蓄電モジュール１０１のユニット制御装置１１２からの信号線のうち、共通して使用される第１信号路２２１に対応する信号線を集合する。これよって、システム制御装置２００に接続する信号線の数が、各ユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００とで直接ケーブルを接続した場合と比較して、削減することができる。また、第１信号路２２１に対応する信号線は、前述のようにユニット制御装置１１２ごとに付されたＩＤにより送信する信号の宛先を識別できるため、信号線を集合した場合にもユニット制御装置とシステム制御装置２００との間で行われる制御には何ら影響を与えない。

図３は、本実施形態の蓄電ユニット２６の具体的な構成の一例の説明図である。

図３に示す例では、４個の蓄電モジュール１０１（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ）が備えられる構成を示す。

前述のように、蓄電モジュール１０１は、図２に示した蓄電セル１１１が積層されて構成された蓄電手段１１０と、ユニット制御装置１１２及びユニットコネクタ１１３を搭載したユニット基板１１４と、により構成される。また、システム基板２０１は、システム制御装置２００とシステムコネクタ２０２とを搭載する。

中継基板１５０は、６個の第１コネクタ１５１（１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅ、１５１ｆ）と第２コネクタ１５２とを搭載する。

蓄電モジュール１０１ａのユニット制御装置１１２は、第１通信ケーブル１３０によって第１コネクタ１５１ａと接続する。蓄電モジュール１０１ｂのユニット制御装置１１２は、第１通信ケーブル１３０によって第１コネクタ１５１ｂと接続する。蓄電モジュール１０１ｃのユニット制御装置１１２は、第１通信ケーブル１３０によって第１コネクタ１５１ｃと接続する。蓄電モジュール１０１ｄのユニット制御装置１１２は、第１通信ケーブル１３０によって第１コネクタ１５１ｄと接続する。

なお、第１コネクタ１５１ｅ及び第１コネクタ１５１ｆは、何も接続されておらず、空きの状態である。

この図３に示す例のように、蓄電モジュール１０１のユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００とを、第１通信ケーブル１３０、第２通信ケーブル１４０及び中継基板１５０によって接続することで、システム制御装置２００にユニット制御装置１１２に対応するだけの数（図３の例では４個）のコネクタを備える必要がなくなる。この結果、システム基板２０１において、コネクタの数が増えることによる強度や信頼性の低下、コストの上昇を抑えることができる。

また、中継基板１５０に予め空きの第１コネクタ１５１（１５１ｅ、１５１ｆ）を搭載しておくことで、将来、蓄電ユニット１０１を増設する場合にも、第１通信ケーブル１３０を接続するだけで増設が完了する。この結果、システムの拡張が容易となり、蓄電ユニット２６に汎用性を持たせることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態では、蓄電ユニット２６において、ユニット制御装置１１２とシステム制御装置２００とを電気的に接続する通信回線１２０を、第１通信ケーブル１３０、第２通信ケーブル１４０及び中継基板１５０によって構成した。

このように構成することによって、システム基板２０１に搭載するコネクタを、システムコネクタ２０２のみとすることができ、システム基板２０１に多くのコネクタを備える必要がなくなり、システム基板２０１をコンパクトにすることができる。また、システム基板２０１において、コネクタの数が増えることによる強度や信頼性の低下、コストの上昇を抑えることができる。

システム制御装置２００はマイコンやその他周辺装置を含む精密機器である。システム制御装置２００を搭載するシステム基板２０１は、多数のパターンやビア等を備える多層基板によって構成される。多層基板に数多くのコネクタを設置した場合は、コストが上昇する。また、振動や衝撃が加わるハイブリッド建設機械においては、多層基板における強度が問題になり、強度を確保するためにはコストが上昇する。将来の設計変更に備え、空きのコネクタを増設する場合も、コストが上昇する。

これに対して、本発明の実施形態では、中継基板１５０に第１コネクタ１５１、第２コネクタ１５２を配置し、ユニット基板１１４及びシステム基板２０１に搭載するコネクタは、それぞれ一つである。このため、ユニット基板１１４やシステム基板２０１の強度や信頼性を低下させることがなく、また、コネクタを複数備えるコストが必要なくなる。

さらに、中継基板１５０は、コネクタ及び配線パターンのみのため、単層基板、又は、電源等をベタ配線とした２層、４層程度の基板とすることができるので、コネクタを多数配置することによるコストの上昇や信頼性の低下を抑えられる。そのため、将来の設計変更に備え、空きのコネクタを予め増設しておいたとしても、コストの上昇は限定的である。

従って、システムの拡張が容易となり、蓄電ユニット２６に汎用性を持たせることができる。

また、蓄電モジュール１０１と中継基板１５０、中継基板１５０とシステム制御装置２００との間は、柔軟性に富むケーブルによって接続することによって、蓄電ユニット２６のレイアウトの自由度が増し、蓄電ユニット２６全体の小型化に貢献する。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１ ジェネレータ
２５ バッテリチャージャー
２６ 蓄電ユニット
７１ 第１メインポンプ
７２ 第２メインポンプ
７３ エンジン
８８ 油圧モータ
８９ サブポンプ
９０ コントローラ
９１ モータジェネレータ（ＭＧ）
９２ インバータ
１０１ 蓄電モジュール（蓄電部）
１１０ 蓄電手段
１１１ 蓄電セル
１１２ ユニット制御装置（状態検出部）
１１４ ユニット基板
１２０ 通信回線
１３０ 第１通信ケーブル
１４０ 第２通信ケーブル
１５０ 中継基板
１５１ 第１コネクタ
１５２ 第２コネクタ
２００ システム制御装置（制御部）
２０１ システム基板
２２１ 第１信号路（第１通信路）
２２２ 第２信号路（第２通信路）

Claims (3)

1. 電力を蓄電する蓄電セルと、前記蓄電セルの状態を検出する状態検出部と、を備える複数の蓄電部と、
   前記状態検出部によって検出された前記蓄電セルの状態に基づいて、前記複数の蓄電部の充電状態を制御する制御部と、
   前記状態検出部と前記制御部とを通信可能に接続する通信部と、
   を備える蓄電装置であって、
   前記通信部は、
   前記複数の蓄電部それぞれに接続される複数の第１通信ケーブルと、
   前記制御部に接続される第２通信ケーブルと、
   前記複数の第１通信ケーブルと前記第２通信ケーブルとを相互に接続する中継基板と、
   を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記通信部は、複数の前記蓄電部が共用して前記制御部と通信を行う第１通信路と、複数の前記蓄電部ごとに前記制御部と通信を行う第２通信路と、を備え、
   前記中継基板は、複数の前記第１通信ケーブルの前記第１通信路に対応する通信路のみを集合して、前記第２通信ケーブルに接続することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記中継基板は、
   複数の前記第１の通信ケーブルを接続する複数の第１のコネクタと、前記第２の通信ケーブルを接続する第２のコネクタと、を搭載し、
   前記蓄電部の数よりも多くの個数の前記第１のコネクタを搭載することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。