JP2013074764A - 作業機械のバッテリ充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業中断等で十分な充電時間を確保できない場合でも第１バッテリにエンジン始動に必要な容量を常に確保し、エンジン始動不良に陥るのを確実かつ有効に防止する。
【解決手段】作業機械は、エンジン１と、アイドリングストップ（ＡＩＳ）制御を行うエンジン制御部２と、エンジンで駆動され電装品に電気を供給する発電手段５と、エンジン始動に使用する第１バッテリ７と、ＡＩＳ時の負荷駆動に使用する第２バッテリ８とを装備し、両バッテリは、発電手段に対し並列にかつスイッチ９，１０により選択的に充電可能に接続されている。バッテリ充放電制御装置１１は、各バッテリの残容量を推定する手段と、各バッテリの残容量から目標容量までの回復に必要な充電時間を推定する手段と、充電時間を充電に充てるようにスイッチの開閉を制御して各バッテリの容量管理を実施する手段と、ＡＩＳ時に第２バッテリの放電容量を設定値以下に制限する手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動式クレーンやショベルなどの作業機械、特にアイドリングストップ制御を行うことに伴い２種類のバッテリを装備する作業機械のバッテリ充放電制御装置に関する。

近年、移動式クレーンやショベルなどの作業機械において、燃料の節約及び排気や騒音の低減などのために、所定の条件が成立したときアイドリング運転中のエンジンを自動停止させるアイドリングストップ制御を行うエンジン制御装置を装備することが種々提案されている。例えば特許文献１には、移動式クレーンで吊荷作業を行う場合、オペレータが作業の合間でもキャブ内で待機していることなどを考慮して、クレーン操作が無い状態と吊荷が無い状態とが同時に所定時間継続したときエンジンを自動停止させるものが記載されている。

特開２００６−６２７８２号公報

ところで、作業機械のキャブ内の空調のために装備される空調装置は、通常、そのコンプレッサがエンジンの動力で直接又は油圧を介して駆動されているため、エンジン停止に伴い使用できなくなるが、アイドリングストップ時でもオペレータがキャブ内で待機しているときには空調装置を使用できるようにすることが望ましい。これを実現するためには、空調装置のコンプレッサを電動モータで駆動可能に変更するなど機構的な改良を施した上、エンジンの始動用に通常装備している第１バッテリとは別に、アイドリングストップ時のコンプレッサ駆動用電動モータなどの電装品の負荷駆動に使用するための第２バッテリを装備する必要がある。この場合の回路構成としては、図１２に示すように、エンジンにより駆動されるオルタネータなどの発電手段ａに対して、作業機械に装備される電装品負荷ｂと第１バッテリｃと第２バッテリｄとを並列に接続し、かつスイッチ（図示せず）などを用いることにより、第１バッテリｃ又は第２バッテリｄから電装品負荷ｂ側に放電可能（通電可能）にするとともに、発電手段ａから第１バッテリｃ及び第２バッテリｄに充電可能にするように構成することが考えられる。

しかし、このような回路構成では、第１バッテリｃと第２バッテリｄとが同種類・同容量の場合でも発電手段ａから第１バッテリｃ及び第２バッテリｄに対し充電をする際にエンジン回転数が小さく、発電手段ａの発電電流が十分に確保できないときには、両バッテリｃ，ｄ間の容量差（詳しくは残容量差）に応じて、両バッテリｃ，ｄ間で充放電が生じることになる。特に、アイドリングストップ時に電装品負荷ｂの駆動に使用する第２バッテリｄは、第１バッテリｃと比較して深い放電が行われるため、第１バッテリｃから第２バッテリｄへの放電が生じる。ここで、第２バッテリｄの放電深度を深くし過ぎると充電時に第１バッテリｃからの放電量が多くなり、作業中断などで十分な充電時間を確保できない場合には、第１バッテリｃの残容量がエンジンの始動に必要な容量に満たず、次回のエンジン始動時にエンジン始動不良に陥るという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、上述の如く発電手段に対し２種類のバッテリを並列にかつスイッチにより選択的に充電可能に接続する回路構成において、上記２種類のバッテリの容量管理を、容量検出や電流検出などのセンサを用いることなく、簡単な構成でもって適切に行うことにより、作業中断などで十分な充電時間を確保できなかった場合でも第１バッテリにエンジン始動のために必要な容量を常に確保し、エンジン始動不良に陥るのを確実にかつ実施上有効に防止し得る作業機械のバッテリ充放電制御装置を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、作業機械として、動力源としてのエンジンと、所定の条件が成立したときアイドリング運転中のエンジンを自動停止させるアイドリングストップ制御を行うエンジン制御手段と、上記エンジンにより駆動され、電装品に電気を供給する発電手段と、エンジンの始動に使用するための第１バッテリと、アイドリングストップ時の負荷駆動に使用するための第２バッテリとを装備し、上記第１バッテリ及び第２バッテリは、発電手段に対し並列にかつスイッチにより選択的に充電可能に接続されていることを前提とする。そして、作業機械のバッテリ充放電制御装置として、上記第１バッテリ及び第２バッテリの残容量を推定する残容量推定手段と、この残容量推定手段により推定した第１バッテリ及び第２バッテリの残容量状態からそれぞれ第１バッテリ及び第２バッテリの目標容量値までの回復に必要な充電時間を推定する充電時間推定手段と、この充電時間推定手段により推定した充電時間を充電に充てるように上記スイッチの開閉を制御することで第１バッテリ及び第２バッテリの容量管理を実施する容量管理実施手段と、アイドリングストップ時に上記第２バッテリの放電容量を設定値以下に制限するための放電容量制限手段とを備える構成にする。

この構成では、充電時間推定手段において残容量推定手段により推定した各バッテリの残容量状態から各バッテリの目標容量値までの回復に必要な充電時間を推定し、容量管理実施手段においてこの充電時間を充電に充てるようにスイッチの開閉を制御することにより、各バッテリの容量管理が実施される。この容量管理の下では、放電容量制限手段によりアイドリングストップ時に第２バッテリの放電容量が設定値以下に制限されているため、充電時に第１バッテリと第２バッテリの間の容量差に応じた第１バッテリから第２バッテリへの放電量が抑制されることになる。このため、作業中断などで十分な充電時間を確保できなかった場合でも第１バッテリにエンジン始動のために必要な容量が常に確保されることになり、第１バッテリの容量不足によるエンジン始動不良を回避することができる。また、上記の容量管理においては、各バッテリの容量検出や電流検出などのためのセンサを必要としないので、コスト面や信頼性などで実施化を容易に図ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の作業機械のバッテリ充放電制御装置において、残容量推定手段による具体的な推定方式を提供するものである。すなわち、上記残容量推定手段は、各バッテリの放電時毎の放電容量を算出し、この放電容量を各バッテリの充電時の目標容量値から減算することで各バッテリの残容量を推定するものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の作業機械のバッテリ充放電制御装置において、充電時間推定手段による具体的な推定方式を提供するものである。すなわち、上記充電時間推定手段は、バッテリ容量とバッテリ受入可能電流の特性と、現在のバッテリ容量と目標容量値までの充電時間の特性とを予め記憶しておき、この両特性に基づいて各バッテリの充電時間を推定するものである。

以上のように、本発明における作業機械のバッテリ充放電制御装置によれば、エンジン始動用の第１バッテリ及びアイドリングストップ時の負荷駆動用の第２バッテリの容量管理を実施するに当たり、アイドリングストップ時に第２バッテリの放電容量が設定値以下に制限され、充電時に第１バッテリから第２バッテリへの放電容量が抑制されるため、作業中断などで十分な充電時間を確保できなかった場合でも第１バッテリにエンジン始動に必要な容量を常に確保することができ、第１バッテリの容量不足によるエンジン始動不良を防止することができる。また、両バッテリの容量管理は、各バッテリの容量検出や電流検出などのためのセンサを必要としないので、コスト面などで実施化を容易に図ることができるという効果を併有するものである。

図１は本発明の第１の実施形態に係る作業機械のブロック構成図である。 図２はバッテリ充放電制御部の制御内容を示すフローチャートの前半部分の図である。 図３は同じくフローチャートの後半部分の図である。 図４はアイドリングストップ（ＡＩＳ）放電処理の実施用サブルーチンを示すフローチャート図である。 図５はエンジン（Ｅ／Ｇ）再始動＆充電の実施用サブルーチンを示すフローチャート図である。 図６は上記制御内容を説明するための説明図である。 図７はバッテリの充電電流と時間経過の関係を示す特性図である。 図８はバッテリ受入可能電流とバッテリ容量の関係を示す特性図である。 図９は目標容量値までの充電時間と現在のバッテリ容量の関係を示す特性図である。 図１０は第２の実施形態を示す図１相当図である。 図１１は同じく図６相当図である。 図１２は２種類のバッテリを装備する場合の回路構成図である。

以下、本発明を実施するための形態である実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係るバッテリ充放電制御装置を装備する作業機械のブロック構成を示し、１は動力源としてのエンジン、２はこのエンジン１の動作をガバナ３を介して制御するエンジン制御手段としてのエンジン制御部であり、このエンジン制御部２は、オペレータによるアクセルペダルやブレーキペダルなどの操作に応じてエンジン１の動作を制御する通常の制御とは別に、所定のアイドリングストップ条件信号が入力され所定のアイドリングストップ条件が成立したとき、例えばオペレータが操作するためにキャブ内に設けられた操作部材の操作が無くかつ操作部材に対しオペレータの身体の一部が接触又は近接していないとき、あるいは作業機械が特に移動式クレーンの場合クレーン操作が無い状態と吊荷が無い状態とが同時に所定時間継続したときアイドリング運転中のエンジン１を自動停止させるアイドリングストップ制御を行うアイドリングストップ制御部４を有している。

また、５は上記エンジン１により駆動される発電手段としてのオルタネータであり、このオルタネータ５は、作業機械に装備される電気負荷としての各種の電装品（例えばエンジン始動用のスタータ、空調装置のコンプレッサ駆動用の電動モータ、照明灯など）６に対し電気を供給するように接続されている。７はエンジン１の始動のために電装品６のうち、特にエンジン始動用スタータに蓄電電力を供給する第１バッテリとしてのメインバッテリ、８はアイドリングストップ時の負荷駆動に使用するための第２バッテリとしてのサブバッテリであり、メインバッテリ７及びサブバッテリ８は、オルタネータ５に対し並列にかつ第１スイッチ９又は第２スイッチ１０により選択的に充電可能に接続されている。また、メインバッテリ７及びサブバッテリ８は、同種類・同容量のものである。

上記第１スイッチ９及び第２スイッチ１０は、共にリレースイッチからなる。第１スイッチ９のリレー接点９ａはメインバッテリ７と直列に接続されており、第２スイッチ１０のリレー接点１０ａはサブバッテリ１０ｂと直列に接続されている。この両スイッチ９，１０のリレー接点９ａ，１０ａの開閉は、バッテリ充放電制御装置１１により制御されるようになっており、このバッテリ充放電制御装置１１は、第１スイッチ９のリレーコイル９ｂと、第２スイッチ１０のリレーコイル１０ｂと、この両リレーコイル９ｂ，１０ｂへの通電を制御するバッテリ充放電制御部１２とからなる。このバッテリ充放電制御部１２には、エンジン制御部２からエンジン１の作動状況などが信号として入力されるようになっている。

次に、上記バッテリ充放電制御部１２の制御内容を、図２ないし図５に示すフローチャートに従い、また図６を参照しながら説明する。

図２において、先ず、ステップＳ１でオペレータのエンジン始動操作によりエンジン１を始動する。このとき、バッテリ充放電制御部１２は、図６（ａ）に示すように、第１スイッチ９（詳しくはリレー接点９ａ）を閉じ、第２スイッチ１０（詳しくはリレー接点１０ａ）を開くことにより、メインバッテリ７から電装品負荷６のうち、エンジン始動用のスタータに電力供給つまり放電が行われ、エンジン１が始動することになる。バッテリ充放電制御部１２は、ステップＳ１でメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎからエンジン始動時の消費量を減算してメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを更新する。尚、エンジン始動時の消費量は、経験値又は実測値であって、予め設定したものを使用する。

続いて、ステップＳ２でメインバッテリ７の充電目標容量値Ｃ_ｒまでの充電時間Ｔ_ｍ１を推定し、ステップＳ３でメインバッテリ７のみの充電を行う。このメインバッテリ７のみの充電は、図６（ｂ）に示すように、エンジン始動時と同じく第１スイッチ９を閉じ、第２スイッチ１０を開いた状態を維持することで行われる。そして、ステップＳ４で充電時間Ｔ_ｍ１が経過するのを待った後、ステップＳ５でメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを充電目標容量値Ｃ_ｒに置き換えることでメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎの設定を行う。ここで、充電目標容量値Ｃ_ｒは、ユーザが設定する容量であり、バッテリ最大充電容量の１００％では充電時間が大きく非現実的であるので、実際には８０〜９０％に設定する。

次いで、ステップＳ６でサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂを後述する放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍに設定する。この設定は、前回の作業時にサブバッテリ８の充電を中断した場合を考慮し、サブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂを敢えて小さく見積もっておくためである。

続いて、ステップＳ７でメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電を考慮し、ステップＳ８でサブバッテリ８の充電目標容量値Ｃ_ｒまでの充電時間Ｔ_ｓ１を推定し、ステップＳ９でサブバッテリ８をメインバッテリ７と共に充電する。このサブバッテリ８の充電は、図６（ｃ）に示すように、第１スイッチ９及び第２スイッチ１０を共に閉じることにより行われる。ここで、前回の作業時におけるアイドリングストップによってサブバッテリ８が容量を消費し、かつエンジン回転数が小さい場合には、電装品負荷６の消費電流とサブバッテリ８の要求している充電電流の合計が、オルタネータ５の発電電流を上回ることがある。このような場合にサブバッテリ８の充電を行うと、上記のステップＳ２〜Ｓ４で既に充電が完了しているメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電が生じることから、ステップＳ９でのサブバッテリ８の充電に先立って、ステップＳ７でメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電を考慮することにしたものである。この放電は、最大でメインバッテリ７の放電前の容量とサブバッテリ８の容量の差の２分の１になるため、サブバッテリ充電開始直後のメインバッテリ７の容量は、メインバッテリ７の放電前の容量とサブバッテリ８の容量の合計の２分の１となる。このことから、ステップＳ７でのメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電の考慮としては、メインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを下記の式（１）により、
Ｃ_ｍａｉｎ＝（Ｃ_ｍａｉｎ＋Ｃ_ｓｕｂ）／２ （１）
置き換えることにしている。

次いで、ステップＳ１０で充電時間Ｔ_ｓ１が経過するのを待った後、図３において、ステップＳ１１でサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂを充電目標容量値Ｃ_ｒに置き換えることでサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂの設定を行う。ここで、充電目標容量値Ｃ_ｒは、メインバッテリ７の場合と同じく、ユーザが設定する容量であり、バッテリ最大充電容量の１００％では充電時間が大きく非現実的であるので、実際には８０〜９０％に設定する。

続いて、ステップＳ１２でエンジン制御部２からの信号に基づいてアイドリングストップ開始であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１３でアイドリングストップ放電処理の実行を行い、ステップＳ１４でエンジン再始動＆充電の実施を行い、しかる後にステップＳ１５へ移行する一方、判定がＮＯのときには直ちにステップＳ１５へ移行する。そして、ステップＳ１５ではエンジン制御部２からの作業終了信号、例えばオペレータによるエンジンキーによる停止操作の信号に基づいて作業終了であるか否かを判定し、その判定がＮＯのときにはステップＳ１２に戻る一方、判定がＹＥＳのときには制御を終了する。

上記ステップ１３でのアイドリングストップ放電処理の実施は、図４に示すサブルーチンのフローチャートに従って行われる。

すなわち、図４において、スタートした後、ステップＳ１６でサブバッテリ８の放電を行う。このサブバッテリ８の放電は、図６（ｄ）に示すように、第１スイッチ９を開き、第２スイッチ１０を閉じることで行われ、この放電によりアイドリングストップ時での電装品負荷６の駆動が行われる。

続いて、ステップＳ１７でサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂが放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍ以下であるか否かを判定するとともに、ステップＳ１８でエンジン制御部２の信号に基づいてアイドリングストップ中断操作の有無を判定する。ここで、放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍは、次回の作業時にメインバッテリ７にエンジン始動に必要な容量を確保するためのものであり、エンジン始動に必要な容量がメインバッテリ７の放電前の容量とサブバッテリ８の放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍの合計の２分の１より小さくなることを満足する値に設定されている。

そして、上記ステップＳ１７，Ｓ１８が共にＮＯのときには、ステップＳ２０でサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂから、サブバッテリ８の負荷駆動に伴う推定消費電流と制御サイクルタイム（ｄｔ）の積を減算してサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂを更新し、ステップＳ１６に戻る。一方、ステップＳ１７，Ｓ１８のいずれか一方の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１９でサブバッテリ８の放電を中止し、リターンする。サブバッテリ８の放電中止は、第１スイッチ９を開いた状態に維持しつつ第２スイッチ１０を開くことにより行われる。

また、図３のステップＳ１４でのエンジン再始動＆充電の実施は、図５に示すサブルーチンのフローチャートに従って行われる。

すなわち、スタートした後、ステップＳ２１でエンジン１の再始動のために、ステップＳ１でのエンジン始動時と同じく、図６（ａ）に示すように、第１スイッチ９を閉じ、第２スイッチ１０を開くことにより、メインバッテリ７から電装品負荷６のうち、エンジン始動用のスタータに電力供給を行うとともに、メインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎからエンジン再始動時の消費量を減算してメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを更新する。尚、エンジン再始動時の消費量は、経験値又は実測値であって、予め設定したものを使用する。

続いて、ステップＳ２２でメインバッテリ７の充電目標容量値Ｃ_ｒまでの充電時間Ｔ_ｍ２を推定し、ステップＳ２３でメインバッテリ７のみの充電を行う。このメインバッテリ７のみの充電は、図６（ｂ）に示すように、エンジン再始動時と同じく第１スイッチ９を閉じ、第２スイッチ１０を開いた状態を維持することで行われる。そして、ステップＳ２４で充電時間Ｔ_ｍ２が経過するのを待った後、ステップＳ２５でメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを充電目標容量値Ｃ_ｒに置き換えることでメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎの設定を行う。

次いで、ステップＳ２６でメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電を考慮し、図２のステップＳ７のときと同じく、メインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを下記の式（１）により、
Ｃ_ｍａｉｎ＝（Ｃ_ｍａｉｎ＋Ｃ_ｓｕｂ）／２ （１）
置き換える。

続いて、ステップＳ２７でサブバッテリ８の充電目標容量値Ｃ_ｒまでの充電時間Ｔ_ｓ２を推定し、ステップＳ２８でサブバッテリ８をメインバッテリ７と共に充電する。このサブバッテリ８の充電は、図６（ｃ）に示すように、第１スイッチ９及び第２スイッチ１０を共に閉じることにより行われる。そして、ステップＳ２９で充電時間Ｔ_ｓ２が経過するのを待った後、ステップＳ３０でサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂを充電目標容量値Ｃ_ｒに置き換えることでサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｓｕｂの設定を行い、リターンする。

以上説明した図２ないし図５に示すフローチャートのうち、特にステップＳ１，Ｓ５〜Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ３０により、メインバッテリ７及びサブバッテリ８の残容量を推定する残容量推定手段２１が構成されており、この残容量推定手段２１は、各バッテリ７，８の放電時毎の放電容量を算出し、この放電容量を各バッテリ７，８の充電時の目標容量値Ｃ_ｒから減算することで各バッテリ７，８の残容量を推定するように設けられている。また、ステップＳ２，Ｓ８，Ｓ２２，Ｓ２７により、上記残容量推定手段２１により推定したメインバッテリ７及びサブバッテリ８の残容量状態からそれぞれメインバッテリ７及びサブバッテリ８の目標容量値Ｃ_ｒまでの回復に必要な充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２を推定する充電時間推定手段２２が構成されている。ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２８，Ｓ２９により、上記充電時間推定手段２２により推定した充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２を充電に充てるように第１スイッチ９及び第２スイッチ１０の開閉を制御することでメインバッテリ７及びサブバッテリ８の容量管理を実施する容量管理実施手段２３が構成されている。さらに、図４のステップＳ１７，Ｓ１９により、アイドリングストップ時にサブバッテリ８の放電容量を設定値（放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍ）以下に制限するための放電容量制限手段２４が構成されている。

尚、図２のステップＳ１でのメインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎは、前回までの作業において演算された推定残容量値を用いる。但し、初回は適当な値を設定する必要がある。例えばメインバッテリ７が新品バッテリであれば公称容量の１００％としてよいし、又はステップＳ１でエンジン始動が実行できたということは、エンジン始動前には少なくともエンジン始動が可能な容量が残存していたと考えられるので、ステップＳ１において、メインバッテリ７の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎを、エンジン始動可能容量からエンジン始動時の消費量を減算して設定してもよい。

次に、上記充電時間推定手段２２による充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２の推定方法を説明する。

通常、バッテリは、ある一定の電圧で充電を実施すると、図７に示すように、充電開始直後は充電電流が大きく、容量が回復していくにつれて充電電流は小さくなる特性がある。この特性を考慮して充電時間を算出するため、図８に示すようなバッテリ容量とバッテリ受入可能電流の特性と、図９に示すような現在のバッテリ容量と目標容量値までの充電時間の特性とを予め記憶しておき、この両特性に基づいてバッテリの充電時間を下記の（１）〜（６）の手順により推定する。

（１）オルタネータ５の発電電流から負荷消費電流を差し引いた充電電流Ｉ_ｂを算出する。ここで、オルタネータ５の発電電流及び負荷消費電流は一定とみなす必要があるが、オルタネータ５の発電電流はエンジン低回転時の値を、負荷消費電流は取り得る最大値をそれぞれ採用しておくことが望ましい。

（２）充電対象のバッテリの現在の推定残容量値Ｃ_ｃｕｒ（Ｃ_ｍａｉｎ，Ｃ_ｓｕｂ）と、バッテリ容量とバッテリ受入可能電流の特性とから、図８に示す如く現在の推定残容量値Ｃ_ｃｕｒに対応するバッテリ受入可能電流Ｉ_ｌｉｍを求める。

（３）上記充電電流Ｉ_ｂとバッテリ受入可能電流Ｉ_ｌｉｍの大小比較を行う。充電電流Ｉ_ｂがバッテリ受入可能電流Ｉ_ｌｉｍより大きい（Ｉ_ｂ＞Ｉ_ｌｉｍ）場合、充電時間は、（４）により求める。一方、充電電流Ｉ_ｂがバッテリ受入可能電流Ｉ_ｌｉｍと同一又はそれより小さい（Ｉ_ｂ≦Ｉ_ｌｉｍ）場合、充電時間は、（５）及び（６）により求める。

（４）充電対象のバッテリの現在の推定残容量値Ｃ_ｃｕｒと、現在のバッテリ容量と目標容量値までの充電時間の特性とから、図９に示す如く現在の推定残容量値Ｃ_ｃｕｒに対応する充電時間Ｔ_ｃｈｇを求め、これを充電対象のバッテリの充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２として設定する。

（５）バッテリ容量とバッテリ受入可能電流の特性から、図８に示す如くバッテリ受入可能電流がＩ_ｂとなるときのバッテリ容量Ｃ_ｓｗを求め、現在の推定残容量値Ｃ_ｃｕｒからＣ_ｓｗになるまでの充電時間Ｔ_ｃｈｇ１を、下記の式（２）により算出する。
Ｔ_ｃｈｇ１＝（Ｃ_ｓｗ−Ｃ_ｃｕｒ）／Ｉ_ｂ （２）

（６）バッテリ容量Ｃ_ｓｗから目標容量値Ｃ_ｒまでの充電時間Ｔ_ｃｈｇ２を、図９に示す如くバッテリ容量と充電時間の特性から求め、この充電時間Ｔ_ｃｈｇ２と先に算出した充電時間Ｔ_ｃｈｇ１の合計時間（Ｔ_ｃｈｇ１＋Ｔ_ｃｈｇ２）を充電対象のバッテリの充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２として設定する。

以上説明したように、上記バッテリ充放電制御部１２の制御によれば、メインバッテリ７及びサブバッテリ８の推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎ，Ｃ_ｓｕｂを求め、この推定残容量値Ｃ_ｍａｉｎ，Ｃ_ｓｕｂから各バッテリ７，８の充電目標容量値Ｃ_ｒになるまでの充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２を推定し、この充電時間Ｔ_ｍ１，Ｔ_ｓ１，Ｔ_ｍ２，Ｔ_ｓ２を充電に充てるように第１スイッチ９及び第２スイッチ１０の開閉を制御することにより、メインバッテリ７及びサブバッテリ８の容量管理を実施することができる。

特に、この容量管理の下では、アイドリングストップ時にサブバッテリ８の放電容量が設定値（放電制限容量値Ｃ_ｌｉｍ）以下に制限されているため、その後の充電時にメインバッテリ７とサブバッテリ８の間の容量差に応じたメインバッテリ７からサブバッテリ８への放電量を抑制することができる。このため、作業中断などで十分な充電時間を確保できなかった場合でもメインバッテリ７にエンジン１始動のために必要な容量を常に確保することができるので、メインバッテリ７の容量不足によるエンジン１始動不良を確実に回避することができる。

また、上記の容量管理においては、各バッテリ７，８の容量検出や電流検出などのためのセンサを必要としないので、コスト面などで実施化を容易に図ることができるという効果をも奏する。

図１０は本発明の第２の実施形態に係るバッテリ充放電制御装置を装備する作業機械のブロック構成を示す。この第２の実施形態の場合、作業機械に装備される電気負荷としての各種電装品の負荷が、通常負荷３１と、この通常負荷３１よりも軽負荷のアイドリングストップ時専用負荷（以下、ＩＳ用負荷という）３２とに分けられており、この通常負荷３１及びＩＳ用負荷３２は、発電手段としてのオルタネータ５に対し並列でかつそれぞれ第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４を介して選択的に給電を受け得るように接続されている。

上記第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４は、第１スイッチ９及び第２スイッチ１０と同じくリレースイッチからなる。第３スイッチ３３のリレー接点３３ａは通常負荷３１と直列に接続されており、第４スイッチ３４のリレー接点３４ａはＩＳ用負荷３２と直列に接続されている。この両スイッチ３３，３４のリレー接点３３ａ，３４ａの開閉は、第１スイッチ９及び第２スイッチ１０のリレー接点９ａ，１０ａの開閉と共にバッテリ充放電制御装置３５により制御されるようになっており、このバッテリ充放電制御装置３５は、第１スイッチ９のリレーコイル９ｂと、第２スイッチ１０のリレーコイル１０ｂと、第３スイッチ３３のリレーコイル３３ｂと、第４スイッチ３４のリレーコイル３４ｂと、これら４つのリレーコイル９ｂ，１０ｂ，３３ｂ，３４ｂへの通電を制御するバッテリ充放電制御部３６とからなる。このバッテリ充放電制御部３６には、第１実施形態のバッテリ充放電制御部１２の場合と同じく、エンジン制御部２からエンジン１の作動状況などが信号として入力されるようになっている。尚、作業機械に装備されるエンジン１、エンジン制御部２、オルタネータ５、メインバッテリ７及びサブバッテリ８などは、第１実施形態の場合と同じであり、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。

上記バッテリ充放電制御部３６の制御内容は、基本的には第１実施形態の場合に、図２ないし図５に示すフローチャートを用いて説明したバッテリ充放電制御部１２の制御内容と同じであり、メインバッテリ７及びサブバッテリ８の容量管理を実施する場合の各工程で第１スイッチ９及び第２スイッチ１０の開閉と共に、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４の開閉を制御することが加わるようになっている。

すなわち、エンジン１の始動時又はアイドリングストップ後の再始動時（図２のＳ１、図５のＳ２１）には、図１１（ａ）に示すように、第１スイッチ９を閉じ、第２スイッチ１０と開くとともに、第３スイッチ３３を閉じ、第４スイッチ３４を開くことにより、メインバッテリ７から通常負荷３１、特にエンジン始動用のスタータに電力供給つまり放電が行われ、エンジン１が始動することになる。

メインバッテリ７のみの充電時（図２のＳ３、図５のＳ２３）には、図１１（ｂ）に示すように、エンジン始動時と同じく第１スイッチ９を閉じ、第２スイッチ１０を開き、第３スイッチ３３を閉じ、第４スイッチ３４を開いた状態を維持することにより、オルタネータ５から発電電力が通常負荷３１と共にメインバッテリ７に供給され、メインバッテリ７のみの充電が行われる。

サブバッテリ８の充電時（図２のＳ９、図５のＳ２８）には、図１１（ｃ）に示すように、第１スイッチ９及び第２スイッチ１０を共に閉じるとともに、第３スイッチ３３を閉じ、第４スイッチ３４を開くことにより、オルタネータ５から発電電力が通電負荷３１と共に、メインバッテリ７及びサブバッテリ８に供給され，サブバッテリ８の充電が行われる。

アイドリングストップ時には、図１１（ｄ）に示すように、第１スイッチ９を開き、第２スイッチ１０を閉じるとともに、第３スイッチ３３を開き、第４スイッチ３４を閉じることにより、サブバッテリ８から放電がＩＳ用負荷３２に対し行われ、ＩＳ用負荷３２の駆動が行われる。

そして、上記バッテリ充放電制御部３６の制御によれば、第１の実施形態のそれと同じ作用効果を発揮することができる上、アイドリングストップ時にＩＳ用負荷３２を、エンジン始動時及びバッテリ充電時に通常負荷３１をそれぞれ駆動させるように第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４の開閉を制御することにより、アイドリングストップ時におけるサブバッテリ８の消費電流値を小さくすることができ、その分アイドリングストップの作動時間をより長く持続させることができるという効果をも奏する。

尚、本発明は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の形態を包含するものである。例えば上記各実施形態では、メインバッテリ７及びサブバッテリ８を、発電手段としてのオルタネータ７に対し並列にかつスイッチにより選択的に充電可能に接続するに当たり、リレースイッチからなる第１スイッチ９及び第２スイッチ１０を用い、第１スイッチ９のリレー接点９ａをメインバッテリ７と直列に接続し、第２スイッチ１０のリレー接点１０ａをサブバッテリ８と直列に接続するようにしたが、本発明は、１つの切換スイッチを用いてメインバッテリ７及びサブバッテリ８の充電を選択的に行うように構成したり、リレースイッチ以外のスイッチを用いたりしてもよい。

また、上記各実施形態では、いずれもエンジン制御部２とは別に、バッテリ充放電制御装置１１，３５のバッテリ充放電制御部１２，３６を設け、このバッテリ充放電制御部１２，３６でエンジン制御部２からの信号を受けるように構成したが、本発明は、必要であればエンジン制御部２とバッテリ充放電制御部１２，３６を、１つの制御部ないしコントローラで構成するようにしてもよい。

さらに、上記第１の実施形態では、予め各バッテリ７，８の充電時間を算出する必要上、オルタネータ５の発電電流はエンジン低回転時の値を、負荷消費電流は取り得る最大値をそれぞれ採用して充電時間を算出し、この充電時間を充電に充てるようにしたが、場合によっては、エンジン回転数や負荷運転状況に応じて各バッテリ７，８への充電電流値を積算して容量値を求め、充電完了の判定を実施するようにしてもよい。この方法では、エンジン回転数が大きく負荷消費電流が小さい場合に確保する充電時間を短くすることが可能となり、作業機械の作業状況を加味した効率的な充電作業を実施することができる。

１ エンジン
２ エンジン制御部
５ オルタネータ（発電手段）
７ メインバッテリ（第１バッテリ）
８ サブバッテリ（第２バッテリ）
９ 第１スイッチ
９ａ リレー接点
９ｂ リレーコイル
１０ 第２スイッチ
１０ａ リレー接点
１０ｂ リレーコイル
１１，３５ バッテリ充放電制御装置
１２，３６ バッテリ充放電制御部
２１ 残容量推定手段
２２ 充電時間推定手段
２３ 容量管理実施手段
２４ 放電容量制限手段

Claims (3)

1. 動力源としてのエンジンと、所定の条件が成立したときアイドリング運転中のエンジンを自動停止させるアイドリングストップ制御を行うエンジン制御手段と、上記エンジンにより駆動され、電装品に電気を供給する発電手段と、エンジンの始動に使用するための第１バッテリと、アイドリングストップ時の負荷駆動に使用するための第２バッテリとを装備し、上記第１バッテリ及び第２バッテリは、発電手段に対し並列にかつスイッチにより選択的に充電可能に接続されている作業機械のバッテリ充放電制御装置であって、
   上記第１バッテリ及び第２バッテリの残容量を推定する残容量推定手段と、
   この残容量推定手段により推定した第１バッテリ及び第２バッテリの残容量状態からそれぞれ第１バッテリ及び第２バッテリの目標容量値までの回復に必要な充電時間を推定する充電時間推定手段と、
   この充電時間推定手段により推定した充電時間を充電に充てるように上記スイッチの開閉を制御することで第１バッテリ及び第２バッテリの容量管理を実施する容量管理実施手段と、
   アイドリングストップ時に上記第２バッテリの放電容量を設定値以下に制限するための放電容量制限手段とを備えたことを特徴とする作業機械のバッテリ充放電制御装置。
2. 上記残容量推定手段は、各バッテリの放電時毎の放電容量を算出し、この放電容量を各バッテリの充電時の目標容量値から減算することで各バッテリの残容量を推定するものである請求項１記載の作業機械のバッテリ充放電制御装置。
3. 上記充電時間推定手段は、バッテリ容量とバッテリ受入可能電流の特性と、現在のバッテリ容量と目標容量値までの充電時間の特性とを予め記憶しておき、この両特性に基づいて各バッテリの充電時間を推定するものである請求項１又は２記載の作業機械のバッテリ充放電制御装置。