JP2014198969A

JP2014198969A - ショベル

Info

Publication number: JP2014198969A
Application number: JP2013074947A
Authority: JP
Inventors: 祐太杉山; Yuta Sugiyama
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6087190B2

Abstract

【課題】昇降圧コンバータにおける過電流を防止する蓄電装置を搭載するショベルを提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係るショベルに搭載される蓄電装置１２０は、キャパシタ１９の正極端子と昇降圧コンバータ１００の正極側入力端子１０４Ｐとの間に接続される正極側リレー９１Ｐと、キャパシタ１９の負極端子と昇降圧コンバータ１００の負極側入力端子１０４Ｎとの間に接続される負極側リレー９１Ｎと、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間で正極側リレー９１Ｐ又は負極側リレー９１Ｎに並列に接続される、直列接続のプリチャージリレー９１Ｃ及び充電抵抗器９２とを有する。昇降圧コンバータ１００を制御するコントローラ３０は、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間の回路抵抗が小さい場合に、昇降圧コンバータ１００の起動を禁止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、昇降圧コンバータを含む蓄電装置を搭載するショベルに関する。

従来、ＤＣバスの電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り換える昇降圧コンバータを含む蓄電装置を搭載するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、ＤＣバスは、電気負荷に接続されるインバータと、蓄電器に接続される昇降圧コンバータとの間に配設され、蓄電器と電気負荷との間の電力の授受を可能にするバスである。

国際公開第２０１０／１４３６２８号

しかしながら、特許文献１は、充電抵抗器を含むプリチャージ回路については言及しておらず、昇降圧コンバータの起動時における過電流の防止についても言及していない。

上述の問題に鑑み、本発明は、昇降圧コンバータにおける過電流を防止する蓄電装置を搭載するショベルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施形態に係るショベルは、蓄電器及び昇降圧コンバータを含む蓄電装置を搭載するショベルであって、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータとの間に接続される充電抵抗器と、前記充電抵抗器に直列接続される第１継電器と、前記充電抵抗器に並列接続される第２継電器と、前記昇降圧コンバータを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータとの間の回路抵抗が小さい場合に、前記昇降圧コンバータの起動を禁止する。

上述の手段により、本発明は、昇降圧コンバータにおける過電流を防止する蓄電装置を搭載するショベルを提供することができる。

ハイブリッド型ショベルの側面図である。図１のハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。蓄電装置の回路図である。リレー制御処理の流れを示すフローチャートである。第１昇降圧コンバータ起動処理の流れを示すフローチャートである。第２昇降圧コンバータ起動処理の流れを示すフローチャートである。

図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。

図１は、一実施形態によるショベルの側面図である。図１に示すショベルはハイブリッド型ショベルであるが、本発明はハイブリッド型ショベルに限られず、電気負荷の駆動用電源として蓄電器を備えているものであれば、どのような型のショベルにも適用することができる。

図１に示すように、ハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が設けられる。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源が搭載される。

図２は、ハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに変速機１３の入力軸に接続されている。また、変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電用のキャパシタ又はバッテリである蓄電器を含む蓄電装置１２０が接続されている。本実施形態では蓄電装置１２０は蓄電器として電気二重層キャパシタ（Electric Double Layer Capacitor（EDLC））等のキャパシタを含む。また、蓄電装置１２０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。また、上述では蓄電器としてキャパシタを例として示したが、キャパシタの代わりに、リチウムイオン電池（Lithium Ion Battery（LIB））等の充電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源が蓄電器として用いられてもよい。

旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と蓄電装置１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８は、電動発電機１２が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電装置１２０から電動発電機１２に供給できる。また、電動発電機１２が回生運転をする際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電装置１２０の蓄電器に蓄電できる。

蓄電装置１２０は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、蓄電装置１２０は、力行運転に必要な電力を供給できる。また、蓄電装置１２０は、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギとして蓄積できる。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と蓄電装置１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１の運転制御を行う。これにより、インバータ２０は、旋回用電動機２１が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電装置１２０から旋回用電動機２１に供給できる。また、旋回用電動機２１が回生運転をする際には、旋回用電動機２１により発電された電力を蓄電装置１２０の蓄電器に蓄電できる。

なお、蓄電装置１２０の蓄電器の充放電制御は、蓄電器の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、駆動制御部３２、電動旋回制御部４０、及び主制御部６０を含む。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。駆動制御部３２、電動旋回制御部４０及び主制御部６０は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される機能要素である。

また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部（図示せず。）を備える。これにより、レバー２６Ａの操作は、旋回用電動機２１を回転駆動させるための速度指令（rad/s）に変換される。この速度指令は、駆動制御部３２、電動旋回制御部４０及び主制御部６０に入力される。

駆動制御部３２は、電動発電機１２の運転制御（力行運転又は回生運転の切り換え）、及び、蓄電器の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御部３２は、エンジン１１の負荷の状態と蓄電器の充電状態に応じて、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り換える。駆動制御部３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り換えることにより、インバータ１８を介して蓄電器の充放電制御を行う。

図３は、蓄電装置１２０の回路図である。蓄電装置１２０は、キャパシタユニット９０と、昇降圧コンバータ１００と、ＤＣバス１１０とを含み、インバータ１８、２０に接続される。

キャパシタユニット９０は、蓄電器としてのキャパシタ１９を含む。本実施形態では、キャパシタ１９は、直列に接続された複数のキャパシタセルで構成される。

ＤＣバス１１０は、電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタユニット９０には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部９５と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部９６が設けられている。キャパシタ電圧検出部９５とキャパシタ電流検出部９６によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように、昇圧動作と降圧動作を切り換える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８、２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９と、インバータ１８に接続される電動発電機１２と、インバータ２０に接続される旋回用電動機２１との間での電力の授受を行う。

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切換制御は、キャパシタ電圧検出部９５によって検出されるキャパシタ電圧値、キャパシタ電流検出部９６によって検出されるキャパシタ電流値、及び、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電装置１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタユニット９０のキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタユニット９０のキャパシタ１９に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１と、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａと、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂと、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子（入力端子）１０４Ｐ、１０４Ｎと、インバータ１８、２０を接続するための出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎとを備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎとインバータ１８、２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は正極側入力端子１０４Ｐに接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂがそれぞれ並列接続される。

なお、本実施形態において、昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１と、一対の昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとを１つの昇降圧コンバータユニットとして含む。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、蓄電装置１２０は、並列接続された複数の昇降圧コンバータユニットを含んでいてもよい。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源が用いられてもよい。

電源接続端子１０４Ｐ、１０４Ｎは、キャパシタ１９が接続可能な端子であればよく、出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎは、インバータ１８、２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４Ｐ、１０４Ｎの間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部９５が接続される。一対の出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎの間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部９５は、キャパシタ１９の電圧値を検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値を検出する。平滑用のコンデンサ１１２は、正極側出力端子１０６Ｐと負極側出力端子１０６Ｎとの間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１１２によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持される。

キャパシタ電流検出部９６は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段である。すなわち、キャパシタ電流検出部９６は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値を検出する。

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。そして、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、インバータ１８、２０を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０から降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを通ってキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

なお、厳密には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の正極側入力端子１０４Ｐに接続する正極側電源ラインＬＰに、その正極側電源ラインＬＰを遮断することのできる継電器として正極側リレー９１Ｐが設けられる。正極側リレー９１Ｐは、昇降圧コンバータ１００の正極側入力端子１０４Ｐとキャパシタ１９の正極端子との間に配置されている。正極側リレー９１Ｐは、コントローラ３０からの導通信号によりオン（導通）状態となり、遮断信号によりオフ（遮断）状態となる。また、正極側リレー９１Ｐは、キャパシタ１９からの正極側電源ラインＬＰを遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、正極側リレー９１Ｐは、手動でオン・オフ（導通・遮断）状態が切り換えられてもよい。また、正極側リレー９１Ｐの導通・遮断状態は、例えば導通信号又は遮断信号の出力に合わせて更新されるように、揮発性メモリ又は書き換え可能な不揮発性メモリに参照可能に記憶される。

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の負極側入力端子１０４Ｎに接続する負極側電源ラインＬＮには、その負極側電源ラインＬＮを遮断することのできる継電器として負極側リレー９１Ｎが設けられる。負極側リレー９１Ｎは、昇降圧コンバータ１００の負極側入力端子１０４Ｎとキャパシタ１９の負極端子との間に配置されている。負極側リレー９１Ｎは、正極側リレー９１Ｐと同様、コントローラ３０からの導通信号によりオン（導通）状態となり、遮断信号によりオフ（遮断）状態となる。また、負極側リレー９１Ｎは、キャパシタ１９からの負極側電源ラインＬＮを遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、正極側リレー９１Ｐと負極側リレー９１Ｎを一組のリレーとして制御し、正極端子側の正極側電源ラインＬＰと負極端子側の負極側電源ラインＬＮの両方を同時に遮断してキャパシタ１９を切り離してもよい。また、負極側リレー９１Ｎは、正極側リレー９１Ｐと同様、手動でオン・オフ（導通・遮断）状態が切り換えられてもよい。また、負極側リレー９１Ｎの導通・遮断状態は、例えば導通信号又は遮断信号の出力に合わせて更新されるように、揮発性メモリ又は書き換え可能な不揮発性メモリに参照可能に記憶される。

さらに、負極側電源ラインＬＮには、負極側リレー９１Ｎと並列になるよう接続される、直列接続のプリチャージリレー９１Ｃ及び充電抵抗器９２が設けられる。プリチャージリレー９１Ｃは、負極側リレー９１Ｎと同様、負極側電源ラインＬＮを遮断することのできる継電器である。プリチャージリレー９１Ｃは、正極側リレー９１Ｐ及び負極側リレー９１Ｎと同様、コントローラ３０からの導通信号によりオン（導通）状態となり、遮断信号によりオフ（遮断）状態となる。また、プリチャージリレー９１Ｃは、正極側リレー９１Ｐ及び負極側リレー９１Ｎと同様、手動でオン・オフ（導通・遮断）状態が切り換えられてもよい。また、プリチャージリレー９１Ｃの導通・遮断状態は、例えば導通信号又は遮断信号の出力に合わせて更新されるように、揮発性メモリ又は書き換え可能な不揮発性メモリに参照可能に記憶される。

プリチャージリレー９１Ｃは、正極側リレー９１Ｐがオン（導通）状態となった後、負極側リレー９１Ｎがオン（導通）状態となる前に、オン（導通）状態となるように制御される。充電抵抗器９２を含む電流経路を導通させることによって、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００とを接続する際に流れる電流を抑制するためである。

また、充電抵抗器９２は、昇降圧コンバータ１００の破損を防止するための抵抗器であり、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００とを接続する際に流れる電流を抑制する。

次に、図４を参照しながら、コントローラ３０が正極側リレー９１Ｐ、負極側リレー９１Ｎ、及びプリチャージリレー９１Ｃのオン・オフ（導通・遮断）状態を制御する処理（以下、「リレー制御処理」とする。）について説明する。なお、図４は、リレー制御処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、例えば、蓄電装置１２０を起動する度にこのリレー制御処理を実行する。具体的には、コントローラ３０は、キーオン時（ショベル始動時）、電気系のメンテナンスが終了した後の電気系の立ち上げ時等、操作者からの要求があった場合に、このリレー制御処理を実行してもよい。キャパシタ１９とＤＣバス１１０との電圧差が大きいときに昇降圧コンバータ１００を起動すると昇降圧コンバータ１００に大電流が流れるおそれがあるが、リレー制御処理を実行することでそのような状況の発生を防止できる。

最初に、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐに対して導通信号を出力し、正極側リレー９１Ｐをオン（導通）状態にする（ステップＳ１）。

その後、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃに対して導通信号を出力し、プリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態にする（ステップＳ２）。ステップＳ２において、プリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態にすることで、昇降圧コンバータ１００とキャパシタ１９との間の回路抵抗が大きい状態で、昇降圧コンバータ１００とキャパシタ１９とを導通状態にすることができる。

なお、ステップＳ１及びステップＳ２は順不同であり、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態にした後で、正極側リレー９１Ｐをオン（導通）状態にしてもよい。或いは、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐ及びプリチャージリレー９１Ｃを同時にオン（導通）状態にしてもよい。また、エンジン１１及びメインポンプ１４は、プリチャージリレー９１Ｃの導通・遮断状態にかかわらず運転を継続する。

この時点において、充電抵抗器９２を含む電流経路は導通状態となり、キャパシタ１９とＤＣバス１１０との間には、充電抵抗器９２によって大きさが抑制された電流が流れる。そして、キャパシタ１９からの電流は、平滑用のコンデンサ１１２が所定電圧に達するまで流れ続ける。

このとき、コントローラ３０は、蓄電装置１２０における異常の有無を判定する（ステップＳ３）。本実施形態では、コントローラ３０は、キャパシタ電圧検出部９５によって検出されるキャパシタ電圧値、キャパシタ電流検出部９６によって検出されるキャパシタ電流値、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値等に基づいて蓄電装置１２０の異常の有無を判定する。例えば、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐ及びプリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態にしたにもかかわらず、キャパシタ電圧値、キャパシタ電流値、ＤＣバス電圧値等に変化が無い場合、蓄電装置１２０が異常であると判定する。或いは、コントローラ３０は、キャパシタ電圧値、キャパシタ電流値、ＤＣバス電圧値等の変化が大きすぎる場合若しくは小さすぎる場合に、蓄電装置１２０が異常であると判定してもよい。

また、コントローラ３０は、充電抵抗器９２を流れる電流が所定値より小さくなるか、ＤＣバス１１０の電圧値が所定値以上（キャパシタ１９とＤＣバス１１０との電圧差が所定値以下）になった場合に、蓄電装置１２０に異常が無いと判断してもよい。

蓄電装置１２０に異常が無いと判定した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、コントローラ３０は、起動許可フラグを「オン」に設定する（ステップＳ４）。起動許可フラグは、昇降圧コンバータ１００の起動の許否を表すフラグであり、「オン」が昇降圧コンバータ１００の起動の許可を表し、「オフ」が昇降圧コンバータ１００の起動の禁止を表す。また、起動許可フラグの設定は、例えば、揮発性メモリ又は書き換え可能な不揮発性メモリ等に記憶される。なお、起動許可フラグの初期値は「オフ」に設定される。また、昇降圧コンバータ１００の起動は、コントローラ３０からの指令に基づき昇降圧コンバータ１００による昇圧動作及び降圧動作の切換制御を開始させることを意味する。

その後、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎに対して導通信号を出力し、負極側リレー９１Ｎをオン（導通）状態にする（ステップＳ５）。これにより、昇降圧コンバータ１００とキャパシタ１９との間の回路抵抗が小さい状態で、昇降圧コンバータ１００とキャパシタ１９とを導通状態にすることができる。本実施形態では、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定値以上となった場合、キャパシタ電流検出部９６によって検出されるキャパシタ電流値が所定値以下となった場合等、コンデンサ１１２が所定レベルまで蓄電された場合に、負極側リレー９１Ｎに対して導通信号を出力する。

その後、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃに対して遮断信号を出力し、プリチャージリレー９１Ｃをオフ（遮断）状態にする（ステップＳ６）。

なお、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐに対しては遮断信号を出力せず、正極側リレー９１Ｐをオン（導通）状態のままとする。また、ステップＳ５及びステップＳ６は順不同であり、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃをオフ（遮断）状態にした後で、負極側リレー９１Ｎをオン（導通）状態にしてもよい。或いは、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎのオン（導通）状態への切り換えとプリチャージリレー９１Ｃのオフ（遮断）状態への切り換えとを同時に実行してもよい。また、エンジン１１及びメインポンプ１４は、プリチャージリレー９１Ｃの導通・遮断状態にかかわらず運転を継続する。

この時点において、充電抵抗器９２を含む電流経路は遮断状態となり、その代わりに、充電抵抗器を含まない負極側リレー９１Ｎを経由する電流経路が導通状態となる。そのため、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００及びＤＣバス１１０との間には、充電抵抗器によって大きさが抑制されない電流が流れ得る。

その後、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ起動処理を実行して昇降圧コンバータ１００を起動させる（ステップＳ７）。

一方、蓄電装置１２０に異常があると判定した場合（ステップＳ３のＮＯ）、コントローラ３０は、起動許可フラグを「オフ」に設定する（ステップＳ８）。

その後、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐ、負極側リレー９１Ｎ、及びプリチャージリレー９１Ｃに対して遮断信号を出力し、全てのリレーをオフ（遮断）状態にする（ステップＳ９）。その上で、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ起動処理を実行することなく、今回のリレー制御処理を終了させる。この場合、コントローラ３０は、蓄電装置１２０に異常がある旨の警告メッセージを表示部（図示せず。）に表示してもよく、その旨を表す警告音を音声出力部（図示せず。）から出力してもよい。

次に、図５を参照しながら、コントローラ３０が昇降圧コンバータ１００を起動させる昇降圧コンバータ起動処理の一例（以下、「第１昇降圧コンバータ起動処理」とする。）について説明する。なお、図５は、第１昇降圧コンバータ起動処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、リレー制御処理のステップＳ７が実行された場合にこの第１昇降圧コンバータ起動処理を実行する。或いは、コントローラ３０は、リレー制御処理の実行の有無にかかわらず、操作者の要求があった場合等、必要に応じてこの第１昇降圧コンバータ起動処理を実行してもよい。

最初に、コントローラ３０は、不揮発性メモリ等に記憶された起動許可フラグの設定を読み出し、起動許可フラグが「オン」に設定されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。

起動許可フラグが「オン」に設定されていると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、不揮発性メモリ等に記憶されたプリチャージリレー９１Ｃのオン・オフ（導通・遮断）状態を参照し、プリチャージリレー９１Ｃがオン（導通）状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

プリチャージリレー９１Ｃがオン（導通）状態にあると判定した場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の起動を禁止する（ステップＳ１３）。本実施形態では、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の起動に必要な起動指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力しないようにする。或いは、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００を停止させるための停止指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力し、昇降圧コンバータ１００を積極的に停止させてもよい。

一方、プリチャージリレー９１Ｃがオフ（遮断）状態にあると判定した場合（ステップＳ１２のＮＯ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００を起動する（ステップＳ１４）。本実施形態では、コントローラ３０は、起動指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力することによって昇降圧コンバータ１００による昇圧動作と降圧動作の切換制御を開始させる。

なお、起動許可フラグが「オフ」に設定されていると判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００を起動させることなく今回の第１昇降圧コンバータ起動処理を終了させる。

次に、図６を参照しながら、昇降圧コンバータ起動処理の別の一例（以下、「第２昇降圧コンバータ起動処理」とする。）について説明する。なお、図６は、第２昇降圧コンバータ起動処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、リレー制御処理のステップＳ７が実行された場合にこの第２昇降圧コンバータ起動処理を実行する。或いは、コントローラ３０は、リレー制御処理の実行の有無にかかわらず、操作者の要求があった場合等、必要に応じてこの第２昇降圧コンバータ起動処理を実行してもよい。

最初に、コントローラ３０は、不揮発性メモリ等に記憶された起動許可フラグの設定を読み出し、起動許可フラグが「オン」に設定されているか否かを判定する（ステップＳ２１）。

起動許可フラグが「オン」に設定されていると判定した場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、不揮発性メモリ等に記憶された負極側リレー９１Ｎのオン・オフ（導通・遮断）状態を参照し、負極側リレー９１Ｎがオン（導通）状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

負極側リレー９１Ｎがオン（導通）状態にあると判定した場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００を起動する（ステップＳ２３）。本実施形態では、コントローラ３０は、起動指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力することによって昇降圧コンバータ１００による昇圧動作と降圧動作の切換制御を開始させる。

一方、負極側リレー９１Ｎがオフ（遮断）状態にあると判定した場合（ステップＳ２２のＮＯ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の起動を禁止する（ステップＳ２４）。本実施形態では、コントローラ３０は、起動指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力しないようにする。或いは、コントローラ３０は、停止指令を昇降圧コンバータ１００に対して出力し、昇降圧コンバータ１００を積極的に停止させてもよい。

なお、起動許可フラグが「オフ」に設定されていると判定した場合（ステップＳ２１のＮＯ）、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００を起動させることなく今回の第２昇降圧コンバータ起動処理を終了させる。

以上の構成により、コントローラ３０は、蓄電装置１２０の異常の有無を判定するためにキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００とを接続する際にプリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態にする。その結果、昇降圧コンバータ１００における過電流を確実に防止できる。

また、コントローラ３０は、蓄電装置１２０に異常が無いと判定した場合、負極側リレー９１Ｎをオン（導通）状態とした後で、プリチャージリレー９１Ｃをオフ（遮断）状態とし、その上で、昇降圧コンバータ１００を起動させる。また、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃがオン（導通）状態の場合に、昇降圧コンバータ１００の起動を禁止する。或いは、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎがオフ（遮断）状態の場合に、昇降圧コンバータ１００の起動を禁止する。そのため、コントローラ３０は、プリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態としたまま、昇降圧コンバータ１００を起動してしまうのを確実に防止できる。このように、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作及び降圧動作に伴う大電流が充電抵抗器９２に流れない状態を確保した上で、昇降圧コンバータ１００を起動させる。その結果、昇降圧コンバータ１００を起動させたときに充電抵抗器９２に大電流が流れて充電抵抗器９２が破損（断線）してしまうのを確実に防止できる。また、充電抵抗器９２に大電流が流れることがないため、充電抵抗器９２を含む電流経路にヒューズを設ける必要もない。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形、変更等が可能である。

例えば、上述の実施形態において、蓄電装置１２０は、充電抵抗器９２を含む電流経路の導通・遮断状態を切換可能なプリチャージリレー９１Ｃを有する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、蓄電装置１２０は、プリチャージリレー９１Ｃを省略してもよい。すなわち、充電抵抗器９２を含む電流経路を常に導通状態としてもよい。負極側リレー９１Ｎがオン（導通）状態となれば、充電抵抗器９２を含む電流経路が導通状態であったとしても、抵抗が小さい方の電流経路（導通状態の負極側リレー９１Ｎを含む電流経路）を通って電流が流れ、充電抵抗器９２に大電流が流れることはないためである。この場合、コントローラ３０は、第２昇降圧コンバータ起動処理を採用することによって、負極側リレー９１Ｎがオフ（遮断）状態の場合に昇降圧コンバータ１００の起動を禁止すればよい。

また、上述の実施形態では、負極側リレー９１Ｎを含む電流経路に並列となるように、プリチャージリレー９１Ｃ及び充電抵抗器９２を含む電流経路が接続される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、プリチャージリレー９１Ｃ及び充電抵抗器９２を含む電流経路は、正極側リレー９１Ｐを含む電流経路に並列となるよう接続されてもよい。この場合、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎ及びプリチャージリレー９１Ｃをオン（導通）状態とした後で蓄電装置１２０の異常の有無を判定する。そして、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎをオン（導通）状態としたまま、プリチャージリレー９１Ｃをオフ（遮断）状態とし、且つ、正極側リレー９１Ｐをオン（導通）状態とした後で昇降圧コンバータ１００を起動させる。なお、プリチャージリレー９１Ｃは、この場合においても省略され得る。

また、上述の実施形態では、正極側電源ラインＬＰに正極側リレー９１Ｐを配置し、負極側電源ラインＬＮに負極側リレー９１Ｎを配置する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、リレー９１Ｐ及びリレー９１Ｎの双方が正極側電源ラインＬＰに配置されてもよく、リレー９１Ｐ及びリレー９１Ｎの双方が負極側電源ラインＬＮに配置されてもよい。この場合、プリチャージリレー９１Ｃは、充電抵抗器９２と共に、リレー９１Ｐ及びリレー９１Ｎの何れか一方に並列接続される。なお、プリチャージリレー９１Ｃは、この場合においても省略され得る。

また、上述の実施形態では、継電器として電磁継電器（有接点リレー）が用いられるが、トランジスタ等の半導体素子を利用した電子的継電器（無接点リレー）が用いられてもよい。

１・・・下部走行体１Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ２・・・旋回機構３・・・上部旋回体４・・・ブーム５・・・アーム６・・・バケット７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ１０・・・キャビン１１・・・エンジン１２・・・電動発電機１３・・・変速機１４・・・メインポンプ１５・・・パイロットポンプ１６・・・高圧油圧ライン１７・・・コントロールバルブ１８、２０・・・インバータ１９・・・キャパシタ２１・・・旋回用電動機２２・・・レゾルバ２３・・・メカニカルブレーキ２４・・・旋回変速機２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー２６Ｃ・・・ペダル２７・・・油圧ライン２８・・・油圧ライン２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ３２・・・駆動制御部４０・・・電動旋回制御部６０・・・主制御部９０・・・キャパシタユニット９１Ｐ・・・正極側リレー９１Ｎ・・・負極側リレー９１Ｃ・・・プリチャージリレー９２・・・充電抵抗器９５・・・キャパシタ電圧検出部９６・・・キャパシタ電流検出部１００・・・昇降圧コンバータ１０１・・・リアクトル１０２Ａ・・・昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ・・・降圧用ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂ・・・ダイオード１０４Ｐ、１０４Ｎ・・・電源接続端子１０６Ｐ、１０６Ｎ・・・出力端子１１０・・・ＤＣバス１１１・・・ＤＣバス電圧検出部１１２・・・コンデンサ１２０・・・蓄電装置ＬＰ、ＬＮ・・・電源ライン

Claims

蓄電器及び昇降圧コンバータを含む蓄電装置を搭載するショベルであって、
前記蓄電器と前記昇降圧コンバータとの間に接続される充電抵抗器と、
前記充電抵抗器に直列接続される第１継電器と、
前記充電抵抗器に並列接続される第２継電器と、
前記昇降圧コンバータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータとの間の回路抵抗が小さい場合に、前記昇降圧コンバータの起動を禁止する、
ショベル。
前記第２継電器に並列接続され且つ前記充電抵抗器に直列接続される第３継電器を備え、
前記昇降圧コンバータが起動する前に、前記第３継電器を導通状態にして前記回路抵抗を大きくする、
請求項１に記載のショベル。
前記第１継電器と前記充電抵抗器とが導通状態となった後で前記第２継電器を導通状態にして前記回路抵抗を小さくする、
請求項１又は２に記載のショベル。
前記昇降圧コンバータの出力端子に接続されるＤＣバスを有し、
前記第１継電器と前記充電抵抗器とが導通状態となった後で、前記ＤＣバスの電圧が所定値以上となった場合、若しくは、前記充電抵抗器を流れる電流が所定値以下となった場合に、前記第２継電器を導通状態にする、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
当該ショベルに搭載されるエンジンは、前記充電抵抗器が導通状態であっても運転を継続する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
当該ショベルに搭載される油圧ポンプは、前記充電抵抗器が導通状態であっても運転を継続する、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
前記第３継電器は、前記第２継電器が導通状態となった後に遮断状態となる、
請求項２に記載のショベル。