JP2019049416A - Hybrid construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド式建設機械に関する。 The present invention relates to a hybrid construction machine.
近年、自動車分野だけでなく、建設機械などの産業用移動体分野においても年々厳しくなる環境規制への対応や、省エネルギー化技術の開発が一層重要となっている。こうした背景から、自動車分野を軸に開発されてきた動力源のハイブリッド技術が建設機械分野にも展開されている。 In recent years, not only in the field of automobiles but also in the field of industrial mobile bodies such as construction machinery, it has become more important to respond to stricter environmental regulations and develop energy saving technologies each year. From such a background, the hybrid technology of the power source, which has been developed centering on the automobile field, is also developed in the construction machine field.
一般に、油圧システムにより駆動する油圧ショベル等の建設機械は、軽負荷作業から重負荷作業までの全ての作業に対応できるように、エンジンによって駆動される油圧ポンプを最大負荷の作業に合わせて構成し、この油圧ポンプから吐出される圧油によって油圧作業装置を駆動している。なお、重負荷作業とは、土砂の掘削・積み込みを油圧作業装置で頻繁に行う重掘削作業等のことである。また、軽負荷作業とは、地面をならすための水平引き等の作業のことである。 In general, construction machines such as hydraulic shovels driven by a hydraulic system are configured with a hydraulic pump driven by an engine according to the work of maximum load, so that all work from light load work to heavy load work can be handled. The hydraulic work device is driven by the pressure oil discharged from the hydraulic pump. In addition, heavy load work is heavy digging work etc. which perform excavation and loading of earth and sand frequently with a hydraulic work device. In addition, light load work refers to work such as horizontal pulling to smooth the ground.
しかしながら、建設機械における重負荷作業は作業全体の一部であり、軽負荷作業時にはエンジンの能力が余ることとなる。これは油圧ショベルの燃料消費量(以下、燃費と略すことがある)の低減を難しくする要因の一つである。この点に鑑みた技術として、燃費を低減するためにエンジン出力の一部を蓄電装置と電動機による出力でアシスト(補助)するハイブリッド式建設機械が知られている。 However, heavy load work in a construction machine is a part of the entire work, and at light load work, the engine capacity is left. This is one of the factors that make it difficult to reduce the fuel consumption of the hydraulic shovel (hereinafter sometimes referred to as fuel consumption). As a technique in view of this point, there is known a hybrid type construction machine that assists (assists) a part of engine output with an output from a power storage device and a motor in order to reduce fuel consumption.
ハイブリッド式建設機械に搭載される蓄電装置には、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池や、キャパシタ(電気二重層キャパシタ等)などが用いられる。特に、キャパシタよりも蓄電容量の大きな二次電池を搭載することは、ハイブリッド式建設機械としてより大きな低燃費効果が期待できるため、近年は蓄電容量の大きな二次電池を搭載する建設機械が開発されている。 For example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery, a capacitor (such as an electric double layer capacitor), or the like is used as a power storage device mounted on a hybrid construction machine. In particular, mounting a secondary battery having a larger storage capacity than a capacitor is expected to have a greater effect of reducing fuel consumption as a hybrid construction machine, and in recent years a construction machine having a secondary battery having a large storage capacity has been developed. ing.
ところで、二次電池では一般に、電流の充放電や保存に伴う経年劣化として、その内部抵抗(以下、抵抗と略すことがある)が上昇するという特性が知られている。このような抵抗上昇は通常、不可逆的な抵抗上昇(以下、不可逆抵抗上昇と称する)である。一方、ある種の二次電池では、電池の容量に対して大電流の充放電が継続して実施された場合には、通常の不可逆抵抗上昇とは異なる、可逆的な抵抗上昇(以下、可逆抵抗上昇と称する)が発生する場合があり、この可逆抵抗上昇が発生している状態で充放電を行うと、二次電池の劣化が促進されるということが報告されている。 By the way, in the secondary battery, it is generally known that the internal resistance (hereinafter, may be abbreviated as resistance) is increased as aging deterioration due to charging and discharging of current and storage. Such an increase in resistance is usually an irreversible increase in resistance (hereinafter referred to as an irreversible increase in resistance). On the other hand, in some secondary batteries, if charging and discharging of a large current is continuously carried out with respect to the capacity of the battery, a reversible increase in resistance (hereinafter referred to as "reversibility") different from the normal irreversible resistance increase. It is reported that if charging / discharging is performed in a state where the increase in the reversible resistance is occurring, deterioration of the secondary battery is promoted.
ハイブリッド式建設機械向けの二次電池では、ハイブリッド式自動車向け二次電池などに比べて大電流の充放電が継続される傾向が強く、可逆抵抗上昇が発生しやすい状況での使用が想定される。そこで、例えば、特許文献1には、二次電池の可逆抵抗上昇を検出して、劣化の促進を抑制するように制御する技術が開示されている。具体的には、特許文献1には、二次電池の充放電を制御するバッテリコントローラ及びシステム全体を制御する全体コントローラを備えた二次電池システムにおいて、前記二次電池の充電電流及び放電電流を検出する電流計と前記二次電池の電圧を検出する電圧計を備え、前記電流計及び前記電圧計により検出される電流値と電圧値に基づいて充電時の二次電池内部抵抗と放電時の二次電池内部抵抗を求め、両者の関係に基づいて、大電流での充放電に伴う二次電池内部抵抗の一時的な上昇を判別することが記載されている。
With secondary batteries for hybrid construction machines, charging and discharging of large current is more likely to be continued as compared with secondary batteries for hybrid vehicles, etc., and it is expected that use in situations where reversible resistance increase is likely to occur . Therefore, for example,
しかしながら、上記従来技術においては、複数の電池セルが多直列接続された組電池構成の蓄電システムへの適用が困難である。すなわち、上記従来技術においては、組電池構成の蓄電システムを1つの蓄電池として見た場合に、その蓄電池を構成する複数の電池セルに一様に可逆抵抗上昇が発生した場合には検知可能であるが、組電池構成の一部の電池セルに発生する可逆抵抗上昇を検知することについては考慮されていない。したがって、組電池構成の一部の電池セルでの可逆抵抗上昇の発生を検知せず、可逆抵抗上昇が発生した状態のまま継続して電池を充放電してしまうと、その電池セルの劣化が促進してしまうことが懸念される。 However, in the above-mentioned prior art, it is difficult to apply to a storage system of an assembled battery configuration in which a plurality of battery cells are connected in series. That is, in the above-mentioned prior art, when the storage system of the assembled battery configuration is viewed as one storage battery, it is possible to detect when the reversible resistance rise occurs uniformly in a plurality of battery cells constituting the storage battery. However, it is not considered to detect the increase in reversible resistance that occurs in some battery cells of the battery assembly configuration. Therefore, if the battery is continuously charged and discharged in a state where the increase in reversible resistance is generated without detecting the occurrence of the increase in reversible resistance in some of the battery cells of the assembled battery configuration, the battery cell is degraded. There is concern that it will be promoted.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルが多直列接続された組電池構成に含まれる一部の電池セルの可逆抵抗上昇を検知することができるハイブリッド式建設機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is directed to a hybrid construction machine capable of detecting an increase in the reversible resistance of some battery cells included in an assembled battery configuration in which a plurality of battery cells are connected in multiple series. Intended to be provided.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、力行時に前記エンジンの動力をアシストし、回生時に発電する電動発電機と、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、蓄電装置と、前記電動発電機と前記蓄電装置の間の電力の授受を制御するインバータと、前記インバータの動作を制御するハイブリッドコントローラとを備えたハイブリッド式建設機械において、前記蓄電装置は、多直列接続された複数の電池セルにより構成された組電池と、前記組電池の複数の電池セルの総電圧と各電池セルの電圧とを監視するバッテリコントローラとを備え、前記ハイブリッドコントローラは、前記バッテリコントローラの監視結果から、前記複数の電池セルの総電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高総電圧抽出値および最低値である最低総電圧抽出値と、前記複数の電池セルのセル電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高セル電圧抽出値および最低値である最低セル電圧抽出値とを抽出する電圧情報抽出部と、前記電圧情報抽出部で抽出された最高総電圧抽出値、最低総電圧抽出値、最高セル電圧抽出値、及び最低セル電圧抽出値に基づいて、前記蓄電装置の複数の電池セルの内部抵抗異常を判定するための少なくとも1つの判定参照値を演算する判定参照値演算部と、前記判定参照値演算部で演算された前記少なくとも1つの判定参照値が予め定めた閾値以上である場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が生じたと判定する異常判定部とを有するものとする。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems, and an example thereof is an engine, a motor generator which assists the power of the engine at the time of power running, and generates power at the time of regeneration, A hybrid-type construction machine comprising: a hydraulic pump; a power storage device; an inverter for controlling transfer of power between the motor generator and the power storage device; and a hybrid controller for controlling the operation of the inverter The battery pack includes: a battery assembly including a plurality of battery cells connected in series; and a battery controller monitoring a total voltage of the plurality of battery cells of the battery assembly and a voltage of each battery cell, the hybrid controller From the monitoring result of the battery controller, the total voltage of the plurality of battery cells within a first predetermined period The highest total voltage extraction value that is high and the lowest total voltage extraction value that is lowest, and the highest cell voltage extraction value and lowest value that is the highest value within the first predetermined period of the cell voltages of the plurality of battery cells Voltage information extraction unit for extracting the lowest cell voltage extraction value, the highest total voltage extraction value extracted by the voltage information extraction unit, the lowest total voltage extraction value, the highest cell voltage extraction value, and the lowest cell voltage extraction value A determination reference value calculation unit that calculates at least one determination reference value for determining internal resistance abnormalities of the plurality of battery cells of the power storage device based on the at least one calculated by the determination reference value calculation unit; An abnormality determination unit that determines that an internal resistance abnormality has occurred in at least one of the plurality of battery cells of the assembled battery when the determination reference value is equal to or greater than a predetermined threshold value.
本発明によれば、複数の電池セルが多直列接続された組電池構成に含まれる一部の電池セルの可逆抵抗上昇を検知することができる。 According to the present invention, it is possible to detect an increase in the reversible resistance of some battery cells included in a battery assembly configuration in which a plurality of battery cells are connected in series.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、ハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式の油圧ショベル(以降、ハイブリッドショベルと称する)を例示して説明するが、例えば、ハイブリッドホイールローダやハイブリッドダンプなど、蓄電装置を搭載したハイブリッド式(プラグインハイブリッド式を含む)の建設機械、或いは、エンジンを搭載せず蓄電装置の出力だけで駆動するバッテリ式の建設機械にも本発明を適用することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a hybrid-type hydraulic shovel (hereinafter referred to as a hybrid shovel) is illustrated and described as an example of a hybrid-type construction machine, but, for example, a power storage device such as a hybrid wheel loader or a hybrid dump is mounted. The present invention can also be applied to a hybrid-type (including plug-in hybrid-type) construction machine or a battery-type construction machine that is not equipped with an engine and is driven only by the output of the storage device.
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1〜図10参照しつつ説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態に係るハイブリッド式建設機械の一例であるハイブリッドショベルの外観を模式的に示す側面図である。 FIG. 1 is a side view schematically showing the appearance of a hybrid shovel that is an example of a hybrid type construction machine according to the present embodiment.
図1において、ハイブリッドショベル100は、垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材(ブーム4A、アーム4B、バケット4C)を連結して構成された多関節型のフロント作業機4と、車体本体を構成する上部旋回体3及び下部走行体2とを備えており、上部旋回体3は下部走行体2に対して旋回可能に設けられている。上部旋回体3は、基部となる旋回フレーム3a上に各部材を配置して構成されており、上部旋回体3を構成する旋回フレーム3aが下部走行体2に対して旋回可能となっている。また、フロント作業機4のブーム4Aの基端は上部旋回体3の前部の片側(例えば、前方を向いて右側)に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム4Bの一端はブーム4Aの基端とは異なる端部(先端)に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム4Bの他端にはバケット4Cが垂直方向に回動可能に支持されている。
In FIG. 1, a
下部走行体2は、左右一対のクローラフレーム2B1(2B2)にそれぞれ掛け回された一対のクローラ2C1(2C2)と、クローラ2C1(2C2)をそれぞれ駆動する走行用油圧モータ2A1(2A2)(図示しない減速機構を含む)とから構成されている。なお、下部走行体2の各構成については、左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し、他方の構成については図中に括弧書きの符号のみを示して図示を省略する。
The lower traveling
ブーム4A、アーム4B、バケット4C、及び下部走行体2は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、バケットシリンダ4c、及び左右の走行用油圧モータ2A1(2A2)によりそれぞれ駆動される。また、上部旋回体3も旋回装置3Aに搭載された油圧アクチュエータである旋回用油圧モータ3A1により減速機構24を介して同様に駆動され、下部走行体2に対して旋回動作を行う。
The
上部旋回体3を構成する旋回フレーム3a上の前部の片側(例えば、前方を向いて左側)には、オペレータが搭乗して後述する操作レバー装置5A等によりハイブリッドショベル100の操作を行うためのキャビン5が配置されており、旋回フレーム3a上の後部には、車体の重量バランスを保つためのカウンタウェイト6が配置されている。また、旋回フレーム3a上のキャビン5とカウンタウェイト6の間には、原動機であるエンジン11とともに、ブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、バケットシリンダ4c、旋回用油圧モータ3A1及び左右の走行用油圧モータ2A1(2A2)などの各油圧アクチュエータを駆動するためのコントロールバルブ18などが収納される原動機室7が配置されている。
An operator rides on one side (e.g., the front and the left side) on the
図2は、本実施の形態に係るハイブリッド式の油圧回路システムを関連構成とともに抜き出して示す図である。 FIG. 2 is a diagram extracting and showing the hybrid hydraulic circuit system according to the present embodiment together with the related configuration.
図2において、ハイブリッド式油圧回路システム30は、エンジン11と、力行時にエンジン11の動力をアシストし、回生時に発電する電動発電機14(M/G:Motor/Generator)と、エンジン11と電動発電機14(ただし、力行時)により駆動される可変容量型の油圧ポンプ17と、蓄電装置16と、電動発電機14と蓄電装置16の間の電力の授受を制御するインバータ15と、キャビン5に搭乗したオペレータによるハイブリッドショベル100の操作に係わる操作システム50と、インバータ15を含むハイブリッド式油圧回路システム30全体動作を制御する制御装置としてのハイブリッドコントローラ20(HCU:Hybrid Control Unit)とを備えている。
In FIG. 2, the hybrid
また、ハイブリッド式油圧回路システム30は、エンジン11の動作を制御するエンジンコントローラ12(ECU:Engine Control Unit)と、エンジン11により駆動されるエアコン等の補機による補機負荷13と、油圧ポンプ17から各油圧アクチュエータ(走行用油圧モータ2A1(2A2)、旋回用油圧モータ3A1、ブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、及びバケットシリンダ4c)に供給される圧油の流量及び方向を制御するコントロールバルブ18とを備えている。エンジンコントローラ12及びコントロールバルブ18は、ハイブリッドコントローラ20からの制御信号により制御される。
The hybrid
なお、図示しないが、ハイブリッド式油圧回路システム30は、エンジン11の関連構成として、燃料を貯蔵する燃料タンク、燃料噴射量を調整するガバナ、ターボチャージャ式の過給機などを有しているほか、油圧ポンプ17の関連構成として、エンジン11により駆動されてパイロット圧を生成するパイロットポンプなどを有している。
Although not shown, the hybrid
操作システム50は、キャビン5内に配置されており、オペレータが把持して操作することにより各油圧アクチュエータ2A1(2A2)、3A1、4a、4b、4cに所望の動作を指示する操作レバー装置5Aと、操作レバー装置5Aによる操作を制限するゲートロックレバー装置5Bと、オペレータが車体状態を確認するための表示装置としてのモニタ5Cと、オペレータがエンジン11を含む車体システム全体の起動および停止を操作するための起動スイッチ5Dとを有している。すなわち、操作レバー装置5Aにより複数の油圧負荷である各油圧アクチュエータ2A1(2A2)、3A1、4a、4b、4cが操作される。
The
ゲートロックレバー装置5BのON時(すなわち、ゲートロックレバー装置5Bが操作レバー装置5Aによる各油圧アクチュエータの操作を制限する位置に切り換えられた時)には、操作レバー装置5Aを操作しても走行用油圧モータ2A、旋回用油圧モータ3A1、ブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、及びバケットシリンダ4c等の各油圧アクチュエータが動作しない状態となる。しがたって、オペレータがハイブリッドショベル100の各油圧アクチュエータを動作させるためには、ゲートロックレバー装置5BをOFFとし(すなわち、ゲートロックレバー装置5Bを操作レバー装置5Aによる各油圧アクチュエータの操作を制限しない位置に切り換え)、その状態で操作レバー装置5Aを操作する必要がある。
When the gate lock lever device 5B is ON (that is, when the gate lock lever device 5B is switched to a position for restricting the operation of each hydraulic actuator by the operation lever device 5A), the vehicle travels even if the operation lever device 5A is operated The respective hydraulic actuators such as the hydraulic motor 2A for turning, the
油圧ポンプ17は、可変容量機構として、例えば、斜板(図示せず)を有しており、この斜板の傾転角を調整することによって油圧ポンプの吐出流量を制御する。また、油圧ポンプ17には、図示しないが、吐出された圧油の圧力を測定する吐出圧センサや、吐出された圧油の流量を測定する吐出流量センサ、油圧ポンプ17の斜板の傾転角を測定する傾転角センサ等が設けられている。なお、本実施の形態では、油圧ポンプ17として、斜板式の可変容量型の油圧ポンプを例示して説明するが、吐出する圧油の流量を制御する機能を有する油圧ポンプであれば良く、例えば、斜軸ポンプ等を用いても良い。
The
電動発電機14は、その駆動軸を油圧ポンプ17の駆動軸とともにエンジン11の駆動軸と直列に接続配置されており、駆動軸を介してエンジン11及び油圧ポンプ17との間でトルクを相互に伝達することにより、力行時にはエンジン11の動力のアシストおよび油圧ポンプ17の駆動を行い、回生時には発電を行う。
The
インバータ15は、電動発電機14と蓄電装置16の間に接続され、ハイブリッドコントローラ20からの制御信号に基づいて電動発電機14と蓄電装置16の間の電力の授受を制御するものである。また、インバータ15は電力変換装置であり、電動発電機14の力行時には蓄電装置16から出力される直流電力を交流電力に変換して電動発電機14に供給し、電動発電機14の回生時には電動発電機14で発電された交流電力を直流電力に変換して蓄電装置16に供給する。
The
図3は、蓄電装置の構成を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of the power storage device.
図3において、蓄電装置16は、多直列接続された複数(例えば、96個)の電池セルC1〜C96により構成される組電池16Aと、組電池16Aとインバータ15との間で授受される電流を検出する電流センサ16Bと、組電池16Aの電池セルC1〜C96を監視して制御するためのバッテリコントローラ16C(BCU:Battery Control Unit)とから構成されている。なお、図3において、複数の電池セルC1〜C96のように同種多数の部材については、図示の簡単のためにその一部のみを代表して図示する。
In FIG. 3,
組電池16Aは、インバータ15を駆動するのに必要な電圧を得るために、複数の電池セルC1〜C96を多直列接続して構成されている。また、組電池16Aは、多直列接続された複数(例えば、12個)の電池セルを一組とする複数(例えば、8個)の電池モジュールM1〜M8を直列接続することにより構成されている。各電池モジュールM1〜M8には、それぞれ、各電池モジュールM1〜M8を構成する電池セルの電圧の計測や調整、温度の計測等を行うセルコントローラCC1〜CC8が設けられている。また、組電池16Aには、複数の電池セルC1〜C96の総電圧を検出する電圧センサ16Dが設けられている。
The
バッテリコントローラ16Cは、電流センサ16Bの測定値をAD変換してディジタルの電流値の情報として取得するともに、電圧センサ16Dの測定値をAD変換することによって複数の電池セルC1〜C96の総電圧をディジタルの電圧値の情報として取得する。また、バッテリコントローラ16Cは、セルコントローラCC1〜CC8を介して複数の電池セルC1〜C96の電圧や温度を監視して制御するものであり、セルコントローラCC1〜CC8に制御信号を送信することにより、電池セルC1〜C96の電圧の調整を行うとともに、組電池16Aを構成する複数の電池セルC1〜C96の各電池セルC1〜C96の電圧(セル電圧とも称する)、電池温度などを取得する。そして、バッテリコントローラ16Cは、取得した情報(例えば、各セル電池の電圧のうち代表的なセル電圧(各測定時点の最高セル電圧および最低セル電圧)、総電圧、温度、電流)等を監視結果としてハイブリッドコントローラ20に送信する。バッテリコントローラ16Cによる各種情報の取得タイミング(サンプリング時間)およびハイブリッドコントローラ20への送信タイミングは、取得する情報の変化に対して十分に早ければ足りるが、例えば、ハイブリッド式油圧回路システム30のシステムクロック等に合わせて取得することが考えられる。なお、図3では、バッテリコントローラ16Cからの制御信号がシリアル接続されたセルコントローラCC1から順にセルコントローラCC8まで送信され、各セルコントローラCC1〜CC8からの各種情報がシリアル接続された後段のセルコントローラを介して最終的にセルコントローラCC8からバッテリコントローラ16Cに送信される場合を示している。
The
組電池16Aを構成する電池セルC1〜C96は、例えば、リチウムイオン電池である。例えば、電池セルとしてリチウムイオン電池を用いた場合、各電池セルの電圧がそれぞれ約3.6Vであると仮定すると、100個の電池セルを多直列接続して構成された組電池は、約360Vの直流電圧を出力することができる。なお、96個の電池セルを多直列接続して構成された組電池は、約345.6Vの直流電圧を出力する。
Battery cells C1 to C96 constituting the assembled
組電池16Aに蓄えられた直流電力(エネルギー)は、インバータ15によって直流から交流に変換され、電動発電機14へ供給される。これにより、蓄電装置16が放電される。また、電動発電機14によって発電された交流電力(エネルギー)は、インバータ15によって交流から直流に変換され、蓄電装置16へ供給される。これにより、蓄電装置16が充電される。
The direct current power (energy) stored in the
図4は、ハイブリッドコントローラの詳細を関連構成とともに示す機能ブロック図である。また、図5は、電圧情報抽出部の詳細を関連構成とともに示す機能ブロック図である。 FIG. 4 is a functional block diagram showing the details of the hybrid controller together with the related configuration. Moreover, FIG. 5 is a functional block diagram which shows the detail of a voltage information extraction part with a related structure.
図4において、ハイブリッドコントローラ20は、バッテリコントローラ16Cの監視結果から予め定めた複数の条件下でそれぞれ取得された電圧値を抽出する電圧情報抽出部210と、電圧情報抽出部210で抽出された複数の電圧値に基づいて、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)を判定するための少なくとも1つの判定参照値(後述)を算出する判定参照値演算部220と、判定参照値演算部220で演算された判定参照値に基づいて、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の少なくとも1つに生じた内部抵抗異常を判定する異常判定部230と、キャビン5に配置された起動スイッチ5Dの状態に基づいて、ハイブリッド式油圧回路システム30を含むハイブリッドショベル100全体の稼動状態(システム状態と称する)を判定するシステム状態判定部240と、異常判定部230での判定結果に基づいて、ECU12やインバータ15の出力調整を行う出力指令部270とを有している。なお、ハイブリッドコントローラ20は、エンジンコントローラ12の情報に基づくエンジン11の出力上限値演算機能や、油圧ポンプ17の要求動力演算機能など、ハイブリッドショベル100の動作に係る他の制御機能も有しているが、説明の簡単のために図示及び詳述を省略する。
In FIG. 4, the
システム状態判定部240は、ハイブリッド式油圧回路システム30を含むハイブリッドショベル100のシステム状態を起動スイッチ5DのON/OFF状態から判断し、システムが稼動している状態(システム稼動状態)であるか停止している状態(システム停止状態)であるかを判定結果として電圧情報抽出部210に送信する。
The system
図5に示すように、電圧情報抽出部210は、バッテリコントローラ16Cの監視結果から、複数の電池セルC1〜C96の総電圧VTの予め定めた第一期間内における最高値である最高総電圧抽出値VTHを抽出する最高総電圧抽出部213と、複数の電池セルC1〜C96の総電圧VTの予め定めた期間(第一期間)内における最低値である最低総電圧抽出値VTLを抽出する最低総電圧抽出部214と、複数の電池セルC1〜C96のうちある時点における最高値の電圧を示す電池セルの電圧である最高セル電圧Vmaxの予め定めた期間(第一期間)内における最高値である最高セル電圧抽出値VCHを抽出する最高セル電圧抽出部211と、複数の電池セルC1〜C96のうちある時点における最低値の電圧を示す電池セルの電圧である最低セル電圧Vminの予め定めた期間(第一期間)内における最低値である最低セル電圧抽出値VCLを抽出する最低セル電圧抽出部212とを有している。最高セル電圧抽出部211、最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、及び最低総電圧抽出部214には、それぞれ、予め定めた期間(第一期間)の終了時(後述)に最高セル電圧抽出値VCH、最低セル電圧抽出値VCL、最低総電圧抽出値VTL、及び最高総電圧抽出値VTHとして出力するための候補値などを一時的に記憶する記憶部(図示せず)を有している。
As shown in FIG. 5, the voltage
図6は、組電池を構成する複数の電池セルにおける最高セル電圧、最低セル電圧、及び総電圧の予め定めた期間(第一期間)内における時間変化の一例を模式的に示す図であり、縦軸に最高セル電圧、最低セル電圧、及び総電圧を、横軸に時間を示している。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the time change of the highest cell voltage, the lowest cell voltage, and the total voltage in a predetermined period (first period) in a plurality of battery cells constituting the assembled battery, The ordinate represents the highest cell voltage, the lowest cell voltage, and the total voltage, and the abscissa represents time.
最高セル電圧Vmaxは、複数の電池セルC1〜C96のうち、ある時点における最高値の電圧を示す電池セルの電圧である。したがって、ある回のサンプリング時に最高値の電圧を示した電池セル以外の電池セルが、次回のサンプリング時に最高値の電圧を示す場合もあり、最高セル電圧Vmaxを示す電池セルがサンプリング毎に異なることもありうる。最低セル電圧Vminについても同様であり、最低セル電圧Vminを示す電池セルがサンプリング毎に異なることもありうる。 The highest cell voltage Vmax is the voltage of the battery cell showing the highest voltage at a certain time point among the plurality of battery cells C1 to C96. Therefore, a battery cell other than the battery cell showing the highest voltage at a certain sampling may show the highest voltage at the next sampling, and the battery cell showing the highest cell voltage Vmax is different every sampling Is also possible. The same is true for the lowest cell voltage Vmin, and the battery cells exhibiting the lowest cell voltage Vmin may differ from one sampling to another.
最高セル電圧抽出値VCH及び最低セル電圧抽出値VCLは、予め定めた期間(第一期間)における最高セル電圧Vmax及び最低セル電圧Vminの最高値及び最低値の電圧である。例えば、図6においては、予め定めた期間(第一期間)における時間t1で最低セル電圧Vminが最低値を示しており、このときの電圧が予め定めた期間(第一期間)の終了時に最低セル電圧抽出値VCLとして抽出される。また、予め定めた期間(第一期間)における時間t2で最高セル電圧Vmaxが最高値を示しており、このときの電圧が予め定めた期間(第一期間)の終了時に最高セル電圧抽出値VCHとして抽出される。 The highest cell voltage extraction value VCH and the lowest cell voltage extraction value VCL are voltages of the highest value and the lowest value of the highest cell voltage Vmax and the lowest cell voltage Vmin in a predetermined period (first period). For example, in FIG. 6, the lowest cell voltage Vmin indicates the lowest value at time t1 in a predetermined period (first period), and the voltage at this time is at least at the end of the predetermined period (first period). It is extracted as a cell voltage extraction value VCL. Further, the highest cell voltage Vmax shows the highest value at time t2 in a predetermined period (first period), and the highest cell voltage extraction value VCH at the end of the predetermined period (first period) at this time Extracted as
最高総電圧抽出値VTH及び最低総電圧抽出値VTLは、予め定めた期間(第一期間)における総電圧VTの最高値及び最低値の電圧である。例えば、図6においては、予め定めた期間(第一期間)における時間t1で総電圧VTが最低値を示しており、このときの電圧が予め定めた期間(第一期間)の終了時に最低総電圧抽出値VTLとして抽出される。また、予め定めた期間(第一期間)における時間t2で総電圧VTが最高値を示しており、このときの電圧が予め定めた期間(第一期間)の終了時に最高総電圧抽出値VTHとして抽出される。 The highest total voltage extraction value VTH and the lowest total voltage extraction value VTL are voltages of the highest value and the lowest value of the total voltage VT in a predetermined period (first period). For example, in FIG. 6, the total voltage VT indicates the lowest value at time t1 in a predetermined period (first period), and the minimum voltage at this time is at the end of the predetermined period (first period). It is extracted as a voltage extraction value VTL. Also, the total voltage VT shows the highest value at time t2 in a predetermined period (first period), and the voltage at this time is taken as the highest total voltage extraction value VTH at the end of the predetermined period (first period) It is extracted.
なお、蓄電装置16は複数の電池セルC1〜C96を多直列接続して構成されているため、充放電される電流は全電池セルC1〜C96で同値と考えることができる。したがって、最低セル電圧抽出値VCLが抽出されるタイミングと最低総電圧抽出値VTLが抽出されるタイミングはほぼ同時(図6中の時間t1)と考えることができる。また、同様に、最高セル電圧抽出値VCHと最高総電圧抽出値VTHの抽出タイミングもほぼ同時(図6中の時間t2)であると考えることができる。
Since
図7は、電圧情報抽出部の処理機能のうち、最高セル電圧抽出部の処理機能を代表して示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart representing the processing function of the highest cell voltage extraction unit among the processing functions of the voltage information extraction unit.
図7において、電圧情報抽出部210の最高セル電圧抽出部211は、システム状態判定部240で判定されたシステム状態がOFF状態(システム停止状態)からON状態(システム稼動状態)に切り換わる、すなわち、ハイブリッドショベル100のシステムが起動されると、ハイブリッドショベル100の一稼動日中における初回の起動であるかどうかを判定し(ステップS211)、判定結果がYESの場合には記憶部に記憶されている情報をリセットする(すなわち、記憶部格納値Vz=0とする)(ステップS212)。
In FIG. 7, the highest cell
ステップS211での判定結果がNOの場合、又は、ステップS212の処理が終了した場合には、続いて、複数の電池セルC1〜C96のうち、その時点における最高値の電圧を示す電池セルの電圧値(すなわち、最高セル電圧Vmax)を取得し(ステップS213)、ステップS213で取得した最高セル電圧Vmaxが記憶部に記憶された情報(記憶部格納値Vz)以上であるかどうかを判定する(ステップS214)。ステップS214での判定結果がYESの場合には、ステップS213で取得した最高セル電圧Vmaxを記憶部に記憶された情報(記憶部格納値Vz)に上書きする(ステップS215)。 If the determination result in step S211 is NO, or if the process of step S212 is completed, subsequently, among the plurality of battery cells C1 to C96, the voltage of the battery cell showing the voltage of the highest value at that time A value (that is, the highest cell voltage Vmax) is acquired (step S213), and it is determined whether the highest cell voltage Vmax acquired in step S213 is equal to or higher than the information stored in the storage unit (storage unit storage value Vz) Step S214). If the determination result in step S214 is YES, the highest cell voltage Vmax acquired in step S213 is overwritten on the information (storage unit storage value Vz) stored in the storage unit (step S215).
ステップS214での判定結果がNOの場合、又は、ステップS215の処理が終了した場合には、続いて、システム状態判定部240で判定されたシステム状態がOFF状態(システム停止状態)であるかどうかを判定し(ステップS216)、判定結果がNOの場合、すなわち、システム稼動状態である場合には、判定結果がYESになるまで、すなわち、システム停止状態になるまで、ステップS213〜S215の処理を繰り返す。
If the determination result in step S214 is NO, or if the process of step S215 ends, subsequently, whether the system state determined by the system
また、ステップS216での判定結果がYESの場合には、記憶部格納値(Vz)を最高セル電圧抽出値VCHとして判定参照値演算部220に出力し(ステップS217)、処理を終了する。
If the determination result in step S216 is YES, the storage unit storage value (Vz) is output to the determination reference
電圧情報抽出部210を構成する最高セル電圧抽出部211以外の最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、最低総電圧抽出部214についても同様の処理を行う。例えば、最高総電圧抽出部213の処理では、図7のフローチャートにおいて最高セル電圧Vmaxを総電圧VTに置き換え、最高セル電圧抽出部211とは異なる記憶部格納値を用いた処理を行う。また、最低セル電圧抽出部212及び最低総電圧抽出部214の処理では、図7のフローチャートにおいて最高セル電圧Vmaxを最低セル電圧Vmin及び総電圧VTにそれぞれ置き換え、他の抽出部とは異なる記憶部格納値を用いるとともに、ステップS214の不等号を逆の処理として、すなわち、Vmin≦Vz及びVT≦Vzとして処理を行う。
The same processing is performed for the lowest cell
図8は、システム状態判定部で判定されるシステム状態の変化の一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the change of the system state determined by the system state determination unit.
図8では、第1日目において、システム状態がシステム停止状態からシステム稼動状態に切り換わり(起動)、その後、システム稼動状態からシステム停止状態に切り換わる(停止)こと、すなわち、システムの起動と停止を2回繰り返している場合を示している。同様に、第2日目においてはシステムが起動され、第3日目に一度停止された後、さらに、起動と停止を行った場合を示している。 In FIG. 8, on the first day, the system state switches from the system stop state to the system operation state (start), and then switches from the system operation state to the system stop state (stop), that is, system start. It shows the case where the stop is repeated twice. Similarly, on the second day, the system is started, and once stopped on the third day, the case where the start and stop are further performed is shown.
最高セル電圧抽出部211、最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、及び最低総電圧抽出部214において、予め定めた期間(第一期間)とは、ハイブリッドショベル100の一稼動日中における最初のシステム稼動時から各システム停止時までと定義する。すなわち、一稼動日中に稼動と停止を複数回繰り返す場合には、最初のシステム稼動時から各システム停止時までがそれぞれ第一期間となる。ただし、一稼動日中に最初のシステム稼動時と最後のシステム停止時が無い場合は、最初のシステム稼動時後、最初のシステム停止時までを第一期間とする。
In the highest cell
最高セル電圧抽出部211、最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、及び最低総電圧抽出部214は、予め定めた期間(第一期間)の開始時、すなわち、図8における時間R1,R2,R3で記憶部格納値をリセットし(図7のステップS212参照)、時間S1,S2,S3,S4で抽出値を出力する(図7のステップS217参照)。なお、最高セル電圧抽出部211、最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、及び最低総電圧抽出部214は、ハイブリッドコントローラ20が有するシステム時刻等から日時情報を容易に取得可能である。また、処理上の日付の切り替わる時刻は、例えば22時、2時など、毎日決まった時刻であれば必ずしも午前零時でなくてもよい。
The highest cell
判定参照値演算部220は、最高セル電圧抽出部211、最低セル電圧抽出部212、最高総電圧抽出部213、及び最低総電圧抽出部214からそれぞれ出力される最高セル電圧抽出値VCH、最低セル電圧抽出値VCL、最低総電圧抽出値VTL、及び最高総電圧抽出値VTHを受信する度に、以下の(式1)及び(式2)に基づいて、判定参照値A及び判定参照値Bを演算する。
A=VCH−(VTH/N) ・・・(式1)
B=(VTL/N)−VCL ・・・(式2)
The determination reference
A = VCH- (VTH / N) (Equation 1)
B = (VTL / N) -VCL (Equation 2)
ここで、Nは、蓄電装置16の組電池16Aを構成する電池セルC1〜C96の数であり、例えば、本実施の形態においてはN=96(個)である。
Here, N is the number of battery cells C1 to C96 constituting the
図9は、異常判定部の処理機能を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the processing function of the abnormality determination unit.
図9において、異常判定部230は、判定参照値演算部220から出力された判定参照値A,Bを読み込み(ステップS231)、判定参照値Aが予め定めた閾値Ath以上であり、かつ、判定参照値Bが予め定めた閾値Bth以上であるかどうかを判定する(ステップS232)。ステップS231での判定結果がYESの場合には、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の少なくとも1つに内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)が発生したと判定し、内部抵抗異常の発生を示すフラグ(異常フラグ)をモニタ5C及び出力指令部270に出力して(ステップS233)、処理を終了する。また、ステップS231での判定結果がNOの場合には、組電池16Aにおいて内部抵抗異常は発生してないと判定し、処理を終了する。
In FIG. 9, the
モニタ5Cは、異常判定部230から異常フラグが出力されると、蓄電装置16(正確には蓄電装置16の組電池16Aの電池セルC1〜C96)に内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)が発生したとする情報を表示してオペレータに報知する。また、出力指令部270は、異常判定部230から異常フラグが出力されると、蓄電装置16の充放電電力が低減されるようにエンジンコントローラ12及びインバータ15への制御指令を演算して出力する。
When monitor 5C outputs an abnormality flag from
ここで、内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)の判定原理について説明する。 Here, the determination principle of internal resistance abnormality (reversible resistance increase) will be described.
判定参照値演算部220で算出される判定参照値A,Bは、通常(つまり、正常時)は演算される度に大きく変化しない。しかし、組電池16Aを構成する複数の電池セルC1〜C96のうち、特定の電池セルの内部抵抗が大きくなる(すなわち、可逆抵抗上昇などの内部抵抗異常が発生する)と判定参照値A,Bともに値が大きくなる。すなわち、特定の電池セルの内部抵抗が大きくなると、電流通電時の当該電池セルの電圧の変動も大きくなるため、上記(式1)の最高セル電圧抽出値VCHが正常時に比べて高い値をとることになる。一方、最高総電圧抽出値VTHも最高セル電圧抽出値VCHの増分だけ大きくなるが、組電池16Aを構成する複数の電池セルC1〜C96の数Nで除算されるため、(VTH/N)の増加分はわずかとなる。したがって、特定の電池セルの内部抵抗が大きくなると判定参照値Aが大きくなる。同様に、特定の電池セルの内部抵抗が大きくなると判定参照値Bもまた値が大きくなる。したがって、異常判定部230で判定参照値A,Bを日々モニタすることで、特定の電池セルの内部抵抗上昇を検知することができる。
The determination reference values A and B calculated by the determination reference
図10は、判定参照値の日付毎の変動の一例を模式的に示す図であり、縦軸に判定参照値を、横軸に日付をそれぞれ示している。 FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of the date-to-date variation of the determination reference value, in which the vertical axis represents the determination reference value and the horizontal axis represents the date.
図10において、判定参照値A,Bは、演算される度にその値は増減するが、例えば、日付Dにおける判定参照値A,Bのように、特定の電池セルの内部抵抗が急激に大きくなると、判定参照値A,Bともに極端にその値が大きくなる。このような場合に、判定参照値A,Bが予め定めた閾値Ath,Bthをそれぞれ同時に超えたとすると、内部抵抗異常が発生したと判定することができる。 In FIG. 10, the determination reference values A and B increase and decrease each time they are calculated, but for example, as in the case of the determination reference values A and B on the date D, the internal resistance of a specific battery cell is rapidly large. Then, the judgment reference values A and B both become extremely large. In such a case, when the determination reference values A and B simultaneously exceed predetermined threshold values Ath and Bth, respectively, it can be determined that an internal resistance abnormality has occurred.
次に、閾値Ath,Bthの設定方法について説明する。 Next, a method of setting the thresholds Ath and Bth will be described.
ここでは、閾値Athを例にとり、その値の設定方法の一例を説明する。閾値Athは蓄電装置16に含まれる電池セルC1〜C96の基本特性や多直列接続された電池セルの数、蓄電装置16にかかる充放電負荷電流の大きさなどに応じて定められる。例えば、蓄電装置16が100個の電池セルを多直列接続して構成され、各電池セルの定格電圧を3.6V、異常のない正常の電池セルの内部抵抗を3mΩとした場合を考える。なお、これらの値は、蓄電装置16の内部構成や電池セルの基礎特性等から予め知ることができる数値である。また、ハイブリッドショベル100(ハイブリッド式建設機械)が日々使用される中で、蓄電装置16に充放電される電流値もまた予め知ることができ、ここでは、充電電流が100Aである場合の各電池セルの電圧や総電圧を考える。
Here, taking the threshold Ath as an example, an example of a method of setting the value will be described. Threshold value Ath is determined according to the basic characteristics of battery cells C1 to C96 included in
各電池セルの閉回路電圧が3.6Vで、充電電流100Aの場合に最高セル電圧抽出値VCHを記録するとした場合、内部抵抗が3mΩのセルの開回路電圧は3.9Vとなる。しかし、内部抵抗が例えば正常時の1.4倍の電池セル、すなわち、内部抵抗が4.2mΩの電池セル(すなわち、内部抵抗異常が発生した異常セル)が1つ発生した場合、その電池セルの開回路電圧は4.02Vとなり、これが最高セル電圧抽出値VCHとなる。このような条件下で上記(式1)によって判定参照値Aを求めると、参照判定値A≒0.119Vとなる。同様に、異常セルの内部抵抗が正常時の1.3倍であった場合の判定参照値Aを算出すると、判定参照値A≒0.089Vとなる。したがって、内部抵抗異常が生じた電池セルの内部抵抗が正常な電池セルの1.3倍から1.4倍に増加したときに異常と判定すると決めた場合、例えば、閾値Ath=0.1Vに設定すればよい。なお、電池セルの内部抵抗値の正常/異常の範囲は、用いる電池セルの仕様等から求められる。 Assuming that the closed circuit voltage of each battery cell is 3.6 V and the maximum cell voltage extraction value VCH is recorded when the charging current is 100 A, the open circuit voltage of the cell having an internal resistance of 3 mΩ is 3.9 V. However, if one battery cell with an internal resistance of, for example, 1.4 times normal, ie, one battery cell with an internal resistance of 4.2 mΩ (ie, an abnormal cell in which an internal resistance abnormality has occurred), that battery cell The open circuit voltage of is 4.02 V, which is the highest cell voltage extraction value VCH. When the determination reference value A is obtained by the above (Equation 1) under such conditions, the reference determination value A ≒ 0.119 V is obtained. Similarly, when the determination reference value A when the internal resistance of the abnormal cell is 1.3 times that in the normal state is calculated, the determination reference value A 参照 0.089 V. Therefore, when it is determined that the internal resistance abnormality of the battery cell in which the internal resistance abnormality has occurred is determined to be abnormal when the internal resistance increases from 1.3 times to 1.4 times that of the normal battery cell, for example, the threshold Ath = 0.1V. It should be set. The normal / abnormal range of the internal resistance value of the battery cell can be obtained from the specification or the like of the battery cell to be used.
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。 The effects of the present embodiment configured as described above will be described.
二次電池では一般に、電流の充放電や保存に伴う経年劣化として、その内部抵抗が上昇するという特性が知られている。このような抵抗上昇は通常、不可逆的な抵抗上昇(以下、不可逆抵抗上昇と称する)である。一方、ある種の二次電池では、電池の容量に対して大電流の充放電が継続して実施された場合には、通常の不可逆抵抗上昇とは異なる、可逆的な抵抗上昇(以下、可逆抵抗上昇と称する)が発生する場合があり、この可逆抵抗上昇が発生している状態で充放電を行うと、二次電池の劣化が促進されるということが報告されている。 In the secondary battery, generally, the characteristic that the internal resistance is increased is known as the aged deterioration caused by the charge and discharge of the current and the storage. Such an increase in resistance is usually an irreversible increase in resistance (hereinafter referred to as an irreversible increase in resistance). On the other hand, in some secondary batteries, if charging and discharging of a large current is continuously carried out with respect to the capacity of the battery, a reversible increase in resistance (hereinafter referred to as "reversibility") different from the normal irreversible resistance increase. It is reported that if charging / discharging is performed in a state where the increase in the reversible resistance is occurring, deterioration of the secondary battery is promoted.
ハイブリッド式建設機械向けの二次電池では、ハイブリッド式自動車向け二次電池などに比べて大電流の充放電が継続される傾向が強く、可逆抵抗上昇が発生しやすい状況での使用が想定される。そこで、従来技術として、二次電池の可逆抵抗上昇を検出して、劣化の促進を抑制するように制御するものが考えられている。 With secondary batteries for hybrid construction machines, charging and discharging of large current is more likely to be continued as compared with secondary batteries for hybrid vehicles, etc., and it is expected that use in situations where reversible resistance increase is likely to occur . Therefore, as a prior art, there has been considered a control that detects an increase in the reversible resistance of the secondary battery to suppress acceleration of deterioration.
しかしながら、従来技術においては、複数の電池セルが多直列接続された組電池構成の蓄電システムへの適用が困難である。すなわち、上記従来技術においては、組電池構成の蓄電システムを1つの蓄電池として見た場合に、その蓄電池を構成する複数の電池セルに一様に可逆抵抗上昇が発生した場合には検知可能であるが、組電池構成の一部の電池セルに発生する可逆抵抗上昇を検知することについては考慮されていない。したがって、組電池構成の一部の電池セルでの可逆抵抗上昇の発生を検知せず、可逆抵抗上昇が発生した状態のまま継続して電池を充放電してしまうと、その電池セルの劣化が促進してしまうことが懸念される。 However, in the prior art, it is difficult to apply the storage battery configuration in which a plurality of battery cells are connected in multiple series to a storage system. That is, in the above-mentioned prior art, when the storage system of the assembled battery configuration is viewed as one storage battery, it is possible to detect when the reversible resistance rise occurs uniformly in a plurality of battery cells constituting the storage battery. However, it is not considered to detect the increase in reversible resistance that occurs in some battery cells of the battery assembly configuration. Therefore, if the battery is continuously charged and discharged in a state where the increase in reversible resistance is generated without detecting the occurrence of the increase in reversible resistance in some of the battery cells of the assembled battery configuration, the battery cell is degraded. There is concern that it will be promoted.
これに対して本実施の形態においては、エンジン11と、力行時にエンジンの動力をアシストし、回生時に発電する電動発電機14と、エンジン11により駆動される油圧ポンプ17と、蓄電装置16と、電動発電機14と蓄電装置16の間の電力の授受を制御するインバータ15と、インバータ15の動作を制御するハイブリッドコントローラ20とを備えたハイブリッドショベル100において、蓄電装置16は、多直列接続された複数の電池セルC1〜C96により構成された組電池16Aと、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の総電圧VTと各電池セルの電圧とを監視するバッテリコントローラ16Cとを備え、ハイブリッドコントローラ20は、バッテリコントローラ16Cの監視結果から、複数の電池セルの総電圧VTの予め定めた第一期間内における最高値である最高総電圧抽出値VTHおよび最低値である最低総電圧抽出値VTLと、複数の電池セルのうちある時点における最高値の電圧を示す電池セルの電圧である最高セル電圧Vmaxの予め定めた第一期間内における最高値である最高セル電圧抽出値VCHと、複数の電池セルのうちある時点における最低値の電圧を示す電池セルの電圧である最低セル電圧Vminの予め定めた第一期間内における最低値である最低セル電圧抽出値VCLとを抽出する電圧情報抽出部210と、電圧情報抽出部210で抽出された最高総電圧抽出値VTH、最低総電圧抽出値VTL、最高セル電圧抽出値VCH、及び最低セル電圧抽出値VCLに基づいて、蓄電装置の複数の電池セルの内部抵抗異常を判定するための少なくとも1つの判定参照値A,Bを演算する判定参照値演算部220と、判定参照値演算部220で演算された少なくとも1つの判定参照値A,Bが予め定めた閾値Ath,Bth以上となった場合に、組電池16Aの複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が生じたと判定する異常判定部230とを有するように構成したので、複数の電池セルC1〜C96が多直列接続された組電池構成に含まれる一部の電池セルの可逆抵抗上昇を検知することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the engine 11, the
また、蓄電装置を構成する電池セルの劣化を抑制し、長寿命化を実現することができ、蓄電装置を用いるハイブリッド式建設機械の蓄電システムの信頼性を向上することができる。 In addition, deterioration of the battery cells constituting the power storage device can be suppressed, and life extension can be realized, and the reliability of the power storage system of the hybrid type construction machine using the power storage device can be improved.
なお、本実施の形態においては、2つの判定参照値A,Bを演算し、判定演算値A,Bの両方がそれぞれ閾値Ath,Bthを越えた場合に、内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)の発生を判定するように構成したがこれに限られず、少なくとも一方の判定演算値が閾値を越えた場合に内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)の発生を判定するように構成しても良い。 In the present embodiment, two determination reference values A and B are calculated, and when both determination calculation values A and B exceed thresholds Ath and Bth, respectively, internal resistance abnormality (reversible resistance increase) is caused. However, the present invention is not limited to this, and may be configured to determine the occurrence of internal resistance abnormality (reversible resistance increase) when at least one determination calculation value exceeds a threshold.
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図11〜図13を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and in the drawings, the same members as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
本実施の形態は、判定参照値の変化量に基づいて内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)の発生を判定するよう構成したものである。 The present embodiment is configured to determine the occurrence of internal resistance abnormality (reversible resistance increase) based on the amount of change of the determination reference value.
図11は、ハイブリッドコントローラの詳細を関連構成とともに示す機能ブロック図である。 FIG. 11 is a functional block diagram showing the details of the hybrid controller together with the related configuration.
図11において、ハイブリッドコントローラ20Aは、バッテリコントローラ16Cの監視結果から予め定めた複数の条件下でそれぞれ取得された電圧値を抽出する電圧情報抽出部210と、電圧情報抽出部210で抽出された複数の電圧値に基づいて、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)を判定するための少なくとも1つの判定参照値A,Bを算出する判定参照値演算部220と、判定参照値演算部220で演算された判定参照値を記憶する演算値記憶部260と、判定参照値演算部220で演算された判定参照値A,B及び演算値記憶部260に記憶された判定参照値A0,B0に基づいて、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の少なくとも1つに生じた内部抵抗異常を判定する異常判定部230Aと、キャビン5に配置された起動スイッチ5Dの状態に基づいて、ハイブリッド式油圧回路システム30を含むハイブリッドショベル100全体の稼動状態(システム状態と称する)を判定するシステム状態判定部240と、異常判定部230Aでの判定結果に基づいて、ECU12やインバータ15の出力調整を行う出力指令部270とを有している。
In FIG. 11, the
演算値記憶部260は、判定参照値演算部220で演算された判定参照値A,Bを記憶するものであり、ハイブリッドショベル100の1稼動日以前の判定参照値A,Bの最終値が判定参照値A0,B0として記憶されている。すなわち、演算値記憶部260の判定参照値A0,B0には、日付が変わる度に、その前日以前に最後に演算された判定参照値A,Bが上書きされることとなる。
The calculation
図12は、異常判定部の処理機能を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing the processing function of the abnormality determination unit.
図12において、異常判定部230Aは、判定参照値演算部220から出力された判定参照値A,Bを読み込むとともに(ステップS251)、演算値記憶部260判定参照値A0,B0を読み込む(ステップS252)。続いて、参照判定値変化量ΔA(=A−A0),ΔB(=B−B0)を演算し(ステップS253)、判定参照値変化量ΔAが予め定めた閾値ΔAth以上であり、かつ、判定参照値変化量ΔBが予め定めた閾値ΔBth以上であるかどうかを判定する(ステップS254)。ステップS254での判定結果がYESの場合には、組電池16Aの複数の電池セルC1〜C96の少なくとも1つに内部抵抗異常(可逆抵抗上昇)が発生したと判定し、内部抵抗異常の発生を示すフラグ(異常フラグ)をモニタ5C及び出力指令部270に出力して(ステップS255)、処理を終了する。また、ステップS254での判定結果がNOの場合には、組電池16Aにおいて内部抵抗異常は発生してないと判定し、処理を終了する。
12,
図13は、判定参照値変化量の日付毎の変動の一例を模式的に示す図であり、縦軸に判定参照値変化量を、横軸に日付をそれぞれ示している。 FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of the date-to-date variation of the determination reference value change amount, in which the vertical axis represents the determination reference value change amount and the horizontal axis represents the date.
図13において、判定参照値変化量ΔA,ΔBは、演算される度にその値は増減するが、例えば、日付Dにおける判定参照値変化量ΔA,ΔBのように、特定の電池セルの内部抵抗が前回稼動時よりも急激に大きくなると、判定参照値変化量ΔA,ΔBともに極端にその値が大きくなる。このような場合に、判定参照値変化量ΔA,ΔBが予め定めた閾値ΔAth,ΔBthをそれぞれ同時に超えたとすると、内部抵抗異常が発生したと判定することができる。 In FIG. 13, the determination reference value change amounts ΔA and ΔB increase and decrease as the calculation is performed, but the internal resistance of a specific battery cell, for example, as in the determination reference value change amounts ΔA and ΔB on date D. Becomes sharply larger than the previous operation time, the determination reference value change amounts ΔA and ΔB both become extremely large. In such a case, when the determination reference value change amounts ΔA and ΔB simultaneously exceed predetermined threshold values ΔAth and ΔBth, respectively, it can be determined that an internal resistance abnormality has occurred.
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 The other configuration is the same as that of the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The same effect as that of the first embodiment can be obtained also in the present embodiment configured as described above.
また、判定参照値の変化量に基づいて、内部抵抗異常の発生を判定しているので、電流の充放電や保存に伴う経年劣化としての内部抵抗の上昇の判定結果への影響を抑制することができ、通常の不可逆抵抗上昇とは異なる、可逆的な抵抗上昇(以下、可逆抵抗上昇と称する)の発生をより正確に判定することができる。 In addition, since the occurrence of internal resistance abnormality is determined based on the amount of change of the determination reference value, suppressing the influence on the determination result of the increase in internal resistance as aged deterioration due to charge and discharge of current and storage. It is possible to more accurately determine the occurrence of reversible resistance rise (hereinafter referred to as reversible resistance rise) different from ordinary irreversible resistance rise.
次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。 Next, the features of the above-described embodiments will be described.
(1)上記の実施の形態では、エンジン11と、力行時に前記エンジンの動力をアシストし、回生時に発電する電動発電機14と、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプ17と、蓄電装置16と、前記電動発電機と前記蓄電装置の間の電力の授受を制御するインバータ15と、前記インバータの動作を制御するハイブリッドコントローラ20;20Aとを備えたハイブリッド式建設機械(例えば、ハイブリッドショベル100)において、前記蓄電装置は、多直列接続された複数の電池セルC1〜C96により構成された組電池16Aと、前記組電池の複数の電池セルの総電圧と各電池セルの電圧とを監視するバッテリコントローラ16Cとを備え、前記ハイブリッドコントローラは、前記バッテリコントローラの監視結果から、前記複数の電池セルの総電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高総電圧抽出値VTHおよび最低値である最低総電圧抽出値VTLと、前記複数の電池セルのセル電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高セル電圧抽出値VCHおよび最低値である最低セル電圧抽出値VCLとを抽出する電圧情報抽出部210と、前記電圧情報抽出部で抽出された最高総電圧抽出値、最低総電圧抽出値、最高セル電圧抽出値、及び最低セル電圧抽出値に基づいて、前記蓄電装置の複数の電池セルの内部抵抗異常を判定するための少なくとも1つの判定参照値A,Bを演算する判定参照値演算部220と、前記判定参照値演算部で演算された前記少なくとも1つの判定参照値が予め定めた閾値Ath,Bth以上である場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が生じたと判定する異常判定部230;230Aとを有するものとする。
(1) In the above embodiment, the engine 11, the
これにより、複数の電池セルC1〜C96が多直列接続された組電池構成に含まれる一部の電池セルの可逆抵抗上昇を検知することができる。 Thereby, the reversible resistance increase of a part of battery cells included in the assembled battery configuration in which the plurality of battery cells C1 to C96 are connected in multiple series can be detected.
(2)また、上記の実施の形態では、(1)のハイブリッド式建設機械において、前記判定参照値演算部220は、前記最高セル電圧抽出値から前記最高総電圧抽出値を前記複数の電池セルの数で除した値を減じた値である第一判定参照値と、前記最低総電圧抽出値を前記複数の電池セルの数で除した値から前記最低セル電圧抽出値を減じた値である第二判定参照値とを算出し、前記異常判定部は、前記第一判定参照値が予め定めた第一閾値以上の場合と前記第二判定参照値が予め定めた第二閾値以上の場合の少なくとも一方の場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が発生したと判定するものとする。
(2) Further, in the above-described embodiment, in the hybrid type construction machine of (1), the determination reference
(3)また、上記の実施の形態では、(1)のハイブリッド式建設機械において、前記第一期間よりも前であって、かつ、最後に前記判定参照値演算部で演算された第一判定参照値及び第二判定参照値を記憶する記憶部(例えば、演算値記憶部260)を備え、前記異常判定部230Aは、前記記憶部に記憶された前記第一判定参照値に対する前記第一期間の第一判定参照値Aの変化量ΔAが予め定めた第三閾値ΔAth以上の場合と前記記憶部に記憶された前記第二判定参照値に対する前記第一期間の第二判定参照値Bの変化量ΔBが予め定めた第四閾値ΔBth以上の場合の少なくとも一方の場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が発生したと判定するものとする。
(3) Further, in the above embodiment, in the hybrid construction machine of (1), the first determination is performed before the first period and finally calculated by the determination reference value calculation unit. The storage unit (for example, the calculation value storage unit 260) for storing the reference value and the second determination reference value, and the
これにより、電流の充放電や保存に伴う経年劣化としての内部抵抗の上昇の判定結果への影響を抑制することができ、通常の不可逆抵抗上昇とは異なる、可逆的な抵抗上昇(以下、可逆抵抗上昇と称する)の発生をより正確に判定することができる。 Thereby, it is possible to suppress the influence on the determination result of the increase in internal resistance as aged deterioration due to charge and discharge of current and storage, and a reversible increase in resistance different from the ordinary increase in irreversible resistance (hereinafter, reversible The occurrence of a resistance increase can be determined more accurately.
<付記>
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
<Supplementary Note>
The present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications and combinations within the scope not departing from the gist of the present invention. Further, the present invention is not limited to the one provided with all the configurations described in the above embodiment, but also includes one in which a part of the configuration is deleted. In addition, each of the configurations, functions, and the like described above may be realized by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, each configuration, function, etc. described above may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.
2…下部走行体、2A,2A1,2A2…走行用油圧モータ(油圧アクチュエータ)、2B1,2B2…クローラフレーム、2C1,2C2…クローラ、3…上部旋回体、3a…旋回フレーム、3A…旋回装置、3A1…旋回用油圧モータ、4…フロント作業機、4a…ブームシリンダ、4A…ブーム、4b…アームシリンダ、4B…アーム、4c…バケットシリンダ、4C…バケット、5…キャビン、5A…操作レバー装置、5B…ゲートロックレバー装置、5C…モニタ、5D…起動スイッチ、6…カウンタウェイト、7…原動機室、11…エンジン、12…エンジンコントローラ、13…補機負荷、14…電動発電機、15…インバータ、16…蓄電装置、16A…組電池、16B…電流センサ、16C…バッテリコントローラ、16D…電圧センサ、17…油圧ポンプ、18…コントロールバルブ、20,20A…ハイブリッドコントローラ、24…減速機構、30…ハイブリッド式油圧回路システム、50…操作システム、100…ハイブリッドショベル、210…電圧情報抽出部、211…最高セル電圧抽出部、212…最低セル電圧抽出部、213…最高総電圧抽出部、214…最低総電圧抽出部、220…判定参照値演算部、230,230A…異常判定部、240…システム状態判定部、260…演算値記憶部、270…出力指令部、電池セルC1〜C26、電池モジュールM1〜M8、セルコントローラCC1〜CC8
2: Lower traveling body, 2A, 2A1, 2A2 ... Hydraulic motor for traveling (hydraulic actuator), 2B1, 2B2 ... Crawler frame, 2C1, 2C2 ... Crawler, 3: Upper revolving body, 3a ... Rotating frame, 3A ... Rotating device, 3A1 ... hydraulic motor for turning, 4 ... front work machine, 4a ... boom cylinder, 4A ... boom, 4b ... arm cylinder, 4B ... arm, 4c ... bucket cylinder, 4C ... bucket, 5 ... cabin, 5A ... operation lever device, 5B: Gate lock lever device, 5C: Monitor, 5D: Start switch, 6: Counter weight, 7: Motor room, 11: Engine, 12: Engine controller, 13: Auxiliary machine load, 14: Motor generator, 15: Inverter , 16: power storage device, 16A: assembled battery, 16B: current sensor, 16C: battery controller, 16 ... Voltage sensor, 17 ... Hydraulic pump, 18 ... Control valve, 20, 20 A ... Hybrid controller, 24 ... Deceleration mechanism, 30 ... Hybrid type hydraulic circuit system, 50 ... Operation system, 100 ... Hybrid shovel, 210 ... Voltage information extraction unit 211: maximum cell voltage extraction unit 212: minimum cell voltage extraction unit 213: maximum total voltage extraction unit 214: minimum total voltage extraction unit 220: determination reference
Claims (3)
力行時に前記エンジンの動力をアシストし、回生時に発電する電動発電機と、
前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
蓄電装置と、
前記電動発電機と前記蓄電装置の間の電力の授受を制御するインバータと、
前記インバータの動作を制御するハイブリッドコントローラとを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電装置は、
多直列接続された複数の電池セルにより構成された組電池と、
前記組電池の複数の電池セルの総電圧と各電池セルの電圧とを監視するバッテリコントローラとを備え、
前記ハイブリッドコントローラは、
前記バッテリコントローラの監視結果から、前記複数の電池セルの総電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高総電圧抽出値および最低値である最低総電圧抽出値と、前記複数の電池セルのセル電圧の予め定めた第一期間内における最高値である最高セル電圧抽出値および最低値である最低セル電圧抽出値とを抽出する電圧情報抽出部と、
前記電圧情報抽出部で抽出された最高総電圧抽出値、最低総電圧抽出値、最高セル電圧抽出値、及び最低セル電圧抽出値に基づいて、前記蓄電装置の複数の電池セルの内部抵抗異常を判定するための少なくとも1つの判定参照値を演算する判定参照値演算部と、
前記判定参照値演算部で演算された前記少なくとも1つの判定参照値が予め定めた閾値以上である場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が生じたと判定する異常判定部と
を有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 With the engine,
A motor generator that assists the power of the engine during power running and generates power during regeneration;
A hydraulic pump driven by the engine;
A storage device,
An inverter for controlling transfer of electric power between the motor generator and the storage device;
And a hybrid controller for controlling the operation of the inverter.
The storage device is
An assembled battery constituted by a plurality of battery cells connected in multiple series;
A battery controller monitoring a total voltage of the plurality of battery cells of the assembled battery and a voltage of each battery cell;
The hybrid controller
From the monitoring results of the battery controller, the highest total voltage extraction value which is the highest value in the first predetermined period of the total voltage of the plurality of battery cells and the lowest total voltage extraction value which is the lowest value A voltage information extraction unit for extracting the highest cell voltage extraction value which is the highest value and the lowest cell voltage extraction value which is the lowest value in the first predetermined period of the cell voltage of the cell;
Based on the highest total voltage extraction value, the lowest total voltage extraction value, the highest cell voltage extraction value, and the lowest cell voltage extraction value extracted by the voltage information extraction unit, internal resistance abnormalities of the plurality of battery cells of the power storage device are A determination reference value calculation unit that calculates at least one determination reference value for determination;
An abnormality that determines that internal resistance abnormality has occurred in at least one of the plurality of battery cells of the assembled battery when the at least one determination reference value calculated by the determination reference value calculation unit is equal to or greater than a predetermined threshold A hybrid-type construction machine characterized by having a determination unit.
前記判定参照値演算部は、前記最高セル電圧抽出値から前記最高総電圧抽出値を前記複数の電池セルの数で除した値を減じた値である第一判定参照値と、前記最低総電圧抽出値を前記複数の電池セルの数で除した値から前記最低セル電圧抽出値を減じた値である第二判定参照値とを算出し、
前記異常判定部は、前記第一判定参照値が予め定めた第一閾値以上の場合と前記第二判定参照値が予め定めた第二閾値以上の場合の少なくとも一方の場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が発生したと判定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 In the hybrid construction machine according to claim 1,
The determination reference value calculation unit is a first determination reference value that is a value obtained by subtracting a value obtained by dividing the highest total voltage extraction value by the number of the plurality of battery cells from the highest cell voltage extraction value, and the lowest total voltage Calculating a second determination reference value which is a value obtained by subtracting the lowest cell voltage extraction value from a value obtained by dividing the extraction value by the number of the plurality of battery cells;
The abnormality determination unit is configured to perform at least one of the case where the first determination reference value is greater than or equal to a predetermined first threshold and the case where the second determination reference value is greater than or equal to a predetermined second threshold. A hybrid construction machine characterized by determining that an internal resistance abnormality has occurred in at least one of a plurality of battery cells.
前記第一期間よりも前であって、かつ、最後に前記判定参照値演算部で演算された第一判定参照値及び第二判定参照値を記憶する記憶部を備え、
前記異常判定部は、前記記憶部に記憶された前記第一判定参照値に対する前記第一期間の第一判定参照値の変化量が予め定めた第三閾値以上の場合と前記記憶部に記憶された前記第二判定参照値に対する前記第一期間の第二判定参照値の変化量が予め定めた第四閾値以上の場合の少なくとも一方の場合に、前記組電池の複数の電池セルの少なくとも1つに内部抵抗異常が発生したと判定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。 In the hybrid construction machine according to claim 1,
And a storage unit that stores the first determination reference value and the second determination reference value that are calculated before the first period and finally at the determination reference value calculation unit.
The abnormality determination unit stores the change amount of the first determination reference value in the first period with respect to the first determination reference value stored in the storage unit in the storage unit and when the amount of change is equal to or more than a predetermined third threshold. At least one of the plurality of battery cells of the battery pack in at least one of the cases where the amount of change of the second determination reference value in the first period with respect to the second determination reference value is equal to or greater than a predetermined fourth threshold value. It is determined that an internal resistance abnormality has occurred in the hybrid construction machine.
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