JP2022080512A - 作業機械の制御装置、作業機械、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能な、作業機械の制御装置を得る。【解決手段】主制御装置５０は、インバータの状態量に基づいてバッテリ６２のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部９１と、バッテリ監視装置４９が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定した場合には、バッテリ監視装置４９によって算出された第１のＳＯＣを選択して出力し、正常に動作していないと判定した場合には、ＳＯＣ推定部９１によって推定された第２のＳＯＣを選択して出力するデータ選択部９２と、第１のＳＯＣ又は第２のＳＯＣに基づいて、作業動作に伴う負荷に応じた動力が得られるようにインバータを制御するパワー制御部９３と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、作業機械の制御装置、作業機械、及びプログラムに関する。

エンジンが生成する動力と電動機が生成する動力とを動力源として掘削、旋回、走行等の様々な作業動作を実行する、ハイブリッドショベル等のハイブリッド式作業機械が普及しつつある。ハイブリッド式作業機械において、電動機はインバータによって制御される。バッテリには、バッテリの状態を監視するためのバッテリ監視装置が接続される。バッテリ監視装置は、例えば、バッテリの電流、電圧、及び温度等に基づいてバッテリのＳＯＣ（State of Charge）を算出する。また、ハイブリッド式作業機械には、主制御装置（車体制御装置）が搭載されている。主制御装置は、バッテリのＳＯＣが所定の目標範囲内に収まるように、かつ、作業動作に伴う負荷に応じて電動機から必要な動力が得られるように、インバータを制御する。

下記特許文献１には、ハイブリッド自動車等の車両の電源装置が開示されている。当該電源装置は、バッテリと、当該バッテリの状態を管理する電源管理装置とを備える。電源管理装置は、バッテリの充放電電流を検出する充放電電流センサの検出値等に基づいて、バッテリのＳＯＣを推定する。充放電電流センサが故障した場合には、電源管理装置は、バッテリと電気負荷との間を流れる電気負荷稼働電流等に基づいて、バッテリのＳＯＣを推定する。

国際公開第２０１６／１６６８３３号

ハイブリッド式作業機械において、主制御装置は、バッテリ監視装置によって算出されたバッテリのＳＯＣに基づいて、インバータを制御する。ここで、バッテリ監視装置が故障した場合には、バッテリ監視装置から主制御装置にバッテリのＳＯＣデータが入力されない。そのため、バッテリ自体は正常であるにも拘わらず、主制御装置によるインバータの制御が停止され、電動機を動力源とする作業動作を実行できない可能性がある。例えば、旋回電動機を備えるハイブリッド式作業機械において、バッテリ監視装置の故障に起因して旋回電動機が動作不能となった場合には、旋回途中の不安定な姿勢の状態で上部旋回体が停止する可能性がある。その場合、作業現場において当該作業機械が他の作業機械の往来を妨害するのみならず、救援用のトラックへの当該作業機械の積載も困難となる。従って、たとえバッテリ監視装置が故障しても、バッテリ自体が正常である場合には、電動機を動力源とする作業動作を継続して（少なくとも緊急避難的に）実行可能とする対策が望まれる。

その対策として、通常のバッテリ監視装置に加えてこれと同一のバッテリ監視装置を予備的に実装し、通常のバッテリ監視装置が故障した場合には予備のバッテリ監視装置に切り替える方法が考えられる。しかし、複数のバッテリ監視装置を実装する必要があるため、装置が大型化するとともに、作業機械の製造コストが上昇する。

また、上記特許文献１に開示された電源装置によると、電源管理装置は、充放電電流センサが故障した場合には、電気負荷稼働電流に基づいてバッテリのＳＯＣを推定する。しかし、電源管理装置自体が故障した場合には、バッテリのＳＯＣを推定することができない。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能な、作業機械の制御装置、作業機械、及びプログラムを得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る作業機械の制御装置は、第１動力を生成するエンジンと、第２動力を生成する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部とを備える作業機械の制御装置であって、主制御装置と、前記バッテリの状態を示す第１状態量を取得し、取得した前記第１状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出したＳＯＣを含む監視情報を出力するバッテリ監視装置と、前記バッテリから前記電動機に供給される前記電力を操作することによって前記電動機の駆動を制御するインバータと、を備え、前記主制御装置は、前記インバータ内で検出された前記バッテリの充放電電流及び電圧値の少なくとも一方を含む、前記インバータの状態を示す第２状態量を取得し、取得した前記第２状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、前記バッテリ監視装置が正常に動作しているか否かを前記監視情報に基づいて判定し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定した場合には、前記バッテリ監視装置によって算出された前記バッテリのＳＯＣである第１のＳＯＣを選択して出力し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定した場合には、前記ＳＯＣ推定部によって推定された前記バッテリのＳＯＣである第２のＳＯＣを選択して出力する選択部と、前記選択部から出力された前記第１のＳＯＣ又は前記第２のＳＯＣに基づいて、前記作業動作に伴う負荷に応じた前記第２動力が得られるように前記インバータを制御する動力制御部と、を有する。

この態様によれば、バッテリ監視装置が正常に動作していない場合には、選択部は、ＳＯＣ推定部によって推定された第２のＳＯＣを選択して出力し、動力制御部は、当該第２のＳＯＣに基づいてインバータを制御する。しかも、ＳＯＣ推定部及び選択部は主制御装置が有するため、ＳＯＣ推定部及び選択部を実装するために主制御装置とは別のハードウェアを追加する必要がない。その結果、バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能となる。

上記態様において、前記第２状態量は前記充放電電流を含み、前記ＳＯＣ推定部は、前記インバータの直流母線を流れる前記バッテリの前記充放電電流の積算値に基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する。

この態様によれば、ＳＯＣ推定部は、バッテリの充放電電流の積算値に基づく推定手法（電流積算法）を用いることにより、第２のＳＯＣを簡易に推定することが可能となる。

上記態様において、前記ＳＯＣ推定部はデータ保持部を有し、前記ＳＯＣ推定部は、前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定された場合には、前記バッテリ監視装置から前記第１のＳＯＣを取得して、当該第１のＳＯＣの値を前記データ保持部に保持し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定された場合には、前記データ保持部が保持している前記第１のＳＯＣの値と、前記バッテリの前記充放電電流の前記積算値とに基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する。

この態様によれば、バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定された場合には、ＳＯＣ推定部は、バッテリ監視装置が正常に動作している時に取得した第１のＳＯＣの値を用いて、バッテリの充放電電流の積算値に基づいて第２のＳＯＣを推定することができる。これにより、バッテリ監視装置に異常が発生する前後において、ＳＯＣの値の整合性を担保できる。また、バッテリ監視装置によって算出された高精度の第１のＳＯＣを用いることにより、第２のＳＯＣの推定精度を向上することが可能となる。

上記態様において、前記第２状態量は前記電圧値を含み、前記ＳＯＣ推定部は、前記インバータの直流母線を流れる前記バッテリの充放電電流の値が、前記バッテリの待機状態を表す所定値未満である場合、前記直流母線の電圧値に基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する

この態様によれば、ＳＯＣ推定部は、インバータの直流母線を流れるバッテリの充放電電流の値が所定値未満である場合（つまりバッテリが待機状態である場合）、バッテリの電圧値に相当するインバータの直流母線の電圧値に基づいて、第２のＳＯＣを推定する。これにより、電流積算法を用いた推定において発生するＳＯＣの誤差を補正できる。その結果、第２のＳＯＣの推定精度を向上することが可能となる。

本発明の一態様に係る作業機械は、第１動力を生成するエンジンと、第２動力を生成する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部と、上記態様に係る制御装置と、を備える。

この態様によれば、バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能な作業機械を、製造コストの上昇を抑えつつ実現することが可能となる。

本発明の一態様に係るプログラムは、第１動力を生成するエンジンと、第２動力を生成する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部と、前記バッテリの状態を示す第１状態量を取得し、取得した前記第１状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出したＳＯＣを含む監視情報を出力するバッテリ監視装置と、前記バッテリから前記電動機に供給される前記電力を操作することによって前記電動機の駆動を制御するインバータとを備える作業機械に搭載される主制御装置としてのコンピュータを、前記インバータ内で検出された前記バッテリの充放電電流及び電圧値の少なくとも一方を含む、前記インバータの状態を示す第２状態量を取得し、取得した前記第２状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段と、前記バッテリ監視装置が正常に動作しているか否かを前記監視情報に基づいて判定し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定した場合には、前記バッテリ監視装置によって算出された前記バッテリのＳＯＣである第１のＳＯＣを選択して出力し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定した場合には、前記ＳＯＣ推定部によって推定された前記バッテリのＳＯＣである第２のＳＯＣを選択して出力する選択手段と、前記選択手段から出力された前記第１のＳＯＣ又は前記第２のＳＯＣに基づいて、前記作業動作に伴う負荷に応じた前記第２動力が得られるように前記インバータを制御する動力制御手段と、として機能させるためのプログラムである。

この態様によれば、バッテリ監視装置が正常に動作していない場合には、選択手段は、ＳＯＣ推定手段によって推定された第２のＳＯＣを選択して出力し、動力制御手段は、当該第２のＳＯＣに基づいてインバータを制御する。しかも、ＳＯＣ推定手段及び選択手段は主制御装置が有するため、ＳＯＣ推定手段及び選択手段を実装するために主制御装置とは別のハードウェアを追加する必要がない。その結果、バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能となる。

本発明によれば、バッテリ監視装置が故障した場合であっても電動機を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る作業機械の外観構成を模式的に示す図である。 作業機械の構成を示すブロック図である。 ＳＯＣ推定部及びデータ選択部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る作業機械１の外観構成を模式的に示す図である。本実施の形態の例において、作業機械１は、エンジンが生成する動力と電動機が生成する動力とによって作業動作を実行する、ハイブリッド式建設機械である。但し、作業機械１は、建設機械に限らず、農業機械又は工業機械等であっても良い。

図１に示すように、作業機械１は、クローラ式の下部走行体１１と、下部走行体１１上に配置された上部旋回体１２と、上部旋回体１２に接続された作業装置１３とを備えている。下部走行体１１、上部旋回体１２、及び作業装置１３は、エンジンが生成する動力と電動機が生成する動力とによって走行、旋回、及び掘削等の様々な作業動作を実行する動作部である。

下部走行体１１は、独立して駆動可能な左右一対の走行油圧モータ２０（左走行油圧モータ２０Ｌ及び右走行油圧モータ２０Ｒ）を有している。図１には、左走行油圧モータ２０Ｌのみが表れている。

上部旋回体１２には、作業機械１を操縦するオペレータが搭乗するための操縦室が配置されている。上部旋回体１２は、後述する旋回電動機４８によって、下部走行体１１に対して旋回可能である。

作業装置１３は、上部旋回体１２に対して起伏可能に取り付けられたブーム３１と、ブーム３１の先端に対して揺動可能に取り付けられたアーム３２と、アーム３２の先端に対して揺動可能に取り付けられたバケット３３とを有している。但し、バケット３３に代えてブレーカ又はニブラ等の他のアタッチメントが装着されていても良い。また、作業装置１３は、それぞれブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を駆動するためのアクチュエータとして、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びバケットシリンダ２３を有している。なお、本実施の形態では、作業装置１３が三つの駆動要素（ブーム、アーム、アタッチメント）を有する例について説明するが、この例には限られない。作業装置１３は少なくとも一つの駆動要素を有すれば良い。

図２は、作業機械１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、作業機械１は、エンジン４１、発電電動機４２、油圧ポンプ４３、油圧回路４４、バッテリパック４５、発電電動機インバータ４６、旋回電動機インバータ４７、旋回電動機４８、バッテリ監視装置４９、及び主制御装置５０を備えている。発電電動機インバータ４６、旋回電動機インバータ４７、バッテリ監視装置４９、及び主制御装置５０は、作業機械１を制御するための、作業機械１の制御装置５として機能する。油圧回路４４には、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３、左走行油圧モータ２０Ｌ、及び右走行油圧モータ２０Ｒが接続されている。

バッテリパック４５は、バッテリ６２、電流センサ６３、電圧センサ６４、及び温度センサ６５を有している。バッテリ６２は、複数のバッテリセル６１が直列に接続された構成を有している。電流センサ６３は、バッテリ６２の充放電電流の電流値を検出し、その電流値を示す電流データＤ２１をバッテリ監視装置４９に入力する。電圧センサ６４は、バッテリ６２の正極－負極間の電圧値を検出し、その電圧値を示す電圧データＤ２２をバッテリ監視装置４９に入力する。温度センサ６５は、バッテリ６２の温度を検出し、その温度を示す温度データＤ２３をバッテリ監視装置４９に入力する。電流データＤ２１、電圧データＤ２２、及び温度データＤ２３は、バッテリ６２の状態を示す第１状態量に相当する。

バッテリ監視装置４９は、マイクロコンピュータ等のデータ処理装置と、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の任意の通信方式に対応した通信装置（いずれも図略）とを用いて構成されている。バッテリ監視装置４９は、バッテリパック４５から入力された電流データＤ２１、電圧データＤ２２、及び温度データＤ２３に基づいて、バッテリ６２の状態を監視する。バッテリ監視装置４９は、例えば、バッテリ６２の電流、電圧、及び温度の各値と、これらの各々に対応して予め設定された許容上限値及び許容下限値とを比較することにより、バッテリ２の状態が正常であるか異常であるかを監視する。

また、バッテリ監視装置４９は、バッテリ６２の電流、電圧、及び温度の各値に基づいてバッテリ６２の残容量を示す指標であるＳＯＣ（State of Charge）を高精度に算出するための、所定の関係情報（関数式又はデータマップ等）を保持している。この関係情報を示すデータマップには、例えば、バッテリ６２の複数の電流値、複数の電圧値、及び複数の温度値を様々に組み合わせた複数の入力値と、各入力値に対応するバッテリ６２のＳＯＣ値とが記述されている。この関係情報としては、既知の任意のアルゴリズムによって作成された任意の関係情報を使用することができる。例えば、バッテリ６２の正極－負極間の電圧値のみならず、各バッテリセル６１のセル電圧を用いてＳＯＣをより高精度に算出するアルゴリズムが使用されても良い。バッテリ監視装置４９は、上記関係情報と、バッテリパック４５から入力された電流データＤ２１、電圧データＤ２２、及び温度データＤ２３とに基づいてバッテリ６２のＳＯＣを算出し、そのＳＯＣを示す第１ＳＯＣデータＤ１を出力する。

また、バッテリ監視装置４９は、バッテリ２の正常／異常を監視する機能に加えて、バッテリ監視装置４９自身の正常／異常を検出する機能を有している。例えば、バッテリ監視装置４９が備えるマイクロコンピュータの故障に起因して、算出したバッテリ６２のＳＯＣの値が０％未満又は１００％超となった場合には、バッテリ監視装置４９は自身に異常が発生したことを検出する。バッテリ監視装置４９は、自身の異常を検出した場合には、所定のエラー信号Ｄ１１を出力する。また、バッテリ監視装置４９は、電流データＤ２１で示されるバッテリ６２の電流値が所定の異常判定しきい値を超えた場合には、電流センサ６３が故障したことを検出する。バッテリ監視装置４９は、電流センサ６３の故障を検出した場合にも、バッテリ監視装置４９自身の異常としてエラー信号Ｄ１１を出力する。同様に、バッテリ監視装置４９は、電圧センサ６４又は温度センサ６５の故障を検出した場合にも、バッテリ監視装置４９自身の異常としてエラー信号Ｄ１１を出力する。

発電電動機インバータ４６は、バッテリ６２から発電電動機４２に供給される電力を操作することによって、発電電動機４２の駆動を制御する。具体的に、発電電動機インバータ４６は、バッテリ６２から入力された直流電流を、所望の周波数の交流電流に変換し、その交流電流によって発電電動機４２の駆動を制御する。また、発電電動機インバータ４６は、発電電動機４２の発電作用によって発電電動機４２から入力された交流電流を、直流電流に変換し、その直流電流によってバッテリ６２を充電する。

発電電動機インバータ４６は、電流センサ７１及び電圧センサ７２を有している。電流センサ７１は、発電電動機インバータ４６内の正極側の直流母線７７を流れる直流母線電流の電流値を検出し、その電流値を示す電流データＤ３１を主制御装置５０に入力する。電圧センサ７２は、発電電動機インバータ４６内の正極側の直流母線７７と負極側の直流母線７８との間の直流母線電圧値を検出し、その電圧値を示す電圧データＤ３２を主制御装置５０に入力する。

旋回電動機インバータ４７は、バッテリ６２から旋回電動機４８に供給される電力を操作することによって、旋回電動機４８の駆動を制御する。具体的に、旋回電動機インバータ４７は、バッテリ６２から入力された直流電流を、所望の周波数の交流電流に変換し、その交流電流によって旋回電動機４８の駆動を制御する。作業機械１のオペレータによって旋回用の操作レバー又は操作ペダルが操作されると、その操作量に応じて旋回電動機インバータ４７が制御され、旋回電動機インバータ４７によって旋回電動機４８の動作が制御される。これにより、オペレータのレバー操作又はペダル操作に従って、旋回電動機４８が所望の旋回動作を実行することとなる。また、旋回電動機インバータ４７は、旋回電動機４８の発電作用によって旋回電動機４８から入力された交流電流を、直流電流に変換し、その直流電流によってバッテリ６２を充電する。

旋回電動機インバータ４７は、電流センサ７３を有している。電流センサ７３は、旋回電動機インバータ４７内の正極側の直流母線７９を流れる直流母線電流の電流値を検出し、その電流値を示す電流データＤ３３を主制御装置５０に入力する。

主制御装置５０は、マイクロコンピュータ等のデータ処理部８１と、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶部８２と、ＣＡＮ等の任意の通信方式に対応した通信装置（図略）とを備えている。データ処理部８１は、一つのＩＣチップとして構成されている。あるいは、主制御装置５０が一つのＩＣチップとして構成されていても良い。記憶部８２には、プログラム１００が記憶されている。データ処理部８１が記憶部８２からプログラム１００を読み出して実行することにより、データ処理部８１は、ＳＯＣ推定部９１、データ選択部９２、及びパワー制御部９３として機能する。換言すれば、プログラム１００は、作業機械１に搭載される主制御装置５０としてのコンピュータを、ＳＯＣ推定部９１（ＳＯＣ推定手段）、データ選択部９２（選択手段）、及びパワー制御部９３（動力制御手段）として機能させるためのプログラムである。ＳＯＣ推定部９１は、データ保持部９４を有している。データ保持部９４は、バッテリ６２の最新のＳＯＣの値を保持している。

ＳＯＣ推定部９１は、発電電動機インバータ４６及び旋回電動機インバータ４７の状態を示す第２状態量（電流値及び電圧値の少なくとも一方）に基づいてバッテリ６２のＳＯＣを推定し、そのＳＯＣの推定値を示す第２ＳＯＣデータＤ２を出力する。ＳＯＣ推定部９１によるＳＯＣの推定手法の詳細については後述する。

データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９から入力された第１ＳＯＣデータＤ１と、ＳＯＣ推定部９１から入力された第２ＳＯＣデータＤ２とのうち、一方を選択して出力する。データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９が正常に動作していると判定した場合には第１ＳＯＣデータＤ１を選択して出力し、バッテリ監視装置４９に異常が発生したと判定した場合には第２ＳＯＣデータＤ２を選択して出力する。データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９からエラー信号Ｄ１１が入力された場合に、バッテリ監視装置４９に異常が発生したと判定する。また、データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９との通信（例えば第１ＳＯＣデータＤ１の受信）が所定時間以上連続して途絶えた場合に、バッテリ監視装置４９に異常が発生したと判定する。つまり、エラー信号Ｄ１１及び第１ＳＯＣデータＤ１は、バッテリ６２の状態が正常であるか異常であるかを示す監視情報に相当する。

パワー制御部９３は、データ選択部９２から入力された第１ＳＯＣデータＤ１又は第２ＳＯＣデータＤ２に基づいて、バッテリ６２のＳＯＣが所定の目標範囲内（例えば３０％以上７０％以下）に収まるように、かつ、作業動作に伴う負荷に応じた必要な動力が得られるように、制御信号Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４によって発電電動機インバータ４６、油圧ポンプ４３、及び旋回電動機インバータ４７をそれぞれ制御する。ハイブリッド式作業機械１において、油圧ポンプ４３は、エンジン４１が生成する動力と発電電動機４２が生成する動力とを動力源として駆動される。エンジン４１は、図略のガバナによって、回転数が一定となるように燃料の噴射量が制御される。パワー制御部９３は、例えば、バッテリ６２のＳＯＣが上記目標範囲の上限値（過充電しきい値）より高い場合には、発電電動機４２が生成する動力を増加させるよう発電電動機インバータ４６を制御する。これにより、バッテリ６２のＳＯＣの低下を促進させる。一方、バッテリ６２のＳＯＣが上記目標範囲の下限値（過放電しきい値）より低い場合には、パワー制御部９３は、発電電動機４２が生成する動力を減少させるよう発電電動機インバータ４６を制御する。これにより、バッテリ６２のＳＯＣの低下を抑制させる。また、バッテリ６２のＳＯＣが上記過放電しきい値より低い場合には、パワー制御部９３は、充電動作時において発電電動機４２又は旋回電動機４８からバッテリ６２への充電電流を増加させるよう、発電電動機インバータ４６又は旋回電動機インバータ４７を制御する。これにより、バッテリ６２のＳＯＣを上昇させる。

ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３、左走行油圧モータ２０Ｌ、及び右走行油圧モータ２０Ｒは、油圧ポンプ４３から油圧回路４４を介して各アクチュエータに供給される作動油の油圧によって駆動される。油圧回路４４には、油圧ポンプ４３から各アクチュエータへの作動油の供給量を調整するためのコントロールバルブ（図略）が含まれる。作業機械１のオペレータによって操作レバー又は操作ペダルが操作されると、その操作量に応じて変動するパイロット圧によってコントロールバルブが制御され、パイロット圧に応じた吐出量の作動油が各アクチュエータに供給され、作動油の油圧によって各アクチュエータが動作する。これにより、オペレータのレバー操作又はペダル操作に従って、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３、左走行油圧モータ２０Ｌ、及び右走行油圧モータ２０Ｒの各々が、所望の動作を実行することとなる。

図３は、ＳＯＣ推定部９１及びデータ選択部９２が実行する処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、作業機械１の動作中、所定のサンプリング間隔で繰り返し実行される。

まずステップＳ０１においてデータ選択部９２は、バッテリ監視装置４９に異常が発生しているか否かを判定する。上記の通り、データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９からエラー信号Ｄ１１が入力された場合に、又は、バッテリ監視装置４９との通信（例えば第１ＳＯＣデータＤ１の受信）が所定時間以上連続して途絶えた場合に、バッテリ監視装置４９に異常が発生したと判定する。

バッテリ監視装置４９に異常が発生していない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）は、次にステップＳ０２においてデータ選択部９２は、バッテリ監視装置４９から入力された第１ＳＯＣデータＤ１を選択して出力する。パワー制御部９３は、データ選択部９２から入力された第１ＳＯＣデータＤ１に基づいて、バッテリ６２のＳＯＣが所定の目標範囲内に収まるように、かつ、作業動作に伴う負荷に応じた必要な動力が得られるように、制御信号Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４によって発電電動機インバータ４６、油圧ポンプ４３、及び旋回電動機インバータ４７をそれぞれ制御する。

次にステップＳ０３においてＳＯＣ推定部９１は、直前のステップＳ０２でバッテリ監視装置４９から入力された最新の第１ＳＯＣデータＤ１を、データ保持部９４に保持する。これにより、データ保持部９４が保持していたバッテリ６２の古いＳＯＣの値が、最新の第１ＳＯＣデータＤ１によって示される最新のＳＯＣの値に更新される。その後、ステップＳ０１に戻って上記と同様の処理が繰り返される。

バッテリ監視装置４９に異常が発生している場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）は、次にステップＳ０４においてＳＯＣ推定部９１は、バッテリ６２が待機状態であるか否かを判定する。ＳＯＣ推定部９１は、電流データＤ３１で示される充放電電流値及び電流データＤ３３で示される充放電電流値の双方が、バッテリ６２の待機状態を示す所定のしきい値未満である場合には、バッテリ６２は待機状態であると判定する。一方、ＳＯＣ推定部９１は、電流データＤ３１で示される充放電電流値及び電流データＤ３３で示される充放電電流値の少なくとも一方が当該しきい値以上である場合には、バッテリ６２は待機状態でないと判定する。

バッテリ６２が待機状態でない場合（ステップＳ０４：ＮＯ）は、次にステップＳ０５においてＳＯＣ推定部９１は、前回のサンプリングタイミングから今回のサンプリングタイミングまでの期間に関して保持しておいた電流データＤ３１，Ｄ３３を積算（つまり電流値を積分）することにより、当該期間におけるバッテリ６２の充放電電流の積算値を算出する。

次にステップＳ０６においてＳＯＣ推定部９１は、その時点でデータ保持部９４が保持している最新のＳＯＣの値を読み出す。この最新のＳＯＣは、前回のサンプリングタイミング時点でのバッテリ６２のＳＯＣに相当する。

次にステップＳ０７においてＳＯＣ推定部９１は、ステップＳ０５で算出した充放電電流の積算値と、ステップＳ０６で読み出した最新のＳＯＣの値とに基づいて、今回のサンプリングタイミング時点でのバッテリ６２のＳＯＣを推定し、そのＳＯＣの推定値を示す第２ＳＯＣデータＤ２を出力する。

具体的に、ＳＯＣ推定部９１は、ステップＳ０５で算出した充放電電流の積算値を、電荷量の変化量ΔＱに換算する。また、ＳＯＣ推定部９１は、既知であるバッテリ６２の初期容量に相当する初期電荷量Ｑ_ｉを用いて、ステップＳ０６で読み出した最新のＳＯＣの値を電荷量Ｑ_０に換算する。そして、ＳＯＣ推定部９１は、下記式（１）で示すように両者を加算することにより、今回のサンプリングタイミング時点でのバッテリ６２の電荷量Ｑ_１を算出する。

Ｑ_１＝ΔＱ＋Ｑ_０ ・・・（１）

但し、ΔＱの符号は、バッテリ６２の放電動作においてはマイナスとなり、充電動作においてはプラスとなる。

次にＳＯＣ推定部９１は、電荷量Ｑ_１と初期電荷量Ｑ_ｉとを用いて下記式（２）の演算を行うことによって、今回のサンプリングタイミング時点でのバッテリ６２のＳＯＣを算出する。

ＳＯＣ＝Ｑ_１／Ｑ_ｉ×１００（％） ・・・（２）

ＳＯＣ推定部９１は、このようにして算出したバッテリ６２のＳＯＣの推定値を示す第２ＳＯＣデータＤ２を生成し、当該第２ＳＯＣデータＤ２をデータ選択部９２に入力する。

次にステップＳ１１においてデータ選択部９２は、ＳＯＣ推定部９１から入力された第２ＳＯＣデータＤ２を選択して出力する。パワー制御部９３は、データ選択部９２から入力された第２ＳＯＣデータＤ２に基づいて、バッテリ６２のＳＯＣが所定の目標範囲内に収まるように、かつ、作業動作に伴う負荷に応じた必要な動力が得られるように、制御信号Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４によって発電電動機インバータ４６、油圧ポンプ４３、及び旋回電動機インバータ４７をそれぞれ制御する。

次にステップＳ１２においてＳＯＣ推定部９１は、直前のステップＳ０７で生成した最新の第２ＳＯＣデータＤ２を、データ保持部９４に保持する。これにより、データ保持部９４が保持していたバッテリ６２の古いＳＯＣの値が、最新の第２ＳＯＣデータＤ２によって示される最新のＳＯＣの値に更新される。その後、ステップＳ０１に戻って上記と同様の処理が繰り返される。

バッテリ６２が待機状態である場合（ステップＳ０４：ＹＥＳ）は、次にステップＳ０８においてＳＯＣ推定部９１は、その時点での電圧データＤ３２を発電電動機インバータ４６から取得する。バッテリ６２の充放電電流が所定のしきい値未満であるため、電圧データＤ３２で示される電圧値は、バッテリ６２の電圧値（つまり正極－負極間の電圧値）にほぼ等しい。

次にステップＳ０９においてＳＯＣ推定部９１は、待機状態であるバッテリ６２の様々な電圧値と各電圧値に対応するＳＯＣの値との関係を記述したデータマップ（図略）を参照する。このデータマップは、バッテリ６２を対象とした実験又はシミュレーション等によって予め作成されて、ＳＯＣ推定部９１が参照可能な不揮発性メモリ（例えば記憶部８２）に格納されている。

次にステップＳ１０においてＳＯＣ推定部９１は、ステップＳ０８で取得した電圧データＤ３２で示される電圧値に対応するＳＯＣを上記データマップから割り出すことにより、今回のサンプリングタイミング時点でのバッテリ６２のＳＯＣを推定する。その後、上記ステップＳ１１以降の処理が実行される。

なお、以上の説明では、ＳＯＣ推定部９１は、バッテリ６２が待機状態であるか否かを判定し（ステップＳ０４）、バッテリ６２が待機状態でない場合には充放電電流の積算値に基づいてＳＯＣを推定し（ステップＳ０７）、バッテリ６２が待機状態である場合にはバッテリ６２の電圧値に基づいてＳＯＣを推定した（ステップＳ１０）。この例に限らず、ＳＯＣ推定部９１は、バッテリ６２が待機状態であるか否かの判定を省略し、充放電電流の積算値及びバッテリ６２の電圧値の一方のみに基づいてＳＯＣを推定しても良い。

本実施の形態に係る制御装置５によれば、ＳＯＣ推定部９１（ＳＯＣ推定手段）は、発電電動機インバータ４６及び旋回電動機インバータ４７の状態を示す第２状態量に基づいて、バッテリ６２のＳＯＣ（第２のＳＯＣ）を推定する。そして、データ選択部９２（選択手段）は、バッテリ監視装置４９に異常が発生していると判定した場合には、ＳＯＣ推定部９１によって推定された第２のＳＯＣを示す第２ＳＯＣデータＤ２を選択して出力する。また、パワー制御部９３（動力制御手段）は、第２ＳＯＣデータＤ２に基づいて発電電動機インバータ４６及び旋回電動機インバータ４７を制御する。しかも、ＳＯＣ推定部９１及びデータ選択部９２は、パワー制御部９３を有する主制御装置５０が備えるため、ＳＯＣ推定部９１及びデータ選択部９２を実装するために主制御装置５０とは別のハードウェアを追加する必要がない。その結果、バッテリ監視装置４９が故障した場合であっても発電電動機４２又は旋回電動機４８を動力源とする作業動作を継続して実行可能とする対策を、コストの上昇を抑えつつ実現することが可能となる。また、データ選択部９２は、バッテリ監視装置４９に異常が発生していないと判定した場合には、バッテリ監視装置４９によって算出されたバッテリ６２のＳＯＣ（第１のＳＯＣ）を示す第１ＳＯＣデータＤ１を選択して出力する。これにより、パワー制御部９３は、バッテリ６２の温度等を加味して算出された高精度の第１のＳＯＣに基づいて、発電電動機インバータ４６及び旋回電動機インバータ４７等の制御を実行することが可能となる。

また、本実施の形態に係る制御装置５によれば、ＳＯＣ推定部９１は、上記状態量として、発電電動機インバータ４６の直流母線７７を流れるバッテリ６２の充放電電流（電流データＤ３１）、及び、旋回電動機インバータ４７の直流母線７９を流れるバッテリ６２の充放電電流（電流データＤ３３）の積算値に基づいて、第２のＳＯＣを推定する。このように、ＳＯＣ推定部９１が周知の電流積算法を用いることにより、第２のＳＯＣを簡易に推定することが可能となる。

また、本実施の形態に係る制御装置５によれば、ＳＯＣ推定部９１は、バッテリ６２の充放電電流の値が所定のしきい値未満である場合（つまりバッテリ６２が待機状態である場合）におけるバッテリ６２の電圧値（電圧データＤ３２）に基づいて、第２のＳＯＣを推定する。このように、待機状態であるバッテリ６２の電圧値を用いて第２のＳＯＣを推定することにより、電流積算法を用いた推定において発生するＳＯＣの誤差を補正できる。その結果、第２のＳＯＣの推定精度を向上することが可能となる。

また、本実施の形態に係る制御装置５によれば、バッテリ監視装置４９に異常が発生した場合、ＳＯＣ推定部９１は、バッテリ監視装置４９が正常に動作している時に取得しておいた最新のＳＯＣ（第１のＳＯＣ）を初期値として用いて、電流積算法によって第２のＳＯＣを推定する。これにより、バッテリ監視装置４９に異常が発生する前後において、ＳＯＣの値の整合性を担保できる。また、バッテリ監視装置４９によって算出された高精度の第１のＳＯＣを初期値として用いることにより、第２のＳＯＣの推定精度を向上することが可能となる。

１ 作業機械
５ 制御装置
４１ エンジン
４２ 発電電動機
４６ 発電電動機インバータ
４７ 旋回電動機インバータ
４８ 旋回電動機
４９ バッテリ監視装置
５０ 主制御装置
６２ バッテリ
７１，７３ 電流センサ
７２ 電圧センサ
９１ ＳＯＣ推定部
９２ データ選択部
９３ パワー制御部
９４ データ保持部
１００ プログラム

Claims (6)

1. 第１動力を生成するエンジンと、第２動力を生成する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部とを備える作業機械の制御装置であって、
   主制御装置と、
   前記バッテリの状態を示す第１状態量を取得し、取得した前記第１状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出したＳＯＣを含む監視情報を出力するバッテリ監視装置と、
   前記バッテリから前記電動機に供給される前記電力を操作することによって前記電動機の駆動を制御するインバータと、
   を備え、
   前記主制御装置は、
   前記インバータ内で検出された前記バッテリの充放電電流及び電圧値の少なくとも一方を含む、前記インバータの状態を示す第２状態量を取得し、取得した前記第２状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、
   前記バッテリ監視装置が正常に動作しているか否かを前記監視情報に基づいて判定し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定した場合には、前記バッテリ監視装置によって算出された前記バッテリのＳＯＣである第１のＳＯＣを選択して出力し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定した場合には、前記ＳＯＣ推定部によって推定された前記バッテリのＳＯＣである第２のＳＯＣを選択して出力する選択部と、
   前記選択部から出力された前記第１のＳＯＣ又は前記第２のＳＯＣに基づいて、前記作業動作に伴う負荷に応じた前記第２動力が得られるように前記インバータを制御する動力制御部と、
   を有する、作業機械の制御装置。
2. 前記第２状態量は前記充放電電流を含み、
   前記ＳＯＣ推定部は、前記インバータの直流母線を流れる前記バッテリの前記充放電電流の積算値に基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する、請求項１に記載の作業機械の制御装置。
3. 前記ＳＯＣ推定部はデータ保持部を有し、
   前記ＳＯＣ推定部は、
   前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定された場合には、前記バッテリ監視装置から前記第１のＳＯＣを取得して、当該第１のＳＯＣの値を前記データ保持部に保持し、
   前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定された場合には、前記データ保持部が保持している前記第１のＳＯＣの値と、前記バッテリの前記充放電電流の前記積算値とに基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する、請求項２に記載の作業機械の制御装置。
4. 前記第２状態量は前記電圧値を含み、
   前記ＳＯＣ推定部は、前記インバータの直流母線を流れる前記バッテリの充放電電流の値が、前記バッテリの待機状態を表す所定値未満である場合、前記直流母線の電圧値に基づいて、前記第２のＳＯＣを推定する、請求項１～３のいずれか一つに記載の作業機械の制御装置。
5. 第１動力を生成するエンジンと、
   第２動力を生成する電動機と、
   前記電動機に電力を供給するバッテリと、
   前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部と、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の制御装置と、
   を備える、作業機械。
6. 第１動力を生成するエンジンと、第２動力を生成する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記第１動力と前記第２動力とによって作業動作を実行する動作部と、前記バッテリの状態を示す第１状態量を取得し、取得した前記第１状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出したＳＯＣを含む監視情報を出力するバッテリ監視装置と、前記バッテリから前記電動機に供給される前記電力を操作することによって前記電動機の駆動を制御するインバータとを備える作業機械に搭載される主制御装置としてのコンピュータを、
   前記インバータ内で検出された前記バッテリの充放電電流及び電圧値の少なくとも一方を含む、前記インバータの状態を示す第２状態量を取得し、取得した前記第２状態量に基づいて前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段と、
   前記バッテリ監視装置が正常に動作しているか否かを前記監視情報に基づいて判定し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していると判定した場合には、前記バッテリ監視装置によって算出された前記バッテリのＳＯＣである第１のＳＯＣを選択して出力し、前記バッテリ監視装置が正常に動作していないと判定した場合には、前記ＳＯＣ推定部によって推定された前記バッテリのＳＯＣである第２のＳＯＣを選択して出力する選択手段と、
   前記選択手段から出力された前記第１のＳＯＣ又は前記第２のＳＯＣに基づいて、前記作業動作に伴う負荷に応じた前記第２動力が得られるように前記インバータを制御する動力制御手段と、
   として機能させるためのプログラム。

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