JP5719655B2 - 蓄電装置及びハイブリッド建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電セルからなる蓄電装置及び蓄電装置を搭載したハイブリッド建設機械に関する。

バッテリ等の蓄電装置にエンジンや油圧動力による回生電力を充電し、充電された電力を油圧動力に用いることができるハイブリッド建設機械が知られている。蓄電装置には、スイッチのオン、オフ等によって発生するサージ、リップルや蓄電装置の電圧変動等を緩和するためのコンデンサを有している。

引用文献１には、回路を遮断するときに、コンデンサ放電回路によってコンデンサに充電された電荷を消費させる定電圧電源回路が開示されている。

特開２０００−３３３３７４号公報

引用文献１は、電源の供給を遮断する時に、コンデンサとモータとによって閉回路を形成して、コンデンサの電荷をモータに放電させている。

このような構成において、電源の供給を遮断するスイッチが溶着等の異常によって遮断できなかった場合は、モータに電源からの電力が供給され続けてしまう可能性があるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置（電源）からの電力の供給を遮断する時に回路の問題が発生した場合にも安全を確保できる蓄電装置及びハイブリッド建設機械を提供することを目的とする。

本発明の蓄電装置は、電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段が接続される蓄電回路と、蓄電回路に接続され、蓄電手段への電力の入出力を断続する主スイッチと、蓄電回路に接続され、蓄電手段に入出力する電力を平滑化するコンデンサと、蓄電回路に接続され、副スイッチ及び放電素子を有し、副スイッチが投入されたときにコンデンサの電荷を放電するコンデンサ放電回路と、を備える蓄電装置の制御装置であって、蓄電手段への電力の入出力を遮断するときに、主スイッチを遮断すると共に副スイッチを投入し、副スイッチを投入してから所定時間経過後に、蓄電回路が所定電圧以下とならない場合は、副スイッチを遮断すると共に、エラーを出力することを特徴とする。

また、本発明のハイブリッド建設機械は、可変容量型ポンプと、可変容量型ポンプからアクチュエータへ導かれる吐出油の流量を制御する操作弁と、可変容量型ポンプの吐出油によって回転する回生用の油圧モータと、油圧モータの回転と関連して駆動する発電機と、発電機が駆動することによって発電した電力を蓄電する蓄電装置と、可変容量ポンプ、操作弁、発電機及び蓄電装置の動作を制御するハイブリッド制御装置と、を備えるハイブリッド建設機械であって、蓄電装置は、電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段が接続される蓄電回路と、蓄電回路に接続され、蓄電手段の電力の入出力を断続する主スイッチと、記蓄電回路に接続され、蓄電手段に入出力する電力を平滑化するコンデンサと、蓄電回路に接続され、副スイッチ及び放電素子を有し、副スイッチが投入されたときにコンデンサの電荷を放電するコンデンサ放電回路と、ハイブリッド制御装置からの指令に基づいて蓄電手段の電力の入出力を遮断制御する場合は、主スイッチを遮断制御すると共に副スイッチを投入制御し、副スイッチを投入制御してから所定時間経過後に、蓄電回路が所定電圧以下とならない場合は、副スイッチを遮断制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、主スイッチの遮断制御をして、副スイッチを投入してコンデンサ放電回路によってコンデンサを放電させた後にも、蓄電回路の電圧が下がらない場合は、直ちに副スイッチを遮断するので、例えば主スイッチの溶着が発生し回路が遮断できなかった場合にも、蓄電手段の電力が放電回路に流れ続けることを防止できる。

本発明の実施形態の、ハイブリッド建設機械の制御システムの説明図である。 本発明の実施形態の、蓄電ユニットの構成回路図である。 本発明の実施形態の、蓄電ユニットのシャットダウン処理のフローチャートである。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

まず、第１回路系統７５に接続された旋回モータ７６を駆動する場合を説明する。

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

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

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

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

次に、ブームシリンダ７７を作動する場合を説明する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図２は、本発明の実施形態の蓄電ユニット２６の構成回路図である。

蓄電ユニット２６は、バッテリ回路１００を備え、大容量の第１バッテリ１０１と、この第１バッテリ１０１の電力の遮断を制御する蓄電ユニット制御装置１０６とが、バッテリ回路１００に接続されて構成されている。

バッテリ回路１００には、主スイッチ１０３、コンデンサ１０４、放電回路１０５、端子１１０が接続されている。

バッテリ回路１００の正極側には主スイッチ１０３が接続されている。主スイッチよりも負荷（インバータ９２、バッテリチャージャ２５等）側には、放電回路１０５が、バッテリ回路１００の正極側と負極側とに渡ってに接続される。また、放電回路１０５よりも負荷側には、コンデンサ１０４が、正極側と負極側とに渡って接続される。

主スイッチ１０３は、蓄電ユニット制御装置１０６からの信号に基づいて開閉が制御される。主スイッチ１０３は、例えば電磁ソレノイドにより接点を開閉するリレー等によって構成されている。

放電回路１０５は、直列に接続された抵抗１１５と副スイッチ１１６とを有する。バッテリ回路１００は、端子１１０を介して負荷に電気的に接続されている。これにより、バッテリ回路１００は、第１バッテリ１０１の電力を負荷側に供給すると共に、負荷側が発電した電力によって第１バッテリ１０１を充電する。

蓄電ユニット制御装置１０６は、主スイッチ１０３及び副スイッチ１１６の断続状態を制御して、第１バッテリ１０１を負荷に導通させて電力の供給及び充電を行うか、第１バッテリ１０１と負荷とを遮断するか、を制御する。なお、蓄電ユニット制御装置１０６は、小容量の第２バッテリ１０２に電力によって動作する。

コンデンサ１０４は、第１バッテリ１０１に入出力される電力を平滑化することによって、断続時の突入電流や、第１バッテリ１０１の電圧変動を抑制する。

第１バッテリ１０１は、二次電池セルを複数接続して大容量の電力を蓄積できる蓄電器である。二次電池セルは、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池等から構成される。また、第２バッテリ１０２は、例えば、第１バッテリと同様に二次電池によって構成される。また、第１バッテリ１０１及び第２バッテリ１０２は、バッテリではなく、電気二重層キャパシタによって構成されていてもよい。

放電回路１０５は、コンデンサ１０４に蓄積された電荷を放電する機能を有する。具体的には、蓄電ユニット制御装置１０６は、主スイッチ１０３を遮断して第１バッテリ１０１の電力を遮断するときに、副スイッチ１１６を投入してコンデンサ１０４と抵抗１１５とで閉回路を形成し、コンデンサ１０４に蓄積された電荷を抵抗１１５に放電する。この動作によって、第１バッテリ１０１の電力供給の遮断後に、コンデンサ１０４の電荷が負荷側へと出力されることを防止する。なお、コンデンサ１０４の電荷が十分に放電された後は、副スイッチ１１６を遮断する。

バッテリ回路１００には電圧計測部１０７が設けられている。蓄電ユニット制御装置１０６は、電圧計測部１０７によってバッテリ回路１００の主スイッチ１０３よりも負荷側の電圧を計測する。

次に、蓄電ユニット制御装置１０６の動作を説明する。

前述のように、蓄電ユニット２６は、第１、２メインポンプ７１、７２が吐出するスタンバイ流量によって回生された電力によって充電される。また、充電された電力を用いてＭＧ９１を駆動して、サブポンプ８９が発生する油圧によって各動作をアシストすることができる。

ここで、オペレータが、キーオフ等を行ってハイブリッド建設機械の運転を停止した場合は、コントローラ９０は、油圧系統の制御の終了処理を完了した後、蓄電ユニット制御装置１０６に、蓄電ユニット２６の電力を遮断する指令を行う。

蓄電ユニット制御装置１０６は、コントローラ９０からの指令を受けて、蓄電ユニット２６を遮断する動作を実行する。

具体的には、蓄電ユニット制御装置１０６は、前述のように、主スイッチ１０３を遮断した後、副スイッチ１１６を投入してコンデンサ１０４と抵抗１１５とで閉回路を形成することによって、コンデンサ１０４に蓄積された電荷を抵抗１１５に放電する。

このとき、蓄電ユニット制御装置１０６が主スイッチ１０３を遮断する信号を主スイッチ１０３に出力したにもかかわらず、主スイッチ１０３が遮断できない場合を考える。主スイッチ１０３が遮断できない場合とは、例えば、主スイッチ１０３の接点が溶着した場合や、ソレノイドが正常に動作しなかった場合である。

主スイッチ１０３を遮断する信号を出力したにもかかわらず主スイッチ１０３が遮断しない状態で、コンデンサ１０４の電荷を放電するために蓄電ユニット制御装置１０６が副スイッチ１１６を投入した場合は、第１バッテリ１０１の電力が抵抗１１５に供給されてしまう。この状態のままコンデンサ１０４の電荷を放電する場合と同じ時間放置した場合は、第１バッテリ１０１の電力が消費されて電力の無駄となるばかりか、第１バッテリ１０１の寿命が低下したり、抵抗１１５が必要以上に加熱してしまう可能性がある。

これに対して、本発明の実施形態では、主スイッチ１０３の異常により第１バッテリ１０１の電力が抵抗１１５に供給されることを防ぐために、次のような制御を行う。

図３は、本発明の実施形態の蓄電ユニット制御装置１０６が実行する、蓄電ユニット２６のシャットダウン処理のフローチャートである。

図３に示すフローチャートは、オペレータによるキーオフ等によって建設機械の運転を終了したときなど、コントローラ９０が、蓄電ユニット２６の電力を遮断する指令を行うことによって開始する。なお、本フローチャートの開始時は、第１バッテリ１０１の電力を負荷側に供給している状態であって、主スイッチ１０３は投入状態であり、副スイッチ１１５は遮断状態である。

蓄電ユニット制御装置１０６は、コントローラ９０から蓄電ユニット２６の電力を遮断する指令を受けた場合は、まず、主スイッチ１０３を遮断する（ステップＳ１０）。

次に、蓄電ユニット制御装置１０６は、副スイッチ１１６を投入する（ステップＳ２０）。これにより、コンデンサ１０４と抵抗１１５とで閉回路が形成されて、コンデンサ１０４に蓄積された電荷が抵抗１１５に放電される。

副スイッチ１１６を投入した後、蓄電ユニット制御装置１０６は、所定時間が満了するまで待機する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０における所定時間は、抵抗１１５によってコンデンサ１０４に蓄積された電荷が十分に放電されるまでに要する時間に設定することが好適である。

具体的には、所定時間は、第１バッテリ１０１の定格電圧、コンデンサ１０４の静電容量、抵抗１１５の抵抗値によって予め設定されうるものである。一例として、コンデンサ１０４の静電容量と抵抗１１５の抵抗値との積で求まる時定数に対応する時間に設定する。

ステップＳ３０において、所定時間が満了した場合は、ステップＳ４０に移行し、蓄電ユニット制御装置１０６は、電圧計測部１０７によって主スイッチ１０３よりも負荷側の電圧を計測して、計測された電圧と、予めコンデンサ１０４の容量等に基づいて設定された所定電圧とを比較する。

比較の結果、計測された電圧が所定電圧以下であると判定した場合は、ステップＳ５０に移行する。計測された電圧が所定電圧を上回っていると判定した場合は、ステップＳ７０に移行する。

ステップＳ４０の処理において、計測された電圧が所定電圧以下である場合は、コンデンサ１０４に蓄積された電荷が十分に放電されたと判断して、蓄電ユニット制御装置１０６は、副スイッチ１１６を遮断する（ステップＳ５０）。その後、蓄電ユニット制御装置１０６は処理を終了する（ステップＳ６０）。

一方、ステップＳ４０の処理において、計測された電圧が所定電圧を上回っている場合は、主スイッチ１０３よりも負荷側の電圧が十分に下がっていない状態である。この状態は、例えば、コンデンサ１０４に蓄積された電荷が十分に放電されていない、又は、主スイッチ１０３が遮断されていないことが想定される。そこで、蓄電ユニット制御装置１０６は、コントローラ９０に蓄電ユニット２６に異常が発生した旨の信号を出力すると共に（ステップＳ７０）、副スイッチ１１６を遮断する（ステップＳ８０）。その後、蓄電ユニット制御装置１０６は処理を終了する（ステップＳ６０）。

なお、ステップＳ４０における所定電圧は、一例として、第１バッテリ１０１によって充電されたコンデンサ１０４が電荷を十分に放電して、バッテリ回路１００から出力される電力が十分に安全となる電圧とする。または、コンデンサ１０４の電荷にかかわらず、主スイッチ１０３が遮断されなかったことを判定できるように、第１バッテリ１０１の出力電圧としてもよい。

コントローラ９０は、蓄電ユニット制御装置１０６から、蓄電ユニット２６のエラーの報知を受信した場合は、オペレータに蓄電ユニット２６に関するエラーの警報を発する。オペレータはこの警報を受けて、ハイブリッド建設機械をサービスセンターに持ち込む等の処置を行うことができる。

以上のように構成した本発明の実施形態では、ハイブリッド建設機械に備えられる蓄電ユニット２６において、コントローラ９０からの指令等によって、第１バッテリ１０１への電力の入出力を遮断するときに、蓄電ユニット制御装置１０６は、主スイッチ１０３を遮断すると共に副スイッチ１１６を投入して、放電回路１０５によってコンデンサ１０４に蓄積された電荷を放電する。このとき、副スイッチ１１６を投入してから所定時間が経過した後に、電圧計測部１０７が検出した電圧が所定電圧以下とならない場合は、副スイッチ１１６を遮断して、放電回路１０５を遮断すると共に、コントローラ９０に対してエラーを出力するように構成した。

このように構成することによって、例えば、主スイッチ１０３の接点が溶着した場合や、ソレノイドが正常に動作せず、第１バッテリ１０１の電力が放電回路１０５に流れ、第１バッテリ１０１の電力が消費されることによる、電力の無駄や第１バッテリ１０１の寿命の低下、抵抗１１５の加熱を防止することができる。

また、電圧計測部１０７は、主スイッチよりも下流側で第１バッテリ１０１の電圧を検出するので、コンデンサ１０４の電荷の放電状態と、主スイッチ１０３の断続状態とを検出することが可能になる。

また、蓄電ユニット制御装置１０６は、コンデンサ１０４の静電容量と抵抗１１５の抵抗値との積で求まる時定数に対応する時間の経過後に、電圧計測部１０７が、コンデンサ１０４が電荷を十分に放電して、バッテリ回路１００を遮断することができるために十分に安全な電圧となっているかを判定する。これにより、コンデンサ１０４の電荷が十分に放電されているか否か、主スイッチ１０３が正常に遮断されているか否か、を判定することができるので、第１バッテリ１０１への電力の入出力を遮断する指令を行った後に、出力端子から電圧が出力され続けることを防止することができ、正しく遮断されていない場合はエラーを通報する等の安全対策を行うことができる。

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

１ ジェネレータ
２５ バッテリチャージャー
２６ 蓄電ユニット
７１ 第１メインポンプ
７２ 第２メインポンプ
７３ エンジン
８８ 油圧モータ
８９ サブポンプ
９０ コントローラ
９１ モータジェネレータ（ＭＧ）
９２ インバータ
１００ バッテリ回路
１０１ 第１バッテリ
１０２ 第２バッテリ
１０３ 主スイッチ
１０４ コンデンサ
１０５ 放電回路
１０６ 蓄電ユニット制御装置
１０７ 電圧計測部
１１０ 端子
１１５ 抵抗
１１６ 副スイッチ

Claims (5)

1. 電力を蓄電する蓄電手段と、
   前記蓄電手段が接続される蓄電回路と、
   前記蓄電回路に接続され、前記蓄電手段の電力の入出力を断続する主スイッチと、
   前記蓄電回路に接続され、前記蓄電手段に入出力する電力を平滑化するコンデンサと、
   前記蓄電回路に接続され、副スイッチ及び放電素子を有し、前記副スイッチが投入されたときに前記コンデンサの電荷を放電するコンデンサ放電回路と、
   前記蓄電手段への電力の入出力を遮断制御するときに、前記主スイッチを遮断制御すると共に前記副スイッチを投入制御し、
   前記副スイッチを投入制御してから所定時間経過後に、前記蓄電回路が所定電圧以下とならない場合は、前記副スイッチを遮断制御する制御部を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記主スイッチよりも下流側で前記蓄電回路の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
   前記副スイッチを投入してから所定時間経過後に、前記電圧検出手段によって検出された電圧が前記所定電圧以下とならない場合は、前記副スイッチを遮断制御すると共に、エラーを出力することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記所定電圧は、前記コンデンサに蓄積された電荷の放電が完了したときの、前記主スイッチよりも下流側の前記蓄電回路の電圧であり、
   前記所定時間は、前記放電素子の抵抗値及び前記コンデンサの静電容量によって求まる時定数に対応する時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電回路は、
   前記蓄電手段の正極側に前記主スイッチが接続され、
   前記主スイッチよりも負荷側に、前記コンデンサ放電回路が、正極側と負極側とに渡ってに接続され、
   前記放電回路よりも負荷側に、前記コンデンサが、正極側と負極側とに渡って接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の蓄電装置。
5. 可変容量型ポンプと、
   前記可変容量型ポンプからアクチュエータへ導かれる吐出油の流量を制御する操作弁と、
   前記可変容量型ポンプの吐出油によって回転する回生用の油圧モータと、
   前記油圧モータの回転と関連して駆動する発電機と、
   前記発電機が駆動することによって発電した電力を蓄電する蓄電装置と、
   前記可変容量ポンプ、前記操作弁、前記発電機及び前記蓄電装置の動作を制御するハイブリッド制御装置と、
   を備えるハイブリッド建設機械であって、
   前記蓄電装置は、
   電力を蓄電する蓄電手段と、
   前記蓄電手段が接続される蓄電回路と、
   前記蓄電回路に接続され、前記蓄電手段の電力の入出力を断続する主スイッチと、
   前記蓄電回路に接続され、前記蓄電手段に入出力する電力を平滑化するコンデンサと、
   前記蓄電回路に接続され、副スイッチ及び放電素子を有し、前記副スイッチが投入されたときに前記コンデンサの電荷を放電するコンデンサ放電回路と、
   前記ハイブリッド制御装置からの指令に基づいて前記蓄電手段の電力の入出力を遮断制御する場合は、前記主スイッチを遮断制御すると共に前記副スイッチを投入制御し、前記副スイッチを投入制御してから所定時間経過後に、前記蓄電回路が所定電圧以下とならない場合は、前記副スイッチを遮断制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド建設機械。

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